JPH08213609A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JPH08213609A
JPH08213609A JP3896095A JP3896095A JPH08213609A JP H08213609 A JPH08213609 A JP H08213609A JP 3896095 A JP3896095 A JP 3896095A JP 3896095 A JP3896095 A JP 3896095A JP H08213609 A JPH08213609 A JP H08213609A
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JP
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film
semiconductor device
polysilicon
layer
blocking layer
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JP3896095A
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Koji Mori
孝二 森
Hideto Kitakado
英人 北角
Mitsuhiro Oizumi
充弘 大泉
Eiji Mochizuki
栄二 望月
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

PURPOSE: To manufacturing a CMOS dual gate transistor having high reliable operational characteristics by providing a thin film impurity mutual diffusion blocking layer. CONSTITUTION: The semiconductor device is provided with a gate oxide film 3 formed on a semiconductor substrate, a polysilicon layer 4 having n- or P-type conductivity formed on the gate insulating film 3, an impurity diffusion blocking layer made of an Si3 N4 film 6 (nitride film) in thickness not exceeding 100Å formed by processing the surface layer of the polysilicon layer 4. Furthermore, the Si3 N4 film 6 is formed, after introducing impurities into the polysilicon layer 4, by processing in nitrogen atmosphere containing NH4 as a component (the pressure is 1-10Torr, and the temperature is 900 deg.C) for 30 minutes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、トランジスタにおける
ゲート部の相互拡散(シリサイド化合物を介しての、半
導体材料中の不純物の相互拡散)の防止技術に関し、詳
しくは、CMOSデュアルゲートトランジスタにおけ
る、ポリシリコンゲートに導入されたn型及びp型不純
物が、ポリシリコン上に設けたシリサイド化合物を通し
て相互拡散するのを防止するための(相互)拡散阻止層
の形成に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for preventing interdiffusion (interdiffusion of impurities in a semiconductor material through a silicide compound) in a gate portion of a transistor, and more specifically, it relates to The present invention relates to formation of a (mutual) diffusion blocking layer for preventing n-type and p-type impurities introduced into a silicon gate from interdiffusing through a silicide compound provided on polysilicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のCMOSデュアルゲートトランジ
スタは、Nch(Pウエル形成部)、Pch(Nウエル
形成部)にそれぞれn型不純物を導入したn+ ゲート
と、p型不純物を導入したp+ ゲートとを有し、これら
の上にシリサイド化合物(多くの場合、WSi)が形成
される。
BACKGROUND ART Conventional CMOS dual gate transistors, Nch (P-well forming portion), Pch and the n + gate introducing the n-type impurity respectively in (N-well forming portion), p + gate introducing the p-type impurity And a silicide compound (often WSi) is formed on them.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、WSi形成
時の温度と、その後の熱プロセスによりn型不純物とp
型不純物がWSiを経由して相互に拡散するため、しき
い値電圧(Vth)設定に際し、当初期待した不純物量
が大きく変化してしまい、その結果、Vthに大きな変
化が生じる不具合があった。
However, depending on the temperature at the time of WSi formation and the subsequent thermal process, n-type impurities and p
Since the type impurities diffuse into each other via WSi, the initially expected amount of impurities greatly changes when the threshold voltage (Vth) is set, resulting in a large change in Vth.

【0004】このような問題を解決するための技術とし
て、特開平5−55562号公報に、ポリシリコン形
成後、拡散阻止層としてSiN膜をデポジションするも
のが開示されている。また、ポリシリコン上またはシ
リサイド化合物上から窒素をイオン注入し、ポリシリコ
ン表面またはポリシリコンとシリサイド化合物との界面
に、拡散阻止層として窒化層を形成するものが知られて
いる。
As a technique for solving such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 5-55562 discloses a technique of depositing a SiN film as a diffusion blocking layer after forming polysilicon. It is also known that nitrogen is ion-implanted from above polysilicon or a silicide compound to form a nitride layer as a diffusion blocking layer on the surface of polysilicon or at the interface between polysilicon and the silicide compound.

【0005】しかしながら、前記の技術では、SiN
膜の膜厚が500〜1000Åと比較的厚いうえ、成膜
プロセスが加わるため、プロセス時間が長くなりコスト
アップの要因になっていた。また、では、イオン注入
プロセスで窒素を導入している関係で、窒化層が200
〜500Åと比較的広く分布している点で問題があっ
た。
However, in the above technique, SiN
Since the film thickness is relatively thick at 500 to 1000Å and the film forming process is added, the process time becomes long and the cost is increased. In addition, in the above, since the nitrogen is introduced in the ion implantation process, the nitride layer is 200
There was a problem in that it was relatively widely distributed at ~ 500Å.

【0006】すなわち、上記 において拡散阻止層
は、Siと窒素が強力なネットワークを形成していれば
十分であることから、Si3 4 が形成されていれば1
00Åの厚さで十分であるが、実際はこれに比べてかな
り厚い膜を形成している。このため、ストレスが増加し
やすくなり、また、膜剥がれや、ストレスに起因する異
常拡散が発生しやすくなるという問題があった。
That is, in the above, the diffusion blocking layer is sufficient if Si and nitrogen form a strong network. Therefore, if Si 3 N 4 is formed,
A thickness of 00Å is sufficient, but in reality, a much thicker film is formed. Therefore, there is a problem that stress is likely to increase, and film peeling and abnormal diffusion due to stress are likely to occur.

【0007】したがって本発明の目的は、従来技術の上
記問題点を解決したCMOSデュアルゲートトランジス
タ及びその製造方法を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a CMOS dual gate transistor and a method for manufacturing the same, which solves the above problems of the prior art.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
装置は、半導体基板上に形成したゲート絶縁膜と、その
上に形成したn型またはp型の伝導を有するポリシリコ
ン層と、不純物拡散阻止層と、シリサイド化合物とを有
する半導体装置において、前記不純物拡散阻止層は、ポ
リシリコンの一部窒化膜で形成されていることを特徴と
する。
A semiconductor device according to claim 1, wherein a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a polysilicon layer having n-type or p-type conductivity formed thereon, and impurities. A semiconductor device having a diffusion blocking layer and a silicide compound is characterized in that the impurity diffusion blocking layer is formed of a partial nitride film of polysilicon.

【0009】請求項2に記載の半導体装置は、半導体基
板上に形成したゲート絶縁膜と、その上に形成したn型
またはp型の伝導を有するポリシリコン層と、不純物拡
散阻止層と、シリサイド化合物とを有する半導体装置に
おいて、前記不純物拡散阻止層は、ポリシリコンの一部
炭化膜で形成されていることを特徴とする。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a polysilicon layer having n-type or p-type conductivity formed thereon, an impurity diffusion blocking layer, and a silicide are formed. In the semiconductor device having a compound, the impurity diffusion blocking layer is formed by a partially carbonized film of polysilicon.

【0010】請求項3に記載の半導体装置は、請求項1
または2において、前記不純物拡散阻止層は、厚さが1
00Å以下であることを特徴とする。
A semiconductor device according to a third aspect is the semiconductor device according to the first aspect.
Or 2, the impurity diffusion blocking layer has a thickness of 1
It is characterized in that it is less than 00Å.

【0011】請求項4に記載の半導体装置の製造方法
は、請求項1に記載の半導体装置を製造するに際し、前
記窒化膜は、n型またはp型のポリシリコン層を形成
後、該ポリシリコン層をNH3 、N2 Oの少なくとも一
方を成分とする窒素性雰囲気中で処理することを特徴と
する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the nitride film forms an n-type or p-type polysilicon layer, and then the polysilicon film is formed. The layer is treated in a nitrogen atmosphere containing at least one of NH 3 and N 2 O as a component.

【0012】ここで、請求項4に係る半導体装置の製造
方法について具体的に説明すると、本発明のCMOSデ
ュアルゲートトランジスタの製造に際しては通常、Nc
hトランジスタのゲート部であるポリシリコンではn型
伝導である砒素を、またPchトランジスタのゲート部
であるポリシリコンではp型伝導であるボロンを、それ
ぞれドーピング後、WSi(タングステンシリサイド)
を形成し、各ゲート中の不純物の活性化及び、ポリシリ
コンとWSiの界面制御のために900℃前後でアニー
ルする。このとき、n型ゲート中の砒素とp型ゲート中
のボロンは、その直上のWSi中での拡散係数が大きい
ことから、WSiを通って相互拡散する。この相互拡散
により各ゲートの不純物が移動すると、その仕事関数が
変化し、Vthが変動する。また、ゲート電極が高抵抗
化するため、トランジスタの駆動能力が低下する。そこ
で本発明では、ポリシリコン中への不純物導入が終了し
た時点で、NH3中またはN2 O中での表面窒化処理に
より、従来のものより高度の活性化を行うと同時に、相
互拡散阻止層の形成を行う。
The method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth aspect will be described in detail. Normally, when manufacturing the CMOS dual gate transistor of the present invention, Nc is usually used.
WSi (tungsten silicide) is added after doping arsenic, which is n-type conductive in the gate part of the h-transistor, and p-type boron, which is p-type conductive in the polysilicon part of the Pch transistor gate.
Are formed and annealed at about 900 ° C. for activation of impurities in each gate and control of the interface between polysilicon and WSi. At this time, arsenic in the n-type gate and boron in the p-type gate have a large diffusion coefficient in the WSi immediately above the arsenic, and thus interdiffuse through WSi. When the impurities of each gate move due to this mutual diffusion, the work function thereof changes and Vth changes. Further, since the resistance of the gate electrode is increased, the driving ability of the transistor is reduced. Therefore, according to the present invention, when the introduction of impurities into the polysilicon is completed, the surface nitriding treatment in NH 3 or N 2 O provides a higher degree of activation than the conventional one and, at the same time, the mutual diffusion blocking layer. Formation.

【0013】表面窒化は、成分ガスとしてNH3 、N2
Oの少なくとも一方を含有する900〜1000℃の雰
囲気中で行うことができる。1時間の表面窒化処理によ
り、膜厚が約50〜100ÅのSi3 4 膜(窒化膜)
が形成される。また、活性化を、従来法と同じくWSi
形成後に行うのであれば、Si3 4 の形成は、上記と
同じ雰囲気中で電子ビームまたはレーザビームを用いる
アニールにより、表面から同じく50〜100Åの窒化
膜を形成することができる。さらに、上記と同じ雰囲気
中でプラズマに曝すことによってもSi3 4 の形成が
可能である。プラズマ照射及びビームアニールは、50
0℃以下の基板温度で可能であり、不純物の再分布も殆
どなく、その結果、トランジスタ特性(特にVth)へ
の影響を無視することができる。
Surface nitriding is carried out by using NH 3 and N 2 as component gases.
It can be performed in an atmosphere of 900 to 1000 ° C. containing at least one of O. Si 3 N 4 film (nitride film) with a film thickness of about 50-100Å by surface nitriding treatment for 1 hour
Is formed. In addition, activation can be performed using WSi as in the conventional method.
If it is performed after the formation, the formation of Si 3 N 4 can also form a nitride film of 50 to 100 Å from the surface by annealing using an electron beam or a laser beam in the same atmosphere as described above. Further, Si 3 N 4 can also be formed by exposing it to plasma in the same atmosphere as described above. Plasma irradiation and beam annealing is 50
It is possible at a substrate temperature of 0 ° C. or lower, and there is almost no redistribution of impurities, and as a result, the influence on the transistor characteristics (particularly Vth) can be ignored.

【0014】請求項5に記載の半導体装置の製造方法
は、請求項4において、前記窒素性雰囲気での処理は、
温度800℃以下のプラズマ中またはビーム中で行うこ
とを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, the treatment in the nitrogen atmosphere is
It is characterized in that it is performed in a plasma or a beam at a temperature of 800 ° C. or less.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の実施例を、図1〔(a)〜
(g)〕に基づいて説明する。 実施例1 Nウエル1及びPウエル2上に、厚さ90〜100Åの
ゲート酸化膜3を形成した後、厚さ2000Åのポリシ
リコン層4を形成する〔(a)〕。なお、図1(a)に
おいて5はフィールド酸化膜である。ポリシリコン膜4
の全面にボロンを10kev、4E15/cm2 の条件
でイオン注入し〔(b)〕、Nch側(Pウエル1側)
のポリシリコンのみに選択的に砒素(As)を20ke
v、3E15/cm2 の条件でイオン注入し
〔(c)〕、900℃のNH3 雰囲気中(1〜10to
rr)で30分間、窒化処理を行い、ポリシリコン層4
の表面にSi3 4 膜6を形成する〔(d)〕。なお、
図1(c)において21はレジストである。
EXAMPLE Next, an example of the present invention will be described with reference to FIG.
(G)]. Example 1 A gate oxide film 3 having a thickness of 90 to 100 Å is formed on an N well 1 and a P well 2, and then a polysilicon layer 4 having a thickness of 2000 Å is formed [(a)]. In FIG. 1A, 5 is a field oxide film. Polysilicon film 4
Is ion-implanted under the conditions of 10 keV and 4E15 / cm 2 on the entire surface of the substrate [(b)] and on the Nch side (P well 1 side).
Arsenic (As) is selectively applied to only the polysilicon of
v ion implantation under conditions of 3E15 / cm 2 [(c)] and 900 ° C. in NH 3 atmosphere (1 to 10 to
rr) for 30 minutes to perform nitriding treatment to form the polysilicon layer 4
A Si 3 N 4 film 6 is formed on the surface of the substrate [(d)]. In addition,
In FIG. 1C, 21 is a resist.

【0016】その後、スパッタにより厚さ700ÅのW
Six膜7を形成し、さらに厚さ1000ÅのNSG膜
8をデポジションする〔(e)〕。この積層構造につい
てゲート状にエッチングを行った後、HTOを厚さ15
00Åにデポジションし、エッチバックしてサイドウォ
ール9を形成する〔(f)〕。さらに、リンを40ke
v、1E15/cm2 の条件で45°の角度から斜めに
イオン注入し、n- 層10をNch側のみ選択的に形成
〔(f)〕した後、砒素(As)を50kev、6E1
5/cm2 の条件でイオン注入してn+ 層11を、BF
2 を40kev、1E15/cm2 の条件でイオン注入
して、p+ 層12をそれぞれ形成した後、850℃×2
0分の熱処理により活性化を行って、各々のトランジス
タを形成する〔(g)〕。
Thereafter, a W having a thickness of 700Å is sputtered.
A Six film 7 is formed, and an NSG film 8 having a thickness of 1000 Å is deposited [(e)]. After performing a gate-like etching on this laminated structure, the HTO is formed to a thickness of 15
Deposition to 00Å and etching back to form sidewalls 9 [(f)]. Furthermore, phosphorus is 40 ke
v (1e15 / cm 2 ) and then obliquely ion implantation from an angle of 45 ° to selectively form the n layer 10 only on the Nch side [(f)] and then arsenic (As) at 50 kev and 6E1.
The n + layer 11 is ion-implanted under the condition of 5 / cm 2 and BF
2 is ion-implanted under the conditions of 40 keV and 1E15 / cm 2 to form p + layers 12, and then 850 ° C. × 2
Activation is performed by heat treatment for 0 minutes to form each transistor [(g)].

【0017】なお、図1(d)においては、20〜10
0torrのNH3 雰囲気中でポリシリコン最表面を、
エキシマレーザ(krF、248nm)により100m
J/cm2 照射することによっても、Si3 4 膜6を
形成することができる。また、図1(d)に代えて、1
0〜100torrのCH4 ガス中、かつプラズマ中で
処理することにより、炭化膜としてのSiCx膜を形成
することができる。この場合、その他の工程は、図1に
示すものと同じである。このような炭化膜により、Si
3 4 膜による効果と同様の効果を得ることができる。
In FIG. 1 (d), 20 to 10
In the NH 3 atmosphere of 0 torr, the outermost surface of polysilicon is
100m by excimer laser (krF, 248nm)
The Si 3 N 4 film 6 can also be formed by irradiating with J / cm 2 . Also, instead of FIG.
By processing in a CH 4 gas of 0 to 100 torr and in plasma, a SiCx film as a carbonized film can be formed. In this case, the other steps are the same as those shown in FIG. With such a carbonized film, Si
The same effect as that of the 3 N 4 film can be obtained.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項
1,2に記載の半導体装置では、相互拡散阻止層を形成
することで、Vthの変動の主要因であるPch及びN
chのゲート中の不純物の移動が抑えられるので、安定
したトランジスタ動作が得られ、高い信頼性を確保する
ことができる。請求項3に記載の半導体装置では、厚さ
100Å以下の窒化膜または炭化膜を形成することによ
り、ストレスが少なく、プロセス形成上、高い信頼性を
有する拡散阻止層を形成することができる。請求項4に
記載の半導体装置の製造方法では、NH3 またはN2
ガスを成分とする雰囲気を用いることにより、800〜
900℃の温度条件下で、安定した拡散阻止層であるS
3 4 を形成することができる。請求項5に記載の半
導体装置の製造方法では、プラズマ中またはビーム中
(レーザ及び電子線、イオンビーム等)での窒化膜形成
により、800℃以下の低温プロセスが可能となり、ク
オーターミクロン以下に求められる薄い酸化膜、浅い接
合形成、低いプロセス温度による信頼性確保などのニー
ズに合致した、安定性・信頼性の高いプロセスが実現で
きる。なお、本発明はCMOSトランジスタに限らず、
ASICやメモリにも応用できるものである。
As is apparent from the above description, in the semiconductor device according to the first and second aspects, by forming the interdiffusion blocking layer, Pch and N which are main factors of the fluctuation of Vth.
Since the movement of impurities in the ch gate can be suppressed, stable transistor operation can be obtained and high reliability can be secured. In the semiconductor device according to the third aspect, by forming the nitride film or the carbide film having a thickness of 100 Å or less, it is possible to form the diffusion blocking layer having less stress and having high reliability in the process formation. In the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, NH 3 or N 2 O is used.
By using an atmosphere containing gas as a component,
S which is a stable diffusion blocking layer under the temperature condition of 900 ° C.
i 3 N 4 can be formed. In the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, by forming a nitride film in plasma or in a beam (laser and electron beam, ion beam, etc.), a low temperature process of 800 ° C. or lower is possible, and it is required to be less than the quarter micron. A stable and highly reliable process that meets the needs of thin oxide film, shallow junction formation, and ensuring reliability due to low process temperature can be realized. The present invention is not limited to CMOS transistors,
It can also be applied to ASICs and memories.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置製造方法の実施例を示
す工程説明図である。
FIG. 1 is a process explanatory view showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Nウエル 2 Pウエル 3 ゲート酸化膜 4 ポリシリコン層 5 フィールド酸化膜 6 Si3 4 膜 7 WSix膜 8 NSG膜 9 サイドウォール 10 n- 層 11 n+ 層 12 p+ 層 21 レジスト1 N-well 2 P-well 3 Gate oxide film 4 Polysilicon layer 5 Field oxide film 6 Si 3 N 4 film 7 WSix film 8 NSG film 9 Sidewall 10 n - layer 11 n + layer 12 p + layer 21 Resist

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 613 B (72)発明者 望月 栄二 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication 613 B (72) Inventor Eiji Mochizuki 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Within Ricoh Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成したゲート絶縁膜
と、その上に形成したn型またはp型の伝導を有するポ
リシリコン層と、不純物拡散阻止層と、シリサイド化合
物とを有する半導体装置において、前記不純物拡散阻止
層は、ポリシリコンの一部窒化膜で形成されていること
を特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a polysilicon layer having n-type or p-type conductivity formed thereon, an impurity diffusion blocking layer, and a silicide compound, The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity diffusion blocking layer is formed of a partial nitride film of polysilicon.
【請求項2】 半導体基板上に形成したゲート絶縁膜
と、その上に形成したn型またはp型の伝導を有するポ
リシリコン層と、不純物拡散阻止層と、シリサイド化合
物とを有する半導体装置において、前記不純物拡散阻止
層は、ポリシリコンの一部炭化膜で形成されていること
を特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device having a gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a polysilicon layer having n-type or p-type conductivity formed thereon, an impurity diffusion blocking layer, and a silicide compound, The semiconductor device, wherein the impurity diffusion blocking layer is formed of a partially carbonized film of polysilicon.
【請求項3】 前記不純物拡散阻止層は、厚さが100
Å以下であることを特徴とする請求項1または2に記載
の半導体装置。
3. The impurity diffusion blocking layer has a thickness of 100.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it is Å or less.
【請求項4】 請求項1に記載の半導体装置を製造する
に際し、前記窒化膜は、n型またはp型のポリシリコン
層を形成後、該ポリシリコン層をNH3 、N2 Oの少な
くとも一方を成分とする窒素性雰囲気中で処理すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
4. In manufacturing the semiconductor device according to claim 1, after forming an n-type or p-type polysilicon layer as the nitride film, the polysilicon layer is formed of at least one of NH 3 and N 2 O. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises processing in a nitrogen atmosphere containing as a component.
【請求項5】 前記窒素性雰囲気での処理は、温度80
0℃以下のプラズマ中またはビーム中で行うことを特徴
とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The treatment in the nitrogen atmosphere is performed at a temperature of 80.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the method is performed in plasma or a beam at 0 ° C. or less.
JP3896095A 1995-02-02 1995-02-02 Semiconductor device and its manufacturing method Pending JPH08213609A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980030449A (en) * 1996-10-29 1998-07-25 김영환 Manufacturing Method of CMOS Transistor
KR100866119B1 (en) * 2001-12-22 2008-10-31 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming dual gate electrode

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