JP2001196562A - シリンダー型容量素子の製造方法 - Google Patents
シリンダー型容量素子の製造方法Info
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- JP2001196562A JP2001196562A JP2000008039A JP2000008039A JP2001196562A JP 2001196562 A JP2001196562 A JP 2001196562A JP 2000008039 A JP2000008039 A JP 2000008039A JP 2000008039 A JP2000008039 A JP 2000008039A JP 2001196562 A JP2001196562 A JP 2001196562A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリンダー構造を有するDRAMキャパシタ
部において、下部電極上にブランケットHSGを形成す
る際、シリンダー側壁に接する酸化膜を露出させること
なく、所望のグレインサイズを持つHSGを得る。 【解決手段】 LP−CVD装置を用いてシリンダー型
容量素子を製造するに当たり、シリンダー側壁となる下
部電極膜11を形成する第一の段階と、下部電極膜の表
面に酸化層12を形成する第二の段階と、酸化層の表面
にHSG13を形成する第三の段階と、不純物を拡散す
る第四の段階を同一バッチで行う。
部において、下部電極上にブランケットHSGを形成す
る際、シリンダー側壁に接する酸化膜を露出させること
なく、所望のグレインサイズを持つHSGを得る。 【解決手段】 LP−CVD装置を用いてシリンダー型
容量素子を製造するに当たり、シリンダー側壁となる下
部電極膜11を形成する第一の段階と、下部電極膜の表
面に酸化層12を形成する第二の段階と、酸化層の表面
にHSG13を形成する第三の段階と、不純物を拡散す
る第四の段階を同一バッチで行う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、減圧気相成長装置
(LP−CVD装置)を用いたシリンダー型容量素子の
製造方法に関する。
(LP−CVD装置)を用いたシリンダー型容量素子の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術において、DRAM(Dynamic
Random AccessMemory)は、一個のMOSトランジスタ
と一個のキャパシタ構造を有するものが代表的である。
キャパシタ構造としては、HSG(Hemi-Spherical Gra
ined Si)とシリンダー型の下部電極構造を有するもの
が主流であり、また、近年ではメモリ部とロジック部を
1つのチップに搭載する技術が開発されている。しか
し、この混載技術においては、高速化に対応させるため
に低温化プロセスが必要であり、空乏化が懸念される。
また、メモリ部の占有面積がかなり小さいので、シリン
ダー電極を形成してからHSG形成を行うと、HSGの
形成不良が発生する。そのため、図3(a)〜(c)に
示すように、下部電極となるアモルファスシリコン膜1
1を成膜してからHSG13形成を行い、シリンダー電
極を形成する方法が採られている。
Random AccessMemory)は、一個のMOSトランジスタ
と一個のキャパシタ構造を有するものが代表的である。
キャパシタ構造としては、HSG(Hemi-Spherical Gra
ined Si)とシリンダー型の下部電極構造を有するもの
が主流であり、また、近年ではメモリ部とロジック部を
1つのチップに搭載する技術が開発されている。しか
し、この混載技術においては、高速化に対応させるため
に低温化プロセスが必要であり、空乏化が懸念される。
また、メモリ部の占有面積がかなり小さいので、シリン
ダー電極を形成してからHSG形成を行うと、HSGの
形成不良が発生する。そのため、図3(a)〜(c)に
示すように、下部電極となるアモルファスシリコン膜1
1を成膜してからHSG13形成を行い、シリンダー電
極を形成する方法が採られている。
【0003】しかしながら、上記方法では、アモルファ
スシリコン膜11成膜と、HSG13形成を行う処理装
置が異なるため、工程数が多くなるという問題がある。
これに対し、工程数を削減するために、LP−CVD装
置を用いてHSG形成を含んだ下部電極を形成する試み
がなされている。
スシリコン膜11成膜と、HSG13形成を行う処理装
置が異なるため、工程数が多くなるという問題がある。
これに対し、工程数を削減するために、LP−CVD装
置を用いてHSG形成を含んだ下部電極を形成する試み
がなされている。
【0004】また、近年のメモリセルの微細化に伴い、
シリンダー側壁部の膜厚を薄くする必要がある。従来技
術として、ウエハ全面にHSG形成するBlanket
−HSG技術がある。しかし、微細化により、電極のス
ペースが狭い下部電極形成用開口14を設けた後、Bl
anket−HSG処理を行うと、シリンダー側壁部の
アモルファスシリコン膜11の膜厚が薄いために、HS
G形成の際にすべて消費されてしまい、スペーサー層で
ある酸化膜が露出してしまう。
シリンダー側壁部の膜厚を薄くする必要がある。従来技
術として、ウエハ全面にHSG形成するBlanket
−HSG技術がある。しかし、微細化により、電極のス
ペースが狭い下部電極形成用開口14を設けた後、Bl
anket−HSG処理を行うと、シリンダー側壁部の
アモルファスシリコン膜11の膜厚が薄いために、HS
G形成の際にすべて消費されてしまい、スペーサー層で
ある酸化膜が露出してしまう。
【0005】また、同一バッチでまず、所定の膜厚のア
モルファスシリコン膜11を成膜してから、Blank
et−HSG処理を行うことも考えられている。しか
し、この場合、アモルファスシリコン膜に存在する結晶
核が成長してしまい、HSGの粒径を制御することがで
きず、所望のグレインサイズを持つHSGを形成するこ
とができないという問題がある。
モルファスシリコン膜11を成膜してから、Blank
et−HSG処理を行うことも考えられている。しか
し、この場合、アモルファスシリコン膜に存在する結晶
核が成長してしまい、HSGの粒径を制御することがで
きず、所望のグレインサイズを持つHSGを形成するこ
とができないという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述した事
情に鑑みてなされたもので、その主な目的の一つは、シ
リンダー構造を有するDRAMキャパシタ部において、
下部電極上にブランケットHSGを形成する際、シリン
ダー側壁に接する酸化膜が露出することなく、所望のグ
レインサイズを持つHSGを得ることができるシリンダ
ー型容量素子の製造方法を提供することにある。
情に鑑みてなされたもので、その主な目的の一つは、シ
リンダー構造を有するDRAMキャパシタ部において、
下部電極上にブランケットHSGを形成する際、シリン
ダー側壁に接する酸化膜が露出することなく、所望のグ
レインサイズを持つHSGを得ることができるシリンダ
ー型容量素子の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、LP−CVD装置を用いたシリンダー型容
量素子の製造方法であって、シリンダー側壁となるアモ
ルファスシリコン膜を形成する第一の段階と、前記アモ
ルファスシリコン膜の表面に酸化層を形成する第二の段
階と、前記酸化層の表面にHSGを形成する第三の段階
とを具備し、かつ、前記第一〜第三の段階を同一バッチ
で行うことを特徴とするシリンダー型容量素子の製造方
法を提供する。
成するため、LP−CVD装置を用いたシリンダー型容
量素子の製造方法であって、シリンダー側壁となるアモ
ルファスシリコン膜を形成する第一の段階と、前記アモ
ルファスシリコン膜の表面に酸化層を形成する第二の段
階と、前記酸化層の表面にHSGを形成する第三の段階
とを具備し、かつ、前記第一〜第三の段階を同一バッチ
で行うことを特徴とするシリンダー型容量素子の製造方
法を提供する。
【0008】また、本発明は、前記目的を達成するた
め、LP−CVD装置を用いたシリンダー型容量素子の
製造方法であって、シリンダー側壁となるアモルファス
シリコン膜を形成する第一の段階と、前記アモルファス
シリコン膜の表面に酸化層を形成する第二の段階と、前
記酸化層の表面にHSGを形成する第三の段階と、前記
アモルファスシリコン膜及びHSG中に不純物を拡散す
る第四の段階とを具備し、かつ、前記第一〜第四の段階
を同一バッチで行うことを特徴とするシリンダー型容量
素子の製造方法を提供する。
め、LP−CVD装置を用いたシリンダー型容量素子の
製造方法であって、シリンダー側壁となるアモルファス
シリコン膜を形成する第一の段階と、前記アモルファス
シリコン膜の表面に酸化層を形成する第二の段階と、前
記酸化層の表面にHSGを形成する第三の段階と、前記
アモルファスシリコン膜及びHSG中に不純物を拡散す
る第四の段階とを具備し、かつ、前記第一〜第四の段階
を同一バッチで行うことを特徴とするシリンダー型容量
素子の製造方法を提供する。
【0009】図1に、本発明によるシリンダー型下部電
極の基板断面図を示すように、シリンダー電極部は、第
一のアモルファスシリコン膜11、酸化層12、HSG
層13から構成されている。本発明では、HSGシリン
ダー電極を減圧気相成長装置(LP−CVD装置)によ
り同一バッチで形成し、その際、第一のアモルファスシ
リコン膜上に薄い酸化層を設けることを特徴としてい
る。このHSG層の下に形成されている酸化層は、第一
のα―Si上層にブランケットHSGを形成する際に、
マイグレーション(シリコンがHSG化のために消費さ
れない)を抑制するという役目を果たす。したがって、
スペースの狭いシリンダー電極内に、シリンダー側壁部
である酸化膜を露出させることなく、所望のグレインサ
イズを有するブランケットHSGを形成できるという効
果が得られる。
極の基板断面図を示すように、シリンダー電極部は、第
一のアモルファスシリコン膜11、酸化層12、HSG
層13から構成されている。本発明では、HSGシリン
ダー電極を減圧気相成長装置(LP−CVD装置)によ
り同一バッチで形成し、その際、第一のアモルファスシ
リコン膜上に薄い酸化層を設けることを特徴としてい
る。このHSG層の下に形成されている酸化層は、第一
のα―Si上層にブランケットHSGを形成する際に、
マイグレーション(シリコンがHSG化のために消費さ
れない)を抑制するという役目を果たす。したがって、
スペースの狭いシリンダー電極内に、シリンダー側壁部
である酸化膜を露出させることなく、所望のグレインサ
イズを有するブランケットHSGを形成できるという効
果が得られる。
【0010】
【発明の実施の形態】図2を参照して、本発明によるブ
ランケットHSG構造のシリンダー電極の形成方法につ
いて説明するが、本発明は下記例に限定されるものでは
ない。図2(a)から(f)は、本発明の下部電極形成
における各工程の層構造を示す基板断面図である。
ランケットHSG構造のシリンダー電極の形成方法につ
いて説明するが、本発明は下記例に限定されるものでは
ない。図2(a)から(f)は、本発明の下部電極形成
における各工程の層構造を示す基板断面図である。
【0011】図2(a)に示すように、シリコン基板1
に素子分離膜3を形成し、素子分離された領域にゲート
酸化膜を成膜し、続いてゲート電極4、さらにソース/
ドレイン拡散領域2を形成して、n−MOSFETを作
成する。次に、基板全面にエッチングストッパーである
シリコン窒化膜8、BPSG膜からなるスペーサー層9
及び第二シリコン酸化膜10を順次堆積する。続いてフ
ォトリソグイラフィによりパターニングし、シリコン窒
化膜8をストッパーとしてエッチングし、下部電極形成
用開口14を設ける。なお、図中5は容量コンタクトプ
ラグ、6はBPSGからなる層間絶縁膜、7は第一シリ
コン酸化膜を示す。
に素子分離膜3を形成し、素子分離された領域にゲート
酸化膜を成膜し、続いてゲート電極4、さらにソース/
ドレイン拡散領域2を形成して、n−MOSFETを作
成する。次に、基板全面にエッチングストッパーである
シリコン窒化膜8、BPSG膜からなるスペーサー層9
及び第二シリコン酸化膜10を順次堆積する。続いてフ
ォトリソグイラフィによりパターニングし、シリコン窒
化膜8をストッパーとしてエッチングし、下部電極形成
用開口14を設ける。なお、図中5は容量コンタクトプ
ラグ、6はBPSGからなる層間絶縁膜、7は第一シリ
コン酸化膜を示す。
【0012】次に、開口14の開口壁全面にわたり、下
記の条件により、第一の段階から第四の段階までをLP
−CVD装置内で同一バッチで処理する。最初に、ウエ
ハを炉内に搬送させ、処理温度で安定させる。第一の段
階では、膜厚100〜300Åの下部電極膜11を成長
させることにより、図2(b)の構造を得る。この下部
電極膜11は、一定のリン濃度である単層、異なるリン
濃度を有する複層構造、ノンドープのアモルファスシリ
コン、またはポリシリコン膜でも良い。リン濃度に関し
ては、結晶欠陥を防止するために、0〜2E20(at
oms/cm3)が好ましい。また、膜厚に関しては、
所望するシリンダーの寸法によるものとする。
記の条件により、第一の段階から第四の段階までをLP
−CVD装置内で同一バッチで処理する。最初に、ウエ
ハを炉内に搬送させ、処理温度で安定させる。第一の段
階では、膜厚100〜300Åの下部電極膜11を成長
させることにより、図2(b)の構造を得る。この下部
電極膜11は、一定のリン濃度である単層、異なるリン
濃度を有する複層構造、ノンドープのアモルファスシリ
コン、またはポリシリコン膜でも良い。リン濃度に関し
ては、結晶欠陥を防止するために、0〜2E20(at
oms/cm3)が好ましい。また、膜厚に関しては、
所望するシリンダーの寸法によるものとする。
【0013】第二の段階では、下部電極膜11の成長を
終了させ、反応炉内をパージした後に炉内に酸素を導入
し、下部電極膜11の表面に薄い酸化層12を形成する
ことにより、図2(c)の構造を得る。酸化層12の形
成条件としては、560〜580℃の処理温度、0.0
1〜2Torr(約1.33〜約266Pa)の圧力、
0.2〜3SLMの流量で、3〜10分間処理を行う。
この酸化層12は、下部電極膜中に存在する結晶核の成
長を抑制し、かつ、HSG形成の際に下部電極膜11を
消費しないためのバリア膜となる。
終了させ、反応炉内をパージした後に炉内に酸素を導入
し、下部電極膜11の表面に薄い酸化層12を形成する
ことにより、図2(c)の構造を得る。酸化層12の形
成条件としては、560〜580℃の処理温度、0.0
1〜2Torr(約1.33〜約266Pa)の圧力、
0.2〜3SLMの流量で、3〜10分間処理を行う。
この酸化層12は、下部電極膜中に存在する結晶核の成
長を抑制し、かつ、HSG形成の際に下部電極膜11を
消費しないためのバリア膜となる。
【0014】第三の段階では、第二の段階で形成した酸
化層12上に、次の条件によりHSG層13を形成する
ことにより、図2(d)の構造を得る。HSG層13の
形成条件としては、560〜580℃の処理温度、15
0〜300SCCMの流量で、SiH4ガスを1Tor
r(約133Pa)以下の処理圧力で5〜15分間炉内
に導入し、核付けを行う。次に、ポンプで炉内を引きき
り、10〜30分間アニールを行い、HSG層13を形
成する。アニール時間と、SiH4ガスの照射時間を制
御することにより、所望のグレインサイズを有するHS
G層13を形成することができる。
化層12上に、次の条件によりHSG層13を形成する
ことにより、図2(d)の構造を得る。HSG層13の
形成条件としては、560〜580℃の処理温度、15
0〜300SCCMの流量で、SiH4ガスを1Tor
r(約133Pa)以下の処理圧力で5〜15分間炉内
に導入し、核付けを行う。次に、ポンプで炉内を引きき
り、10〜30分間アニールを行い、HSG層13を形
成する。アニール時間と、SiH4ガスの照射時間を制
御することにより、所望のグレインサイズを有するHS
G層13を形成することができる。
【0015】第四の段階では、HSG形成温度でPH3
(フォスフィン)ガスを流し、HSG層13及び下部電
極膜11中に不純物を拡散する。この処理により、空乏
化が改善されると同時に、HSGの表面にPH3が吸着
し、マイグレーションを抑制する効果が得られる。HS
Gのマイグレーションを抑制するガスとしては、H2,
O2等のガスでもよい。
(フォスフィン)ガスを流し、HSG層13及び下部電
極膜11中に不純物を拡散する。この処理により、空乏
化が改善されると同時に、HSGの表面にPH3が吸着
し、マイグレーションを抑制する効果が得られる。HS
Gのマイグレーションを抑制するガスとしては、H2,
O2等のガスでもよい。
【0016】以上の第一から第四段階の終了後、ウエハ
を回収し、シリンダー電極底面を保護するためにSOG
(Spin on Glass)膜15等を形成することにより、図
2(e)の構造を得る。その後、ドライエッチング又は
CMP等でエッチバックすることにより、図2(f)の
構造を有するシリンダHSG下部電極を得る。続いて、
容量絶縁膜形成工程以降の処理を行う。
を回収し、シリンダー電極底面を保護するためにSOG
(Spin on Glass)膜15等を形成することにより、図
2(e)の構造を得る。その後、ドライエッチング又は
CMP等でエッチバックすることにより、図2(f)の
構造を有するシリンダHSG下部電極を得る。続いて、
容量絶縁膜形成工程以降の処理を行う。
【0017】上記説明では、バッチタイプの減圧CVD
装置で説明したが、枚葉式のCVD装置であってもよ
い。また、第一から第四段階の処理温度は同一であって
もよく、それぞれの段階で温度が異なってもよい。容量
絶縁膜形成工程前に、PH3による不純物拡散を行った
場合は、表面に高濃度の不純物層が存在し、寿命が劣化
するため、HSG表層を除去する処理を行う。
装置で説明したが、枚葉式のCVD装置であってもよ
い。また、第一から第四段階の処理温度は同一であって
もよく、それぞれの段階で温度が異なってもよい。容量
絶縁膜形成工程前に、PH3による不純物拡散を行った
場合は、表面に高濃度の不純物層が存在し、寿命が劣化
するため、HSG表層を除去する処理を行う。
【0018】
【発明の効果】本実施例の第一の効果は、スペースの狭
いシリンダー内に、スペーサー層である酸化膜を露出さ
せることなく、所望のグレインサイズを持つHSGを形
成することができる点にある。これは、アモルファスシ
リコン膜の表面に酸化層を形成することで、HSG形成
時にこの酸化層がバリア膜となり、アモルファスシリコ
ン膜を消費しないためである。
いシリンダー内に、スペーサー層である酸化膜を露出さ
せることなく、所望のグレインサイズを持つHSGを形
成することができる点にある。これは、アモルファスシ
リコン膜の表面に酸化層を形成することで、HSG形成
時にこの酸化層がバリア膜となり、アモルファスシリコ
ン膜を消費しないためである。
【0019】本発明の第二の効果は、連続処理における
HSGの形成不良を改善できる点である。これは、アモ
ルファスシリコン成膜とHSG形成を連続して処理した
場合、アモルファスシリコン膜中に存在する結晶核の成
長を酸化層で抑制できるからである。
HSGの形成不良を改善できる点である。これは、アモ
ルファスシリコン成膜とHSG形成を連続して処理した
場合、アモルファスシリコン膜中に存在する結晶核の成
長を酸化層で抑制できるからである。
【0020】本発明の第三の効果は、工程の短縮化及び
コストダウンができるという点である。これは、従来の
工程では第一の段階、第三の段階、第四の段階を別装置
で処理していたため、TATが長く、装置コストも高く
なるが、本発明では、同じ装置で第一から第四の段階ま
での処理が可能であり、工程短縮等が図れるためであ
る。
コストダウンができるという点である。これは、従来の
工程では第一の段階、第三の段階、第四の段階を別装置
で処理していたため、TATが長く、装置コストも高く
なるが、本発明では、同じ装置で第一から第四の段階ま
での処理が可能であり、工程短縮等が図れるためであ
る。
【図1】本発明によるシリンダー型下部電極の基板断面
図である。
図である。
【図2】(a)〜(f)は、本発明の下部電極形成にお
ける各工程の層構造を示す基板断面図である。
ける各工程の層構造を示す基板断面図である。
【図3】(a)〜(c)は、従来技術の下部電極形成に
おける各工程の層構造を示す基板断面図である。
おける各工程の層構造を示す基板断面図である。
1.シリコン基板 2.拡散層 3.素子分離膜 4.ゲート電極 5.容量コンタクトプラグ 6.BPSGからなる層間絶縁膜 7.第一シリコン酸化膜 8.シリコン窒化膜 9.BPSGからなるスペーサー層 10.第二のシリコン酸化膜 11 下部電極膜 12.酸化層 13.HSG層 14.下部電極形成用開口 15 SOG膜
Claims (8)
- 【請求項1】 LP−CVD装置を用いたシリンダー型
容量素子の製造方法であって、シリンダー側壁となる下
部電極膜を形成する第一の段階と、前記下部電極膜の表
面に酸化層を形成する第二の段階と、前記酸化層の表面
にHSGを形成する第三の段階とを具備し、かつ、前記
第一〜第三の段階を同一バッチで行うことを特徴とする
シリンダー型容量素子の製造方法。 - 【請求項2】 LP−CVD装置を用いたシリンダー型
容量素子の製造方法であって、シリンダー側壁となる下
部電極膜を形成する第一の段階と、前記下部電極膜の表
面に酸化層を形成する第二の段階と、前記酸化層の表面
にHSGを形成する第三の段階と、前記下部電極膜及び
HSG中に不純物を拡散する第四の段階とを具備し、か
つ、前記第一〜第四の段階を同一バッチで行うことを特
徴とするシリンダー型容量素子の製造方法。 - 【請求項3】 下部電極膜がアモルファスシリコン膜で
あることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリンダ
ー型容量素子の製造方法。 - 【請求項4】 下部電極膜がポリシリコン膜であること
を特徴とする請求項1又は2に記載のシリンダー型容量
素子。 - 【請求項5】 反応炉内に酸素を導入することにより、
下部電極膜表面に酸化層を形成することを特徴とする請
求項1又は2に記載のシリンダー型容量素子の製造方
法。 - 【請求項6】 酸化層は560〜580℃の処理温度、
0.01〜2Torr(約1.33〜266Pa)の圧
力、0.2〜3slmの流量で、3〜10分間処理し、
形成することを特徴とする請求項5に記載のシリンダー
型容量素子の製造方法。 - 【請求項7】 第4の段階において、HSGのマイグレ
ーションを抑制するガスを流す工程を含むことを特徴と
する、請求項2に記載のシリンダー型容量素子の製造方
法。 - 【請求項8】 HSGのマイグレーションを抑制するガ
ス種としてPH3、O2、H2ガスであることを特徴とす
る請求項7に記載のシリンダー型容量素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000008039A JP2001196562A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | シリンダー型容量素子の製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001196562A true JP2001196562A (ja) | 2001-07-19 |
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---|---|---|---|
JP2000008039A Pending JP2001196562A (ja) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | シリンダー型容量素子の製造方法 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2001196562A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006287197A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Hynix Semiconductor Inc | ナノチューブを有するキャパシタ及びその製造方法 |
US7298002B2 (en) | 2004-06-24 | 2007-11-20 | Elpida Memory Inc. | Hemispherical silicon grain capacitor with variable grain size |
KR100927785B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2009-11-20 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 반도체 소자의 커패시터 형성 방법 |
US7897475B2 (en) | 2007-03-28 | 2011-03-01 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device having projection on lower electrode and method for forming the same |
-
2000
- 2000-01-17 JP JP2000008039A patent/JP2001196562A/ja active Pending
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