JPH10163450A - 集積回路とその製造方法 - Google Patents
集積回路とその製造方法Info
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- JPH10163450A JPH10163450A JP8331402A JP33140296A JPH10163450A JP H10163450 A JPH10163450 A JP H10163450A JP 8331402 A JP8331402 A JP 8331402A JP 33140296 A JP33140296 A JP 33140296A JP H10163450 A JPH10163450 A JP H10163450A
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Abstract
るメモリセルを高密度大規模に集積することのできる集
積回路とその製造方法を提供すること。 【解決手段】 ビット線BLとワード線WLの交点付近
にMOSトランジスタとMOSキャパシタからなるDR
AMセルを備えている。各メモリ・セルの間は、ワード
線に平行する方向で半導体基板に形成した第一のトレン
チ内に容量絶縁膜およびフィールド・シールド電極を埋
め込んで得られる構造で絶縁分離される。ワード線WL
に平行に伸びるフィールド・シールド電極FSはDRA
Mセルのキャパシタの一電極であり、固定電位に接続す
る。キャパシタの他の電極はソースもしくはドレイン領
域である。このDRAMセルはキャパシタがフィールド
・シールド電極を介して対向する。Zはトレンチ絶縁分
離帯である。
Description
タとキャパシタ(容量素子)とから成るメモリセルを半
導体基板の主表面に設けた集積回路およびその製造方法
に係るものである。
るメモリセルを半導体基板の主表面に集積する技術は従
来より知られている。この従来の半導体装置は、これら
の回路素子間の絶縁分離に特公昭50−1379号(特
願昭43−44309号)公報に詳述されるように膜厚
の厚いフィールド酸化膜で絶縁分離するLOCOS(L
ocal Oxidation of Silico
n)構造か、もしくは雑誌「日経マイクロ・デバイス」
1992年6月号第84−88頁に紹介されるMOS構
造の電極を基準電位に固定して寄生MOSトランジスタ
を遮断状態として絶縁分離するフィールド・シールド構
造か、各回路素子を形成する活性領域間の半導体基板の
主表面に溝を設け、溝の内部を絶縁物で充填して絶縁分
離するトレンチ構造を用いている。
は、高密度大規模集積回路を実現しようとするとき、L
OCOS構造では絶縁分離を充分な性能を得るために厚
いフィールド酸化膜を形成するとバーズ・ビークと呼ば
れる酸化膜端部の拡がりとフィールド酸化膜下面から活
性領域に拡散する高濃度不純物の影響で狭チャネル効果
で活性領域の回路素子機能が低下するため高密度化を阻
害する。従来のフィールド・シールド構造による絶縁分
離では、フィールド・シールド構造自体がMOSトラン
ジスタ構造であるため、短チャネル効果に伴う縮小化・
微細化の限界があり、特に、DRAMのように多数個の
キャパシタを相互に極微小漏洩電流路の形成を避けて絶
縁分離するためには絶縁分離幅の縮小が困難であった。
底面付近での機械歪みに起因する漏洩路の形成でDRA
Mのメモリセルを大規模に有する集積回路の電気特性を
劣化させる問題がある。更に、これら従来の絶縁分離技
術は、半導体基板の一主表面にMOSトランジスタとキ
ャパシタから成るメモリセルを行列配置し、該メモリセ
ル間を互いに絶縁分離している今後の大規模高密度のD
RAMを実現するには不十分であった。
ば、MOSトランジスタとキャパシタからなるメモリセ
ルを集積する集積回路で大規模高密度な集積回路を実現
することに欠点があった。従ってこの発明の目的は、M
OSトランジスタおよびキャパシタからなるメモリセル
を高密度大規模に集積することのできる集積回路とその
製造方法を提供することにある。
請求項1記載のように、半導体基板の一主表面にMOS
トランジスタとキャパシタから成るメモリセルを行列配
置し、該各メモリセル間を互いに絶縁分離している集積
回路において、前記各メモリセル間の互いに隣接するキ
ャパシタは、前記半導体基板表面から形成された絶縁分
離用のトレンチの一側面と、該トレンチ内に埋設された
容量絶縁膜を介して前記トレンチの一側面の半導体表面
に容量結合するフィールド・シールド電極とから成るこ
とを特徴とする集積回路である。
基板は高濃度一導電型シリコン単結晶基体からなり、該
半導体基板の一表面に低濃度一導電型エピタキシャル層
を設け、前記トレンチが該エピタキシャル層の表面から
前記半導体基体内に到る形状を有することを特徴とする
集積回路である。
配置されたメモリセルは行方向に伸びるビット線と列方
向に伸びるワード線でメモリセル・アレイを構成し、前
記トレンチは前記ワード線に平行して伸び、前記トレン
チ間のメモリセルは前記ビット線に平行に伸び、内部絶
縁物で充填された他のトレンチにより絶縁分離されてい
ることを特徴とする集積回路である。
ルド・シールド電極の電位は外部から供給される電源の
電位であることを特徴とする集積回路である。
フィールド・シールド電極の電位は外部から供給される
電源の基準電位であることを特徴とする集積回路であ
る。
ールド・シールド電極の電位は前記半導体基体の電位で
あることを特徴とする集積回路である。
チ部分の一導電型エピタキシャル層表面には逆導電型領
域が在り、該逆導電型領域は前記トランジスタのドレイ
ンもしくはソースに導電結合を有することを特徴とする
集積回路である。
導体基板の一主表面を所定の回路機能毎に絶縁分離する
トレンチ分割工程と、前記一導電型半導体基板の一表面
上の低濃度一導電型エピタキシャル層上にゲート絶縁膜
および第一の配線を設ける工程と、該第一の配線に平行
する前記トレンチにフィールド・シールド構造を埋め込
む工程と、該フィールド・シールド構造に交差する方向
に分割されたトレンチに絶縁物を埋め込む工程と、前記
トレンチに分割された半導体領域にMOSトランジスタ
と前記フィールド・シールド構造のフィールド・シール
ド電極を一電極とするMOSキャパシタを備えたDRA
Mセルを形成する工程とを含むことを特徴とする集積回
路の製造方法である。
基板は高濃度一導電型半導体基体の一主表面に低濃度一
導電型半導体層を形成していることを特徴とする集積回
路の製造方法である。
一の配線は前記トランジスタのゲート電極を兼ねるワー
ド線であり、前記フィールド・シールド電極とワード線
とは同一工程で形成された多結晶シリコンを含む配線材
料であることを特徴とする集積回路の製造方法である。
パシタ構造のゲート電極がメモリセル間の絶縁分離のフ
ィールド・シールド構造のフィールド・シールド電極で
あり、キャパシタがトレンチ構造の一側面で基板内部に
容量を形成するため高密度集積ができる。また、メモリ
セル間はトレンチ(溝)内のフィールド・シールド構造
であるため、従来の溝構造に比して欠陥率の増大もな
く、LOCOS構造に比較して絶縁分離幅が小である。
更に、トレンチ加工後にここから二重拡散を行い、トレ
ンチ・キャパシタのゲート電極(フィールド・シールド
電極)の対向電極である逆導電領域を一導電型領域で覆
うことにより、より絶縁分離幅を縮小しても充分な絶縁
分離特性がえられる。基板が高濃度単結晶基体とその上
面のエピタキシャル層とで形成され、トレンチの底部が
高濃度基体に到達する構造では、底部での蓄積電荷が生
じないため極微小電流漏洩を避けることができる。即
ち、この発明によれば、ビット線方向の絶縁膜分離とワ
ード線方向のトレンチ・フィールド・シールドとこのフ
ィールド・シールド電極とトレンチ壁面の半導体表面で
形成される壁面キャパシタとの技術を統合することによ
り高密度大規模のDRAMデバイスを実現する。更に、
トレンチ・キャパシタのゲート電極がフィールド・シー
ルド電極と同一工程で形成されるため、集積回路の縦構
造が簡素化されて層間干渉による特性劣化もなく、製造
工程が簡易化されるため経済性が高い利点もある。
良く理解するために、この発明の実施の形態について図
を用いて説明する。
の一実施の形態を説明するそれぞれ平面図および回路図
である。図1(A)に示すように、この実施の形態は、
DRAMのセル・アレイでビット線BL1,BL2,B
L3,BL4とワード線WL1,WL2,WL3,WL
4が互いに直交し、夫々の交点付近にMOSトランジス
タとMOSキャパシタからなるDRAMセルを備えてい
る。各メモリ・セルの間は、ワード線WL1,WL2,
WL3,WL4に平行する方向で半導体基板に形成した
第一のトレンチ(溝)と、このトレンチ内に容量絶縁膜
およびフィールド・シールド電極を埋め込んで得られる
フィールド・シールド構造で絶縁分離される。ビット線
に平行方向は各メモリ・セル間およびフィールド・シー
ルド構造の間に第二のトレンチ(溝)が在り、ここを絶
縁物で埋め込んで絶縁物分離を行っている。
価回路を示している。この図に示すように、ワード線W
L1,WL2,WL3,WL4に平行に伸びるフィール
ド・シールド電極FS1,FS2,FS3はDRAMセ
ルのキャパシタの一電極であり、固定電位に接続する。
キャパシタの他の電極はトレンチの壁面にトランジスタ
から伸びるソースもしくはドレイン領域である。従っ
て、この実施の形態のDRAMセルはフィールド・シー
ルド電極を埋め込んだ第一のトレンチの両壁面にビット
線方向に隣接するDRAMセルのキャパシタがフィール
ド・シールド電極を介して対向する。ワード線方向に平
行するメモリ・セル間の絶縁分離帯Z1,Z2,Z3,
Z4は絶縁物で埋め込まれた第二のトレンチである。
の形態の製造方法を説明する主要工程における断面図で
ある。それぞれの図は図1(A)のb―b′線での断面
図で、図1と共通の部分は同一の符号を付して示す。こ
の実施の形態は、比抵抗0.010〜0.050Ωcm
の高濃度P型シリコン単結晶基体201の一主表面に比
抵抗0.5〜10Ωcm、厚さ1〜8μmのP型エピタ
キシャル層202を備えた半導体基板を用いる。エピタ
キシャル層202の主表面には、図2(A)に示すよう
に、二酸化珪素膜(SiO2膜)203,203′,2
03″をエッチング・マスクとしてビット線方向および
ワード線方向の縦横に伸び、高濃度の基体201に到達
するトレンチ204を形成する。このトレンチ形成によ
りエピタキシャル層202は所定のセル形成領域毎にエ
ピタキシャル領域202,202′に分割される。トレ
ンチ形成後に、熱酸化・気相成長および表面研磨等を施
してトレンチ部分に絶縁物である二酸化珪素を埋め込
み、以後にフィールド・シールド構造を形成するワード
線に平行に伸びる部分のトレンチ204の絶縁物を除去
する[図2(A)]。
ット線方向に平行する第二のトレンチ204′,20
4″には絶縁物205′,205″が残り、ワード線方
向のメモリ・セル間の絶縁分離を行う他のトレンチ絶縁
分離帯が形成される。これらのトレンチ204,20
4′,204″に囲まれたエピタキシャル領域20
2′,202″は以降の工程で形成されるコンタクトを
共有する2ビット毎のDRAMセルを構成し、互いにト
レンチ204,204′,204″で絶縁分離されたセ
ル領域である。
物を除去したトレンチ204へのキャパシタ形成のため
の加工工程を示す。即ち、トレンチ204の孔部から熱
拡散法でエピタキシャル領域202′,202″に10
の17〜19乗の高濃度P型領域206′,206″お
よび夫々のトレンチ側である内側に10の18〜20乗
の高濃度N型領域207′,207″を二重拡散形成
し、その後トレンチ204内にキャパシタ絶縁膜208
を形成する。
ャパシタ部分をHi−Cセル(特許第1387295
号)とする拡散領域で、高濃度P型シリコン単結晶基体
201より低濃度であるためP,N領域206′,20
6″,207′,207″ともにエピタキシャル領域2
02′,202″のトレンチ204の壁面に留まり、ト
レンチ204の底面が到達する基体201の表面とエピ
タキシャル領域202′,202″の表面で終端する。
キャパシタ絶縁膜208は二酸化珪素膜209−窒化珪
素膜210−二酸化珪素膜211の3層構造のONO膜
(特許第1235264号)で、二酸化珪素膜換算の有
効膜厚が30〜100Åで制御される。
204のキャパシタ絶縁膜208の内側溝は燐を含有す
る多結晶シリコンで埋め込み、ワード線方向に伸びるフ
ィールド・シールド電極212を形成する。このフィー
ルド・シールド電極212は、N型領域207,20
7′と絶縁膜208を介在してキャパシタを形成すると
ともに、エピタキシャル領域202′,202″を絶縁
分離するため基体201と絶縁膜208とでフィールド
・シールド構造の絶縁分離帯を成し、集積回路内で固定
電位(所定の電源電位、GNDもしくは基体電位)に接
続する。エピタキシャル領域202′,202″の主表
面には夫々厚さ100Åの二酸化珪素のゲート絶縁膜2
13,213′,213″および多結晶シリコンのワー
ド線WL1,WL2,WL3によりMOSトランジスタ
のゲート構造が形成され、ワード線WL1,WL2の両
側のP型エピタキシャル領域202′,202″の表面
にMOSトランジスタのドレイン,ソース領域となる砒
素注入拡散による深さ0.1μmのN型拡散領域21
4,214′,215,215′が設けられる。
ルド構造側のN型領域214,214′は、キャパシタ
の一電極として動作し、この実施の形態ではN型領域2
07,207′にそれぞれ接続する。他方のN型領域2
15,215′はそれぞれ同一のエピタキシャル領域2
02′,202″を共有する隣接DRAMセルのMOS
トランジスタと共有のN型領域でビット線へのコンタク
ト領域である。コンタクト領域は、フィールド・シール
ド構造トランジスタの拡散領域およびワード線に絶縁膜
216,217,218,219,220を形成した
後、N型領域215,215′の表面を露呈する。
示し、燐・ボロン・シリケート・ガラス(BPSG)の
厚い層間絶縁膜221を主表面に被着し、コンタクト保
護膜222、222′の内側開孔部に燐含有多結晶シリ
コンのプラグ223,223′を埋め込み、アルミニュ
ウム配線加工を行ってビット線BL2を形成する。N型
領域215,215′には、プラグ222,222′か
らの燐の侵入で高濃度N型領域224,224′が設け
られ、DRAMセルとビット線との電流路を改善する。
この図のMOSトランジスタQ12,Q22およびフィ
ールド・シールド構造を成すMOSキャパシタC12,
C22は、図1(B)と同一であり、MOSトランジス
タQ32,Q42はそれぞれN型領域215,215′
を共有するエピタキシャル領域202′,202″に形
成されてビット線BL2に接続している。
のキャパシタがフィールド・シールド電極212を埋め
込んだトレンチ204の一側面に形成され、例えばエピ
タキシャル領域幅0.5μmで深さ8μmのトレンチで
は4平方ミクロンのキャパシタ面積が得られ、DRAM
セルとして充分な蓄積容量を実現する。従って、この発
明のDRAMセル構造は、従来のセル構造に比較して簡
易な構造と製法によりセル寸法が小で集積密度を向上し
大規模集積回路を実現する。
リコン単結晶基体201にP型エピタキシャル層202
を設け、トレンチ底部を基体に到達することによりDR
AMセルを収納するエピタキシャル領域202′,20
2″を絶縁分離しているため、従来のトレンチ分離で生
じるトレンチ底部に電荷蓄積層や電流漏洩路の形成が無
く、DRAMセルの情報保持時間特性の改善、活性領域
間リーク電流による誤動作や待機時電流の増大を除去す
ることができる。
縁分離帯を絶縁物分離帯で設計しフィールド・シールド
電極との交差を避ける設計ルールを採用することによ
り、ワード線とフィールド・シールド電極を同一工程の
多結晶シリコン加工工程、所謂一層ポリシリコン・プロ
セスで形成することができ、製造工程を一層簡略化して
経済性を改善する。
ルド・シールド電極とワード線を多結晶シリコンで形成
したが、タングステン・シリサイド、高融点金属等を単
独もしくは多結晶シリコンとの積層構造で実施すること
ができる。この実施の形態においては、フィールド・シ
ールド電極の電位を電源の基準電位(GND)、基体電
位(Vbb)もしくは電源電位とGNDとの中間電位に
固定する。しかしながら、フィールド・シールド電極を
電源電位(Vcc)に固定する場合には、フィールド・
シールド電極に対向するエピタキシャル領域側面に電荷
が誘起されてトランジスタのソースもしくはドレインに
電気的に結合する反転層を形成するため、キャパシタの
フィールド・シールド電極の対向電極となるトレンチか
ら拡散形成されるN型領域もしくはNおよびP型領域の
双方を不要とする。更に、半導体基板として高濃度一導
電型基体の一主表面に低濃度一導電型エピタキシャル層
を設けたエピタキシャル基板を用いることなく、一導電
型半導体単結晶基板にトレンチを形成しトレンチ底部に
高濃度一導電型領域を形成して各回路機能形成領域間の
底部での漏洩路形成を防止したのち絶縁物分離帯とフィ
ールド・シールド構造の分離帯を設けた基板でも同様な
集積回路が実現できる。
する平面図で、この図の図1(A)および(B)と共通
の部分を同一の符号で示す。この実施の形態はフィール
ド・シールド構造を幅広にとり、DRAMセルを形成す
るエピタキシャル領域のキャパシタ部分に重ねることに
より、フィールド・シールド電極下に『コ』の字型のキ
ャパシタを形成することで蓄積容量を増大している。
・シールド電極とを別工程とするが、同一蓄積容量を得
るためのトレンチ深さを前実施の形態に比して浅くする
ことができ、トレンチ形成工程を容易にすることができ
る。
が、この発明は必要に応じて各工程の材料、導電型の変
更が可能であり、且つ、製造工程では工程順序の変更が
可能であり、例えばフィールド・シールド構造の分離帯
を絶縁物分離帯に先行して形成することが出来る。従っ
てこの発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記す全ての半導体装置
に及ぶ。
ば、トレンチ・キャパシタ構造のゲート電極がメモリセ
ル間の絶縁分離のフィールド・シールド構造のフィール
ド・シールド電極であり、キャパシタがトレンチ構造の
一側面で基板内部に容量を形成するため高密度集積がで
きる。また、メモリセル間はトレンチ(溝)内のフィー
ルド・シールド構造であるため、従来の溝構造に比して
欠陥率の増大もなく、LOCOS構造に比較して絶縁分
離幅が小である。更に、トレンチ加工後にここから二重
拡散を行い、トレンチ・キャパシタのゲート電極(フィ
ールド・シールド電極)の対向電極である逆導電領域を
一導電型領域で覆うことにより、より絶縁分離幅を縮小
しても充分な絶縁分離特性がえられる。基板が高濃度単
結晶基体とその上面のエピタキシャル層とで形成され、
トレンチの底部が高濃度基体に到達する構造では、底部
での蓄積電荷が生じないため極微小電流漏洩を避けるこ
とができる。また、ビット線方向の絶縁膜分離とワード
線方向のトレンチ・フィールド・シールドとこのフィー
ルド・シールド電極とトレンチ壁面の半導体表面で形成
される壁面キャパシタとの技術を統合することにより高
密度大規模のDRAMデバイスを実現する。更に、トレ
ンチ・キャパシタのゲート電極がフィールド・シールド
電極と同一工程で形成されるため、集積回路の縦構造が
簡素化されて層間干渉による特性劣化もなく、製造工程
が簡易化されるため経済性が高い。
図および回路図である。
る主要工程における断面図である。
る。
スタ Z1,Z2,Z3,Z4 トレンチ
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板の一主表面にMOSトランジ
スタとキャパシタから成るメモリセルを行列配置し、該
各メモリセル間を互いに絶縁分離している集積回路にお
いて、前記各メモリセル間の互いに隣接するキャパシタ
は、前記半導体基板表面から形成された絶縁分離用のト
レンチの一側面と、該トレンチ内に埋設された容量絶縁
膜を介して前記トレンチの一側面の半導体表面に容量結
合するフィールド・シールド電極とから成ることを特徴
とする集積回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の集積回路において、前記
半導体基板は高濃度一導電型シリコン単結晶基体からな
り、該半導体基板の一表面に低濃度一導電型エピタキシ
ャル層を設け、前記トレンチが該エピタキシャル層の表
面から前記半導体基体内に到る形状を有することを特徴
とする集積回路。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の集積回路におい
て、前記行列配置されたメモリセルは行方向に伸びるビ
ット線と列方向に伸びるワード線でメモリセル・アレイ
を構成し、前記トレンチは前記ワード線に平行して伸
び、前記トレンチ間のメモリセルは前記ビット線に平行
に伸び、内部絶縁物で充填された他のトレンチにより絶
縁分離されていることを特徴とする集積回路。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のうち1記載の集積回路
において、前記フィールド・シールド電極の電位は外部
から供給される電源の電位であることを特徴とする集積
回路。 - 【請求項5】 請求項1乃至3のうち1記載の集積回路
において、前記フィールド・シールド電極の電位は外部
から供給される電源の基準電位であることを特徴とする
集積回路。 - 【請求項6】 請求項2または3記載の集積回路におい
て、前記フィールド・シールド電極の電位は前記半導体
基体の電位であることを特徴とする集積回路。 - 【請求項7】 請求項2または3記載の集積回路におい
て、前記トレンチ部分の一導電型エピタキシャル層表面
には逆導電型領域が在り、該逆導電型領域は前記トラン
ジスタのドレインもしくはソースに導電結合を有するこ
とを特徴とする集積回路。 - 【請求項8】 一導電型半導体基板の一主表面を所定の
回路機能毎に絶縁分離するトレンチ分割工程と、前記一
導電型半導体基板の一表面上の低濃度一導電型エピタキ
シャル層上にゲート絶縁膜および第一の配線を設ける工
程と、該第一の配線に平行する前記トレンチにフィール
ド・シールド構造を埋め込む工程と、該フィールド・シ
ールド構造に交差する方向に分割されたトレンチに絶縁
物を埋め込む工程と、前記トレンチに分割された半導体
領域にMOSトランジスタと前記フィールド・シールド
構造のフィールド・シールド電極を一電極とするMOS
キャパシタを備えたDRAMセルを形成する工程とを含
むことを特徴とする集積回路の製造方法。 - 【請求項9】 請求項8記載の製造方法において、前記
半導体基板は高濃度一導電型半導体基体の一主表面に低
濃度一導電型半導体層を形成していることを特徴とする
集積回路の製造方法。 - 【請求項10】 請求項8記載の集積回路の製造方法に
おいて、前記第一の配線は前記トランジスタのゲート電
極を兼ねるワード線であり、前記フィールド・シールド
電極とワード線とは同一工程で形成された多結晶シリコ
ンを含む配線材料であることを特徴とする集積回路の製
造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8331402A JPH10163450A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 集積回路とその製造方法 |
US08/978,429 US5998822A (en) | 1996-11-28 | 1997-11-25 | Semiconductor integrated circuit and a method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8331402A JPH10163450A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 集積回路とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10163450A true JPH10163450A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18243298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8331402A Pending JPH10163450A (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 集積回路とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10163450A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1026745A3 (en) * | 1999-02-05 | 2005-08-10 | Infineon Technologies North America Corp. | Field-shield-trench isolation for trench capacitor DRAM |
-
1996
- 1996-11-28 JP JP8331402A patent/JPH10163450A/ja active Pending
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EP1026745A3 (en) * | 1999-02-05 | 2005-08-10 | Infineon Technologies North America Corp. | Field-shield-trench isolation for trench capacitor DRAM |
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