(57)【要約】【課題】  光電変換特性や発光効率の良好な機能素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  基板２１３上に、第一電極膜２１４と、第一電極膜２１４に対向する第二電極膜２０５，２０６と、第一電極膜２１４と第二電極膜２０５，２０６の間に配置された機能膜２０７，２０８，２０９，２１０と、第一電極膜２１４及び第二電極膜２０５，２０６に電位を与える配線２１８と、を有する機能素子であって、第二電極膜２０５上に機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜２０４と、第一絶縁膜２０４内に第二電極膜まで貫通して形成され、第二電極膜接続用の配線２１８が内部に延設されたコンタクトホールと、を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された機能膜と、前記第一電極膜又は前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子であって、
前記第二電極膜上に前記機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、
前記第一絶縁膜内に前記第二電極膜まで貫通して形成され、前記第二電極膜接続用の前記配線が内部に延設されたコンタクトホールと、を備えたことを特徴とする機能素子。
【請求項２】
請求項１記載の機能素子であって、
前記第二電極と前記第一絶縁膜との間に第二絶縁膜が介装されたことを特徴とする機能素子。
【請求項３】
請求項２記載の機能素子であって、
前記第一絶縁膜と前記第二絶縁膜とを貫通するように前記コンタクトホールが形成されていることを特徴とする機能素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記第一電極膜、前記機能膜、及び前記第二電極膜を有する層構造を前記基板上に複数段設けたことを特徴とする機能素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の機能素子であって、前記機能膜を覆う前記絶縁膜の水透過率が、１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることを特徴とする機能素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記機能膜が有機材料を含むことを特徴とする機能素子。
【請求項７】
請求項６記載の機能素子であって、
前記機能膜が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、前記機能膜が、前記基板側から前記第一電極、前記ホール輸送性有機材料、前記電子輸送性有機材料、前記第二電極の順で積層されたことを特徴とする機能素子
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記コンタクトホールから延設される配線の最小辺の長さが１ｍｍ以下であることを特徴とする機能素子。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記第二電極がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ2、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＦＴＯの少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする機能素子。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記配線が、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする機能素子。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記機能素子が光電変換膜積層型固体撮像素子であることを特徴とする機能素子。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の機能素子であって、
前記機能素子が有機発光素子であることを特徴とする機能素子。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２記載の機能素子であって、
前記機能膜の一片が一画素となる画素配列を有し、前記配線の延設される前記コンタクトホールが、前記各画素に形成されていることを特徴とする機能素子。
【請求項１４】
請求項１１〜請求項１３のいずれか１記載の機能素子であって、
前記コンタクトホールが前記各画素部に存在し、且つ、大きさが５μｍ以下であることを特徴とする機能素子。
【請求項１５】
基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された有機半導体層からなる機能膜と、前記第一電極膜又は前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子の製造方法であって、
前記第二電極膜のパターニング工程が、
前記第二電極膜上を第一絶縁膜で被覆した状態で、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして第一絶縁膜をパターニングした後、
前記第一絶縁膜をマスクとして第二電極膜をパターニングする工程を含む機能素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の機能素子の製造方法であって、
前記第二電極膜のパターニング工程の後に、前記第二電極膜上および前記機能膜の側壁を覆うように第二絶縁膜を形成する工程と、
フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして第二絶縁膜および第一絶縁膜を貫通するようにコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に露呈する第二電極膜にコンタクトするように前記配線を形成する工程とを含む機能素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５又は請求項１６記載の機能素子の製造方法であって、
前記電極膜のパターニング工程が、前記基板を１５０℃以下に維持した状態でドライエッチングする工程を含む機能素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の機能素子の製造方法であって、
前記第二電極膜は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの透過率が６０％以上である機能素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の機能素子の製造方法であって、
前記ドライエッチング工程に先立ち、還元性プラズマを用いた処理工程を含む機能素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の機能素子の製造方法であって、
前記ドライエッチング工程は、アルゴンプラズマを用いた処理工程を含む機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換膜や発光膜を基板上に積層した機能素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を用いた素子は、有機発光素子を代表として近年目覚しい進歩を遂げており、有機発光素子の代表例である有機ＥＬディスプレイなどは、製造化に成功している。また、有機半導体を用いた光電変換素子は、製造化には成功していないものの、近年著しく進歩を遂げており、以下に述べる従来の撮像素子の問題を克服する可能性を秘めている。従来のＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子では、半導体基板の表面に、受光部となる多数の光電変換素子（フォトダイオード）と、各光電変換素子で得られた光電変換信号を外部に読み出す信号読出回路が形成されている。信号読出回路は、ＣＣＤ型であれば電荷転送回路と転送電極、ＣＭＯＳ型であればＭＯＳトランジスタ回路と信号配線で構成される。
従って従来の固体撮像素子では、多数の受光部と信号読出回路とを同じ半導体基板の表面に形成しなければならず、受光部の面積を広くとることができないという問題がある。受光部の面積が大きくできないと光利用効率が大きく低下するため、従来の固体撮像素子では、上方にマイクロレンズやインナーレンズを設置することで受光部に光を集光することにより、光利用効率の低下を補ってきた。しかし、光学的な反射等の増大等の問題は避けられず、現状の撮像素子では数十％の光量ロスがあるだろうといわれている。また、固体撮像素子に要求される微細化は年々厳しくなる一方で、受光部の微細化が進むと撮像素子の周辺部と中心部の光入射角度の違いにより、マイクロレンズによる集光率に違いを生じ、シェーディングが起こるという問題が生じている。
【０００３】
そこで、例えば下記特許文献１に記載されている固体撮像素子の構造が見直されている。この固体撮像素子では信号読出回路を表面に形成した半導体基板上に、感光層を積層することで、これらの感光層を受光部とし、各感光層で得られた光電変換信号を、信号読出回路によって、外部に取り出すという構造、すなわち、光電変換膜積層型の構造になっている。
このような構造にすることで、受光部の開口部を大きくとることができ、先ほど触れた問題が解決することが可能となり、近年では下記特許文献２，３，４，５に記載されている光電変換膜積層型固体撮像素子が提案されるようになってきている。このような構造の光電変換膜に有機材料を用いた素子を用いることは、以下の観点で非常に望ましい。有機材料はその化合物の構造を変化させることで、分光波長を比較的容易に調節することが可能で、かつ、有機半導体を用いた光電変換素子は、１００ｎｍオーダーの厚みで実現することができ、積層しても総膜厚をおさえることができる。
【特許文献１】特開昭５８―１０３１６５号公報
【特許文献２】特開２００２―８３９４６号公報
【特許文献３】特表２００２―５０２１２０号公報
【特許文献４】特表２００３―５０２８４７号公報
【特許文献５】特許第３４０５０９９号公報
【０００４】
しかし、有機材料等を含む機能素子のさらなる向上を達成するには、有機半導体膜上の電極を微細加工する必要があるが、従来の方法を用いてこのような微細加工を行うと、機能素子の性能が著しく悪化するという問題を抱えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の方法に基づいて作製された機能素子では、素子特性が著しく悪化する問題がある。
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたもので、その目的は、良好な性能の機能素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は下記構成により達成される。
（１）  基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された機能膜と、前記第一電極膜又は前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子であって、前記第二電極膜上に前記機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜内に前記第二電極膜まで貫通して形成され、前記第二電極膜接続用の前記配線が内部に延設されたコンタクトホールと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この機能素子によれば、機能膜をパターニングする際のフォトリソグラフィー工程で、第一絶縁膜が機能膜の側壁を保護することにより、レジストをパターニングするときに、機能膜を純水等の処理液から保護することができる。また、コンタクトホールを形成するフォトリソグラフィー工程で、第一絶縁膜の一部を選択的に除去するためのレジストをパターニングする際、このレジスト形成による処理液の影響を機能膜が受けることがない。これにより、製造プロセス内で機能膜の素子性能が劣化することを防止できる。
【０００８】
（２）  前記第二電極と前記第一絶縁膜との間に第二絶縁膜が介装されたことを特徴とする（１）記載の機能素子。
【０００９】
この機能素子によれば、第二電極膜に配線を接続するためのコンタクトホールを形成するフォトリソグラフィー工程内で、第一絶縁膜の一部を選択的に除去するためのレジストをパターニングする際、第二絶縁膜が機能膜の保護膜として機能する。これにより、素子製造時の機能膜の素子性能劣化を防止できる。
【００１０】
（３）  前記第一絶縁膜と前記第二絶縁膜とを貫通するように前記コンタクトホールが形成されていることを特徴とする（２）記載の機能素子。
【００１１】
この機能素子によれば、第一絶縁層と第二絶縁層とを選択性エッチングで除去してコンタクトホールを形成する場合、第一絶縁層を除去している間は第二絶縁膜が機能層を保護しているため、エッチング処理の影響を機能層が受けることがない。このため、第一絶縁層の除去にはウェットエッチングによる除去も可能となり、製造プロセスを簡易にできる。
【００１２】
（４）  前記第一電極膜、前記機能膜、及び前記第二電極膜を有する層構造を前記基板上に複数段設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項記載の機能素子。
【００１３】
この機能素子によれば、複数段の層構造を備えた構成であっても、各層を形成する際に機能膜が常に保護されるので、配置場所によらず、どの位置の機能層に対しても素子性能の劣化が防止される。
【００１４】
（５）  前記機能膜を覆う前記絶縁膜の水透過率が、１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項記載の機能素子。
【００１５】
この機能素子によれば、フォトリソグラフィー工程では水洗処理等に純水が用いられるが、このような条件に設定しておくことで、この純水が光電変換膜に到達して、素子を劣化させることを確実に防止できる。
【００１６】
（６）  前記機能膜が有機材料を含むことを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項記載の機能素子。
【００１７】
この機能素子によれば、機能膜が、レジスト形成等の処理によって特に損傷を受けやすい有機材料であっても、素子特性の劣化を確実に防止できる。
【００１８】
（７）  前記機能膜が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、前記機能膜が、前記基板側から前記第一電極、前記ホール輸送性有機材料、前記電子輸送性有機材料、前記第二電極の順で積層されたことを特徴とする（６）記載の機能素子
【００１９】
この機能素子によれば、光電変換膜が、基板側から第一電極、ホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料、第二電極の順で積層されることで、機能膜の性能を向上させることができる。
【００２０】
（８）  前記コンタクトホールから延設される配線の最小辺の長さが１ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項記載の機能素子。
【００２１】
この機能素子によれば、配線の最小辺の長さが１ｍｍ以下となる微細な加工を用いる場合でも、機能膜の性能の劣化を防止できる。
【００２２】
（９）  前記第二電極がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ2、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＦＴＯの少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項記載の機能素子。
【００２３】
この機能素子によれば、第二電極としてＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ2、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＦＴＯの少なくとも一つの材料を用いることで、素子特性の向上が一層効果的となる。
【００２４】
（１０）  前記配線が、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする（１）〜（９）のいずれか１項記載の機能素子。
【００２５】
この機能素子によれば、配線材料としてＡｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの少なくとも一つの材料を用いることで、素子特性に悪い影響を及ぼすことなく良好な導電性を得ることができる。
【００２６】
（１１）  前記機能素子が光電変換膜積層型固体撮像素子であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか１項記載の機能素子。
【００２７】
この機能素子によれば、光電変換積層型固体撮像素子の性能を向上させることができる。
【００２８】
（１２）  前記機能素子が有機発光素子であることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれか１項記載の機能素子。
【００２９】
この機能素子によれば、有機発光素子の性能を向上させることができる。
【００３０】
（１３）  前記機能膜の一片が一画素となる画素配列を有し、前記配線の延設される前記コンタクトホールが、前記各画素に形成されていることを特徴とする（１１）又は（１２）記載の機能素子。
【００３１】
この機能素子によれば、配線が小さければ小さいほど機能層の面積を増加でき、素子性能を向上することができる。
【００３２】
（１４）  前記コンタクトホールが前記各画素部に存在し、且つ、大きさが５μｍ以下であることを特徴とする（１１）〜（１３）のいずれか１項記載の機能素子。
【００３３】
この機能素子によれば、コンタクトホールを５μｍ以下の大きさで画素部に形成することができる。
【００３４】
（１５）  基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された有機半導体層からなる機能膜と、前記第一電極膜又は前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子の製造方法であって、前記第二電極膜のパターニング工程が、前記第二電極膜上を第二絶縁膜で被覆した状態で、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして第二絶縁膜をパターニングした後、前記第二絶縁膜をマスクとして第二電極膜をパターニングする工程を含む機能素子の製造方法。
【００３５】
この機能素子の製造方法によれば、第二絶縁膜を第二電極膜上に形成することにより、第二電極膜をパターニングする際のレジストパターンの形成時における水洗工程において第二電極膜を通じて機能膜に水分が浸透し劣化を招くのを防ぐことができる。またエッチング処理時においても、ダメージが加わることを防止できる。
【００３６】
（１６）  前記第二電極膜のパターニング工程の後に、前記第二電極膜上および前記機能膜の側壁を覆うように第一絶縁膜を形成する工程と、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして第一絶縁膜及び前記第二絶縁膜を貫通するようにコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に露呈する第二電極膜にコンタクトするように前記配線を形成する工程とを含む（１５）記載の機能素子の製造方法。
【００３７】
この機能素子の製造方法によれば、第一絶縁膜上のレジストパターン作成、エッチングによるレジスト除去の際に、第一絶縁膜が機能膜の全面を覆っているため、機能素子が損傷しやすいものであっても、剥離液を用いたレジスト除去が可能である。また、レジストにより第一絶縁膜を除去する際、第一絶縁膜の下層に第二絶縁膜が敷設されているため、第二電極膜を通して機能膜が劣化することがなくなる。
【００３８】
（１７）  前記電極膜のパターニング工程が、前記基板を１５０℃以下に維持した状態でドライエッチングする工程を含む（１５）又は（１６）記載の機能素子の製造方法。
【００３９】
この機能素子の製造方法によれば、基板が１５０℃以下に維持されているため、電極膜のパターニングに際して下層にある機能膜との反応にいより、素子特性を劣化させる物質の生成あるいは機能膜との反応を生じさせることなく維持され、信頼性の高いドライエッチングを実現することが可能である。
【００４０】
（１８）  前記第二電極膜は、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの透過率が６０％以上である（１７）記載の機能素子の製造方法。
【００４１】
この機能素子の製造方法によれば、第二電極膜が光電変換素子の上部電極に相当するような場合に、上部電極の透光性に起因した基板温度の上昇が生じ易いが、基板温度を抑止できるように配慮できることから、素子特性の劣化を防止することが可能となる。
【００４２】
（１９）  前記ドライエッチング工程に先立ち、還元性プラズマにより処理する工程を含む（１７）記載の機能素子の製造方法。
【００４３】
この機能素子の製造方法によれば、第２電極膜が金属である場合には水素プラズマなどの還元性プラズマによりメタルリッチな膜となり、不活性ガスプラズマにより簡単にエッチングすることが可能となるため、低温下で容易にエッチング可能となる。
【００４４】
（２０）  前記ドライエッチング工程は、アルゴンプラズマを用いた処理工程を含む（１９）記載の機能素子の製造方法。
【００４５】
この機能素子の製造方法によれば、上記メタルリッチな膜は、基板温度を上昇させることなく、アルゴンプラズマにより容易に除去可能となる。従って機能膜の劣化を招くこともない。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、微細加工を行う場合でも素子性能の悪化を抑制でき、特性の良好な機能素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明は、基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された機能膜と、前記第一電極膜又は前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子であって、前記第二電極膜上に前記機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、前記第一絶縁膜内に前記第二電極膜まで貫通して形成され、前記第二電極膜接続用の前記配線が内部に延設されたコンタクトホールと、を備えたことを特徴としている。
この機能膜として好ましい例としては、光電変換膜や発光膜等が挙げられる。これら機能素子には、機能膜を挟む２つの電極膜に電位を与えるため、２つの電極膜の各々にボンディングＰＡＤに導通される配線が接続される構成をとることが一般的である。本発明は、上記構成とすることにより、機能膜の特性を劣化させずに、ミクロンオーダー、サブミクロンオーダーの微細加工ができるようになり、この微細な配線構造によって良好な光電変換特性を得ることが可能となる。
【００４８】
このような特徴を有する機能素子として、例えば光電変換膜積層型の固体撮像素子と発光素子とが一例として挙げられる。以下に、それらの構成及びその製造方法を順次説明する。まず、光電変換膜積層型固体撮像素子から説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
光電変換膜積層型固体撮像素子としては、２つの電極膜で挟まれた光電変換膜を３つシリコン基板上に積層して、シリコン基板上で３色の光を検出してカラー撮像を可能にする第１の構成や、２つの電極膜で挟まれた光電変換膜をシリコン基板上に１つ積層し、シリコン基板内の深さの異なる位置にｐｎ接合を２つ形成し、シリコン基板内で２色の光を検出し、シリコン基板上で１色の光を検出してカラー撮像を可能にする特開２００３−３３２５５１号公報の図５に記載のような第２の構成等、様々な構成が存在するが、本実施形態では、第２の構成を例にして説明する。
【００５０】
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の断面模式図である。図１では、光を検出して電荷を蓄積する部分である画素部における２画素分の断面と、その画素部にある電極に接続される配線や、その配線に接続されるボンディングＰＡＤ等が形成される部分である周辺回路部との断面を併せて示した。
なお、この例では、信号読出基板自身も光電変換能を持つため、光電変換膜が積層された形で説明を行う。２１３はシリコン単結晶基板であり、Ｂ光とＲ光の電磁波吸収／光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積／転送／読み出し部位を兼ねている。通常、ｐ型のシリコン基板が用いられる。
【００５１】
画素部のｐ型シリコン基板２１３には、表面部から順に、ｎ型不純物領域２２３、ｐ型不純物領域２２２、ｎ型不純物領域２２１が形成され、さらにｎ型不純物領域２２３の表面部の一部には、ｐ型不純物領域２２４が形成されている。
【００５２】
ｎ型不純物領域２２１は、ｐ型シリコン基板２１３とのｐｎ接合により光電変換された赤色（Ｒ）成分の信号電荷を蓄積する蓄積部である。Ｒ成分の信号電荷が蓄積されたことによるｎ型不純物領域２２１の電位変化は、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６Ａから、このＭＯＳトランジスタ２２６Ａに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。
【００５３】
ｎ型不純物領域２２３は、ｐ型不純物領域２２２とのｐｎ接合により光電変換された青色（Ｂ）成分の信号電荷を蓄積する蓄積部である。Ｂ成分の信号電荷が蓄積されたことによるｎ型不純物領域２２３の電位変化は、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６Ｂから、このＭＯＳトランジスタ２２６Ｂに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。
【００５４】
ｐ型不純物領域２２４内には、ｐ型シリコン基板２１３上方に積層された光電変換膜で発生した緑色（Ｇ）成分の信号電荷を蓄積するｎ型不純物領域からなる電荷蓄積領域２２５が形成されている。Ｇ成分の信号電荷が蓄積されたことによる電荷蓄積領域２２５の電位変化は、ｐ型シリコン基板２１３の表面に形成されたＭＯＳトランジスタ２２６Ｃから、このＭＯＳトランジスタ２２６Ｃに接続されたメタル配線２１９を介して信号読み出しＰＡＤ２２７に読み出される。信号読み出しＰＡＤ２２７は、各色成分が読み出されるトランジスタ毎に別々に設けておくことが好ましい。
【００５５】
ここでｐ型不純物領域、ｎ型不純物領域、トランジスタ、メタル配線等は模式的に示したが、それぞれの構造等はこれに限らず、適宜最適なものが選ばれる。Ｂ光、Ｒ光はシリコン基板の深さにより分別しているのでｐｎ接合等のシリコン基板表面からの深さ、各不純物のドープ濃度の選択などは重要である。光電変換膜積層型固体撮像素子の信号読み出し回路となるＣＭＯＳ回路は、通常のＣＭＯＳイメージセンサーに用いられている好ましい技術を全て用いることができる。低ノイズ読出カラムアンプやＣＤＳ回路を初めとして、画素部のトランジスタ数を減らす回路構成を当然のごとく適用することができる。
【００５６】
また、図１では、電荷蓄積領域２２５と、Ｒ光及びＢ光を検出するフォトダイオードとが、平面視上重なった位置にあるが、これに限らない。例えば、電荷蓄積領域２２５と、Ｒ光及びＢ光を検出するフォトダイオードとを、平面視上重ならない位置に形成した構成であっても良い。
【００５７】
ｐ型シリコン基板２１３上には、酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする透明な絶縁膜２１２が形成され、絶縁膜２１２上には酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする透明な絶縁膜２１１が形成されている。絶縁膜２１２の膜厚は薄いほど好ましく５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは２μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。
【００５８】
絶縁膜２１１，２１２内には、光電変換膜と電荷蓄積領域２２５とを電気的に接続するプラグ２１５が形成されており、プラグ２１５は絶縁膜２１１と絶縁膜２１２との間でパッド２１６Ａによって中継接続されている。プラグ２１５は例えばタングステンを主成分としたものが好ましく用いられ、パッド２１６Ａはアルミニウムを主成分としたものが好ましく用いられる。絶縁膜２１２内には、前述したメタル配線２１９やトランジスタ２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃのゲート電極等も形成されている。メタル配線も含めてバリヤー層が設けられていることが好ましい。プラグ２１５は、１画素毎に設けられている。
【００５９】
絶縁膜２１１内には、ｐ型不純物領域２２４とｎ型不純物領域２２５のｐｎ接合による光電変換時の雑音を防ぐために、遮光膜２１７が設けられている。遮光膜２１７は通常、タングステンやアルミニウム等を主成分としたものが用いられる。絶縁膜２１１内には、ボンディングＰＡＤ２２０（外部から電源を供給するためのＰＡＤ）と、信号読み出しＰＡＤ２２７が形成され、また、ボンディングＰＡＤ２２０と後述する画素電極膜２１４とを電気的に接続するためのメタル配線（図示せず）も形成されている。
【００６０】
絶縁膜２１１内の各画素のプラグ２１５上にはパッド２１６Ｂが形成され、パッド２１６Ｂ上に透明な第一電極膜である画素電極膜２１４が形成されている。パッド２１６Ｂは、プラグ２１５と画素電極膜２１４との電気的接続を良好にするためのものであり、アルミニウムやモリブデン等が用いられる。画素電極膜２１４は、画素毎に分離されており、この大きさによって受光面積が決定される。画素電極膜２１４には、ボンディングＰＡＤ２２０からの配線を通じてバイアスがかけられる。後述する対向電極膜に対して画素電極膜２１４に正のバイアスをかけることで、電荷蓄積領域２２５に電子を蓄積できる構造が好ましい。
【００６１】
この構造を実現するために、画素電極膜２１４上には、正孔ブロッキング層２１０、ｎ型半導体層２０９、ｐ型半導体層２０８、及び電子ブロッキング層２０７がこの順に積層され、これらがＧ光を検出してそれに応じた信号電荷を発生する光電変換膜を構成する。光電変換膜（２０７，２０８，２０９，２１０）の厚みは好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以下、特に好ましくは０．２μｍ以下である。
【００６２】
光電変換膜上には透明な第二電極膜である対向電極膜が形成されている。対向電極膜は、透明電極膜２０６，２０５をこの順に積層した２層構造となっているが、１層構造であっても良い。対向電極膜は、各画素で共通して使用することができるため、画素毎に分離しなくても良い。対向電極膜及び画素電極膜２１４のそれぞれの厚みは、好ましくは０．２μｍ以下である。
【００６３】
対向電極膜上には光電変換膜を保護する機能を持つ窒化珪素等を主成分とする保護膜(第一絶縁膜)２０４が形成されている。この保護膜２０４は、光電変換膜の側壁を覆うように形成されている。透明電極膜２０５及び保護膜２０４には、画素部の画素電極膜２１４と重ならない位置に開口が形成され、絶縁膜２１１及び保護膜２０４には、ボンディングＰＡＤ２２０上の一部に開口が形成されている。そして、この２つの開口によって露出する透明電極膜２０６とボンディングＰＡＤ２２０とを電気的に接続して、対向電極膜に電位を与えるためのアルミニウム等からなる配線２１８が、開口内部及び保護膜２０４上に形成されている。
【００６４】
透明電極膜２０６と配線２１８との間には、タングステン等を主成分とするバリヤーメタル２２８が形成されている。このバリヤーメタル２２８により、駆動耐久特性を向上させることが可能となる。
【００６５】
また、配線２１８上には、配線２１８を保護するための窒化珪素等を主成分とする保護膜２０３が形成されている。さらに、保護膜２０３の上には赤外カット誘電体多層膜２０２が形成され、赤外カット誘電体多層膜２０２上には反射防止膜２０１が形成されている。
【００６６】
上記の保護膜２０４により、有機材料を含む層の製造プロセスが容易となる。詳細は後述するが、特にこの層は接続電極２１８等の作成時のレジストパターン作成、エッチング時等の光電変換膜に対するダメージを低減させることができる。なお、レジストパターン作成、エッチング等を避けるために、マスクによる製造も可能であるが、上記保護膜２０４を形成した構造により有機材料を含む層（光電変換膜）のダメージを抑える方が、製造プロセスが簡易に済み、有益であり、かつ、マスク法では到底できないミクロンオーダー、サブミクロンオーダーの加工が可能となる。
【００６７】
以上のような構成により、１画素でＢＧＲ３色の光を検出してカラー撮像を行うことが可能となる。図１の構成では、２つの画素においてＲ，Ｂを共通の値として用い、Ｇの値だけを別々に用いる。換言すると、Ｒ，Ｂに対してＧを２倍の解像度となるよう配置している。このような構成により、画像を生成する際に特に重要となる高感度のＧ信号が解像度を高められ、良好なカラー画像を生成することが可能となる。
【００６８】
尚、画素電極膜２１４は単一の構造である必要は全くない。異なる材料からなる２層以上の積層構造でも良い。このような２層以上の構成の場合でも総称して第1電極膜と呼称することにする。
【００６９】
第１電極膜上に光電変換層を積層した後、さらにその上に第２電極膜２０５，２０６を形成するが、これら第一電極膜及び第二電極膜の材料としては、基本的に何であっても構わない。例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては例えば、「Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｆｒ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ，Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ，Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏ、Ｂｒ、Ｉ、Ａｔ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｆ、Ｏ、Ｓ、Ｎ」の中から選ばれる任意の組み合わせで良いが、特に好ましいものは、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの中から選ばれる任意の組み合わせである。尚、配線２１８やボンディングＰＡＤ２２０の材料も、第一電極膜及び第二電極膜の材料と同じものを用いることができる。
【００７０】
また、第一電極膜及び第二電極膜として透明なものを用いることは大変好ましい。具体的な材料として酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル等の金属を用いて作成した厚みの薄い半透過性電極、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとＩＴＯとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」（シーエムシー刊、1999年）、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」（オーム社、１９９９年）等に詳細に記載されているものを用いても良い。本発明において特に好ましいのは、第一電極膜及び第二電極膜が、それぞれＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯの少なくとも１つを含んで構成されることである。
【００７１】
上記のような材料を一例として第一電極膜を製膜することができるが、この第一電極膜のパターニングはどのような方法を用いても良い。印刷法やマスク法を用いてパターンを作成しても良いが、好ましいのはフォトリソグラフィーによる方法である。
【００７２】
本発明においては、このように作成した第一電極上に光電変換膜を作成する。本発明における光電変換膜とは、光を吸収して電子に変える光電変換層を含み、かつ、その電子を分離するために必要な電極間材料や電極を含む。その好ましい構成としては、まず基板上に積層される光電変換膜が一つの光電変換膜の場合として、下から[1]下部電極層、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、透明電極という構成、[2]下部電極層、ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層、透明電極という構成などが挙げられる。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、電子輸送性材料を二つ以上の層に分割しても良いし、ホール輸送性材料層を二つ以上に分割しても構わない。例えば、[3]下部電極層、電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、透明電極[4]下部電極層、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料、透明電極[5]下部電極層、電子輸送性材料層,電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、ホール輸送性材料、透明電極という構成である。さらに、基板上に積層される光電変換膜が二つの場合は、基本的に光電変換膜が一つの場合の組み合わせを作成することができる。すなわち、例えば、[1]と[1]との組み合わせである下から下部電極層、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、透明電極、層間絶縁膜、下部電極層（透明電極）、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、透明電極という構成や、[1]と[2]の組み合わせである下部電極層、電子輸送性材料層、ホール輸送性材料層、透明電極、層間絶縁膜、下部電極層（透明電極）、ホール輸送性材料層、電子輸送性材料層、透明電極という構成などが挙げられ、そのような複数層の構成は基本的に[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる組み合わせで任意に構成しても良いし、[1]、[2] [3]、[4]、[5]以外の他の構成と[1]、[2]、[3]、[4]、[5]とを任意に組み合わせても良い。基板上に少なくとも二つの光電変換膜を積層することは、一つの場合よりも単位面積あたりの光利用効率が上がるため、本発明ではより好ましく構成要件として挙げることができる。
【００７３】
さらに、詳細は後述するが、基板上に少なくとも三つの光電変換膜を積層することは、さらに光利用効率を上げることができるため、本発明では特に好ましい。特に少なくとも３つの場合では、青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜を作成することができるため、フルカラー撮像素子を作成することが可能となる。そのため、本発明では非常に好ましい。当然のことながら、基板上に少なくとも三つの光電変換膜を積層する場合の構成は、二つの場合と同様に、[1]、[2]から選ばれる任意の組み合わせや他の構成と[1]、[2]との組み合わせが挙げられ、もちろん、それ以外の組み合わせでも構わない。
【００７４】
また、光電変換膜を構成する材料は、無機材料であっても、有機材料であっても構わないが、本発明では有機材料が含まれている場合、特に好ましく用いることができる。このため、上述した電子輸送性材料やホール輸送性材料として、電子輸送性有機材料やホール輸送性有機材料を用いることが極めて望ましい。
【００７５】
電子輸送性有機材料としては、例えば、アクセプター性有機半導体（化合物）を好ましく用いることができる。アクセプター性有機半導体（化合物）とは主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは２つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物（ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体）、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する５ないし７員のヘテロ環化合物（例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等）、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。
【００７６】
ホール輸送性有機材料としては、例えば、ポリ-N-ビニルカルバゾール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリメチルフェニルシラン、ポリアニリン、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリフィリン誘導体（フタロシアニン等）、芳香族三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、ブタジエン化合物、ベンジジン誘導体、ポリスチレン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、テトラフェニルベンジン誘導体、スターバーストポリアミン誘導体等が使用可能である。
また、有機色素を用いることも非常に好ましく、上記の材料に光を吸収する構造を持たせることや、他にも金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族及び芳香環乃至複素環化合物が縮合した鎖状化合物、キノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒素複素環、スクアリリウム基及びクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。
金属錯体色素である場合、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7-249790号、特表平10-504512 号、WO98/50393号、特開2000-26487号等に記載の錯体色素等が挙げられる。また、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などのポリメチン色素の具体例としては特開平11-35836号、特開平11-67285号、特開平11-86916号、特開平11-97725号、特開平11-158395号、特開平11-163378号、特開平11-214730 号、特開平11-214731号、特開平11-238905号、特開2000-26487号、欧州特許892411号、同911841号及び同991092号の各明細書に記載の色素である。
なお、これらの材料を必要に応じて、ポリマーバインダー内に含有させても良い。そのように用いられるポリマーバインダーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール等を挙げることができる。
【００７７】
このような光電変換膜を所望の形にパターニングする必要があるが、本発明においては、その方法はどのような方法でも良い。その中でも特に好ましいのは、マスク法で製膜することや第二電極をマスクに光電変換膜をパターニングすることである。
【００７８】
以上のような構成の光電変換膜積層型固体撮像素子の製造プロセスについて、図面を参照しながら説明する。
図２〜図１１は、図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図であり、図２は、第一電極膜２１４までを作成した状態である。図２までの構造は通常の半導体プロセスにて作成することができるため、ここではそれ以降の工程を詳しく説明する。
【００７９】
第一電極膜２１４を形成後、図３に示すように、第一電極膜２１４上に、正孔ブロッキング層２１０、ｎ型半導体層２０９、ｐ型半導体層２０８、及び電子ブロッキング層２０７をこの順に形成して、光電変換膜を形成する。次に、図４に示すように、光電変換膜上に透明電極膜２０６，２０５をこの順に形成して、対向電極膜を形成する。次に、図５に示すように、周辺回路部上の光電変換膜及び対向電極膜を選択的にエッチング除去する。
【００８０】
次に、図６に示すように、保護膜（第一絶縁膜）２０４を形成する。そして、対向電極膜の一部である透明電極膜２０６を露出させるために、図７に示すように、保護膜２０４の一部及び対向電極膜の一部を選択的にエッチング除去する。このとき、レジストを全面に形成して選択的に除去するレジストパターン形成工程が入るが、光電変換膜（２０７，２０８，２０９，２１０）は保護膜２０４によって保護された状態となる。また、このときボンディングＰＡＤ２２０上の保護膜２０４の一部もエッチング除去しておく。次に、タングステン等のバリヤーメタル２２８を透明電極膜２０６の露出面のみに成膜する。この透明電極膜２０６の露出面を含む保護膜２０４の穴部が、透明電極２０６と導通をとるためのコンタクトホールとなる。このコンタクトホールの大きさは、５μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下で、さらに好ましくは０．５μｍ以下である。次に、図８に示すように、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１を選択的にエッチング除去して、ボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させる。
【００８１】
次に、図９に示すように、アルミニウム等の配線材料２１８を成膜する。このとき、透明電極膜２０６上の開口と、ボンディングＰＡＤ２２０上の開口には、それぞれ配線材料２１８が入り込む。次に、透明電極膜２０６とボンディングＰＡＤ２２０とが配線材料２１８によって接続される状態を維持しながら、不要な配線材料２１８を、図１０に示すように選択的にエッチング除去し、配線２１８を形成する。次に、図１１に示すように保護膜２０４及び配線２１８上に保護膜２０３を形成する。さらにその上に赤外カット誘電体多層膜２０２、反射防止膜２０１をこの順で形成して、図１に示すような光電変換膜積層型固体撮像素子を得る。ここで、コンタクトホールから延設される配線の最小辺の長さは１ｍｍ以下とされ、このような微細な加工を用いる場合でも、機能膜の性能の劣化を防止できる。
【００８２】
以上のような製造プロセスによれば、図６と図７の間において、図７に示す開口を形成するためのマスクパターンをフォトリソによって形成するに際し、絶縁性の保護膜２０４によって光電変換膜（２０７，２０８，２０９，２１０）が保護された状態でマスクパターンを形成することができる。このため、パターニング等の種々のプロセスにおいて、光電変換膜が保護膜２０４により確実に保護されて、光電変換膜の特性劣化を防ぐことができるといった利点が生じる。光電変換膜が有機材料を含む場合には、プロセスの影響による特性劣化が特に懸念されるため、本方法はより効果的である。このような効果は、図１０において配線２１８を形成する際のマスクパターン形成時にも同様に得られる。
【００８３】
尚、光電変換膜の特性劣化を防ぐ上で必要な保護膜２０４の条件は、その水透過率が低いことが好ましい。具体的には、水透過率が１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることが好ましく、より好ましくは、１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは、１×１０−９〜１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である。水透過性は、例えば米国ＭＯＣＯＮ社製の水透過性測定装置で測定することができる。
【００８４】
一般に、フォトリソグラフィーにおいてレジストパターンを形成する場合には、水洗処理等によって純水が用いられるが、このような条件に設定しておくことで、この純水が光電変換膜に到達してしまうといったことを確実に防ぐことができる。また、保護膜２０４は１層構造である必要はなく、複数の絶縁膜からなる多層構造であっても良い。多層構造の場合には、光電変換膜の保護性能をより向上させることができる。
【００８５】
ここで、上記の製造プロセスを更に詳細に説明する。
本実施の形態では、第二電極膜としての透明電極膜２０５，２０６のパターニングを、還元性プラズマによって表面処理を行った後、前記基板を基板温度１５０℃以下でドライエッチングすることによって実現する。
【００８６】
この構成により、還元性プラズマ処理を行うことによってメタルリッチな膜となり、この状態でＡｒでたたくことによって高温にしなくてもエッチング可能な状態となるため、基板を１５０℃以下に維持することができ、有機半導体膜のパターニングに際して素子特性を劣化させる物質の生成あるいは膜物質との反応が生じることなく維持され、信頼性の高いドライエッチングを実現することが可能となる。
【００８７】
本発明においては、信号読出回路が形成された基板上に、第一電極膜、有機半導体膜、該第一電極膜に対向する第二電極膜をこの順に積層を行う。この積層をした後、第二電極膜を微細加工する必要がある。第一電極膜または第二電極膜を製膜後、第一電極膜または第二電極膜をドライエッチングにて形状加工する際に、基板温度を１５０℃以下にすることが重要なポイントである。基板温度は、好ましくは８０℃以下、より好ましくは４０℃以下である。第一電極膜または第二電極膜には透明電極を用いることが多い。該透明電極の透過率が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて６０％以上が好ましく、より好ましくは、８０％以上であり、より好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上である。このような第二電極のドライエッチングの際には、基板に温度をかけることが普通である。しかし、本発明における素子を作成する場合には、上記温度を１５０℃以下にしないと素子特性が極めて悪化することが明らかとなった。その理由は、エッチングガス存在下での高温条件では、素子特性を劣化させるある種の物質の生成または膜物質との反応が起こるためと考えられるためである。通常の液晶ｄｉｓｐｌａｙや半導体デバイス、従来素子では、そういったことが起こらないため、これは本発明の素子に特異的な現象であり、容易に推測しえない発明である。
本発明の効果は、特に第一電極膜または第二電極膜がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＦＴＯなどの金属酸化物から選ばれる少なくとも一つの材料を含む場合に、特に有効に機能するため好ましい。
【００８８】
また、ドライエッチング時に、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２の中から選ばれる少なくとも一つのガスを用いてドライエッチングする場合に、本発明の効果は大きいため、本発明においてこれらのガスを用いることはより好ましく、さらに、本発明では以下のように行うことが望ましい。
なお、ドライエッチング時に、還元性プラズマすなわち、還元性分子または原子を含むプラズマにより処理した後に、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、Ａｒ、Ｎ２、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｏ２の中から選ばれる少なくとも一つのガスを用いてドライエッチングすることのが好ましく望ましい。また、さらに好ましくは該還元性分子または原子を含むプラズマが、炭素、水素、窒素、硫黄、ヨウ素、塩素、臭素の中から選ばれる少なくとも一つの元素を含有する原子または分子が存在することでありる。さらに好ましくは、該還元性分子または原子を含むプラズマが、一酸化炭素、水素、一酸化窒素、一酸化硫黄、ヨウ素、塩素、臭素の中から選ばれる少なくとも一つの分子を含むことであり、最も好ましいのは、一酸化炭素、または水素を含むことである。特に、本発明において特記すべきことは、これらの分子を必ずしもガスの形で供給する必要性は必ずしもない。例えばエッチングガスＣＨＦ３のように、ある酸化物をＣＨＦ３プラズマを用いてプラズマ処理を行った際には、通常の条件下で一酸化窒素が存在することが明らかとなっている。これは、酸化物の酸素とＣＨＦ３の炭素が結合して、一酸化炭素が生じたためであり、本発明はこのようにプラズマ処理過程で発生してプラズマ中に存在する分子を用いる場合についても、本発明の構成要件として含まれるとする有効である。
【００８９】
また、本発明の一つであるＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＣＨ４、ＣＨ３ＯＨ、Ａｒ、Ｎ２、Ｏ２の中から選ばれる少なくとも一つのガスを用いてドライエッチングする前に行うに際し、還元性分子または原子を含むプラズマにより処理する方法は、基板温度を１５０℃以下では達成できなかったエッチングレートの維持の他、さまざまなことが可能となると同時に、本発明では有機半導体を含む素子の耐久性向上にも寄与することがわかった。なお、本発明におけるドライエッチング方式は、誘導結合型でも容量結合型でもどのような方式でも得られる効果は同様であると考えられる。
【００９０】
また、本発明における第一電極膜、第二電極膜、機能膜としての有機半導体膜の作成形成方法としては、基本的にどんな方法であっても良い。抵抗加熱真空蒸着装置、ＲＦスパッタ装置、ＤＣスパッタ装置、対向ターゲット式スパッタ装置、ＣＶＤ、ＭＢＥ、ＰＬＤ、塗布法などを用いた方法を挙げることができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９１】
次に、上記のような本発明の構造に対して、本発明とは異なる構造を比較用として示す。
図１２は、本発明とは違う構造を持つ配線構造で、この構造の配線２２０８上部の一部は絶縁膜２２０９と接しているが、下部は絶縁膜と接していない。この構造は一見すると単純で第二電極２２０７上に絶縁膜２２０９が１種しか存在せずプロセス上も優位なように思えるが、この方式では良好な光電変換特性が得られない。
【００９２】
通常のよく知られた半導体デバイスでは、このような違いは大きくなく、むしろプロセス上簡略化したい場合には、このような配線構造を持たせることも多い。また、概して光電変換膜に有機材料を用いている場合は（特に有機半導体を用いている場合）、この構造がとられる。光電変換膜に有機材料を用いている場合（特に有機半導体を用いている場合）この構造がとられるのは、マスク法にて素子の作成を行うためである。マスク法では微細なコンタクトホールをあけることが不可能なため、絶縁膜を設置せずこのように配線を行うわけである。
【００９３】
次に、本発明に係る配線構造と、本発明とは異なる配線構造との作成プロセスを比較する。図１と同じように用意した信号読出基板に、本発明とは異なる配線構造を作成するプロセスの一例をここで提示する。
図１３は、第一電極２２０４が作成され、光電変換膜２２０６、第二電極膜２２０７を全面に製膜した後、レジストを全面塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いて、所望のパターンを形成し、第二電極膜２２０７をエッチングし、レジスト剥離、第二電極２２０７をマスクにして光電変換膜２２０６をエッチングした後の段階を示す図である。
【００９４】
図１３の段階から、図１４に示すように第二電極２２０７をマスクにして第二電極ＰＡＤ２２０５までエッチングを行い、図１５に示すように配線２２０８を全面製膜する。ここから先ほどと同様に光リソグラフィー技術を用いて、配線２２０８を図１６のように残し、図１７に示すように絶縁膜２２０９を全面製膜する。
【００９５】
図１７に示す本発明とは異なる構造は、本発明の構造を作成した場合に比べて、光電変換特性が悪化する。理由は明らかでないが、この構造及び構造を作成するプロセスが、プロセス中の光電変換膜の損傷を招いていると推測している。本発明の構造とした場合、この損傷の程度は、特に第二電極がＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ2、ＡＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＦＴＯの少なくとも一つの材料を含む場合、または、配線が、Ａｌ、Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｚｎの少なくとも一つの材料を含む場合に小さくなり、本発明の効果が増大する。
【００９６】
なお、バリヤーメタルの形成について補足すると、配線２１８とボンディングＰＡＤ２２０との間にもバリヤーメタルを形成する場合には、図７において、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１にも開口を空けてボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させておき、次の工程で、ボンディングＰＡＤ２２０の露出面上にもバリヤーメタルを成膜すれば良い。
【００９７】
または、図７において、ボンディングＰＡＤ２２０上の絶縁膜２１１にも開口を空けてボンディングＰＡＤ２２０の一部を露出させておき、次の工程で、バリヤーメタルを全面に成膜し、その上に配線材料２１８を成膜した後、バリヤーメタルと配線材料２１８を一緒にパターニングすることで、配線２１８と透明電極膜２０６との間及び配線２１８とボンディングＰＡＤ２２０との間に、バリヤーメタルを介在させるようにしても良い。
【００９８】
以上説明した光電変換膜積層型固体撮像素子では、光電変換膜が、少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、これらが下からホール輸送性有機材料、電子輸送性有機材料という順番で位置する構造をとることが特に好ましい。ホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を用いて光電変換膜を作成した場合には、上述した構造にした方が、素子の性能が高くなることが実験的に証明されているためである。
【００９９】
本発明のおいて最も好ましい態様を述べる。
基板上に、第一電極膜と、該第一電極膜に対向する第二電極膜と、前記第一電極膜と前記第二電極膜の間に配置された機能膜と、前記第一電極膜及び前記第二電極膜に電位を与える配線と、を有する機能素子であって、
（１）前記第二電極膜の上層に前記機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜
（２）前記第一絶縁膜内に前記第二電極膜まで貫通して形成され、前記第二電極膜接続用の前記配線が内部に延設されたコンタクトホール
（３）前記第二電極と前記第一絶縁膜との間に第二絶縁膜が設置され、
（４）機能膜が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、前記機能膜が、前記基板側から前記第一電極、前記ホール輸送性有機材料、前記電子輸送性有機材料、前記第二電極の順で積層されており、
（５）該コンタクトホールが各画素部に存在し、かつ、大きさが５μｍ以下であることを特徴とする機能素子である。
【０１００】
この好ましい理由は、以下のとおりである。
機能膜の性能はホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含み、前記機能膜が、前記基板側から前記第一電極、前記ホール輸送性有機材料、前記電子輸送性有機材料、前記第二電極の順で積層されることで、最も良い性能を達することができる。
しかし、この構成を従来法で基板に積層する場合、発光素子の場合は、基板の駆動トランジスターにＰＭＯＳを使用しなければならない点、光電変換膜の場合には、信号電荷を正孔にしたり、同じくＰＭＯＳを使用しなければならないなどの点から、基板側の性能が低下し、トータルとして性能を最大限に引き出すことができない。しかし、本発明の以下の態様によってその最大限の力を引き出すことができる。第一絶縁膜内に第二電極膜まで貫通して形成され、前記第二電極膜接続用の前記配線が内部に延設されたコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホールが各画素部に存在し、かつ、大きさが５μｍ以下である。加えて、この態様を性能劣化を全く起こさず形成するのは、大きな困難を伴う。しかし、本発明の最も好ましい例を用いると、理想に近い形となる。それは、前記第二電極膜の上層に前記機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜があって、かつ、前記第二電極と前記第一絶縁膜との間に第二絶縁膜が設置されている場合である。この絶縁膜２層構造は、機能膜の劣化を引き起こさず素子の性能を最大限に引き出すことができる。第二絶縁膜がフォトリソ工程から機能膜を守り、第一絶縁膜が機能膜の大気暴露を防止する。
【０１０１】
次に、上記の光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例を説明する。
この変形例は、第二電極膜上に機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、第一絶縁膜内に第二電極膜まで貫通して形成され、第二電極膜接続用の配線が内部に延設されたコンタクトホールと、第二電極と前記第一絶縁膜との間に介装された第二絶縁膜とを有する構成となっている。本構成の場合、本発明の効果が一層大きくなる。
前述のプロセスと比較できるように図２〜図４までは共通プロセスとして記述することができる。それに続くプロセスとして、先ほどのように第二電極（２０５，２０６）をエッチングせずに、図１８のように絶縁膜（第二絶縁膜）２３０１を製膜する。この上にフォトリソグラフィーにより、レジスト２３１０を図１９のように形成し、まずこの絶縁膜２３０１をレジストパターンに従って、図２０のようにエッチングする。この後、第二電極２２０７をエッチングする前に、図２１のようにレジスト２３１０を除去する。このレジスト２３１０の除去は、酸素アッシングなどのドライプロセスが望ましいが、第二電極２２０７が光電変換層２２０６を保護する役割が大きい場合には、通常の剥離液を用いたアッシングが可能である。この点は非常に重要で、製造プロセスの簡略化と省コスト化等に有益となる大きな効果である。さらに、図２２のように、絶縁膜を２３０１をマスクとしてエッチングを行う。その後、絶縁膜（第一絶縁膜）２３０２を製膜し、この絶縁膜２３０２上にレジストパターン２３１１を図２３のように形成し、図２４のようにＰＡＤ空けを行い、レジスト２３１１を除去した後、配線材料を製膜する。そして、図２５のように配線２３０３を形成した後、図２６のように最後に絶縁膜２３０４を製膜する。
【０１０２】
本変形例の構造は、以下の観点で有効である。図２１のレジスト除去の際に、第二電極２２０７が光電変換膜２２０６の全面を覆っているため、光電変換膜２２０６が損傷しやすいものであっても、剥離液を用いたレジスト除去が可能である。この点が前述した例に対して効果が大きい点である。特に、光電変換膜２２０６が有機材料を用いている場合は、この効果は非常に大きく、さらに光電変換膜２２０６が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む場合には、極めてその効果は大きい。
また、図２３におけるレジスト２３１１により絶縁膜２３０２を除去する際、絶縁膜２３０２の下層に絶縁膜２２０７が敷設されているため、第二電極膜２２０７を通して光電変換膜２２０６が劣化することはない。従って、絶縁膜２３０２の除去にはウェットエッチングも利用可能となる。さらに、図２３におけるレジスト除去の際は、絶縁膜２３０２が光電変換膜２２０６の側壁を覆っているため、レジスト除去による光電変換膜２２０６の特性劣化が防止される。
【０１０３】
光電変換膜２２０６を覆い配線２３０３の下部に存在する絶縁膜２３０２は、特に前述した水透過率に関しては重要な特性である。この特性による効果は、光電変換膜２２０６に有機材料を用いている場合に大きく、さらに光電変換膜２２０６が少なくともホール輸送性有機材料及び電子輸送性有機材料を含む場合には、極めてその効果が大きいものとなる。
【０１０４】
（第二実施形態）
次に、本発明に係る機能素子が発光素子である例を説明する。なお、同様の形態として光電変換膜積層型固体撮像素子とする場合には、基板として第一実施形態に記したものや、後述の第三、第四の実施形態に用いたものを利用できる。ここでの発光素子は、ディスプレイ等に用いられる素子であり、画像の１画素を表現するための光を発する部分を１画素として以下では説明する。
【０１０５】
図２７（ａ）は発光素子の２画素分の概略構成を示す表面模式図、（ｂ）は（ａ）に示すα−α’線での断面模式図である。また（ｃ）は本実施形態で用いることのできる基板回路の一例で、（ｄ）は従来技術でよく用いられる基板回路の例である。（ｃ）の特徴は、発光素子の駆動トランジスタとしてＮＭＯＳを用いることができる点であり、本実施形態の構造により実現する。
この発光素子は、第二電極膜上に機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、第一絶縁膜内に第二電極膜まで貫通して形成され、第二電極膜接続用の配線が内部に延設されたコンタクトホールと、第二電極と前記第一絶縁膜との間に介装された第二絶縁膜とを有する構成となっている。
【０１０６】
図２７（ｂ）に示すように、シリコン基板２４０７の表面部にはｐウェル層２４０８が形成され、ここに駆動トランジスタのドレイン２４０４が形成されている。ｐウェル層２４０８上には絶縁膜２４１２が形成され、その上には絶縁膜２４１３が形成されている。絶縁膜２４１２内の電流供給部２４０４上にはプラグ２４１０Ａが形成され、プラグ２４１０Ａは絶縁膜２４１３内に形成された電極パッド２４１１Ａに接続されている。電極パッド２４１１Ａ上にはプラグ２４１０Ｂが形成され、プラグ２４１０Ｂは絶縁膜２４１５内に形成された電極パッド２４１１Ｂに接続されている。このように、電極パッド２４１１Ｂと駆動トランジスタのドレイン２４０４とは電気的に接続されている。
【０１０７】
絶縁膜２４１３内には、電極パッド２４１１Ａと第一電極膜２４０２を電気的に接続するための図示しないメタル配線が形成されている。絶縁膜２４１５内には、下から順に第一電極膜２４０２、発光膜２４０５、第二電極膜２４０１、絶縁性の保護膜（第二絶縁膜）２４１４が形成されている。該発光膜内は、下から順にホール輸送性材料、電子輸送性材料と位置することが望ましい。絶縁膜（第一絶縁膜）２４１５内の第二電極膜２４０１上の一部及び電極パッド２４１１Ｂ上の一部には開口が形成され、この開口内部と絶縁膜２４０１上にはバリヤーメタル２４０６が形成されている。バリヤーメタル２４０６上には、第二電極膜２４０１と電極パッド２４１１Ｂとを電気的に接続するための配線２４０３が形成されている。配線２４０３上には配線２４０３を保護する保護膜２４１６が形成されている。本実施形態では、平面視上、第一電極膜２４０２と重なる部分を画素部と定義する。
【０１０８】
図１３（ｃ）に示すように、本実施形態の発光素子の駆動回路は、ＮＭＯＳトランジスタ２４２０と、駆動トランジスタであるＮＭＯＳトランジスタ２４２１と、コンデンサ２４２２と、ダイオード２４２３と、走査信号線２４２４と、電源供給線２４２５と、データ信号線２４２６とを備える。従来の駆動回路は、図１３（ｄ）に示すように、駆動トランジスタとしてＰＭＯＳトランジスタ２４２１’を用いている。このように、本実施形態の発光素子の構成によれば、駆動回路の駆動トランジスタとしてＮＭＯＳ型のものを用いることができる。
【０１０９】
ＮＭＯＳトランジスタはキャリアーが電子であるため移動度が高く、トランジスタの面積を半分程度に小さくできる。特に、発光素子に有機材料が含まれている場合その駆動電流が大きくその面積は比較的大きくなりやすいため、これは想像以上に大きなメリットである。また、基板にＳｉ単結晶基板を用いる場合、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタを共存させるためには、どちらかをキャリアーと逆特性のＷｅｌｌ上に作成しなければならない。このＷｅｌｌ作成が、デザインルールに大変大きな束縛を与える（例えば、ＰＭＯＳ側をＮｗｅｌｌ上に作成した場合、ＮｗｅｌｌとＮＭＯＳトランジスタの距離を十分とらなくてはならない）。この二つの効果は画素部が小さい機能素子においては、性能差に決定的に影響する。
【０１１０】
また、図２７に示す発光素子は、配線２４０３と第二電極膜２４０１との間にバリヤーメタル２４０６が介在する構成のため、第一実施形態と同様に、その駆動耐久特性を向上させることができる。本実施形態で説明した第一電極膜、第二電極膜、バリヤーメタル、プラグ、配線、及び電極パッド等は、第一実施形態で説明した材料をそのまま用いることができる。発光膜としては、有機材料を含むものを用いた場合に、より特性劣化防止の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、絶縁膜２４１５及び保護膜２４１４の水透過率は１０ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることが好ましく、より好ましくは、１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは、１×１０−９〜１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−２ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、より好ましくは１×１０−９ｇ／ｍ２・ｄａｙ以上１×１０−４ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下である。また、バリヤーメタルは、第一電極膜２４０２と、それに接続されるメタル配線との間に設けてあっても良い。
【０１１２】
以上のような構成の発光素子の製造プロセスについて、図面を参照して説明する。
図２８〜図３９は、図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。図２８は、第一電極膜２４０２までを作成した状態であり、ここまでは通常の半導体プロセスにて作成することができる。そのため、これ以降を詳しく説明することにする。
【０１１３】
第一電極膜２４０２を形成後、図２９に示すように、第一電極膜２４０２上に、発光膜２４０５及び第二電極膜２４０１をこの順に積層する。次に、図３０に示すように、第二電極膜２４０１上に発光膜２４０５を保護するための保護膜２４１４を形成する。次に、発光膜２４０５を画素毎に分離するために、図３１に示すように、所定のレジストパターンＲを保護膜２４１４上に形成する。
【０１１４】
次に、図３２に示すように、レジストパターンＲをマスクにして保護膜２４１４をエッチングする。次に、図３３に示すように、レジストパターンＲを除去する。次に、図３４に示すように、保護膜２４１４をマスクにして、第一電極膜２４０２、発光膜２４０５、及び第二電極膜２４０１をエッチングする。次に、図３５に示すように、全面に絶縁膜２４１５を形成する。次に、図３６に示すように、絶縁膜２４１５上にレジストパターンＲを形成する。次に、レジストパターンＲをマスクにして絶縁膜２４１５及び保護膜２４１５をエッチングして、図３７に示すように、第二電極膜２４０１上の一部及び電極パッド２４１１Ｂ上の一部に開口を形成する。
【０１１５】
次に、バリヤーメタル２４０６を全面に形成した後、図３８に示すように、第二電極膜２４０１と電極パッド２４１１Ｂとを接続する部分のみを残してバリヤーメタル２４０６をパターニングする。この状態で、第二電極膜２４０１及び電極パッド２４１１Ｂ上の開口にはバリヤーメタル２４０６が埋まった状態となる。次に、配線材料を成膜した後、バリヤーメタル２４０６上にのみ配線材料が残るようにパターニングを行って、図３９に示すように配線２４０３を形成する。最後に、配線２４０３上に保護膜２４１６を形成して、図２７（ｂ）に示すような発光素子を得る。なお、配線２４０３とバリヤーメタル２４０６のパターニングは同時に行っても良い。
【０１１６】
この例での好ましい点は、レジストを形成する際に絶縁保護膜を機能膜上の全面に配置できる点、レジスト除去が第二電極の保護のもとで除去できる点である。即ち、この製造方法では、機能膜である発光膜２４０５上に保護膜２４１４と絶縁膜２４１５の２つの絶縁膜が存在した状態で、バリヤーメタル２４０６及び配線２４０３をパターニングして形成することができる。このため、バリヤーメタル２４０６及び配線２４０３形成時のフォトリソグラフィー工程において、発光膜２４０５へのダメージを極力少なくすることができ、発光膜２４０５の性能劣化を防ぐことができる。また、図２７に示す発光素子の構成では、画素部に配線２４０３を形成しているため、この配線２４０３が小さければ小さいほど発光面積を大きくすることができるといった効果がある。なお、本実施形態は次の例のような三層積層構造にも適用することができる。
【０１１７】
（第三実施形態）
次に、本発明に係る機能素子が光電変換膜積層型固体撮像素子であり、その構成として、２つの電極膜で挟まれた光電変換膜を３つシリコン基板上に積層して、シリコン基板上で３色の光を検出してカラー撮像を可能にする前述の第１の構成を説明する。
図４０は、本発明の第三実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。図４０に示す光電変換膜積層型固体撮像素子１１００には、多数の受光部（画素）１１０１が、この例では縦横に格子状に配列されている。なお、ここでは光電変換膜積層型固体撮像素子の基本構造を先に説明し、後に本発明の特徴部分を有する構造について別途に説明する。
【０１１８】
基本構造としての光電変換膜積層型固体撮像素子１１００の受光部１１０１の下側に設けられた半導体基板の表面には、列方向に並ぶ受光部１１０１の各列の夫々に対応して３本の垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒ（添え字ｂ，ｇ，ｒは、以下も同様であるが、夫々、青色（Ｂ），緑色（Ｇ），赤色（Ｒ）に対応する。）が形成されており、該半導体基板の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣＤレジスタ）１１０３が形成されている。
【０１１９】
水平転送路１１０３の出口部分には増幅器１１０４が設けられ、各受光部１１０１で検出された信号電荷は、先ず、垂直転送路１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒによって水平転送路１１０３に転送され、次に水平転送路１１０３によって増幅器１１０４まで転送され、増幅器１１０４から出力信号１１０５として出力される。
【０１２０】
半導体基板の表面には、垂直転送路１１０２ｂ，１１０２ｇ，１１０２ｒに重ねて設けられた図示しない４相の転送電極に接続され４相の転送パルスが印加される電極端子１１０６，１１０７，１１０８，１１０９と、後述の第二電極膜に接続される電極端子１１１０と、水平転送路１１０３の２相の転送用電極端子１１１１，１１１２とが設けられる。
【０１２１】
図４１（ａ）は、図４０に示す点線矩形枠II内の拡大模式図であり、９画素分の受光部１１０１と、電極端子１１１０が接続される第二電極膜用の縦配線１１１９部分を図示している。尚、この図４１（ａ）では、図４０に示す垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂは省略している。
【０１２２】
各受光部１１０１は、矩形の第一電極膜（画素毎に分離されているため画素電極膜ともいう）１１２０によって画成されている。図４１（ａ）に示す第一電極膜１１２０は、図４１（ｂ）に示す様に、３枚の第一電極膜１１２０ｒ，１１２０ｇ，１１２０ｂが後述の光電変換膜等を介して光入射方向に整列して設けられている。
【０１２３】
赤色用の第一電極膜１１２０ｒには該第一電極膜１１２０ｒと同一平面上に縦配線接続用のパッド１１１７ｒが突設され、緑色用の第一電極膜１１２０ｇにも同様に縦配線接続用のパッド１１１７ｇが突設され、青色用の第一電極膜１１２０ｂにも同様に縦配線接続用のパッド１１１７ｂが突設されている。同一画素（受光部）１１０１の各パッド１１１７ｒ，１１１７ｇ，１１１７ｂは、図４１（ａ）に示す様に、位置がずれるように突設される。
【０１２４】
図４１（ａ）に示す符号１１２２は、第二電極膜を示す。本実施形態の基本構造では、この第二電極膜１１２２も、後述する様に、赤色用の第二電極膜１１２２ｒと緑色用の第二電極膜１１２２ｇと青色用の第二電極膜１１２２ｂとが、光電変換膜等を介して重ねて設けられる。
【０１２５】
図４２は、図４１（ａ）のIII―III線断面模式図であり、パッド１１１７ｒ，１１１７ｇ，１１１７ｂ部分の断面を示し、図４３は、図４１（ａ）のIV―IV線断面模式図であり、画素の中央部分の断面を示す。
【０１２６】
ｎ型半導体基板１１３０の表面部分にはＰウェル層１１３１が形成され、Ｐウェル層１１３１の表面部分にはｎ型領域でなる電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂが形成されると共に、チャネルストップ１１１５で画成された垂直転送路（ｎ型半導体層）１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂが形成される。各電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂの中央部にはｎ＋領域でなる縦配線接続部１１３７ｒ，１１３７ｇ，１１３７ｂが形成される。
【０１２７】
半導体基板１１３０の表面には、ゲート絶縁膜１１３２が形成され、その上に、ポリシリコンでなる転送電極１１３９が形成され、その上部に絶縁膜１１３４が形成される。この絶縁膜１１３４中には光遮蔽膜１１３３が形成され、入射光が垂直転送路に入射しないようになっている。
【０１２８】
絶縁膜１１３４の上には、導電膜が形成され、パターニングすることにより、図４２に示す横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂが形成される。電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂの縦配線接続部１１３７ｒ，１１３７ｇ，１１３７ｂと横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂとは第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂによって接続される。
【０１２９】
横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂが設けられた層の上部には絶縁層１１２５が形成され、その上に、透明な導電膜が積層される。この導電膜はパターニングされ、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｒが形成される。また、このパターニングにより、図４１（ｂ）に示すパッド１１１７ｒが形成されると共に、パッド１１１７ｂ，１１１７ｇに光入射方向に整列し他から分離した導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇが残される。
【０１３０】
これらの第一電極膜１１２０ｒ，パッド１１１７ｒ，導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇの上部には、赤色（Ｒ）を検出する光電変換膜１１２１ｒが積層される。この光電変換膜１１２１ｒは受光部毎に区分けして設ける必要はなく、各受光部１１０１が集合する受光面全面に対し１枚構成で積層される。
【０１３１】
光電変換膜１１２１ｒの上には、赤色信号を検出する各受光部１１０１に共通の第二電極膜（第一電極膜に対向するため、「対向電極膜」ともいう。）１１２２ｒがこれも一枚構成で積層され、その上部に、透明の絶縁膜（第一絶縁膜）１１２７が積層される。
【０１３２】
絶縁膜１１２７の上部には、透明な導電膜が積層され、この導電膜がパターニングされ、上記と同様に、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｇ及びパッド１１１７ｇと、他から分離し図４１（ｂ）に示すパッド１１１７ｂに整列する導電膜１１１８ｂが形成される。これらの第一電極膜１１２０ｇ等の上には、緑色（Ｇ）を検出する光電変換膜１１２１ｇが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、第二電極膜１１２２ｇが積層され、その上部に、透明の絶縁膜（第一絶縁膜）１１２８が積層される。
【０１３３】
この絶縁膜１１２８の上部には、透明な導電膜が積層され、パターニングされることで、受光部１１０１毎に区分けされた第一電極膜１１２０ｂ及びパッド１１１７ｂが形成され、その上に、青色（Ｂ）を検出する光電変換膜１１２１ｂが上記と同様に１枚構成で積層され、更にその上部に、第二電極膜１１２２ｂが積層され、最上層に透明の保護膜１１２９が積層される。
【０１３４】
横配線１１２４ｂと青色第一電極膜１１２０ｂのパッド１１１７ｂとは第２縦配線１１１４ｂによって接続され、横配線１１２４ｇと緑色第一電極膜１１２０ｇのパッド１１１７ｇとは第２縦配線１１１４ｇによって接続され、横配線１１２４ｒと赤色第一電極膜１１２０ｒのパッド１１１７ｒとは第２縦配線１１１４ｒによって接続される。各縦配線１１１４ｒ，１１１４ｇ，１１１４ｂ，１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂは、対応の第一電極膜のパッド，導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂ，１１１８ｂ、横配線以外とは、詳細は後述するように、電気的に絶縁して製造される。
【０１３５】
図４４は、図４１（ａ）のV―V線断面模式図であり、図４０の電極端子１１１０と、各第二電極膜１１２２ｂ，１１２２ｇ，１１２２ｒとの接続構成を示す図である。ｎ型半導体基板１１３０の表面部に形成されたＰウェル層１１３１の表面部には、高濃度Ｐ層１１４１が形成され、その上部に、フィールド領域（絶縁膜）１１４２が形成される。
【０１３６】
この高濃度Ｐ層１１４１は、図４２，図４３に示すチャネルストップ１１１５と同一工程で形成しても、また、別工程で形成してもよい。絶縁膜１１４２は、図４２，図４３に示すゲート絶縁膜１１３２の形成と同時に形成すると共に、ゲート絶縁膜１１３２の形成後にも引き続き絶縁膜形成工程を続け、膜厚をゲート絶縁膜１１３２より厚くする。
【０１３７】
絶縁膜１１４２の上には、図４２，図４３と同じ絶縁膜１１３４が形成され、その上に、導電膜１１２４ｋが積層される。この導電膜１１２４ｋは、図４２，図４３に示す横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂを形成する導電膜をパターニングすることで形成され、図４０に示す電極端子１１１０はこの導電膜１１２４ｋに接続される。
【０１３８】
第一電極膜１１２０ｒを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―１が形成され、導電膜１１２４ｋと導電膜１１２０ｋ―１との間に縦配線１１４３―１が形成される。
【０１３９】
同様に、第一電極膜１１２０ｇを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―２が形成され、第二電極膜１１２２ｒと導電膜１１２０ｋ―２との間に縦配線１１４３―２が形成されると共に、導電膜１１２０ｋ―２と導電膜１１２０ｋ―１との間に縦配線１１４３―３が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｒと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｒが電極端子１１１０に接続される。
【０１４０】
同様に、第一電極膜１１２０ｂを形成する導電膜をパターニングすることにより導電膜１１２０ｋ―３が形成され、第二電極膜１１２２ｇと導電膜１１２０ｋ―３との間に縦配線１１４３―４が形成されると共に、導電膜１１２０ｋ―３と導電膜１１２０ｋ―２との間に縦配線１１４３―５が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｇと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｇが電極端子１１１０に接続される。
【０１４１】
保護膜１１２９の上面部隅には透明導電膜１１４４が積層され、第二電極膜１１２２ｂと導電膜１１４４との間に縦配線１１４３―６が形成されると共に、導電膜１１４４と導電膜１１２０ｋ―３との間に縦配線１１４３―７が形成される。これにより、第二電極膜１１２２ｂと導電膜１１２４ｋとが電気的に接続され、第二電極膜１１２２ｂが電極端子１１１０に接続される。
【０１４２】
本実施形態の基本構造としての光電変換膜積層型固体撮像素子は、２つの異なる電極間、例えば、第二電極膜１１２２ｒと縦配線１１４３―２との間、第二電極膜１１２２ｇと縦配線１１４３―４との間、第二電極膜１１２２ｂと縦配線１１４３―６との間、導電膜１１２０ｋ―１と縦配線１１４３―３の間、導電膜１１２０ｋ―２と縦配線１１４３―５の間、導電膜１１２０ｋ―３と縦配線１１４３―７の間に、図４４に示すようにバリヤーメタル１２００が介在している。この構成により、駆動耐久特性を向上させることができる。第二電極膜やバリヤーメタルの材料は、第一実施形態と同じものを用いることができる。尚、バリヤーメタルは、上述した間の少なくとも１つに存在していれば良い。
【０１４３】
均質な透明の電極膜１１２２ｒ，１１２２ｇ，１１２２ｂ，１１２０ｒ，１１２０ｇ，１１２０ｂ等としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化インジウム（ＩｎＯ2）、酸化インジウム−錫（ＩＴＯ）薄膜を用いるが、これに限るものではない。
【０１４４】
光電変換膜１１２１ｒ，１１２１，１１２１ｂとしては、単層膜でも多層膜でもよく、膜材料としては、シリコンや化合物半導体等の無機材料，有機半導体，有機色素などを含む有機材料，ナノ粒子で構成した量子ドット堆積膜など種々の材料が使用できる。好ましい構成は、第一実施形態で説明した構成である。
【０１４５】
また、本実施形態の基本構造では、シリコン基板上に光電変換膜が複数積層される構成である。例えばシリコン基板上に２つの光電変換膜を積層する際は、各光電変換膜の構成を、第一実施形態で説明した構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる組み合わせで任意に構成しても良いし、[1]、[2]、[3]、[4]、[5]以外の他の構成と[1]、[2]、[3]、[4]、[5]とを任意に組み合わせても良い。シリコン基板上に複数の光電変換膜を積層することは、一つの場合よりも単位面積あたりの光利用効率が上がるため、本発明ではより好ましく構成要件として挙げることができる。さらに、本実施形態の基本構造のように、シリコン基板上に３つ以上の光電変換膜を積層することは、さらに光利用効率を上げることができるため、本発明では特に好ましい。特に３つ以上の場合では、青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜を作成することができるため、フルカラー撮像素子を作成することが可能となる。そのため、本発明では非常に好ましい。当然のことながら、基板上に３つ以上の光電変換膜を積層する場合の構成は、二つの場合と同様に、構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]から選ばれる任意の組み合わせや、他の構成と構成例[1]、[2]、[3]、[4]、[5]との組み合わせが挙げられ、もちろん、それ以外の組み合わせでも構わない。
【０１４６】
斯かる構成の光電変換膜積層型固体撮像素子１１００に被写体からの光が入射すると、入射光のうちの青色の光量に応じた光電荷が青色光電変換膜１１２１ｂにて発生し、この光電荷が縦配線１１１４ｂ，横配線１１２４ｂ，縦配線１１２６ｂを通って電荷蓄積部１１３８ｂに蓄積される。同様に、緑色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１１３８ｇに蓄積され、赤色の入射光量に応じた光電荷が電荷蓄積部１１３８ｒに蓄積される。各電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂに蓄積された電荷（信号電荷）は、垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂに読み出されて水平転送路１１０３まで転送され、水平転送路１１０３を転送されてこの光電変換膜積層型固体撮像素子１１００から出力される。
【０１４７】
図４５〜図５９は、図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、各図（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図であり、各図（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。製造完了を示す図５９（ａ）は図４２と同じとなり、図５９（ｂ）は図４４と同じとなる。
【０１４８】
図４５に示す状態までは、従来のＣＣＤ型，ＣＭＯＳ型の固体撮像装置と同様の半導体製造手順で製造され、半導体基板１１３０のＰウェル層１１３１に、電荷蓄積部１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂや垂直転送路１１０２ｒ，１１０２ｇ，１１０２ｂが形成され、表面部に絶縁膜１１３４が形成される。この絶縁膜１１３４に第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂ用の開口がエッチングにより形成された後、各開口がタングステンや銅等の金属あるいは導電性を有する多結晶シリコンで埋められ、第１縦配線１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂが形成される。そして、表面部に透明の導電膜が形成され、パターニングされることで、横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂおよび導電膜１１２４ｋが形成される。パターニングは、例えば、レジスト塗布、露光、現像、エッチングの順に行われる。
【０１４９】
次に、図４６に示す様に、表面部に絶縁膜１１２５が積層され、図４７に示す様に、横配線１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂ，導電膜１１２４ｋに夫々到達する開口１１５０ｒ，１１５０ｇ，１１５０ｂ，１１５０ｋがエッチングにより形成される。そして、図４８に示す様に、透明な導電材料で開口１１５０ｒ，１１５０ｇ，１１５０ｂ，１１５０ｋ（図４７参照）が埋められ、縦配線１１１４ｒ，１１１４ｇ，１１１４ｂの一部と、図４４で説明した縦配線１１４３―１が形成される。そして更に、図４９に示す様に、表面部に透明の導電膜１１５１が形成される。
【０１５０】
次に、導電膜１１５１をパターニングすることで、第一電極膜１１２０ｒ（図４３参照）を形成すると共に、図５０に示す様に、パッド１１１７ｒや図４２でも説明した導電膜１１１６ｂ，１１１６ｇ，１１２０ｋ―１が形成される。その後、図５１に示す様に、表面部に赤色検出用の光電変換膜１１２１ｒが積層され、更に、図５２に示す様に、光電変換膜１１２１ｒの上に、第二電極膜１１２２ｒが積層される。
【０１５１】
次に、図５３に示す様に、表面にレジスト膜１１５２が形成され、導電膜１１１６ｒ，１１１６ｇの位置に整合する開口１１５３ｂ，１１５３ｇがエッチングにより形成され、また、導電膜１１２０ｋ―１上の光電変換膜１１２１ｒ及び第二電極膜１１２２ｒの端部が、図５３（ｂ）に示す様に、削成される。
【０１５２】
このように、本実施形態の基本構造では、光電変換膜１１２１ｒの積層工程に続けて第二電極膜１１２２ｒの積層を連続して行い、第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒとを一緒にエッチングして開口１１５３ｇ，１１５３ｂを形成するため、光電変換膜１１２１ｒと第二電極膜１１２２ｒとの間の界面が荒れることはなく、しかも、縦配線用開口のエッチング回数を減らすことができる。また、エッチングを行うときに、開口底部に導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂを設けてあるため、この導電膜１１１６ｇ，１１１６ｂの箇所でエッチングを精度良く止めることが可能となる。
【０１５３】
開口１１５３ｂ，１１５３ｇが形成された後は、図５４に示す様に、表面部に絶縁膜１２７を積層して開口１１５３ｂ，１１５３ｇを埋めると共に、図５４（ｂ）に示す削成部に絶縁膜１１２７を積層する。そして次に、図５５に示す様に、開口１１５３ｂ，１１５３ｇより小径の開口１１５４ｇ，１１５４ｂをエッチングにより開けると共に、端部（図５５（ｂ））において、第二電極膜１１２２ｒに到達する開口１１５４ｋ―１と、導電膜１１２０ｋ―１に到達する開口１１５４―２とを開ける。
【０１５４】
次に、図５５（ｂ）に示すように、開口１１５４ｋ―１と開口１１５４ｋ―２によって露出している第二電極膜１１２２ｒ及び導電性膜１１２０ｋ−１上に、バリヤーメタルを選択成長させて形成する。
【０１５５】
次に、開口１１５４ｇ，１１５４ｂ，１１５４ｋ―１，１１５４ｋ―２を、図５６に示す様に透明導電材料で埋め、縦配線１１１４ｇ，１１１４ｂ，１１４３―２，１１４３―３を形成する。各開口を透明導電材料で埋めた後は、表面を平滑処理する。これは、例えばエッチバックやＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）にて行う。
【０１５６】
この様に、本実施形態の基本構造では、絶縁膜１１２７と第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒの３層を貫通する縦配線１１１４ｇ，１１１４ｂを同一工程にて製造するため、縦配線製造工程数が少なくなる。
【０１５７】
そして、図４９〜図５６の製造手順と同様の手順を繰り返すことで、図５７に示す様に、緑色検出用の光電変換膜１１２１ｇ及び第二電極膜１１２２ｇを貫通する縦配線１１１４ｂを形成すると共に、端部において縦配線１１４３―３，１１４３―５を形成する。
【０１５８】
更に、図５８に示す様に、第一電極膜１１２０ｂ（図４３参照）及びパッド１１１７ｂを形成してその上に青色検出用の光電変換膜１１２１ｂ、第二電極膜１１２２ｂ、透明の保護膜１１２９を形成し、透明保護膜１１２９の所定箇所に開口をエッチングにより開けて導電材料で埋め、縦配線１１４３―６，１１４３―７を形成する。最後に、図５９に示す様に、縦配線１１４３―６と縦配線１１４３―７とを接続する導電膜１１４４を形成する。
【０１５９】
以上述べたように、本実施形態の基本構造では、光電変換膜の積層工程に続けて第二電極膜の積層を連続的に行い、第二電極膜と光電変換膜とを一緒にエッチングして開口を設けるため、光電変換膜と第二電極膜との間の界面が荒れることがなくなり、しかも、縦配線用開口のエッチング回数を減らすことが可能となる。これにより、光電変換性能が向上すると共に製造コストの低減を図ることができる。
【０１６０】
以上のような３層積層構造の基本例を説明したが、上記基本構成では、光電変換膜の上に電極膜を介してレジストパターンを形成する工程を含むため、光電変換膜の劣化を招くことになる。この問題を解消できる本発明に係る構成例を以下に説明する。
ここでは、本発明の特徴である、第二電極膜上に機能層の側壁を覆うように形成された第一絶縁膜と、第一絶縁膜内に第二電極膜まで貫通して形成され、第二電極膜接続用の配線が内部に延設されたコンタクトホールと、さらに、前記第二電極と前記第一絶縁膜との間に第二絶縁膜が介装を有する光電変換膜積層型固体撮像素子の構造及びその製造方法について説明する。
図６０〜図６６は、図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。図６０〜図６６では、図５５（ａ）に示す開口１１５４ｂの下方に位置する部位のみを図示した。
【０１６１】
本発明に係る光電変換膜積層型固体撮像素子は、第二電極膜１１２２ｒを形成した後、図６０に示すように絶縁膜（第二絶縁膜）１２０１を形成する。次に、図６１に示すように、絶縁膜１２０１上にレジストパターン１２０２を形成する。このレジストパターン１２０２を用いて絶縁膜１２０１のみを図６２に示すようにエッチングする。次に、図６３に示すようにレジストパターン１２０２を除去する。第二電極膜１１２２ｒに保護機能があれば、レジストパターンを剥離液によりＷＥＴ処理で除去することが可能である。もちろん、光電変換膜１１２１ｒを損傷しないようなレジスト処理があれば、図６２の状態から第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒとをエッチングすることも可能である。次に、絶縁膜１２０１をマスクにして、図６４に示すように、第二電極膜１１２２ｒと光電変換膜１１２１ｒをエッチングする。次に、図６５に示すように絶縁膜（第一絶縁膜）１１２７を形成して平滑化した後、図６６に示すようにビアホール１１５４ｂを形成する。
【０１６２】
光電変換膜が損傷しやすいものである場合、図５３におけるレジスト形成の際、下層には第二電極膜しかないために、光電変換膜を確実に保護することが難しい。レジスト形成時には、溶剤塗布、アルカリ現像液処理、水洗などの工程を経るため、これらの処理に損傷しやすいものであれば、たちまち素子特性が劣化する。特に光電変換膜に有機材料が含まれている場合は顕著である。しかし、図６１を見ると、レジスト形成時に光電変換膜全面に絶縁膜による保護があるため、光電変換膜が劣化することがなく、素子特性の劣化を確実に防ぐことができる。
加えて、さらに本実施形態における重要な特徴を述べる。図６２において、絶縁膜上にレジストを形成した後、図６５までの２層目の絶縁膜の製膜までには、ドライエッチングプロセスと真空製膜技術を用いて、真空一貫で行うことができる。図６６以降で、酸素や水に対して過敏な有機材料を含む素子を大気下に暴露しても２層目の絶縁膜により保護されているので、有機材料が劣化することがない。すなわち、この絶縁膜２層構造は、機能膜形成プロセスにおいて有機材料を劣化させないことが深く考慮された特異的な構造である。
【０１６３】
（第四実施形態）
次に、本発明に係る機能素子の第４実施形態を説明する。
第三実施形態で説明した光電変換膜積層型固体撮像素子のシリコン基板に形成される電荷蓄積部の配置は正方格子配列としたが、これに限らず、様々な配列が採用可能である。例えば、垂直方向に並ぶ電荷蓄積部からなる電荷蓄積部列のうち、奇数列と偶数列を電荷蓄積部の垂直方向配列ピッチの略１／２ずらしたいわゆるハニカム配列を採用することもできる。ハニカム配列の詳細構成は、特開平１０−１３６３９１号公報などに開示されている。
【０１６４】
図６７は、本発明の第四実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。
光電変換膜積層型固体撮像素子２１００には、シリコン基板２１０７表面に多数の電荷蓄積部２１０１が配列され、その配列は、特開平１０−１３６３９１号公報等にあるようなハニカム配列となっている。シリコン基板２１０７の表面には、列方向に並ぶ電荷蓄積部２１０１の各列に対応して垂直転送路（列方向ＣＣＤレジスタ）２１０２が形成されており、シリコン基板２１０７の下辺部には水平転送路（行方向ＣＣＤレジスタ）２１０３が形成されている。水平転送路２１０３の出口部分には、増幅器２１０４が設置されており信号電荷がここで増幅され出力信号２１０５として出力される。シリコン基板２１０７の両端には電源供給用のボンディングＰＡＤ２１０６が設けられ、ボンディングＰＡＤ２１０６は、シリコン基板２１０７上に積層された３つの光電変換膜２１０８をそれぞれ挟む、画素毎に分離された第一電極膜２１０９と画素毎に分離されていない第二電極膜２１１０に配線を介して接続される。
【０１６５】
図６８は、図６７に示す固体撮像素子の部分拡大図である。図６８に示す固体撮像素子は、前述したように、電荷蓄積部２１０１と、それに隣接する垂直転送チャネル１０６及び転送電極１１１〜１１４からなる垂直転送路２１０２とが二次元平面状に配置されている。１つの電荷蓄積部２１０１に対し、４相の転送パルスφ１〜φ４を供給するための転送電極１１１〜１１４が配設されている。各転送電極１１１〜１１４は行方向に延在しており、電荷蓄積部２１０１を避けるようにしながら蛇行して形成されている。
【０１６６】
光電変換膜で発生して電荷蓄積部２１０１に蓄積された信号電荷は、図において右下方に設けられた読み出しゲート１０７から垂直転送チャネル１０６に読み出される。各電荷蓄積部２１０１に隣接する垂直転送チャネル１０６は、図６８において上部から下部に向かって縦方向に連なっており、ハニカム状に配列した電荷蓄積部２１０１の間を蛇行しながら列方向に延在し、転送電極１１１〜１１４とともに垂直転送路２１０２を形成している。各垂直転送路２１０２の端部は、遮光された水平転送路２１０３に接続されている。さらに水平転送路２１０３の末端には、フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）等を有してなる増幅器２１０４が接続され、ここから信号電荷に応じた信号が出力される。
【０１６７】
図６９に図６８のＡ−Ａ断面（ａ）及び光電変換部の拡大断面図（ｂ）を示した。
電荷蓄積部２１０１は、図６９に示すように、Ｎ型高濃度不純物層であるｎ＋領域１０５を形成した構成となっている。ｎ＋領域１０５上にはプラグ３００１が設けられ、この上に第一電極膜３００３、光電変換膜３００５、第２電極膜３００７等が積層された光電変換部３００９が設けられる。垂直転送チャネル１０６の上部には、２層構造のポリシリコン電極による転送電極１１１，１１２，１１３，１１４（図６８参照）が形成されている。２層ポリシリコン電極は、転送電極１１１，１１３を形成した後、端部が重なるように絶縁膜１０９を介して転送電極１１２，１１４を形成したものである。これらの転送電極１１１，１１２，１１３，１１４によって例えばφ１，φ２，φ３，φ４の４相の転送パルスを印加して垂直転送路２１０２を駆動し、全画素読み出しが可能である。
【０１６８】
Ｎ型高濃度不純物層１０５の外周の一側部には、光電変換により蓄積された電荷を垂直転送チャネル１０６へ読み出すための読み出しゲート１０７が設けられ、他方の側部には上下方向にわたって隣の画素列の垂直転送チャネルに電荷が流れないように堰き止めるＰ型高濃度不純物による素子分離領域（チャネルストップ）１０８が形成されている。
【０１６９】
このような構成の固体撮像素子では、列方向ＣＣＤレジスタを駆動するための転送電極を２層ポリシリコン構造としても全画素読み出しに対応できるため、製造プロセスを簡略化できる。また、１つの電荷蓄積部あたり４電極を配置することができる。この場合、４相の転送パルスで駆動することによって、扱う電荷量を３相駆動の場合の約１．５倍大きくすることができる。ハニカムＣＣＤの構造では、従来の正方格子ＣＣＤに比べて、電荷蓄積部の面積を相対的に大きくでき、しかも水平・垂直の解像度が高いことから、微細化（高密度化、多画素化）していった場合でも高感度の固体撮像素子が得られる。
【０１７０】
本実施形態では、転送電極１１１〜１１４として使用しているポリシリコン電極の電気抵抗を下げるために、ポリシリコンより比抵抗が小さい電極材料、例えばＡｌ（アルミニウム）やＷ（タングステン）を金属配線１２５としてポリシリコン電極上に絶縁膜を介して積層したいわゆるメタル裏打ち構造を形成している。この金属配線１２５はコンタクトホール１２６を介してそれぞれの転送電極１１１〜１１４に電気接続されている。本実施形態のようなハニカム配列では、従来の正方格子配列とは異なり、２層構造のポリシリコン電極の長手方向に沿って、すなわち図６８において横方向（水平方向）に蛇行しながら全ての相（層）の転送電極１１１〜１１４に対応して金属配線１２５を敷設することができる。
【０１７１】
この金属配線１２５は、図６８において横方向に延出され、末端が素子外部より供給される駆動用の転送パルスφ１〜φ４を伝送するための配線パターン１３０と電気接続されている。図５５の例では、金属配線１２５及び配線パターン１３０をＡｌで形成し、金属配線１２５と他の位相の配線パターン１３０とが交わる部分はポリシリコン電極の上に絶縁膜を介して配線パターン１３０を形成して配線し、金属配線１２５及び配線パターン１３０とポリシリコン電極とをコンタクト部で電気的に導通させる構成を示している。
【０１７２】
電極材料としては、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、あるいはこれらの窒化物（ＷＳｉ（タングステンシリコン）など）、シリサイド（ＴｉＳｉ（チタンシリコン）など）、合金、化合物、複合物が適する。Ａｌは加工が容易で扱いやすく、電気抵抗が小さいので裏打金属配線によく用いられる。ＷはＡｌに比べてポリシリコンとの間で合金を形成しないので、合金によるポテンシャルシフト（ポテンシャルの部分的な変化）が起こりにくく、垂直転送路において効率の良い電荷転送が可能である。また、Ｗは固体撮像素子の遮光膜に用いられるため、遮光膜部分と合わせて使用すればよい。
【０１７３】
なお、以上説明した各実施形態において、機能膜の一片が一画素となる画素配列を有し、第一電極膜が画素毎に分割して配置されているが、本発明はこの構成に限らず、第二電極膜が画素毎に分割されていてもよく、また、双方が画素毎に分割されていてもよい。特に本発明では、第二電極膜が画素毎に分割されている場合に効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の断面模式図である。
【図２】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図４】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図５】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図６】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図７】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図８】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図９】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１０】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１１】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１２】本発明とは違う構造を持つ配線構造を示す断面模式図である。
【図１３】図１２に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１４】図１２に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１５】図１２に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１６】図１２に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１７】図１２に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図１８】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図１９】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２０】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２１】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２２】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２３】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２４】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２５】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２６】図１に示す光電変換膜積層型固体撮像素子の変形例に対する製造工程を示す断面模式図である。
【図２７】（ａ）は発光素子の２画素分の概略構成を示す表面模式図、（ｂ）は（ａ）に示すα−α’線での断面模式図、（ｃ）は本実施形態で用いることのできる基板回路の一例の図、（ｄ）は従来技術でよく用いられる基板回路の例の図である
【図２８】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図２９】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３０】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３１】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３２】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３３】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３４】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３５】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３６】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３７】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３８】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図３９】図２７に示す発光素子の製造工程を示す断面模式図である。
【図４０】本発明の第三実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。
【図４１】（ａ）は図４０に示す点線矩形枠II内の拡大模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す第一電極膜を示す説明図である。
【図４２】図４１（ａ）のIII―III線断面模式図である。
【図４３】図４１（ａ）のIV―IV線断面模式図である。
【図４４】図４１（ａ）のV―V線断面模式図である。
【図４５】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図４６】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図４７】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図４８】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図４９】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５０】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５１】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５２】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５３】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５４】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５５】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５６】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５７】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５８】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図５９】図４２〜図４４に示した光電変換膜積層型固体撮像素子の製造手順を示す図であり、（ａ）は図４２と同じ位置における断面模式図、（ｂ）は図４４と同じ位置における断面模式図である。
【図６０】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６１】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６２】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６３】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６４】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６５】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６６】図３８〜図５５までの製造工程に対する変更点を示す図であり、図４２と同じ位置における断面模式図である。
【図６７】本発明の第四実施形態を説明するための光電変換膜積層型固体撮像素子の表面模式図である。
【図６８】図６７に示す固体撮像素子の部分拡大図である。
【図６９】図６８のＡ−Ａ断面（ａ）及び光電変換部の拡大断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【０１７５】
２０４  保護膜（第一絶縁膜）
２０５，２０６  第二電極膜
２０７  電子ブロッキング層
２０８  ｐ型不純物層
２０９  ｎ型不純物層
２１０  ホールブロッキング層
２１３  シリコン基板
２１４  第一電極膜
２１８  配線
１１００  光電変換膜積層型固体撮像装置
１１２０  第一電極膜
１１２０ｇ  緑色第一電極膜
１１２０ｒ  赤色第一電極膜
１１２０ｂ  青色第一電極膜
１１２１ｒ，１１２１，１１２１ｂ  光電変換膜
１１２２ｒ，１１２２ｇ，１１２２ｂ  第二電極膜
１１２４ｒ，１１２４ｇ，１１２４ｂ  横配線
１１２５  絶縁膜
１１２６ｒ，１１２６ｇ，１１２６ｂ  縦配線
１１２７  絶縁膜
１１２８  絶縁膜
１１２９  透明保護膜
１１３０  ｎ型半導体基板
１１３１  ウェル層
１１３２  ゲート絶縁膜
１１３３  光遮蔽膜
１１３４  絶縁膜
１１３７ｒ，１１３７ｇ，１１３７ｂ  縦配線接続部
１１３８ｒ，１１３８ｇ，１１３８ｂ  電荷蓄積部
１１３９  転送電極
１１４１  高濃度Ｐ層
１１４２  フィールド領域（絶縁膜）
１１４３  縦配線
１１４４  透明導電膜
１１５０ｒ，１１５０ｇ，１１５０ｂ，１１５０ｋ  開口
１１５１  導電膜
１１５２  レジスト膜
１１５３ｂ，１１５３ｇ  開口
１１５４ｇ，１１５４ｂ  開口
１１５４  開口
１１５４ｋ  開口
１２０１  絶縁膜（第二絶縁膜）
２１００  光電変換膜積層型固体撮像素子
２１０９  第一電極膜
２１１０  第二電極
２１２１  配線
２２０６  光電変換膜
２２０７  第二電極膜
２３０１  絶縁膜（第二絶縁膜）
２３０２  絶縁膜（第一絶縁膜）
２３０３  配線
２４０１  第二電極膜
２４０３  配線
２４０７  シリコン基板
２４１４  保護膜（第二絶縁膜）
２４１５  絶縁膜（第一絶縁膜）
３００３  第一電極膜
３００５  光電変換膜
３００７  第二電極膜
３００９  光電変換部
【図１】
2006049874.tif 000003
【図２】
2006049874.tif 000004
【図３】
2006049874.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006049874.tif 000011
【図１０】
2006049874.tif 000012
【図１１】
2006049874.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
2006049874.tif 000040
【図３９】
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【図４０】
2006049874.tif 000042
【図４１】
2006049874.tif 000043
【図４２】
2006049874.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2006049874.tif 000046
【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
2006049874.tif 000050
【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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