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JP2021166253A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2021166253A
JP2021166253A JP2020069238A JP2020069238A JP2021166253A JP 2021166253 A JP2021166253 A JP 2021166253A JP 2020069238 A JP2020069238 A JP 2020069238A JP 2020069238 A JP2020069238 A JP 2020069238A JP 2021166253 A JP2021166253 A JP 2021166253A
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Japan
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region
active layer
layer region
separation
semiconductor device
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JP2020069238A
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和也 足立
Kazuya Adachi
良一 片岡
Ryoichi Kataoka
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Tokai Rika Co Ltd
Original Assignee
Tokai Rika Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a semiconductor device in which the dielectric breakdown in a passivation film can be prevented even if surge flows in an anode wire of pn-junction diode.SOLUTION: A semiconductor device 1 includes a protection element, a first separation region 3A, and a second separation region 3B. The protection element includes a pn-junction diode. The first separation region 3A electrically divides an active layer 22 into a first active layer region 11 where the pn-junction diode is disposed, and a second active layer region 12 where the pn-junction diode is not disposed. The second separation region 3B divides the second active layer region 12 into a third active layer region 12A that is adjacent to the first active layer region 11 through the first separation region 3A, and a fourth active layer region 12B that is adjacent to the third active layer region 12A without being adjacent to the first active layer region 11. Additionally, the potentials of the first separation region 3A and the third active layer region 12A are made inconstant, and the potentials of a supporting substrate 20 and the fourth active layer region 12B are set to be ground potentials.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に保護素子を備えた半導体装置に適用される有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an effective technique applied to a semiconductor device provided with a protective element.

特許文献1には、トレンチ分離構造を有するp型SOI(Silicon On Insulator)基板に形成されたpn接合ダイオードが開示されている。 Patent Document 1 discloses a pn junction diode formed on a p-type SOI (Silicon On Insulator) substrate having a trench separation structure.

p型SOI基板は、下層から順に支持基板、埋込み酸化膜、p型活性層、絶縁層として機能するパッシベーション膜、及び配線層を積層することで構成され、p型活性層にpn接合ダイオードが形成されている。 The p-type SOI substrate is composed of a support substrate, an embedded oxide film, a p-type active layer, a passivation film that functions as an insulating layer, and a wiring layer in this order from the bottom layer, and a pn junction diode is formed on the p-type active layer. Has been done.

こうしたp型SOI基板では支持基板と、トレンチと、トレンチによって分離された、pn接合が形成されるp型活性層領域に隣接する隣接領域とを接地電位に設定し、pn接合面に生じる空乏層の広がりを制御してpn接合ダイオードの耐圧を向上させている。 In such a p-type SOI substrate, the support substrate, the trench, and the adjacent region separated by the trench and adjacent to the p-type active layer region where the pn junction is formed are set to the ground potential, and the depletion layer generated on the pn junction surface is set. The withstand voltage of the pn junction diode is improved by controlling the spread of the pn junction diode.

しかしながら、配線層に位置するpn接合ダイオードのアノード配線にサージが流入すると、パッシベーション膜を介して積層されるアノード配線と隣接領域の電位差がパッシベーション膜の絶縁耐圧を超え、パッシベーション膜の絶縁破壊が発生することがある。 However, when a surge flows into the anode wiring of the pn junction diode located in the wiring layer, the potential difference between the anode wiring laminated via the passivation film and the adjacent region exceeds the insulation breakdown voltage of the passivation film, causing dielectric breakdown of the passivation film. I have something to do.

特開2020−13902号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-13902

本発明は、上記事実を考慮し、pn接合ダイオードのアノード配線にサージが流入した場合であっても、パッシベーション膜における絶縁破壊が発生しないようにすることができる半導体装置を提供する。 In consideration of the above facts, the present invention provides a semiconductor device capable of preventing dielectric breakdown in the passivation film even when a surge flows into the anode wiring of the pn junction diode.

本発明の第1態様に係る半導体装置は、支持基板上に絶縁層を介して活性層が形成された基板の活性層に配置され、アノード領域とカソード領域とのpn接合ダイオードを含んで構成される保護素子と、pn接合ダイオードを分離するように活性層に配置され、活性層をpn接合ダイオードが配置される第1活性層領域とpn接合ダイオードが配置されない第2活性層領域に電気的に分離する第1分離領域と、第2活性層領域を、第1分離領域を介して第1活性層領域に隣接する第3活性層領域と、第1活性層領域とは隣接せずに第3活性層領域に隣接する第4活性層領域に分離する第2分離領域と、を備え、第1分離領域及び第3活性層領域の電位を不定電位とし、支持基板及び第4活性層領域の電位を接地電位とする。 The semiconductor device according to the first aspect of the present invention is arranged in an active layer of a substrate in which an active layer is formed on a support substrate via an insulating layer, and includes a pn junction diode between an anode region and a cathode region. The protective element and the pn junction diode are arranged in the active layer so as to be separated, and the active layer is electrically placed in the first active layer region in which the pn junction diode is arranged and the second active layer region in which the pn junction diode is not arranged. The first separation region to be separated, the second active layer region, the third active layer region adjacent to the first active layer region via the first separation region, and the third active layer region not adjacent to the first active layer region. A second separation region that separates into a fourth active layer region adjacent to the active layer region is provided, the potentials of the first separation region and the third active layer region are set to indefinite potentials, and the potentials of the support substrate and the fourth active layer region are set. Let be the ground potential.

第1態様に係る半導体装置によれば、第1分離領域及び第3活性層領域の電位が不定電位に設定されるため、アノード領域と接続されるアノード配線にサージが流入したとしても、電界効果によって第1分離領域及び第3活性層領域の電位がサージ電圧に追従する。したがって、アノード配線と第1分離領域及び第3活性層領域との電位差が、第1分離領域及び第3活性層領域の電位を接地電位に設定した場合よりも低く抑えられる。結果として、アノード配線と第1分離領域及び第3活性層領域との電位差による絶縁破壊の発生を抑制することができる。また、支持基板及び第4活性層領域の電位は接地電位に設定される。したがって、サージがアノード配線に流入していない通常の状態では、第1分離領域の電位及び第3活性層領域の電位がカップリング効果によって共に接地電位となるように誘導されるため、pn接合ダイオードの電気的特性が維持される。 According to the semiconductor device according to the first aspect, since the potentials of the first separation region and the third active layer region are set to indefinite potentials, even if a surge flows into the anode wiring connected to the anode region, the electric field effect The potentials of the first separation region and the third active layer region follow the surge voltage. Therefore, the potential difference between the anode wiring and the first separation region and the third active layer region is suppressed to be lower than when the potentials of the first separation region and the third active layer region are set to the ground potential. As a result, it is possible to suppress the occurrence of dielectric breakdown due to the potential difference between the anode wiring and the first separation region and the third active layer region. Further, the potentials of the support substrate and the fourth active layer region are set to the ground potential. Therefore, in a normal state where the surge does not flow into the anode wiring, the potential of the first separation region and the potential of the third active layer region are both induced to be ground potentials by the coupling effect, so that the pn junction diode The electrical properties of the are maintained.

第2態様の半導体装置では、第2分離領域を、アノード領域と電気的に接続されるアノード配線が第4活性層領域の上層まで延伸しない位置に配置する。 In the semiconductor device of the second aspect, the second separation region is arranged at a position where the anode wiring electrically connected to the anode region does not extend to the upper layer of the fourth active layer region.

第2態様に係る半導体装置によれば、第4活性層領域の上層にアノード配線が積層されないような位置に第2分離領域が配置される。したがって、第4活性層領域の上層にも積層されているアノード配線にサージが流入した場合よりも、サージが第4活性層領域に形成される素子に与える影響を低減することができる。 According to the semiconductor device according to the second aspect, the second separation region is arranged at a position where the anode wiring is not laminated on the upper layer of the fourth active layer region. Therefore, it is possible to reduce the influence of the surge on the element formed in the fourth active layer region as compared with the case where the surge flows into the anode wiring which is also laminated on the upper layer of the fourth active layer region.

第3態様の半導体装置では、第2分離領域を、第1活性層領域の上層から第3活性層領域の上層に延伸するアノード配線の延伸方向に沿って、アノード配線から20μm以上離れた位置に配置する。 In the semiconductor device of the third aspect, the second separation region is located at a position separated from the anode wiring by 20 μm or more along the stretching direction of the anode wiring extending from the upper layer of the first active layer region to the upper layer of the third active layer region. Deploy.

第3態様に係る半導体装置によれば、第2分離領域をアノード配線に近づける程、1枚のSOI基板に、より多くの素子を形成することが可能になるが、あえてアノード配線から20μm以上離れた位置に第2分離領域を配置する。第2分離領域をアノード配線に近づけ過ぎると、アノード配線にサージが流入した場合、第3活性層領域と第4活性層領域の電位差が第2分離領域の絶縁耐圧を超え、第2分離領域の絶縁破壊を引き起こすことがある。しかしながら、アノード配線から20μm以上離れた位置に第2分離領域を配置することで、アノード配線にサージが流入した場合であっても、パッシベーション膜に加え、第2分離領域の絶縁破壊を抑制することができるようになる。 According to the semiconductor device according to the third aspect, the closer the second separation region is to the anode wiring, the more elements can be formed on one SOI substrate, but the distance from the anode wiring is intentionally 20 μm or more. The second separation region is arranged at the above position. If the second separation region is too close to the anode wiring, when a surge flows into the anode wiring, the potential difference between the third active layer region and the fourth active layer region exceeds the dielectric strength of the second separation region, and the second separation region May cause dielectric breakdown. However, by arranging the second separation region at a position 20 μm or more away from the anode wiring, even if a surge flows into the anode wiring, in addition to the passivation film, dielectric breakdown of the second separation region can be suppressed. Will be able to.

第4態様の半導体装置では、アノード配線の配線パターンの角が鈍角になるように形成する。 In the semiconductor device of the fourth aspect, the corners of the wiring pattern of the anode wiring are formed so as to be obtuse.

アノード配線にサージが流入した場合、アノード配線の角の電界密度はアノード配線の他の部分の電界密度に比べて高くなる。すなわち、アノード配線の配線パターンの角を鈍角にすることで、アノード配線の配線パターンの角に生じる電界密度が、90度以下の角度で構成される配線パターンの角に生じる電界密度より低くなる。したがって、第4態様に係る半導体装置によれば、アノード配線の配線パターンに90度以下の角度で構成される角が存在する場合と比較して、サージの流入によるアノード配線とアノード配線の直下に位置する第3活性層領域との電位差を低減することができる。 When a surge flows into the anode wiring, the electric field density at the corner of the anode wiring becomes higher than the electric field density of other parts of the anode wiring. That is, by making the angle of the wiring pattern of the anode wiring obtuse, the electric field density generated at the corner of the wiring pattern of the anode wiring becomes lower than the electric field density generated at the corner of the wiring pattern composed of an angle of 90 degrees or less. Therefore, according to the semiconductor device according to the fourth aspect, as compared with the case where the wiring pattern of the anode wiring has an angle formed by an angle of 90 degrees or less, the anode wiring and the anode wiring are directly under the anode wiring due to the inflow of surge. The potential difference from the located third active layer region can be reduced.

本発明によれば、pn接合ダイオードのアノード配線にサージが流入した場合であっても、パッシベーション膜における絶縁破壊が発生しないようにすることができる半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of preventing dielectric breakdown in the passivation film even when a surge flows into the anode wiring of the pn junction diode.

本発明の形態に係る半導体装置の要部構成例を概略的に示す断面構造図である。It is sectional drawing which shows schematic | composition example of the main part of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 半導体装置のアノード配線にサージ電圧を印加した場合の半導体装置における電位分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the potential distribution in a semiconductor device when a surge voltage is applied to the anode wiring of a semiconductor device. 半導体装置のアノード配線にサージ電圧を印加した場合の半導体装置における2地点間の電位差の変化例を示すグラフである。It is a graph which shows the change example of the potential difference between two points in a semiconductor device when a surge voltage is applied to the anode wiring of a semiconductor device. アノード配線の端部からの距離を変化させた場合における第2電位差の変化例を示すグラフである。It is a graph which shows the change example of the 2nd potential difference when the distance from the end of the anode wiring is changed.

以下、本実施の形態について図1〜図4を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The same components are given the same reference numerals throughout the drawings, and duplicate description will be omitted.

図1は、本実施の形態に係る半導体装置1をX軸方向(厚さ方向という)に切断した場合の断面構造図の一例を示す図である。図1に示す断面構造図では、半導体装置1の要部構成例を概略的に示している。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure diagram when the semiconductor device 1 according to the present embodiment is cut in the X-axis direction (referred to as the thickness direction). The cross-sectional structure diagram shown in FIG. 1 schematically shows a configuration example of a main part of the semiconductor device 1.

半導体装置1は基板(半導体ペレット又は半導体チップ)2を主体に構成されている。基板2にはSOI基板が使用されている。すなわち、基板2は、導電性を有する支持基板20と、支持基板20上に形成された絶縁層21と、絶縁層21上に形成された活性層22とを順次積層した構造を有する。 The semiconductor device 1 is mainly composed of a substrate (semiconductor pellet or semiconductor chip) 2. An SOI substrate is used for the substrate 2. That is, the substrate 2 has a structure in which a conductive support substrate 20, an insulating layer 21 formed on the support substrate 20, and an active layer 22 formed on the insulating layer 21 are sequentially laminated.

支持基板20は、例えばシリコン単結晶基板により形成され、低不純物密度のp型に設定されている。なお、支持基板20は、中不純物密度又は高不純物密度のp型に設定されてもよく、又はn型に設定されてもよい。 The support substrate 20 is formed of, for example, a silicon single crystal substrate, and is set to a p-type having a low impurity density. The support substrate 20 may be set to a p-type having a medium impurity density or a high impurity density, or may be set to an n-type.

絶縁層21は、埋込み酸化膜(BOX:Buried Oxide)として形成され、具体的にはシリコン酸化膜により形成される。絶縁層21は、例えばイオン注入法を用いて支持基板20の内部に酸素を注入し、支持基板20内部のシリコンを部分的に酸化させることにより形成される。 The insulating layer 21 is formed as an embedded oxide film (BOX: Buried Oxide), specifically, is formed of a silicon oxide film. The insulating layer 21 is formed by injecting oxygen into the support substrate 20 by using, for example, an ion implantation method, and partially oxidizing the silicon inside the support substrate 20.

活性層22は、例えば支持基板20と同様にシリコン単結晶層により形成され、低不純物密度のp型に設定されている。活性層22は、支持基板20の表面層の一部を用いて形成され、絶縁層21が形成されることによってこの絶縁層21を境として支持基板20と電気的に分離される。 The active layer 22 is formed of a silicon single crystal layer like the support substrate 20, and is set to a p-type having a low impurity density. The active layer 22 is formed by using a part of the surface layer of the support substrate 20, and is electrically separated from the support substrate 20 with the insulating layer 21 as a boundary by forming the insulating layer 21.

活性層22には、例えばダイオードを含む複数の素子が形成される。具体的には、活性層22にn型半導体領域4を形成し、アノード領域としての活性層22と、カソード領域としてのn型半導体領域4とのpn接合部によって、保護素子として機能するpn接合ダイオードが形成される。 A plurality of elements including, for example, a diode are formed in the active layer 22. Specifically, an n-type semiconductor region 4 is formed in the active layer 22, and a pn junction that functions as a protective element by a pn junction between the active layer 22 as an anode region and the n-type semiconductor region 4 as a cathode region. A diode is formed.

n型半導体領域4は、活性層22の表面から内部へn型不純物をイオン注入法又は固相拡散法を用いて導入し、n型不純物を活性化することにより形成される。n型半導体領域4の不純物密度は活性層22の不純物密度よりも高く設定される。また、n型半導体領域4における活性層22とのpn接合深さは、厚さ方向における活性層22の長さ、すなわち、活性層22の厚さよりも浅く設定される。 The n-type semiconductor region 4 is formed by introducing n-type impurities from the surface of the active layer 22 into the inside using an ion implantation method or a solid-phase diffusion method to activate the n-type impurities. The impurity density of the n-type semiconductor region 4 is set higher than the impurity density of the active layer 22. Further, the pn junction depth with the active layer 22 in the n-type semiconductor region 4 is set to be shallower than the length of the active layer 22 in the thickness direction, that is, the thickness of the active layer 22.

また、アノード領域としての活性層22の表面には、活性層22と同一導電型のコンタクト領域として使用されるp型半導体領域5が形成される。p型半導体領域5はn型半導体領域4の不純物密度よりも高い不純物密度に設定される。また、p型半導体領域5の深さは、例えばn型半導体領域4のpn接合深さよりも浅く設定される。活性層22にp型半導体領域5が形成されることにより、アノード領域としての活性層22と、活性層22に電気的に接続される配線との接触抵抗を小さくすることができる。このようにp型半導体領域5は、配線と活性層22を接続する領域であることから、以降では、p型半導体領域5のことを活性層22と区別するため「コンタクト領域5」と記載する。 Further, on the surface of the active layer 22 as an anode region, a p-type semiconductor region 5 used as a contact region of the same conductive type as the active layer 22 is formed. The p-type semiconductor region 5 is set to an impurity density higher than the impurity density of the n-type semiconductor region 4. Further, the depth of the p-type semiconductor region 5 is set to be shallower than, for example, the pn junction depth of the n-type semiconductor region 4. By forming the p-type semiconductor region 5 in the active layer 22, the contact resistance between the active layer 22 as an anode region and the wiring electrically connected to the active layer 22 can be reduced. Since the p-type semiconductor region 5 is a region connecting the wiring and the active layer 22 in this way, the p-type semiconductor region 5 will be hereinafter referred to as a “contact region 5” in order to distinguish it from the active layer 22. ..

このように活性層22にはダイオードのような素子が複数形成される。したがって、異なる素子間に作用する電気的な影響を排除するため、各々の素子を分離する分離領域3が活性層22に形成される。図1に示す半導体装置1の例では、活性層22に第1分離領域3A、第2分離領域3B、及び第3分離領域3Cが形成されている。以降では、各々の分離領域3を区別して説明する場合には第1分離領域3A、第2分離領域3B、及び第3分離領域3Cと記載し、各々の分離領域3を区別せずに説明する場合には、単に「分離領域3」と記載する。 In this way, a plurality of elements such as diodes are formed on the active layer 22. Therefore, in order to eliminate the electrical influence acting between different elements, a separation region 3 that separates each element is formed in the active layer 22. In the example of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, a first separation region 3A, a second separation region 3B, and a third separation region 3C are formed on the active layer 22. Hereinafter, when each separation region 3 is described separately, it is described as the first separation region 3A, the second separation region 3B, and the third separation region 3C, and each separation region 3 is described without distinction. In this case, it is simply described as "separation region 3".

図1に示す半導体装置1において、活性層22とn型半導体領域4のpn接合部によって形成されるダイオードを含むように、第1分離領域3Aと第3分離領域3Cによって囲まれた活性層22の領域を第1活性層領域11という。 In the semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the active layer 22 surrounded by the first separation region 3A and the third separation region 3C so as to include a diode formed by the pn junction of the active layer 22 and the n-type semiconductor region 4 The region of is referred to as the first active layer region 11.

第1分離領域3Aを介して第1活性層領域11に隣接する活性層22の領域である第2活性層領域12は、第2分離領域3Bによって更に第3活性層領域12Aと第4活性層領域12Bに分離される。すなわち、第3活性層領域12Aは、第1分離領域3Aと第2分離領域3Bによって囲まれた活性層22の領域であって、第1分離領域3Aを介して第1活性層領域11に隣接している。また、第4活性層領域12Bは、第1活性層領域11とは隣接せずに、第2分離領域3Bを介して第3活性層領域12Aに隣接する活性層22の領域である。 The second active layer region 12, which is a region of the active layer 22 adjacent to the first active layer region 11 via the first separation region 3A, is further divided into a third active layer region 12A and a fourth active layer by the second separation region 3B. It is separated into regions 12B. That is, the third active layer region 12A is a region of the active layer 22 surrounded by the first separation region 3A and the second separation region 3B, and is adjacent to the first active layer region 11 via the first separation region 3A. doing. Further, the fourth active layer region 12B is a region of the active layer 22 adjacent to the third active layer region 12A via the second separation region 3B without being adjacent to the first active layer region 11.

分離領域3は、トレンチ30と、絶縁体31と、導電体32を含んで構成され、いわゆるトレンチアイソレーション構造を有する。すなわち、分離領域3は、半導体装置1の厚さ方向に沿って、活性層22の表面から絶縁層21の表面に向かって活性層22を分離するように形成される。 The separation region 3 includes a trench 30, an insulator 31, and a conductor 32, and has a so-called trench isolation structure. That is, the separation region 3 is formed so as to separate the active layer 22 from the surface of the active layer 22 toward the surface of the insulating layer 21 along the thickness direction of the semiconductor device 1.

トレンチ30は、半導体装置1の厚さ方向の長さに対して、Y軸方向(幅方向という)の長さが短くなるように設定されている。すなわち、トレンチ30を有する分離領域3が採用されると、活性層22の表面上における分離領域3の占有面積が小さくなるので、半導体装置1の集積度を向上させることができる。トレンチ30は、半導体装置1の製造プロセスにおいて、例えばリアクティブイオンエッチング(RIE)等の異方性エッチングを用いて形成される。 The trench 30 is set so that the length in the Y-axis direction (referred to as the width direction) is shorter than the length in the thickness direction of the semiconductor device 1. That is, when the separation region 3 having the trench 30 is adopted, the occupied area of the separation region 3 on the surface of the active layer 22 becomes small, so that the degree of integration of the semiconductor device 1 can be improved. The trench 30 is formed by using anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE) in the manufacturing process of the semiconductor device 1.

絶縁体31はトレンチ30の側壁に配置される。絶縁体31は例えばシリコン酸化膜により形成され、シリコン酸化膜は例えば化学的気相析出(CVD)法を用いて形成される。 The insulator 31 is arranged on the side wall of the trench 30. The insulator 31 is formed, for example, by a silicon oxide film, and the silicon oxide film is formed, for example, by using a chemical vapor deposition (CVD) method.

導電体32は、トレンチ30内部に絶縁体31を介して埋設される。導電体32として、例えばシリコン多結晶膜が使用される。シリコン多結晶膜には不純物が導入され、シリコン多結晶膜が低抵抗値になるように調整されている。 The conductor 32 is embedded in the trench 30 via an insulator 31. As the conductor 32, for example, a silicon polycrystalline film is used. Impurities are introduced into the silicon polycrystalline film, and the silicon polycrystalline film is adjusted to have a low resistance value.

上記のように構成された活性層22の上にはパッシベーション膜10が積層される。パッシベーション膜10は、例えばシリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜の単層、又はそれらを積層した複合膜により形成される。 The passivation film 10 is laminated on the active layer 22 configured as described above. The passivation film 10 is formed of, for example, a single layer of a silicon oxide film or a silicon nitride film, or a composite film in which they are laminated.

また、パッシベーション膜10上には配線層7が積層される。一例として、配線層7には単層配線構造が用いられるが2層以上の配線構造を用いてもよい。配線層7には、例えば、銅(Cu)、シリコン(Si)が添加されたアルミニウム合金膜が使用される。 Further, the wiring layer 7 is laminated on the passivation film 10. As an example, a single-layer wiring structure is used for the wiring layer 7, but a wiring structure having two or more layers may be used. For the wiring layer 7, for example, an aluminum alloy film to which copper (Cu) and silicon (Si) are added is used.

配線層7には、例えばn型半導体領域4と接続されるカソード配線7Aと、コンタクト領域5と接続されるアノード配線7Bと、第1活性層領域11に形成されたダイオードとは異なる他の素子等に接続される配線である外部配線7Cが形成される。 The wiring layer 7 includes, for example, a cathode wiring 7A connected to the n-type semiconductor region 4, an anode wiring 7B connected to the contact region 5, and other elements different from the diode formed in the first active layer region 11. The external wiring 7C, which is the wiring connected to the above, is formed.

カソード配線7Aの一方の端部は、パッシベーション膜10の厚さ方向に貫通して形成された接続孔13Aを通してn型半導体領域4に電気的に接続される。カソード配線7Aの他方の端部は第1活性層領域11の上層を、パッシベーション膜10を介して延伸し、第3分離領域3Cの上層を跨いで図示しない内部回路に接続される。領域の上層とは、当該領域の上に積層されている層であって、その範囲が下層に位置する領域の範囲に制限されたものである。 One end of the cathode wiring 7A is electrically connected to the n-type semiconductor region 4 through a connection hole 13A formed through the passivation film 10 in the thickness direction. The other end of the cathode wiring 7A extends the upper layer of the first active layer region 11 via the passivation film 10 and is connected to an internal circuit (not shown) across the upper layer of the third separation region 3C. The upper layer of the region is a layer laminated on the region, and the range is limited to the range of the region located in the lower layer.

また、アノード配線7Bの一方の端部は、接続孔13Bを通してコンタクト領域5に電気的に接続され、コンタクト領域5を通じて第1活性層領域11に電気的に接続される。アノード配線7Bの他方の端部K1は第1活性層領域11の上層を、パッシベーション膜10を介して延伸し、第1分離領域3Aの上層を跨いで第3活性層領域12Aの上層に到達する。 Further, one end of the anode wiring 7B is electrically connected to the contact region 5 through the connection hole 13B, and is electrically connected to the first active layer region 11 through the contact region 5. The other end K1 of the anode wiring 7B extends the upper layer of the first active layer region 11 via the passivation membrane 10 and reaches the upper layer of the third active layer region 12A across the upper layer of the first separation region 3A. ..

このように第1分離領域3Aは、アノード配線7Bの端部K1が第1活性層領域11の上層からはみ出して第3活性層領域12Aの上層に到達するような位置に配置される。また、第2分離領域3Bは、第1活性層領域11に形成されるダイオードと他の素子等が形成される外部領域の境界に設けられる。具体的には、他の素子が形成される第4活性層領域12Bの上層までアノード配線7Bの端部K1が延伸しないような位置に第2分離領域3Bが配置される。したがって、第1分離領域3Aと第2分離領域3Bによって囲まれる第3活性層領域12Aには、何れの素子も形成されていないことになる。 In this way, the first separation region 3A is arranged at a position such that the end K1 of the anode wiring 7B protrudes from the upper layer of the first active layer region 11 and reaches the upper layer of the third active layer region 12A. Further, the second separation region 3B is provided at the boundary between the diode formed in the first active layer region 11 and the external region in which other elements and the like are formed. Specifically, the second separation region 3B is arranged at a position where the end portion K1 of the anode wiring 7B does not extend to the upper layer of the fourth active layer region 12B where other elements are formed. Therefore, neither element is formed in the third active layer region 12A surrounded by the first separation region 3A and the second separation region 3B.

なお、外部配線7Cの一端は、接続孔13Cを通して第4活性層領域12Bに電気的に接続されている。 One end of the external wiring 7C is electrically connected to the fourth active layer region 12B through the connection hole 13C.

(本実施の形態の作用及び効果)
上述したような構成を有する半導体装置1において、第1分離領域3Aにおける導電体32の電位、及び第3活性層領域12Aの電位を不定電位とし、支持基板20及び第4活性層領域12Bの電位を接地電位に設定する。不定電位とは、強制的に何れかの電位となるように設定されていない状態での電位である。なお、以降では、第1分離領域3Aにおける導電体32の電位のことを、単に「第1分離領域3Aの電位」ということにする。
(Action and effect of this embodiment)
In the semiconductor device 1 having the above-described configuration, the potential of the conductor 32 in the first separation region 3A and the potential of the third active layer region 12A are set to indefinite potentials, and the potentials of the support substrate 20 and the fourth active layer region 12B are set. Is set to the ground potential. The indefinite potential is a potential in a state where it is not forcibly set to any potential. Hereinafter, the potential of the conductor 32 in the first separation region 3A will be simply referred to as the “potential of the first separation region 3A”.

こうした電位設定を行った半導体装置1のアノード配線7Bにサージが流入した場合、パッシベーション膜10を介してアノード配線7Bと活性層22との間に電位差が生じることになる。この電位差(「サージ流入電位差」という)がパッシベーション膜10の絶縁耐圧を超えると、パッシベーション膜10で絶縁破壊が発生することになる。しかしながら、アノード配線7Bとパッシベーション膜10を介して接する第1分離領域3Aの電位、及び第3活性層領域12Aの電位は不定電位に設定されているため、アノード配線7Bにサージが流入したとしても、電界効果によって各々の電位がサージ電圧に追従することになる。 When a surge flows into the anode wiring 7B of the semiconductor device 1 in which the potential is set in this way, a potential difference is generated between the anode wiring 7B and the active layer 22 via the passivation film 10. If this potential difference (referred to as "surge inflow potential difference") exceeds the withstand voltage of the passivation film 10, dielectric breakdown will occur in the passivation film 10. However, since the potential of the first separation region 3A and the potential of the third active layer region 12A that are in contact with the anode wiring 7B via the passivation film 10 are set to indefinite potentials, even if a surge flows into the anode wiring 7B. , Each potential follows the surge voltage due to the electric field effect.

従来は、半導体装置1に第2分離領域3Bを配置していなかったため、活性層22には第1活性層領域11と第2活性層領域12のみが存在し、第1分離領域3Aの電位、及び第3活性層領域12Aを含む第2活性層領域12の電位を共に接地電位に設定していた。したがって、本実施の形態に係る半導体装置1では、第1分離領域3Aの電位及び第2活性層領域12の電位がそれぞれ接地電位に設定されている場合と比較して、サージ流入電位差が抑制されることになる。 Conventionally, since the second separation region 3B is not arranged in the semiconductor device 1, only the first active layer region 11 and the second active layer region 12 exist in the active layer 22, and the potential of the first separation region 3A, The potential of the second active layer region 12 including the third active layer region 12A was set to the ground potential. Therefore, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the surge inflow potential difference is suppressed as compared with the case where the potential of the first separation region 3A and the potential of the second active layer region 12 are set to the ground potentials, respectively. Will be.

サージの流入によって発生する電界密度はアノード配線7Bの角ほど高くなる傾向を示すため、例えば第3活性層領域12Aの上層に位置するアノード配線7Bの端部K1には、アノード配線7Bの他の部分に比べて高い電圧が印加される。しかしながら、第3活性層領域12Aの電位は不定電位であるため、サージの流入に伴って第3活性層領域12Aの電位も上昇する。したがって、他の箇所に比べて絶縁破壊を起こしやすいアノード配線7Bの端部K1におけるサージ流入電位差が抑制されることになる。 Since the electric field density generated by the inflow of the surge tends to increase toward the corner of the anode wiring 7B, for example, at the end K1 of the anode wiring 7B located in the upper layer of the third active layer region 12A, another anode wiring 7B is present. A higher voltage is applied than the part. However, since the potential of the third active layer region 12A is an indefinite potential, the potential of the third active layer region 12A also rises with the inflow of the surge. Therefore, the surge inflow potential difference at the end K1 of the anode wiring 7B, which is more likely to cause dielectric breakdown than other parts, is suppressed.

一方で、第1分離領域3A及び第3活性層領域12Aにそれぞれ隣接する支持基板20及び第4活性層領域12Bの電位は、共に接地電位に設定されている。したがって、サージがアノード配線7Bに流入していない通常の状態では、第1分離領域3Aの電位、及び第3活性層領域12Aの電位がカップリング効果によってそれぞれ接地電位となるように誘導されるため、ダイオードの電気的特性が維持されることになる。 On the other hand, the potentials of the support substrate 20 and the fourth active layer region 12B adjacent to the first separation region 3A and the third active layer region 12A, respectively, are set to the ground potential. Therefore, in a normal state in which the surge does not flow into the anode wiring 7B, the potential of the first separation region 3A and the potential of the third active layer region 12A are induced to be ground potentials by the coupling effect. , The electrical characteristics of the diode will be maintained.

(シミュレーション結果)
図2は、図1に示した半導体装置1のアノード配線7Bにサージ電圧を印加した場合の半導体装置1における電位分布の一例を示す図である。図2に示す半導体装置1の電位分布は、図1の半導体装置1の幅方向に沿った地点Y1〜地点Y2間の電位分布を示す。
(simulation result)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the potential distribution in the semiconductor device 1 when a surge voltage is applied to the anode wiring 7B of the semiconductor device 1 shown in FIG. The potential distribution of the semiconductor device 1 shown in FIG. 2 shows the potential distribution between the points Y1 to Y2 along the width direction of the semiconductor device 1 of FIG.

図2において、白色に近い箇所ほど電圧の大きさが高く、黒色に近い箇所ほど電圧の大きさが低いことを表している。なお、アノード配線7Bに印加したサージ電圧は負の電圧であるため、電圧の大きさが高いとは、負極方向に電圧の大きさが高いことを表している。また、距離Lは、第3活性層領域12Aの上層に位置するアノード配線7Bの端部K1の位置を基準とした、半導体装置1の幅方向に沿ったアノード配線7Bの端部K1から第2分離領域3Bの中心までの距離を表している。 In FIG. 2, a portion closer to white indicates a higher voltage magnitude, and a portion closer to black indicates a lower voltage magnitude. Since the surge voltage applied to the anode wiring 7B is a negative voltage, a high voltage means that the voltage is high in the negative electrode direction. Further, the distance L is the second from the end K1 of the anode wiring 7B along the width direction of the semiconductor device 1 with reference to the position of the end K1 of the anode wiring 7B located in the upper layer of the third active layer region 12A. It represents the distance to the center of the separation region 3B.

アノード配線7Bにサージ電圧が印加されるため、最も高い電圧の領域がアノード配線7Bを中心に分布し、アノード配線7Bから離れるにつれて、サージ電圧の流入に伴い印加される電圧が低くなっている様子が図2によって示されている。 Since the surge voltage is applied to the anode wiring 7B, the region of the highest voltage is distributed around the anode wiring 7B, and as the distance from the anode wiring 7B increases, the applied voltage decreases as the surge voltage flows in. Is shown by FIG.

図3は、半導体装置1のアノード配線7Bにサージ電圧を印加した場合の半導体装置1における2地点間の電位差の変化例を示すグラフである。図3の横軸はアノード配線7Bにサージ電圧を印加してからの経過時間を表し、縦軸は電圧を表す。 FIG. 3 is a graph showing an example of a change in the potential difference between two points in the semiconductor device 1 when a surge voltage is applied to the anode wiring 7B of the semiconductor device 1. The horizontal axis of FIG. 3 represents the elapsed time since the surge voltage was applied to the anode wiring 7B, and the vertical axis represents the voltage.

図3において、波形40は、アノード配線7Bの端部K1と、アノード配線7Bの端部K1の直下に位置する第3活性層領域12Aの表面部分の地点K2との電位差(「第1電位差」という)の時間変化を表している。波形41は、第2分離領域3Bに隣接し、かつ、第3活性層領域12Aの表面部分の地点K3と、第2分離領域3Bに隣接し、かつ、第4活性層領域12Bの表面部分の地点K4との電位差(「第2電位差」という)の時間変化を表している。波形42は、アノード配線7Bの端部K1の電位と接地電位(例えば支持基板20の電位)との電位差の時間変化を表している。閾値43は、パッシベーション膜10の絶縁耐圧(−1500V)を表し、閾値44は、第2分離領域3Bにおける絶縁体31の絶縁耐圧(−1000V)を表す。 In FIG. 3, the waveform 40 shows the potential difference between the end portion K1 of the anode wiring 7B and the point K2 of the surface portion of the third active layer region 12A located immediately below the end portion K1 of the anode wiring 7B (“first potential difference”). It represents the time change of). The waveform 41 is adjacent to the second separation region 3B and adjacent to the point K3 of the surface portion of the third active layer region 12A and the second separation region 3B, and is adjacent to the surface portion of the fourth active layer region 12B. It represents the time change of the potential difference (referred to as "second potential difference") from the point K4. The waveform 42 represents the time change of the potential difference between the potential of the end K1 of the anode wiring 7B and the ground potential (for example, the potential of the support substrate 20). The threshold value 43 represents the dielectric strength (-1500V) of the passivation film 10, and the threshold value 44 represents the dielectric strength (-1000V) of the insulator 31 in the second separation region 3B.

既に説明したように、従来は活性層22に第2分離領域3Bを配置せず、第1分離領域3Aの電位、及び第2活性層領域12の電位を共に接地電位に設定していた。したがって、アノード配線7Bにサージ電圧が印加された場合のアノード配線7Bと、第1分離領域3A及び第2活性層領域12とのそれぞれの電位差は波形42で示されるような変化を示す。この場合、波形42のピーク電圧は閾値43を超えるため、パッシベーション膜10の絶縁破壊が発生することになる。 As described above, conventionally, the second separation region 3B is not arranged in the active layer 22, and the potential of the first separation region 3A and the potential of the second active layer region 12 are both set to the ground potential. Therefore, when a surge voltage is applied to the anode wiring 7B, the potential difference between the anode wiring 7B and the first separation region 3A and the second active layer region 12 shows a change as shown by the waveform 42. In this case, since the peak voltage of the waveform 42 exceeds the threshold value 43, dielectric breakdown of the passivation film 10 occurs.

これに対して、本実施の形態に係る半導体装置1では、アノード配線7Bにサージ電圧が印加されても、第1電位差のピーク電圧が閾値43以下に抑制されるため、パッシベーション膜10の絶縁破壊は発生しないことがわかる。また、第2電位差のピーク電圧についても閾値44以下に抑制されるため、第2分離領域3Bにおける絶縁体31の絶縁破壊も発生しないことがわかる。 On the other hand, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, even if a surge voltage is applied to the anode wiring 7B, the peak voltage of the first potential difference is suppressed to the threshold value 43 or less, so that the dielectric breakdown of the passion film 10 is broken. Can be seen that does not occur. Further, since the peak voltage of the second potential difference is also suppressed to the threshold value 44 or less, it can be seen that dielectric breakdown of the insulator 31 in the second separation region 3B does not occur.

すなわち、第2分離領域3Bを設けて第1活性層領域11と第4活性層領域12Bとの間に不定電位の第3活性層領域12Aを設け、第1分離領域3Aも不定電位に設定することで、パッシベーション膜10の絶縁破壊が発生しにくい半導体装置1が得られる。 That is, a second separation region 3B is provided, a third active layer region 12A having an indefinite potential is provided between the first active layer region 11 and the fourth active layer region 12B, and the first separation region 3A is also set to an indefinite potential. As a result, the semiconductor device 1 in which the dielectric breakdown of the passivation film 10 is unlikely to occur can be obtained.

上述したように、サージの流入によって発生する電界密度はアノード配線7Bの角ほど高くなる傾向を示すため、アノード配線7Bの端部K1には、アノード配線7Bの他の部分に比べて高い電圧が印加される。また、電界密度はアノード配線7Bの角が鋭角になるにつれて高くなる。したがって、アノード配線7Bとして、角が鈍角になるようカットしたパターン配線を形成した方が、同じ大きさのサージ電圧に対して第1電位差が低く抑えられるようになる。同様の理由から、アノード配線7Bの配線パターンの角をできるだけ曲率半径の大きな曲線で形成するようにしてもよい。 As described above, since the electric field density generated by the inflow of surge tends to increase toward the corner of the anode wiring 7B, the end K1 of the anode wiring 7B has a higher voltage than the other parts of the anode wiring 7B. It is applied. Further, the electric field density increases as the angle of the anode wiring 7B becomes acute. Therefore, when the anode wiring 7B is formed with a pattern wiring cut so that the angle is obtuse, the first potential difference can be suppressed to be low with respect to a surge voltage of the same magnitude. For the same reason, the corner of the wiring pattern of the anode wiring 7B may be formed by a curve having a radius of curvature as large as possible.

なお、図2における距離Lが短いほど1枚のSOI基板に、より多くの素子を形成することができる。しかしながら、アノード配線7Bに第2分離領域3Bを近づけすぎると、アノード配線7Bにサージ電圧が印加された場合、第2分離領域3Bにおける絶縁体31の絶縁破壊が発生することが考えられる。 The shorter the distance L in FIG. 2, the more elements can be formed on one SOI substrate. However, if the second separation region 3B is brought too close to the anode wiring 7B, it is conceivable that dielectric breakdown of the insulator 31 in the second separation region 3B will occur when a surge voltage is applied to the anode wiring 7B.

これに対して、図4は、距離Lを変化させた場合における第2電位差のピーク電圧の変化例を示すグラフである。図4によれば、隣り合うピーク電圧の測定値を直線で接続した場合、距離Lが20μm未満ではピーク電圧が閾値44を超え、距離Lが20μm以上であればピーク電圧が閾値44以下に抑えられる傾向があることが確認できる。したがって、第1活性層領域11の上層から第3活性層領域12Aの上層に延伸するアノード配線7Bの延伸方向、すなわち、半導体装置1の幅方向に沿って、アノード配線7Bの端部K1から20μm以上離れた位置に第2分離領域3Bを配置することが好ましい。 On the other hand, FIG. 4 is a graph showing an example of a change in the peak voltage of the second potential difference when the distance L is changed. According to FIG. 4, when the measured values of adjacent peak voltages are connected by a straight line, the peak voltage exceeds the threshold value 44 when the distance L is less than 20 μm, and the peak voltage is suppressed to the threshold value 44 or less when the distance L is 20 μm or more. It can be confirmed that there is a tendency to be affected. Therefore, 20 μm from the end K1 of the anode wiring 7B along the stretching direction of the anode wiring 7B extending from the upper layer of the first active layer region 11 to the upper layer of the third active layer region 12A, that is, the width direction of the semiconductor device 1. It is preferable to arrange the second separation region 3B at a position separated from the above.

以上、実施の形態を用いて本発明について説明したが、本発明は実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施の形態に多様な変更又は改良を加えることができ、当該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、図1に示すように、n型半導体領域4とコンタクト領域5の間にn型の制御用半導体領域6を形成して、制御用半導体領域6によってダイオードにおける空乏層の広がりを制御し、半導体装置1の絶縁耐圧を向上させるようにしてもよい。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to the scope described in the embodiments. Various changes or improvements can be made to the embodiments without departing from the gist of the present invention, and the modified or improved forms are also included in the technical scope of the present invention. For example, as shown in FIG. 1, an n-type control semiconductor region 6 is formed between the n-type semiconductor region 4 and the contact region 5, and the control semiconductor region 6 controls the spread of the depletion layer in the diode. The insulation withstand voltage of the semiconductor device 1 may be improved.

1・・・半導体装置、2・・・基板、3・・・分離領域、3A・・・第1分離領域、3B・・・第2分離領域、3C・・・第3分離領域、4・・・n型半導体領域、5・・・p型半導体領域(コンタクト領域)、6・・・制御用半導体領域、7・・・配線層、7A・・・カソード配線、7B・・・アノード配線、7C・・・外部配線、10・・・パッシベーション膜、11・・・第1活性層領域、12・・・第2活性層領域、12A・・・第3活性層領域、12B・・・第4活性層領域、13A(13B、13C)・・・接続孔、20・・・支持基板、21・・・絶縁層、22・・・活性層、30・・・トレンチ、31・・・絶縁体、32・・・導電体、40・・・第1電位差の波形、41・・・第2電位差の波形、42・・・アノード配線の端部の電位と接地電位との電位差の波形、43・・・閾値(パッシベーション膜の絶縁耐圧)、44・・・閾値(絶縁体の絶縁耐圧)、K1・・・アノード配線の端部、K2・・・アノード配線の端部直下における第3活性層領域の表面地点、K3・・・第2分離領域に隣接する第3活性層領域の表面地点、K4・・・第2分離領域に隣接する第4活性層領域の表面地点、L・・・半導体装置の幅方向に沿ったアノード配線の端部から第2分離領域までの距離 1 ... Semiconductor device, 2 ... Substrate, 3 ... Separation area, 3A ... 1st separation area, 3B ... 2nd separation area, 3C ... 3rd separation area, 4 ... -N-type semiconductor region, 5 ... p-type semiconductor region (contact region), 6 ... control semiconductor region, 7 ... wiring layer, 7A ... cathode wiring, 7B ... anode wiring, 7C ... External wiring, 10 ... Passion membrane, 11 ... 1st active layer region, 12 ... 2nd active layer region, 12A ... 3rd active layer region, 12B ... 4th active Layer region, 13A (13B, 13C) ... connection hole, 20 ... support substrate, 21 ... insulating layer, 22 ... active layer, 30 ... trench, 31 ... insulator, 32 ... Conductor, 40 ... First potential difference waveform, 41 ... Second potential difference waveform, 42 ... Potential difference waveform between the potential at the end of the anode wiring and the ground potential, 43 ... Threshold (insulation withstand voltage of passivation film), 44 ... threshold (insulation withstand voltage of insulator), K1 ... end of anode wiring, K2 ... surface of third active layer region just below the end of anode wiring Point, K3 ... Surface point of the third active layer region adjacent to the second separation region, K4 ... Surface point of the fourth active layer region adjacent to the second separation region, L ... Width of the semiconductor device Distance from the end of the anode wiring along the direction to the second separation region

Claims (4)

支持基板上に絶縁層を介して活性層が形成された基板の前記活性層に配置され、アノード領域とカソード領域とのpn接合ダイオードを含んで構成される保護素子と、
前記pn接合ダイオードを分離するように前記活性層に配置され、前記活性層を前記pn接合ダイオードが配置される第1活性層領域と前記pn接合ダイオードが配置されない第2活性層領域に電気的に分離する第1分離領域と、
前記第2活性層領域を、前記第1分離領域を介して前記第1活性層領域に隣接する第3活性層領域と、前記第1活性層領域とは隣接せずに前記第3活性層領域に隣接する第4活性層領域に分離する第2分離領域と、
を備え、
前記第1分離領域及び前記第3活性層領域の電位を不定電位とし、前記支持基板及び前記第4活性層領域の電位を接地電位とする
半導体装置。
A protective element arranged on the active layer of the substrate on which the active layer is formed via an insulating layer on the support substrate and including a pn junction diode between an anode region and a cathode region, and a protective element.
The active layer is arranged so as to separate the pn junction diode, and the active layer is electrically placed in a first active layer region in which the pn junction diode is arranged and a second active layer region in which the pn junction diode is not arranged. The first separation region to be separated and
The second active layer region is a third active layer region adjacent to the first active layer region via the first separation region, and the third active layer region is not adjacent to the first active layer region. A second separation region that separates into a fourth active layer region adjacent to
With
A semiconductor device in which the potentials of the first separation region and the third active layer region are indefinite potentials, and the potentials of the support substrate and the fourth active layer region are ground potentials.
前記第2分離領域を、前記アノード領域と電気的に接続されるアノード配線が前記第4活性層領域の上層まで延伸しない位置に配置した
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second separation region is arranged at a position where the anode wiring electrically connected to the anode region does not extend to the upper layer of the fourth active layer region.
前記第2分離領域を、前記第1活性層領域の上層から前記第3活性層領域の上層に延伸する前記アノード配線の延伸方向に沿って、前記アノード配線から20μm以上離れた位置に配置した
請求項2記載の半導体装置。
A claim in which the second separation region is arranged at a position separated from the anode wiring by 20 μm or more along the stretching direction of the anode wiring extending from the upper layer of the first active layer region to the upper layer of the third active layer region. Item 2. The semiconductor device according to item 2.
前記アノード配線の配線パターンの角が鈍角になるように形成した
請求項2又は請求項3に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2 or 3, wherein the corners of the wiring pattern of the anode wiring are formed to be obtuse.
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