JPH10242417A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH10242417A JPH10242417A JP9039616A JP3961697A JPH10242417A JP H10242417 A JPH10242417 A JP H10242417A JP 9039616 A JP9039616 A JP 9039616A JP 3961697 A JP3961697 A JP 3961697A JP H10242417 A JPH10242417 A JP H10242417A
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- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/31—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
- H10B12/315—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor with the capacitor higher than a bit line
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細化において必要となる容量値を得ること
ができ、高密度化を実現することができる半導体装置及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置は、シリンダー状のストレー
ジ電極の底面及び外周部が、表面に微細な凹凸をもった
粗面ポリシリコン(粗面導体)からなるストレージノー
ドポリシリコン17,19によって構成されたキャパシ
タ構造を有し、キャパシタ電極をシリンダー状に加工
し、さらにその底部と外周部に実効表面積の大きな粗面
ポリシリコンにより構成する。
ができ、高密度化を実現することができる半導体装置及
びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体装置は、シリンダー状のストレー
ジ電極の底面及び外周部が、表面に微細な凹凸をもった
粗面ポリシリコン(粗面導体)からなるストレージノー
ドポリシリコン17,19によって構成されたキャパシ
タ構造を有し、キャパシタ電極をシリンダー状に加工
し、さらにその底部と外周部に実効表面積の大きな粗面
ポリシリコンにより構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、詳細には、例えば高集積をめざした
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:Dyna
mic RAM)装置及びその製造方法に関するものである。
の製造方法に関し、詳細には、例えば高集積をめざした
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:Dyna
mic RAM)装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ装
置(以下、単にDRAMという)の高集積化には目覚ま
しいものがあり、近年では1チップに64メガビットを
集積したデバイスも実用化されつつある。このような高
集積化は、微細加工技術の目覚ましい進歩によるところ
が大きいが、それに加えてメモリセル構造の工夫による
ところも大きかった。
置(以下、単にDRAMという)の高集積化には目覚ま
しいものがあり、近年では1チップに64メガビットを
集積したデバイスも実用化されつつある。このような高
集積化は、微細加工技術の目覚ましい進歩によるところ
が大きいが、それに加えてメモリセル構造の工夫による
ところも大きかった。
【0003】図15は従来のDRAMセルの構造を示す
断面図である。
断面図である。
【0004】図15において、101はP型のシリコン
基板、102はメモリセルを囲むように形成されたガー
ドN層、103はガードN層に囲まれたPウェルであ
る。
基板、102はメモリセルを囲むように形成されたガー
ドN層、103はガードN層に囲まれたPウェルであ
る。
【0005】図15では1ビットのメモリセルを表して
おり、それはスイッチングトランジスタ、キャパシタ、
ビットライン及びワードラインより構成されている。ス
イッチングトランジスタは、ゲート酸化膜105、ゲー
ト電極106及びN型拡散層107から構成されてい
る。また、キャパシタは、ストレージノード116,1
17、誘電体薄膜(図示せず)及びプレート電極118
から構成されている。ストレージノード116,117
は、円筒状の形状を成しており、シリンダーあるいはク
ラウン型キャパシタと呼ばれている。
おり、それはスイッチングトランジスタ、キャパシタ、
ビットライン及びワードラインより構成されている。ス
イッチングトランジスタは、ゲート酸化膜105、ゲー
ト電極106及びN型拡散層107から構成されてい
る。また、キャパシタは、ストレージノード116,1
17、誘電体薄膜(図示せず)及びプレート電極118
から構成されている。ストレージノード116,117
は、円筒状の形状を成しており、シリンダーあるいはク
ラウン型キャパシタと呼ばれている。
【0006】ビットライン111は、ビットコンタクト
110を介してスイッチングトランジスタの一方の拡散
層に接続されている。ワードラインは、スイッチングト
ランジスタのゲート電極と兼用となっている。キャパシ
タとスイッチングトランジスタとは、ストレージコンタ
クト114とポリプラグ115によって接続されてい
る。
110を介してスイッチングトランジスタの一方の拡散
層に接続されている。ワードラインは、スイッチングト
ランジスタのゲート電極と兼用となっている。キャパシ
タとスイッチングトランジスタとは、ストレージコンタ
クト114とポリプラグ115によって接続されてい
る。
【0007】また、104は隣接セルとの分離のための
フィールド酸化膜、109,112及び119は層間絶
縁膜である。113はエッチングストッパー用の窒化
膜、120は金属配線層、121はパッシベーション膜
である。
フィールド酸化膜、109,112及び119は層間絶
縁膜である。113はエッチングストッパー用の窒化
膜、120は金属配線層、121はパッシベーション膜
である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】DRΑΜセルにおいて
は、情報は微細なキャパシタに蓄積された電荷の有無に
より行われている。したがって、安定な動作をさせるに
はキャパシタの静電容量をある値よりも大きくしなけれ
ばならない。
は、情報は微細なキャパシタに蓄積された電荷の有無に
より行われている。したがって、安定な動作をさせるに
はキャパシタの静電容量をある値よりも大きくしなけれ
ばならない。
【0009】しかしながら、上記のような従来の構成で
は、シリンダー型のストレージノードの底面、内側側面
及び外側側面を有効に利用して、DRΑMのストレーシ
キャパシタの容量を稼ぎ出してはいるものの、更なる微
細化においては必要となる容量値を得ることが困難とな
り、高密度DRΑΜを実現することができなかった。
は、シリンダー型のストレージノードの底面、内側側面
及び外側側面を有効に利用して、DRΑMのストレーシ
キャパシタの容量を稼ぎ出してはいるものの、更なる微
細化においては必要となる容量値を得ることが困難とな
り、高密度DRΑΜを実現することができなかった。
【0010】本発明は、微細化において必要となる容量
値を得ることができ、高密度化を実現することができる
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
値を得ることができ、高密度化を実現することができる
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半
導体装置において、キャパシタ電極は、底つきの円筒状
に加工された導体の内側底面部と、外周側壁部とを備た
キャパシタ構造であり、底面部及び側壁部は、粗面導体
により構成する。
は、キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半
導体装置において、キャパシタ電極は、底つきの円筒状
に加工された導体の内側底面部と、外周側壁部とを備た
キャパシタ構造であり、底面部及び側壁部は、粗面導体
により構成する。
【0012】上記粗面導体は、粗面ポリシリコンであっ
てもよく、上記キャパシタ構造を有する半導体装置は、
メモリセルであってもよい。
てもよく、上記キャパシタ構造を有する半導体装置は、
メモリセルであってもよい。
【0013】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半
導体装置の製造方法において、第1の粗面導体を形成す
る工程と、粗面導体上にこれとはエッチングレートの異
なる犠牲膜を形成パターニングする工程と、第2の粗面
導体を形成する工程と、犠牲膜の側壁部分のみに第2の
粗面導体を残す工程と、犠牲膜を除去する工程とを順次
実施することを特徴とする。
は、キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半
導体装置の製造方法において、第1の粗面導体を形成す
る工程と、粗面導体上にこれとはエッチングレートの異
なる犠牲膜を形成パターニングする工程と、第2の粗面
導体を形成する工程と、犠牲膜の側壁部分のみに第2の
粗面導体を残す工程と、犠牲膜を除去する工程とを順次
実施することを特徴とする。
【0014】本発明に係る半導体装置の製造方法は、キ
ャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半導体装
置の製造方法において、第1の粗面導体を形成する工程
と、粗面導体上にこれとはエッチングレートの異なる第
1の犠牲膜を形成する工程と、第1の犠牲膜上にエッチ
ングレートよりエッチングレートの小さな第2の犠牲膜
を形成する工程と、第1の犠牲膜及び第2の犠牲膜をパ
ターニングして第2の犠牲膜を第1の犠牲膜上に庇状に
加工する工程と、少なくとも第1の犠牲膜の側壁部分に
第2の粗面導体を残す工程と、第1の犠牲膜及び第2の
犠牲膜を除去する工程とを順次実施することを特徴とす
る。
ャパシタ電極を備えたキャパシタ構造を有する半導体装
置の製造方法において、第1の粗面導体を形成する工程
と、粗面導体上にこれとはエッチングレートの異なる第
1の犠牲膜を形成する工程と、第1の犠牲膜上にエッチ
ングレートよりエッチングレートの小さな第2の犠牲膜
を形成する工程と、第1の犠牲膜及び第2の犠牲膜をパ
ターニングして第2の犠牲膜を第1の犠牲膜上に庇状に
加工する工程と、少なくとも第1の犠牲膜の側壁部分に
第2の粗面導体を残す工程と、第1の犠牲膜及び第2の
犠牲膜を除去する工程とを順次実施することを特徴とす
る。
【0015】本発明に係る半導体装置の製造方法は、上
記犠牲膜の断面形状を逆テーパー状に加工するものであ
ってもよい。
記犠牲膜の断面形状を逆テーパー状に加工するものであ
ってもよい。
【0016】上記粗面導体は、粗面ポリシリコンであっ
てもよく、上記キャパシタ構造を有する半導体装置は、
メモリセルであってもよい。
てもよく、上記キャパシタ構造を有する半導体装置は、
メモリセルであってもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置は、半導
体メモリ装置としてシリンダー型キャパシタを用いたD
RΑΜセルに適用することができる。
体メモリ装置としてシリンダー型キャパシタを用いたD
RΑΜセルに適用することができる。
【0018】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体装置のメモリセル構造を示す断面図である。
体装置のメモリセル構造を示す断面図である。
【0019】図1において、1はP型シリコン基板、2
はメモリセルを囲むように形成されたガードN層、3は
ガードN層に囲まれたPウェルである。4は隣接メモリ
セルを分離するフィールド酸化膜、5はスイッチングト
ランジスタのゲート酸化膜、6はゲート電極である。ゲ
ート電極の側面にはサイドウォール8が形成されてい
る。ゲート電極側壁下部のシリコン基板にはN型拡散層
7が形成されている。
はメモリセルを囲むように形成されたガードN層、3は
ガードN層に囲まれたPウェルである。4は隣接メモリ
セルを分離するフィールド酸化膜、5はスイッチングト
ランジスタのゲート酸化膜、6はゲート電極である。ゲ
ート電極の側面にはサイドウォール8が形成されてい
る。ゲート電極側壁下部のシリコン基板にはN型拡散層
7が形成されている。
【0020】その上には絶縁膜9が形成され、スイッチ
ングトランジスタの拡散層上にコンタクト10が形成さ
れていて、ビットライン11とスイッチングトランジス
タの拡散層が接続されている。
ングトランジスタの拡散層上にコンタクト10が形成さ
れていて、ビットライン11とスイッチングトランジス
タの拡散層が接続されている。
【0021】さらに、その上には絶縁膜12とストッパ
窒化膜13が形成され、その一部にコンタクトが開けら
れ、そのコンタクト内にはポリシリコンプラグ15が埋
め込まれている。
窒化膜13が形成され、その一部にコンタクトが開けら
れ、そのコンタクト内にはポリシリコンプラグ15が埋
め込まれている。
【0022】このプラグの上には、ストレージノードポ
リシリコン16,17,18,19から構成されるシリ
ンダー状のストレージ電極が形成されている。これらポ
リシリコンで形成されたストレージ電極のうち、ストレ
ージノードポリシリコン16,18は通常のものである
が、ストレージノードポリシリコン17,19は表面に
微細な凹凸をもった粗面ポリシリコン(粗面導体)によ
って構成されている。すなわち、ストレージ電極の底面
とシリンダー外周部には実効表面積の大きな粗面ポリシ
リコンが使われている。
リシリコン16,17,18,19から構成されるシリ
ンダー状のストレージ電極が形成されている。これらポ
リシリコンで形成されたストレージ電極のうち、ストレ
ージノードポリシリコン16,18は通常のものである
が、ストレージノードポリシリコン17,19は表面に
微細な凹凸をもった粗面ポリシリコン(粗面導体)によ
って構成されている。すなわち、ストレージ電極の底面
とシリンダー外周部には実効表面積の大きな粗面ポリシ
リコンが使われている。
【0023】上記ストレージ電極とスイッチングトラン
ジスタの拡散層とは、プラグ15を介して電気的に接続
されている。ストレージ電極上には誘電体薄膜33(図
示せず)及びプレート電極20が形成されていてキャパ
シタを構成している。さらにその上には絶縁膜21、金
属配線層22及びパッシベーション膜23が形成されて
いる。
ジスタの拡散層とは、プラグ15を介して電気的に接続
されている。ストレージ電極上には誘電体薄膜33(図
示せず)及びプレート電極20が形成されていてキャパ
シタを構成している。さらにその上には絶縁膜21、金
属配線層22及びパッシベーション膜23が形成されて
いる。
【0024】以下、上述のように構成された半導体装置
の製造方法を説明する。
の製造方法を説明する。
【0025】図2〜図8は上記メモリセル構造の製造工
程を説明するための工程断面図である。
程を説明するための工程断面図である。
【0026】まず、抵抗率10Ωcm程度のP型基板1
を用意し、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)
法などを用いてフィールド酸化膜4を形成する。リンを
800keV、1×1013cm-2程度の条件でイオン注
入し、埋め込まれたNガード層2を形成する。また、ボ
ロンを500keV、100keV、30keVそれぞ
れ5×1012Cm-2程度の条件てイオン注入しPウェル
3を形成する。
を用意し、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)
法などを用いてフィールド酸化膜4を形成する。リンを
800keV、1×1013cm-2程度の条件でイオン注
入し、埋め込まれたNガード層2を形成する。また、ボ
ロンを500keV、100keV、30keVそれぞ
れ5×1012Cm-2程度の条件てイオン注入しPウェル
3を形成する。
【0027】次に、熱酸化によりゲート酸化膜5を6n
m程度つけ、その上にゲート電極6となるリンを高濃度
に含んだ150nm程度のポリシリコンをCVD法によ
り堆積させる。ホトリソグラフィーによりゲート電極を
パターニングする。ゲート電極及びフィールド酸化膜を
マスクにして、イオン注入により、低濃度N型拡散層7
を形成する。ここまでの工程により、図2に示すような
断面形状が得られる。
m程度つけ、その上にゲート電極6となるリンを高濃度
に含んだ150nm程度のポリシリコンをCVD法によ
り堆積させる。ホトリソグラフィーによりゲート電極を
パターニングする。ゲート電極及びフィールド酸化膜を
マスクにして、イオン注入により、低濃度N型拡散層7
を形成する。ここまでの工程により、図2に示すような
断面形状が得られる。
【0028】次に、図3に示すように、全面に酸化膜を
CVD法により膜厚150nm程度堆積させ、異方性ド
ライエッチングによりゲート電極のエッジ部のみにサイ
ドウォール8を形成する。
CVD法により膜厚150nm程度堆積させ、異方性ド
ライエッチングによりゲート電極のエッジ部のみにサイ
ドウォール8を形成する。
【0029】その上に、CVD法により層間絶縁膜9と
してBPSG(ボロン・リンガラス)を400nm程度
堆積させ、850℃程度のリフローを施すと図3に示す
ような断面形状が得られる。
してBPSG(ボロン・リンガラス)を400nm程度
堆積させ、850℃程度のリフローを施すと図3に示す
ような断面形状が得られる。
【0030】次に、図4に示すように、層間絶縁膜にコ
ンタクトホール10を開口させ、この上にリンを高濃度
に含んだポリシリコン(図示省略)をCVD法により膜
厚50nm程度堆積させ、さらにその上にビットライン
11となるタングステンシリサイドをスッパタ法により
120nm程度堆積させ、パターニングする。
ンタクトホール10を開口させ、この上にリンを高濃度
に含んだポリシリコン(図示省略)をCVD法により膜
厚50nm程度堆積させ、さらにその上にビットライン
11となるタングステンシリサイドをスッパタ法により
120nm程度堆積させ、パターニングする。
【0031】その上に、CVD法により層間絶縁膜12
としてBPSG(ボロン・リンガラス)を400nm程
度堆積させ、850℃程度のリフローを施すと図4に示
すような断面形状が得られる。
としてBPSG(ボロン・リンガラス)を400nm程
度堆積させ、850℃程度のリフローを施すと図4に示
すような断面形状が得られる。
【0032】次に、図5に示すように、後の工程でエッ
チングストッパとなる窒化膜13をCVD法により膜厚
50nm程度堆積させ、ホトリソグラフィー及びプラズ
マエッチング技術により、コンタクトホール15をスト
レージ電極の接続予定領域に開口させる。プラグ15と
なるリンドープのポリシリコンをCVD法により膜厚4
00nm程度堆積させ、異方性のドライエッチングによ
りコンタクトホール内に埋め込む。ここまでの工程によ
り、図5に示すような断面形状が得られる。
チングストッパとなる窒化膜13をCVD法により膜厚
50nm程度堆積させ、ホトリソグラフィー及びプラズ
マエッチング技術により、コンタクトホール15をスト
レージ電極の接続予定領域に開口させる。プラグ15と
なるリンドープのポリシリコンをCVD法により膜厚4
00nm程度堆積させ、異方性のドライエッチングによ
りコンタクトホール内に埋め込む。ここまでの工程によ
り、図5に示すような断面形状が得られる。
【0033】次に、キャパシタを形成していく。まず、
図6に示すように、リンを高濃度に含むポリシリコン1
6をCVD法により膜厚50nm程度堆積させる。この
ポリシリコンは通常の条件(例えば、SiH4を原料ガ
スとし温度620℃圧力0.2Torr)で形成されそ
の表面は平滑である。その上に表面に微小な凹凸をもつ
実効表面積の大きな粗面ポリシリコン17を膜厚150
nm程度堆積させる。このとき、CVDの生成温度が非
常に重要で、原料ガスをSiH4、圧力を0.2Tor
rとした場合、温度555℃以下では得られる膜は非晶
質で、580℃以上では多結晶となり、その間の温度で
は両者の混合膜で、表面に微小な凹凸をもった膜とな
る。ここではスループットや膜厚バラツキから570℃
で製膜を行い、実効表面積約2倍が得られた。
図6に示すように、リンを高濃度に含むポリシリコン1
6をCVD法により膜厚50nm程度堆積させる。この
ポリシリコンは通常の条件(例えば、SiH4を原料ガ
スとし温度620℃圧力0.2Torr)で形成されそ
の表面は平滑である。その上に表面に微小な凹凸をもつ
実効表面積の大きな粗面ポリシリコン17を膜厚150
nm程度堆積させる。このとき、CVDの生成温度が非
常に重要で、原料ガスをSiH4、圧力を0.2Tor
rとした場合、温度555℃以下では得られる膜は非晶
質で、580℃以上では多結晶となり、その間の温度で
は両者の混合膜で、表面に微小な凹凸をもった膜とな
る。ここではスループットや膜厚バラツキから570℃
で製膜を行い、実効表面積約2倍が得られた。
【0034】この後、ポリシリコンに導電性をもたせる
ため、リンを40keV、5×1015cm-2程度の条件
でイオン注入する。ここまでの工程により、図6に示す
ような断面形状が得られる。
ため、リンを40keV、5×1015cm-2程度の条件
でイオン注入する。ここまでの工程により、図6に示す
ような断面形状が得られる。
【0035】この構造上に、図7に示すように、酸化膜
51をCVD法により膜厚500nm程度堆積させ、ス
トレージノード状にパターニングする。さらに前記工程
(図6の工程)と同様に通常ポリシリコン18(膜厚3
0nm程度)と粗面ポリシリコン19(膜厚150nm
程度)を積層させて堆積させる。前記工程と同様な方法
でリンを40keV、5×1015cm-2程度の条件でイ
オン注入する。ここまでの工程により、図7に示すよう
な断面形状が得られる。
51をCVD法により膜厚500nm程度堆積させ、ス
トレージノード状にパターニングする。さらに前記工程
(図6の工程)と同様に通常ポリシリコン18(膜厚3
0nm程度)と粗面ポリシリコン19(膜厚150nm
程度)を積層させて堆積させる。前記工程と同様な方法
でリンを40keV、5×1015cm-2程度の条件でイ
オン注入する。ここまでの工程により、図7に示すよう
な断面形状が得られる。
【0036】次に、図8に示すように、異方性の強いド
ライエッチング法により積層されたポリシリコンをエッ
チングして、ストレージノード状にパターニングされた
酸化膜51の周囲にサイドウォールを形成する。その後
不要となった酸化膜51を希フッ酸水溶液で除去する。
このとき窒化膜13はフッ酸によってエッチングされな
いためエッチングストッパーとして機能する。ここまで
の工程によりキャパシタのストレージノード電極が形成
される。
ライエッチング法により積層されたポリシリコンをエッ
チングして、ストレージノード状にパターニングされた
酸化膜51の周囲にサイドウォールを形成する。その後
不要となった酸化膜51を希フッ酸水溶液で除去する。
このとき窒化膜13はフッ酸によってエッチングされな
いためエッチングストッパーとして機能する。ここまで
の工程によりキャパシタのストレージノード電極が形成
される。
【0037】この上にキャパシタの誘電体薄膜となる窒
化膜(不図示)をCVD法により膜厚5nm程度堆積さ
せ、膜の欠陥密度及びリーク電流低減のため850℃の
ウェット雰囲気でアニールを施す。さらにその上に、キ
ャパシタのプレート電極20となるリンを高濃度に含む
ポリシリコンをCVD法で膜厚100nm程度堆積させ
る。ここまでの工程により、図8に示すような断面形状
が得られる。
化膜(不図示)をCVD法により膜厚5nm程度堆積さ
せ、膜の欠陥密度及びリーク電流低減のため850℃の
ウェット雰囲気でアニールを施す。さらにその上に、キ
ャパシタのプレート電極20となるリンを高濃度に含む
ポリシリコンをCVD法で膜厚100nm程度堆積させ
る。ここまでの工程により、図8に示すような断面形状
が得られる。
【0038】以降の工程について図示は省略するが、層
間絶縁膜を堆積させ、平坦化処理を行った後、金属配線
を例えばアルミ合金のような材料で形成パターニング
し、最後にパッシベーション膜をつけウェハプロセスを
終了する。
間絶縁膜を堆積させ、平坦化処理を行った後、金属配線
を例えばアルミ合金のような材料で形成パターニング
し、最後にパッシベーション膜をつけウェハプロセスを
終了する。
【0039】次に動作を説明する。
【0040】メモリセルの動作としては、従来のものと
同一である。すなわち、図1において、ワードラインの
電圧をハイレベルにすることにより、スイッチングトラ
ンジスタのゲート電極6をハイレベルとし、スイッチン
グトランジスタを導通させてキャパシタとビットライン
11を接続して、情報をビットラインからキャパシタへ
書き込みまた逆にキャパシタからビットラインへ情報を
読み出す。ワードラインがローレベルの間はスイッチン
グトランジスタはカットオフし、情報はキャパシタに保
持される。
同一である。すなわち、図1において、ワードラインの
電圧をハイレベルにすることにより、スイッチングトラ
ンジスタのゲート電極6をハイレベルとし、スイッチン
グトランジスタを導通させてキャパシタとビットライン
11を接続して、情報をビットラインからキャパシタへ
書き込みまた逆にキャパシタからビットラインへ情報を
読み出す。ワードラインがローレベルの間はスイッチン
グトランジスタはカットオフし、情報はキャパシタに保
持される。
【0041】以上説明したように、第1の実施形態に係
る半導体装置は、シリンダー状(円筒状)のストレージ
電極の底面及び外周部が、表面に微細な凹凸をもった粗
面ポリシリコン(粗面導体)からなるストレージノード
ポリシリコン17,19によって構成されたキャパシタ
構造を有し、キャパシタ電極をシリンダー状に加工し、
さらにその底部と外周部に実効表面積の大きな粗面ポリ
シリコンにより構成するようにしたので、小さなセル面
積で大きな静電容量を得ることができる。したがって、
メモリ動作が安定でしかもより微細なメモリセルを実現
することができ、高密度化を図ることができる。
る半導体装置は、シリンダー状(円筒状)のストレージ
電極の底面及び外周部が、表面に微細な凹凸をもった粗
面ポリシリコン(粗面導体)からなるストレージノード
ポリシリコン17,19によって構成されたキャパシタ
構造を有し、キャパシタ電極をシリンダー状に加工し、
さらにその底部と外周部に実効表面積の大きな粗面ポリ
シリコンにより構成するようにしたので、小さなセル面
積で大きな静電容量を得ることができる。したがって、
メモリ動作が安定でしかもより微細なメモリセルを実現
することができ、高密度化を図ることができる。
【0042】具体的な数値を用いて効果を定量的に説明
する。
する。
【0043】図9はストレージノード電極の表面積を計
算するためのモデルを示した模式図である。シリンダー
底面を半円と正方形の合成とみなし、短辺をa、長辺を
2a、シリンダーの厚みと高さをそれぞれbとhとす
る。この形状のシリンダー裏側底面以外の総表面積がキ
ャパシタに使われることになる。従来の方法では全ての
面で実効面積倍率はほぼ1である。
算するためのモデルを示した模式図である。シリンダー
底面を半円と正方形の合成とみなし、短辺をa、長辺を
2a、シリンダーの厚みと高さをそれぞれbとhとす
る。この形状のシリンダー裏側底面以外の総表面積がキ
ャパシタに使われることになる。従来の方法では全ての
面で実効面積倍率はほぼ1である。
【0044】本実施形態ではこれらのうちシリンダー底
面と外側周囲部分に粗面ポリシリコンを用いているた
め、この部分に実効面積倍率がかけられる。
面と外側周囲部分に粗面ポリシリコンを用いているた
め、この部分に実効面積倍率がかけられる。
【0045】上記パラメータとして次の値を用いた。b
=0.07μm、h=0.6μm、粗面ポリシリコンの
実効面積倍率2.5、さらに誘電体薄膜の膜厚と比誘電
率をそれぞれ7nmと6.8と仮定し、2aとセルの静
電容量の関係を求めたのが図10である。図10から明
らかなように、大幅な静電容量の増大が図られる。ま
た、より小さな寸法で同一の必要容量が得られるのがわ
かる。例えば、必要容量を20fFとした場合、従来例
では長辺方向寸法0.4μm程度が限界であったのが、
本実施形態では約0.23μmまで縮小しても容量を確
保することができる。
=0.07μm、h=0.6μm、粗面ポリシリコンの
実効面積倍率2.5、さらに誘電体薄膜の膜厚と比誘電
率をそれぞれ7nmと6.8と仮定し、2aとセルの静
電容量の関係を求めたのが図10である。図10から明
らかなように、大幅な静電容量の増大が図られる。ま
た、より小さな寸法で同一の必要容量が得られるのがわ
かる。例えば、必要容量を20fFとした場合、従来例
では長辺方向寸法0.4μm程度が限界であったのが、
本実施形態では約0.23μmまで縮小しても容量を確
保することができる。
【0046】また、別な見方をすると、より低いシリン
ダー形状で必要容量が得られるので、段差が小さくなり
平坦化が促進され、上層微細パターンのホトリソグラフ
ィーにおけるフォーカスマージンが拡大し、より一層の
微細化が可能となる。
ダー形状で必要容量が得られるので、段差が小さくなり
平坦化が促進され、上層微細パターンのホトリソグラフ
ィーにおけるフォーカスマージンが拡大し、より一層の
微細化が可能となる。
【0047】さらに、まだ実用化には課題の多い高誘電
体を用いずに、従来から実績のある窒化膜を用いても必
要容量が得られ、メモリデバイスの早期実用化が図られ
るという利点もある。
体を用いずに、従来から実績のある窒化膜を用いても必
要容量が得られ、メモリデバイスの早期実用化が図られ
るという利点もある。
【0048】図11及び図12は本発明の第2の実施形
態に係る半導体装置のメモリセル構造の製造工程を説明
するための工程断面図である。なお、本実施形態に係る
半導体装置の説明にあたり第1の実施形態に係る半導体
装置と同一構成部分には同一符号を付している。
態に係る半導体装置のメモリセル構造の製造工程を説明
するための工程断面図である。なお、本実施形態に係る
半導体装置の説明にあたり第1の実施形態に係る半導体
装置と同一構成部分には同一符号を付している。
【0049】前記第1の実施形態の図6までは全く同一
の工程を経る。
の工程を経る。
【0050】この構造上に、図11に示すように、酸化
膜52をCVD法により膜厚500nm程度堆積させ、
ストレージノード状にパターニングする。このとき、酸
化膜のエッジが下に行くほど細るようなアンダーカット
をもたせて仕上げる。この上に、第1の実施形態と同様
に通常ポリシリコン18(膜厚30nm程度)と粗面ポ
リシリコン19(膜厚150nm程度)を積層させて堆
積させ、リンを40keV、5×1015cm-2程度の条
件でイオン注入する。ここまでの工程により、図11に
示すような断面形状が得られる。
膜52をCVD法により膜厚500nm程度堆積させ、
ストレージノード状にパターニングする。このとき、酸
化膜のエッジが下に行くほど細るようなアンダーカット
をもたせて仕上げる。この上に、第1の実施形態と同様
に通常ポリシリコン18(膜厚30nm程度)と粗面ポ
リシリコン19(膜厚150nm程度)を積層させて堆
積させ、リンを40keV、5×1015cm-2程度の条
件でイオン注入する。ここまでの工程により、図11に
示すような断面形状が得られる。
【0051】次に、図12に示すように、第1の実施形
態と同様に異方性の強いドライエッチング法により積層
されたポリシリコンをエッチングして、酸化膜52の周
囲にサイドウォールを形成する。その後不要となった酸
化膜52を希フッ酸水溶液で除去する。このとき、酸化
膜52のアンダーカット部分に粗面ポリシリコンが回り
込んでいるため、異方性エッチングでのサイドウォール
の肩落ちが防止でき、ストレージノード電極の実効面積
を大きく取ることができる。ここまでの工程により図1
2に示すようにキャパシタのストレージノード電極が形
成される。
態と同様に異方性の強いドライエッチング法により積層
されたポリシリコンをエッチングして、酸化膜52の周
囲にサイドウォールを形成する。その後不要となった酸
化膜52を希フッ酸水溶液で除去する。このとき、酸化
膜52のアンダーカット部分に粗面ポリシリコンが回り
込んでいるため、異方性エッチングでのサイドウォール
の肩落ちが防止でき、ストレージノード電極の実効面積
を大きく取ることができる。ここまでの工程により図1
2に示すようにキャパシタのストレージノード電極が形
成される。
【0052】以降の工程は、第1の実施形態と同一であ
る。
る。
【0053】また、動作については、第1の実施形態と
同一である。
同一である。
【0054】以上説明したように、第2の実施形態に係
る半導体装置は、犠牲膜の断面形状を逆テーパー状に加
工するようにしたので、容量増大に重要な働きをするシ
リンダー外周部に効果的に粗面ポリシリコンを形成で
き、小さなセル面積で大きな静電容量が得ることができ
る。したがって、メモリ動作が安定でしかもより微細な
メモリセルを実現することができ、高密度化を図ること
ができる。
る半導体装置は、犠牲膜の断面形状を逆テーパー状に加
工するようにしたので、容量増大に重要な働きをするシ
リンダー外周部に効果的に粗面ポリシリコンを形成で
き、小さなセル面積で大きな静電容量が得ることができ
る。したがって、メモリ動作が安定でしかもより微細な
メモリセルを実現することができ、高密度化を図ること
ができる。
【0055】図13及び図14は本発明の第3の実施形
態に係る半導体装置のメモリセル構造の製造工程を説明
するための工程断面図である。なお、本実施形態に係る
半導体装置の説明にあたり第1の実施形態に係る半導体
装置と同一構成部分には同一符号を付している。
態に係る半導体装置のメモリセル構造の製造工程を説明
するための工程断面図である。なお、本実施形態に係る
半導体装置の説明にあたり第1の実施形態に係る半導体
装置と同一構成部分には同一符号を付している。
【0056】前記第2の実施形態と同様に、前記第1の
実施形態の図6までは全く同一の工程を経る。
実施形態の図6までは全く同一の工程を経る。
【0057】この構造上に、図13に示すように、リン
を含んだ酸化膜(PSG)53をCVD法により膜厚4
50nm程度堆積させ、さらに不純物を含まない酸化膜
54を膜厚50nm程度積層させる。この積層膜をスト
レージノード状にパターニングする。このとき、酸化膜
にリンが高濃度に含まれているとエッチング速度が速く
なり、不純物を含まない酸化膜を庇状に残し、その下の
PSGをアンダーカットさせて仕上げることができる。
この上に、第1の実施形態と同様に通常ポリシリコン1
8(膜厚30nm程度)と粗面ポリシリコン19(膜厚
150nm程度)を積層させて堆積させ、リンを40k
eV、5×1015cm-2程度の条件でイオン注入する。
ここまでの工程により、図13に示すような断面形状が
得られる。
を含んだ酸化膜(PSG)53をCVD法により膜厚4
50nm程度堆積させ、さらに不純物を含まない酸化膜
54を膜厚50nm程度積層させる。この積層膜をスト
レージノード状にパターニングする。このとき、酸化膜
にリンが高濃度に含まれているとエッチング速度が速く
なり、不純物を含まない酸化膜を庇状に残し、その下の
PSGをアンダーカットさせて仕上げることができる。
この上に、第1の実施形態と同様に通常ポリシリコン1
8(膜厚30nm程度)と粗面ポリシリコン19(膜厚
150nm程度)を積層させて堆積させ、リンを40k
eV、5×1015cm-2程度の条件でイオン注入する。
ここまでの工程により、図13に示すような断面形状が
得られる。
【0058】次に、図14に示すように、第1の実施形
態と同様に異方性の強いドライエッチング法により積層
されたポリシリコンをエッチングして、積層膜53,5
4の周囲にサイドウォールを形成する。その後不要とな
った積層膜53,54を希フッ酸水溶液で除去する。こ
のとき、アンダーカット部分に粗面ポリシリコンが回り
込んでいるため、異方性エッチングでのサイドウォール
の肩落ちが防止でき、ストレージノード電極の実効面積
を大きく取ることができる。ここまでの工程により図1
4に示すようにキャパシタのストレージノード電極が形
成される。
態と同様に異方性の強いドライエッチング法により積層
されたポリシリコンをエッチングして、積層膜53,5
4の周囲にサイドウォールを形成する。その後不要とな
った積層膜53,54を希フッ酸水溶液で除去する。こ
のとき、アンダーカット部分に粗面ポリシリコンが回り
込んでいるため、異方性エッチングでのサイドウォール
の肩落ちが防止でき、ストレージノード電極の実効面積
を大きく取ることができる。ここまでの工程により図1
4に示すようにキャパシタのストレージノード電極が形
成される。
【0059】以降の工程は、第1の実施形態と同一であ
る。
る。
【0060】また、動作については、第1の実施形態と
同一である。
同一である。
【0061】以上説明したように、第3の実施形態に係
る半導体装置は、不純物を含まない酸化膜を庇状に残
し、その下のPSGをアンダーカットさせて仕上げるよ
うにしたので、異方性エッチングでのサイドウォールの
肩落ちを防止して、ストレージノード電極の実効面積を
大きく取ることができる。したがって、容量増大に重要
な働きをするシリンダー外周部に効果的に粗面ポリシリ
コンを形成できるので、小さなセル面積で大きな静電容
量が得られ、メモリ動作が安定でしかもより微細なメモ
リセルを実現することができ、高密度化を図ることがで
きる。
る半導体装置は、不純物を含まない酸化膜を庇状に残
し、その下のPSGをアンダーカットさせて仕上げるよ
うにしたので、異方性エッチングでのサイドウォールの
肩落ちを防止して、ストレージノード電極の実効面積を
大きく取ることができる。したがって、容量増大に重要
な働きをするシリンダー外周部に効果的に粗面ポリシリ
コンを形成できるので、小さなセル面積で大きな静電容
量が得られ、メモリ動作が安定でしかもより微細なメモ
リセルを実現することができ、高密度化を図ることがで
きる。
【0062】なお、上記各実施形態では、DRAMセル
に用いられるキャパシタについて説明したが、キャパシ
タ電極を備えたキャパシタ構造を有する半導体装置であ
ればすべて適用可能であり、その他の集積回路において
微小面積で大きな静電容量が必要なデバイスにも適用可
能である。
に用いられるキャパシタについて説明したが、キャパシ
タ電極を備えたキャパシタ構造を有する半導体装置であ
ればすべて適用可能であり、その他の集積回路において
微小面積で大きな静電容量が必要なデバイスにも適用可
能である。
【0063】また、キャパシタ誘電体薄膜は窒化膜に限
らず、酸化タンタルやチタン酸バリウムストロンチウム
(BST)などの高誘電体、あるいはさらに強誘電体を
適用することもできる。
らず、酸化タンタルやチタン酸バリウムストロンチウム
(BST)などの高誘電体、あるいはさらに強誘電体を
適用することもできる。
【0064】また、上記各実施形態では、粗面導体とし
て表面に微細な凹凸をもった粗面ポリシリコンを用いて
いるが、実効表面積の大きな導体であればどのような導
体でもよい。
て表面に微細な凹凸をもった粗面ポリシリコンを用いて
いるが、実効表面積の大きな導体であればどのような導
体でもよい。
【0065】さらに、上記各実施形態に係る半導体装置
が、底つきの円筒状に加工された導体の内側底面部分
と、外周側壁部分とが、粗面導体で構成されたキャパシ
タ構造を有するものであれば、どのような構成でもよ
く、その製造プロセス、キャパシタ誘電体膜等の加工方
法、その他部分の半導体装置の加工方法、各種電極の配
置状態等は上記各実施形態に限定されない。
が、底つきの円筒状に加工された導体の内側底面部分
と、外周側壁部分とが、粗面導体で構成されたキャパシ
タ構造を有するものであれば、どのような構成でもよ
く、その製造プロセス、キャパシタ誘電体膜等の加工方
法、その他部分の半導体装置の加工方法、各種電極の配
置状態等は上記各実施形態に限定されない。
【0066】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置では、キャパシ
タ電極は、底つきの円筒状に加工された導体の内側底面
部と、外周側壁部とを備たキャパシタ構造であり、底面
部及び側壁部は、粗面導体により構成したので、微細化
において必要となる容量値を得ることができ、高密度化
を実現することができる。
タ電極は、底つきの円筒状に加工された導体の内側底面
部と、外周側壁部とを備たキャパシタ構造であり、底面
部及び側壁部は、粗面導体により構成したので、微細化
において必要となる容量値を得ることができ、高密度化
を実現することができる。
【0067】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
第1の粗面導体を形成する工程と、粗面導体上にこれと
はエッチングレートの異なる犠牲膜を形成パターニング
する工程と、第2の粗面導体を形成する工程と、犠牲膜
の側壁部分のみに第2の粗面導体を残す工程と、犠牲膜
を除去する工程とを順次実施するようにしたので、小さ
なセル面積で大きな静電容量を得ることができ、動作が
安定でより高密度化を図ることができる半導体装置が実
現できる。
第1の粗面導体を形成する工程と、粗面導体上にこれと
はエッチングレートの異なる犠牲膜を形成パターニング
する工程と、第2の粗面導体を形成する工程と、犠牲膜
の側壁部分のみに第2の粗面導体を残す工程と、犠牲膜
を除去する工程とを順次実施するようにしたので、小さ
なセル面積で大きな静電容量を得ることができ、動作が
安定でより高密度化を図ることができる半導体装置が実
現できる。
【0068】本発明に係る半導体装置の製造方法は、第
1の粗面導体を形成する工程と、粗面導体上にこれとは
エッチングレートの異なる第1の犠牲膜を形成する工程
と、第1の犠牲膜上にエッチングレートよりエッチング
レートの小さな第2の犠牲膜を形成する工程と、第1の
犠牲膜及び第2の犠牲膜をパターニングして第2の犠牲
膜を第1の犠牲膜上に庇状に加工する工程と、少なくと
も第1の犠牲膜の側壁部分に第2の粗面導体を残す工程
と、第1の犠牲膜及び第2の犠牲膜を除去する工程とを
順次実施するようにしたので、容量増大に重要な働きを
する円筒状外周部に効果的に粗面導体を形成でき、小さ
なセル面積で大きな静電容量が得られ、動作が安定でし
かもより微細な半導体装置を実現することができ、高密
度化を図ることができる。
1の粗面導体を形成する工程と、粗面導体上にこれとは
エッチングレートの異なる第1の犠牲膜を形成する工程
と、第1の犠牲膜上にエッチングレートよりエッチング
レートの小さな第2の犠牲膜を形成する工程と、第1の
犠牲膜及び第2の犠牲膜をパターニングして第2の犠牲
膜を第1の犠牲膜上に庇状に加工する工程と、少なくと
も第1の犠牲膜の側壁部分に第2の粗面導体を残す工程
と、第1の犠牲膜及び第2の犠牲膜を除去する工程とを
順次実施するようにしたので、容量増大に重要な働きを
する円筒状外周部に効果的に粗面導体を形成でき、小さ
なセル面積で大きな静電容量が得られ、動作が安定でし
かもより微細な半導体装置を実現することができ、高密
度化を図ることができる。
【0069】本発明に係る半導体装置の製造方法は、犠
牲膜の断面形状を逆テーパー状に加工するようにしたの
で、容量増大に重要な働きをする円筒状外周部に効果的
に粗面導体を形成でき、小さなセル面積で大きな静電容
量が得ることができ、動作が安定でしかもより微細な半
導体装置を実現することができ、高密度化を図ることが
できる。
牲膜の断面形状を逆テーパー状に加工するようにしたの
で、容量増大に重要な働きをする円筒状外周部に効果的
に粗面導体を形成でき、小さなセル面積で大きな静電容
量が得ることができ、動作が安定でしかもより微細な半
導体装置を実現することができ、高密度化を図ることが
できる。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置のメ
モリセル構造を示す断面図である。
モリセル構造を示す断面図である。
【図2】上記半導体装置の製造工程図である。
【図3】上記半導体装置の製造工程図である。
【図4】上記半導体装置の製造工程図である。
【図5】上記半導体装置の製造工程図である。
【図6】上記半導体装置の製造工程図である。
【図7】上記半導体装置の製造工程図である。
【図8】上記半導体装置の製造工程図である。
【図9】上記半導体装置のストレージノード電極の表面
積を計算するためのモデルを示す模式図である。
積を計算するためのモデルを示す模式図である。
【図10】上記半導体装置の効果を説明するためのセル
静電容量の見積もりを示す図である。
静電容量の見積もりを示す図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
製造工程図である。
製造工程図である。
【図12】上記半導体装置の製造工程図である。
【図13】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の
製造工程図である。
製造工程図である。
【図14】上記半導体装置の製造工程図である。
【図15】従来の半導体装置のメモリセル構造を示す断
面図である。
面図である。
1 P型シリコン基板、2 ガードN層、3 Pウェ
ル、4 フィールド酸化膜、5 ゲート酸化膜、6 ゲ
ート電極、7 N型拡散層、8 サイドウォール、9,
12,21 絶縁膜、10 コンタクト、11 ビット
ライン、13 ストッパ窒化膜、15 ポリシリコンプ
ラグ、16,18 ストレージノードポリシリコン、1
7,19 ストレージノード粗面ポリシリコン(粗面導
体)、20プレート電極、22 金属配線層、23 パ
ッシベーション膜、52 酸化膜、53,54 積層膜
ル、4 フィールド酸化膜、5 ゲート酸化膜、6 ゲ
ート電極、7 N型拡散層、8 サイドウォール、9,
12,21 絶縁膜、10 コンタクト、11 ビット
ライン、13 ストッパ窒化膜、15 ポリシリコンプ
ラグ、16,18 ストレージノードポリシリコン、1
7,19 ストレージノード粗面ポリシリコン(粗面導
体)、20プレート電極、22 金属配線層、23 パ
ッシベーション膜、52 酸化膜、53,54 積層膜
Claims (8)
- 【請求項1】 キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造
を有する半導体装置において、 前記キャパシタ電極は、底つきの円筒状に加工された導
体の内側底面部と、外周側壁部とを備たキャパシタ構造
であり、 前記底面部及び前記側壁部は、粗面導体により構成した
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記粗面導体は、 粗面ポリシリコンであることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。 - 【請求項3】 前記キャパシタ構造を有する半導体装置
は、 メモリセルであることを特徴とする請求項1又は2の何
れかに記載の半導体装置。 - 【請求項4】 キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造
を有する半導体装置の製造方法において、 第1の粗面導体を形成する工程と、 前記粗面導体上にこれとはエッチングレートの異なる犠
牲膜を形成パターニングする工程と、 第2の粗面導体を形成する工程と、 前記犠牲膜の側壁部分のみに前記第2の粗面導体を残す
工程と、 前記犠牲膜を除去する工程とを順次実施することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 キャパシタ電極を備えたキャパシタ構造
を有する半導体装置の製造方法において、 第1の粗面導体を形成する工程と、 前記粗面導体上にこれとはエッチングレートの異なる第
1の犠牲膜を形成する工程と、 前記第1の犠牲膜上に前記エッチングレートよりエッチ
ングレートの小さな第2の犠牲膜を形成する工程と、 前記第1の犠牲膜及び前記第2の犠牲膜をパターニング
して第2の犠牲膜を第1の犠牲膜上に庇状に加工する工
程と、 少なくとも前記第1の犠牲膜の側壁部分に前記第2の粗
面導体を残す工程と、前記第1の犠牲膜及び前記第2の
犠牲膜を除去する工程とを順次実施することを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 上記請求項4記載の半導体装置の製造方
法において、 前記犠牲膜の断面形状を逆テーパー状に加工することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記粗面導体は、 粗面ポリシリコンであることを特徴とする請求項4、5
又は6の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記キャパシタ構造を有する半導体装置
は、 メモリセルであることを特徴とする請求項4又は5の何
れかに記載の半導体装置の製造方法。
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JP9039616A JPH10242417A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9039616A JPH10242417A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10242417A true JPH10242417A (ja) | 1998-09-11 |
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JP9039616A Pending JPH10242417A (ja) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | 半導体装置及びその製造方法 |
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US (1) | US6218257B1 (ja) |
JP (1) | JPH10242417A (ja) |
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- 1997-02-25 JP JP9039616A patent/JPH10242417A/ja active Pending
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