JPS596577A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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- JPS596577A JPS596577A JP11545082A JP11545082A JPS596577A JP S596577 A JPS596577 A JP S596577A JP 11545082 A JP11545082 A JP 11545082A JP 11545082 A JP11545082 A JP 11545082A JP S596577 A JPS596577 A JP S596577A
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- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体装置とその製造方法に係り、特に低抵抗
の電極及び配線形成羽料(以下単に電極材料と略称する
)として用いられる高融点金属シリサイド層を用いて好
適な半導体装置とその製造方法に関するものである。
の電極及び配線形成羽料(以下単に電極材料と略称する
)として用いられる高融点金属シリサイド層を用いて好
適な半導体装置とその製造方法に関するものである。
従来、電極拐料として紘ボリシリコンが多く用いられて
いた。しかし不純物を十分に拡散させても、(膜厚を3
000〜4000Xとした場合)そのシート抵抗は、2
0Ω/ロ以下にすることは非常に困難であった。一方、
半導体装置は高機能化が要求されてきており、そのため
この電極材料のシート抵抗ヲポリシリコンの1/1o程
度にすることが必要でおる。このような要求を満たすも
のとして高融点金属のシリサイド膜、特にモリブデンシ
リサイド膜が多く研究開発されている。
いた。しかし不純物を十分に拡散させても、(膜厚を3
000〜4000Xとした場合)そのシート抵抗は、2
0Ω/ロ以下にすることは非常に困難であった。一方、
半導体装置は高機能化が要求されてきており、そのため
この電極材料のシート抵抗ヲポリシリコンの1/1o程
度にすることが必要でおる。このような要求を満たすも
のとして高融点金属のシリサイド膜、特にモリブデンシ
リサイド膜が多く研究開発されている。
モリブデンシリサイドの熱的に安定な組成比は化学式で
表わすとMo81.と言われておυ、従来、研究・開発
されている膜もこの組成比をもった膜であった。
表わすとMo81.と言われておυ、従来、研究・開発
されている膜もこの組成比をもった膜であった。
しかしながら前述のMo S i 、なる組成をもった
モリブデンシリサイド膜を、高温の酸化性算囲気にさら
した場合、膜に多大のストレスが発生し、膜自身にクラ
ックが生じはがれる等の問題(異常酸化)が発生し、ま
た原因は不明であるがMO8) 5ンジスタの特性も変
化し、酸化に対して不安定であった。
モリブデンシリサイド膜を、高温の酸化性算囲気にさら
した場合、膜に多大のストレスが発生し、膜自身にクラ
ックが生じはがれる等の問題(異常酸化)が発生し、ま
た原因は不明であるがMO8) 5ンジスタの特性も変
化し、酸化に対して不安定であった。
また一般にモリブデンシリサイドはMOSi2.Mo1
S1 。
S1 。
Mo、8輸なる三つの組成比をもったものが存在し、熱
的に安定している本のはMo 8 i 、であるといわ
れている。このため電極材料として用いる場合、Mo8
i。
的に安定している本のはMo 8 i 、であるといわ
れている。このため電極材料として用いる場合、Mo8
i。
なる組成比をもったシリサイド膜を使用するのが一般的
であった。
であった。
このMo 81 、膜で種々研究・開発したところ、1
000℃の高温酸化性雰囲気中にこの膜をさらすと、こ
の膜表面に810.膜が形成されるが、時として局部的
に異常酸化が発生し、MoSi!膜に穴やクラック、時
には膜のはがれが発生し、半導体素子に用いて好ましく
ない結果が得られた。
000℃の高温酸化性雰囲気中にこの膜をさらすと、こ
の膜表面に810.膜が形成されるが、時として局部的
に異常酸化が発生し、MoSi!膜に穴やクラック、時
には膜のはがれが発生し、半導体素子に用いて好ましく
ない結果が得られた。
一方またJournal F21ectro Chem
lcal 8oc1ety 、 Vol 128 。
lcal 8oc1ety 、 Vol 128 。
No1l、 P2402. NOV、 1981には、
モリブデン・シリサイドのモリブデンとシリコンの組成
比をかえたときのMO8構造のフラットバンド電圧(V
FR)の変化を示す図が示されている。この文献によれ
は、モリブデンとシリコンの割合によって、シリサイド
の仕事関数が変化することが示されておシ、シリサイド
・ゲートを実現する上での難点の1つであると記載され
ている。
モリブデン・シリサイドのモリブデンとシリコンの組成
比をかえたときのMO8構造のフラットバンド電圧(V
FR)の変化を示す図が示されている。この文献によれ
は、モリブデンとシリコンの割合によって、シリサイド
の仕事関数が変化することが示されておシ、シリサイド
・ゲートを実現する上での難点の1つであると記載され
ている。
本発明は上記点に鑑みなされたもので、高温の酸化工程
を経た後も安定な高融点金属シリサイド層を有する半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
を経た後も安定な高融点金属シリサイド層を有する半導
体装置及びその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
本発明は化学式M81xで表わされる高融点金属シリサ
イドのX値を2<X≦4.0とした高融点金属シリサイ
ド層によって導電層を形成したことを特徴とする半導体
装置及びその製造方法を提供するものである。
イドのX値を2<X≦4.0とした高融点金属シリサイ
ド層によって導電層を形成したことを特徴とする半導体
装置及びその製造方法を提供するものである。
以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。
第1図に示すように、拡散層(3)を有する半導体基体
(1)上に絶縁膜あるいはゲート絶縁膜(2)を介して
高融点金属シリサイド層例えばモリブデン・シリサイド
層(4)を形成する。高融点金属シリサイドは種々の方
法で形成することができる。第2図はその方法を示すも
ので、真空槽(20)内に半導体基板(21)を設け、
約60(m)へだてて高純度のモリプデ/ (22)と
シリ* y (24) ヲ配[L、約10−’(Tor
r)の真空度にした後アルゴンガス(Ar)をバリアプ
ルパルプ(26)を介しテ2 X IQ−”(Torr
) cD圧力tテs人し3〜4分間スパッタリングを行
い、半導体基板(21)上に、モリブデン・シリサイド
層(28)を形成する。モリブデンシリサイド層(28
)の膜厚はスパッタリングの時間によって制御できる。
(1)上に絶縁膜あるいはゲート絶縁膜(2)を介して
高融点金属シリサイド層例えばモリブデン・シリサイド
層(4)を形成する。高融点金属シリサイドは種々の方
法で形成することができる。第2図はその方法を示すも
ので、真空槽(20)内に半導体基板(21)を設け、
約60(m)へだてて高純度のモリプデ/ (22)と
シリ* y (24) ヲ配[L、約10−’(Tor
r)の真空度にした後アルゴンガス(Ar)をバリアプ
ルパルプ(26)を介しテ2 X IQ−”(Torr
) cD圧力tテs人し3〜4分間スパッタリングを行
い、半導体基板(21)上に、モリブデン・シリサイド
層(28)を形成する。モリブデンシリサイド層(28
)の膜厚はスパッタリングの時間によって制御できる。
シリコンとモリブデンに印加される電力を変化させるこ
とによって半導体基板(21)上に形成されるシリサイ
ド膜のシリコンとモリブデンの組成比を自由に選択する
ことができる。本実施例ではO〜1(KW)の電力を印
加した。次に、酸化性雰囲気中で約1ooo℃の熱処理
を施こした。この熱処理は、高融点金属を結晶化させる
ものであり、屋素雰囲気中であってもよいし、さらには
、レーザービーム等の照射によシ結晶化を行なってよい
。
とによって半導体基板(21)上に形成されるシリサイ
ド膜のシリコンとモリブデンの組成比を自由に選択する
ことができる。本実施例ではO〜1(KW)の電力を印
加した。次に、酸化性雰囲気中で約1ooo℃の熱処理
を施こした。この熱処理は、高融点金属を結晶化させる
ものであり、屋素雰囲気中であってもよいし、さらには
、レーザービーム等の照射によシ結晶化を行なってよい
。
以上の説明では、81及びMOをターゲットにし、同時
スパッタ法によpMo8i膜の形成を示したが、他には
シリサイド粉末をHot I press法によって形
成したターゲットを使用してスパッタ法で形成すること
も可能である。この場合、Mo8i、の粉末と81の粉
末の混合比を変化させることによって高融点金属とシリ
コンの組成比を変化させることかでらる。更に、シリコ
ンとメタルをそれぞれ別のヒータあるいは電子銃を使用
して同時に蒸着する方法によることもできる。また、気
相成長法を用いても可能である。
スパッタ法によpMo8i膜の形成を示したが、他には
シリサイド粉末をHot I press法によって形
成したターゲットを使用してスパッタ法で形成すること
も可能である。この場合、Mo8i、の粉末と81の粉
末の混合比を変化させることによって高融点金属とシリ
コンの組成比を変化させることかでらる。更に、シリコ
ンとメタルをそれぞれ別のヒータあるいは電子銃を使用
して同時に蒸着する方法によることもできる。また、気
相成長法を用いても可能である。
次に、以上説明した方法で形成した高融点金属とシリコ
ンとの組成比と各種特性の関係について述べる。例えば
モリブデン・シリサイドをMo S l xと表現した
場合、このXを種々変化させた時の膜の性質を以下に示
す。
ンとの組成比と各種特性の関係について述べる。例えば
モリブデン・シリサイドをMo S l xと表現した
場合、このXを種々変化させた時の膜の性質を以下に示
す。
第3図はMo5Ixの膜厚3000Aの場合のMoS
l xの組成比Xとシート抵抗の関係を示す図である。
l xの組成比Xとシート抵抗の関係を示す図である。
第3図に示されるようにSNが増加するとともにシート
抵抗が増加する。即ち、今後LSIが大規模になるに従
い、配線が細くなシ、抵抗が高くなる傾向があるが、こ
れは配線による遅延時間を増加させることになるため、
この配線抵抗を下げる必要がある。従って配線抵抗つま
り、シート抵抗は小さいほうが望ましく、モリブデン・
シリサイド膜を用いた場合は第4図に示すように、Mo
5lxの組成比Xはほぼ4.0以下が良いことがわかる
。
抵抗が増加する。即ち、今後LSIが大規模になるに従
い、配線が細くなシ、抵抗が高くなる傾向があるが、こ
れは配線による遅延時間を増加させることになるため、
この配線抵抗を下げる必要がある。従って配線抵抗つま
り、シート抵抗は小さいほうが望ましく、モリブデン・
シリサイド膜を用いた場合は第4図に示すように、Mo
5lxの組成比Xはほぼ4.0以下が良いことがわかる
。
また第4図は1000’Oでモリブデン・シリサイド膜
を酸化させた場合の異常酸化の相対度数とMo81xの
組成比Xの関係を示す図である。x = 2を境にして
大きく変化しXが2より大きくなると危機に異常配化が
減少した。
を酸化させた場合の異常酸化の相対度数とMo81xの
組成比Xの関係を示す図である。x = 2を境にして
大きく変化しXが2より大きくなると危機に異常配化が
減少した。
更に、第5図は、モリブデン・シリサイド膜(MO8l
x )の組成比Xと熱による膜のストレスの関係を示す
図である。図に示されるように、組成比x = 2を境
にしてストレスが減少している。
x )の組成比Xと熱による膜のストレスの関係を示す
図である。図に示されるように、組成比x = 2を境
にしてストレスが減少している。
高融点金属シリナイドにおいてゲート磁極及びキャパシ
タ電極を形成した際に発生するめくり上がυやはがれは
ストレスを減少させることによって防止でき、実効チャ
ネル長を精度よく設計できる。
タ電極を形成した際に発生するめくり上がυやはがれは
ストレスを減少させることによって防止でき、実効チャ
ネル長を精度よく設計できる。
以上の4とからXが2以下では異常酸化が生じるが、2
より大きくなると異常酸化しなくなる。
より大きくなると異常酸化しなくなる。
しかし一方、第3図からXがあまり大きくなると膜のシ
ート抵抗が増大する。この限界値は4.0である。以上
のことを考えあわせるとMoSMxの組成比Xの値が2
<X≦4.0の時、モリブデンシリサイド膜として半導
体装置に用いて好適でおる。特に組成比x = 2.2
〜3.5が半導体素子に用いて最適である。
ート抵抗が増大する。この限界値は4.0である。以上
のことを考えあわせるとMoSMxの組成比Xの値が2
<X≦4.0の時、モリブデンシリサイド膜として半導
体装置に用いて好適でおる。特に組成比x = 2.2
〜3.5が半導体素子に用いて最適である。
以上述べたように、化学式M S l xで、表わされ
る高融点金属シリサイドのX値を2<X≦4.0とした
高融点金属シリサイド層を形成すれば良いことがわかる
。この値に制御するため、前述の製造方法では高融点金
属とシリコンの印加電力を適切に設定して行なえば良い
。
る高融点金属シリサイドのX値を2<X≦4.0とした
高融点金属シリサイド層を形成すれば良いことがわかる
。この値に制御するため、前述の製造方法では高融点金
属とシリコンの印加電力を適切に設定して行なえば良い
。
次に本発・明の高融点金属シリサイド膜をダイナミック
メモリに応用した場合を実施例に従い説明する。第6図
に示すように半導体基板(61)に、絶縁膜(62)を
介して、前述の高融点金属シリサイド膜(64)を形成
する。この高融点金属シリサイド膜をダイナミックメモ
リに応用した場合、ダイナミック・メモリに今後要求さ
れている微細化及び、高速化のための低抵抗化が可能で
ある1、tた上記組成比で形成された膜はフラットバン
ド電圧(vFn)即ち、トランジスタのしきい値電圧(
VTR)の変動が第7図に示すように小さいため、トラ
ンジスタあるいは上記高融点金属シリサイド膜によって
この膜下のチャネルを制御する半導体素子に用いて好適
である。他の応用例として半導体素子の配線電極等に用
いることもできる。
メモリに応用した場合を実施例に従い説明する。第6図
に示すように半導体基板(61)に、絶縁膜(62)を
介して、前述の高融点金属シリサイド膜(64)を形成
する。この高融点金属シリサイド膜をダイナミックメモ
リに応用した場合、ダイナミック・メモリに今後要求さ
れている微細化及び、高速化のための低抵抗化が可能で
ある1、tた上記組成比で形成された膜はフラットバン
ド電圧(vFn)即ち、トランジスタのしきい値電圧(
VTR)の変動が第7図に示すように小さいため、トラ
ンジスタあるいは上記高融点金属シリサイド膜によって
この膜下のチャネルを制御する半導体素子に用いて好適
である。他の応用例として半導体素子の配線電極等に用
いることもできる。
また本実施例においては高融点金属としてモリブデン(
Mo )を使用した場合について説明したがこれに限定
されるものではなく、他の高融点金属としてタングステ
ン(W) 、タンタル(Ta)、チタン(TI)等を用
いても可能である。
Mo )を使用した場合について説明したがこれに限定
されるものではなく、他の高融点金属としてタングステ
ン(W) 、タンタル(Ta)、チタン(TI)等を用
いても可能である。
以上述べたように本発明によれば、導電層として高融点
金属シリサイドを使用するため、今までの多結晶シリコ
ンによって使用されていた製造プロセスが使用できるた
め、プロセス設計が容易である。また、多結晶シリコン
に比べ抵抗が1桁低いため、配線電極として用いた場合
、半導体素子の高速化が実現できる。更に、高温酸化性
雰囲気のもとて安定な保護膜ができ、イオン打ち込みに
対してマスクとなり、拡散領域がセルフ・アライしで形
成でき、更にStO,との密着性が良いためゲート電極
、あるいは容量電極として用いることができる。
金属シリサイドを使用するため、今までの多結晶シリコ
ンによって使用されていた製造プロセスが使用できるた
め、プロセス設計が容易である。また、多結晶シリコン
に比べ抵抗が1桁低いため、配線電極として用いた場合
、半導体素子の高速化が実現できる。更に、高温酸化性
雰囲気のもとて安定な保護膜ができ、イオン打ち込みに
対してマスクとなり、拡散領域がセルフ・アライしで形
成でき、更にStO,との密着性が良いためゲート電極
、あるいは容量電極として用いることができる。
第1図は本発明に係るMO8型トランジスタを示す断面
図、第2図は本発明に係る高融点金属シリサイド膜を形
成するだめの装置の断面図、第3図は本発明に係るモリ
ブデンシリサイド層MoS I XのX値とシート抵抗
との関係を示す図、第4図は本発明に係るモリブデンシ
リサイド層Mo8txのX値と異常酸化の相対頻度との
関係を示す図、第5図は本発明に係るモリブデンシリサ
イド層Mo 81貫のX値と熱ストレスとの関係を示す
図、第6図は本発明に係る高融点金属シリサイド層をM
OSトランジスタに使用した場合の断面図、第7図は本
発明に係るモリブデンシリサイド膜Mo 8 i xの
X値とフラットバンド電圧(VFB)との関係を示す図
である。 図において 1.21.61・・・・・半導体基板。 2.62・・・・・絶縁膜。 4.28.64・・・・・高融点金属シリサイド膜。 加・・・・・・・・・真空装置。 22.24 ・・・・・・・ タ − ゲ
ッ ト 。 (7317)−代理人 弁理士 則近憲佑(ほか1名) 11図 輩20 I 箪3図 1/;4図 MoSix to X4t 第5図 T6図 第7図 MoS;xnχ4.t 337
図、第2図は本発明に係る高融点金属シリサイド膜を形
成するだめの装置の断面図、第3図は本発明に係るモリ
ブデンシリサイド層MoS I XのX値とシート抵抗
との関係を示す図、第4図は本発明に係るモリブデンシ
リサイド層Mo8txのX値と異常酸化の相対頻度との
関係を示す図、第5図は本発明に係るモリブデンシリサ
イド層Mo 81貫のX値と熱ストレスとの関係を示す
図、第6図は本発明に係る高融点金属シリサイド層をM
OSトランジスタに使用した場合の断面図、第7図は本
発明に係るモリブデンシリサイド膜Mo 8 i xの
X値とフラットバンド電圧(VFB)との関係を示す図
である。 図において 1.21.61・・・・・半導体基板。 2.62・・・・・絶縁膜。 4.28.64・・・・・高融点金属シリサイド膜。 加・・・・・・・・・真空装置。 22.24 ・・・・・・・ タ − ゲ
ッ ト 。 (7317)−代理人 弁理士 則近憲佑(ほか1名) 11図 輩20 I 箪3図 1/;4図 MoSix to X4t 第5図 T6図 第7図 MoS;xnχ4.t 337
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、化学式MStxで表わされる高融点金属シリサイド
のX値を2<x≦4.0とした高融点金属シリサイド層
によって導電層を形成したことを特徴とする半導体装置
。 2、前記島融点金属シリサイド層がモリブデンシリサイ
ド、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、タン
タルシリサイドの内の少なくとも1つよシ成ることを特
徴とする特許 第1項記載の半導体装置。 3、前記導電層を電界効果型トランジスタの、ゲート電
極に使用したことを特徴とする前記特許請求の範囲第1
項または第2項記載の半導体装置。 4、前記導電層を容量電極として使用したことを特徴と
する前記特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導
体装置。 5、前記導電層を、配線電極として使用したことを特徴
とする前記特許請求の範囲第1項または第2項記載の半
導体装置。 6、化学式M 81xで表わされる高融点金属シリサイ
ドのX値を2<X≦4,0にした高融点金属シリサイド
層を半導体基板に絶縁層を介して形成する工程と、この
高融点金属シリサイド層を結晶化させる工程とを具備し
たことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11545082A JPS596577A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 半導体装置とその製造方法 |
DE8383106554T DE3373954D1 (en) | 1982-07-05 | 1983-07-05 | Semiconductor device having a conductive layer consisting of a high-melting point metal silicide and a method for manufacturing such a semiconductor device |
EP19830106554 EP0100454B2 (en) | 1982-07-05 | 1983-07-05 | Semiconductor device having a conductive layer consisting of a high-melting point metal silicide and a method for manufacturing such a semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11545082A JPS596577A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS596577A true JPS596577A (ja) | 1984-01-13 |
Family
ID=14662846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11545082A Pending JPS596577A (ja) | 1982-07-05 | 1982-07-05 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0100454B2 (ja) |
JP (1) | JPS596577A (ja) |
DE (1) | DE3373954D1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59207623A (ja) * | 1983-05-05 | 1984-11-24 | スタンダ−ド・テレフオンズ・アンド・ケ−ブルス・パブリツク・リミテツドカンパニ− | 半導体装置の製造方法 |
JPS61178474A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-11 | 日立金属株式会社 | スパッタリング膜の製造方法 |
JPS63143841A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-16 | Nec Corp | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
JPH0234919A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-02-05 | Hitachi Metals Ltd | スパッタリング装置用ターゲット |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60234364A (ja) * | 1984-05-07 | 1985-11-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JPS62219966A (ja) * | 1986-03-22 | 1987-09-28 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IN143383B (ja) * | 1974-06-13 | 1977-11-12 | Rca Corp | |
US4180596A (en) * | 1977-06-30 | 1979-12-25 | International Business Machines Corporation | Method for providing a metal silicide layer on a substrate |
DE3027954A1 (de) * | 1980-07-23 | 1982-02-25 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Integrierte mos-schaltung mit mindestens einer zusaetzlichen leiterbahnebene sowie ein verfahren zur herstellung derselben |
-
1982
- 1982-07-05 JP JP11545082A patent/JPS596577A/ja active Pending
-
1983
- 1983-07-05 DE DE8383106554T patent/DE3373954D1/de not_active Expired
- 1983-07-05 EP EP19830106554 patent/EP0100454B2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59207623A (ja) * | 1983-05-05 | 1984-11-24 | スタンダ−ド・テレフオンズ・アンド・ケ−ブルス・パブリツク・リミテツドカンパニ− | 半導体装置の製造方法 |
JPS61178474A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-11 | 日立金属株式会社 | スパッタリング膜の製造方法 |
JPS63143841A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-16 | Nec Corp | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
JPH0234919A (ja) * | 1988-12-21 | 1990-02-05 | Hitachi Metals Ltd | スパッタリング装置用ターゲット |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3373954D1 (en) | 1987-11-05 |
EP0100454B2 (en) | 1991-12-04 |
EP0100454B1 (en) | 1987-09-30 |
EP0100454A1 (en) | 1984-02-15 |
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