JP3039438B2 - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置及びその製造方法

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JP3039438B2
JP3039438B2 JP9102192A JP10219297A JP3039438B2 JP 3039438 B2 JP3039438 B2 JP 3039438B2 JP 9102192 A JP9102192 A JP 9102192A JP 10219297 A JP10219297 A JP 10219297A JP 3039438 B2 JP3039438 B2 JP 3039438B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置に
関し、特にHSG(HemisphericalGra
ined)シリコン膜からなるスタックトキャパシタ構
造を有するダイナミックランダムアクセスメモリ(DR
AM)及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スタックトキャパシタ構造を有するDR
AMにおいて、スタックトキャパシタの蓄積電極の表面
を凹凸にすることで単位面積当たりのメモリセル容量を
大きくする方法の一つとして、近年、シリコン膜からな
る蓄積電極の表面をHSG(Hemispherica
l Grained)化する技術が開発されている。
【0003】このシリコン膜をHSG化する技術におい
ては、特開平7−221034号公報にも示されている
ように、HSG化する直前にシリコン膜表面の自然酸化
膜を何らかの方法で除去すること、及び自然酸化膜を除
去した後に再度自然酸化膜が形成されないようにするこ
とが重要である。
【0004】このため、シリコン膜表面の自然酸化膜を
除去してシリコン膜表面を水素原子で終端するように、
HSG化直前に、希フッ酸で表面処理を行うことが一般
的である。
【0005】この従来のHSG化技術を用いたメモリセ
ルについて図面を用いて説明する。まず、メモリセルの
レイアウトを図6(a)に示す。ここで、101は素子
分離領域、102、103はMOSトランジスタのソー
ス・ドレイン領域、104はP型シリコン基板100上
にゲート酸化膜を介して形成されたMOSトランジスタ
のゲート電極、105はビットコンタクト、106はビ
ット線、107は蓄積電極用コンタクト、108は蓄積
電極であり、セル領域全体がプレート電極で覆われてい
る。
【0006】次に、従来のメモリセルの製造方法を説明
する。P型シリコン基板にMOS型トランジスタを形成
した状態を図6(b)に示す。
【0007】図7(c)に示されるように、基板表面の
良好な平坦性を得るため、主としてBPSG膜からなる
絶縁膜110がCVD法により成膜され、熱処理が施さ
れるが、BPSG膜110が直接基板100に接する
と、後の熱処理時にリンあるいはボロンが拡散(アウト
ディフージョン)し、既に形成されているソース・ドレ
イン領域の拡散層のシート抵抗やトランジスタのしきい
値電圧が設計値からずれる結果になるため、BPSG膜
110は、シリコン酸化膜を下層に形成した2層膜構造
とするのが一般的である。
【0008】その後、ビットコンタクト105が開孔さ
れ、さらに、例えば厚さ2000Åのタングステンシリ
サイド膜が成膜され、所望のパターンにパターニングさ
れ、ビット線106が形成される。
【0009】次いで図7(d)に示されるように、第2
のシリコン酸化膜111が例えば2000Å成膜され、
さらに第2のBPSG膜112が3000Å成膜され、
例えば900度の(第2のBPSG膜112をリフロー
させるため)熱処理が行われ、表面の平坦化が図られ
る。さらに、第3のシリコン酸化膜113が例えば20
00Å成膜される。
【0010】ここで、第3のシリコン酸化膜113は、
後のHSG化直前の前処理(希フッ酸による処理)のス
トッパーとして機能する。すなわち、希フッ酸によるB
PSG膜のエッチレートは、シリコン酸化膜のエッチレ
ートの約10倍であるため、所望のHSG前処理に対
し、第3のシリコン酸化膜113がストッパーとして機
能するような十分に厚い膜厚を有していなければ、第2
のBPSG膜112の大部分がエッチングされてしま
い、歩留が著しく低下することになる。また、第2のシ
リコン酸化膜111は、パターニングされたタングステ
ンシリサイドからなるビット線106が、900度程度
の熱処理の際に、BPSG膜がリフローされると同時
に、ストレスを受け移動してしまうという不具合を防止
するために形成されている。さらに第2のシリコン酸化
膜111は、タングステンシリサイドを周辺の回路領域
において冗長回路のフューズとして使用した場合には、
パッケージされた製品の信頼性(特に耐塩水腐食性)を
向上させるために必要とされる。
【0011】次いで図8(e)に示されるように、蓄積
電極用コンタクト孔114が開孔され、さらにリンドー
プトシリコン膜を成膜する前の前処理としてバッファー
ドフッ酸液およびブランソン洗浄液に基板が浸漬され
る。これら工程の目的は、基板と蓄積電極との電気的接
続を確実にすること、及びパーティクル等の除去効果に
より歩留を向上させるためである。このとき、蓄積電極
用コンタクト孔114の側壁面は、少しエッチングさ
れ、またシリコン酸化膜とBPSG膜のエッチレートの
違いから、この側壁面には数百Å程度の凹凸が形成され
る。その後、例えば厚さ4000Åのリンドープシリコ
ン膜が成膜されリンドープシリコン膜を所望のパターン
にパターニングすることにより、HSG化される前の蓄
積電極108が形成される。
【0012】その後、図8(f)に示されるように、リ
ンドープシリコン膜からなる蓄積電極108の表面の自
然酸化膜が除去されシリコン表面が水素原子で終端す
る、すなわちHSG化を形成するため(特開平7−22
1034号公報参照)、希フッ酸で表面処理が行われ、
HSG化(シラン照射およびアニーリング)が行われ、
蓄積電極108の表面に凹凸が形成される。その後、容
量絶縁膜115、リンドープシリコン膜からなるプレー
ト電極116が形成され、これらを所望のパターンにパ
ターニングし、COB構造のメモリセルが得られる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、メモリセル
以外の箇所すなわちマスクアライメントに使用するアラ
イメントマーク、特に、これまで一般的に用いられてき
たノギスマークに注目したとき、上述の従来のHSG化
技術を用いたメモリセルの製造方法を実施した場合に
は、以下に述べるような問題が起こる。
【0014】まず、ノギスマークのレイアウトを図9
(a)に示す。ここで、201は蓄積電極用コンタクト
形成マスクにより同時に形成されるパターン、202は
蓄積電極形成マスクにより同時に形成されるパターンで
ある。
【0015】従来、ノギスのようなアライメントマーク
においては、合わせられる下層のパターン201と上層
のパターン202とは、図9(a)に示すように、一部
が重なり合っているのが一般的であった。これは、アラ
イメントずれの値をアライメントマーク用パターン20
1、202から読みとる際に、パターン201、202
同士の重なり合う部分と、重ならない部分とがある方
が、容易に判読できるからであった。
【0016】次に、従来の製造方法を用いた際の問題点
について説明する。図9(b)は、図7(d)に対応す
る製造途中工程のノギス部の形状を示す断面図であり、
第3のシリコン酸化膜113が成膜された直後の状態を
示すものである。
【0017】図10(c)に示されるように、蓄積電極
用コンタクト孔114が開孔される際に同時にノギス領
域(アライメント領域)では図9(a)に示すパターン
201が開孔される。リンドープトシリコン膜を成膜す
る前の前処理としてバッファードフッ酸液およびブラン
ソン洗浄液に基板100が浸漬されたとき、メモリセル
部と同様に、ノギス領域のパターン201の側壁面は、
少しエッチングされ、数百Å程度の凹凸が形成される。
その後、蓄積電極形成のためのリンドープトシリコン膜
108がパターン201上にも成膜される。
【0018】次いで図10(d)に示されるように、蓄
積電極形成のためリンドープシリコン膜108がパター
ニングされると同時に、ノギス領域でもリンドープシリ
コン膜108が異方性ドライエッチ技術を用いてパター
ニングされ、図9(a)のパターン202が形成され
る。また基板100には、蓄積電極のオーバエッチング
により凹部301が形成される。このとき、凹部301
の凹凸を有する側壁面部のリンドープシリコン膜108
はエッチングされるため、凹部301の側壁面部にはリ
ンドープシリコン膜108によるサイドウォール302
が形成される。また、凹部301の側壁面は凹凸を有す
るため、小さなサイドウォール302aと大きなサイド
ウォール302bとが個々に分離して形成されることが
ある。
【0019】図10(d)の構造のものを希フッ酸によ
る表面処理を行った直後の状態が図11(e)である
が、先にも述べたように希フッ酸のBPSG膜のエッチ
レートは、シリコン酸化膜のエッチレートの約10倍で
あるため、パターン201の凹部301の側壁面のBP
SG膜110,112は、サイドウォール302で覆わ
れていない部分からエッチングが進む。このため図11
(e)に示されるように小さいサイドウォール302a
は、宙に浮いた状態となり、後のHSG処理した後で
は、この部分が剥がれ(図11(f))、工程ゴミとな
って、歩留を低下させるという問題があった。
【0020】ところで、BPSG膜がHSGの前処理時
にエッチングされなければ、パターン201内の凹部3
01の側壁面にサイドウォール302が残存しても、こ
のサイドウォール剥がれは当然ながら発生しないが、H
SGの前処理としての希フッ酸処理が原因で発生してい
た。希フッ酸によるHSG前処理は、前述したように、
良適なHSG型蓄積電極の形成を行うには、必須の処理
であり、この処理をなくすことはできない。
【0021】本発明の目的は、サイドウォールが剥がれ
て歩留が低下することを防止した半導体装置及びその製
造方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体記憶装置は、HSG(Hemi
spherical Grained)シリコン膜から
なる蓄積電極を有する半導体記憶装置であって、内部の
絶縁膜よりも相対的にエッチング速度の遅い絶縁膜を最
上層の絶縁膜とする多層の絶縁膜から成る側面は蓄積電
極形成用膜で完全に覆われているものである。
【0023】また前記多層の絶縁膜に開口部を設けるた
めのパターンと前記開口部を覆うように前記蓄積電極形
成用膜をパターニングするためのパターンを有するアク
セサリーパターンを有するものである
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】また本発明に係る半導体記憶装置の製造方
法は、HSG(Hemispherical Grai
ned)シリコン膜からなる蓄積電極を有する半導体記
憶装置の製造方法であって、コンタクト形成工程と、成
膜工程と、パターニング工程とを含み、コンタクト形成
工程は、蓄積電極用コンタクト孔を開孔する処理であ
り、成膜工程は、蓄積電極用コンタクト孔を含む半導体
基板上に蓄積電極用の半導体材料を成膜する処理であ
り、パターニング工程は、蓄積電極用コンタクト孔上に
成膜された蓄積電極用半導体材料をパターニングする際
に、前記側面を覆うように該蓄積電極用半導体材料をパ
ターニングする処理である。
【0028】
【0029】
【0030】また本発明に係る半導体記憶装置の製造方
法は、HSG(Hemispherical Grai
ned)シリコン膜からなる蓄積電極を有する半導体記
憶装置の製造方法であって、 コンタクト形成工程と、成
膜工程と、パターニング工程と、アクセサリーパターン
形成工程とを含み、 コンタクト形成工程は、蓄積電極用
コンタクト孔を開孔する処理であり、 成膜工程は、アク
セサリパターン及び蓄積電極用コンタクト孔を含む半導
体基板上に蓄積電極用の半導体材料を成膜する処理であ
り、 パターニング工程は、蓄積電極用コンタクト孔上に
成膜された蓄積電極用半導体材料をパターニングする工
程であり、 アクセサリーパターン形成工程は、第1のア
クセサリパターン形成工程と、前記成膜工程と、第2の
アクセサリパターン形成工程と含み、 前記第1のアクセ
サリパターン形成工程は、蓄積電極用コンタクト孔の形
成時にメモリセル領域に隣接したアクセサリパターンの
領域に、第1のアクセサリパターンとしての凹陥状パタ
ーンを開孔する処理であり、 第2のアクセサリパターン
形成工程は、メモリセル領域の蓄積電極形成用膜をパタ
ーニングする際に、アクセサリパターン領域の蓄積電極
形成用膜からなるサイドウォールが連続して凹陥状パタ
ーンの側面部を覆うようにパターニングし、第2のアク
セサリパターンとしての凸状パターンを形成する処理で
ある。
【0031】
【作用】メモリセル以外の領域には、アクセサリパター
ン、例えばマスクアライメントに使用するアライメント
マークが2段階に渡って形成されることがある。すなわ
ち、第1のアクセサリパターンは、メモリセル領域に蓄
積電極用コンタクト孔を形成する際に凹陥状のパターン
として形成される。また第2のアクセサリパターンは、
前記コンタクト孔に充填される膜を蓄積電極の形状に成
形する際にパターンとして形成される。
【0032】上述したように従来は、第1のアクセサリ
パターンをなす凹陥状のパターン部の側壁面部から離れ
た位置に第2のアクセサリパターンをなすパターン部が
形成されるため、凹陥状パターンの側壁面部にサイドウ
オールの剥がれが起きてゴミが発生するという問題があ
った。
【0033】そこで、本発明は、凹陥状パターンの側壁
面部を覆う蓄積電極形成用膜を利用して第2のアクセサ
リパターンをなすパターンを形成する。
【0034】本発明によれば、第1のアクセサリパター
ンをなす凹陥状パターンの側壁面部が蓄積電極形成用膜
によって覆われることとなり、エッチング処理時にサイ
ドウォールが発生することはなく、工程ゴミの発生を抑
えて製造歩留を向上することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
【0036】(実施形態1)図1(a),(b)は、本
発明の実施形態1におけるアライメントマークを示す平
面図である。
【0037】図において、本発明の実施形態1に係る半
導体記憶装置は、半導体基板上のメモリセル領域に隣接
してアクセサリパターン領域を備えている。実施形態1
では、アクセサリパターンとして位置決め用のアライメ
ントマークを例にとって説明する。位置決め用のアライ
メントマークは、第1のアライメントマークと第2のア
ライメントマークとからなっている。
【0038】第1のアライメントマークは、メモリセル
の領域に蓄積電極用コンタクト孔を形成する際にアライ
メント領域に凹陥状のパターン201として形成される
ものである。
【0039】第2のアライメントマークは、蓄積電極用
コンタクト孔に充填される膜を蓄積電極の形状に成形す
る際に凹陥状パターン201の側壁面部を覆って堆積さ
れた蓄積電極用膜108によるパターン202として形
成されるものである。
【0040】図1(a)及び(b)に示す本発明の実施
形態1では、蓄積電極用コンタクト形成マスクにより同
時に形成されるアライメントマーク用パターン201、
202がすべて蓄積電極形成用膜108で覆われている
ため、蓄積電極用コンタクト形成マスクにより同時に形
成されるパターン201、202の側壁面部に蓄積電極
形成用膜によるサイドウォールは形成されず、HSG型
蓄積電極の形成プロセスにおいても、サイドウォールの
剥がれによるゴミが発生するという問題は生じない。
【0041】また、図2は、本発明の実施形態1の一部
を変更した実施形態を示すものであり、図2に示す実施
形態では、蓄積電極用コンタクト形成マスクにより同時
に形成されるパターン201は、すべて蓄積電極形成用
の膜108で覆われてはいないが、蓄積電極用コンタク
ト形成マスクにより同時に形成されるパターン領域20
1の側壁面部は、すべて蓄積電極形成用膜108で覆わ
れているため、図1(a)及び(b)と同様に、HSG
型蓄積電極の形成プロセスにおいても、サイドウォール
が剥がれるといった問題は生じない。
【0042】次に本発明の実施形態に係る半導体記憶装
置の製造方法を図3及び図5に基づいて説明する。図3
(a),(b)は、図2のC−C’線に沿う断面を用い
て製造方法を工程順に示すものである。
【0043】図3(a)は、従来例として示した図10
(c)と同じ途中工程の図である。図3(a)に示すよ
うに本発明の実施形態では、多層の絶縁膜を成膜し、蓄
積電極用コンタクト孔をメモリセル領域に形成する際
に、アライメント領域に凹陥状のパターン201を開孔
し、リンドープトシリコン膜を成膜する前の前処理とし
てバッファードフッ酸液およびブランソン洗浄液に基板
を浸し、その後、蓄積電極用のリンドープトシリコン膜
108をメモリセル領域を含むアライメント領域の凹陥
状パターン201に成膜させる。
【0044】次に図3(b)に示すように、蓄積電極形
成のためリンドープシリコン膜108をパターニングす
るときに、アライメント領域では、図2に示されたパタ
ーン202の形状にリンドープシリコン膜108をパタ
ーニングする。このとき、アライメント領域における蓄
積電極用コンタクトパターンの凹凸を有するパターン2
01の側壁面部の蓄積電極形成用膜108はエッチング
されないため、その側壁面部には、蓄積電極形成用膜1
08によるサイドウォールは形成されない。すなわち、
アライメント領域では、蓄積電極形成用のリンドープシ
リコン膜108を、パターン201の側壁面部を覆うよ
うにパターニングするため、蓄積電極形成用のリンドー
プシリコン膜108によるサイドウォールが剥がれると
いった問題は生じない。なお、従来例と同様、蓄積電極
のオーバーエッチにより基板がエッチングされている部
分304が存在するが、この部分は歩留に悪影響を与え
るものではない。
【0045】その後、図5(c)に示すように、希フッ
酸での表面処理を行う。このとき、希フッ酸によりパタ
ーン201の側壁面部のBPSG膜110,112は、
蓄積電極形成用膜108で覆われていない部分からエッ
チングが進む。しかし、図5(c)に示すように、1つ
の連続した蓄積電極形成用膜108は、シリコン基板1
00やシリコン酸化膜101,111に密着しているた
め、宙に浮いた状態とならず、後のHSG処理した後に
おいても、この部分が剥がれることはない(図5
(d))。
【0046】(実施形態2)図4(a),(b)は、本
発明の実施形態2に係る半導体記憶装置の製造方法を工
程順に示す断面図である。
【0047】図4(a)は、従来例として示した図10
(b)と同じ工程図である。図4(a)に示すように本
実施形態2では、メモリセル領域に蓄積電極用コンタク
ト孔を開孔する際に、アライメント領域に凹陥状のパタ
ーン201を開孔する。さらにリンドープトシリコン膜
を成膜する前の前処理として、バッファードフッ酸液お
よびブランソン洗浄液に基板を浸漬する。このとき、パ
ターン201の側壁面部は、少しエッチングされ、凹凸
が形成される。引続いて、メモリセル領域及びアライメ
ント領域に亘って蓄積電極形成用のリンドープトシリコ
ン膜108を成膜する。
【0048】次いで、図4(b)に示すように、蓄積電
極形成のためリンドープシリコン膜108をパターニン
グすると同時に、アライメント領域では、リンドープシ
リコン膜108を凸状のパターン202にパターニング
する。このとき、アライメント領域における凹凸を有す
る側壁面部の蓄積電極膜108はエッチングされるた
め、側壁面部には、蓄積電極膜108によるサイドウォ
ール108aが形成されるが、この蓄積電極材料のエッ
チングの条件として、エッチング残りが発生せず、か
つ、凹凸を有する形状の側壁面に形成されるサイドウォ
ール108aがその凹凸で分離されず連続した形となる
ように制御する。
【0049】実施形態では、アクセサリパターンとして
位置決め用のアライメントマークを例にとって説明した
が、アクセサリパターンとしては、位置決め用のアライ
メントマークに限定されるものではなく、アクセサリパ
ターンとして、ノギスパターン,ボックスパターン,エ
ッチングパターン等を用いた場合にも、同様に適用する
ことができる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クセサリパターンの側壁面部を、蓄積電極形成用膜を利
用して被覆しているため、HSG前処理としての希フッ
酸での表面処理を行った直後にあっても、アクセサリパ
ターンの側壁面部にサイドウォールが残留せず、サイド
ウォールの剥がれによる歩留低下を防止することができ
る。
【0051】さらに、蓄積電極用コンタクト孔上に成膜
された蓄積電極用半導体材料をパターニングする際に、
アクセサリパターンの側壁部を蓄積電極用半導体材料に
よるサイドウオールが連続した形状に該蓄積電極用半導
体材料をパターニングするため、蓄積電極用半導体材料
によるサイドウォールが宙に浮いた状態とはならず、サ
イドウォールの剥がれによる歩留低下を防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1においてアライメント領域
に設けたパターンを示す平面図である。
【図2】本発明の実施形態1の一部を変更した実施形態
におけるパターンを示す平面図である。
【図3】本発明の実施形態1に係る半導体記憶装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。
【図4】本発明の実施形態2に係る半導体記憶装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。
【図5】本発明の実施形態2に係る半導体記憶装置の製
造方法を工程順に示す断面図である。
【図6】(a)は従来例を示す平面図、(b)は(a)
のA−A’線断面図である。
【図7】従来例を製造工程順に示す断面図である。
【図8】従来例を製造工程順に示す断面図である。
【図9】従来例を示す平面図である。
【図10】従来例を製造工程順に示す断面図である。
【図11】従来例を製造工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
100 シリコン基板 101 素子分離領域 108 蓄積電極用膜 110 絶縁膜 112 BPSG膜 201 凹陥状パターン 202 凸状パターン

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 HSG(Hemispherical
    Grained)シリコン膜からなる蓄積電極を有する
    半導体記憶装置であって、内部の絶縁膜よりも相対的にエッチング速度の遅い絶縁
    膜を最上層の絶縁膜とする多層の絶縁膜から成る側面は
    蓄積電極形成用膜で完全に覆われているものであること
    を特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記多層の絶縁膜に開口部を設けるため
    のパターンと前記開口部を覆うように前記蓄積電極形成
    用膜をパターニングするためのパターンを有するアクセ
    サリーパターンを有することを特徴とする請求項1に記
    載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 HSG(Hemispherical
    Grained)シリコン膜からなる蓄積電極を有する
    半導体記憶装置の製造方法であって、 コンタクト形成工程と、成膜工程と、パターニング工程
    とを含み、 コンタクト形成工程は、蓄積電極用コンタクト孔を開孔
    する処理であり、 成膜工程は、蓄積電極用コンタクト孔を含む半導体基板
    上に蓄積電極用の半導体材料を成膜する処理であり、 パターニング工程は、蓄積電極用コンタクト孔上に成膜
    された蓄積電極用半導体材料をパターニングする際に、
    前記側面を覆うように該蓄積電極用半導体材料をパター
    ニングする処理であることを特徴とする半導体記憶装置
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 HSG(Hemispherical
    Grained)シリコン膜からなる蓄積電極を有する
    半導体記憶装置の製造方法であって、 コンタクト形成工程と、成膜工程と、パターニング工程
    と、アクセサリーパターン形成工程とを含み、 コンタクト形成工程は、蓄積電極用コンタクト孔を開孔
    する処理であり、 成膜工程は、アクセサリパターン及び蓄積電極用コンタ
    クト孔を含む半導体基板上に蓄積電極用の半導体材料を
    成膜する処理であり、 パターニング工程は、蓄積電極用コンタクト孔上に成膜
    された蓄積電極用半導体材料をパターニングする工程で
    あり、 アクセサリーパターン形成工程は、第1のアクセサリパ
    ターン形成工程と、前 記成膜工程と、第2のアクセサリ
    パターン形成工程と含み、 前記第1のアクセサリパターン形成工程は、蓄積電極用
    コンタクト孔の形成時にメモリセル領域に隣接したアク
    セサリパターンの領域に、第1のアクセサリパターンと
    しての凹陥状パターンを開孔する処理であり、 第2のアクセサリパターン形成工程は、メモリセル領域
    の蓄積電極形成用膜をパターニングする際に、アクセサ
    リパターン領域の蓄積電極形成用膜からなるサイドウォ
    ールが連続して凹陥状パターンの側面部を覆うようにパ
    ターニングし、第2のアクセサリパターンとしての凸状
    パターンを形成する処理であることを特徴とする半導体
    記憶装置の製造方法。
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