KR100429857B1 - Method for fabricating transistor with punchthrough preventing region - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 펀치쓰루 저지영역을 갖는 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 반도체소자, 예컨대 메모리 소자는 소비전력을 감소시키기 위하여 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터로 구성된 CMOS 회로로 집적되어진다. 이러한 CMOS 집적회로로 구성된 반도체소자를 제조하는 방법으로 최근에 트랜지스터의 짧은 채널효과를 억제시키기 위하여 채널 영역 아래에 펀치쓰루 저지영역을 형성하는 방법이 널리 사용되고 있다. 펀치쓰루 저지영역은 반도체기판, 즉 웰 영역과 동일한 도전형을 가지도록 형성하며 웰 영역의 농도보다 높은 농도를 갖는다. 이에 따라, 트랜지스터의 소오스 영역 및 드레인 영역 사이에 일정전압이 가해지는 경우 웰 영역에 형성되는 공핍층의 폭이 감소되어 펀치쓰루 현상이 발생하는 현상을 억제시킬 수 있다.In general, semiconductor devices, such as memory devices, are integrated into CMOS circuits composed of NMOS transistors and PMOS transistors to reduce power consumption. As a method of manufacturing a semiconductor device composed of such a CMOS integrated circuit, a method of forming a punch-through blocking region under a channel region has recently been widely used to suppress a short channel effect of a transistor. The punchthrough blocking region is formed to have the same conductivity type as that of the semiconductor substrate, that is, the well region, and has a concentration higher than that of the well region. Accordingly, when a constant voltage is applied between the source region and the drain region of the transistor, the width of the depletion layer formed in the well region can be reduced to suppress a phenomenon in which the punch-through phenomenon occurs.
한편, 상기 펀치쓰루 저지영역을 갖는 트랜지스터를 제조하는 방법에는 여러 가지가 있다. 이들 여러 가지의 방법 중에 하나를 설명하면, 먼저 반도체기판의 소정영역 표면에 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성하고, 상기 활성영역 전체에 반도체기판과 동일한 도전형의 불순물을 소정의 에너지로 이온주입하는 깊은 이온주입 공정을 실시함으로써, 활성영역 표면으로부터 일정깊이에 반도체기판보다 높은 농도를 갖는 펀치쓰루 저지영역을 형성하고, 상기 펀치쓰루 저지영역이 형성된 결과물의 활성영역 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 양 옆의 활성영역 표면에 소오스/드레인 영역을 형성한다.On the other hand, there are various methods of manufacturing the transistor having the punch-through blocking region. To describe one of these various methods, first, an element isolation film defining an active region is formed on a surface of a predetermined region of a semiconductor substrate, and ion implantation is performed in the entire active region with impurities of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. By performing a deep ion implantation process, a punchthrough blocking region having a concentration higher than that of the semiconductor substrate is formed at a predetermined depth from the surface of the active region, and a gate insulating film and a gate electrode are formed on the active region of the resultant portion where the punchthrough blocking region is formed. And source / drain regions are formed on surfaces of the active regions on both sides of the gate electrode.
상술한 종래의 기술에 따르면, 소오스/드레인 영역이 펀치쓰루 저지영역과 겹쳐지도록 형성되므로, 소오스/드레인 영역의 기생 접합용량이 증가하여 트랜지스터의 스위칭 속도를 저하시킨다.According to the conventional technique described above, since the source / drain regions are formed to overlap the punch-through stop region, the parasitic junction capacitance of the source / drain regions is increased to reduce the switching speed of the transistor.
상기 문제점을 해결하기 위하여 최근에 국부적으로 펀치쓰루 저지영역을 형성하는 방법이 제안된 바 있다. 이 방법에 따르면, 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성한 다음, 게이트 전극을 형성하기 위한 마스크의 크롬패턴과 반전된 크롬패턴을 갖는 마스크를 사용하여 게이트 전극이 형성될 영역 아래의 반도체기판에 선택적으로 깊은 이온 주입공정을 실시함으로써 소오스/드레인 영역의 기생 접합용량을 최소화시키는 방법이 있다. 그러나, 상기한 트랜지스터의 제조방법에 따르면, NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터로 구성된 CMOS 집적회로를 포함하는 반도체소자를 제조하는 데 있어서, NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터에 각각 서로 다른 도전형의 펀치쓰루 저지영역을 형성하기 위해서는 2회의 사진공정이 추가로 요구된다.In order to solve the above problem, a method of forming a punchthrough blocking region locally has recently been proposed. According to this method, a device isolation film defining an active region is formed, and then selective to the semiconductor substrate under the region where the gate electrode is to be formed using a mask having a chrome pattern and a reversed chrome pattern of the mask for forming the gate electrode. There is a method of minimizing the parasitic junction capacitance of the source / drain regions by performing a deep ion implantation process. However, according to the above-described transistor manufacturing method, in manufacturing a semiconductor device including a CMOS integrated circuit composed of an NMOS transistor and a PMOS transistor, punch-through blocking regions of different conductivity types are formed in the NMOS transistor and the PMOS transistor, respectively. To do this, two additional photographic processes are required.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 NMOS 트랜지스터와 PMOS 트랜지스터가 공통 게이트 전극을 갖는 CMOS 회로로 구성된 반도체소자를 제조하는 데 있어서, 소오스/드레인 영역의 기생 접합용량을 최소화시키면서 공정을 단순화시킬 수 있는 펀치쓰루 저지영역을 갖는 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved in the present invention is to manufacture a semiconductor device consisting of a CMOS circuit in which the NMOS transistor and the PMOS transistor has a common gate electrode, it is possible to simplify the process while minimizing the parasitic junction capacity of the source / drain region The present invention provides a method of manufacturing a transistor having a punch-through blocking region.
도 1은 종래기술 및 본 발명에 사용되는 일반적인 트랜지스터의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a general transistor used in the prior art and the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 절단선 2-2에 따라 본 발명의 트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor of the present invention along the cutting line 2-2 of FIG. 1.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 트랜지스터의 제조방법은, 먼저 반도체기판의 소정영역 상에 활성영역을 한정하는 소자분리막을 형성한다. 여기서, 상기 소자분리막은 트렌치 소자분리방법 또는 실리콘기판의 국부적 산화법(Local oxidation of silicon; 이하 "LOCOS"라 한다)으로 형성할 수 있다. 상기 소자분리막이 형성된 기판 전면에 제1 절연막을 형성하고, 이를 패터닝하여 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 공통 게이트 전극과 반전된 패턴을 갖는 제1 절연막 패턴을 형성한다. 여기서, 상기 제1 절연막 패턴은 공통 게이트 전극용 마스크의 크롬패턴과 반전된 크롬패턴을 갖는 마스크를 사용하여 형성할 수도 있으며, 공통 게이트 전극용 마스크와 동일한 마스크를 사용하되 게이트 전극 형성시 사용하는 포토레지스트와 다른 종류의 포토레지스트를 사용하여 형성할 수도 있다. 상기 포토레지스트의 종류라 함은 노광된 부분이 현상액에 의해 제거되는 포지티브 포토레지스트 또는 노광되지 않은 부분이 현상액에 의해 제거되는 네가티브 포토레지스트를 의미한다. 상기 제1 절연막 패턴이 형성된 결과물 전면에 상기 제1 절연막 패턴에 대하여 식각 선택비를 갖는 제2 절연막을 형성하고, 이를 사진공정 및 식각공정으로 패터닝하여 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극이 형성될 부분을 덮는 제2 절연막 패턴을 형성한다. 상기 제1 및 제2 절연막 패턴과 상기 소자분리막을 이온주입 마스크로하여 제1 도전형, 즉 P형의 불순물을 소정의 에너지로 이온주입함으로써 제1 펀치쓰루 저지영역, 즉 NMOS 트랜지스터의 펀치쓰루 저지영역을 형성한다. 상기 결과물 전면에 도전막을 형성하고, 이를 에치 백하여 제1 게이트 전극, 즉 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극을 형성한다. 상기 제2 절연막 패턴을 제거한다. 상기 제1 절연막 패턴, 상기 제1 게이트 전극, 및 상기 소자분리막을 이온주입 마스크로하여 제2 도전형, 즉 N형의 불순물을 소정의 에너지로 이온주입함으로써 제2 게이트 전극, 즉 PMOS 트랜지스터의 펀치쓰루 저지영역을 형성한다. 상기 결과물 전면에 도전막을 형성하고 이를 에치백하여 제2 게이트 전극, 즉 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극을 형성한다. 상기 제1 게이트 전극 및 제2 게이트 전극은 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 공통 게이트 전극을 구성한다.In order to achieve the above technical problem, the method of manufacturing a transistor according to the present invention first forms an element isolation film defining an active region on a predetermined region of a semiconductor substrate. The device isolation layer may be formed by a trench isolation method or a local oxidation of silicon (hereinafter referred to as "LOCOS"). A first insulating film is formed on the entire surface of the substrate on which the device isolation film is formed, and then patterned to form a first insulating film pattern having an inverted pattern with a common gate electrode of the NMOS transistor and the PMOS transistor. Here, the first insulating layer pattern may be formed using a mask having a chrome pattern inverted from the chrome pattern of the mask for the common gate electrode, and using the same mask as the mask for the common gate electrode, but used to form the gate electrode. It may be formed by using a photoresist different from the resist. The kind of photoresist means a positive photoresist in which the exposed part is removed by the developer or a negative photoresist in which the unexposed part is removed by the developer. A second insulating film having an etch selectivity with respect to the first insulating film pattern is formed on the entire surface of the resultant product on which the first insulating film pattern is formed, and patterned by a photo process and an etching process to cover a portion where the gate electrode of the PMOS transistor is to be formed; 2 An insulating film pattern is formed. Ion implantation of a first conductivity type, i.e., P-type impurity, with a predetermined energy, using the first and second insulating film patterns and the device isolation layer as ion implantation masks to prevent the punchthrough of the first punchthrough region, i.e., the NMOS transistor Form an area. A conductive film is formed on the entire surface of the resultant product and then etched back to form a first gate electrode, that is, a gate electrode of an NMOS transistor. The second insulating layer pattern is removed. Punching the second gate electrode, i.e., the PMOS transistor, by ion implanting a second conductive type, i.e., N-type impurities, with a predetermined energy, using the first insulating layer pattern, the first gate electrode, and the device isolation layer as an ion implantation mask. Form a through blocking area. A conductive film is formed on the entire surface of the resultant material and etched back to form a second gate electrode, that is, a gate electrode of the PMOS transistor. The first gate electrode and the second gate electrode constitute a common gate electrode of the NMOS transistor and the PMOS transistor.
본 발명에 의하면, 공통 게이트 전극과 반전된 제1 절연막 패턴을 형성한 후에 1회의 사진공정만을 사용하여 공통 게이트 전극 및 이와 자기정합된 NMOS 및 PMOS 트랜지스터의 펀치쓰루 저지영역을 형성할 수 있다. 따라서, 공정을 단순화시키면서 소오스/드레인 영역의 기생접합용량을 최소화시킬 수 있다.According to the present invention, after forming the inverted first insulating film pattern with the common gate electrode, the punch-through blocking region of the common gate electrode and the self-aligned NMOS and PMOS transistors can be formed using only one photo process. Thus, the parasitic junction capacity of the source / drain regions can be minimized while simplifying the process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 CMOS 회로의 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터를 나타내는 레이아웃도이다.1 is a layout diagram illustrating an NMOS transistor and a PMOS transistor in a general CMOS circuit.
도 1을 참조하면, 참조번호 1은 P웰 영역을 나타내고, 참조번호 10은 N웰 영역을 나타낸다. 또한, 참조번호 3a 및 3b는 N웰 영역(10) 및 P웰 영역(1) 내에 각각 형성되는 활성영역들을 나타낸다. 여기서, 상기 N웰 영역(10) 및 P웰 영역(1)은 자기정렬 트윈 웰 형성공정에 의해 형성되어질 수 있다. 참조번호 5는 상기 활성영역(3a, 3b)을 가로지르는 공통 게이트 전극을 나타낸다. 활성영역(3a)는 PMOS 트랜지스터가 형성될 영역이고, 활성영역(3b)는 NMOS 트랜지스터가 형성될 영역이다. 여기서, N웰 영역(10)과 겹치는 공통 게이트 전극(5) 부분은 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극 역할을 하고, P웰 영역(1)과 겹치는 공통 게이트 전극(5) 부분은 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극 역할을 한다.Referring to FIG. 1,
도 2a 내지 도 2e는 도 1의 절단선 2-2에 따라 본 발명에 따른 트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transistor according to the present invention along the cutting line 2-2 of FIG. 1.
도 2a는 P웰 영역(1) 및 소자분리막(12)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 먼저, N형의 반도체기판(10)의 소정영역에 P웰 영역(1)을 형성한다. 이때, 상기 P웰 영역(1)을 제외한 반도체기판(10)은 N웰 영역의 역할을 한다. 여기서, 반도체기판(10)이 N형인 경우는 물론 P형인 경우에도 자기정렬된 트윈 웰 형성공정에 의해 P웰 영역(1) 및 N웰 영역을 형성할 수도 있다. 이어서, 상기 P웰 영역(1)이 형성된 결과물의 소정영역에 소자분리막(12)을 형성함으로써, 상기 P웰 영역(1) 및 N웰 영역(10)에 활성영역을 한정한다. 상기 소자분리막(12)은 LOCOS 방법에 의한 열산화막 또는 트렌치 소자분리방법에 의한 CVD 산화막으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 활성영역 표면에는 얇은 패드산화막(14)이 잔존한다.2A is a cross-sectional view for describing a step of forming the
도 2b는 제1 절연막 패턴(16) 및 제2 절연막 패턴(18)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 상기 소자분리막(12)이 형성된 결과물 전면에 상기 소자분리막(12)에 대해 식각 선택비를 갖는 제1 절연막, 예컨대 실리콘질화막을 형성한다. 다음에, 도 1의 공통게이트 전극(5)을 형성하기 위한 마스크의 크롬 패턴과 반전된 크롬 패턴을 갖는 마스크를 사용하여 상기 제1 절연막을 패터닝함으로써, 상기 P웰 영역(1)의 활성영역 및 상기 N웰 영역(10)의 활성영역을 가로지르면서 소정의 폭을 갖는 홈이 구비된 제1 절연막 패턴(16)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 절연막 패턴(16)을 형성하기 위하여 공통게이트 전극(5)용 마스크를 이용할 경우에는 네가티브 포토레지스트를 사용하여 제1 절연막을 패터닝할 수도 있다. 그리고, 상기 제1 절연막은 후속공정에서 형성되는 게이트 전극의 두께와 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 제1 절연막 패턴(16)이 형성된 결과물 전면에 상기 제1 절연막 패턴(16)과 식각 선택비를 갖는 제2 절연막, 예컨대 실리콘산화막을 CVD 방법으로 형성한다. 계속해서, 상기 제2 절연막을 패터닝하여 상기 N웰 영역(10) 상의 홈을 덮는 제2 절연막 패턴(18)을 형성한다. 이와 같이 제2 절연막 패턴(18)을 형성하면, 도 2b에 도시된 바와 같이 P웰 영역(1) 상의 홈이 노출된다.2B is a cross-sectional view for describing a step of forming the first
도 2c는 제1 펀치쓰루 저지영역(20), 제1 게이트 절연막(22), 및 제1 게이트 전극(24)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 좀 더 상세히 설명하면, 상기 제1 절연막 패턴(16), 제2 절연막 패턴(18), 및 소자분리막(12)을 이온주입 마스크로하여 P형의 불순물, 예컨대 불화붕소(BF2) 이온을 60 KeV 내지 100 KeV의 에너지와 2.0 S1012내지 3.0 S1012ion atoms/㎠의 도우즈로 주입함으로써 상기 P웰 영역(1) 상의 노출된 활성영역 표면으로부터 일정깊이에 제1 펀치쓰루 저지영역(20)을 형성한다. 다음에, 상기 제1 펀치쓰루 저지영역(20)의 상부에 잔존하는 패드산화막(14)을 제거하여 그 아래의 P웰 영역(1)을 노출시킨다. 이어서, 상기 노출된 P웰 영역(1) 표면에 제1 게이트 절연막(22), 예컨대 열산화막을 형성한 다음, 그 결과물 전면에 도전막, 예컨대 폴리실리콘막을 형성한다. 계속해서, 상기 제1 절연막 패턴(16) 및 제2 절연막 패턴(18)이 노출될 때까지 상기 도전막을 에치백함으로써, 상기 P웰 영역(1) 상의 홈을 채우는 제1 게이트 전극(24)을 형성한다. 여기서, 상기 제1 게이트 전극(24)은 NMOS 트랜지스터의 게이트 전극 역할을 한다. 이와 같이 제1 펀치쓰루 저지영역(20) 및 제1 게이트 전극(24)을 형성하면, 제1 펀치쓰루 저지영역(20)과 자기정합된 제1 게이트 전극(24)을 형성할 수 있으므로 후속공정에서 형성되는 소오스/드레인 영역과 제1 펀치쓰루 저지영역(20)이 겹치는 영역의 면적을 최소화시킬 수 있다.2C is a cross-sectional view for describing a step of forming the first punch-through blocking
도 2d는 제2 펀치쓰루 저지영역(26) 및 제2 게이트 절연막(28)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 상세히 설명하면, 상기 제2 절연막 패턴(18)을 특정 화학용액, 예컨대 인산용액으로 제거하여 N웰 영역(10) 상의 패드산화막(14)을 노출시킨다. 이어서, 상기 제1 절연막 패턴(16), 제1 게이트 전극(24), 및 소자분리막(12)을 이온주입 마스크로하여 N형의 불순물, 예컨대 인(P) 이온을 120 KeV 내지 180 KeV의 에너지와 1.5 S1012내지 2.5 S1012ion atoms/㎠의 도우즈로 주입함으로써, 상기 N웰 영역(10) 상의 노출된 활성영역 표면으로부터 일정깊이에 제2 펀치쓰루 저지영역(26)을 형성한다. 다음에, 상기 제2 펀치쓰루 저지영역(26)의 상부에 잔존하는 패드산화막(14)을 제거하여 그 아래의 N웰 영역(10)을 노출시킨다. 계속해서, 상기 노출된 N웰 영역(10) 상에 제2 게이트 절연막(28), 예컨대 열산화막을 형성한다.FIG. 2D is a cross-sectional view for describing a step of forming the second punch-through blocking
도 2e는 공통 게이트 전극(5)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 상기 제2 게이트 절연막(28)이 형성된 결과물 전면에 도전막, 예컨대 폴리실리콘막을 형성한다. 다음에, 상기 제1 절연막 패턴(16) 및 상기 제1 게이트 전극(24)이 노출될 때까지 상기 도전막을 에치백하여 상기 N웰 영역(10) 상의 제1 절연막 패턴(16)에 의해 한정된 홈을 채우는 제2 게이트 전극(30)을 형성한다. 이와 같이 형성된 제1 게이트 전극(24) 및 제2 게이트 전극(28)은 공통 게이트 전극(5)을 구성한다. 이와 같이 제2 게이트 전극(30)을 형성하면, 제2 펀치쓰루 저지영역(26)과 자기정합된 제2 게이트 전극(30)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 후속공정에서 형성되는 소오스/드레인 영역과 제2 펀치쓰루 저지영역(26)이 겹치는 영역의 면적을 최소화시킬 수 있다.2E is a cross-sectional view for explaining a step of forming the
이어서, 도시하지는 않았지만 상기 제1 절연막 패턴(16)을 제거하고 상기 공통게이트 전극(5) 양 옆의 활성영역에 소오스/드레인 영역을 형성함으로써 본 발명에 따른 트랜지스터를 완성한다.Subsequently, although not shown, the transistor according to the present invention is completed by removing the first insulating
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다. 예를 들면, 상기 제2 펀치쓰루 저지영역, 제2 게이트 절연막, 및 제2 게이트 전극을 형성한 후에 상기 제1 펀치쓰루 저지영역, 제1 게이트 절연막, 및 제1 게이트 전극을 형성할 수도 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art. For example, after forming the second punch through blocking region, the second gate insulating film, and the second gate electrode, the first punch through blocking region, the first gate insulating film, and the first gate electrode may be formed.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, CMOS 집적회로를 구성하는 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터를 제조하는 데 있어서, 게이트 전극 영역을 한정하는 제1 절연막 패턴을 형성한 후에 1회의 패터닝공정만을 사용하여 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 공통 게이트 전극 아래에 상기 공통게이트 전극과 자기정합된 펀치쓰루 저지영역을 형성할 수 있다. 이에 따라, 간단한 공정으로 소오스/드레인 영역의 기생용량을 최소화시킬 수 있는 트랜지스터를 구현할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the manufacture of the NMOS transistor and the PMOS transistor constituting the CMOS integrated circuit, after forming the first insulating film pattern defining the gate electrode region, the NMOS transistor and A punchthrough blocking region self-aligned with the common gate electrode may be formed under the common gate electrode of the PMOS transistor. Accordingly, a transistor capable of minimizing the parasitic capacitance of the source / drain regions can be implemented in a simple process.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970014144A KR100429857B1 (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Method for fabricating transistor with punchthrough preventing region |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019970014144A KR100429857B1 (en) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | Method for fabricating transistor with punchthrough preventing region |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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-
1997
- 1997-04-17 KR KR1019970014144A patent/KR100429857B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR19980077151A (en) | 1998-11-16 |
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