JPH02231715A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH02231715A JPH02231715A JP5309289A JP5309289A JPH02231715A JP H02231715 A JPH02231715 A JP H02231715A JP 5309289 A JP5309289 A JP 5309289A JP 5309289 A JP5309289 A JP 5309289A JP H02231715 A JPH02231715 A JP H02231715A
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は高集積度●高遠の半導体装置の製造方法に関す
るものである。
るものである。
従来の技術
半導体集積回路の高密度化につれて、かかる装置の高速
動作性を維持するためにはゲート電極及びソース/ドレ
イン拡散層の低抵抗化が必要になっている。これを実現
し得る技術のひとつが、ゲート電極及びソース/ドレイ
ン拡散層の上層に高融点金属のシリサイド層を自己整合
的に固相反応により形成する技術(シリサイド化技術)
である。
動作性を維持するためにはゲート電極及びソース/ドレ
イン拡散層の低抵抗化が必要になっている。これを実現
し得る技術のひとつが、ゲート電極及びソース/ドレイ
ン拡散層の上層に高融点金属のシリサイド層を自己整合
的に固相反応により形成する技術(シリサイド化技術)
である。
この方法では堆積された高融点金属と露出シリコ冫表面
とのシリサイド化反応が均一に起りにくいという難点が
あるが、これを解決するための方法として例えばアイ●
イーOイー●イー●トランザクシeンオブエレクトロン
デバイスイズED−31(1984年)第1329頁か
ら第1334頁(IEEE Trans.Electr
on Devices ED−31(1984)pp1
32!]−1334)に示゛されるように、高融点金属
を堆積した時点でシリコン基板との界面ミキシングをす
るため、ドーバントであるヒ素イオンあるいは非ドーパ
ントであるシリコンイオンを界面近傍に注入した後、シ
リサイド化のための熱処理を行うものである。ソース/
ドレイン領域及びゲート電極上に固相反応により高融点
金属シリサイド膜を形成する技術においては、これを大
規模集積回路に適用する限り、前記シリサイド膜形成後
、為される高温熱処理(例えば注入不純物の活性化や眉
間絶縁膜のフローなど)を経ても膜の均一性が維持され
ることが必要である。
とのシリサイド化反応が均一に起りにくいという難点が
あるが、これを解決するための方法として例えばアイ●
イーOイー●イー●トランザクシeンオブエレクトロン
デバイスイズED−31(1984年)第1329頁か
ら第1334頁(IEEE Trans.Electr
on Devices ED−31(1984)pp1
32!]−1334)に示゛されるように、高融点金属
を堆積した時点でシリコン基板との界面ミキシングをす
るため、ドーバントであるヒ素イオンあるいは非ドーパ
ントであるシリコンイオンを界面近傍に注入した後、シ
リサイド化のための熱処理を行うものである。ソース/
ドレイン領域及びゲート電極上に固相反応により高融点
金属シリサイド膜を形成する技術においては、これを大
規模集積回路に適用する限り、前記シリサイド膜形成後
、為される高温熱処理(例えば注入不純物の活性化や眉
間絶縁膜のフローなど)を経ても膜の均一性が維持され
ることが必要である。
発明が解決しようとする課題
しかし、かかる構成によればシリサイド膜形成時にはミ
キシング注入を用いることにより均一性の良好な膜質が
得られるが、この後に為される高温熱処理(900゜C
以上、30分間以上)の際にシリサイド膜が凝集するこ
とによって表面粗れが生じ、シリサイドの亀裂部では下
地シリコン表面が露出するという問題があった。この傾
向は高融点金属シリサイド中最も低抵抗であり、シリコ
ンとの固相反応形成も比較的容易なチタンシリサイドに
おいて顕著である。
キシング注入を用いることにより均一性の良好な膜質が
得られるが、この後に為される高温熱処理(900゜C
以上、30分間以上)の際にシリサイド膜が凝集するこ
とによって表面粗れが生じ、シリサイドの亀裂部では下
地シリコン表面が露出するという問題があった。この傾
向は高融点金属シリサイド中最も低抵抗であり、シリコ
ンとの固相反応形成も比較的容易なチタンシリサイドに
おいて顕著である。
本発明は、上述の問題点に鑑みて試されたもので、シリ
サイド膜形成後に実用的な大規模集積回路製造上必要と
される熱処理を経ても膜質と電気特性の劣化がなく、そ
れらの均一性も良好゜なシリサイド被膜を形成すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
サイド膜形成後に実用的な大規模集積回路製造上必要と
される熱処理を経ても膜質と電気特性の劣化がなく、そ
れらの均一性も良好゜なシリサイド被膜を形成すること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段
本発明は上述の課題を解決するため、シリコン基板上に
固相反応により金属シリサイド膜を形成するに際し前記
シリコン基板側に電圧を印加させながら前記金属シリサ
イド膜の主構成成分である金属をスバッタ堆積した後、
熱処理を行うことによりシリサイド化反応を行うという
構成を備えたものである。
固相反応により金属シリサイド膜を形成するに際し前記
シリコン基板側に電圧を印加させながら前記金属シリサ
イド膜の主構成成分である金属をスバッタ堆積した後、
熱処理を行うことによりシリサイド化反応を行うという
構成を備えたものである。
作用
本発明は上述の構成により、金属堆積時に金属被膜とシ
リコン基板の界面にこれらの相互拡散層が形成されるた
め熱処理によるシリサイド化固相反応が均一に進み、さ
らに形成されたシリサイド膜の耐熱性を高めることが可
能となる。
リコン基板の界面にこれらの相互拡散層が形成されるた
め熱処理によるシリサイド化固相反応が均一に進み、さ
らに形成されたシリサイド膜の耐熱性を高めることが可
能となる。
実施例
第1図(a)〜(d)は発明の一実施例におけるチタン
シリサイド被膜をシリコン基板上に選択的に形成する工
程断面図である。第1図(a)において、1はシリコン
基板(100)であり、2は素子間分離用に形成された
酸化膜である。このシリコン基板1表面の自然酸化膜を
湿式除去した直後、真空槽内においてシリコン基板1全
面にチタン被膜をDoマグネトロンスパッタ法により堆
積するが、この際シリコン基板1側にも高周波電力源3
(13.58MHZ,100v)により高周波バイア
ス印加を行った(第1図(b))。これによりシリコン
基板1の表面にはスパッタされたチタン原子が入射●堆
積するとともに導入ガスのアルゴンのイオンによる衝撃
も加えられるため、堆積終了時にはチタン被膜(この場
合35n鵬)4とシリコン基板1の界面にこれらの相互
拡散層5が形成される(第1図(C))。次に窒素ガス
導入が可能な短時アニール装置により、825℃、80
秒間の熱処理を行うことによりチタン被膜4のシリサイ
ド化を行う。BaSOa”He02液により前記熱処理
中に表面部分に形成された窒化チタンを選択的に除去し
たところ第1図(a)の如く、チタンシリサシド膜6の
分離酸化膜2の上への這い上がり(横方向成長)がなく
、チタンシリサイド膜6はシリコン基板1上にのみ形成
された。また第1図(b)におけるチタンのスバッタ堆
積を行う際に同時にシリコン基板1側に高周波バイアス
を印加する工程を処理するためのスパッタ装置概略図を
第2図に示す。真空槽12の中にプレーナマグネトロン
8に接するようにチタンターゲット7が設置され、これ
に対向するようにシリコン基板1が設置されている。真
空槽I2は主排気系10とアルゴンガス導入系llを有
している。スパッタ堆積を行う際にはチタンターゲット
7に負の直流高電圧が印加され陰極となりチタン原子が
スパッタされる。シリコン基板1側に高周波電源3 (
13.56MHz,loOw)により高周波バイアスが
印加されると、シリコン基板1には自己バイアス成分が
生じ、チタン原子が堆積されながらアルゴンイオンの衝
突が起こる構造になっている。
シリサイド被膜をシリコン基板上に選択的に形成する工
程断面図である。第1図(a)において、1はシリコン
基板(100)であり、2は素子間分離用に形成された
酸化膜である。このシリコン基板1表面の自然酸化膜を
湿式除去した直後、真空槽内においてシリコン基板1全
面にチタン被膜をDoマグネトロンスパッタ法により堆
積するが、この際シリコン基板1側にも高周波電力源3
(13.58MHZ,100v)により高周波バイア
ス印加を行った(第1図(b))。これによりシリコン
基板1の表面にはスパッタされたチタン原子が入射●堆
積するとともに導入ガスのアルゴンのイオンによる衝撃
も加えられるため、堆積終了時にはチタン被膜(この場
合35n鵬)4とシリコン基板1の界面にこれらの相互
拡散層5が形成される(第1図(C))。次に窒素ガス
導入が可能な短時アニール装置により、825℃、80
秒間の熱処理を行うことによりチタン被膜4のシリサイ
ド化を行う。BaSOa”He02液により前記熱処理
中に表面部分に形成された窒化チタンを選択的に除去し
たところ第1図(a)の如く、チタンシリサシド膜6の
分離酸化膜2の上への這い上がり(横方向成長)がなく
、チタンシリサイド膜6はシリコン基板1上にのみ形成
された。また第1図(b)におけるチタンのスバッタ堆
積を行う際に同時にシリコン基板1側に高周波バイアス
を印加する工程を処理するためのスパッタ装置概略図を
第2図に示す。真空槽12の中にプレーナマグネトロン
8に接するようにチタンターゲット7が設置され、これ
に対向するようにシリコン基板1が設置されている。真
空槽I2は主排気系10とアルゴンガス導入系llを有
している。スパッタ堆積を行う際にはチタンターゲット
7に負の直流高電圧が印加され陰極となりチタン原子が
スパッタされる。シリコン基板1側に高周波電源3 (
13.56MHz,loOw)により高周波バイアスが
印加されると、シリコン基板1には自己バイアス成分が
生じ、チタン原子が堆積されながらアルゴンイオンの衝
突が起こる構造になっている。
第3図は第1図の工程により形成されたチタンシリサイ
ド膜6のシート抵抗変化を各工程段階において示したも
のである。形成されたチタンシリサイド膜8の耐熱性を
評価するため、CvDシリコン酸化膜被覆付きのチタン
シリサイド膜6を窒素雰囲気中で900℃、30分間熱
処理を行った。この熱処理はシリコン系LSI工程にお
ける注入不純物の活性化、層間絶縁膜のフローによる平
坦化工程を想定している。また本発明の特徴である金属
スパッタ堆積時のシリコン基板1側への高周波バイアス
印加を行わずに形成したチタンシリサイド膜を従来法と
して本発明の方法と比較を行った。
ド膜6のシート抵抗変化を各工程段階において示したも
のである。形成されたチタンシリサイド膜8の耐熱性を
評価するため、CvDシリコン酸化膜被覆付きのチタン
シリサイド膜6を窒素雰囲気中で900℃、30分間熱
処理を行った。この熱処理はシリコン系LSI工程にお
ける注入不純物の活性化、層間絶縁膜のフローによる平
坦化工程を想定している。また本発明の特徴である金属
スパッタ堆積時のシリコン基板1側への高周波バイアス
印加を行わずに形成したチタンシリサイド膜を従来法と
して本発明の方法と比較を行った。
第3図によれば本発明の製造方法によるチタンシリサイ
ド膜6は900℃、30分間の熱処理を経てもシート抵
抗の増大が従来法に比べて抑制されていることがわかる
。この結果をチタンシリサイド膜6の膜質と対応させる
ために900℃、30分間の熱処理後の表面走査顕微鏡
写真を示したものが第4図である。但し熱処理時の被膜
CVD酸化膜をドライエッチング法により選択的に除去
した後、観察を行った。第4図(a)に示すように本発
明の製造方法によるチタンシリサイド膜6はSOO℃、
30分間の熱処理を経ても膜質の劣化がないのに対し、
第4図(b)に示すように従来法ではチタンシリサイド
膜θの凝集による極端な膜質劣化が生じ、下地のシリコ
ン基板1の表面が露出している部分もある。第3図,第
4図の結果から900℃、30分間の熱処理によって、
従来法により形成されたチタンシリサイド膜のシート抵
抗が増大するのはこの膜質の凝集により劣化するためで
あることがわかる。これに対して本発明の製造方法によ
るチタンシリサイド膜6は上記の熱処理を経ても、膜質
の劣化とこれに伴うシート抵抗の増大が発生しない。
ド膜6は900℃、30分間の熱処理を経てもシート抵
抗の増大が従来法に比べて抑制されていることがわかる
。この結果をチタンシリサイド膜6の膜質と対応させる
ために900℃、30分間の熱処理後の表面走査顕微鏡
写真を示したものが第4図である。但し熱処理時の被膜
CVD酸化膜をドライエッチング法により選択的に除去
した後、観察を行った。第4図(a)に示すように本発
明の製造方法によるチタンシリサイド膜6はSOO℃、
30分間の熱処理を経ても膜質の劣化がないのに対し、
第4図(b)に示すように従来法ではチタンシリサイド
膜θの凝集による極端な膜質劣化が生じ、下地のシリコ
ン基板1の表面が露出している部分もある。第3図,第
4図の結果から900℃、30分間の熱処理によって、
従来法により形成されたチタンシリサイド膜のシート抵
抗が増大するのはこの膜質の凝集により劣化するためで
あることがわかる。これに対して本発明の製造方法によ
るチタンシリサイド膜6は上記の熱処理を経ても、膜質
の劣化とこれに伴うシート抵抗の増大が発生しない。
次に本発明の製造方法の主要工程であるシリコン基板1
側への高周波バイアス印加によって、シリコン基板1と
堆積膜との界面にどのような現象が発生するかを評価す
るために不純物(酸素−炭素)濃度の深さ方向分布を2
次イオン質量分析法により測定した結果が第5図である
。但し、本実施例においては堆積膜としてチタン被膜を
用いているが、1次イオンビーム(セシウムイオン)に
よるスパッタリングの際、被検表面の表面凹凸が激しく
なり、界面付近の濃度値の定量性に問題が生じる。そこ
でこの分析においては堆積膜としてシリコンターゲット
のスパッタリング堆積による非品質シリコン膜を堆積し
た。成膜にあたっては第2図に示したものと同一の装置
を用い、シリコン基板1側には電力200W,周波数1
3 .58MHzの高周波電力を印加し、シリコンター
ゲット側のスパッタリングについてはプレーナマグネト
ロン法を直流高電圧印加により行った。第5図により本
発明の主要工程であるシリコン基板1側への高周波電力
印加によるシリコン基板側へのスパッタリングにより、
界面付近の酸素●炭素がともに減少していることがわか
る。
側への高周波バイアス印加によって、シリコン基板1と
堆積膜との界面にどのような現象が発生するかを評価す
るために不純物(酸素−炭素)濃度の深さ方向分布を2
次イオン質量分析法により測定した結果が第5図である
。但し、本実施例においては堆積膜としてチタン被膜を
用いているが、1次イオンビーム(セシウムイオン)に
よるスパッタリングの際、被検表面の表面凹凸が激しく
なり、界面付近の濃度値の定量性に問題が生じる。そこ
でこの分析においては堆積膜としてシリコンターゲット
のスパッタリング堆積による非品質シリコン膜を堆積し
た。成膜にあたっては第2図に示したものと同一の装置
を用い、シリコン基板1側には電力200W,周波数1
3 .58MHzの高周波電力を印加し、シリコンター
ゲット側のスパッタリングについてはプレーナマグネト
ロン法を直流高電圧印加により行った。第5図により本
発明の主要工程であるシリコン基板1側への高周波電力
印加によるシリコン基板側へのスパッタリングにより、
界面付近の酸素●炭素がともに減少していることがわか
る。
本発明の製造工程においてはチタン被膜4堆積直後にこ
れとシリコン基板1との界面にこれらの相互拡散層5が
形成され、このチタン被膜4のシリサイド化後の耐熱性
が向上することは、シリコン基板!側への高周波電力印
加とスパッタリングによりシリコン基板1表面の酸素●
炭素を含む不純物を除去するとともに、シリコン基板1
とチタン被膜4とのミキシングを行うことに起因すると
言える。
れとシリコン基板1との界面にこれらの相互拡散層5が
形成され、このチタン被膜4のシリサイド化後の耐熱性
が向上することは、シリコン基板!側への高周波電力印
加とスパッタリングによりシリコン基板1表面の酸素●
炭素を含む不純物を除去するとともに、シリコン基板1
とチタン被膜4とのミキシングを行うことに起因すると
言える。
上記実施例において説明した方法をMOS}ランジスタ
のソース/ドレイン領域及びゲート電極上に用いると低
抵抗で大規模集積回路製造上必要とされる800℃程度
の熱処理を経ても膜質の劣化のないチタンシリサイド膜
が得られ、集積回路の高速動作性を高めることが可能で
ある。
のソース/ドレイン領域及びゲート電極上に用いると低
抵抗で大規模集積回路製造上必要とされる800℃程度
の熱処理を経ても膜質の劣化のないチタンシリサイド膜
が得られ、集積回路の高速動作性を高めることが可能で
ある。
なお本実施例ではシリコン基板側に高周波電力を印加さ
せながら金属チタンを堆積したが、低周波あるいは直流
電力を印加させながら金属チタンを堆積してもよいこと
は言うまでもない。さらに本実施例において金属チタン
を堆積したが、これに限ることなく例えばコバルト、タ
ンタル、モリブデン、プラチナ、パラジウム等の金属を
用いても同様の効果が得られる。
せながら金属チタンを堆積したが、低周波あるいは直流
電力を印加させながら金属チタンを堆積してもよいこと
は言うまでもない。さらに本実施例において金属チタン
を堆積したが、これに限ることなく例えばコバルト、タ
ンタル、モリブデン、プラチナ、パラジウム等の金属を
用いても同様の効果が得られる。
発明の効果
以上の説明から明らかなように本発明は、金属堆積時に
金属被膜とシリコン基板の界面にこれらの相互拡散層が
形成されるため、熱処理によるシリサイド化固相反応が
均一に進み、大規模集積回路製造上必要とされる熱処理
を経てもシリサイド膜の膜質と電気特性の劣化がなく、
均一性が良好な低抵抗シリサイド膜が形成可能となり、
超微細な半導体装置の製造に大きく寄与するものである
。
金属被膜とシリコン基板の界面にこれらの相互拡散層が
形成されるため、熱処理によるシリサイド化固相反応が
均一に進み、大規模集積回路製造上必要とされる熱処理
を経てもシリサイド膜の膜質と電気特性の劣化がなく、
均一性が良好な低抵抗シリサイド膜が形成可能となり、
超微細な半導体装置の製造に大きく寄与するものである
。
第1図は本発明の一実施例における半導体装置の製造方
法を示す工程断面図、第2図は本発明の主要工程である
金属スパッタ堆積時にシリコン基板側にRFバイアスを
印加するためのスパッタ装置概略図、第3図は本発明と
従来法により形成したチタンシリサイド膜の各工程段階
におけるシート抵抗変化を示す特性図、第4図は本発明
と従来法により形成したチタンシリサイド膜の300℃
、30分間の熱処理後の表面走査電子顕微鏡による粒子
構造図、第5図は本発明の一実施例におけるシリコン基
板側にRFバイアス印加を行いながら、非晶質シリコン
膜をスパッタ堆積した膜構造中の酸素●炭素の濃度一深
さ特性曲線図である。 1・・・・シリコン基板、3・・・・高周波電力源、4
・・・・チタン被膜、5・・・・相互拡散層、6・・・
・チタンシリサイド膜、7・・・・チタンターゲット、
8・・・・プレーナマグネトロン、9・・・・直流電源
。.第 図 1 −・・ 3 −一一 9 −一一 IO −・一 n −−一 シリコン蟇飯 高HI澹電力灘 チタンターケiト プしーナマうネトロン Il浚電違 主浮気糸 アルjンカス韓入糸 真空慴 第3図 Q ILI t −−ー ご 一一一 4 −−・ シリコンm版 素子間分離用酸fじ狽 aNI:RtiS!# +9ンHa 工 手呈 δF旨 第 図 (α》 渾 《μm》 渾 (μm)
法を示す工程断面図、第2図は本発明の主要工程である
金属スパッタ堆積時にシリコン基板側にRFバイアスを
印加するためのスパッタ装置概略図、第3図は本発明と
従来法により形成したチタンシリサイド膜の各工程段階
におけるシート抵抗変化を示す特性図、第4図は本発明
と従来法により形成したチタンシリサイド膜の300℃
、30分間の熱処理後の表面走査電子顕微鏡による粒子
構造図、第5図は本発明の一実施例におけるシリコン基
板側にRFバイアス印加を行いながら、非晶質シリコン
膜をスパッタ堆積した膜構造中の酸素●炭素の濃度一深
さ特性曲線図である。 1・・・・シリコン基板、3・・・・高周波電力源、4
・・・・チタン被膜、5・・・・相互拡散層、6・・・
・チタンシリサイド膜、7・・・・チタンターゲット、
8・・・・プレーナマグネトロン、9・・・・直流電源
。.第 図 1 −・・ 3 −一一 9 −一一 IO −・一 n −−一 シリコン蟇飯 高HI澹電力灘 チタンターケiト プしーナマうネトロン Il浚電違 主浮気糸 アルjンカス韓入糸 真空慴 第3図 Q ILI t −−ー ご 一一一 4 −−・ シリコンm版 素子間分離用酸fじ狽 aNI:RtiS!# +9ンHa 工 手呈 δF旨 第 図 (α》 渾 《μm》 渾 (μm)
Claims (2)
- (1)シリコン基板上に金属シリサイド被膜を形成する
に際し、前記シリコン基板側に電圧を印加させながら前
記金属シリサイドの主構成成分である金属をスパッタ堆
積した後、熱処理を行うことによりシリサイド化反応を
起すことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - (2)基板側に電圧を印加させる方法として高周波電力
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5309289A JP2753023B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5309289A JP2753023B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02231715A true JPH02231715A (ja) | 1990-09-13 |
JP2753023B2 JP2753023B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=12933140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5309289A Expired - Fee Related JP2753023B2 (ja) | 1989-03-06 | 1989-03-06 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2753023B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111257391A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-09 | 深圳南方德尔汽车电子有限公司 | 一种氢气传感器及其检测系统、制作方法 |
CN114229968A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-25 | 清华大学 | 电芬顿装置和处理污染物的方法 |
-
1989
- 1989-03-06 JP JP5309289A patent/JP2753023B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111257391A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-06-09 | 深圳南方德尔汽车电子有限公司 | 一种氢气传感器及其检测系统、制作方法 |
CN114229968A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-25 | 清华大学 | 电芬顿装置和处理污染物的方法 |
CN114229968B (zh) * | 2021-11-22 | 2023-03-14 | 清华大学 | 电芬顿装置和处理污染物的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2753023B2 (ja) | 1998-05-18 |
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