DE3003911A1

DE3003911A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3003911A1
Application number: DE19803003911
Authority: DE
Inventors: Bernard Pierre Roger
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1980-02-02
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2043342A; IT8019838A0; JPS55111160A; US4360822A; NL8000830A; FR2449333B1; IE800257L; JPH0221147B2; FR2449333A1; DE3003911C2; GB2043342B; AU5536880A; IT1140550B; SE8001042L

Description

18-12-1979 * PHF 79508

Halbleiteranordnung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer praktisch flachen Oberfläche mit einem Substratgebiet von einem ersten Leitungstyp, einer darauf liegenden ersten epitak— tischen Schicht vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp und einer darauf liegenden zweiten epitaktischen Schicht vom ersten Leitungstyp, wobei diese Anordnung einen Halbleiterwiderstand enthält, der eine sich von der Oberfläche bis in die erste epitaktische Schicht erstreckende streifenförmige Widerstandszone vom zweiten Leitungstyp mit einer die der ersten epitaktischen Schicht überschreitenden Dotierungskonzentration, die zwischen z.wei parallel verlaufenden sich von der Oberfläche bis in das Substratgebiet erstreckenden Nuten liegt, und eine in dieser Wider— standszone erzeugte an die Oberfläche grenzende streifenförmige Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp enthält, die innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von der Widerstandszone umgeben ist.

Eine Halbleiteranordnung mit einem HaIbleiterwiderstand der beschriebenen Art ist aus der offen— gelegten französischen Patentanmeldung 2.335·957 von RTC Compelec bekannt, deren Prioritätsdatum der 17·Dezember 1975 ist. Darin ist eine integrierte Darlingtonschaltung . beschrieben, bei der der genannte Halbleiterwiderstand die Basiszonen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors miteinander verbindet. Dieser Widerstand ist in Zickzackform angebracht. Es sei darauf hingewiesen, dass die genannten parallel verlaufenden Nuten als parallel betrachtet werden, wenn ihr kürzester gegenseitiger Abstand überall praktisch gleich ist. Sie brauchen dabei jedoch nicht geradlinig zu verlaufen.

Es hat sich als schwierig erwiesen, diesem Widerstand einen genau bestimmten und reproduzierbaren

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Wert zu erteilen, was aber namentlich bei derartigen integrierten Darlingtonschaltungen unbedingt notwendig ist.

Diese Schwierigkeit ist der Tatsache zuzuschreiben, dass der Widerstand zu beiden Seiten der Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp einen an die Oberfläche 5

und an die Nut grenzenden Teil der Widerstandszone enthält, dessen Querschnitt sich schwer mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmen lässt. Diese Genauigkeit hängt.ja von der Genauigkeit ab, mit der die Nuten geätzt werden können; dies im Gegensatz zu den Dotierungen, den Tiefen und der Ausdehnung der unterschiedlichen Halbleitergebiete, die den Widerstand weiter definieren und die wohl genau beherrscht werden können.

So beträgt in einem praktischen Fall die

Nutenbreite auf der Oberseite 80 /um bis 100 /um, wobei Il

diese Breite Abweichungen von 5 /um bis 20 /um infolge von Abweichungen im Ätzvorgang aufweisen kann, wobei auch die Toleranz der Ätzmaske (mindestens 5 /um) von Bedeutung ist. Die sich zu beiden Seiten der Oberflächenzone erstreckenden Teile der Widerstandszone, die im hier beschriebenen praktischen Fall je eine Breite von 10 /tun bis 15 /um aufweisen müssten, können daher sehr grosse gegenseitige Abweichungen aufweisen. In einem extremen Fall kann die Nut sogar die Oberflächenzone berühren, wodurch wenigstens einer der seitlichen Teile der Widerstandszone verschwindet. Die genannten Abweichungen im Querschnitt der seitlichen Teile der Widerstandszone können zu unzulässigen Abweichungen in dem Halbleiterwiderstand führen.

Die Erfindung hat u.a. die Aufgabe, eine

abgeänderte Struktur des beschriebenen Halbleiterwiderstan-30

des anzugeben, wodurch der Widerstand mit grosser Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann.

Eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art ist daher nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Widers-tandszone seitlich von den Nuten 35

durch ein Gebiet vom ersten Leitungstyp getrennt ist.

Dadurch, dass die Nut nach der Erfindung nicht in der Widerstandszone, sondern in dem Material des

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Gebietes vom ersten Leitungstyp gebildet wird, grenzt der zu beiden Seiten der Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp liegende Teil der Widerstandszone nicht mehr an die Wände der Nuten und kann also nicht mehr vom Ätzvorgang

beeinflusst werden. Dadurch können die obengenannten seitb

liehen Teile des Widerstandes und damit der ganze. Widerstand mit grosser Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hergestellt werden.

Ausserdem besteht nun nicht mehr die Gefahr,

_ln dass die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp am Rande der Nuten durch den Itzvorgang freigelegt wird. Die Erschöpfungszone des pn—Übergangs zwischen der Widerstandszone und dem angrenzenden Halbleitermaterial kann dadurch die Nut nicht erreichen, so dass Oberflächendurchbruch ver-

... mieden wird. Die verhältnismässig hohe Dotierungskonzentration der Widerstandszone bildet bereits eine Sperre gegen Ausbreitung der genannten Erschöpfungszone. Diese könnte sich zwar im genannten Gebiet vom ersten Leitungstyp zwischen den Nuten und der Widerstandszone ausbreiten, aber

„_ dies ist nicht bedenklich, sofern dieses Gebiet auf schwebendem Potential gehalten wird.

Das Gebiet vom ersten Leitungstyp wird mit

Vorteil durch einen Teil der zweiten epitaktischen Schicht gebildet und erstreckt sich vorzugsweise über nahezu die

»_ ganze Länge des Halbleiterwiderstandes, wodurch eine optimale Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht wird. Weiter erstreckt sich auch die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp vorzugsweise über nahezu die ganze Länge des Widerstandes, wodurch hohe Widerstandswerte erreicht wer—

„_n den können.

Die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp

kann auf schwebendem Potential gehalten oder mit einem anderen Element der Anordnung verbunden werden.

Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung in einer Darlingtonschaltung, bei der die erste epitaktische Schicht die Basiszonen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors enthält und die zweite epitaktische Schicht einen Teil der Emitterzonen dieser Transistoren

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bildet, wobei der genannte Widerstand die Basiszonen miteinander verbindet. Die Oberflächenzone' vom ersten Leitungs— typ kann dann vorteilhafterweise elektrisch mit einem hochdotierten Teil der Emitterzone des Eingangstransistors über g die zweite epitaktische Schicht verbunden sein.

¥eiter kann vorteilhafterweise ein Leiter,

der auf der Oberfläche die Emitterzone des Eingangstransistors der Darlingtonschaltung mit der Basiszone des Ausgangs— transistors verbindet, sich an die Oberflächenzone vom er— ig sten Leitungstyp anschliessen. Dieser Leiter kann dadurch, wie nachstehend noch beschrieben wird, praktisch völlig auf einer flachen Oberfläche zu liegen kommen, wodurch Bruch infolge zu grosser Stufen vermieden wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in

J₅ der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines Darlingtonverstärkers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein© Ausführungsform eines integrierten Darlingtonverstärkers, dessen Widerstand zwischen den Basis-Elektroden der beiden Transistoren nach der Erfindung aufgebaut ist,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2, und

Fig. K in vergrössertem Masstab einen Teil der Fig. 3j und zwar den Teil, der sich zwischen den vertikalen Linien IV-IV befindet.

Es sei bemerkt, dass in den Figuren 2, 3 und k die der Wirklichkeit entsprechenden geometrischen Verhältnisse zwischen den unterschiedlichen Elementen, die zusammen den Verstärker bilden, nicht eingehalten werden. Der Teil, der den Widerstand enthält, der zwischen den Basiszonen der Transistoren vorhanden ist, ist nämlich breiter dargestellt. Badurch konnte die Figur in dem Teil, in dem die Erfindung verwirklicht wurde, deutlicher gemacht werden.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Darlingtonverstärker enthält einen Eingangstransistor T^ und

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einen Ausgangstransistor T„. Die Figur zeigt, dass auf bekannte Weise die Emitterzone des Transistors T₁ mit der Basiszone des Transistors T„ verbunden ist, dass die Kollek— torzonen der beiden Transistoren miteinander verbunden sind,

_ dass die Basiszone des Transistors T₁ mit der Eingangsklemme E verbunden ist und dass die Emitterzone des Transistors T„ mit der Ausgangsklemme S des Verstärkers verbunden ist. Ein erster Widerstand R₁ ist zu dem Emitter-Basis-Ubergang des Transistors T₁ parallelgeschaltet. Die Weise, auf die der

_in genannte Widerstand ausgeführt ist, bildet den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ein zweiter Widerstand R_? ist zu dem Emitter-Basis-Ubergang des Transistors T„ parallelgeschaltet. Im vorliegenden Fall handeis es sich um npn— Transistoren T₁ und T_.

_1K Der in den Figuren 2 und 3 gezeigte Ver—

stärker, der einen Eingangs transistor T₁ und einen Ausgangstransistor T„ enthält, ist in einem Halbleiterkörper 1 hergestellt. Von der unteren Fläche 1A zu der oberen Fläche 1B gerechnet, enthält der Körper 1 zunächst ein hochdotier- __ tes Substrat 10 von einem ersten Leitungstyp, auf dem sich ein epitaktisches Substratgebiet 11 befindet, das ebenfalls vom ersten Leitungstyp ist, aber eine niedrigere Dotierung als das Substrat 10 aufweist. Auf dem Substratgebiet 11 ist eine erste verhältnismässig niedrig dotierte epitaktische Schicht 12 vom zweiten Leitungstyp abgelagert, auf der eine zweite ebenfalls verhältnismässig niedrig dotierte epitaktische Schicht 13 vom ersten Leitungstyp abgelagert ist.

Die Gebiete 10 und 11 bilden die den beiden

Transistoren gemeinsame Kollektorzone, ου

Nuten 3OA und 3OB, die von der oberen Fläche 1B her gebildet sind und sich bis in das Substratgebiet, und zwar bis in das hochdotierte Gebiet 10 erstrecken, dienen zur gegenseitigen Trennung bestimmter Teile der Schichten 12 und 13 Teile 112 und 212 der Schicht 12 bilden

die Basiszonen der Transistoren T₁ bzw. T„ und Teile 113 und 213 der Schicht I3 bilden Teile der Emitterzonen dieser Transistoren T₁ bzw. T„.

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Die Basiszonen sind mit Oberflächenleitem

über hochdotierte Verbindungszonen vom zweiten Leitungstyp verbunden: die Zone \k verbindet die Basiszone 112 mit dem Leiter 15» während die Zone 2k die Basiszone 212 mit dem Leiter 25 verbindet.

¥eiter ist ein Oberflächenleiter 18 auf

einer hochdotierten Oberflächenzone 17 angebracht, die in der Emitterzone 113 des Transistors T₁ gebildet ist. Auch ist ein Oberflächenleiter 28 auf einer hochdotierten Oberflächenzone 27 angebracht, die in der Emitterzone 213 des Transistors T_ gebildet ist.

Wie aus der Draufsicht nach Fig. 2 hervorgeht, wird die Verbindungszone '\k der Basiszone 112 des Transistors T₁ völlig von der Emitterzone 113 des genannten Transistors umgeben, wobei die genannte Emitterzone teilweise die an die Nut J>Q)k. grenzende Verbindungszone 16 umgibt. Andererseits umgibt die Verbindungszone 2k der Basiszone 212 des Transistors T_? völlig die Emitterzone dieses Transistors.

Die Nuten 3OA und 3OB sind über einen Teil ihrer Länge parallel. In diesem Teil wird zwischen den genannten Nuten eine Mesa 32 gebildet. In der genannten Mesa wird der Widerstand R₁ des Schaltbildes nach Fig. 1 gebildet. ₍

Der Widerstand R₁ wird einerseits durch den die Basiszonen 112 und 212 miteinander verbindenden epi— taktischen Schichtteil 312 und andererseits durch eine Widerstandszone 33 gebildet, die zu dem genannten Teil 312 parallelgeschaltet ist. Diese Widerstandszone wird durch ein Gebiet 33 vom zweiten Leitungstyp gebildet, das sich von der oberen Fläche 1B her bis in die erste epitaktische Schicht 12 erstreckt, in der sich die Widerstandszone 33 an den epitaktischen Schichtteil 312 anschliesst. Die Widerstandszone 33 bildet einen ohmschen Widerstand zwisehen der Verbindungszone 16 des Transistors T₁ und der Verbindungszone 2k des Transistors T~.

Die Widerstandszone 33 umgibt eine Oberflächenzone 3^ vom ersten Leitungstyp, die an die obere

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Fläche 1B grenzt.

Nach der Erfindung ist die Widerstandszone

33 seitlich von den Nuten 3OA und 3OB durch ein Gebiet 35 vom ersten Leitungstyp getrennt.

Das genannte Gebiet 35 ist praktisch in zwei b

Teilgebiete 35A und 35B aufgeteilt, wobei jedes Teilgebiet die Widerstandszone 33 seitlich begrenzt.

Das in die zwei Teilgebiete 35A und 35B aufgeteilte Gebiet 35 bildet selber einen Teil der zweiten epitaktischen Schicht 13· Das genannte Gebiet 35 ist der Rückstand eines Gebietes, das aus der Schicht I3 und aus den nächstliegenden Zonen 16 und 2h besteht, durch die hindurch die Nuten 3OA und 3OB gebildet sind (siehe Fig. h, in der die gestrichelten Linien die Grenzen der Zonen 16,

.f. 2h und des Gebietes 35 vor der Bildung der Nuten angeben) und deren Breite derart gross gewählt wurde, dass die genannten Nuten kein Material der Widerstandszone 33 entfernen würden. In der Praxis wird auf der oberen Fläche 1B einen Abstand von etwa 60 /um zwischen dem Rand der Wider—

2Q standszone 33 und dem Rand der Atzmaske eingehalten (20 /um für normale Unterätzung, +20 /um in bezug auf die maximale Toleranz des Ätzvorgangs, +5 /um in bezug auf die Toleranz für die Positionierung der Maske und +15 /um in bezug auf die Breite für die Teilgebiete 35A bzw. 35B).

_oc In der obenerwähnten aus der erwähnten

französischen Patentanmeldung 2.335*957 bekannten Struktur grenzt die Widerstandszone 33 unmittelbar an die Nuten 3OA und 3OB. Die Breite der zu beiden Seiten der Oberflächenzone jk liegenden Teile der Zone 33 ist direkt von der

_3f) Breite der Nuten und von deren Lage abhängig. Es ist einleuchtend, dass unter diesen Bedingungen der ohmsche Wert des Widerstandes R₁ ungenau und schlecht reproduzierbar ist.

In bezug auf die Struktur nach der Erfindung wird, falls die Erschöpfungszone des Übergangs J (der in der Mesa 32 an der Grenzfläche zwischen dem Gebiet 11 und der Schicht 12 liegt) sich in Richtung auf die Oberfläche 1B bis jenseits der genannten Schicht 12 erstrecken würde, die genannte Erschöpfungszone einerseits das Gebiet

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33 und andererseits das Gebiet 35 erreichen. Das Potential des genannten Gebietes 35> das "schwebend" gehalten wird, würde sich dadurch ändern, aber es würde kein Durchbruch auftreten. »

Obgleich es möglich ist, die Oberflächenzone 3k und die Teilgebiete 35A und 35B in mehrere Teile aufzuspalten, erfolgt dies vorzugsweise nicht und werden sowohl die Zone 3k als auch die Gebiete 35A und 35B über praktisch die ganze Länge der Mesa 32 angebracht.

IQ Die Zone Jk könnte sowohl baulich als auch

elektrisch isoliert werden. In der Draufsicht nach Fig. 2, die einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht, ist die Oberflächenzone 3^ unmittelbar mit der Oberflächenzone 17 (unter dem Leiter 18) verbunden, die in J5 der Emitterzone 113 des Transistors T₁ über eine streifenförmige Halbleiterzone 36 vom ersten Leitungstyp erzeugt ist. In Fig. 2 wird der Streifen 36 von gestrichelten Linien begrenzt, um die drei miteinander verbundenen Teile, und zwar die Zone 17» den Streifen 36 und die Zone 34, deutlieh voneinander zu unterscheiden. Der Oberflächenleiter 18 steht unmittelbar mit dem Streifen 36 und mit der Zone 3h in Kontakt. Der Leiter 18 ist also flach über seine ganze Oberfläche und befindet sich in derselben Ebene wie der Leiter 25 der Basiszone des Transistors T„.

Der Widerstand R~ wird schliesslich (siehe Fig. 1), wie in Fig. 2 angegeben ist, durch eine Fortsetzung 24a der Zone 2k in Richtung auf die Zone 27 (unter dem Leiter 28) gebildet, wobei auf dieser Fortsetzung ein Kontakt mit Hilfe des genannten Leiters 28 der Emitterzone

3Q des Transistors T_ gebildet ist.

Die Anordnung nach der Erfindung kann durch

Anwendung eines in der Halbleitertechniek allgemein bekannten Verfahrens hergestellt werden. So kann der an Hand der Figuren 2, 3 und k beschriebene Verstärker (der z.B. mit npn—Transistoren versehen ist) mit Hilfe der folgenden Verfahrensschritte hergestellt werden (ausgehend von einer Halbleiterscheibe aus η —leitendem Silizium):

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- Epitaktische Ablagerung des η-leitenden Gebietes 11 (Dicke; 20 mm, spezifischer Widerstand p ΞΓ1Ο Sl.cm);

- epitaktische Ablagerung der p—leitenden Schicht 12 ο (Dicke: 10 /um, /^CT ^ Jl .cm);

- epitaktische Ablagerung der η-leitenden Schicht 13 (Dicke: 5 /um, /° "Zi 3 A .cm);

- Diffusion der p-leitenden Zonen 1^, 16, 2^l· und der pleitenden Widerstandszone 33 (Dicke: 6.5 /um, Schichtwiderstand (Rq—100^2 pro Quadrat);

]q - Diffusion der η -leitenden Zonen 17» 27 und der η -leitenden Insel 2,h (Dicke: 2,5 mm bis 3 /um, R_Q O^ 2 51 );

- Ätzung der Nuten 30A und 3OB (Tiefe: C? kO mm, Breite an der Oberfläche: 80 /um bis 100 /um);

- Passivierung durch Erzeugung eines Oxidfilmes 37 auf der Oberfläche 1B und in den Nuten;

- Bildung der Kontaktfenster, und

- Metallisierung und Photoätzung der erzeugten Metallschicht zur Herstellung der Verbindungen; insbesondere: Erzeugung einer Metallisierung 19 auf der unteren Fläche 1A zur Herstellung der Verbindungen mit den Kollektorzonen der Transistoren T₁ und T_p.

Die Breite der Mesa 32 beträgt 130 /um bis

150 mm. Die Breite der Oberflächenzone 3k beträgt 80 mm bis 90 mm. Die Breite der Teilgebiete 35A und 35B ist nicht wichtig, weil diese Teilgebiete keine elektrische Funktion erfüllen. In der Praxis beträgt die genannte Breite 10 /um bis 15 /um.

Die oben angegebenen Zahlenwerte wären etwa

dieselben im Falle eines durch pnp—Transistoren gebildeten Verstärkers.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer praktisch flachen Oberfläche mit einem Substratgebiet von einem .ersten Leitungstyp, einer darauf liegenden ersten epitaktischen Schicht vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp und einer darauf liegenden zweiten epitaktischen Schicht vom ersten Leitungstyp, wobei diese Anordnung einen Halbleiterwiderstand enthält, der eine sich von der Oberfläche bis in die erste epitaktische Schicht erstreckende streifenförmige Widerstandszone vom zweiten Leitungstyp mit einer die der ersten epitaktischen Schicht überschreitenden Dotierungskonzentration, die zwischen zwei parallel verlaufenden sich von der Oberfläche bis in das Substratgebiet erstreckenden Nuten 'liegt, und eine in dieser Widerstandszone erzeugte an die Oberfläche grenzende streifenförmige Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp enthält, die innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von der Tiiderstandszone umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandszone seitlich von den Nuten durch ein Gebiet vom ersten Leitungsfcyp ge— trennt ist.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebiet vom ersten Leitungstyp durch einen Teil der zweiten epitaktischen Schicht gebildet wird.

3· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gebiet vom ersten Leitungstyp sich über nahezu die ganze Länge des Halbleiterwiderstandes erstreckt.
h. Halbleiteranordnung nach einem der vor-

stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp sich über nahezu die ganze Länge des Halbleiterwiderstandes erstreckt.

5. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehen-

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den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Darlingtonschaltung enthält, bei der die erste epitaktische Schicht die Basiszonen des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors enthält und die zweite epitaktische

g Schicht einen Teil der Emitterzonen dieser Transistoren bildet, wobei der genannte Widerstand die Basiszonen miteinander verbindet.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5» dadurch

gekennzeichnet, dass die Oberflächenzone vom ersten Lei—

^q tungstyp mit einem hochdotierten Teil der Emitterzone des Eingangstransistors über die zweite epitaktische Schicht verbunden ist.

7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter, der auf der Ober— fläche die Emitterzone des Eingangstransistors mit der Basiszone des Ausgangstransistors verbindet, sich an die Oberflächenzone vom ersten Leitungstyp anschliesst.

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