JP6483182B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

技術分野は、抵抗体及びその作製方法、半導体装置及びその作製方法等に関する。

半導体集積回路を備えた半導体装置は、ＴＦＴ等のスイッチング素子、容量素子、抵抗
体等から構成される。

スイッチング素子、容量素子、抵抗体の特性値は、設計時に決定されるので、通常は半
導体集積回路形成後に変更することができない。

そこで、あらかじめ予備の素子群を形成しておき、半導体集積回路の特性評価に応じて
予備の素子群を用いて特性を修正する技術が開示されている。（特許文献１）

特開平１１−２５１５２９号公報

特許文献１に記載の技術では、特性評価の結果に応じて予備の素子群と集積回路を接続
するためのコンタクトホール用のマスク及び配線用のマスクを設計しており、回路が完成
した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要としてしまうため煩雑である。

そこで、回路が完成した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要とせずに特性値を変
更することが可能な抵抗体を提供することを目的とする。

まず、複数の抵抗体ユニット（第１の抵抗体ユニット）を直列接続する。

なお、抵抗体ユニットは、単体の抵抗体から構成されたユニットでも、複数の抵抗体か
ら構成されたユニット（例えば、複数の抵抗体が並列接続された構成）でもどちらでも良
い。

そして、前記複数の抵抗体ユニットのうちの一部の抵抗体ユニットに並列接続される第
２の抵抗体ユニットを設ける。

なお、前記第２の抵抗体ユニットの抵抗値は、前記第１の抵抗体ユニットの抵抗値より
も低い。

そして、半導体集積回路測定後に、必要に応じて前記第２の抵抗体ユニットを電気的に
切断すれば良い。

また、他の形態として、第１の抵抗体ユニットを、複数の抵抗体からなるものとする。
そして、第１の抵抗体ユニットを構成する配線または抵抗体の一部を電気的に切断しても
良い。

開示する発明の１つは、直列接続された複数の第１の抵抗体ユニットと、前記複数の第
１の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続される第２の抵抗体ユニットと、を有し、前
記第２の抵抗体ユニットの抵抗値は、前記第１の抵抗体ユニットの抵抗値よりも低い半導
体装置である。

また、開示する発明のうちの他の１つは、直列接続された複数の第１の抵抗体ユニット
と、前記複数の第１の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続され、前記第１の抵抗体ユ
ニットの抵抗値よりも抵抗値が低い第２の抵抗体ユニットと、を形成した後、前記第２の
抵抗体ユニットを電気的に切断する半導体装置の作製方法である。

また、前記第１の抵抗体ユニットをシリコン層とし、前記第２の抵抗体ユニットを金属
層とすると好ましい。

また、開示する発明のうちの他の１つは、複数の抵抗体を配線を用いて並列接続したユ
ニットを、複数直列接続した構造を形成し、前記抵抗体又は前記配線の一部を電気的に切
断する半導体装置の作製方法である。

開示する発明の抵抗体は、回路が完成した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要と
せずに特性値を変更することが可能である。

なお、切断を行う場合、その方法は特に限定されないが、レーザーカットを行うと素子
の封止後であっても特性の変更が可能となるので好ましい。

抵抗体の一例 抵抗体の上面図及び回路図の一例（切断前） 抵抗体の上面図及び回路図の一例（切断後） 抵抗体の上面図及び回路図の一例（切断前） 抵抗体の上面図及び回路図の一例（切断後） 半導体装置の一例 抵抗体の一例

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

但し、開示する発明は以下の説明に限定されないこと、並びに、開示する発明の趣旨及
びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者で
あれば容易に理解される。

従って、開示する発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるもので
はない。

なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の
符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態においては、抵抗体の構成について説明する。

図１（Ａ）は抵抗体の上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の縦断面図である。

抵抗体は金属層１０１（第２の導電層）、不純物がドープされたポリシリコンまたはア
モルファスシリコンからなるシリコン層１０２（第１の導電層）、金属層１０１とシリコ
ン層１０２を接続する導電物１０３からなる。

金属層１０１としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、
金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛
、鉄等を用いることができる。

抵抗体のシリコン層１０２にはドープする不純物、ドーズ量等のイオン注入の条件を適
宜設定する事により抵抗体を所望の値に設定することができる。

不純物の種類としては、シリコンにＮ型の導電性を付与する場合は燐、砒素等を含む不
純物を用いることができ、シリコンにＰ型の導電性を付与する場合はボロン等を含む不純
物を用いることができる。

導電物１０３は金属層１０１と同様の材料を用いることができる。金属層１０１と導電
物１０３を同一膜から形成しても良い。

なお、本実施の形態では、第１の導電層をシリコン層とし、第２の導電層を金属とした
が、第１の導電層の抵抗値（又は抵抗率）よりも第２の導電層の抵抗値（又は抵抗率）が
低ければどのような材料を用いても良い。（特に、半導体はシリコン以外でも良く、シリ
コンゲルマニウム、ゲルマニウム等も当然用いることができる。）

例えば、第１の導電層及び第２の導電層を両方とも半導体層とし、第１の導電層の結晶
性を、第２の導電層の結晶性よりも低くすることにより抵抗値（又は抵抗率）に差をつけ
てもよい。

なお、結晶性は、単結晶、多結晶、微結晶、非晶質の順に低くなる。結晶性が低いほど
抵抗値（又は抵抗率）が高くなる。

また、第１の導電層及び第２の導電層を両方とも半導体層とし、第１の導電層に添加す
る不純物の濃度を、第２の導電層に添加する不純物の濃度よりも低くすることにより抵抗
値（又は抵抗率）に差をつけてもよい。この場合においても、第１の導電層の結晶性を、
第２の導電層の結晶性よりも低くしても良い。

また、第１の導電層及び第２の導電層を両方とも金属とし、第１の導電層を窒化又は酸
化することにより抵抗値（又は抵抗率）に差を付けても良い。

また、第１の導電層からなる抵抗体と、第２の導電層からなる抵抗体が並列に接続され
ているとき、第２の導電層からなる抵抗体の抵抗が無視できるくらい抵抗値（又は抵抗率
）に差があると好ましい。

第２の導電層が第１の導電層より抵抗値が非常に低ければ、第２の導電層の抵抗値を無
視できる。第１の導電層の抵抗率が第２の導電層の抵抗率の１００倍以上あれば抵抗値が
無視できるといって良い。例えば、ドープしたシリコンの抵抗率は（ドープした不純物量
に左右されるが）１０^１Ωｍ〜１０^３Ωｍ程度であり、金属の抵抗率は１０^−８Ωｍ〜１
０^−７Ωｍ程度であることを考慮すると、ドープしたシリコンと金属との組み合わせであ
れば充分すぎるほど抵抗値を無視できるといえる。なお、多くの物質の抵抗率は公知であ
るので、当業者は適宜最適な組み合わせを選択できる。

なお、抵抗値の事後調整という観点から考えると、第２の導電層が第１の導電層より抵
抗値が低い状態とすればどのような形態でも適用可能である。（なぜなら、第２の導電層
の抵抗値を無視できなくとも、第１の導電層の抵抗値と第２の導電層の抵抗値とに差があ
れば、切断による抵抗値の事後調整が可能だからである。）

図２（Ａ）は抵抗体１０９、抵抗体１１０、抵抗体１１１、抵抗体１１２、抵抗体１１
３を第２の抵抗体ユニット１０８で接続し、抵抗体１１１から終点１０５を接続し所望の
値にした抵抗体群となっている。なお、抵抗体１０９〜１１３は第１の抵抗体ユニット１
０７と、金属層と第１の抵抗体ユニット１０７とを電気的に接続する導電物１０６とを有
している。

よって、第２の抵抗体ユニット１０８で抵抗体１１１から終点１０５を接続している事
により、図２（Ａ）の抵抗体群は始点１０４から終点１０５までは抵抗体１０９の抵抗値
（又は抵抗率）と抵抗体１１０の抵抗値（又は抵抗率）を足した抵抗値（又は抵抗率）と
なっている。

つまり、直列接続された抵抗体群（抵抗体１０９、抵抗体１１０、抵抗体１１１、抵抗
体１１２、抵抗体１１３）を有する。

そして、直列接続された抵抗体群のうち一部の抵抗体群と並列接続された第２の抵抗体
ユニット１０８を少なくとも１つ有する。なお、本実施の形態では第１及び第２の抵抗体
ユニットを単体の抵抗体からなるものとしたが、第１及び第２の抵抗体ユニットを並列接
続された抵抗体からなるものとしても良い。

また、図２（Ａ）のように、半導体装置製造工程終了後にレーザービーム照射予定位置
１１４をマスクレイアウト時に確保しておかなければならない。

図２（Ｂ）は図２（Ａ）を回路図としてあらわしている。

第２の抵抗体ユニット１０８の抵抗値（又は抵抗率）は第１の抵抗体ユニット１０７よ
りも抵抗値（又は抵抗率）が非常に低く抵抗としてみなしていない。

マスクレイアウトを図２（Ａ）のように設計し、半導体装置製造工程を進める。

半導体装置製造工程終了後の評価、及び検査等のときに、マスクレイアウトで設定した
抵抗値（又は抵抗率）が半導体装置製造工程時の特性ばらつきにより、意図した値ではな
いことがある。

図２（Ａ）の第２の抵抗体ユニット１０８のレーザービーム照射予定位置１１４をレー
ザービームにより分断する事により、抵抗体群が図３（Ａ）となり抵抗値（又は抵抗率）
を抵抗体１０９、抵抗体１１０、抵抗体１１１、抵抗体１１２、抵抗体１１３の抵抗値（
又は抵抗率）を足した値を、始点１０４から終点１０５までの抵抗値（又は抵抗率）とす
ることが半導体装置製造工程終了後において可能である。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の回路図となっている。
（実施の形態２）

図４（Ａ）は抵抗体を並列に接続したものを並列抵抗体ユニット１１６、並列抵抗体ユ
ニット１１７、並列抵抗体ユニット１１８とし、各並列抵抗体ユニットを配線で接続し、
所望の値にした抵抗体素子となっている。

図４（Ｂ）は図４（Ａ）を回路図としてあらわしている。

配線の抵抗値（又は抵抗率）は抵抗体よりも抵抗値（又は抵抗率）が非常に低く抵抗と
してみなしていない。

マスクレイアウトを図４（Ａ）のように設計し、半導体装置製造工程を進める。

半導体装置製造工程終了後の評価、及び検査等のときに、マスクレイアウトで設定した
抵抗値（又は抵抗率）では半導体装置製造工程時の特性ばらつきにより、意図した値では
ないことがある。

図４（Ａ）の金属配線のレーザービーム照射予定位置１１９をレーザービームにより分
断する事により、抵抗体群が図５（Ａ）となり、始点１２０から終点１２１までの抵抗値
（又は抵抗率）を並列抵抗体ユニット１１６抵抗値（又は抵抗率）と並列抵抗体ユニット
１１７の抵抗値（又は抵抗率）と並列抵抗体ユニット１１８の倍の抵抗値（又は抵抗率）
を足した抵抗値（又は抵抗率）にすることが半導体装置製造工程終了後において可能であ
る。

本実施の形態では、レーザー照射予定位置を定めたが、レーザービームによる分断箇所
は任意であり、必要とする値になるよう配線にレーザー照射を行えばよい。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の回路図となっている。

なお、本実施の形態では、レーザービームを用いて金属層を分断したが、ハサミ、カッ
ター、針等による切断等を用いても良い。

ただし、ハサミ、カッター、針等を用いると切断時の応力により、抵抗体の周りに配置
された回路まで破壊されてしまうおそれがある。

また、封止後に、ハサミ、カッター、針等を用いた切断を行うと、封止がやぶられてし
まうので封止の意味がなくなってしまう。

よって、レーザービームを用いた切断の方が、応力破壊及び封止破壊の問題を生じるこ
となく切断を行えるので好ましい。

（実施の形態３）
本実施形態では実施の形態１又は実施の形態２の抵抗体を用いた半導体装置の一例につ
いて説明する。

図６は、複数の薄膜トランジスタのうちの１つと、実施の形態１又は実施の形態２の抵
抗体のうちの１つと、を示す図である。

図６に記載の半導体装置は、基板３００上に、下地絶縁膜３０１、半導体層３０２ａと
ゲート絶縁膜３０２ｂとゲート電極３０２ｃとが順次積層された薄膜トランジスタ３０２
、抵抗体を含む層３０３、層間絶縁膜３０４、配線３０５ａ〜３０５ｄを有する。

そして、基板３００上に下地絶縁膜３０１が設けられており、下地絶縁膜３０１上に薄
膜トランジスタ３０２及び抵抗体を含む層３０３が設けられており、薄膜トランジスタ３
０２上及び抵抗体を含む層３０３上に層間絶縁膜３０４が設けられており、層間絶縁膜３
０４上に配線３０５ａ〜３０５ｄが設けられている。

基板３００としては、ガラス基板、石英基板、樹脂基板、金属基板等を用いることがで
きる。

レーザービームを用いた切断を行うのであればガラス基板、石英基板、樹脂基板等の透
光性を有する基板を用いると基板側からレーザービームを照射して切断することができる
ので好ましい。

下地絶縁膜３０１としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を
含む窒化珪素膜、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等を適用することができる。

半導体層３０２ａは、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、有機半導体（
例えば、ペンタセン等）等を用いることができる。

ゲート絶縁膜３０２ｂとしては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸
素を含む窒化珪素膜、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム等を用いる
ことができる。

ゲート電極３０２ｃとしては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅
、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム
、亜鉛、鉄、シリコン等を用いることができる。

なお、本実施の形態では薄膜トランジスタ３０２をトップゲート型としたが、ボトムゲ
ート型としても良い。また、必要に応じて半導体層３０２ａにＬＤＤ領域を設けても良い
。

抵抗体を含む層３０３は、半導体層３０２ａと同様の材料を用いることができる。また
、抵抗体を含む層３０３を半導体層３０２ａと同一工程で作製すると工程数を減らすこと
ができ好ましい。

なお、本実施の形態において、抵抗体を含む層３０３を半導体層としたが、抵抗体を含
む層３０３をゲート電極と同一工程で形成し、その後抵抗体を含む層３０３だけを窒化又
は酸化しても良い。この場合、抵抗体を含む層３０３はゲート絶縁膜３０２ｂ上に形成さ
れることになる。

層間絶縁膜３０４は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒
化珪素膜、樹脂膜等を用いることができる。

配線３０５ａ〜３０５ｄは、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、
銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、
亜鉛、鉄、シリコン等を用いることができる。

なお、下地絶縁膜３０１、半導体層３０２ａ、ゲート絶縁膜３０２ｂ、ゲート電極３０
２ｃ、抵抗体を含む層３０３、層間絶縁膜３０４、又は配線３０５ａ〜３０５ｄは、単層
構造でも積層構造でもどちらでも良い。

また、本実施の形態のうちの一の形態として、抵抗体を含む層３０３が第１の導電層に
対応し、配線３０５ｃ及び配線３０５ｄが第２の導電層に対応する構成とする。

よって、配線３０５ｃ及び配線３０５ｄの抵抗値（又は抵抗率）は、抵抗体を含む層３
０３の抵抗値（又は抵抗率）よりも低い。

また、薄膜トランジスタ及び抵抗体を有する半導体集積回路が完成した後、エポキシ樹
脂、プリプレグ等の絶縁体で半導体集積回路を封止することにより半導体集積回路を保護
することができる。

また、半導体集積回路がアクティブマトリクス型表示装置である場合は、例えば、対向
基板及びシール材を用いて封止を行う。

（実施の形態４）
実施の形態３の変形例として、抵抗体を含む層３０３内に、抵抗値（又は抵抗率）が高
い複数の第１の領域と、抵抗値（又は抵抗率）が低い複数の第２の領域とを形成する構成
としても良い。

この場合、複数の第１の領域を直列接続するとともに、複数の第１の領域のうちの一部
と、複数の第２の領域のうちの一部とを並列接続する構成とすれば良い。

つまり、第１の領域が第１の導電層（抵抗体）に対応し、第２の領域が第２の導電層（
配線）に対応した構成となる。

当該構成の作製方法の一例について説明する。

図７は、図６の抵抗体を含む層３０３が形成される領域を抜き出した図である。

図７（Ａ）は、層間絶縁膜３０４を形成した直後の図である。

図７では、抵抗体を含む層３０３として結晶性半導体を用いる。

そして、図７（Ａ）の工程の後、層間絶縁膜３０４及びゲート絶縁膜３０２ｂに、抵抗
体を含む層３０３に達するコンタクトホールと、抵抗体を含む層３０３に達する開口部を
形成する。（図７（Ｂ））

開口部は、第１の領域１１と重なる領域に形成される。

また、抵抗体を含む層３０３に達するコンタクトホールと、抵抗体を含む層３０３に達
する開口部と、を薄膜トランジスタに達するコンタクトホールの形成工程と同時に形成す
ると工程数が削減できるので好ましい。

次に、層間絶縁膜３０４上に、抵抗体を含む層３０３に達するコンタクトホールを介し
て抵抗体を含む層３０３に電気的に接続される配線３０５ｃ及び３０５ｄを形成する。

配線３０５ｃ及び３０５ｄは、層間絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜上にマスク
を形成し、前記マスクを用いて前記導電膜をエッチングすることにより形成する。

マスクとしては、フォトレジスト等の有機膜マスクを用いる。若しくは、酸化珪素膜、
窒化珪素膜、金属膜等の無機膜マスクを用いても良い。

次に、開口部において露出した抵抗体を含む層３０３に導電性を付与しない不純物を添
加することによって、結晶性半導体を破壊して非結晶性半導体領域３０３ａを形成する。
（図７（Ｃ））

導電性を付与しない不純物としては、水素または希ガス（ヘリウム、アルゴン等）等が
適用できる。

以上のようにして、非晶質半導体からなる第１の領域１１と結晶性半導体からなる第２
の領域１２、第３の領域１３とを作り分けることができる。なお、導電性を付与しない不
純物を添加することに替えて、酸素プラズマ処理又は窒素プラズマ処理を適用して、半導
体層の表面のみを酸化又は窒化させても良い。半導体層の表面のみを酸化又は窒化させる
と、半導体層の厚さが薄くなるので抵抗値が上昇することになる。なお、プラズマ処理に
替えて酸素雰囲気又は窒素雰囲気内で加熱を行っても良い。

なお、抵抗体を含む層３０３を金属層（例えばゲート電極と同一工程で形成した金属層
）としても良い。

この場合、酸素プラズマ処理又は窒素プラズマ処理を適用して、金属層の表面のみを酸
化又は窒化させると良い。プラズマ処理に替えて酸素雰囲気又は窒素雰囲気内で加熱を行
っても良い。なお、窒化金属又は酸化金属は導電性を示すので、金属層全てを窒化又は酸
化させても良い。

なお、ゲート絶縁膜（絶縁表面）上に抵抗体を含む層を形成し、前記抵抗体を含む層上
に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に抵抗体を含む層に達するコンタクトホール及び
抵抗体を含む層に達する開口部を形成し、前記層間絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電
膜上にマスクを形成し、マスクが残存した状態において前記開口部において露出した前記
抵抗体を含む層を酸化又は窒化させる構成とすると、配線がマスクで保護されるので好ま
しい。

特に、フォトレジストマスクが残存した状態において酸素プラズマ処理を行えば、フォ
トレジストを除去すると同時に抵抗体を含む層を酸化することができるので好ましい。

（実施の形態５）
半導体集積回路に抵抗を設ける理由は回路に所望の動作をさせるためである。

ところが、半導体集積回路を作製してみると、製造工程上の不確定要素（不純物汚染、
フォトレジスト露光時の寸法ズレ等）により素子特性（特に薄膜トランジスタの特性）が
ばらつく場合がある。

そのため、素子特性のばらつきに起因して、回路設計時に想定していた抵抗値では半導
体集積回路が所望の動作をしなくなるおそれがある。

そこで、実施の形態１乃至４の方法を用いて抵抗体群を可変抵抗体素子とすることによ
って、事後的に抵抗値を調整できるようになる。

（実施の形態６）
実施の形態１乃至５では直列接続された複数の抵抗体ユニットのうち一部の抵抗体ユニ
ットに並列接続される配線を物理的に切断する方法を用いた。

直列接続された複数の抵抗体ユニットのうち一部の抵抗体ユニットに並列接続される配
線の間にヒューズ素子又はスイッチング素子（トランジスタ等）等を挟んでも良い。

ヒューズ素子は、配線内において、他の領域より膜厚が薄いヒューズ領域を設けておけ
ば良い。ヒューズ素子としては抵抗率の低い配線等を用いることができる。配線としては
半導体、金属等を用いることができる。少ない発熱で溶断が可能になるように配線幅はで
きるだけ細い方がよく、１μｍ以下であることが望ましい。

他の領域より薄い領域に過大な電流を印加すると、ヒューズ領域が熔融切断されて配線
に電流が流れなくなる。

スイッチング素子を用いる場合、スイッチのオン、オフにより抵抗を可変にできる。ス
イッチング素子を用いると抵抗の変更を何度もできる点で優れている。

一方、スイッチング素子を動作させるための配線を設ける必要する点を考慮すると、配
線を切断する構成の方が優れる。

特に封止後に切断ができる点では、レーザー切断を用いる構成、ヒューズ素子を用いる
構成等が優れている。

それぞれの構成に一長一短があるので、目的に応じて適宜使い分けると好ましい。

１１ 第１の領域
１２ 第２の領域
１３ 第３の領域
１０１ 金属層
１０２ シリコン層
１０３ 導電物
１０４ 始点
１０５ 終点
１０６ 導電物
１０７ 第１の抵抗体ユニット
１０８ 第２の抵抗体ユニット
１０９ 抵抗体
１１０ 抵抗体
１１１ 抵抗体
１１２ 抵抗体
１１３ 抵抗体
１１４ レーザービーム照射予定位置
１１６ 並列抵抗体ユニット
１１７ 並列抵抗体ユニット
１１８ 並列抵抗体ユニット
１１９ レーザービーム照射予定位置
１２０ 始点
１２１ 終点
３００ 基板
３０１ 下地絶縁膜
３０２ 薄膜トランジスタ
３０３ 抵抗体を含む層
３０４ 層間絶縁膜
３０２ａ 半導体層
３０２ｂ ゲート絶縁膜
３０２ｃ ゲート電極
３０５ａ 配線
３０５ｂ 配線
３０５ｃ 配線
３０５ｄ 配線

Claims (1)

1. 基板上の複数の第１の抵抗体ユニットと、
   前記基板上の前記複数の第１の抵抗体ユニットと直列接続される第２の抵抗体ユニットと、
   前記第１の抵抗体ユニット上、前記第２の抵抗体ユニット上の封止体と、を有し、
   前記第２の抵抗体ユニットは、第１の導電層と、第２の導電層が並列に接続され、
   前記第１の導電層の抵抗値は、前記第２の導電層の抵抗値より１００倍以上高く、
   前記第２の導電層には、前記基板を介したレーザービームにより切断可能な領域が設けられていることを特徴とする半導体装置。

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