JPH11126905A - 多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜トランジスタ装置の製造方法 - Google Patents
多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜トランジスタ装置の製造方法Info
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- JPH11126905A JPH11126905A JP28949397A JP28949397A JPH11126905A JP H11126905 A JPH11126905 A JP H11126905A JP 28949397 A JP28949397 A JP 28949397A JP 28949397 A JP28949397 A JP 28949397A JP H11126905 A JPH11126905 A JP H11126905A
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Abstract
荷を増大することなく、非晶質半導体膜にレーザビーム
を照射して均一性、結晶性共に優れた多結晶半導体膜を
得、このような多結晶半導体膜を用い、電界効果移動度
の高いTFTを得ることにより、大画面LCDの駆動回
路への適用の実現化を図る。 【解決手段】 絶縁基板10上に成膜されるa−Si1
3の膜厚tを500[オングストローム]≦t≦800
[オングストローム]とし、絶縁基板10を加熱温度T
(T≦350℃)と成る様に加熱し、(式1)で規定さ
れるエネルギー密度F[mJ/cm2 ]にてa−Si13
をビームアニールして、レーザ発振器の負荷を増大する
ことなく、均一性、結晶性共に優れたp−Si12を得
る。
Description
ーザアニールして多結晶半導体膜を得る多結晶半導体膜
の製造方法及びこのようにして得られた多結晶半導体膜
を用いて成る薄膜トランジスタ装置の製造方法に関す
る。
Dと略称する。)のスイッチング素子として、ガラスや
石英等の絶縁基板上に多結晶シリコン半導体薄膜(以下
p−Siと略称する。)を形成し、これをチャネル層と
するp−Si薄膜トランジスタ(以下p−SiTFTと
略称する。)の開発が進められている。
出来る事から、従来、絶縁基板上に成膜される非晶質シ
リコン半導体薄膜(以下a−Siと略称する。)に対し
て均一な強度のレーザービームを照射し、その溶融再結
晶化をおこないp−Siを得るレーザーアニール法の実
用化が図られていた。
は、ライン状のレーザビームを走査することで大面積基
板を容易に再結晶化可能とされる。しかし液晶表示装置
の更なる大型化に応じるための基板の一層の大面積化に
伴い、更にレーザビームのラインを長くする事が必要と
なり、より高エネルギーのレーザ発振器が要求される
が、レーザー発振器の更なる高エネルギー化は技術的に
難しくその実用化が妨げられていた。
ムを照射して、a−Siを融点まで到達させるのに必要
なレーザービームの照射エネルギー密度を低下させてレ
ーザ発振器の負荷を軽減することにより、レーザー発振
器の照射エネルギーを増大することなく更なる基板の大
面積化を図る改善技術も検討されている。この改善技術
は(J.J.A.P .Vol.31(1992)pp. 4550〜4554)に開示さ
れるように基板が加熱されていることから、基板方向へ
の熱の拡散が抑制され、再結晶化時の半導体膜の固化時
間が遅延され、半導体膜の結晶の均一性を向上させると
いう効果も奏するとされている。
均一性、結晶性共に優れたp−Siを形成することの出
来る照射エネルギー密度は、絶縁基板の加熱温度及びa
−Siの膜厚に大きく依存する。このため、レーザーア
ニール時、設定された絶縁基板の加熱温度及びa−Si
の膜厚にそれぞれ適した照射エネルギー密度を選択しな
いと、p−Siの均一性、結晶性が損なわれるという問
題を生じていた。
度より高い照射エネルギー密度のレーザービームをa−
Siに照射すると、0.1μm以下の微小結晶が形成さ
れ、結晶粒径の均一性が著しく低下する一方、照射エネ
ルギー密度が小さすぎると粒径の小さな結晶しか形成さ
れないという現象も生じていた。そしてこのような微小
結晶或いは粒径の小さな結晶を含む再結晶半導体膜を用
いてTFTを作製すると、電界効果移動度等の電気的特
性が著しく損なわれ、又同一基板内での特性のばらつき
が非常に大きくなり、TFTを用いた高性能のLCDの
実用化が妨げられていた。
Siをレーザーアニール法にて溶融再結晶化してp−S
iを形成する際に、基板の大面積化に拘わらずレーザ発
振器の高エネルギー化を必要とせず、しかも均一性、結
晶性共に優れた半導体膜を形成可能とし、高性能のLC
Dの実用化を図る多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜ト
ランジスタ装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
するため、絶縁基板上に非晶質半導体膜を成膜する工程
と、この非晶質半導体膜の膜厚tを500[オングスト
ローム]≦t≦800[オングストローム]、前記絶縁
基板加熱温度TをT≦350℃とした時に、前記非晶質
半導体膜を
ビームアニールする工程とを実施し、前記非晶質半導体
膜を多結晶半導体膜に結晶化するものである。
の加熱温度及び非晶質半導体膜の膜厚に応じてレーザー
ビームの照射エネルギー密度を所定範囲に規定する事に
より、レーザーアニール法による多結晶半導体膜の形成
時、レーザ発振器の高エネルギー化を必要とすることな
く基板の大面積化を可能にするとともに、均一性、結晶
性共に優れた多結晶半導体膜を得ることにより、所望の
高電界効果移動度を有するp−SiTFTを製造可能と
し、高性能LCDの実用化を図ることを目的とする。
法により均一性、結晶性共に優れたp−Siを形成する
ことの出来る照射エネルギー密度が、絶縁基板の加熱温
度及びa−Siの膜厚に大きく依存し、レーザーアニー
ル時、設定される絶縁基板の加熱温度及びa−Siの膜
厚に適した照射エネルギー密度を選択しないとp−Si
の均一性、結晶性が損なわれるということから、任意の
絶縁基板の加熱温度及びa−Siの膜厚毎に、レーザー
ビームのエネルギー密度を変化させながら、多結晶半導
体膜を得る実験を行った。
0[nm]の酸化シリコン(SiO2 )膜からなるアン
ダーコート層を介して800オングストローム厚のa−
Siを成膜し、絶縁基板温度を100℃、200℃、3
00℃、350℃に変化しながら、各温度毎に、レーザ
ービームの照射エネルギー密度を250[mJ/cm2 ]
乃至500[mJ/cm2 ]まで変化させて、微小結晶を
発生しない上限のレーザービームの照射エネルギー密度
を調べた。この結果、図1に示す様に、レーザービーム
の照射エネルギー密度をFとすると、 F=−0.25T+490[mJ/cm2 ] 以下であれば、微小結晶或いは粒径の小さな結晶を発生
しない事が判明した。
て、絶縁基板上のa−Siの膜厚のみを500オングス
トロームに変え、絶縁基板温度を100℃、200℃、
300℃、350℃に変化しながら、各温度毎に、レー
ザービームの照射エネルギー密度を250[mJ/c
m2 ]乃至500[mJ/cm2 ]まで変化させて、微小
結晶を発生しない上限のレーザービームのエネルギー密
度を調べたところ、図2に示す様に、レーザービームの
エネルギー密度をFとすると、 F=−0.15T+375[mJ/cm2 ] 以下であれば、微小結晶或いは粒径の小さな結晶を発生
しない事が判明した。
度及びa−Siの膜厚毎に、レーザービームの照射エネ
ルギー密度を変化させ、得られた多結晶半導体膜を用い
て、LCDの駆動回路として利用可能な電界効果移動度
50cm2 /V・s以上のTFTを得られる下限のレーザ
ービームの照射エネルギー密度を調べた。
m]の酸化シリコン(SiO2 )膜からなるアンダーコ
ート層を介してa−Siの膜厚を800オングストロー
ム形成した場合は、図3の直線(イ)に示す様に、レー
ザービームの照射エネルギー密度をFとすると、 F=−0.075T+325[mJ/cm2 ] 以上であれば利用可能な電界効果移動度を得られる事が
判明した。
直線(イ)及び点線(ロ)で示す −0.075T+325[mJ/cm2 ]≦F≦−0.2
5T+490[mJ/cm2 ] の範囲であれば、再結晶時、微小結晶を発生せず、また
良好な電界効果移動度を得られる結果を得られた。
て、絶縁基板上のa−Siの膜厚のみを500オングス
トロームに変え、絶縁基板温度及びレーザービームの照
射エネルギー密度を変化させて、得られた多結晶半導体
膜を用いて、電界効果移動度50cm2 /V・s以上のT
FTを得られる下限のレーザービームの照射エネルギー
密度を調べたところ、図4の直線(イ)に示す様に、レ
ーザービームの照射エネルギー密度をFとすると、 F=−0.075T+275[mJ/cm2 ] 以上であれば利用可能な電界効果移動度を得られる事が
判明した。
示す −0.075T+275[mJ/cm2 ]≦F≦−0.1
5T+375[mJ/cm2 ] の範囲であれば、再結晶時、微小結晶を発生せず、また
良好な電界効果移動度を得られる結果を得られた。
ンダーコート層を変え同様の実験を行った。即ち、絶縁
基板上に厚さ400[nm]の酸化シリコン(Si
O2 )膜からなるアンダーコート層及び、厚さ100
[nm]のa−Siからなる遮光膜更には、厚さ100
[nm]の窒化シリコン(SiNy)膜からなる絶縁膜
を形成した上に膜厚500オングストロームのa−Si
を形成し、(実験4)と同様に、絶縁基板温度及びレー
ザービームの照射エネルギー密度を変化させて、得られ
た多結晶半導体膜を用いて、電界効果移動度50cm2 /
V・s以上のTFTを得られる下限のレーザービームの
照射エネルギー密度を調べたところ、図5の直線(イ)
に示す様に、レーザービームの照射エネルギー密度をF
とすると、(実験4)と全く同様に、 F=−0.075T+275[mJ/cm2 ] 以上であれば利用可能な電界効果移動度を得られる事が
判明した。
異なるものの、図5の直線(イ)及び点線(ロ)で示す −0.075T+275[mJ/cm2 ]≦F≦−0.1
5T+375[mJ/cm2 ] の範囲であれば、再結晶時、微小結晶を発生せず、また
良好な電界効果移動度を得られる結果を得られた。
ら、非晶質半導体膜の膜厚tを500[オングストロー
ム]≦t≦800[オングストローム]、絶縁基板加熱
温度TをT≦350℃とした時に、非晶質半導体膜に照
射するレーザービームの照射エネルギー密度Fを、
さな結晶を発生せず、又、LCDの駆動回路として利用
可能な電界効果移動度を得られる事が判明した。
実施の形態を図6を参照して説明する。図6は、絶縁基
板10上に酸化シリコン(SiO2 )膜からなるアンダ
ーコート層11を介し形成されるp−Si12を示す概
略断面図である。
る。500mm×400mmの大型のアルカリガラスからな
る絶縁基板10上に酸化シリコン(SiO2 )膜を常圧
CVD法により400[nm]成膜し、アンダーコート
層11を形成した後、プラズマCVD法によりa−Si
13を800オングストローム形成する。その後、50
0℃で1時間アニールし、a−Si13内の水素(H)
濃度を低減する。次いで絶縁基板10を加熱温度T(T
≦350℃)と成る様に加熱し、エキシマレーザ(図示
せず)によるレーザービームの照射エネルギー密度F
を、
5T+490[mJ/cm2 ] と成る範囲に規定し、波長308(XeCl)、パルス幅25
nsecで1個所当たり10パルス照射されるよう絶縁基板
10上を走査しながらa−Si13をビームアニールし
て、p−Si12に再結晶化して、p−SiTFTに用
いるp−Siの半導体層を形成する。
することから、エキシマレーザの出力を増大することな
く、大型の絶縁基板10上に成膜されるa−Si13を
レーザアニールして、p−Si12を得られ、しかもp
−Si12中に、微小結晶或いは粒径の小さな結晶が発
生されることなく、均一性、結晶性共に優れたp−Si
12を得られ、このようなp−Si12を半導体層に用
いれば、電界効果移動度の高いp−SiTFTを得ら
れ、大画面且つ高性能のLCDの駆動回路への適用を実
現可能と成る。
べる。この第2の実施の形態は、a−Siの膜厚を50
0オングストロームとする以外は、上記第1の実施の形
態と同様のものである。そして、a−Siをp−Siに
再結晶化する際には、絶縁基板を加熱温度T(T≦35
0℃)と成る様に加熱し、a−Siの膜厚に適する様、
エキシマレーザ(図示せず)によるレーザービームの照
射エネルギー密度Fを、
5T+375[mJ/cm2 ] と成る範囲に規定し、波長308(XeCl)、パルス幅25
nsecで1個所当たり10パルス照射されるよう絶縁基板
10上を走査しながらa−Siをビームアニールして、
p−Si12に再結晶化して、p−SiTFTに用いる
p−Siの半導体層を形成する。
同様、大面積であってもa−Siのレーザアニール時、
絶縁基板を加熱することから、エキシマレーザの出力を
増大することなく、又微小結晶或いは粒径の小さな結晶
が発生されることなく均一性、結晶性共に優れたp−S
iを得られ、このようなp−Siを半導体層とすること
により電界移動度の高いp−SiTFTを得られ、大画
面且つ高性能のLCD駆動回路への適用を実現可能と成
る。
図8を参照して説明する。図7は、絶縁基板15上に酸
化シリコン(SiO2 )膜からなるアンダーコート層1
6を介し形成されるp−Si17を半導体層とするトッ
プゲート型のp−SiTFT18を示す概略断面図であ
り、p−Si17は、チャネル領域17−1、リン
(P)イオンがドーピングされるソース・ドレイン領域
17−2、17−3を構成している。p−Si17上に
はゲート絶縁膜20を介しゲート電極21が形成され、
更に層間絶縁膜22を介し、ソース電極23、ドレイン
電極24が形成されている。
る。第1の実施の形態と同様にして、500mm×400
mmの大型のアルカリガラスからなる絶縁基板15上に厚
さ400[nm]のアンダーコート層16を形成し、そ
の後a−Si(図示せず)を800オングストローム形
成し、更に、500℃で1時間アニールし、a−Si内
の水素(H)濃度を低減した後、絶縁基板15を加熱温
度T(T≦350℃)と成る様に加熱し、エキシマレー
ザ(図示せず)によるレーザービームの照射エネルギー
密度Fを、
5T+490[mJ/cm2 ] と成る範囲に規定し、波長308(XeCl)、パルス幅25
nsecで1個所当たり10パルス照射されるよう絶縁基板
15上を走査しながらa−Si(図示せず)をビームア
ニールし、再結晶化してp−Si17を形成し、図8
(イ)に示す様にp−SiTFT18に用いる半導体層
を形成する。
を島状にパターニングした後、常圧CVD法により酸化
シリコン(SiO2 )膜からなるゲート絶縁膜20を形
成する。次に図8(ハ)に示す様にモリブデン(Mo)
やタンタル(Ta)等の高融点金属或いは、リン(P)
イオン等をドープしたp−Siからなるゲート電極膜を
成膜し、パターニングしてゲート電極20を得た後、ゲ
ート電極21をマスクにして、イオンドーピング法によ
りp−Si17のチャネル領域17−1両側にリン
(P)イオンをドーピングして、ソース・ドレイン領域
17−2、17−3を形成する。
より酸化シリコン(SiO2 )膜からなる層間絶縁膜2
2を形成し、コンタクトホール23a,24aを形成す
る。次にスパッタリングによりアルミニウム(Al)膜
を成膜した後、図8(ホ)に示す様にソース電極23、
ドレイン電極24をパターン形成し、p−SiTFT1
8を得る。
ニールしてp−Si17を形成する際、絶縁基板15を
加熱することから、エキシマレーザの出力を増大するこ
となく、大型且つ、均一性、結晶性共に優れたp−Si
17を得られ、このようなp−Si17を用いることに
より、電界移動度の高いp−SiTFT18を製造出来
る事から、大画面且つ高性能のLCDの駆動回路への適
用を実現可能と成る。
べる。この第4の実施の形態は、a−Siの膜厚を50
0オングストロームとする以外は、上記第3の実施の形
態と同様のものである。そして、a−Siをp−Siに
再結晶化する際には、a−Siの膜厚に適する様、絶縁
基板を加熱温度T(T≦350℃)と成る様に加熱し、
エキシマレーザ(図示せず)によるレーザービームの照
射エネルギー密度Fを、
5T+375[mJ/cm2 ] と成る範囲に規定し、波長308(XeCl)、パルス幅25
nsecで1個所当たり10パルス照射されるよう絶縁基板
10上を走査しながらa−Siをビームアニールして、
p−SiTFTに用いる膜厚800オングストロームの
p−Siの半導体層を形成する。
ート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、次いでゲート
電極をマスクにイオンドーピングを行いp−Siの半導
体層にチャネル領域、ソース・ドレイン領域を形成す
る。更に層間絶縁膜を介しソース電極、ドレイン電極を
形成し、p−SiTFTを得る。
同様、a−Siをレーザアニールしてp−Siを形成す
る際、エキシマレーザの出力を増大することなく、大型
且つ、均一性、結晶性共に優れたp−Siを得られ、ひ
いては電界移動度の高いp−SiTFTを製造出来る事
から、大画面且つ高性能のLCDの駆動回路への適用を
実現可能と成る。
図10を参照して説明する。本実施の形態は、第4の実
施の形態の絶縁基板及びp−Siの間に、アンダーコー
ト層以外に更に遮光膜及び絶縁膜を設けるものであり、
他は第4の実施の形態と同一とされる。即ち、図9に示
すように、500mm×400mmの大型のアルカリガラス
からなる絶縁基板26上には、酸化シリコン(Si
O2 )膜からなるアンダーコート層27、遮光膜として
のa−Si28及び、窒化シリコン(SiNy)からな
る絶縁膜30を介して、形成されるp−Si31を半導
体層とするトップゲート型のp−SiTFT32が形成
されている。31−1はチャネル領域、31−2、31
−3は、チャネル領域31−1両側にてp−Si31に
リン(P)イオンをドーピングして成るソース・ドレイ
ン領域である。p−Si31上にはゲート絶縁膜33を
介しゲート電極34が形成され、更に層間絶縁膜36を
介し、ソース電極37、ドレイン電極38が形成されて
いる。
る。500mm×400mmの大型のアルカリガラスからな
る絶縁基板26上に厚さ400[nm]のアンダーコー
ト層27を形成し、次いでプラズマCVD法により厚さ
100[nm]のa−Si28及び厚さ100[nm]
の絶縁膜30を成膜し、その後a−Si(図示せず)を
500オングストローム形成し、更に、500℃で1時
間アニールし、a−Si内の水素(H)濃度を低減した
後、絶縁基板26を加熱温度T(T≦350℃)と成る
様に加熱し、エキシマレーザ(図示せず)によるレーザ
ービームの照射エネルギー密度Fを、
5T+375[mJ/cm2 ] と成る範囲に規定し、波長308(XeCl)、パルス幅25
nsecで1個所当たり10パルス照射されるよう絶縁基板
26上を走査しながら絶縁膜30上のa−Si(図示せ
ず)をビームアニールし、再結晶化してp−Si31を
形成し、図10(イ)に示す様にp−SiTFT32に
用いる半導体層を形成する。
1を島状にパターニングした後、常圧CVD法により酸
化シリコン(SiO2 )膜からなるゲート絶縁膜33を
形成する。次に図10(ハ)に示す様にモリブデン(M
o)やタンタル(Ta)等の高融点金属或いは、リン
(P)イオン等をドープしたp−Siからなるゲート電
極膜を成膜し、パターニングしてゲート電極34を得た
後、ゲート電極34をマスクにして、イオンドーピング
法によりp−Si31のチャネル領域31−1両側にリ
ン(P)イオンをドーピングして、ソース・ドレイン領
域31−2、31−3を形成する。
により酸化シリコン(SiO2 )膜からなる層間絶縁膜
36を形成し、コンタクトホール37a,38aを形成
する。次にスパッタリングによりアルミニウム(Al)
膜を成膜した後、図10(ホ)に示す様にソース電極3
7、ドレイン電極38をパターン形成し、p−SiTF
T32を得る。
ニールしてp−Si31を形成する際、エキシマレーザ
の出力を増大することなく、大型且つ、均一性、結晶性
共に優れたp−Si31を得られ、このようなp−Si
31を用いて、電界移動度の高いp−SiTFT32を
製造出来る事から、大画面且つ高性能のLCDの駆動回
路への適用を実現可能と成る。
でなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば、絶縁基板のサイズは必要に応じて任委であ
る。又、非晶質半導体膜をレーザアニールして多結晶半
導体膜を得る際に、(式1)が成立するための絶縁基板
の加熱温度TはT≦350℃の範囲であれば任委である
し、非晶質半導体膜の膜厚tも500[オングストロー
ム]≦t≦800[オングストローム]の範囲であれば
限定されない。更にアンダーコート層の材質或いは層厚
や、エキシマレーザの出力やラインの長さあるいは周波
数等も限定されない。
−Siを加熱しながらレーザアニールする際の照射エネ
ルギー密度を、非晶質半導体膜の膜厚t及び絶縁基板加
熱温度Tをファクタとする(式1)に規定する範囲とす
ることにより、非晶質半導体膜の大面積化に拘わらずレ
ーザ発振器の出力の増大を必要とすることなく、再結晶
時、均一性、結晶性共に優れた多結晶半導体膜を得られ
る。従ってこのような多結晶半導体膜を用いる事によ
り、電界効果移動度の高いTFTを得られ、大画面且つ
高性能のLCDの駆動回路への適用が実現可能と成る。
るレーザービームのエネルギー密度の上限を示すグラフ
である。
るレーザービームのエネルギー密度の上限を示すグラフ
である。
るレーザービームのエネルギー密度の上限及び下限を示
すグラフである。
るレーザービームのエネルギー密度の上限及び下限を示
すグラフである。
るレーザービームのエネルギー密度の上限及び下限を示
すグラフである。
されるp−Siを示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
製造工程を示し(イ)はそのp−Si形成時、(ロ)は
そのゲート絶縁膜形成時、(ハ)はそのイオンドーピン
グ時、(ニ)はそのコンタクトホール形成時、(ホ)は
そのソース電極、ドレイン電極形成時を示す概略説明図
である。
示す概略断面図である。
の製造工程を示し(イ)はそのp−Si形成時、(ロ)
はそのゲート絶縁膜形成時、(ハ)はそのイオンドーピ
ング時、(ニ)はそのコンタクトホール形成時、(ホ)
はそのソース電極、ドレイン電極形成時を示す概略説明
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 絶縁基板上に非晶質半導体膜を成膜する
工程と、この非晶質半導体膜の膜厚tを500[オング
ストローム]≦t≦800[オングストローム]、前記
絶縁基板加熱温度TをT≦350℃とした時に、前記非
晶質半導体膜を 【数1】 で規定される照射エネルギー密度F[mJ/cm2 ]にて
ビームアニールする工程とを実施し、前記非晶質半導体
膜を多結晶半導体膜に結晶化する事を特徴とする多結晶
半導体膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28949397A JPH11126905A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜トランジスタ装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28949397A JPH11126905A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜トランジスタ装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11126905A true JPH11126905A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17743997
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28949397A Pending JPH11126905A (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 多結晶半導体膜の製造方法及び薄膜トランジスタ装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11126905A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009016742A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Nec Lcd Technologies Ltd | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-10-22 JP JP28949397A patent/JPH11126905A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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