JPH08264738A - 不揮発性メモリ製造方法 - Google Patents
不揮発性メモリ製造方法Info
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Abstract
して活性領域を限定する段階、前記基板上にトンネル酸
化膜、下部ゲート36及びゲート間絶縁膜38を形成す
る段階、前記ゲート間絶縁膜38、下部ゲート36及び
トンネル酸化膜を除去した後基板上にゲート酸化膜40
を形成する段階、前記基板全面に上部ゲート42及び上
部絶縁膜44を形成する段階、前記上部絶縁膜44及び
上部ゲート42を蝕刻して周辺回路領域で単層ゲートパ
ターンを形成しセル領域ではスタックゲートパターンを
形成する段階、前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成し
た後、金属配線を形成する段階を含む。本発明によれ
ば、エンドポイント検出問題を解決でき、工程単純化と
フィールド酸化膜の損失を最小化して分離特性の減少や
基板の損傷の恐れを除去しうる。
Description
法に係り、特に横縦比及び工程段階を省く不揮発性メモ
リ製造方法に関する。
るフローティングゲートとコントロールゲートを具備す
るメモリセルでこうせいされるスタックゲートセルアレ
ー領域とメモリセルを駆動させるのに必要な周辺回路領
域(Periphery circuit Area:以下PAと称する)で構成
される。前記PAは一般的に単層ゲート電極構造のトラン
ジスターで構成されている。
単層ゲート電極構造のトランジスターを製造する方法
(参照:US PAT NO .5 ,223 ,451 “Semiconducto
r device wherein n-channel MOSFET ,p-channel MOSF
ET and nonvolatile memory cell are formed in one c
hip and method of making it ”)によればスタックゲ
ート形のメモリセルを構成するフローティングゲートと
コントロールゲートはミスアラインメントなくパタニン
グされる。そして各セルは独立のフローティングゲート
を形成する。このために半導体基板上にトンネルオキサ
イド(tunnelingoxide )フローティングゲート用ポリ
シリコン膜を蒸着してビットラインの方向と平行にビッ
トライン別に前記ポリシリコン膜パターンを形成する。
そしてフローティングゲートとコントロールゲート間の
絶縁のためのゲート間絶縁膜とコントロールゲート用ポ
リシリコン膜を順次的に蒸着した後、その全面にフォト
レジストを塗布する。次いでフォトレジストをビットラ
インと垂直のワードラインの方向にパタニングする。こ
のようなフォトレジストパターンをマスクとしてコント
ロールゲート用ポリシリコンとゲート間絶縁膜、フロー
ティングゲート用ポリシリコン膜を順次に蝕刻するため
に自己整合工程を使用する。そして周辺回路の単層ゲー
トの形成のためには他のマスクを使用しセル領域(Cell
Region :以下CRと称する)をマスキングした後PAのゲ
ートパタニングを実施する。
ゲートのパタニング時フォトレジストの厚さとスタック
ゲートの蝕刻時蝕刻されるスタックゲートの厚さが増加
するので蝕刻されるパターンの横縦比が増加することに
なる。従って単層ゲートに比べて最小パターンの形成が
難しい。このような問題点を解決するために使用される
技術は既存のフォトレジストの厚さが1.0μm 以上な
のでフォトレジストの代りに薄くしうる絶縁膜をコント
ロールゲート上に4000Åほど形成する。この絶縁膜
をフォトレジストでパタニングしてマスクを形成する。
パタニングされた絶縁膜をマスクとしてコントロールゲ
ートとフローティングゲート用ポリシリコン膜を蝕刻す
る絶縁膜マスキング方法を使用し0.4μm 以下のデザ
インルールを具現している。
00Å、ゲート間絶縁膜が300Å、コントロールゲー
トの厚さが2000Åの場合、厚さ1.4μm のフォト
レジストと、厚さ4000Åの絶縁膜マスクを使用し最
小間隔0.4μm のパターンを形成する時、横縦比は前
者のフォトレジストを使用する場合1.78μm /0.
4μm =4.45である反面、後者の絶縁膜マスクを使
用する場合0.78μm /0.4μm =1.95であ
る。従って蝕刻用ガスが蝕刻される面積に均一に到達さ
れるので最小パターン間の間隔をさらに狭く形成しう
る。
選択比の優秀な材料をフォトレジストの代りに使用しセ
ルアレーと周辺回路のゲートをパタニングする従来の技
術による不揮発性メモリ製造方法を説明する。図1はCR
にゲート間絶縁膜9を形成する段階を示す。具体的に、
半導体基板1上に通常のロコス(LOCOS )方法によりフ
ィールド酸化膜3を形成する。次いで前記フィールド酸
化膜3の間の活性領域上にトンネルオキサイド5を成長
させる。引き続き前記半導体基板1の全面にポリシリコ
ン膜7(以下、下部ゲートと称する)を蒸着した後、導
電性不純物でドーピングする。次いでCRのフィールド酸
化膜3の一部領域を限定して露出されたポリシリコン膜
を蝕刻する。引き続き前記結果物の全面に下部ゲート7
と上部ゲート(図2の13)との絶縁のために絶縁膜9
(以下、ゲート間絶縁膜と称する)を形成する。PAにト
ランジスターのゲート酸化膜を形成するためにCRをフォ
トレジストパターンP 1で限定した後、PAのゲート間絶
縁膜9と下部ゲート7及びトンネル酸化膜5を順次的に
除去する。そしてCRのフォトレジストパターンP 1を除
去する。
長させる。そして前記下部ゲート7はフローティングゲ
ートの役割をし、1500Åで形成する。また抵抗減少
のためにドーピング物質としてはPOCL3 を使用して燐ド
ーピングさせる。そして前記ゲート間絶縁膜9はONO
(Oxide-Nitride-Oxide )膜を使用して形成する。図2
は上部ゲート13及び上部絶縁膜マスク15を形成する
段階を示す。具体的に、PAのフィールド酸化膜3の間の
活性領域上にゲート絶縁膜11を成長させる。次いで、
前記結果物を有する半導体基板1の全面にポリシリコン
膜13を形成する。引き続きこのポリシリコン膜13
(以下、上部ゲートと称する)上にCVD 方法で絶縁膜1
5(以下、上部絶縁膜と称する)を形成した後、その上
に上部絶縁膜15をCR内のワードラインの方向に限定す
るフォトレジストパターンP 2を形成する。本図面で点
線に示された部分15’が上部絶縁膜15の除去された
部分を示す。引き続き前記フォトレジストパターンP 2
を除去する。
ロールゲートの役割をする。また上部ゲート13はドー
ピングされたポリシリコン膜またはポリサイドで形成す
ることも出来る。図3はCRにスタックゲートを形成する
段階を示す。具体的に、前記パタニングされた上部絶縁
膜15をマスクとして前記結果物の全面を蝕刻すれば、
CRのビットライン方向Bの活性領域上に上部ゲート13
とゲート間絶縁膜9及び前記下部ゲート7よりなるスタ
ックゲートが形成される。また、フィールド酸化膜3は
上部ゲート13が除去された後活性領域のゲート間絶縁
膜9と下部ゲート7が蝕刻される間に蝕刻される。従っ
てフィールド酸化膜13には過度蝕刻された領域C1、
C2が形成される。
を示す。具体的に、前記結果物上にCR全体と前記CRとPA
の共通部分にあるフィールド酸化膜の過度蝕刻された領
域C1の一部と共にPAでゲート電極を形成される部分を
限定するフォトレジストパターンP 3を形成する。この
ようなフォトレジストパターンP 3を利用して前記結果
物の全面を蝕刻する。その結果PAには露出された上部絶
縁膜15と上部ゲート13が順次的に蝕刻され単層ゲー
ト電極が形成される。またフィールド酸化膜の蝕刻され
た部分(図3のC1)の一部aはさらに深く蝕刻され
る。引き続きフォトレジストパターンP 3を除去する。
の全面に導電性不純物をイオン注入しCRとPAにドレイン
及びソース領域17、19を形成する。引き続き結果物
の全面に層間絶縁膜21を蒸着した後、リフローして平
坦化する。平坦化された層間絶縁膜21上に金属コネク
タ23を形成する。従来の技術による不揮発性メモリ製
造方法は上部絶縁膜をマスクとして使用し横縦比は小さ
くなったが、過度にフィールド酸化膜が蝕刻される問題
点が発生する。図4でCRとPAの境界領域にあるフィール
ド酸化膜は図2の下部ゲート7の側壁のONO 膜“b”を
除去するための過度蝕刻工程と下部ゲート7を除去する
蝕刻工程に露出され1次蝕刻される。またPAで上部絶縁
膜と下部ゲートを蝕刻する間にも蝕刻に露出され2次蝕
刻される。この結果CRとPAの境界部分にあるフィールド
酸化膜には図4に示されたように幅“a”の深い溝が形
成される。従ってCRとPAの境界領域に形成されたフィー
ルド酸化膜が過度に蝕刻される場合、バルクシリコンが
損傷されたり、以降イオン注入工程で不純物が、露出さ
れたフィールド酸化膜内の活性領域に注入されたり、素
子絶縁特性またはフィールドトランジスターが形成され
る場合スレショルド電圧が低くなる等の問題点がある。
また高集積メモリの場合はCRがチップで占める面積比が
増加するのでPAは相対的に減少する。相対的に減少され
たPAでゲートパターン形成時使用するドライエッチング
工程で下部ゲートが完全に蝕刻される場合、すぐ下のゲ
ート絶縁膜が蝕刻されたほどで認知されるエンドポイン
ト検出機能が低下される。従って所定の時間の間に蝕刻
をし続けるしかなく、この際形成された下部ゲートの厚
さや工程条件の変更時過度蝕刻や過小蝕刻が発生されう
る。
た従来の問題点を解決するために絶縁膜マスクを使用す
ることにより横縦比を小さくして微細パターンの形成が
可能で工程上の蝕刻回数を減らすことにより工程が簡単
化され、フィールド酸化膜の損失に因した素子分離特性
の減少と基板の損傷を防止しうる不揮発性メモリ製造方
法を提供することである。
に、本発明の第1実施例による不揮発性メモリ製造方法
は、半導体基板上のCRとPAにフィールド酸化膜を形成し
て活性領域を限定する段階と、前記活性領域上にトンネ
ル酸化膜を形成する段階と、前記半導体基板上に下部ゲ
ートを形成する段階と、前記CRにある下部ゲートの一部
を限定して除去する段階と、前記半導体基板の全面にゲ
ート間絶縁膜を形成する段階と、前記PAで前記ゲート間
絶縁膜、下部ゲート及びトンネル酸化膜を順次的に除去
する段階と、前記PAにゲート酸化膜を形成する段階と、
前記半導体基板の全面に上部ゲート及び上部絶縁膜を順
次的に形成する段階と、前記CR及びPAで上部絶縁膜及び
上部ゲートを順次的に蝕刻して各々ゲートマスクと単層
ゲートパターンを形成する段階と、前記ゲートマスクを
利用して前記CRにあるゲート間絶縁膜及び下部ゲートを
順次的に蝕刻してスタックゲートパターンを形成する段
階と、前記半導体基板にソース及びドレイン領域を形成
する段階と、前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成
する段階と、前記層間絶縁膜上に金属配線を形成する段
階を含む。
施例による不揮発性メモリ製造方法は、半導体基板上の
CRとPAにフィールド酸化膜を形成して活性領域を限定す
る段階と、前記活性領域上にトンネル酸化膜を形成する
段階と、前記半導体基板上に下部ゲートを形成する段階
と、前記CRにある下部ゲートの一部を限定して除去する
段階と、前記半導体基板の全面にゲート間絶縁膜を形成
する段階と、前記PAで前記ゲート間絶縁膜、下部ゲート
及びトンネル酸化膜を順次的に除去する段階と、前記PA
にゲート酸化膜を形成する段階と、前記半導体基板の全
面に上部ゲート及び上部絶縁膜を順次的に形成する段階
と、前記CR及びPAで上部絶縁膜をパタニングしてマスク
を形成する段階と、前記パタニングされた上部絶縁膜を
マスクとして前記上部ゲートを蝕刻する工程結果CRには
ゲートマスクパターンが形成されPAには単層ゲートパタ
ーンを形成する段階と、前記ゲートマスクパターンを利
用してCRのゲート間絶縁膜及び下部ゲートを順次的に蝕
刻してスタックゲートパターンを形成する段階と、前記
半導体基板にソース及びドレインを形成する段階と、前
記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成する段階と、前
記層間絶縁膜上に金属配線を形成する段階を含む。
ド酸化膜は充分な絶縁特性のために5000Åの厚さで
形成することが望ましい。そして前記トンネル酸化膜は
100Åに成長させることが望ましい。前記下部ゲート
は1500Åの厚さで形成して抵抗の減少のためにPOCL
3 を使用しドーピングさせることが望ましい。前記CRの
下部ゲートを限定することは前記下部ゲートを各セルに
分離させるためであり、ビットラインと平行な方向へフ
ィールド酸化膜の一部の領域を含む。
々80/120/30Åの厚さで形成することが望まし
い。前記ゲート酸化膜は120Åで形成する。前記上部
ゲートは前記ドーピングされた下部ゲートの上に抵抗を
さらに減少させるためにその上にタングステンシリサイ
ド(WSi2)を1500Åほど形成したポリサイド膜で形
成する。
膜をCVD やプラズマ工程で4000Åほどで形成する。
また前記上部絶縁膜をパタニングするにおいて横縦比の
減少のためにフォトレジストを通常の1.4μm で0.
7μm に塗布し進行しても良い。
の図面に基づきさらに詳しく説明する。図6は下部ゲー
ト8を形成する段階を示す。具体的に、半導体基板2の
上にフィールド酸化膜4を形成しCR及びPAの活性領域と
フィールド領域を限定する。次いで犠牲酸化工程と湿式
エッチング工程を通して活性領域のフィールド酸化時ス
トレスに因した欠陥やフィールド及び活性領域の縁部で
のホワイトリボン等を除去する。以降前記活性領域上に
トンネル酸化膜6を形成する。引き続き半導体基板の全
面に下部ゲート8を形成した後、CRのフィールド酸化膜
4の上でビットライン方向に一定部分を限定し除去す
る。前記トンネル酸化膜6はその厚さを100Åほどで
形成する。そして前記フィールド酸化膜4は5000Å
ほどの厚さで形成する。また前記下部ゲート8はフロー
ティングゲートの役割をするのにポリシリコン膜を使用
して1500Åほどの厚さで形成する。前記下部ゲート
8には抵抗の減少のためにPOCL3 を利用して燐をドーピ
ングする。
に、前記結果物の全面にゲート間絶縁膜10を形成す
る。引き続き前記半導体基板2の上にCRの全面を限定す
るフォトレジストパターンP 1を形成する。前記フォト
レジストパターンP 1をマスクとして半導体基板の全面
を蝕刻すればPAにあるゲート間絶縁膜10及び下部ゲー
ト8とトンネル酸化膜6が除去される。以降前記フォト
レジストパターンP 1を除去する。前記ゲート間絶縁膜
10は前記下部ゲート8と上部ゲート(図8の14)と
の絶縁のために80/120/30Åの厚さでONO 膜を
形成する。
ン及び単層ゲートパターンを形成する段階を示す。具体
的に、前記PAの活性領域上にゲート酸化膜12を形成す
る。引き続き前記結果物の全面に上部ゲート14及び上
部絶縁膜16を順次的に形成する。前記上部絶縁膜16
の上にCRで下部ゲート8のワードラインWの方向の全部
とビットラインBの方向の一部及びPAで活性領域内の一
部を限定するフォトレジストパターンP 2を形成する。
前記フォトレジストパターンP 2を利用し前記上部絶縁
膜16と上部ゲート14を順次的に蝕刻する。この結果
前記PAでは単層ゲートパターンが形成され、CRではゲー
ト間絶縁膜10及び下部ゲート8を蝕刻するためのゲー
トマスクパターンが形成される。このようなスタックゲ
ートは自己整合的に形成される。次いで前記フォトレジ
ストパターンP 2を除去する。
る。そして前記上部ゲート14はコントロールゲートの
役割をするがポリシリコン膜を使用して1500Åで形
成する。追加的に抵抗減少のために燐をイオン注入す
る。そして抵抗をさらに低めるためにタングステンシリ
サイドを1500Åほどで形成しポリサイドで形成しう
る。そして酸化膜や窒化膜で形成された前記上部絶縁膜
16はCVD やプラズマ方式を利用し4000Åほどの厚
さで形成する。
す。具体的に、前記結果物上にPAを限定するフォトレジ
ストパターンP 3を形成する。前記結果物の全面を蝕刻
すれば、CRでは前記上部絶縁膜16をマスクとして前記
ゲート間絶縁膜10及び下部ゲート8が順次的に除去さ
れ自己整合的に下部ゲート8aが形成される。上部絶縁
膜16、上部ゲート14、ゲート間絶縁膜10及び下部
ゲート8で積層されるスタックゲートパターンが形成さ
れる。以降前記PAのフォトレジストパターンP 3を除去
する。
酸化膜4と前記セル内部の限定された部分を有するフィ
ールド酸化膜は蝕刻工程で露出され前記ゲート間絶縁膜
10及び下部ゲート8が蝕刻される間に蝕刻されること
になる。その結果フィールド酸化膜には溝が形成され
る。しかしこの溝は従来の1、2次蝕刻により形成され
た溝(図4の“a”)に比べて安定的で小さい溝であ
る。
的に、前記結果物上に導電性不純物をイオン注入しドレ
イン及びソース領域18、20を形成する。前記半導体
基板2の全面に層間絶縁膜22を蒸着した後、リフロー
して平坦化する。平坦化された層間絶縁膜22上に金属
コネクタ24を形成する。前記層間絶縁膜22は高温熱
酸化膜(High Temperature Oxide:以下HTO と称する)
またはBPSG膜で形成する。そして900℃で10分間平
坦化させる。電気的連結のためにコンタクトホール(図
示せず)を形成する。
工程が同一であり、図12のP 4は図7のP 1と同じ役
割をする。図13は上部絶縁膜マスク44を限定する段
階を示す。具体的に図12(または図7)の結果物のPA
の活性領域上にゲート酸化膜40を形成する。その後、
前記結果物の全面に上部ゲート42及び上部絶縁膜44
を順次的に形成する。引き続き前記上部絶縁膜44の上
にCRのワードラインWの方向の全部とビットラインBの
方向の一部及びPAの活性領域内の一部を限定するフォト
レジストパターンP5を形成する。このフォトレジスト
パターンP 5を利用し前記結果物の全面を異方性蝕刻し
て前記フォトレジストパターンP 5により限定されない
部分の前記上部絶縁膜44を除去する。前記PAのゲート
酸化膜40と上部ゲート42の形成条件と前記上部絶縁
膜44の形成条件は第1実施例と同じなので省略する。
ゲートパターンを形成する段階を示す。具体的に、前記
上部絶縁膜44をマスクとして前記上部ゲート42を自
己整合的にパタニングする。このようにしてPAでは単層
ゲートパターンが形成され、CRにはスタックゲートパタ
ーンが形成される。引き続きフォトレジストパターンP
6を形成して前記PAを限定する。 図15は工程を完成
する段階である。具体的に、前記CRの前記スタックゲー
トパターンをマスクとして前記ゲート間絶縁膜38と下
部ゲート36を順次的に蝕刻して除去する。次いで前記
フォトレジストパターンP 6を除去する。前記工程でCR
に単層ゲートパターンが要る場合、図示していないが、
前記ゲート間絶縁膜38を部分的に限定するフォトレジ
ストパターンを形成することにより単層ゲートパターン
を形成しうる。以降の工程は第1実施例の図10と同一
である。
CRのスタックゲートとPAの単層ゲートを形成する際、上
部絶縁膜をマスクとして使用することによりCRとPAで上
部ゲート物質を同時に蝕刻でき、CRでのゲート間絶縁膜
及び下部ゲートを蝕刻する時横縦比を減少させ微細パタ
ーンを形成しうる。従って高集積回路でPAのパターン面
積減少によるエンドポイント検出問題を解決しうる。ま
た全体工程にわたって蝕刻工程の回数を減らし工程を単
純化する。そして従来の技術によるCRとPAのゲートパタ
ーンの形成時重複蝕刻に因したフィールド酸化膜の損失
問題を解決しうる。従ってフィールド酸化膜の部分的蝕
刻による素子分離特性の減少や基板の損傷を防止しう
る。
の変形が本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を
有する者により実施可能であることは明白である。
階別に示した図面である。
階別に示した図面である。
階別に示した図面である。
階別に示した図面である。
階別に示した図面である。
方法を段階別に示した図面である。
方法を段階別に示した図面である。
方法を段階別に示した図面である。
方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
造方法を段階別に示した図面である。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体基板上のセル領域と周辺回路領域
にフィールド酸化膜を形成して活性領域を限定する段階
と、 前記活性領域上にトンネル酸化膜を形成する段階と、 前記半導体基板上に下部ゲートを形成する段階と、 前記セル領域上にある下部ゲートの一部を限定して除去
する段階と、 前記半導体基板の全面にゲート間絶縁膜を形成する段階
と、 前記周辺回路領域で前記ゲート間絶縁膜、下部ゲート及
びトンネル酸化膜を順次的に除去する段階と、 前記周辺回路領域にゲート酸化膜を形成する段階と、 前記半導体基板の全面に上部ゲート及び上部絶縁膜を順
次的に形成する段階と、 前記セル領域及び周辺回路領域で上部絶縁膜及び上部ゲ
ートを順次的に蝕刻して各々ゲートマスクと単層ゲート
パターンを形成する段階と、 前記ゲートマスクを利用して前記セル領域にあるゲート
間絶縁膜及び下部ゲートを順次的に蝕刻してスタックゲ
ートパターンを形成する段階と、 前記半導体基板にソース及びドレイン領域を形成する段
階と、 前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜上に金属配線を形成する段階を含むこと
を特徴とする不揮発性メモリ製造方法。 - 【請求項2】 前記下部ゲートはフローティングゲート
としてドーピングされたポリシリコン膜で形成し、前記
上部ゲートはコントロールゲートとしてポリサイド膜で
形成することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メ
モリ製造方法。 - 【請求項3】 前記層間絶縁膜はHTO 膜またはBPSG膜で
形成することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メ
モリ製造方法。 - 【請求項4】 半導体基板上のセル領域と周辺回路領域
にフィールド酸化膜を形成して活性領域を限定する段階
と、 前記活性領域上にトンネル酸化膜を形成する段階と、 前記半導体基板上に下部ゲートを形成する段階と、 前記セル領域にある下部ゲートの一部を限定して除去す
る段階と、 前記半導体基板の全面にゲート間絶縁膜を形成する段階
と、 前記周辺回路領域で前記ゲート間絶縁膜、下部ゲート及
びトンネル酸化膜を順次的に除去する段階と、 前記周辺回路領域にゲート酸化膜を形成する段階と、 前記半導体基板の全面に上部ゲート及び上部絶縁膜を順
次的に形成する段階と、 前記セル領域及び周辺回路領域で上部絶縁膜をパタニン
グしてマスクを形成する段階と、 前記パタニングされた上部絶縁膜をマスクとして前記上
部絶縁膜を蝕刻することによりセル領域にはゲートマス
クパターンが形成され周辺回路領域には単層ゲートパタ
ーンを形成する段階と、 前記ゲートマスクパターンを利用してセル領域のゲート
間絶縁膜及び下部ゲートを順次的に蝕刻してスタックゲ
ートパターンを形成する段階と、 前記半導体基板にソース及びドレインを形成する段階
と、 前記半導体基板の全面に層間絶縁膜を形成する段階と、 前記層間絶縁膜上に金属配線を形成する段階を含むこと
を特徴とする不揮発性メモリ製造方法。 - 【請求項5】 前記層間絶縁膜はHTO 膜またはBPSG膜で
形成することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メ
モリ製造方法。 - 【請求項6】 前記下部ゲートはフローティングゲート
としてドーピングされたポリシリコン膜で形成し、前記
上部ゲートはコントロールゲートとしてポリサイド膜で
形成することを特徴とする請求項4に記載の不揮発性メ
モリ製造方法。
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