JPH11214651A - 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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- JPH11214651A JPH11214651A JP10011293A JP1129398A JPH11214651A JP H11214651 A JPH11214651 A JP H11214651A JP 10011293 A JP10011293 A JP 10011293A JP 1129398 A JP1129398 A JP 1129398A JP H11214651 A JPH11214651 A JP H11214651A
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Abstract
ージン拡大を図ると共に、ハードマスクを用いて基板加
工を行うことにより、微細加工を可能とした半導体装置
の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板10に、窒化膜22と酸化膜の積層
膜マスクを用いてキャパシタ用溝を形成する。酸化膜を
除去した後、窒化膜22による段差が残る状態でキャパ
シタ用溝内にキャパシタ絶縁膜を介してキャパシタノー
ド34を埋め込む。次に基板に酸化膜24を表面が平坦
になるように形成し、この上にフォトレジスト26を均
一厚みをもって塗布し露光してレジストパターンを形成
する。CF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用
いたRIEにより酸化膜24及びその下の窒化膜22を
連続的にエッチングしてハードマスクを形成し、これを
用いて基板10をエッチングして素子分離用溝27を形
成する。
Description
シタ構造のDRAM等の製造に適用して有用な半導体装
置の製造方法に関する。
セルを有し、トレンチキャパシタ構造を有するDRAM
の製造工程として、従来次のようなものが知られてい
る。まず、シリコン基板にシリコン窒化膜(SiN膜)
とシリコン酸化膜(SiO2膜)の積層膜によるハード
マスクをパターン形成し、このハードマスクを用いて基
板をエッチングして、後に形成される島状の素子形成領
域の端部に位置するようにキャパシタ用溝を加工する。
この溝には、側壁にキャパシタ絶縁膜を形成した後キャ
パシタノードとなるポリシリコン等を埋め込む。
1にキャパシタ用溝103が形成され、この溝103に
ポリシリコン104が埋め込まれた状態を示している。
溝上部には、分離用のシリコン酸化膜105が形成さ
れ、このシリコン酸化膜105より下部の図では省略さ
れている部分にキャパシタ絶縁膜が形成されている。ハ
ードマスクとして用いられたシリコン窒化膜/シリコン
酸化膜の積層膜のうち、シリコン酸化膜は除去されて、
シリコン窒化膜102のみ残されている。
ま、素子分離工程のために、図15に示すように、反射
防止膜106を介してフォトレジスト107を塗布す
る。そしてこのフォトレジスト107を露光し、島状の
素子形成領域を覆うようにレジストパターンを形成し
て、図16に示すように、素子分離領域のシリコン窒化
膜102及びシリコン基板101をエッチングして、素
子分離用溝108を加工する。
は素子分離用絶縁膜を埋め込み形成する。このようにし
て、互いに分離された各素子形成領域に、MOSトラン
ジスタを形成する。MOSトランジスタのゲート電極
は、複数の素子形成領域にまたがって連続的に配設され
て、これがワード線となる。その後、層間絶縁膜を堆積
し、コンタクト孔開けを行って、ビット線を配設する。
チキャパシタ構造のDRAM製造工程において、サブミ
クロン・ルール或いはサブクォーターミクロン・ルール
で微細加工を行う場合には、リソグラフィ技術のマージ
ンを大きいものとするために、0.6μm程度の薄膜フ
ォトレジストを用いることが必要になる。一般にNAの
大きい紫外線露光装置を用いて高解像度を得ようとする
と、焦点深度が小さくなるという関係があるため、0.
8μm以上といった厚いフォトレジストでは微細レジス
トパターンを十分な解像度でパターニングすることが難
しいからである。
表面には、図14に示すようにシリコン窒化膜102に
よる段差があるため、この後のレジスト塗布工程で平坦
に塗布したフォトレジスト107の厚みは、シリコン窒
化膜102上で0.6μmとしても、段差部分ではより
厚いものとなる。例えば、シリコン窒化膜102を0.
15μm厚とし、溝103に埋め込んだポリシリコン1
04の面位置が基板面から0.05μm低いものとする
と、段差部分でフォトレジスト107は0.8μmの厚
みとなる。リソグラフィのマージンは、フォトレジスト
の厚みで律速されるため、薄膜フォトレジストを用いた
程にはマージンの拡大がないことになる。
程度の薄いものとすると、図16に示す次の基板エッチ
ング工程にドライエッチングを用いたときに、フォトレ
ジスト107とシリコン基板101或いはシリコン窒化
膜102との間で大きな選択比をとることができないか
ら、所望の素子分離加工ができない、といった事態が生
じる。
もので、段差がある基板上でのリソグラフィを平坦面で
行うようにしてマージン拡大を図るとともに、薄膜フォ
トレジストを用いたシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の
積層膜エッチングを所定のガス条件のドライエッチング
で行うことにより、微細加工を可能とした半導体装置の
製造方法を提供することを目的としている。
置の製造方法は、半導体基板にシリコン窒化膜と第1の
シリコン酸化膜の積層膜からなる第1のハードマスクを
パターン形成する工程と、前記第1のハードマスクを用
いて前記半導体基板をエッチングして溝を形成する工程
と、前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化
膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る
状態で前記溝内に所定材料膜を埋め込む工程と、前記半
導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるよ
うに形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜上にフ
ォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光して
フォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォト
レジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとAr
ガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチ
ングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリ
コン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマス
クをパターン形成する工程と、前記第2のハードマスク
を用いて前記半導体基板を加工処理する工程と、を有す
ることを特徴とする。
た、半導体基板にシリコン窒化膜と第1のシリコン酸化
膜の積層膜からなる第1のハードマスクをパターン形成
する工程と、前記第1のハードマスクを用いて前記半導
体基板をエッチングしてキャパシタ用溝を形成する工程
と、前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化
膜を除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る
状態で前記キャパシタ用溝内にキャパシタ絶縁膜を介し
てキャパシタノードとなる導電材料を埋め込んでDRA
Mセルのトレンチキャパシタを形成する工程と、前記半
導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦になるよ
うに形成する工程と、前記第2のシリコン酸化膜上にフ
ォトレジストを均一厚みをもって塗布しこれを露光して
フォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォト
レジストパターンを用い、少なくともCF系ガスとAr
ガスを含むエッチングガスを用いた異方性ドライエッチ
ングにより前記第2のシリコン酸化膜及びその下のシリ
コン窒化膜を連続的にエッチングして第2のハードマス
クをパターン形成する工程と、前記第2のハードマスク
を用いて前記半導体基板をエッチングして素子分離用溝
を形成する工程と、前記素子分離用溝に素子分離用絶縁
膜を埋め込み形成する工程と、前記第2のハードマスク
を除去して露出した前記半導体基板の素子形成領域にD
RAMセルのMOSトランジスタを形成する工程とを有
することを特徴とする。
シリコン酸化膜として、有機オキシシランを原料とする
減圧CVD法によるシリコン酸化膜,減圧CVD法によ
るボロンドープのシリコン酸化膜の少なくとも一方が用
いられ、その場合に前記エッチングガスは、CHF3、
CF4及びArガスを含む混合ガスが用いられる。
段差がある状態でシリコン窒化膜の開口部にトレンチキ
ャパシタ等が形成され、その後更に基板加工処理を行う
場合のリソグラフィ工程は、段差のある基板表面をシリ
コン酸化膜により平坦化してフォトレジストを均一厚み
をもって塗布して行われる。従って薄膜フォトレジスト
によるリソグラフィのマージン拡大が可能である。また
得られたフォトレジストパターンを用いて平坦化に用い
たシリコン酸化膜と下地のシリコン窒化膜の積層膜を、
CF系ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異
方性ドライエッチングによりエッチングし、これにより
形成されたハードマスクを用いて素子分離溝形成等の次
の基板加工処理を行う。これにより、微細寸法の素子形
成領域を持つDRAM等の製造が可能になる。
を深いトレンチを用いたトレンチキャパシタ構造のDR
AMに適用した実施例を説明する。図1は、キャパシタ
用溝の形成工程の断面図である。シリコン基板10はこ
の例ではp型層11、n−型層12及びp型層13から
なる。このシリコン基板10に、6nm程度の熱酸化膜
21を形成し、この上に減圧CVD法又はスパッタ法に
より0.22μm程度のシリコン窒化膜22、更にCV
D法により0.7μm程度のシリコン酸化膜23を順次
積層形成する。この積層膜上にフォトレジスト(図示せ
ず)を塗布してリソグラフィ工程を行う。形成されたレ
ジストパターンを用いてシリコン酸化膜23、シリコン
窒化膜22及び熱酸化膜21を順次エッチング除去す
る。これにより、シリコン窒化膜22とシリコン酸化膜
23の積層膜による第1のハードマスクが得られる。こ
のハードマスクのパターニング後、フォトレジストは除
去し、得られたハードマスクを用いて、RIE法により
シリコン基板10をエッチングして、図示のようなキャ
パシタ用溝31を加工する。溝31は例えば、7μm程
度の深いものとする。
ポリシリコンをCVDとドライエッチングにより溝31
に所定深さに埋め込み、これを固相拡散源として用い
て、溝31に沿ってプレート電極となるn型層33を形
成する。一旦砒素ドープポリシリコンを除去して、溝3
1の側壁にキャパシタ絶縁膜32を形成する。キャパシ
タ絶縁膜32は例えば、減圧CVD法によるシリコン窒
化膜とその表面に形成した酸化膜とからなるシリコン窒
化酸化膜(NO膜)である。そして再度砒素ドープポリ
シリコンを減圧CVDとドライエッチングにより溝31
に所定深さに埋め込んで、その上部のキャパシタ絶縁膜
を除去し、そのあとにカラーとなるシリコン酸化膜35
を、CVDとドライエッチングにより形成する。更に砒
素ドープポリシリコンをCVDとドライエッチングによ
り溝31に基板表面から約0.12μmの深さに埋め込
み、その上に露出しているシリコン酸化膜35をHF系
のウェットエッチングにより約0.18μmの深さまで
除去する。このシリコン酸化膜35が除去された部分に
は、将来溝31内のポリシリコン34からの固相拡散に
より、MOSトランジスタの拡散層とキャパシタを接続
するための埋め込みストラップが形成される部分となる
ので、その深さの制御は重要である。そしてこの後、溝
31内には、高抵抗ポリシリコンを、CVDとドライエ
ッチングにより基板表面から0.4μmの深さに埋め込
む。これは、後述するように素子分離絶縁膜を埋め込ん
でその上に通過ワード線を配設したときに、通過ワード
線とキャパシタノードの短絡を確実に防止するためであ
る。
シタノード34が埋め込み形成され、トレンチキャパシ
タ20が得られる。以上のトレンチキャパシタ20の形
成工程の間、シリコン窒化膜22はキャパシタ領域外の
基板面を覆い、ポリシリコンその他の溝31への複数回
の埋め込み工程でのエッチングストッパとしての働きを
する。以上のトレンチキャパシタ20の形成後、図2に
示すようにシリコン窒化膜22を残した状態で、次の素
子分離用溝を加工するためのリソグラフィ工程に入る。
のようになっている。破線で囲まれた領域が素子形成領
域30(活性領域)として使用されるが、この段階では
未だ素子分離されていない。斜線を施して示したシリン
窒化膜22の素子形成領域30の端部に位置する開口部
にトレンチキャパシタ20が形成されている。図2は、
図11のA−A′位置の断面を示している。
形成された部分には、ほぼシリコン窒化膜22の膜厚で
決まる0.2μm程度の段差があるから、リソグラフィ
工程に入る前に、図3に示すように、シリコン酸化膜2
4を堆積して表面を平坦化する。シリコン酸化膜24は
例えば、有機オキシシランを原料とする減圧CVD法に
よるシリコン酸化膜(以下、TEOS膜という)又は、
減圧CVD法によるボロンドープのシリコン酸化膜(以
下、BSG膜という)であり、膜厚は約0.3μmとす
る。
すように、有機絶縁膜からなる反射防止膜25を形成
し、その上にフォトレジスト26を0.6μm塗布す
る。そしてこのフォトレジスト26を露光現像して、図
4に示すように素子形成領域を覆うレジストパターンを
形成する。薄膜フォトレジスト26は基板上で均一厚み
を有するから、このリソグラフィは高解像度で行われ
る。図12は、この段階での平面図を示しており、図4
は図12のA−A′位置の断面に対応する。
ト26をマスクとして、少なくともCF系ガスとArガ
スを含む混合ガスを用いた異方性ドライエッチングてあ
るRIE法により、図5に示すように、素子分離領域の
反射防止膜25、シリコン酸化膜24及びシリコン窒化
膜22を順次エッチング除去する。具体的に、シリコン
酸化膜24がTEOS膜の場合は、CHF3/CF4/A
r/O2混合ガスをエッチングガスとして用い、シリコ
ン酸化膜24がBSG膜の場合は、CHF3/CF4/A
r混合ガスをエッチングガスとして用いる。
ン酸化膜24がTEOS膜の場合は、CHF3/CF4/
Ar/O2=56/14/70/5[SCCM]であ
り、シリコン酸化膜24がBSG膜の場合は、CHF3
/CF4/Ar=56/14/70[SCCM]であ
る。この条件を用いることにより、フォトレジスト26
が0.6μmという薄膜であっても、シリコン窒化膜2
2とシリコン酸化膜24の積層膜を同時にエッチングす
ることができる。
化膜24及びシリコン窒化膜22のエッチング工程で
は、エッチングの進行と同時に、Si−C結合を含むあ
る種のポリマーが生成されてフォトレジスト26の表面
や側面、更にエッチングされたシリコン酸化膜24やシ
リコン窒化膜22の側面に堆積するという反応が生じ、
これがフォトレジスト26自身のエッチングの進行を抑
える働きをしている。このことが、薄膜フォトレジスト
での厚いシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22の積
層膜のエッチングを可能としている。特に、フォトレジ
スト26やエッチングされたシリコン酸化膜24の側面
に付着するポリマーは、横方向エッチングによる側面の
後退を抑えることになり、これにより、高精度のパター
ン転写が可能となっている。
スト26はその後剥離する。続いて、パターニングされ
たシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22からなる第
2のハードマスクを用いて、NF3/Ar混合ガスをエ
ッチングガスとして用いたRIE法によりシリコン基板
10をエッチングし、図6に示すように約0.35μm
の深さの素子分離用溝27を形成する。なおこの実施例
では、シリコン基板エッチング前にフォトレジスト26
を剥離したが、これを剥離することなく基板エッチング
を行ってもよい。この基板エッチング工程でシリコン窒
化膜22上に残るシリコン酸化膜24は、0.2μm程
度である。この残されたシリコン酸化膜24は、HF系
のウェットエッチングにより除去する。
は、紙面に垂直な方向の側面に露出するシリコン窒化膜
22の下地の熱酸化膜21の横方向エッチングが生じ、
この横方向エッチングが大きいと、後に形成される素子
の特性劣化の原因となる。この対策のためには、シリコ
ン酸化膜24としてBSG膜を用いることが好ましい。
BSG膜は、熱酸化膜に対してウェットエッチングの選
択比が大きく、横方向エッチングを抑えることができる
からである。
成した後、減圧CVD法によりシリコン酸化膜を堆積
し、シリコン窒化膜22をエッチングストッパとしてC
MP処理を行って平坦化して、図7に示すように、シリ
コン窒化膜22とほぼ同じ面位置になるように素子分離
絶縁膜であるSTI(Shllow Trench Isolation )膜2
8を埋め込み形成する。この状態で、イオン注入により
各素子領域のウェル形成を行う(図示しない)。
りエッチング除去して素子形成領域の基板面を露出さ
せ、MOSトランジスタ形成工程に入る。なお図7の状
態からシリコン窒化膜22をエッチング除去すると、素
子分離領域のSTI膜28が凸状になるが、この凸を小
さくするために、予めSTI膜28の表面をリセスして
おくことが好ましい。図8以降の図面は、ここまでの図
面に比べて縮小して示している。まず図8に示すよう
に、ゲート酸化膜41を形成した後、ポリシリコン膜4
2a及びWSi膜42bの積層膜によるゲート電極42
をシリコン窒化膜43をマスクとしてパターン形成し、
シリコン窒化膜による側壁絶縁膜44を形成した後、イ
オン注入によりソース,ドレインのn+型拡散層46,
47を形成する。一方の拡散層47は、キャパシタノー
ド34からの横方向拡散により形成される拡散層48を
介して、キャパシタノード34に接続される。
またがって紙面に垂直方向に連続的に配設されてワード
線となる。その平面図を図13に示す。図8は、図13
のA−A′位置の断面に対応する。
1を形成し、これにビット線コンタクト孔を加工し、こ
のコンタクト孔にポリシリコン52を表面が平坦になる
ように埋め込んだ後、W膜によるビット線53を形成す
る。
縁膜54を堆積し、この上にワード線を裏打ちする第1
層Al配線55を形成し、更に層間絶縁膜56を堆積し
て第2層Al配線57を形成し、最後にパシベーション
膜58を形成して、DRAMが完成する。
ャパシタ形成後のシリコン窒化膜22による段差がある
状態で、次の素子分離溝加工のための薄膜フォトレジス
トによるリソグラフィを行うために、図3で説明したよ
うにシリコン酸化膜24により基板を平坦化している。
これにより、薄膜フォトレジスト26を基板面上で均一
厚みとすることができ、高解像度のリソグラフィが可能
となる。またパターニングれたフォトレジスト26を用
いたシリコン酸化膜24とシリコン窒化膜22のエッチ
ング工程には、CHF3/CF4/Arを含むエッチング
ガスを用いたRIEを用いており、このエッチングガス
条件を最適設定することにより、フォトレジスト26が
0.6μmという薄いものであっても、素子分離溝加工
のためのシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の積層膜によ
るハードマスクを高精度にパターン加工することができ
る。そして、このハードマスクを用いて素子分離用の基
板エッングを行うことにより、基板エッチングの選択比
を十分大きくとることができ、高精度の基板加工ができ
る。
ーターミクロンのデザインルールでトレンチキャパシタ
構造のDRAMを高精度に作ることが可能になる。この
発明は、DRAMの製造に限られるものではなく、類似
の基板加工工程を必要とする他の半導体装置の製造に同
様に適用することが可能である。
ソグラフィ工程をシリコン酸化膜で平坦化した基板面で
行うようにすると共に、フォトレジストパターンによる
シリコン酸化膜/シリコン窒化膜の積層膜エッチングを
所定のガス条件の異方性ドライエッチングで行ってその
後の基板加工処理のハードマスクを形成することによ
り、その後の基板加工処理を高精度に行うことが可能に
なる。特にこの発明をトレンチキャパシタ構造のDRA
Mの製造に適用すれば、微細なデザインルールでのDR
AM製造が可能になる。
タ用溝形成工程の断面図である。
面図である。
ストを塗布した状態の断面図である。
成した状態の断面図である。
リコン酸化膜/シリコン窒化膜をエッチングした状態の
断面図である。
窒化膜のハードマスクを用いて素子分離用溝を形成した
状態の断面図である。
だ状態の断面図である。
した状態の断面図である。
断面図である。
ある。
ノード埋め込み工程の断面図である。
加工のためのリソグラフィ工程を示す断面図である。
加工のためのリソグラフィ工程を示す断面図である。
リコン酸化膜、31…キャパシタ用溝、32…キャパシ
タ絶縁膜、33…n型層、34…キャパシタノード、2
0…トレンチキャパシタ、26…フォトレジスト、27
…素子分離用溝、28…STI膜、40…MOSトラン
ジスタ。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板にシリコン窒化膜と第1のシ
リコン酸化膜の積層膜からなる第1のハードマスクをパ
ターン形成する工程と、 前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッ
チングして溝を形成する工程と、 前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を
除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態
で前記溝内に所定材料膜を埋め込む工程と、 前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦に
なるように形成する工程と、 前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚
みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパター
ンを形成する工程と、 前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系
ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ド
ライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びそ
の下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2の
ハードマスクをパターン形成する工程と、 前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板を加工
処理する工程と、を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項2】 半導体基板にシリコン窒化膜と第1のシ
リコン酸化膜の積層膜からなる第1のハードマスクをパ
ターン形成する工程と、 前記第1のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッ
チングしてキャパシタ用溝を形成する工程と、 前記第1のハードマスクのうち第1のシリコン酸化膜を
除去した後、前記シリコン窒化膜による段差が残る状態
で前記キャパシタ用溝内にキャパシタ絶縁膜を介してキ
ャパシタノードとなる導電材料を埋め込んでDRAMセ
ルのトレンチキャパシタを形成する工程と、 前記半導体基板に第2のシリコン酸化膜を表面が平坦に
なるように形成する工程と、 前記第2のシリコン酸化膜上にフォトレジストを均一厚
みをもって塗布しこれを露光してフォトレジストパター
ンを形成する工程と、 前記フォトレジストパターンを用い、少なくともCF系
ガスとArガスを含むエッチングガスを用いた異方性ド
ライエッチングにより前記第2のシリコン酸化膜及びそ
の下のシリコン窒化膜を連続的にエッチングして第2の
ハードマスクをパターン形成する工程と、 前記第2のハードマスクを用いて前記半導体基板をエッ
チングして素子分離用溝を形成する工程と、 前記素子分離用溝に素子分離用絶縁膜を埋め込み形成す
る工程と、 前記第2のハードマスクを除去して露出した前記半導体
基板の素子形成領域にDRAMセルのMOSトランジス
タを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第2のシリコン酸化膜は、有機オキ
シシランを原料とする減圧CVD法によるシリコン酸化
膜,減圧CVD法によるボロンドープのシリコン酸化膜
の少なくとも一方であり、 前記エッチングガスは、CHF3、CF4及びArガスを
含む混合ガスであることを特徴とする請求項1又は2に
記載の半導体装置の製造方法。
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---|---|---|---|
JP01129398A JP3665701B2 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 半導体装置の製造方法 |
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JP01129398A JP3665701B2 (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | 半導体装置の製造方法 |
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JPH11214651A true JPH11214651A (ja) | 1999-08-06 |
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JP (1) | JP3665701B2 (ja) |
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JP2007258426A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Tokyo Electron Ltd | プラズマエッチング方法 |
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- 1998-01-23 JP JP01129398A patent/JP3665701B2/ja not_active Expired - Fee Related
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