(57)【要約】【課題】光電変換部を有するセンサ基板と、駆動回路を有する回路基板とが積層した３次元構造の固体撮像装置において、受光特性の向上を図ることを目的とする。また、その固体撮像装置の製造方法を提供する。さらには、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。【解決手段】センサ基板２と、回路基板９とを電気的に接続する接続部５０をセンサ基板２の受光面Ｓ側に設け、その接続部５０を被覆する絶縁層１４の少なくとも画素領域４における膜厚を薄くする。そして、この絶縁層１４の段差部３８の断面形状、又は、段差部１４によって形成される絶縁層１４の凸部の平面形状を、絶縁層１４上部に塗布する有機材料の流体圧力を低減し得る形状とする。【選択図】図２
2013214616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、
回路側半導体層及び回路側配線層を有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に設けられた回路基板と、
前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、
前記接続電極が内部に埋め込まれ、前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなる段差部を有する絶縁層と
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
更に、前記段差部は、前記絶縁層が、前記接続ユニット領域から前記接続ユニット領域に隣接する領域にかけて徐々に薄くなることによって形成され、前記接続ユニット領域に凸部が形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記接続ユニット領域を複数備え、各接続ユニット領域は、区画された前記画素領域の対応する所定の辺に沿って配置されている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記段差部は、前記接続ユニット領域を囲む位置に形成されている
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記凸部の平面形状は、前記画素領域の対応する辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記絶縁層は、異なる材料を用いて構成された積層構造であり、
段差部下部では、前記絶縁層において、積層構造の上層部分を構成する膜が除去されている
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、
回路側半導体層と回路側配線層とを有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に積層して設けられた回路基板と、
前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通ビアと、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通ビアと、前記センサ基板の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通ビアと前記第２貫通ビアとを接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、
前記接続電極を埋め込み、前記接続ユニット領域の外側の領域における厚さが、前記接続ユニット領域における厚さよりも薄く形成され、前記接続ユニット領域を含む領域における断面形状が凸状の凸部を有し、前記凸部の平面形状は、画素領域の辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である絶縁層と
を備える固体撮像装置。
【請求項８】
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層とを、前記センサ側配線層の面と前記回路側配線層の面とを向かい合わせて貼り合わせる工程と、
前記センサ基板の受光面側に絶縁層を形成する工程と、
前記画素領域の外側の接続ユニット領域に、前記絶縁層の表面から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記絶縁層の表面から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記絶縁層の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程と、
前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなるように、前記絶縁層を所定の深さまでエッチングする工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層とを、前記センサ側配線層の面と前記回路側配線層の面とを向かい合わせて貼り合わせる工程と、
前記センサ基板の受光面側に絶縁層を形成する工程と、
前記画素領域の外側の接続ユニット領域に、前記絶縁層の表面から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記絶縁層の表面から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記絶縁層の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程と、
前記接続ユニット領域の外側の領域において、前記絶縁層を所定の深さまでエッチングすることにより、平面形状が前記画素領域の辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である凸部を形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層を有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に設けられた回路基板と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、前記接続電極が内部に埋め込まれ、前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなる段差部を有する絶縁層とを備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関し、特には半導体基板の受光面とは逆の表面側に駆動回路が設けられた固体撮像装置と、この固体撮像装置の製造方法と、この固体撮像装置を用いた電子機器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置において、感度の向上を図るため、光入射面と基板に形成された受光部との距離を短くする技術が提案されている。特許文献１に記載の発明では、基板の光入射面側に配線層が設けられた表面照射型の固体撮像装置において、撮像領域上部の配線層の厚みを、撮像領域の周辺に形成された周辺回路部上部の配線層よりも薄くする技術が記載されている。特許文献１では、撮像領域上部の配線層が周辺回路部上部の配線層よりも薄いため、光入射面から基板の撮像領域に設けられた受光部までの距離が短くなり、これにより、感度の向上が図られている。
【０００３】
また、近年、入射光に対する光電変換効率や感度の向上を図ることを目的とし、半導体基板の表面側に駆動回路を形成し裏面側を受光面とする、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置が提案されている。裏面照射型の固体撮像装置では、基板の受光面とは反対側に配線層が設けられるため、基板に設けられた受光部と、基板の光入射側に設けられたオンチップレンズ表面との距離が近くなり、これにより、感度の向上が図られる。
【０００４】
さらに、光電変換部が形成された半導体基板（センサ基板）とは別に、駆動回路を形成した回路基板を用意し、半導体基板における受光面と反対側の面に、回路基板を貼り合わせた、３次元構造の裏面照射型の固体撮像装置も提案されている（特許文献２）。この３次元構造を有する裏面照射型の固体撮像装置では、半導体基板の配線層側の面と、回路基板の配線層側の面とを接続することで、３次元構造を構成している。
【０００５】
ところで、このような３次元構造の固体撮像装置では、光電変換部が形成された半導体基板と、駆動回路を形成した回路基板とを電気的に接続するための接続部が設けられる。接続部では、半導体基板を貫通し、半導体基板に設けられた配線層に接続する貫通ビアと、半導体基板を貫通し、回路基板に設けられた配線層に接続する貫通する貫通ビアとが半導体基板の受光面側で接続部の接続電極によって接続されている。さらに、半導体基板の受光面側において、絶縁膜や、接続電極を覆う保護膜が設けられ、この上部に各光電変換部に対応してカラーフィルタ及びオンチップレンズが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６７６７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９６８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、３次元構造の固体撮像装置では、光電変換部を有するセンサ基板と回路基板とを電気的に接続する接続電極や、種々の材料膜が半導体基板の受光面側に設けられる。このため、センサ基板の受光面からオンチップレンズまでの距離が大きく、光電変換部における受光特性が劣化するおそれがある。
【０００８】
上述の点に鑑み、本開示は、光電変換部を有するセンサ基板と、駆動回路を有する回路基板とを積層した３次元構造の固体撮像装置において、受光特性の向上を図ることを目的とする。また、本開示は、その固体撮像装置の製造方法を提供する。さらに、本開示は、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１の側面に係る固体撮像装置は、センサ基板と、回路基板と、接続ユニット領域と、絶縁層とを備える。センサ基板は、光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有する。回路基板は、回路側半導体層及び回路側配線層を有し、センサ基板のセンサ側配線層側に設けられている。接続ユニット領域は、センサ側半導体層の受光面側からセンサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、センサ側半導体層の受光面側から回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極とを有する。また、接続ユニット領域は、センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ第１貫通電極及び第２貫通電極を接続する接続電極を有する。これらの第１貫通電極、第２貫通電極及び接続電極により、接続部が構成される。絶縁層は、接続電極を埋め込み、接続ユニット領域から画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなることによって形成された段差部を有する。
【００１０】
上述の第１の側面に係る固体撮像装置では、絶縁層が、接続ユニット領域から画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなることによって形成された段差部を有する。このため、絶縁層上部に有機材料を塗布する際、絶縁層の段差部にかかる有機材料の流体圧力が低減される。これにより、有機材料の塗布ムラが抑制される。
【００１１】
また、本開示の第２の側面に係る固体撮像装置は、センサ基板と、回路基板と、接続ユニット領域と、絶縁層とを備える。センサ基板は、光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有する。回路基板は、回路側半導体層及び回路側配線層を有し、センサ基板のセンサ側配線層側に設けられている。接続ユニット領域は、センサ側半導体層の受光面側からセンサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、センサ側半導体層の受光面側から回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極とを有する。また、接続ユニット領域は、センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ第１貫通電極及び第２貫通電極を接続する接続電極を有する。これらの第１貫通電極、第２貫通電極及び接続電極により、接続部が構成される。絶縁層は、接続電極を埋め込み、接続ユニット領域に隣接する領域の厚さが、接続ユニット領域における厚さよりも薄く形成されている。また、絶縁層は、接続ユニット領域を含む領域における断面形状が凸状の凸部を有し、凸部の平面形状は画素領域の対応する辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である。ここで、角丸長方形状とは、長軸方向の両端部がそれぞれ円弧状、楕円弧状、三角形以上の多角形状、弧状を含む形状である長方形状を指すものとする。
【００１２】
本開示の第２の側面に係る固体撮像装置では、絶縁層は、接続ユニット領域を含む領域における断面形状が凸状の凸部を有し、凸部の平面形状は、画素領域の対応する辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である。このため、絶縁層上部に有機材料を塗布する際、凸部の画素領域の辺に沿う方向の両端にかかる有機材料の流体圧力が低減される。これにより、有機材料の塗布ムラが抑制される。
【００１３】
本開示の第１の側面に係る固体撮像装置の製造方法は、センサ基板と回路基板とを貼り合わせる工程を有する。センサ基板は、光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するものである。回路基板は、回路側半導体層及び回路側配線層と有するものである。センサ基板と回路基板との貼り合わせは、センサ側配線層の面と回路側配線層の面とを向かい合わせて行う。また、第１貫通電極と、第２貫通電極と、第１貫通電極及び第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程を有する。第１貫通電極は、画素領域の外側の接続ユニット領域に、センサ側半導体層の受光面側からセンサ側配線層に達して設けられている。第２貫通電極は、センサ側半導体層の受光面側から回路側配線層に達して設けられている。接続電極は、センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられている。また、センサ側半導体層の受光面側に前記接続部を埋め込む絶縁層を形成する工程を有する。また、接続ユニット領域から画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなるように、絶縁層を所定の深さまでエッチングする工程を有する。
【００１４】
本開示の第２の側面に係る固体撮像装置の製造方法は、センサ基板と回路基板とを貼り合わせる工程を有する。センサ基板は、光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するものである。回路基板は、回路側半導体層及び回路側配線層と有するものである。センサ基板と回路基板との貼り合わせは、センサ側配線層の面と回路側配線層の面とを向かい合わせて行う。また、第１貫通電極と、第２貫通電極と、第１貫通電極及び第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程を有する。第１貫通電極は、画素領域の外側の接続ユニット領域に、センサ側半導体層の受光面側からセンサ側配線層に達して設けられている。第２貫通電極は、センサ側半導体層の受光面側から回路側配線層に達して設けられている。接続電極は、センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられている。また、センサ側半導体層の受光面側に前記接続部を埋め込む絶縁層を形成する工程を有する。また、接続ユニット領域の外側の領域において、絶縁層を所定の深さまでエッチングすることにより、平面形状が画素領域の辺に沿う方向の両端において弧状又はほぼ弧状の角丸長方形状である凸部を形成する工程を有する。
【００１５】
本開示の電子機器は、上述の固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば固体撮像装置において、受光特性の向上が図られる。また、この固体撮像装置を用いることにより、画質の向上が図られた電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その３）である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その４）である。
【図７】変形例１−１に係る固体撮像装置のセンサ基板の概略構成図である。
【図８】変形例１−２に係る固体撮像装置のセンサ基板の概略構成図である。
【図９】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置のセンサ基板の構成図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図１１】図１１Ａは、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置のセンサ基板の概略構成図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの領域ａにおける拡大図である。
【図１２】本開示の第２の実施形態において、絶縁層上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。
【図１３】絶縁層の凸部の平面形状を矩形状とした例（例えば第２の実施形態）において、絶縁層上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。
【図１４】図１４Ａは、変形例３−１に係る固体撮像装置のセンサ基板の概略構成図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの領域ａにおける拡大図である。
【図１５】変形例３−１の構造を有する絶縁層上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。
【図１６】変形例３−２に係る固体撮像装置のセンサ基板の概略構成図である。
【図１７】本開示の第４の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図１７を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
１−１．固体撮像装置全体の構成
１−２．要部の構成
１−３．製造方法
２．第２の実施形態：固体撮像装置
３．第３の実施形態：固体撮像装置
４．第４の実施形態：電子機器
【００１９】
《１．第１の実施形態：固体撮像装置》
〈１−１  固体撮像装置全体の構成〉
図１は、本開示の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。本実施形態の固体撮像装置１は、複数の光電変換部が配列されたセンサ基板２と、このセンサ基板２上に積層した状態でセンサ基板２と貼り合わされた回路基板９とを備えた３次元構造を有する裏面照射型の固体撮像装置である。
【００２０】
センサ基板２は、一方の面を受光面Ｓとし、光電変換部を含む複数の画素１５が受光面Ｓ内において２次元的に配列された画素領域４を備えている。画素領域４には、複数の画素駆動線５が行方向に配線され、複数の垂直信号線６が列方向に配線されており、１つの画素１５が画素駆動線５と垂直信号線６とに接続される状態で配置されている。これらの各画素１５には、光電変換部と、電荷蓄積部と、複数のトランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）および容量素子等で構成された画素回路とが設けられている。尚、画素回路の一部は、センサ基板２の受光面Ｓとは反対側の表面側に設けられている。また複数の画素１５で画素回路の一部を共有していても良い。
【００２１】
また、センサ基板２は、画素領域４の外側に周辺領域７を備えている。この周辺領域７には、接続ユニット領域３が設けられている。この接続ユニット領域３は、センサ基板２に設けられた画素駆動線５、垂直信号線６、又は画素回路と、回路基板９に設けられた駆動回路とを接続する接続部（後述する）を複数有している。また、本実施形態では、接続ユニット領域３は、画素領域４の周辺領域７において、矩形状に区画された画素領域４の３辺に対応して辺毎に設けられ、画素領域４の対応する辺に沿って配置されている。また、接続ユニット領域３と画素領域４との境界部分には、後述する絶縁層の段差部３８が形成される（図２参照）。
【００２２】
回路基板９は、センサ基板２側に向かう面側に、センサ基板２に設けられた各画素１５を駆動するための垂直駆動回路１０、カラム信号処理回路１１、水平駆動回路１２、およびシステム制御回路１３などの駆動回路を備えている。これらの駆動回路は、接続ユニットにおいて、センサ基板２の所望の配線に接続されている。
【００２３】
システム制御回路１３は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路１０、カラム信号処理回路１１、及び水平駆動回路１２等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、システム制御回路１３で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路１０、カラム信号処理回路１１及び水平駆動回路１２等に入力される。
【００２４】
垂直駆動回路１０は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動線５を介してセンサ基板２に設けられた画素領域４の各画素１５を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素１５の光電変換部（フォトダイオード）において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線６を通してカラム信号処理回路１１に供給する。
【００２５】
カラム信号処理回路１１は、垂直信号線６毎に信号の処理を行う複数の単位回路を有する。カラム信号処理回路１１では、センサ基板２の画素領域４の画素１５列毎に、選択行の各画素１５から垂直信号線６を介して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００２６】
具体的には、カラム信号処理回路１１は、信号処理として少なくとも、例えばＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）処理等のノイズ除去処理を行う。カラム信号処理回路１１におけるＣＤＳ処理により、例えば、リセットノイズ、増幅トランジスタの閾値ばらつき等に起因する画素固有の固定パターンノイズを除去することができる。
【００２７】
水平駆動回路１２は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１１の各々の単位回路を順番に選択し、カラム信号処理回路１１の各々の単位回路から画素信号を出力する。出力された画素信号は図示を省略する信号処理部によって信号処理され、処理された信号が出力される。
【００２８】
また、図示を省略するが、周辺領域７に設けられた接続ユニット領域３の更に外側の領域には、複数の電極パッドが設けられている。電極パッドは、センサ基板２に設けられた所望の配線や回路基板９に設けられた配線に電気的に接続されている。この電極パッドにより、センサ基板２及び回路基板９のそれぞれの配線は、センサ基板２の受光面側に引き出される。
【００２９】
なお、本実施形態では、垂直駆動回路１０、カラム信号処理回路１１、水平駆動回路１２を回路基板９側に設ける構成としたが、これらの回路を、センサ基板２側に設け、回路基板９側には、システム制御回路１３のみを設ける構成としてもよい。すなわち、回路基板９側にどの回路部を形成するかについては種々の選択が可能である。
【００３０】
〈１−２  要部の構成〉
図２に、図１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成を示す。すなわち、図２は、画素領域４と接続ユニット領域３とを含む領域の断面図である。以下、この要部断面図に基づいて本実施形態の固体撮像装置１の構成を説明する。
【００３１】
本実施形態の固体撮像装置１は、センサ基板２と、センサ基板２の受光面Ｓとは反対側に貼り合わされた回路基板９と、センサ基板２及び回路基板９を電気的に接続する接続部５０とを備える。また、本実施形態の固体撮像装置１は、センサ基板２の受光面Ｓ側に設けられた段差部３８を有する絶縁層１４と、絶縁層１４上に順に設けられた遮光膜１６、透明保護膜１７、カラーフィルタ１８及びオンチップレンズ１９とを備える。
【００３２】
［センサ基板］
センサ基板２は、センサ側半導体層２ａ及びセンサ側配線層２ｂを備える。
【００３３】
センサ側半導体層２ａは、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板を薄膜化したものである。このセンサ側半導体層２ａにおける画素領域４には、受光面Ｓ（本実施形態では裏面）に沿って複数の光電変換部２０が２次元アレイ状に配列形成されている。各光電変換部２０は、例えばｎ型拡散層とｐ型拡散層との積層構造で構成されている。尚、光電変換部２０は画素１５毎に設けられており、図２においては１画素分の断面を図示している。
【００３４】
また、センサ側半導体層２ａにおいて、受光面Ｓとは逆の表面側には、ｎ＋型不純物層からなるフローティングディフュージョン領域ＦＤ、画素トランジスタＴｒのソース／ドレイン領域２１、及び、各画素１５を分離する素子分離部２２が設けられている。さらに、センサ側半導体層２ａの、画素領域４の外側の接続ユニット領域３には、接続部５０を構成する第１貫通電極４７及び第２貫通電極４８が設けられている。
【００３５】
センサ側配線層２ｂは、センサ側半導体層２ａ表面にゲート絶縁膜（図示せず）を介して設けられたゲート電極２５と、ゲート電極２５上層に層間絶縁膜２６を介して積層された複数層（図２では３層）の配線２７とを備える。配線２７は、例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。また、必要に応じて、積層する配線２７間、及び配線２７と各画素トランジスタＴｒとの間は、層間絶縁膜２６に設けられるビアを介して相互に接続されている。センサ側配線層２ｂに設けられた画素トランジスタＴｒ及び配線２７によって、各画素１５の信号電荷を読み出すための画素回路が構成されている。
【００３６】
また、センサ側配線層２ｂのセンサ側基板２ａとは反対側の面には、最上層の配線２７（最も回路基板９側に位置する配線２７）を被覆する絶縁性の保護膜４５が設けられている。この保護膜４５の表面が、センサ基板２と回路基板９との貼り合わせ面となる。
【００３７】
［回路基板］
回路基板９は、回路側半導体層９ａ及び回路側配線層９ｂを備える。
【００３８】
回路側半導体層９ａは、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板を薄膜化したものである。この回路側半導体層９ａの、センサ基板２側に向かう表面層には、トランジスタＴｒのソース／ドレイン領域３１、素子分離部３２、さらにはここでの図示を省略した不純物層が設けられている。
【００３９】
回路側配線層９ｂは、回路側半導体層９ａ表面にゲート絶縁膜（図示せず）を介して設けられたゲート電極３５と、ゲート電極３５上層に層間絶縁膜３６を介して積層された複数層（図２では３層）の配線３７とを備える。配線３７は、例えば銅（Ｃｕ）で形成されている。また必要に応じて、積層する配線３７間、及び配線３７と各トランジスタＴｒとの間は、層間絶縁膜３６に設けられるビアを介して相互に接続されている。回路側配線層９ｂに設けられたトランジスタＴｒ及び配線３７によって、駆動回路が構成されている。また、回路側配線層９ｂの接続ユニット領域３には、後述する接続部５０を構成する第２貫通電極４８の一部が設けられている。
【００４０】
また、回路側配線層９ｂの回路側基板９ａとは反対側の面には、最上層の配線３７（最もセンサ基板２側に位置する配線３７）を被覆する絶縁性の保護膜４６が設けられている。この保護膜４６の表面が、センサ基板２と回路基板９との貼り合わせ面となる。
【００４１】
［絶縁層］
絶縁層１４は、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ上に設けられており、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ側において接続部５０を埋め込むように形成されている。また、絶縁層１４は、膜厚が、接続ユニット領域３から画素領域４にかけて徐々薄くなる段差部３８を有している。本実施形態では、絶縁層１４の膜厚が接続ユニット領域３から画素領域４にかけて連続的に薄くなるように形成されており、段差部３８には、傾斜角が一定（テーパー状）の傾斜面が形成される。
【００４２】
このような絶縁層１４は、例えば互いに異なる絶縁材料を用いた複数の膜を積層して構成されている。本実施形態では、絶縁層１４は、センサ基板２の受光面Ｓ側から順に形成された反射防止膜４０、界面準位抑制膜４１、エッチングストップ膜４２、上層絶縁膜４３、キャップ膜４４の５層からなる積層膜で構成されている。
【００４３】
反射防止膜４０は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又は窒化シリコンなど、酸化シリコンよりも高屈折率の絶縁材料で形成される。界面準位抑制膜４１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。エッチングストップ膜４２は、上層の上層絶縁膜４３を構成する材料に対してエッチング選択比が低く抑えられる材料で形成され、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成される。上層絶縁膜４３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成される。キャップ膜４４は、例えば、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、又は窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成される。
【００４４】
以上のような５層からなる積層膜で構成される絶縁層１４は、画素領域４において、キャップ膜４４、上層絶縁膜４３及びエッチングストップ膜４２が除去されることにより、段差部３８が形成されている。すなわち、接続ユニット領域３を含む周辺領域７では、絶縁層１４は５層構造であり、画素領域４では、絶縁層１４は２層構造である。
【００４５】
［接続部］
接続部５０は、第１貫通電極４７と、第２貫通電極４８と、接続電極４９とを備える。また、接続部５０は、図１に示す接続ユニット領域３毎に複数個ずつ設けられている。
【００４６】
第１貫通電極４７は、絶縁層１４からセンサ側半導体層２ａを貫通し、センサ側配線層２ｂの最下層の配線２７（最もセンサ側半導体層２ａ側に位置する配線２７）に達するように設けられている。第１貫通電極４７は、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓから、センサ側配線層２ｂの最下層の配線２７が露出するように設けられた第１貫通孔４７ａ内に分離絶縁膜２８及びバリアメタル膜２９を介して埋め込まれた導電性材料によって形成されている。
【００４７】
第２貫通電極４８は、第１貫通電極４７に隣り合う領域に設けられており、絶縁層１４からセンサ側半導体層２ａ及びセンサ側配線層２ｂを貫通し、回路側配線層９ｂの最上層の配線３７（最も回路側半導体層９ａから遠い配線３７）に達するように設けられている。第２貫通電極４８は、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓから回路側配線層９ｂの最上層の配線３７が露出するように設けられた第２貫通孔４８ａ内に分離絶縁膜２８及びバリアメタル膜２９を介して埋め込まれた導電性材料によって形成されている。
【００４８】
接続電極４９は、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ側に設けられた絶縁層１４内において、第１貫通電極４７と第２貫通電極４８とを電気的に接続するように設けられている。接続電極４９は、第１貫通孔４７ａと第２貫通孔４８ａとを接続する接続孔４９ａ内に埋め込まれた導電性材料によって形成されている。
【００４９】
第１貫通電極４７、第２貫通電極４８及び接続電極４９を構成する導電性材料としては銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）等を用いることができる。本実施形態では、第１貫通電極４７、第２貫通電極４８及び接続電極４９を構成する導電材料として銅（Ｃｕ）を用いた。
【００５０】
［遮光膜］
遮光膜１６は、画素領域４の絶縁層１４上、つまり、画素領域４における絶縁層１４の最上層の膜である界面準位抑制膜４１の上部に設けられている。遮光膜１６は、各画素１５の光電変換部２０の形成領域に設けられた複数の受光開口１６ａを備え、隣接する画素１５間を遮光するように設けられている。
【００５１】
遮光膜１６は、遮光性に優れた導電性材料を用いて形成され、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、Ｃｕ（銅）又はＴａ（タンタル）を用いて形成されている。また、遮光膜１６は、これらの材料膜からなる積層膜で構成することができる。
【００５２】
［透明保護膜］
透明保護膜１７は、遮光膜１６及び絶縁層１４の上部を覆う状態で設けられている。この透明保護膜１７は、例えばアクリル樹脂などを用いて形成されている。
【００５３】
［カラーフィルタ］
カラーフィルタ１８は、透明保護膜１７上部において、各光電変換部２０に対応して設けられており、例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光を選択的に透過するフィルタ層が画素１５毎に配置されている。また、これらのフィルタ層は、例えばベイヤー配列で画素１５毎に配置されている。
【００５４】
カラーフィルタ１８では、所望の波長の光が透過され、透過した光がセンサ側半導体層２ａ内の光電変換部２０に入射する。なお、本実施形態では、各画素１５がＲ、Ｇ、Ｂのいずれかの光を透過する構成としたが、これに限られるものではない。カラーフィルタ１８を構成する材料としては、その他、シアン、黄色、マゼンダなどの光を透過するような有機材料を使用してもよく、仕様により種々の選択が可能である。
【００５５】
［オンチップレンズ］
オンチップレンズ１９は、カラーフィルタ１８上部に形成されており、画素１５毎に形成されている。オンチップレンズ１９では、入射した光が集光され、集光された光はカラーフィルタ１８を介して各光電変換部２０に効率良く入射される。なお、本実施形態では、オンチップレンズ１９は、遮光膜１６で開口された光電変換部２０の中心位置に、入射した光を集光させる構成とされている。
【００５６】
〈１−３  製造方法〉
図３〜図６は、本実施形態の固体撮像装置１の製造方法を示す工程図である。図３〜図６を用いて、本実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、図３Ａに示すように、センサ側半導体層２ａにおける画素領域４に複数の光電変換部２０を形成すると共に、センサ側半導体層２ａの所望の領域にフローティングディフュージョン領域ＦＤ、ソース／ドレイン領域２１、素子分離部２２を形成する。その他、センサ側半導体層２ａには、図示しない不純物領域を形成する。センサ側半導体層２ａに形成される光電変換部２０、フローティングディフュージョン領域ＦＤ、ソース／ドレイン領域２１及び素子分離部２２等の不純物層は、センサ側半導体層２ａの表面（受光面Ｓとは反対側の面）側からのイオン注入によって形成することができる。
【００５８】
次に、センサ側半導体層２ａの表面上に、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して各画素トランジスタＴｒを構成するゲート電極２５を形成し、そのゲート電極２５上部に層間絶縁膜２６を介して複数層（図３Ａでは３層）の配線２７を形成する。このとき、必要に応じて、層間絶縁膜２６に縦孔を形成し、その縦孔を導電性材料で埋め込むことにより、配線２７と画素トランジスタＴｒとを接続するビアや、積層する方向に隣り合う２つの配線２７を接続するビアを形成する。その後、最上層の配線２７を含む層間絶縁膜２６上部に保護膜４５を形成する。
【００５９】
一方、センサ側半導体層２ａとは別に、回路側半導体層９ａを準備し、回路側半導体層９ａの一方の表面上に、ソース／ドレイン領域３１、素子分離部３２、及び、その他の不純物層（図示せず）を形成する。これらの回路側半導体層９ａに形成されるソース／ドレイン領域３１、素子分離部３２等の不純物層は、回路側半導体層９ａの表面側からのイオン注入によって形成することができる。
【００６０】
次に、回路側半導体層９ａの一方の表面上に、ゲート絶縁膜（図示せず）を介して各トランジスタＴｒを構成するゲート電極３５を形成し、そのゲート電極３５上部に、層間絶縁膜３６を介して複数層（図３Ａでは３層）の配線３７を形成する。このとき、必要に応じて、層間絶縁膜３６に縦孔を形成し、その縦孔を導電性材料で埋め込むことにより、配線３７とトランジスタＴｒとを接続するビアや、積層する方向に隣り合う２つの配線３７を接続するビアを形成する。その後、最上層の配線３７を含む層間絶縁膜３６上部に保護膜４６を形成する。
【００６１】
その後、センサ基板２の保護膜４５が形成された面と、回路基板９の保護膜４６が形成された面とを向かい合わせて、センサ基板２と回路基板９とを貼り合わせる。貼り合わせた後に、必要に応じて、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ側（裏面側）を薄膜化する。以上までの工程は、特に手順が限定されることはなく、通常の貼り合わせ技術を適用して行うことができる。
【００６２】
次に、図３Ｂに示すように、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ上に、反射防止膜４０、界面準位抑制膜４１、エッチングストップ膜４２、及び上層絶縁膜４３をこの順に積層成膜する。反射防止膜４０は、例えば、酸化ハフニウムからなり、原子層蒸着法によって、膜厚１０ｎｍ〜３００ｎｍ（例えば６０ｎｍ）で成膜される。界面準位抑制膜４１は、ＳｉＯ２からなり、例えばＰ−ＣＶＤ（Plasma-Chemical Vapor Deposition）法によって、膜厚２００ｎｍで成膜される。エッチングストップ膜４２は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって膜厚５０〜２００ｎｍで成膜される。上層絶縁膜４３は、例えば酸化シリコンからなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって、膜厚２００ｎｍで成膜される。
【００６３】
次に、図３Ｃに示すように、接続ユニット領域３において、上層絶縁膜４３表面から、センサ側半導体層２ａを貫通し、センサ側配線層２ｂに達する第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａを形成する。第１貫通孔４７ａは、例えば、層間絶縁膜２６内において、センサ側配線層２ｂの最下層（センサ側半導体層２ａに一番近い層）の配線２７に達しない深さで形成され、配線２７を露出しない深さで形成される。また、第２貫通孔４８ａは、例えば、センサ側配線層２ｂの最上層（回路基板９に一番近い層）の配線２７に達しない深さで形成され、配線３７を露出しない深さで形成される。
【００６４】
第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａを形成する際は、それぞれ、上層絶縁膜４３の上部に図示しないレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクにして複数回のエッチングを行う。第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａのそれぞれのエッチング工程が終了した後は、それぞれのレジストパターンを上層絶縁膜４３上部から除去する。
【００６５】
次に、図４Ａに示すように、第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａを含む領域に接続孔４９ａを形成する。この接続孔４９ａは、上層絶縁膜４３表面からエッチングストップ膜４２に達しない深さで形成される。接続孔４９ａを形成する際は、接続孔４９ａを形成する領域が開口した図示しないレジストパターンを上層絶縁膜４３の上部に形成し、そのレジストパターンをマスクにして上層絶縁膜４３をエッチングする。
【００６６】
次に、図４Ｂに示すように、第１貫通孔４７ａ、第２貫通孔４８ａ及び接続孔４９ａの内壁を覆う状態で分離絶縁膜２８を成膜する。分離絶縁膜２８は、例えば酸化シリコンからなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって膜厚１００〜１０００ｎｍの厚さで形成する。分離絶縁膜２８により、第１貫通孔４７ａに形成される第１貫通電極４７、及び、第２貫通孔４８ａに形成される第２貫通電極４８と、センサ側半導体層２ａとの間が電気的に分離される。
【００６７】
次に、図４Ｃに示すように、異方性の高いエッチング条件により、分離絶縁膜２８をエッチング除去することにより、第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａの底部の分離絶縁膜２８を除去する。引き続き、異方性の高いエッチング条件により、第１貫通孔４７ａ及び第２貫通孔４８ａのそれぞれの底部を掘り進める。これにより、第１貫通孔４７ａの底部にセンサ側配線層２ｂの最下層の配線２７を露出させ、第２貫通孔４８ａの底部に回路側配線層９ｂの最上層の配線３７を露出させる。
【００６８】
次に、図５Ａに示すように、第１貫通孔４７ａ、第２貫通孔４８ａ及び接続孔４９ａの内壁を覆う状態で、バリアメタル膜２９を成膜する。バリアメタル膜２９は、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）からなり、ＰＶＤ法によって膜厚５〜１００ｎｍの厚さで形成する。続いて、バリアメタル膜２９上に銅（Ｃｕ）からなる導電材料をめっき法によって形成する。これにより、第１貫通孔４７ａ、第２貫通孔４８ａ及び接続孔４９ａには銅（Ｃｕ）が埋め込まれる。
【００６９】
次に、図５Ｂに示すように、ＣＭＰ（ChemicalMechanical Polishing）法を用いて導電材料層を研磨し、上層絶縁膜４３が露出するまで表面を平坦化する。これにより、第１貫通電極４７、第２貫通電極４８、及び、これらを電気的に接続する接続電極４９が形成される。このように、本実施形態では、いわゆるデュアルダマシン法によって接続部５０が形成される。
【００７０】
次に、接続電極４９を含む上層絶縁膜４３表面にキャップ膜４４を形成する。キャップ膜４４は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって膜厚５〜１００ｎｍの厚さで形成する。そして、本実施形態では、反射防止膜４０、界面準位抑制膜４１、エッチングストップ膜４２、上層絶縁膜４３、キャップ膜４４の５層の積層膜により、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ側の絶縁層１４が構成されている。
【００７１】
次に、図６Ａに示すように、絶縁層１４の画素領域４に対応する部分を、接続ユニット領域３に対して選択的に薄膜化する。ここでは、図６Ａに示すように、絶縁層１４上部にレジストパターン５１を形成する。このレジストパターン５１は、絶縁層１４上部全面にレジスト材料層を形成した後、画素領域４に相当する領域に開口を形成し、その後、ポストベイク処理により開口側の端部をリフローさせることで形成する。
【００７２】
そして、このレジストパターン５１をマスクにして画素領域４上部の絶縁層１４を所定の深さまでエッチング除去する。このエッチング工程では、エッチング条件を変更しながら、キャップ膜４４、上層絶縁膜４３をエッチングし、下層のエッチングストップ膜４２でエッチングをストップさせる。その後、さらにエッチング条件を変更してエッチングストップ膜４２をエッチングし、界面準位抑制膜４１が露出した時点でエッチングを終了する。
【００７３】
図６Ａにおける一連のエッチング工程では、絶縁層１４が、接続ユニット領域３（レジストパターン５１の端部）から画素領域４にかけて徐々に薄くなるように随時エッチング条件を変更しながらエッチングを行う。これにより、絶縁層１４において、接続ユニット領域３と画素領域４との境界部分にテーパ状の段差部３８を形成する。
【００７４】
本実施形態では、エッチングストップ膜４２を形成することで、上層絶縁膜４３のエッチングで起こり得るエッチングばらつきをエッチングストップ膜４２の表面で一度リセットすることができる。これにより、画素領域４上層の絶縁層１４の表面を平坦に保つことができる。そして、絶縁層１４のエッチングにより、画素領域４の上面では、反射防止膜４０と界面準位抑制膜４１のみが残り、接続ユニット領域３を含む周辺領域７では、５層構造の絶縁層１４がそのまま残される。
【００７５】
次に、図６Ｂに示すように、画素領域４の所定の位置において絶縁層１４をエッチングし、センサ側半導体層２ａを露出させる開口１４ａを形成する。この際、ここでの図示を省略したレジストパターンをマスクにして、界面準位抑制膜４１と反射防止膜４０をエッチングする。なお、この開口１４ａは光電変換部２０の直上領域を避けた位置に形成する。
【００７６】
次に、画素領域４の絶縁層１４上に、開口１４ａを介してセンサ側半導体層２ａに接続された遮光膜１６をパターン形成する。この遮光膜１６は、光電変換部２０に対応する受光開口１６ａを有している。ここでは、スパッタ成膜法によって絶縁層１４上に例えばタングステンからなる導電性材料膜を成膜する。その後、ここでの図示を省略したレジストパターンをマスクにして導電性材料膜をパターンエッチングする。これにより、画素領域１４の絶縁層１４を広く覆うと共に、各光電変換部２０に対応する受光開口１６ａを有し、センサ側半導体層２ａに接続された遮光膜１６を形成する。
【００７７】
次に、図６Ｃに示すように、遮光膜１６及び絶縁層１４の上部を覆う状態で光透過性を有する材料からなる透明保護膜１７を成膜する。透明保護膜１７の成膜は、スピンコート法のような塗布法によって行う。次に、透明保護膜１７上に、光電変換部２０に対応する各色のカラーフィルタ１８を形成し、さらに、この上部に光電変換部２０に対応するオンチップレンズ１９を備えたオンチップレンズ膜１９ａを形成する。以上のようにして、本実施形態の固体撮像装置１が作製される。
【００７８】
本実施形態では、画素領域４において、センサ側半導体層２ａの受光面Ｓ側に形成される絶縁層１４が薄くなることにより、オンチップレンズ１９と受光面Ｓとの間の距離を小さくすることができる。これにより、集光特性の向上や感度特性の向上が図られる。
【００７９】
ところで、有機樹脂材料を塗布する際、塗布面に急峻な段差があると、その段差を有機材料が乗り越えるときに段差部分に流体の圧力が集中し、塗布ムラが発生するおそれがある。それに比較し、本実施形態では、絶縁層１４の段差部３８はテーパ状に形成されているため、絶縁層１４上部に有機材料を塗布する際に、段差部３８における流体圧力が低減される。これにより、塗布ムラが低減され、画素領域４の絶縁層１４上部に形成される有機材料膜を平坦に形成することができる。
【００８０】
本実施形態では、絶縁層１４の段差部３８をテーパ状としたが、絶縁層１４は、その膜厚が接続ユニット領域３から画素領域４にかけて徐々に薄くなる構成であればよく、連続的に薄くなる構成であっても、段階的に薄くなる構成であってもよい。本実施形態のように、絶縁層１４の膜厚を連続的に薄くなるように形成する場合には、絶縁層上部における有機樹脂材料の流れがより滑らかになるため、有機樹脂材料の塗布ムラをより抑制することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、エッチングストップ膜４２を設け、エッチングストップ膜４２までエッチングする例としたが、絶縁層１４のエッチング工程はこれに限られるものではない。画素領域４における絶縁層１４の膜厚を接続ユニット領域３における絶縁層１４の膜厚よりも薄くできる構成であれば種々の構成を採ることができる。
【００８２】
さらに、本実施形態では、接続ユニット領域３が、画素領域４の３つの辺のそれぞれに形成される例としたが、接続ユニット領域３が形成される領域はこれに限定されるものではない。以下に、変形例として、第１の実施形態と接続ユニット領域３の形成位置が異なる例を説明する。
【００８３】
［変形例１−１］
図７は、変形例１−１に係る固体撮像装置６０のセンサ基板６２の概略構成図である。変形例１−１における固体撮像装置６０は、接続ユニット領域６１の形成位置のレイアウトのみが図１に示す固体撮像装置１と異なる。すなわち、変形例１−１においても、図１と同様、センサ基板６２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられており、その断面構成は図２と同様である。したがって、回路基板９、及び、固体撮像装置６０の断面構成は、図１及び図２と同様であるから説明を省略する。また、図７において、図１に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８４】
変形例１−１では、図７に示すように、接続ユニット領域６１が、画素領域４の外側の周辺領域７の４箇所に設けられており、それぞれ、画素領域４の各辺に沿って配置されている。変形例１−１においても、第１の実施形態と同様、センサ側半導体層上部の絶縁層に段差部３８が形成される。そして、変形例１−１における構成においても、第１の実施形態と同様、絶縁層の膜厚を、接続ユニット領域６１から画素領域４にかけて徐々に薄くすることにより、段差部３８をテーパ状とすることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
［変形例１−２］
図８は、変形例１−２に係る固体撮像装置７０のセンサ基板７２の概略構成図である。変形例１−２における固体撮像装置７０は、接続ユニット領域７１の形成位置のレイアウトのみが図１に示す固体撮像装置１と異なる。すなわち、変形例１−２においても、図１と同様、センサ基板７２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられており、その断面構成は図２と同様である。したがって、回路基板９、及び、固体撮像装置７０の断面構成は、図１及び図２と同様であるから説明を省略する。また、図８において、図１に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８６】
変形例１−２では、図８に示すように、接続ユニット領域７１が、画素領域４の外側の周辺領域７に設けられており、画素領域４を囲むように連続して配置されている。変形例１−２においても、第１の実施形態と同様、センサ側半導体層上部の絶縁層に段差部３８が形成される。そして、変形例１−２における構成においても、第１の実施形態と同様、絶縁層の膜厚を、接続ユニット領域７１から画素領域４にかけて徐々に薄くすることにより、段差部３８をテーパ状とすることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
ところで、上述の第１の実施形態では、センサ側半導体層２ａ上部に形成される絶縁層１４を、画素領域４上部においてのみ薄膜化し、絶縁層１４の段差部３８を、接続ユニット領域３と画素領域４との境界部分にのみ設ける例とした。しかしながら、絶縁層１４における薄膜部分は、接続部５０に影響のない範囲でできるだけ広範囲に設定されてよい。以下に、絶縁層１４の段差部を、接続ユニット領域３の周囲を囲むように設ける例について説明する。
【００８８】
《２．第２の実施形態：固体撮像装置》
図９は、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置８０のセンサ基板２の構成図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成である。本実施形態においても、図１と同様、センサ基板２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられている。本実施形態における回路基板９の構成は、図１と同様であるから説明を省略する。また、図９及び図１０において、図１及び図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８９】
本実施形態の固体撮像装置８０では、センサ側半導体層２ａ上部に設ける絶縁層１４の段差部８１を、各接続ユニット領域３を囲むように形成する。すなわち、本実施形態では、接続ユニット領域３以外の領域では、センサ側半導体層２ａ上部の絶縁層１４を、画素領域４上部と同様に薄膜化する。
【００９０】
図１０に示すように、本実施形態の固体撮像装置８０では、センサ側半導体層２ａ上部に設けられた絶縁層１４では、接続ユニット領域３と、その接続ユニット領域３の外側に隣接する領域との境界に段差部８１が形成されている。また、絶縁層１４の段差部８１は、第１の実施形態と同様、接続ユニット領域３から、その接続ユニット領域３に隣接する領域にかけて徐々に薄くなるテーパ状に形成されている。
【００９１】
以上のように、本実施形態では、絶縁層１４を接続ユニット領域３以外の領域において薄膜化することにより、絶縁膜１４には断面凸形状の凸部８２が形成される。そして、この凸部８２の内部に、接続ユニット領域３に形成される接続部５０が形成されている。
【００９２】
このような本実施形態の固体撮像装置８０は、図６Ａに示す絶縁層１４のエッチング工程に用いるレジストパターンを第１の実施形態と変えることにより形成することができる。例えば、接続ユニット領域３以外の領域を開口するレジストパターンをマスクにしてエッチングすることにより、本実施形態の固体撮像装置８０を作製することができる。このような本実施形態の固体撮像装置８０においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
《３．第３の実施形態：固体撮像装置》
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図１１Ａは、本実施形態の固体撮像装置９０のセンサ基板２の概略構成図であり、図１１Ｂは、図１１Ａの領域ａにおける拡大図である。本実施形態においても、図１（第１の実施形態）と同様、センサ基板２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられており、固体撮像装置９０の断面構成は図１０と同様である。したがって、回路基板９、及び、固体撮像装置９０の断面構成は、図１０と同様であるから説明を省略する。図１１Ａにおいて、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【００９４】
本実施形態の固体撮像装置９０は、絶縁層１４の段差部９１のレイアウトが図９と異なる例である。本実施形態では、絶縁層１４の段差部９１は、接続ユニット領域３を囲む位置に設けられている。また、段差部９１によって形成される絶縁層１４の凸部９２の平面形状が、対応する画素領域４の辺に沿う方向に直交する両端部において、円弧状となる角丸長方形状に形成する。
【００９５】
ここで、図１１Ｂに示すように、凸部９２の円弧状の端部における曲率半径Ｒは０．２μｍよりも大きいことが好ましい。また、このような凸部９２の形状は、図９に示す平面形状が矩形状の凸部８２に対して円弧状の端部を追加することによって形成してもよく、また、図９に示す平面形状が矩形状の凸部８２から角部を切り取ることで形成してもよい。
【００９６】
このような本実施形態の固体撮像装置９０は、図６Ａに示す絶縁層１４のエッチング工程に用いるレジストパターンを第１の実施形態と変えることにより形成することができる。例えば、接続ユニット領域３以外の領域を開口するレジストパターンをマスクにしてエッチングすることにより、本実施形態の固体撮像装置９０を作製することができる。
【００９７】
図１２は、本実施形態の凸部９２を有する絶縁層１４上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。また、図１３は、絶縁層１４の凸部９２の平面形状を矩形状とした例（例えば第２の実施形態）において、絶縁層１４上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。図１２及び図１３の矢印は流体ベクトルであり、矢印の向きは、絶縁層１４上部に塗布した有機材料の流れる方向を示し、矢印の長さは、矢印方向に流れる有機材料の流速を示す。
【００９８】
図１３に示すように、絶縁層１４の凸部８２の平面形状が矩形状である場合には、凸部８２の角部に当たる部分で有機材料の流体圧力が高くなる傾向がある。これにより、凸部８２の角部に向かって流れ込む流体は、その角部を起点として、元々の流体の流れ込む方向の成分と、凸部８２の側壁に沿う方向の成分とに分かれる。これにより、塗布ムラが発生する。
【００９９】
一方、図１２に示すように、絶縁層１４の凸部９２の平面形状を、画素領域４の対応する辺に沿う方向に直交する両端部が円弧状である角丸長方形状とした場合には、絶縁層１４上を流れる有機材料の流体圧力が局所的に大きくなる点が低減される。このため、凸部９２の円弧状の端部に向かって流れ込む流体は、凸部９２の端部を起点とした分散が緩和される。これにより、有機材料の塗布ムラが低減される。
【０１００】
このように、本実施形態では、凸部９２の平面形状を角丸長方形とすることにより、画素領域４の絶縁層１４上に塗布する有機材料膜の平坦性をより向上させることができる。
【０１０１】
上述の第３の実施形態では、絶縁層１４の凸部９２の平面形状を角丸長方形状としたが、流体圧力を緩和し得る凸部の平面形状はこれに限られるものではない。以下に、変形例として、第３の実施形態と絶縁層の凸部の平面形状が異なる例を説明する。
【０１０２】
［変形例３−１］
図１４Ａは、変形例３−１の固体撮像装置１００のセンサ基板２の概略構成図であり、図１４Ｂは、図１４Ａの領域ａにおける拡大図である。本実施形態においても、図１と同様、センサ基板２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられており、固体撮像装置１００の断面構成は図１０（第２の実施形態）と同様である。したがって、回路基板９、及び、固体撮像装置１００の断面構成は、図１０と同様であるから説明を省略する。図１４Ａにおいて、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１０３】
変形例３−１に係る固体撮像装置１００では、絶縁層の凸部１０２の平面形状が図１１Ａに示すそれと異なる例である。変形例３−１では、絶縁層の凸部１０２の平面形状は、図１１Ａに示した矩形状の凸部８２の４つの角を、斜めに切り取った形状である。図１４Ａでは、凸部１０２の、対応する画素領域４の辺に対する傾きが４５度又は−４５度である面で、図１１Ａに示す矩形状の凸部８２の４つの角を切り取った例を示している。
【０１０４】
ここで、図１４Ｂに示すように、凸部１０２は、凸部１０２の一方の端部に設けられた４つの頂点を通る外接円の曲率半径Ｒが０．２μｍよりも大きくなるように形成されることが好ましい。また、このような形状は、図１１Ａに示す平面形状が矩形状の凸部８２に対して４つの頂点を有する端部を追加することによって形成してもよく、また、図１１Ａに示す平面形状が矩形状の凸部８２から角部を切り取ることで形成してもよい。
【０１０５】
図１５は、本実施形態の構造を有する絶縁層上部に有機材料を塗布したときの有機材料の流れる様子をシミュレーションした結果を模式的に示す図である。図１５は流体ベクトルであり、矢印の向きは絶縁層上部に塗布した有機材料の流れる方向を示し、矢印の長さは、矢印方向に流れる有機材料の流速を示す。
【０１０６】
図１５に示すように、変形例３−１においても、絶縁層の凸部１０２の平面形状を、画素領域４の辺に沿う方向の両端部がほぼ弧状である角丸長方形状とした場合には、絶縁層上を流れる有機材料の流体圧力が局所的に大きくなる点が低減される。このため、凸部１０２のほぼ弧状の端部に向かって流れ込む流体において、凸部１０２の端部を起点とした流速ベクトルの分散が緩和される。これにより、有機材料の塗布ムラが低減される。
【０１０７】
このように、凸部１０２の両端部において、各端部の平面形状の頂点を増やし、矩形状から円弧状に近づけることにより、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、凸部１０２の各端部のおける頂点を４つずつ形成したが、３つ以上であればよく、凸部の各端部の形状が３角形以上の多角形状であってもよい。すなわち、本開示では、凸部の各端部における頂点がそれぞれ３つ以上であり、各頂点の内角が９０度よりも大きい場合を、「ほぼ（円）弧状」として定義する。
【０１０８】
［変形例３−２］
図１６は、変形例３−２に係る固体撮像装置１１０のセンサ基板２の概略構成図である。本実施形態においても、図１（第１の実施形態）と同様、センサ基板２の受光面とは反対側の面に回路基板９が設けられており、固体撮像装置１１０の断面構成は図１０と同様である。したがって、回路基板９、及び、固体撮像装置１００の断面構成は、図１０と同様であるから説明を省略する。図１６において、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
【０１０９】
変形例３−２に係る固体撮像装置１１０では、絶縁層の凸部１１２の平面形状が図１１Ａに示すそれと異なる例である。変形例３−２では、絶縁層の凸部１１２は、その平面形状が、対応する画素領域４の辺に沿う方向に直交する両端部において、弧状となる角丸長方形状に形成されている。ただし、上述の第３の実施形態では、凸部９２の両端部は円弧状であったが、変形例３−２では、対角線上の角部においてのみ、その平面形状が円弧状であり、凸部１１２の両端部の対向する辺は互いに平行に形成されている。
【０１１０】
変形例３−２においても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、凸部の平面形状は、その両端部が円弧状である形状のみならず、一部が円弧状であるような角丸四角形状であってもよい。
【０１１１】
その他、図示を省略するが、凸部の各端部の平面形状が、楕円弧状であってもよい。すなわち、凸部の各端部の形状は、円弧状に限られるものではなく、弧状又はほぼ弧状であれば、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
ところで、第３の実施形態、変形例３−１及び変形例３−２では、その断面構成が、図１０（第２の実施形態）と同様であるとして説明をした。しかしながら、絶縁層の凸部の平面形状を角丸長方形状とする場合には、絶縁層の段差部をテーパ状にしなくても、塗布ムラ緩和の効果をある程度得ることができる。すなわち、絶縁層の段差部の面を、受光面に対して直角に設けた場合でも、絶縁層の凸部の平面形状を角丸長方形状とすることにより、塗布ムラの緩和を図ることができる。
【０１１３】
したがって、絶縁層の段差部をテーパ状とする構成、及び、絶縁層の凸部の平面形状を角丸長方形状とする構成の一方を適用してもよい。上記第３の実施形態、変形例３−１及び変形例３−２のように、絶縁層の段差部をテーパ状とし、かつ、絶縁層の凸部の平面形状を角丸長方形状とした場合には、塗布ムラ抑制の効果をよりいっそう高めることができる。
【０１１４】
本開示では、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。
【０１１５】
さらに、本開示は、画素領域の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１１６】
また、本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【０１１７】
《４．第４の実施形態：電子機器》
次に、本開示の第４の実施形態に係る電子機器について説明する。図１７は、本開示の第４の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
【０１１８】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置２０１と、光学レンズ２０３と、シャッタ装置２０４と、駆動回路２０５と、信号処理回路２０６とを有する。本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置２０１として上述した本開示の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（デジタルスチルカメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【０１１９】
光学レンズ２０３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置２０１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置２０１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。シャッタ装置２０４は、固体撮像装置２０１に対する光照射期間および遮光期間を制御する。駆動回路２０５は、固体撮像装置２０１の信号転送動作およびシャッタ装置２０４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２０５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０１は信号転送を行なう。信号処理回路２０６は、固体撮像装置２０１から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【０１２０】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置２０１において集光特性及び感度特性の向上が図られるため、画質の向上が図られる。
【０１２１】
なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
（１）
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、
回路側半導体層及び回路側配線層を有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に設けられた回路基板と、
前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、
前記接続電極が内部に埋め込まれ、前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなる段差部を有する絶縁層と
を備える固体撮像装置。
（２）
更に、前記段差部は、前記絶縁膜が、前記接続ユニット領域から前記接続ユニット領域に隣接する領域にかけて徐々に薄くなることによって形成され、前記接続ユニット領域に凸部が形成されている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記接続ユニット領域を複数備え、各接続ユニット領域は、区画された前記画素領域の対応する所定の辺に沿って配置されている
（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記段差部は、前記接続ユニット領域を囲む位置に形成されている
（１）〜（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記凸部の平面形状は、前記画素領域の対応する辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である
（１）〜（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記絶縁層は、異なる材料を用いて構成された積層構造であり、
段差部下部では、前記絶縁層において、積層構造の上層部分を構成する膜が除去されている
（１）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、
回路側半導体層と回路側配線層とを有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に積層して設けられた回路基板と、
前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通ビアと、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通ビアと、前記センサ基板の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通ビアと前記第２貫通ビアとを接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、
前記接続電極を埋め込み、前記接続ユニット領域の外側の領域における厚さが、前記接続ユニット領域における厚さよりも薄く形成され、前記接続ユニット領域を含む領域における断面形状が凸状の凸部を有し、前記凸部の平面形状は、画素領域の辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である絶縁層と
を備える固体撮像装置。
（８）
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層とを、前記センサ側配線層の面と前記回路側配線層の面とを向かい合わせて貼り合わせる工程と、
前記センサ基板の受光面側に絶縁層を形成する工程と、
前記画素領域の外側の接続ユニット領域に、前記絶縁層の表面から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記絶縁層の表面から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記絶縁層の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程と、
前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなるように、前記絶縁層を所定の深さまでエッチングする工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（９）
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層、及び、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層とを、前記センサ側配線層の面と前記回路側配線層の面とを向かい合わせて貼り合わせる工程と、
前記センサ基板の受光面側に絶縁層を形成する工程と、
前記画素領域の外側の接続ユニット領域に、前記絶縁層の表面から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記絶縁層の表面から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記絶縁層の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部を形成する工程と、
前記接続ユニット領域の外側の領域において、前記絶縁層を所定の深さまでエッチングすることにより、平面形状が前記画素領域の辺に沿う方向に延在した角丸長方形状である凸部を形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１０）
光電変換部が設けられた画素領域を含むセンサ側半導体層と、前記センサ側半導体層の受光面とは反対側の表面側に設けられたセンサ側配線層とを有するセンサ基板と、回路側半導体層及び回路側配線層を有し、前記センサ基板の前記センサ側配線層側に設けられた回路基板と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記センサ側配線層に達して設けられた第１貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側から前記回路側配線層に達して設けられた第２貫通電極と、前記センサ側半導体層の受光面側の表面に設けられ、かつ前記第１貫通電極及び前記第２貫通電極を接続する接続電極とを有する接続部が設けられた接続ユニット領域と、前記接続電極が内部に埋め込まれ、前記接続ユニット領域から前記画素領域にかけて膜厚が徐々に薄くなる段差部を有する絶縁層とを備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【符号の説明】
【０１２２】
１，６０，７０，８０，９０，１００，１１０・・・固体撮像装置、２，６２，７２・・・センサ基板、２ａ・・・センサ側半導体層、２ｂ・・・センサ側配線層、３，６１，７１・・・接続ユニット領域、４・・・画素領域、５・・・画素駆動線、６・・・垂直信号線、７・・・周辺領域、９・・・回路基板、９ａ・・・回路側半導体層、９ｂ・・・回路側配線層、１０・・・垂直駆動回路、１１・・・カラム信号処理回路、１２・・・水平駆動回路、１３・・・システム制御回路、１４・・・絶縁層、１４ａ・・・開口、１５・・・画素、１６・・・遮光膜、１６ａ・・・・受光開口、１７・・・透明保護膜、１８・・・カラーフィルタ、１９・・・オンチップレンズ、１９ａ・・・オンチップレンズ膜、２０・・・光電変換部、２１，３１・・・ソース／ドレイン領域、２２，３２・・・素子分離部、２５，３５・・・ゲート電極、２６，３６・・・層間絶縁膜、２７，３７・・配線、２８・・・分離絶縁膜、２９・・・バリアメタル膜、３８，８１，９１・・・段差部、４０・・・反射防止膜、４１・・・界面準位抑制膜、４２・・・エッチングストップ膜、４３・・・上層絶縁膜、４４・・・キャップ膜、４５，４６・・・保護膜、４７・・・第１貫通電極、４８・・・第２貫通電極、４９・・・接続電極、５０・・・接続部、５１・・・レジストパターン、６０・・・固体撮像装置、８２，９２，１０２，１１２・・・凸部、２００・・・電子機器、２０３・・・光学レンズ、２０４・・・シャッタ装置、２０５・・・信号処理回路、２０６・・・駆動回路
【図１】
2013214616.tif 000003
【図２】
2013214616.tif 000004
【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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