JPS62291064A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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- JPS62291064A JPS62291064A JP13380686A JP13380686A JPS62291064A JP S62291064 A JPS62291064 A JP S62291064A JP 13380686 A JP13380686 A JP 13380686A JP 13380686 A JP13380686 A JP 13380686A JP S62291064 A JPS62291064 A JP S62291064A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
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】
3、発明の詳細な説明
〔産業上の利用分野〕
本発明は薄膜トランジスタ(TFT:ThinFllm
Translstor )の製造方法に係り、特にそ
のゲート絶縁膜の製造方法に関するものである。
Translstor )の製造方法に係り、特にそ
のゲート絶縁膜の製造方法に関するものである。
従来、TPTはコスト的に有利である等の点から絶縁P
−)FETとして、例えば液晶表示装置のTFTアレイ
に使用されている。ここでTPTの動作特性上、ケ゛−
ト絶縁膜にはピンホール等の欠陥が少なく、高誘電率、
高絶縁性等の条件を満たすことが要求される。
−)FETとして、例えば液晶表示装置のTFTアレイ
に使用されている。ここでTPTの動作特性上、ケ゛−
ト絶縁膜にはピンホール等の欠陥が少なく、高誘電率、
高絶縁性等の条件を満たすことが要求される。
以下、第3図に基き従来のTPTの製造方法を説明する
。
。
まず真空蒸着法またはスパッタ法を用いて、ガラス基板
または石英基板等から戒る透光性絶縁物基板11上に、
ニクロム(NICr)、タングステン(W)等より成る
第1の金属層を200〜1000X程度被着し、次にこ
れにパターニングを施してP−)電極12を形成する。
または石英基板等から戒る透光性絶縁物基板11上に、
ニクロム(NICr)、タングステン(W)等より成る
第1の金属層を200〜1000X程度被着し、次にこ
れにパターニングを施してP−)電極12を形成する。
次いで、NO!と5U−t、を主成分ガスとして用いた
グロー放電法により、シリコン酸化膜(5lOx )を
0.1〜0.2μm程度の膜厚として基板全面に堆積す
る。更に、その上に5IH4ガスを用いたグロー放電法
によりアモルファスシリコン膜(a−81)ヲ0.02
〜0,2μm程度堆積する。そして、TPTを構成する
部分以外をバターニングにより除去して、活性層(a−
81) 14及びr−ト絶縁膜(SIOx)13を島状
に形成する。
グロー放電法により、シリコン酸化膜(5lOx )を
0.1〜0.2μm程度の膜厚として基板全面に堆積す
る。更に、その上に5IH4ガスを用いたグロー放電法
によりアモルファスシリコン膜(a−81)ヲ0.02
〜0,2μm程度堆積する。そして、TPTを構成する
部分以外をバターニングにより除去して、活性層(a−
81) 14及びr−ト絶縁膜(SIOx)13を島状
に形成する。
次に、アルミニウム(At)から成る第2の金属層を真
空蒸着法により0.5〜1.0μm程度被着し、これを
パターニングすることによりドレイン電極15及びソー
ス電極16を夫々形成する。以上のプロセスによりTP
Tの製造を完了する。
空蒸着法により0.5〜1.0μm程度被着し、これを
パターニングすることによりドレイン電極15及びソー
ス電極16を夫々形成する。以上のプロセスによりTP
Tの製造を完了する。
この後、上記TPTのソース電極16と接続するように
透明′電極(図示せず)を形成し、TPTとこの透明′
fIL極を二次元に配置すると、周知の液晶表示装置の
TFTアレイが完了する。
透明′電極(図示せず)を形成し、TPTとこの透明′
fIL極を二次元に配置すると、周知の液晶表示装置の
TFTアレイが完了する。
しかしながら、上述した従来の製造方法では、P−)絶
縁膜に材料としてシリコン酸化膜を用いており誘電率E
が約4と小さいので、トランソスタ特性として移動度音
大きく且つスレッシュホールド電圧を小さくするには、
上記シリコン酸化膜を0.1〜0.2μm程度と薄くす
る必要があった。
縁膜に材料としてシリコン酸化膜を用いており誘電率E
が約4と小さいので、トランソスタ特性として移動度音
大きく且つスレッシュホールド電圧を小さくするには、
上記シリコン酸化膜を0.1〜0.2μm程度と薄くす
る必要があった。
この為、r−ト絶縁膜にはピンホール等の欠陥が多く含
まれることとなり、素子の動作時P−)電極とソース・
ドレイン電極間において、ショート(垂直方向での電極
間同志のショート)が多発し易いという問題があった。
まれることとなり、素子の動作時P−)電極とソース・
ドレイン電極間において、ショート(垂直方向での電極
間同志のショート)が多発し易いという問題があった。
従って、本発明は以上述べた問題を解消し、r−ト絶縁
膜として高品質のプラズマシリコン窒化膜を用いたTP
Tの製造方法を提供することを目的とする。
膜として高品質のプラズマシリコン窒化膜を用いたTP
Tの製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るT li” T )ランノスタの製造方法
は、P−)絶縁膜形成工程において、成膜条件としてR
Fパワー密度を帆6〜0.85 W々程度、ガス混合比
(NHs/ Si&)を15程度に設定してグ四−放電
を行うことにより、プラズマシリコン窒化膜を形成する
ようにしたものである。
は、P−)絶縁膜形成工程において、成膜条件としてR
Fパワー密度を帆6〜0.85 W々程度、ガス混合比
(NHs/ Si&)を15程度に設定してグ四−放電
を行うことにより、プラズマシリコン窒化膜を形成する
ようにしたものである。
本発明によれば、以上のような成膜条件を以って、r−
)絶縁膜用のプラズマシリコン窒化膜を形成するように
しているので、TPTトランノスタのf−)絶縁膜に要
求される高密度、高抵抗。
)絶縁膜用のプラズマシリコン窒化膜を形成するように
しているので、TPTトランノスタのf−)絶縁膜に要
求される高密度、高抵抗。
低被膜応力、更に低被膜内電荷等の主要条件を満たす誘
電率の高い高品質のプラズマシリコン窒化膜を得ること
ができる。
電率の高い高品質のプラズマシリコン窒化膜を得ること
ができる。
[実施例〕
本発明のTPTの製造方法は、P−)絶縁膜形成工程を
除いては従来と略同−技術を用いて実施することができ
る。従って、e−)絶縁膜の形成工程のみを第1図及び
第2図に基いて以下に詳細に説明する。
除いては従来と略同−技術を用いて実施することができ
る。従って、e−)絶縁膜の形成工程のみを第1図及び
第2図に基いて以下に詳細に説明する。
本発明では、r−)絶縁膜の材料として高誘電率のプラ
ズマシリコン窒化膜(SiNx:以下シリコン窒化膜と
略称する)を用いており、これヲ20%5iI(、(N
、ヘース)ガスと100%NH,ガスを主成分とし、キ
ャリアガスとしてN、ガスを用いたグロー放電法により
、P−)電極(図示せず)の形3006C,ガス圧力を
0.8 Torrとして設定しである。
ズマシリコン窒化膜(SiNx:以下シリコン窒化膜と
略称する)を用いており、これヲ20%5iI(、(N
、ヘース)ガスと100%NH,ガスを主成分とし、キ
ャリアガスとしてN、ガスを用いたグロー放電法により
、P−)電極(図示せず)の形3006C,ガス圧力を
0.8 Torrとして設定しである。
ここにおいてシリコン窒化膜の膜質は、成膜条件として
RFパワー密度及び反応ガスのガス混合比(NHs/5
iPL)に大きく依存する。そこで膜質評価因子として
エツチング速度、抵抗率及び応力に着目し、以下にシリ
コン窒化膜形成の最適条件について検討した結果を説明
する。
RFパワー密度及び反応ガスのガス混合比(NHs/5
iPL)に大きく依存する。そこで膜質評価因子として
エツチング速度、抵抗率及び応力に着目し、以下にシリ
コン窒化膜形成の最適条件について検討した結果を説明
する。
第1図(a)ないし第1図(c)はRFパワー密度と、
膜質評価因子であるエツチング速度、抵抗率及び被膜応
力との関係について示したものである。なお、ガス混合
比(NHII / s t H4)は15として固定し
である。第1図(a)から明らかなように、RFパワー
密度が犬きくなるに伴いエツチング速度が小となること
により、被膜はより緻密になってゆくことがわかる。特
に、RFパワー密度0.8WAで形成された被膜のエツ
チング速度は0.1μm//1程度以下と小さく、被膜
は極めて緻密になっている。
膜質評価因子であるエツチング速度、抵抗率及び被膜応
力との関係について示したものである。なお、ガス混合
比(NHII / s t H4)は15として固定し
である。第1図(a)から明らかなように、RFパワー
密度が犬きくなるに伴いエツチング速度が小となること
により、被膜はより緻密になってゆくことがわかる。特
に、RFパワー密度0.8WAで形成された被膜のエツ
チング速度は0.1μm//1程度以下と小さく、被膜
は極めて緻密になっている。
なおこの時のエツチング条件は、エッチャントにバッフ
ァー7ツ酸(BHF)を用い、温度を室温としである。
ァー7ツ酸(BHF)を用い、温度を室温としである。
次に第1図(b)より抵抗率はRFパワー密度が大きく
なるに従って増大し、0.6〜o、sw、’iで形成さ
れた被膜は10′4Ω・m程度と非常に高抵抗の被膜と
なっている。なおこの抵抗率は、アルミニウム/シリコ
ン窒化膜/N−結晶シリコン/アルミニウムで構成され
るMIS型のサンドイッチ構造の測定用サンプルを準備
し、上部アルミ電極の寸法を2.5flφ、電界強度を
I Mv/ctnとして測定した。
なるに従って増大し、0.6〜o、sw、’iで形成さ
れた被膜は10′4Ω・m程度と非常に高抵抗の被膜と
なっている。なおこの抵抗率は、アルミニウム/シリコ
ン窒化膜/N−結晶シリコン/アルミニウムで構成され
るMIS型のサンドイッチ構造の測定用サンプルを準備
し、上部アルミ電極の寸法を2.5flφ、電界強度を
I Mv/ctnとして測定した。
以上、TPTのf−)絶縁膜として要求される緻密且つ
高抵抗という膜質は、RFパワー密度が大である程形成
が可能となることがわかった。
高抵抗という膜質は、RFパワー密度が大である程形成
が可能となることがわかった。
また、ケ゛−ト絶縁膜を構成するシリコン窒化膜と活性
層を構成するアモルファスシリコン1(a−8i)とは
界面を形成し、P−)電圧を印加することによりこの界
面に電流通路(チャネル)が電気的に形成される。従っ
て良好な界面特性を維持する為には、被膜応力を小さく
し界面の機械的変形を抑制することが重要となる。第1
[1J(c)より、被膜応力はRFパワー密度が増加す
る程、4〜6X 10o(dyn/−d )程度と低下
してゆくことがわかる。
層を構成するアモルファスシリコン1(a−8i)とは
界面を形成し、P−)電圧を印加することによりこの界
面に電流通路(チャネル)が電気的に形成される。従っ
て良好な界面特性を維持する為には、被膜応力を小さく
し界面の機械的変形を抑制することが重要となる。第1
[1J(c)より、被膜応力はRFパワー密度が増加す
る程、4〜6X 10o(dyn/−d )程度と低下
してゆくことがわかる。
なお、上述したエツチング速度低下、抵抗増大及び被膜
応力低下という傾向は、発明者らの実験によれば、装置
能力及びグロー放電条件等の制約からRFパワー密度の
上限は0.85芹佃程度まで確認されている。
応力低下という傾向は、発明者らの実験によれば、装置
能力及びグロー放電条件等の制約からRFパワー密度の
上限は0.85芹佃程度まで確認されている。
以上述べたように、RFパワー密度を0.6〜0.85
WAtI程度の範囲に設定すれば、TPTのf−ト絶縁
膜として好適なシリコン窒化膜が得られることがわかる
。
WAtI程度の範囲に設定すれば、TPTのf−ト絶縁
膜として好適なシリコン窒化膜が得られることがわかる
。
次に、ガス混合比(NH8/ SiH4>が膜質に及げ
す影響を、膜質評価因子として被膜内電荷0.88に着
目して検討した結果について説明する。
す影響を、膜質評価因子として被膜内電荷0.88に着
目して検討した結果について説明する。
なお被膜内電荷Qssを膜質評価因子として用いたのは
以下の如き理由による。周知のように、良好なTPT特
性を得る為には、P−)絶縁膜となるシリコン窒化膜中
のQssを低減する必要がある。
以下の如き理由による。周知のように、良好なTPT特
性を得る為には、P−)絶縁膜となるシリコン窒化膜中
のQssを低減する必要がある。
このQssが大きいと、P−)[圧がシリコン窒化膜に
食われてチャネルに印加される実効電圧が低下する。こ
の為、移動度が低下し、スレッシュホールド電圧が大に
なるという欠点がある。またQssが被膜内に出入りす
ると、スレッシュホールド電圧が変動するという欠点も
ある。従って、TPT動作特性のQssに対する依存性
は極めて大きい。
食われてチャネルに印加される実効電圧が低下する。こ
の為、移動度が低下し、スレッシュホールド電圧が大に
なるという欠点がある。またQssが被膜内に出入りす
ると、スレッシュホールド電圧が変動するという欠点も
ある。従って、TPT動作特性のQssに対する依存性
は極めて大きい。
ここで、測定用サンプルはアルミニウム/シリコン窒化
膜/P−結晶シリコン/アルミニウムから成るMIS型
のサンドイッチ構造とし、上部アルミ電極の寸法を2.
5 mφとした。また被膜内電荷Qssの測定は、印加
電圧を一35〜+IOVまでステップ状(0,I Vス
テップ)に印加し、周知のC−V法に基いて行った。
膜/P−結晶シリコン/アルミニウムから成るMIS型
のサンドイッチ構造とし、上部アルミ電極の寸法を2.
5 mφとした。また被膜内電荷Qssの測定は、印加
電圧を一35〜+IOVまでステップ状(0,I Vス
テップ)に印加し、周知のC−V法に基いて行った。
第1図(d)は、上記測定結果に基き、RFパワー密度
をパラメータとし被膜内電荷Qasとガス混合比(NH
s / S i&)との関係を示したものである。同図
よりガス混合比が15近傍の値をとるときQssは極小
値を有し、またRFパワー密度が犬になる程(0,64
w/I!−+ 0.83 W/d ) Qssが小さく
なることがわかる。また、図示していないがシリコン窒
化膜の誘電率Cは約7であり、シリコン酸化膜の約1,
7倍であった。
をパラメータとし被膜内電荷Qasとガス混合比(NH
s / S i&)との関係を示したものである。同図
よりガス混合比が15近傍の値をとるときQssは極小
値を有し、またRFパワー密度が犬になる程(0,64
w/I!−+ 0.83 W/d ) Qssが小さく
なることがわかる。また、図示していないがシリコン窒
化膜の誘電率Cは約7であり、シリコン酸化膜の約1,
7倍であった。
以上、評価用サンプルを用いた場合における、シリコン
窒化膜の膜質と成膜条件(RFパワー密度、ガス混合比
)との関係について述べた。
窒化膜の膜質と成膜条件(RFパワー密度、ガス混合比
)との関係について述べた。
次に、実際のTPTを作製し、TPTの動作特性とシリ
コン窒化膜の成膜条件との関係を、移動度とスレッシュ
ホールド電圧に着目して検討した結果を第2図に基いて
説明する。この時、P−)絶縁膜を構成するシリコン窒
化膜の膜厚は一律に0.3 μmとし、ガス混合比(N
Hs/5iHa )を15に固定した。
コン窒化膜の成膜条件との関係を、移動度とスレッシュ
ホールド電圧に着目して検討した結果を第2図に基いて
説明する。この時、P−)絶縁膜を構成するシリコン窒
化膜の膜厚は一律に0.3 μmとし、ガス混合比(N
Hs/5iHa )を15に固定した。
同図よりRFパワー密度が大になる程、移動度は増大し
、特に0.6WA程度を超える範囲においてその傾向が
著しいことがわかる。またスレッシュホーAn”Wl圧
u、RFパワー密度が大になる程低下する。
、特に0.6WA程度を超える範囲においてその傾向が
著しいことがわかる。またスレッシュホーAn”Wl圧
u、RFパワー密度が大になる程低下する。
以上、第1図及び第2図に示す検討結果から、評価用サ
ンプルあるいは実際のTPTサンプルを用いた場合でも
、装置能力及びグロー放電条件等の制約を考慮すると、
成膜条件としてRFパワー密度を0.6〜0.85WA
tI程度、またガス混合比(NH,/SiH4’)を1
5程度に設定することによりTPTのP−)絶縁膜とし
て好適なシリコン窒化膜の得られることがわかった。
ンプルあるいは実際のTPTサンプルを用いた場合でも
、装置能力及びグロー放電条件等の制約を考慮すると、
成膜条件としてRFパワー密度を0.6〜0.85WA
tI程度、またガス混合比(NH,/SiH4’)を1
5程度に設定することによりTPTのP−)絶縁膜とし
て好適なシリコン窒化膜の得られることがわかった。
なお、上述したようにシリコン窒化膜の誘電率εは約7
で、シリコン酸化膜の約1.7倍と大きいので膜厚をそ
の分厚くすることができる。またこのことは、最適な成
膜条件を見い出したことからも言える。即ち、上述した
条件のRFパワー密度及びガス混合比を用いることで、
シリコン窒化膜は被膜応力も小さく、プラズマダメーソ
等のない高質品のものが得られるので、活性層との界面
に対し損傷を与えることも無く、この為従来のシリコン
酸化膜よりも厚< (0,2〜0.5μm程度)形成で
きる。
で、シリコン酸化膜の約1.7倍と大きいので膜厚をそ
の分厚くすることができる。またこのことは、最適な成
膜条件を見い出したことからも言える。即ち、上述した
条件のRFパワー密度及びガス混合比を用いることで、
シリコン窒化膜は被膜応力も小さく、プラズマダメーソ
等のない高質品のものが得られるので、活性層との界面
に対し損傷を与えることも無く、この為従来のシリコン
酸化膜よりも厚< (0,2〜0.5μm程度)形成で
きる。
このように膜厚を厚くすることにより、被膜内のピンホ
ール等の欠陥の密度を十分低減でき、r−ト寛極とソー
ス−ドレイン電極間のショートの発生確率を僅少にする
ことができる。
ール等の欠陥の密度を十分低減でき、r−ト寛極とソー
ス−ドレイン電極間のショートの発生確率を僅少にする
ことができる。
また上記実施例では、反応ガスにおいて5IH4をN、
により20%に稀釈した場合について述べているが、稀
釈率を5〜50%の範囲に広げても略同様の結果が得ら
れている。
により20%に稀釈した場合について述べているが、稀
釈率を5〜50%の範囲に広げても略同様の結果が得ら
れている。
以上詳細に説明したように、本発明によれば、f−)絶
縁膜形成工程において、成膜条件としてRFパワー密度
を0.6〜0.85蜀包程度、ガス混合比NH8/Si
n、を15程度に設定して、グロー放電によりプラズマ
シリコン窒化膜を形成するようにしているので、高密度
、高抵抗、低被膜応力及び低被膜内電荷等の特性を有す
る誘電率の高い(tさ7程度)高品質の絶縁性被膜を得
ることができる。
縁膜形成工程において、成膜条件としてRFパワー密度
を0.6〜0.85蜀包程度、ガス混合比NH8/Si
n、を15程度に設定して、グロー放電によりプラズマ
シリコン窒化膜を形成するようにしているので、高密度
、高抵抗、低被膜応力及び低被膜内電荷等の特性を有す
る誘電率の高い(tさ7程度)高品質の絶縁性被膜を得
ることができる。
従って、被膜を厚く形成すること等により、ピンホール
等の欠陥の発生を十分抑制でき、この為P−)電極とソ
ース・ドレイン電極間のショート発生を抑制できるので
、高品質のTPTを歩留り良く製造することができると
いう効果がある。
等の欠陥の発生を十分抑制でき、この為P−)電極とソ
ース・ドレイン電極間のショート発生を抑制できるので
、高品質のTPTを歩留り良く製造することができると
いう効果がある。
第1図は本発明の一実施例を示すシリコン窒化膜の膜質
の成膜条件依存性の特性図、第2図はTFT特性のRF
パワー密度依存性を示す特性図、第3図は従来例を示す
要部断面図である。 未発1月のシリコンちLイ乙月瘉・ 第 (d) 1図 RFパワー”f:g (W/cm2)びT特、1・
上のRFパワー短旭イネ嘗1()伍第2図 第3図
の成膜条件依存性の特性図、第2図はTFT特性のRF
パワー密度依存性を示す特性図、第3図は従来例を示す
要部断面図である。 未発1月のシリコンちLイ乙月瘉・ 第 (d) 1図 RFパワー”f:g (W/cm2)びT特、1・
上のRFパワー短旭イネ嘗1()伍第2図 第3図
Claims (2)
- (1)ゲート絶縁膜形成工程において、成膜条件として
RFパワー密度を0.6〜0.85W/cm^2、反応
ガスNH_3、SiH_4のガス混合比(NH_3/S
iH_4)を15に設定してグロー放電を行うことによ
り、プラズマシリコン窒化膜を形成することを特徴とす
る薄膜トランジスタの製造方法。 - (2)上記反応ガスとして、SiH_4をN_2により
5〜50%に稀釈したガスを用いることを特徴とする特
許請求の範囲第(1)項記載の薄膜トランジスタの製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13380686A JPS62291064A (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13380686A JPS62291064A (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62291064A true JPS62291064A (ja) | 1987-12-17 |
Family
ID=15113470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13380686A Pending JPS62291064A (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62291064A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH046834A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-10 | Casio Comput Co Ltd | シリコン窒化膜の成膜方法 |
JPH09251996A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-09-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1986
- 1986-06-11 JP JP13380686A patent/JPS62291064A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH046834A (ja) * | 1990-04-25 | 1992-01-10 | Casio Comput Co Ltd | シリコン窒化膜の成膜方法 |
JPH09251996A (ja) * | 1995-06-20 | 1997-09-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
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