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Film-Bulk-Schallwellenresonator-Vorrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren - Dokument DE102004024556A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004024556A1 28.07.2005
Titel Film-Bulk-Schallwellenresonator-Vorrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren
Anmelder Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd., Suwon, Kyonggi, KR
Erfinder Lee, Joo Ho, Suwon, Kyungki, KR
Vertreter Lindner Blaumeier & Kollegen Patent- und Rechtsanwälte, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 18.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004024556
Offenlegungstag 28.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.07.2005
IPC-Hauptklasse H03H 9/17
Zusammenfassung Beschrieben hierin ist eine FBAR(Film-Bulk-Schallwellenresonator)-Vorrichtung und ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Die FBAR-Vorrichtung umfasst ein Substrat, eine Resonanzeinheit, umfassend eine untere Elektrode, einen piezoelektrischen Film und eine obere Elektrode, die aufeinander folgend auf dem Substrat aufgestapelt werden, und eine Passivierungsschicht, die im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit ausgebildet werden, um die Resonanzeinheit zu schützen. Ein Teilbereich der Passivierungsschicht, ausgebildet auf wenigstens der oberen Elektrode, weist eine Dicke auf, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen.

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Film-Bulk-Schallwellenresonator (in Folgenden als FBAR bezeichnet) und insbesondere auf eine FBAR-Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren davon, mit dem eine einfache Frequenzanpassung erreicht werden und das Risiko der Erzeugung mangelhafter Produkte während eines Packverfahrens minimiert werden kann.

Beschreibung der verwandten Technik

Gemäß dem in letzter Zeit vorherrschenden Trend, wonach mobile Kommunikationsendgeräte dazu tendieren, viel kleiner und verbessert und diversifiziert bezüglich ihrer Qualität und ihrer Funktionen zu werden, werden Techniken, die sich auf einen Teil der mobilen Kommunikationsendgeräte bildende Bestandteile beziehen, zum Beispiel Hochfrequenz(RF)-Bestandteile, rasch entwickelt. Unter den RF-Bestandteilen steht insbesondere ein FBAR (Film-Bulk-Schallwellenresonator) dank seiner Vorteile dahingehend, dass er eine geringere Einfügungsdämpfung aufweist als andere Filter und einen gewünschten Grad an Integration und Miniaturisierung erreichen kann, als eine essentielle passive Filterkomponente der mobilen Kommunikationsendgeräte im Rampenlicht.

Im Allgemeinen ist eine FBAR-Vorrichtung eine Vorrichtung vom Dünnfilm-Typ, wobei eine piezoelektrische Dünnfilmschicht, bestehend aus ZnO oder AlN, auf einem Halbleitersubstrat, bestehend aus Silizium oder GaAs, ausgebildet wird, wodurch sich aus der Kombination einer mechanischen Beanspruchung und einer Belastung, erzeugt an einer Oberfläche der piezoelektrischen Dünnfilmschicht, eine Resonanzfrequenz ergibt. Die Resonanzfrequenz solch einer FBAR-Vorrichtung wird durch die Gesamtdicke ihrer Resonanzeinheit bestimmt, umfassend sowohl obere und untere Elektroden als auch die piezoelektrische Dünnfilmschicht. Beim vorliegenden technischen Stand ist es jedoch im Wesentlichen unmöglich, verschiedene FBAR-Vorrichtungen in einem Wafer derart herzustellen, dass sie jeweils die gleiche Dicke in einem Toleranzbereich von ungefähr 1 Prozent der Dicke aufweisen. Außerdem tendiert die obere Elektrode, die aus Metall hergestellt ist, dazu, eine Oxidationserscheinung davon zu verursachen, wodurch sich eine nachteilige Variation der Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung ergibt. Solch ein Problem der Frequenzvariation der FBAR-Vorrichtung kann besonders während eines Packverfahrens aufgrund der Oxidation erhöht werden.

Für die FBAR-Vorrichtung ist deshalb ernsthaft eine Lösung zur Einstellung einer Resonanzfrequenz davon auf einen konstanten Wert erforderlich, und außerdem eine Lösung zur Stabilisierung der eingestellten Resonanzfrequenz.

Unter Betrachtung eines Beispiels herkömmlicher Lösungen zur Einstellung der Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung, passt dieses Beispiel die Gesamtdicke der FBAR-Vorrichtung durch Ätzen oder Aufdampfen, durchgeführt auf einer oberen Metallschicht, nämlich einer oberen Metallelektrode der FBAR-Vorrichtung, an. Diese Lösung weist jedoch noch ein Oxidationsproblem der oberen Metallelektrode während eines nachfolgenden Verfahrens auf.

Um dieses Oxidationsproblem zu lösen, beschreibt die US-Patentveröffentlichung Nr. 2003-0098631 (erreicht von einem in AGILENT TECHNOLOGIES, INC, genannten Anmelder) eine FBAR-Vorrichtung, bei der ein Thermooxidfilm mit einer vorbestimmten Dicke durch Durchführen eines geplanten Thermooxidationsverfahrens seiner oberen Elektrode aus Molybdän (Mo) in einer Sauerstoffatmosphäre zusätzlich ausgebildet wird. Die erhaltene Struktur solch einer FBAR-Vorrichtung mit dem Thermooxidfilm ist schematisch in den 1a und 1b dargestellt.

Unter Bezugnahme auf die 1a und 1b umfasst die FBAR-Vorrichtung des Typs wie oben beschrieben, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 10, ein Siliziumsubstrat 11, ausgebildet an einer oberen Oberfläche davon mit einer Resonanzeinheit. Die Resonanzeinheit umfasst eine untere Elektrode 14, eine piezoelektrische Schicht 15 und eine obere Elektrode 16, die aufeinander folgend auf einem in dem Siliziumsubstrat 11 umgrenzten Luftspalt (A) aufgestapelt werden. Die besagte US-Patentveröffentlichung Nr. 2003-0098631 schlägt eine Lösung mit einer Frequenzanpassung unter Verwendung eines Thermooxidfilms 18 vor, der auf einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode 16 bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur (zum Beispiel ungefähr 200 bis 300 °C) mittels eines Heißplattenverfahrens oder einer RTA(rapid thermal annealing)-Vorrichtung ausgebildet wird. Als ein Ergebnis der Ausbildung des Thermooxidfilms 18 mit einer angemessenen Dicke ermöglicht die FBAR-Vorrichtung 10 einer Resonanzfrequenz davon die korrekte Einstellung von einem gegebenen Wert auf einen gewünschten Zielwert. Der Themooxidfilm 18 dient weiterhin zur Begrenzung übermäßiger Oxidation der oberen Elektrode 16, wodurch sich eine Stabilisierung der eingestellten Frequenz ergibt.

Die oben beschriebene herkömmliche FBAR-Vorrichtung 10 weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass eine Beschränkung der Dicke des Thermooxidfilms 18, der durch das Thermooxidationsverfahren erhältlich ist, besteht, wodurch sich eine beträchtliche Begrenzung des einstellbaren Frequenzbereichs ergibt. Angesichts der Frequenzstabilisierung wirkt sich weiterhin das Vorhandensein des Thermooxidfilms 18 nur dahingehend aus, dass die Oxidationsgeschwindigkeit der oberen Elektrode aus Metall während eines nachfolgenden Verfahrens verzögert wird, und deshalb ist es schwierig, einen tatsächlichen Oxidationsfortschritt selbst vollständig zu verhindern.

Weiterhin kann, da der Thermooxidfilm 18, ausgebildet auf der oberen Elektrode 16, dazu tendiert, in einem nachfolgenden Verfahren beschädigt zu werden, insbesondere bei der Herstellung eines Pakets in Verbindung mit einem Fotoresistverfahren oder einem Schneideverfahren, ein Risiko einer unbeabsichtigten plötzlichen Frequenzveränderung bestehen.

Wie aus der oben stehenden Beschreibung, die sich auf den Stand der Technik bezieht, ersichtlich, ist in der Technik eine neue Lösung sowohl zur Einstellung einer Resonanzfrequenz auf eine gewünschte, ausreichende Höhe als auch zur stabilen Aufrechterhaltung der eingestellten Resonanzfrequenz sogar während eines nachfolgenden Paketverfahrens benötigt worden.

Zusammenfassung der Erfindung

Deswegen wurde die vorliegende Erfindung angesichts der oben stehenden Probleme gemacht, und es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine FBAR-Vorrichtung anzugeben, mit der eine angemessene Einstellung einer Resonanzfrequenz davon und ein stabiler Schutz ihrer Resonanzeinheit während eines nachfolgenden Verfahrens erreicht werden kann. Dieses Ziel wird Kraft einer Passivierungsschicht, die im Wesentlichen überall in der Resonanzeinheit ausgebildet wird, anstatt nur auf einer oberen Elektrode der Resonanzeinheit ausgebildet zu werden, erreicht.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine FBAR-Vorrichtung anzugeben und ein Verfahren zur Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets, das zusätzliche Vorteile bezüglich der Ausbildung einer Deckstruktur in einem Chip-Scale-Packaging- oder Wafer-Level-Packaging-Verfahren zeigt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andere Gegenstände durch die Bereitstellung einer Film-Bulk-Schallwellen (FBAR)-Vorrichtung erreicht werden, umfassend: Ein Substrat; eine Resonanzeinheit, umfassend eine-untere Elektrode, einen piezoelektrischen Film und eine obere Elektrode, die nacheinander auf dem Substrat aufgeschichtet werden; und eine Passivierungsschicht, ausgebildet im Wesentlichen überall auf einer oberen Oberfläche und einer peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, worin eine Teilregion der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens der oberen Elektrode, eine Dicke aufweist, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen.

Bevorzugterweise kann die Passivierungsschicht aus einem Oxid oder Nitrid hergestellt sein, gebildet aus Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al, und noch mehr zu bevorzugen ist es, wenn die Passivierungsschicht aus einem Material hergestellt wird, das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt wurde. Die Passivierungsschicht kann durch Sprühen, Evaporation oder chemisches Aufdampfen (CVD) ausgebildet werden.

Bevorzugterweise kann die FBAR-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weiterhin auf dem Substrat ausgebildete Anschlussfelder umfassen, sodass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden verbunden sind, und die Anschlussfelder können aus Au hergestellt sein.

Im Allgemeinen wird die FBAR-Vorrichtung grundsätzlich in eine Vorrichtung auf Luftspaltweise und eine Vorrichtung nach der Weise der Bragg-Reflexion gemäß einer Isolierungsstruktur zwischen dem Substrat und einer Resonanzeinheit klassifiziert, und die vorliegende Erfindung kann wirksam auf beide Vorrichtungen angewendet werden. Deshalb kann das Substrat einen Luftspalt umfassen, ausgebildet in einem Bereich, über dem die Resonanzeinheit ausgebildet ist. Alternativ kann das Substrat eine reflektierende Filmstruktur, erhalten durch Bragg-Reflexion, aufweisen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andere Gegenstände durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung erreicht werden, umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Substrats; b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durch nacheinanderfolgendes Aufstapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode auf dem Substrat; c) Berechnung einer Dicke der Resonanzeinheit, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen; und d) Ausbildung einer Passivierungsschicht im Wesentlichen überall auf einer oberen Oberfläche und einer peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, sodass ein Teilbereich der Passivierungsschicht, der wenigstens auf der oberen Elektrode lokalisiert ist, die berechnete Dicke aufweist.

Bevorzugterweise umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung weiterhin vor dem Schritt d) den Schritt: e) Ausbildung von Anschlussfeldern auf dem Substrat, sodass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden verbunden sind.

Bevorzugterweise kann der Schritt d) die Schritte umfassen: d-1) Ausbildung der Passivierungsschicht auf dem Substrat über der Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich der Passivierungsschicht, der wenigstens auf der oberen Elektrode angeordnet ist, die berechnete Dicke aufweist; und d-2) selektive Entfernung der Passivierungsschicht, sodass Teilbereiche der Anschlussflecken, die mit einer äußeren Schaltung zu verbinden sind, der Außenseite ausgesetzt sind.

Bevorzugterweise kann der Schritt a) die folgenden Schritte umfassen: a-1) Ausbildung eines galvanisch aktiven Materialbereichs an dem Substrat, wobei der galvanisch aktive Materialbereich zum Gebrauch in der Ausbildung eines Luftspalts dient; und a-2) Ausbildung einer Isolierungsschicht auf dem galvanisch aktiven Materialbereich, und das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann weiterhin die folgenden Schritte umfassen: f) selektive Entfernung der Isolierungsschicht, um so Kontaktlöcher auszubilden, die in Verbindung mit dem galvanisch aktiven Materialbereich stehen; und g) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs durch die Kontaktlöcher, um so den Luftspalt auszubilden.

Bevorzugterweise können der Schritt d-2) und der Schritt f) gleichzeitig durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Fotoresist-Films durchgeführt werden, der galvanisch aktive Materialbereich kann aus einem Polysiliziummaterial hergestellt werden, der Schritt g) kann ein Ätzschritt des galvanisch aktiven Materialbereichs unter Verwendung von XeF2 sein. Vorteilhafterweise kann im Schritt g) die Passivierungsschicht die obere Elektrode schützen.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben stehenden und andere Gegenstände durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets erreicht werden, umfassend die Schritte: a) Vorbereitung eines Substrats; b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durch aufeinander folgendes Aufstapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode auf dem Substrat; c) Berechnung einer Dicke der Resonanzeinheit, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen; d) Ausbildung einer Passivierungsschicht, im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, so dass ein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens der oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und e) Ausbildung einer Deckstruktur, um so die Resonanzeinheit, ausgebildet mit der Passivierungsschicht, zu versiegeln.

Bei dem oben stehenden Paket-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Arten von Deckstrukturen verwendet werden. Wenn die Cap-Struktur durch die Verwendung von Trockenfilmen ausgebildet wird, kann der Schritt e) die folgenden Schritte umfassen: e-1) Ausbildung einer Seitenwandstruktur, die die Resonanzeinheit umgibt, durch Verwenden eines ersten Trockenfilms; und e-2) Ausbildung einer Dachstruktur auf der Seitenwandstruktur durch Anwenden eines zweiten Trockenfilms darauf. Bevorzugterweise kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung nach dem Schritt e-1) und vor dem Schritt e-2) weiterhin den folgenden Schritt umfassen: f) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs für die Ausbildung des Luftspalts.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben stehenden und andere Gegenstände, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer verständlich, wobei:

1a und 1b sind jeweils eine Seitenschnittdarstellung und ein Grundriss, die eine herkömmliche FBAR-Vorrichtung darstellen;

2a und 2b sind jeweils eine Seitenschnittansicht und ein Grundriss, die eine FBAR-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen;

3a bis 3h sind Seitenschnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritte der Herstellung einer FBAR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen; und

4a bis 4e sind Schnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritte der Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Nun wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Die 2a und 2b sind eine Seitenschnittansicht und ein Grundriss, die jeweils eine FBAR-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.

Unter Bezugnahme auf 2b zusammen mit 2a umfasst die FBAR-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 20, ein Substrat 21, ausgebildet an einer oberen Oberfläche davon mit einer Resonanzeinheit. Die Resonanzeinheit umfasst eine untere Elektrode 24, eine piezoelektrische Schicht 25 und eine obere Elektrode 26, die nacheinander auf dem Substrat 21 aufgestapelt werden, so dass sie über einem Luftspalt (A) angeordnet sind, der in dem Substrat 21 umgrenzt ist. Hauptsächlich kann das Substrat 21 ein Siliziumsubstrat sein, die oberen und unteren Elektroden 26 und 24 können aus Molybdän (Mo) hergestellt sein, und die piezoelektrische Schicht 25 kann aus Aluminiumnitrid (AlN) hergestellt sein, aber sie sind nicht darauf beschränkt.

Die FBAR-Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin eine Passivierungsschicht 29. Bevorzugterweise ist die Passivierungsschicht 29, wie in den 2a und 2b gezeigt, im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit ausgebildet, während bestimmte Teilbereiche der oberen und unteren Elektrode 26 und 24 zurückbleiben, in denen die Anschlussteile 26a und 24a ausgebildet werden.

Die Passivierungsschicht 29 ermöglicht eine leichte und wirksame Einstellung einer Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung 20. Das heißt, wie in 2a gezeigt, die Passivierungsschicht 29 wird an der oberen Oberfläche der Resonanzeinheit ausgebildet, nämlich an einer oberen Oberfläche der oberen Elektrode 26 auf solch eine Weise, dass sie eine Dicke eines bestimmten Bereichs, entsprechend einem tatsächlichen Resonanzbereich, erhöht. Solch eine Erhöhung der Dicke des tatsächlichen Resonanzbereichs ermöglicht eine leichte Einstellung der Resonanzfrequenz. Bei der vorliegenden Erfindung kann deshalb die Resonanzfrequenz der FBAR-Vorrichtung auf eine solche Weise realisiert werden, dass nach Fertigstellung der Resonanzeinheit eine Resonanzfrequenz, die von der Resonanzeinheit erzeugt wird, gemessen wird, und dann wird die Passivierungsschicht mit einer Dicke ausgebildet, die geeignet ist, eine Differenz zwischen der gemessen Resonanzfrequenz und einer gewünschten Zielfrequenz auszugleichen.

Die Passivierungsschicht 29 ermöglicht weiter eine stabile Aufrechterhaltung einer sich ergebenden, eingestellten Resonanzfrequenz angesichts einer Frequenzstabilisierung. Dies wird erreicht, da die Passivierungsschicht 29 im Wesentlichen kein Risiko der Veränderung ihrer Dicke oder einer Beschädigung aufgrund von Oxidation während eines nachfolgenden Verfahrens trägt. Die Passivierungsschicht 29 dient weiterhin zum sicheren Schutz der Resonanzeinheit während der Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets in Begleitung eines Fotoresist-Verfahrens oder eines Schneideverfahrens.

Die Passivierungsschicht 29 kann aus einem Oxid oder Nitrid hergestellt sein, gebildet aus Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. Mehr zu bevorzugen ist es, wenn die Passivierungsschicht 29 aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx. Im Unterschied zu einem herkömmlichen Thermooxidfilm kann die Passivierungsschicht 29 hinreichend auf eine gewünschte Dicke heranwachsen, und sie weist ein einfaches Ausbildungsverfahren auf.

Verschiedene andere Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden durch Lesen einer nachfolgenden Beschreibung, die sich auf ein Herstellungsverfahren für eine FBAR-Vorrichtung und ein Herstellungsverfahren für ein FBAR-Vorrichtungspaket gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht, verständlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung liefert insbesondere ein Ausbildungsverfahren der Passivierungsschicht 29 verschiedene Vorteile, da es sich nützlich mit einem Ausbildungsverfahren für einen Luftspalt unter Verwendung eines galvanisch aktiven Materialbereichs und einem Paket-Herstellungsverfahren kombinieren lässt.

Die 3a bis 3h sind Seitenschnittansichten, die jeweils die aufeinander folgenden Schritte der Herstellung einer FBAR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.

Wie in 3a gezeigt, wird zunächst ein Siliziumsubstrat 31 der FBAR-Vorrichtung vorbereitet, so dass ein Hohlraum (C) an einer oberen Oberfläche davon ausgebildet wird. Der Hohlraum (C) dient zur Ausbildung eines Luftspalts, der als Isolationsmittel zwischen dem Substrat 31 und Resonanzeinheit, die in einem nachfolgenden Verfahren ausgebildet wird, dient.

Dann wird, wie in 3b gezeigt, der Hohlraum (C) des Siliziumsubstrats 31 mit einem galvanisch aktiven Material gefüllt, wodurch ein galvanisch aktiver Materialbereich 33 ausgebildet wird.

Das galvanisch aktive Material kann ein Polysiliziummaterial sein. Unterdessen wird, vor der Ausbildung des galvanisch aktiven Materialbereichs 33, eine erste Isolierungsschicht 32a überall in einer inneren Oberfläche des Hohlraums (C), umgrenzt in dem Siliziumsubstrat 31, ausgebildet, um das Siliziumsubstrat 31 bei einem Ätzverfahren für die Ausbildung eines Luftspalts zu schützen. Ähnlich wird nach der Ausbildung des galvanisch aktiven Materialbereichs 33 das Siliziumsubstrat 31 an der oberen Oberfläche davon mit einer zweiten Isolierungsschicht 32b ausgebildet. Die zweite Isolierungsschicht 32b dient dazu, das Ätzen der unteren Elektrode zu verhindern, die mit dem Bezugszeichen 34 in 3c bezeichnet ist.

Bezug nehmend auf 3c werden auf einem Teil der Isolierungsschicht 32b, angeordnet über dem galvanisch aktiven Materialbereich 33, nacheinander die untere Elektrode 34, ein piezoelektrischer Film 35 und eine obere Elektrode 36 aufgestapelt, wodurch sich eine Resonanzeinheit ergibt. Die oberen und unteren Elektroden 36 und 34 und der piezoelektrische Film 35 können durch die Wiederholung entsprechender Verfahren zum Wachsenlassen des Films und Ätzverfahren ausgebildet werden. Als Ergebnis des geeigneten Ätzverfahrens wird ein Kontaktloch h1 ausgebildet, das den piezoelektrischen Film 35, wie in 3c gezeigt, vertikal durchdringt. Solch ein Kontaktloch h1 dient zur Verwendung bei einem Ätzverfahren des galvanisch aktiven Materialbereichs 33.

Nach Fertigstellung der Ausbildung der Resonanzeinheit werden, wie in 3d gezeigt, Anschlussfelder 37 und 38 auf dem Siliziumsubstrat 31 so ausgebildet, dass sie mit den oberen und unteren Elektroden 36 und 34 verbunden werden. Die Anschlussfelder 37 und 38 können aus Au bestehen. In einem nachfolgenden Verfahren dienen die Anschlussfelder 37 und 38 als Anschlussteile zur Verbindung mit einer externen Schaltung. Das Anschlussfeld 37, das aus Au besteht, dient insbesondere dazu, die obere Elektrode 36 mit einem bestimmten Bereich des Siliziumsubstrats 31 zur Verbindung mit einer externen Schaltung zu verbinden.

In der Folge wird, wie in 3e gezeigt, eine Passivierungsschicht 39 ausgebildet, um alle oben aufgezählten Bestandteile zu überdecken, umfassend die oberen und unteren Elektroden 36 und 34, den piezoelektrischen Film 35 und die Anschlussfelder 37 und 38. Die Passivierungsschicht 39 kann aus einem Oxid oder einem Nitrid hergestellt sein, gebildet aus Elementen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al. Es ist noch mehr zu bevorzugen, dass die Passivierungsschicht 39 aus einem Material hergestellt sein kann, das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt wurde. Die Passivierungsschicht 39 kann durch ein herkömmliches Verfahren zum Wachsenlassen eines Films ausgebildet werden, wie z.B. Sprühen, Evaporation oder chemisches Aufdampfen (CVD). In diesem Fall dient ein Teil der Passivierungsschicht 39, der auf der oberen Elektrode 36 bereitgestellt wird, als Teil zur Verwendung bei der Einstellung einer Resonanzfrequenz und weist eine Dicke auf, die geeignet ist, um die vorher gemessene Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit auf eine gewünschte Zielfrequenz einzustellen.

Als nächstes wird, wie in 3f gezeigt, ein Fotoresistfilm 40 auf die Passivierungsschicht 39 aufgebracht, und wird so gestaltet, dass Teilbereiche der Passivierungsschicht 39, angeordnet auf den Anschlussteilen zur Verbindung mit einer externen Schaltung, und ein Teil der zweiten Isolierungsschicht 32b, der mit dem Kontaktloch h1 in Verbindung steht, der Außenseite ausgesetzt werden.

Dann wird, wie in 3g gezeigt, ein Ätzverfahren der Passivierungsschicht 39 unter Verwendung des gestalteten Fotoresistfilms 40 durchgeführt. Durch dieses Ätzverfahren werden Teilbereiche der Anschlussfelder 37 und 38, die mit der externen Schaltung verbunden werden sollen, der Außenseite ausgesetzt, und der Teil der zweiten Isolierungsschicht 32b wird selektiv entfernt, wodurch ein Kontaktloch h2 hergestellt wird, das mit dem galvanisch aktiven Materialbereich 33 in Verbindung steht.

Schließlich wird, wie in 3h gezeigt, der Fotoresistfilm 40 entfernt, und dann wird der galvanisch aktive Materialbereich 33 entfernt, wodurch sich ein Luftspalt (A) ergibt. Der galvanisch aktive Materialbereich 33 kann aus einem Polysiliziummaterial bestehen, und in diesem Fall kann der galvanisch aktive Materialbereich 33 unter Verwendung von XeF2 entfernt werden. Die Verwendung von XeF2 beeinflusst die Anschlussfelder 37 und 38, hergestellt aus Au, nicht, aber sie kann die oberen und unteren Elektroden 36 und 34 aus Molybdän als Ätzmittel beeinflussen. Um solche nicht beabsichtigten Einflüsse auszuschließen kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, die Passivierungsschicht 39 als Schutzschicht für die obere Elektrode 36 und dergleichen agieren.

Obwohl die 3a bis 3h eine Ausführungsform zeigen, worin ein Luftspalt (A) durch die Ausbildung des Hohlraums (C) ausgebildet wird, werden Fachleute es zu schätzen wissen, dass die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise auf ein anderes Ausführungsbeispiel angewandt werden kann, worin ein Luftspalt durch Ausbildung einer separaten Membranstruktur auf einem Substrat ausgebildet wird. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung auf eine bestimmte Art und Weise anwendbar, wonach ein Substrat durch ein Bragg-Reflexionsverfahren strukturiert wird, um dem Substrat zu ermöglichen, als Isolierungsmittel zwischen dem Substrat und einer Resonanzeinheit, die darauf ausgebildet werden soll, zu dienen.

Die 4a bis 4e sind Seitenschnittansichten, die die aufeinander folgenden Schritte der Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Das Herstellungsverfahren für das FBAR-Vorrichtungspaket der vorliegenden Erfindung umfasst grundsätzlich das oben beschriebene Herstellungsverfahren für eine FBAR-Vorrichtung. Das heißt, die 4a bis 4e sind Seitenschnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Cap-Struktur zur Verwendung bei der Ausbildung eines Pakets in einem Zustand, bei dem die FBAR-Vorrichtung vorher hergestellt wurde, darstellen. Die in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Deckstruktur ist eine Deckstruktur unter Verwendung eines Trockenfilms, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt.

Unter Bezugnahme auf 4a zeigt diese zunächst den gleichen Zustand wie 3g, mit der Ausnahme, dass der Fotoresistfilm 40 von der FBAR-Vorrichtung entfernt ist. Das heißt, ein Siliziumsubstrat 41 der FBAR-Vorrichtung wird mit einem Hohlraum ausgebildet, und innerhalb des Hohlraums werden eine erste Isolierungsschicht 42a zum Schutz des Substrats 41 und ein galvanisch aktiver Materialbereich 43 ausgebildet. Dann werden, nachdem eine zweite Isolierungsschicht 42b für den Schutz einer unteren Elektrode 44 an einer oberen Oberfläche des Siliziumsubstrats 41 ausgebildet wurde, die untere Elektrode 44, ein piezoelektrischer Film 45 und eine obere Elektrode 46 nacheinander auf dem Siliziumsubstrat 41 über dem galvanisch aktiven Materialbereich 43 aufgestapelt, wodurch sie eine Resonanzeinheit ausbilden. In der Folge wird ein Paar Anschlussfelder 48 und 47 ausgebildet, so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden 46 und 44 verbunden werden, und eine Passivierungsschicht 49 wird ausgebildet, so dass sie alle teilbildenden Bestandteile wie oben angegeben überdeckt. Danach werden durch ein Fotoresistverfahren, wie in den 3f und 3g gezeigt, bestimmte Teilbereiche der Passivierungsschicht 49 selektiv geätzt, so dass Teilbereiche der Anschlussfelder 47 und 48 zur Verbindung mit einer externen Schaltung und ein Teil des galvanisch aktiven Materialbereichs 43 der Außenseite ausgesetzt werden. Schließlich kann, wenn der Fotoresist entfernt wird, die FBAR-Vorrichtung, die in 4a gezeigt ist, fertiggestellt werden.

In einem Zustand, in dem die FBAR-Vorrichtung wie oben angegeben vorbereitet ist, wird, unter Bezugnahme auf 4b, eine Seitenwandstruktur 51 durch die Verwendung eines Trockenfilms ausgebildet, so dass sie die Resonanzeinheit umgibt. Dieses Verfahren wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass, nachdem der Trockenfilm überall in einer oberen Oberfläche der FBAR-Vorrichtung aufgebracht ist, er selektiv entfernt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, während der Ausbildung der Seitenwandstruktur 51, der galvanisch aktive Materialbereich 43 nicht entfernt. Er stellt eine erhöhte Strukturstabilität der FBAR-Vorrichtung im Vergleich zu einem Fall der vorhergehenden Ausbildung eines Luftspalts sicher, auch wenn der Trockenfilm überall in der oberen Oberfläche der FBAR-Vorrichtung für die Ausbildung der Seitenwandstruktur 51 ausgebildet wird. Unterdessen dient, wenn der Trockenfilm selektiv entfernt wird, um die Seitenwandstruktur 51 fertig zu stellen, die Passivierungsschicht 49 als Schutz der Resonanzeinheit, umfassend die obere Elektrode 46.

Nach Ausbildung der Seitenwandstruktur 51 wird, wie in 4c gezeigt, die galvanisch aktive Materialschicht 43 entfernt, wodurch sich ein Luftspalt (A) ergibt. Während dieses Ätzverfahrens kann, obwohl der Fotoresistfilm 40 (unter Bezugnahme auf 3g) für die Ausbildung der Seitenwandstruktur 51 vorher entfernt werden muss, die obere Elektrode 46 durch die Passivierungsschicht 49 angemessen geschützt werden.

In der Folge wird, wie in der 4d gezeigt, ein anderer Trockenfilm auf die Seitenwandstruktur 51 aufgebracht, um so eine Dachstruktur 52 auszubilden. Auf diese Weise kann ein FBAR-Vorrichtungspaket 60 unter Verwendung von Trockenfilmen fertiggestellt werden. Das FBAR-Vorrichtungspaket 60 ist in einem Drahtkontaktierungsverfahren mit einer äußeren Schaltung durch die Verwendung der Anschlussfelder 47 und 48 verbindbar, die aus einer sich ergebenden Cap-Struktur 50 herausragen, wie in 4e gezeigt. Obwohl die vorliegende Ausführungsform eine Drahtkontaktierungsstruktur darstellt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Drahtkontaktierungsstruktur kann durch eine Flip-Chip-Anschlussstruktur ersetzt werden.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann, obwohl ein Beispiel der Ausbildung der Deckstruktur unter Verwendung von Trockenfilmen erklärt wird, das FBAR-Vorrichtungspaket der vorliegenden Erfindung ein Wafer-Level-Paket unter Verwendung eines Deckwafers darstellen, hergestellt aus einem Material ähnlich dem eines Vorrichtungswafers.

Wie aus der oben stehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt die vorliegende Erfindung eine FBAR-Vorrichtung bereit, die dazu ausgebildet ist, dass eine Passivierungsschicht ausgebildet wird, um eine Resonanzeinheit, umfassend eine obere und untere Elektrode und eine piezoelektrische Schicht, vollständig zu überdecken, wodurch sie eine angemessen einfache Einstellung einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und den Schutz der Resonanzeinheit gegenüber unbeabsichtigten Einflüssen nachfolgender Verfahren ermöglicht.

Weiterhin kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, durch die Ausbildung der Passivierungsschicht während eines Verfahrens der Ausbildung eines Luftspalts und eines Verfahrens der Ausbildung einer Deckstruktur, beinhaltet in einem Chip-Scale-Packaging oder einem Wafer-Level-Packaging, die Resonanzeinheit der FBAR-Vorrichtung sicher geschützt werden, wodurch sich eine stabile Aufrechterhaltung der geeignet eingestellten Resonanzfrequenz davon ergibt, und weiterhin eine beträchtliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der FBAR-Vorrichtung.

Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für darstellende Zwecke dargestellt wurden, werden Fachleute es zu schätzen wissen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne den Bereich und den Geist der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargestellt, zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. Film-Bulk-Schallwellenresonator(FBAR)-Vorrichtung (20), umfassend:

    – ein Substrat (21, 31, 41);

    – eine Resonanzeinheit, umfassend eine untere Elektrode (24, 34, 44), einen piezoelektrischen Film (25, 35, 45) und eine obere Elektrode (26, 36, 46), die nacheinander auf dem Substrat (21, 31, 41) aufgestapelt werden; und

    – eine Passivierungsschicht (29, 39, 49), ausgebildet im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und einer peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit, um die Resonanzeinheit zu schützen, worin ein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens der oberen Elektrode (26, 36, 46), eine Dicke aufweist, die nötig ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer gewünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Passivierungsschicht (29, 39, 49) aus einem Oxid oder Nitrid hergestellt ist, gebildet aus Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Passivierungsschicht (29, 39, 49) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Passivierungsschicht (29, 39, 49) durch Sprühen, Evaporation oder chemisches Aufdampfen (CVD) ausgebildet wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:

    Anschlussfelder (37, 38, 47, 48), ausgebildet auf dem Substrat (21, 31, 41), so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden (26, 36, 46, 24, 34, 44) verbunden sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Anschlussfelder (37, 38, 47, 48) aus Au oder Al bestehen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Substrat (21, 31, 41) einen Luftspalt (A) aufweist, ausgebildet in einem Bereich, auf dem die Resonanzeinheit ausgebildet wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Substrat (21, 31, 41) eine reflektierende Filmstruktur aufweist, erhalten durch Bragg-Reflektion.
  9. Verfahren zur Herstellung einer FBAR-Vorrichtung, umfassend die Schritte:

    a) Vorbereitung eines Substrats;

    b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durch aufeinander folgendes Aufstapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode auf dem Substrat;

    c) Berechnung einer Dicke der Resonanzeinheit, die erforderlich ist, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer erwünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen; und

    d) Ausbildung einer Passivierungsschicht im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und einer peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit zum Schutz der Resonanzeinheit, so dass ein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens der oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Passivierungsschicht aus einem Oxid oder Nitrid hergestellt ist, gebildet aus Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Si, Zr, Ta, Ti, Hf und Al.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Passivierungsschicht aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus SiO2, Si3N4, HfO, Al2O3, AlN und AlNOx ausgewählt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt d) durch Sprühen, Evaporation oder chemisches Aufdampfen durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, das vor dem Schritt d) weiterhin den folgenden Schritt umfasst:

    e) Ausbildung von Anschlussfeldern auf dem Substrat, so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden verbunden sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anschlussfelder aus Au und/oder Al bestehen.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, worin der Schritt d) die folgenden Schritte umfasst:

    d-1) Ausbildung der Passivierungsschicht auf dem Substrat über der Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich der Passivierungsschicht, der auf wenigstens der oberen Elektrode angeordnet ist, die berechnete Dicke aufweist; und

    d-2) selektive Entfernung der Passivierungsschicht, so dass Teilbereiche der Anschlussfelder zur Verbindung mit einer äußeren Schaltung der Außenseite ausgesetzt sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt a) die folgenden Schritte umfasst:

    a-1) Ausbildung eines galvanisch aktiven Materialbereichs an dem Substrat, wobei der galvanisch aktive Materialbereich zur Verwendung bei der Ausbildung eines Luftspalts dient; und

    a-2) Ausbildung einer Isolierungsschicht auf dem galvanisch aktiven Materialbereich,

    weiterhin umfassend die Schritte:

    f) selektive Entfernung der Isolierungsschicht, um so ein Kontaktloch, das mit dem galvanisch aktiven Materialbereich in Verbindung steht, auszubilden; und

    g) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs durch das Kontaktloch, um so den Luftspalt auszubilden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt d-2) und der Schritt f) gleichzeitig durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Fotoresistfilms durchgeführt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei: der galvanisch aktive Materialbereich ist aus einem Polysiliziummaterial hergestellt;

    – der Schritt g) ist ein Ätzschritt des galvanisch aktiven Materialbereichs unter Verwendung von XeF2; und

    – im Schritt g) schützt die Passivierungsschicht die obere Elektrode.
  19. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt a) das Substrat mit einer reflektierenden Filmstruktur, erhalten durch Bragg-Reflexion, bereitstellt.
  20. Verfahren zur Herstellung eines FBAR-Vorrichtungspakets, umfassend die Schritte:

    a) Vorbereitung eines Substrats;

    b) Ausbildung einer Resonanzeinheit durch aufeinander folgendes Aufstapeln einer unteren Elektrode, eines piezoelektrischen Films und einer oberen Elektrode auf dem Substrat;

    c) Berechnung einer Dicke der Resonanzeinheit, die benötigt wird, um eine Differenz zwischen einer Resonanzfrequenz der Resonanzeinheit und einer erwünschten Zielresonanzfrequenz auszugleichen;

    d) Ausbildung einer Passivierungsschicht im Wesentlichen überall in einer oberen Oberfläche und peripheren Oberfläche der Resonanzeinheit zum Schutz der Resonanzeinheit, so dass ein Teilbereich der Passivierungsschicht, angeordnet auf wenigstens der oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und

    e) Ausbildung einer Cap-Struktur, um so die Resonanzeinheit, ausgebildet mit der Passivierungsschicht, zu versiegeln.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt e) die folgende Schritte umfasst:

    e-1) Ausbildung einer Seitenwandstruktur, die die Resonanzeinheit umgibt, durch Aufbringen eines ersten Trockenfilms; und

    e-2) Ausbildung einer Dachstruktur auf der Seitenwandstruktur durch Aufbringen eines zweiten Trockenfilms darauf.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt a) den Schritt a-1) umfasst, Ausbildung eines galvanisch aktiven Materialbereichs an dem Substrat für die Ausbildung eines Luftspalts,

    weiterhin umfassend den folgenden Schritt:

    f) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs für die Ausbildung des Luftspalts, nach dem Schritt e-1) und vor dem Schritt e-2).
  23. Verfahren nach Anspruch 20, das weiterhin den folgenden Schritt umfasst:

    g) Ausbildung von Anschlussfeldern auf dem Substrat, so dass sie jeweils mit den oberen und unteren Elektroden verbunden sind, vor dem Schritt d).
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Anschlussfelder aus Au bestehen.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt d) die folgenden Schritte umfasst:

    d-1) Ausbildung der Passivierungsschicht auf dem Substrat über der Resonanzeinheit, so dass der Teilbereich, ausgebildet auf wenigstens der oberen Elektrode, die berechnete Dicke aufweist; und

    d-2) selektive Entfernung der Passivierungsschicht, so dass Teilbereiche der Anschlussfelder zur Verbindung mit einer externen Schaltung der Außenseite ausgesetzt werden.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt a) die folgenden Schritte umfasst:

    a-1) Ausbildung eines galvanisch aktiven Materialbereichs an dem Substrat für die Ausbildung eines Luftspalts, und

    a-2) Ausbildung einer Isolierungsschicht auf dem galvanisch aktiven Materialbereich,

    weiterhin umfassend:

    h) selektive Entfernung der Isolierungsschicht, um so ein Kontaktloch auszubilden, das in Verbindung mit dem galvanisch aktiven Materialbereich steht; und

    i) Entfernung des galvanisch aktiven Materialbereichs durch das Kontaktloch, um so den Luftspalt auszubilden.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Schritt d-2) und der Schritt h) gleichzeitig durch ein einziges Verfahren unter Verwendung eines Fotoresistfilms durchgeführt werden.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, worin: der galvanisch aktive Materialbereich ist aus einem Polysiliziummaterial hergestellt;

    der Schritt i) ist ein Ätzschritt der galvanisch aktiven Schicht unter Verwendung von XeF2; und

    im Schritt i) schützt die Passivierungsschicht die obere Elektrode.
  29. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt a) das Substrat mit einer reflektierenden Filmstruktur, erhalten durch Bragg-Reflexion, bereitstellt.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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