JP5948783B2 - 固体撮像装置、および電子機器 - Google Patents

Description

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に関する。

固体撮像装置においては、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構造が提案されている。またさらに、光電変換部が形成された半導体基板とは別に、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次元構造も提案されている。

以上のような裏面照射型の固体撮像装置には、光電変換部を有する画素領域の外側の周辺領域に、半導体基板の駆動回路または回路基板の駆動回路に達する複数の貫通ビアが、半導体基板を貫通して設けられている。この半導体基板の受光面上の構成は、次の手順で作製される。まず半導体基板に埋め込み形成された貫通ビアを覆ってキャップ膜を受光面上に設け、その上に遮光膜を設ける。次に貫通ビアの設けられた周辺領域において、貫通ビア間を接続する配線および電極パッドを、キャップ膜上に設ける。続いて、配線および電極パッドを覆って平坦化膜を設け、その上に各光電変換部に対応するカラーフィルタおよびオンチップレンズを設ける。最後に、周辺領域において配線および電極パッドを覆う平坦化膜を選択的にエッチング除去し、電極パッドを露出させるパッド開口を設ける。（以上、下記特許文献１参照）

特開２０１０−２４５５０６号公報（例えば図３および関連記載部参照）

しかしながらこのような構成の裏面照射型の固体撮像装置においては、受光面上において、遮光膜の下部に貫通ビアを覆うキャップ膜が設けられている。したがって、受光面と遮光膜との距離が大きく、斜め光入射による混色が発生しやすく、光電変換部の受光特性が劣化する。

そこで本技術は、半導体基板の受光面と遮光膜との距離を小さくすることにより、光電変換部の受光特性の向上を図ることが可能な裏面照射型の固体撮像装置を提供することを目的とする。また本技術は、このような構成の固体撮像装置の製造方法およびこの固体撮像装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本技術の固体撮像装置は、光電変換部が配列形成された画素領域を有するセンサ基板と、このセンサ基板において光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に設けられた駆動回路とを備えている。さらに画素領域における受光面上には、光電変換部に対応した受光開口を有する遮光膜が設けられ、この遮光膜を覆って保護絶縁膜が設けられている。また画素領域の外側の周辺領域においては、保護絶縁膜からセンサ基板にかけて埋め込まれ駆動回路に接続された複数の貫通ビアが設けられている。

このような固体撮像装置は、光電変換部を設けたセンサ基板において、駆動回路が形成された表面側と反対側の面を受光面とした裏面照射型であり、受光面上において遮光膜を覆う保護絶縁膜に貫通ビアが埋め込まれている。これにより、受光面と遮光膜との距離を小さくすることができる。

また本技術はこのような固体撮像装置の製造方法でもあり、次の手順が行われる。まず、センサ基板の画素領域に光電変換部を配列形成し、センサ基板において光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に駆動回路を形成する。また画素領域における受光面上に遮光膜を形成し、この遮光膜を覆う保護絶縁膜を形成する。さらに受光面側において画素領域の外側に設けられた周辺領域に、保護絶縁膜からセンサ基板にかけて埋め込まれ駆動回路に接続された複数の貫通ビアを形成する。

また本技術は、上述した固体撮像装置を備えた電子機器でもあり、光電変換部に入射光を導く光学系を備えている。

以上のような本技術によれば、裏面照射型の固体撮像装置において、受光面上の遮光膜を覆う保護絶縁膜に貫通ビアを埋め込んで設けたことにより、受光面と遮光膜との距離を小さくできる。この結果、光電変換部においての受光特性の向上を図ることが可能になる。

本技術が適用される固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構成を示す要部断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図（その１）である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図（その２）である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図（その３）である。 第２実施形態の固体撮像装置の構成を示す要部断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図である。 本技術を適用して得られた固体撮像装置を用いた電子機器の構成図である。

以下、本技術の実施の形態を、図面に基づいて次に示す順に説明する。
１．実施形態の固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施形態（遮光膜を覆う保護絶縁膜に配線を埋め込んで設けた例）
３．第２実施形態（保護絶縁膜を２層構造にした例）
４．電子機器（固体撮像装置を用いた電子機器の例）
なお、各実施形態において共通の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

≪１．実施形態の固体撮像装置の概略構成例≫
図１に、本技術が適用される裏面照射型の固体撮像装置の一例として、三次元構造の固体撮像装置の概略構成を示す。この図に示す固体撮像装置１は、光電変換部が配列形成されたセンサ基板２と、このセンサ基板２に対して積層させた状態で貼り合わされた回路基板９とを備えている。

センサ基板２は、一方の面を受光面Ａとし、光電変換部を含む複数の画素３が受光面Ａに対して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３が１本の画素駆動線５と１本の垂直信号線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３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。なお、画素回路の一部は、受光面Ａとは反対側の表面側に設けられている。また複数の画素で画素回路の一部を共有していてもよい。

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、電極パッド８が設けられている。この電極パッド８は、必要に応じてセンサ基板２に設けられた画素駆動線５、垂直信号線６、および画素回路、さらには回路基板９に設けられた駆動回路に接続されている。

回路基板９は、センサ基板２側に向かう一面側に、センサ基板２に設けられた各画素３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、センサ基板２側の画素回路に接続されている。なお、センサ基板２の表面側に設けられた画素回路も、駆動回路の一部である。

≪２．第１実施形態≫
＜固体撮像装置の構成＞
（遮光膜を覆う保護絶縁膜に配線を埋め込んで設けた例）
図２は、第１実施形態の固体撮像装置１−１の構成を示す要部断面図であり、図１における画素領域４と周辺領域７との境界付近の断面図である。以下、この要部断面図に基づいて第１実施形態の固体撮像装置１−１を説明する。

図２に示す第１実施形態の固体撮像装置１−１は、上述したようにセンサ基板２と回路基板９とを積層させた状態で貼り合わせた３次元構造の固体撮像装置である。センサ基板２の表面側、すなわち回路基板９側に向かう面上には、配線層２ａと、配線層２ａを覆う保護膜２ｂとが設けられている。一方、回路基板９の表面側、すなわちセンサ基板２側に向かう面上には、配線層９ａと、配線層９ａを覆う保護膜９ｂとが設けられている。また回路基板９の裏面側には、保護膜９ｃが設けられている。これらのセンサ基板２と回路基板９とは、保護膜２ｂと保護膜９ｂとの間で貼り合わせられている。

またセンサ基板２の受光面Ａ上には、反射防止膜４１、界面準位抑制膜４２、遮光膜４３、および保護絶縁膜４４が設けられている。この保護絶縁膜４４には、配線４５と、配線４５からセンサ基板２を貫通する状態で設けられた貫通ビア２３が埋め込まれている。この配線４５および貫通ビア２３を覆う状態で、保護絶縁膜４４上にキャップ膜４６が設けられている。さらに画素領域４においてキャップ膜４６上に、カラーフィルタ４７、およびオンチップレンズ４８が積層されている。また周辺領域７にはパッド開口８ａが設けられている。

次に、センサ基板２側の各層、および回路基板９側の各層の構成、反射防止膜４１、界面準位抑制膜４２、遮光膜４３、保護絶縁膜４４、貫通ビア２３、配線４５、キャップ膜４６、カラーフィルタ４７、オンチップレンズ４８、およびパッド開口８ａの構成をこの順に説明する。

［センサ基板２］
センサ基板２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。このセンサ基板２における画素領域４には、受光面Ａに沿って複数の光電変換部２０が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。なお、光電変換部２０は画素毎に設けられており、図面においては１画素分の断面を図示している。

またセンサ基板２において受光面Ａ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ＦＤ、トランジスタＴｒのソース／ドレイン２１、さらにはここでの図示を省略した他の不純物層、および素子分離２２などが設けられている。

さらにセンサ基板２において、画素領域４の外側の周辺領域７には、以後に説明する貫通ビア２３およびパッド開口８ａが設けられている。

［配線層２ａ（センサ基板２側）］
センサ基板２の表面上に設けられた配線層２ａは、センサ基板２との界面側に、ここでの図示を省略したゲート絶縁膜を介して転送ゲートＴＧおよびトランジスタＴｒのゲート電極２５、さらにはここでの図示を省略した他の電極を有している。またこれらの転送ゲートＴＧおよびゲート電極２５は、層間絶縁膜２６で覆われており、この層間絶縁膜２６に設けられた溝パターン内には、例えば銅（Ｃｕ）を用いた埋込配線２７が多層配線として設けられている。これらの埋込配線２７は、ビアによって相互に接続され、また一部がソース／ドレイン２１、転送ゲートＴＧ、さらにはゲート電極２５に接続された構成となっている。また、埋込配線２７には、センサ基板２に設けられた貫通ビア２３も接続され、トランジスタＴｒおよび埋込配線２７等によって画素回路が構成されている。ここで必要に応じて、多層配線のうちの一層はアルミニウム（Ａｌ）配線として構成され、そのうちの周辺領域に配置される配線の一部は電極パッド８として設けられている。

以上のような多層配線が形成された層間絶縁膜２６上に、絶縁性の保護膜２ｂが設けられ、この保護膜２ｂ表面においてセンサ基板２が回路基板９に貼り合わせられている。

［回路基板９］
回路基板９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。この回路基板９において、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３１、さらにはここでの図示を省略した不純物層、および素子分離３２などが設けられている。

さらに回路基板９には、これを貫通する貫通ビア３３が設けられている。この貫通ビア３３は、回路基板９を貫通して形成された接続孔内に、分離絶縁膜３４を介して埋め込まれた導電性材料によって構成されている。

［配線層９ａ（回路基板９側）］
回路基板９の表面上に設けられた配線層９ａは、回路基板９との界面側に、ここでの図示を省略したゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極３５、さらにはここでの図示を省略した他の電極を有している。これらのゲート電極３５および他の電極は、層間絶縁膜３６で覆われており、この層間絶縁膜３６に設けられた溝パターン内にはたとえば銅（Ｃｕ）を用いた埋込配線３７が多層配線として設けられている。これらの埋込配線３７は、ビアによって相互に接続され、また一部がソース／ドレイン３１やゲート電極３５に接続された構成となっている。また、埋込配線３７には、回路基板９に設けられた貫通ビア３３およびセンサ基板２に設けられた貫通ビア２３も接続され、トランジスタＴｒおよび埋込配線３７等によって駆動回路が構成されている。ここで必要に応じて、多層配線のうちの一層例えば最上層はアルミニウム（Ａｌ）配線として構成され、そのうちの周辺領域に配置される配線の一部は電極パッドとして設けられていてもよい。

以上のような埋込配線３７が形成された層間絶縁膜３６上に、絶縁性の保護膜９ｂが設けられ、この保護膜９ｂ表面において回路基板９がセンサ基板２に貼り合わせられている。また、回路基板９において、配線層９ａが設けられた表面側とは逆の裏面側には、回路基板９を覆う保護膜９ｃが設けられ、この保護膜９ｃには貫通ビア３３を露出させるパッド開口３３ａが設けられている。

［反射防止膜４１、界面準位抑制膜４２］
反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２は、センサ基板２の受光面Ａ上にこの順に設けられている。反射防止膜４１は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、また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性材料を用いて構成される。界面準位抑制膜４２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いて構成される。

［遮光膜４３］
遮光膜４３は、画素領域４において、受光面Ａ上に反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２を介して設けられている。このような遮光膜４３は、各光電変換部２０に対応する複数の受光開口４３ａを備えている。

このような遮光膜４３は、アルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）のような遮光性に優れた導電性材料を用いて構成され、反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２に設けた開口４３ｂにおいてセンサ基板２に対して接地された状態で設けられている。

［保護絶縁膜４４］
保護絶縁膜４４は、受光面Ａ側の周辺領域７および画素領域４において、遮光膜４３を覆って、表面平坦に設けられている。このような保護絶縁膜４４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いて構成される。

［配線４５］
配線４５は、受光面Ａ側の周辺領域７において、遮光膜４３を覆う保護絶縁膜４４に埋め込まれた埋込配線として設けられている。この配線４５は貫通ビア２３と一体に埋め込まれて形成されたものであり、貫通ビア２３間を接続する。

［貫通ビア２３］
貫通ビア２３は、受光面Ａ側の周辺領域７において、配線４５から界面準位抑制膜４２および反射防止膜４１を貫通し、さらにセンサ基板２を貫通し、配線層２ａに達して設けられている。この貫通ビア２３は複数あり、センサ基板２の埋込配線２７、アルミニウム配線または回路基板９の埋込配線３７、アルミニウム配線に接続している。

このような貫通ビア２３は、保護絶縁膜４４に形成された配線溝とその底部の接続孔の内壁を連続的に覆う分離絶縁膜２４を介して、これらの配線溝及び接続孔に銅（Ｃｕ）を埋め込んで一体に構成される。ここで配線溝の部分が配線４５に相当し、接続孔の部分が貫通ビア２３に相当する。また分離絶縁膜２４は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）のような銅（Ｃｕ）の拡散防止機能を有する材料を用いて構成される。このように、貫通ビア２３間を配線４５で接続することにより、貫通ビア２３がそれぞれ接続しているセンサ基板２の埋込配線２７および回路基板９の埋込配線３７の間を電気的に接続する。つまり、センサ基板２の駆動回路と回路基板９の駆動回路とが接続される。

［キャップ膜４６］
キャップ膜４６は、受光面Ａ側における周辺領域７および画素領域４において、貫通ビア２３と一体形成された配線４５を覆って保護絶縁膜４４上に設けられている。このキャップ膜４６は、貫通ビア２３および配線４５の構成材料である銅（Ｃｕ）の拡散防止機能を有する材料からなり、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いて構成される。

［カラーフィルタ４７、オンチップレンズ４８］
カラーフィルタ４７は、各光電変換部２０に対応して設けられ、各光電変換部２０に対応する各色で構成されている。各色のカラーフィルタ４７の配列が限定されることはない。
オンチップレンズ４８は、各光電変換部２０に対応して設けられ、各光電変換部２０に入射光が集光されるように構成されている。
なお必要に応じて、キャップ膜４６とカラーフィルタ４７との間に、密着コート膜または平坦化コート膜を設ける。例えば、密着コート膜および平坦化コート膜はアクリル樹脂からなる膜を用いる。

［パッド開口８ａ］
パッド開口８ａは、周辺領域において、受光面Ａ上のオンチップレンズ材料膜４８ａ、キャップ膜４６、保護絶縁膜４４、界面準位抑制膜４２、および反射防止膜４１を貫通し、さらにセンサ基板２を貫通して設けられている。このパッド開口８ａは、センサ基板２側の配線層２ａにおける電極パッド８を露出させる。

＜第１実施形態の固体撮像装置１−１の効果＞
以上説明した第１実施形態の固体撮像装置１−１では、センサ基板２の受光面Ａ上において、遮光膜４３を覆う保護絶縁膜４４に貫通ビア２３および配線４５が埋め込まれ、これを覆って保護絶縁膜４４上にキャップ膜４６が設けられている。つまり、キャップ膜４６が遮光膜４３の上部に設けられている。このため、キャップ膜が遮光膜の下部に設けられた従来の構成に比べて、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。これにより、斜め光入射の隣接画素への光漏れ込みによる混色、および入射角が大きくなったときのシェーディング、入射光の減衰などを抑制し、光電変換部２０の受光特性を向上することが可能となる。

さらに第１実施形態の固体撮像装置１−１では、配線４５は受光面Ａ上に設けられ、貫通ビア２３と一体形成されたデュアルダマシン構造となっている。また電極パッド８がセンサ基板２の受光面Ａとは反対側の配線層２ａに設けられ、この電極パッド８を露出させるパッド開口８ａが、受光面Ａ側からセンサ基板２を貫通して設けられている。つまり、受光面Ａ上には厚膜な電極パッド８は設けられず、薄膜な配線４５のみが設けられている。このため、受光面上に厚膜な電極パッドを設けた構造と比較して、受光面Ａ上の層構造の高さを抑えることができ、受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離を小さくできる。例えば、受光面上には電極パッドを設けない第１実施形態の固体撮像装置１−１ではこの距離を６３０ｎｍ程度に近づけることができる。このことからも、斜め光入射の隣接画素への光漏れ込みによる混色、および入射角が大きくなったときのシェーディング、入射光の減衰などを抑制し、光電変換部２０の受光特性を向上することが可能となる。

＜固体撮像装置の製造方法＞
次に、上述した構成の固体撮像装置１−１の製造方法を図３〜図６の断面工程図に基づいて説明する。

図３Ａに示すように、センサ基板２における画素領域４に、複数の光電変換部２０を配列形成すると共に、センサ基板２にフローティングディフュージョンＦＤ他の不純物層や素子分離２２を形成する。次に、センサ基板２の表面上に転送ゲートＴＧおよびゲート電極２５を形成し、さらに層間絶縁膜２６と共に埋込配線２７を形成して配線層２ａを設け、この配線層２ａの上部を保護膜２ｂで覆う。一方、回路基板９に、ソース／ドレイン３１他の不純物層や素子分離３２を形成する。次に、回路基板９の表面上にゲート電極３５を形成し、さらに層間絶縁膜３６と共に埋込配線３７を形成して配線層９ａを設け、また配線層９ａから回路基板９にかけてビア３３を形成し、配線層９ａの上部を保護膜９ｂで覆う。なお必要に応じて、配線層２ａまたは配線層９ａの多層配線の一層をアルミニウム（Ａｌ）配線として形成し、そのうちの周辺領域に配置される配線の一部を電極パッド８とする。

以上の後、センサ基板２と回路基板９とを、保護膜２ｂと保護膜９ｂとの間で貼り合わせる。貼り合わせの終了後には、必要に応じてセンサ基板２の受光面Ａ側を薄膜化する。ここまでの工程は、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。

図３Ｂに示すように、センサ基板２の受光面Ａ上に、反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２をこの順に積層成膜する。反射防止膜４１は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）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４２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、Ｐ−ＣＶＤ（plasma-chemical vapor deposition）法によって膜厚１００ｎｍで成膜される。

次に、この反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２に、センサ基板２を露出させる受光開口４３ｂ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４２と反射防止膜４１をエッチングする。なお、この受光開口４３ｂは、画素領域４内において光電変換部２０の上方を避けた位置に形成される。

続いて、反射防止膜４１および界面準位抑制膜４２に形成された受光開口４３ｂを介してセンサ基板２に接地された遮光膜４３をパターン形成する。この遮光膜４３は、光電変換部２０に対応する受光開口４３ａを有している。ここでは先ず、スパッタ成膜法によって、絶縁層１４上にアルミニウム（Ａｌ）やタングステン（Ｗ）のような遮光性を有す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とにより、各光電変換部２０に対応する受光開口４３ａを有し、センサ基板２に接地された遮光膜４３を形成する。この遮光膜４３は、周辺領域７には形成されず、画素領域４に形成される。

図４Ａに示すように、センサ基板２の周辺領域７および画素領域４において、界面準位抑制膜４２および遮光膜４３上に保護絶縁膜４４を成膜し、次に化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により表面を平坦化する。この際、保護絶縁膜４４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって成膜される。ＣＭＰにより平坦化された後の保護絶縁膜４４の膜厚は、界面準位抑制膜４２の上面から保護絶縁膜４４の上面までの厚みが４００ｎｍ程度となるように調整される。

その後、センサ基板２の周辺領域７において、保護絶縁膜４４に配線溝４５ａ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、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる保護絶縁膜４４のエッチングを行う。エッチングの終了後にはレジストパターンを除去する。

図４Ｂに示すように、配線溝４５ａの底部に、必要に応じた深さの各接続孔２３ａを形成する。これらの各接続孔２３ａは、センサ基板２の表面側に設けられた、配線層２ａの埋込配線２７および配線層９ａの埋込配線３７の上部に達する各深さで形成されればよく、底部に埋込配線２７および埋込配線３７を露出させなくてもよい。この際、接続孔２３ａの深さ毎に、ここでの図示を省略したレジストパターンを形成し、これらのレジストパターンをマスクにしてセンサ基板２および層間絶縁膜２６に対して複数回のエッチングを行う。各エッチングの終了後には各レジストパターンを除去する。

図４Ｃに示すように、配線溝４５ａおよび接続孔２３ａの内壁を覆う状態で、保護絶縁膜４４上に、分離絶縁膜２４を成膜する。ここでは例えば２層構造の分離絶縁膜２４を形成することとし、先ずｐ−ＣＶＤ法によって膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜２４−１を成膜し、次いでｐ−ＣＶＤ法によって膜厚９００ｎｍの酸化シリコン膜２４−２を成膜する。なお、分離絶縁膜２４は、積層構造に限定されることはなく、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜の単層構造であってもよい。

図５Ａ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２４をエッチング除去することにより、保護絶縁膜４４上および配線溝４５ａの底部、さらには接続孔２３ａの底部の分離絶縁膜２４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接続孔２３ａの底部の層間絶縁膜２６、保護膜２ｂ、および保護膜９ｂをエッチング除去し、接続孔２３ａを掘り進める。これにより、各接続孔２３ａの底部に埋込配線２７、アルミニウム配線、および埋込配線３７を露出させる。

図５Ｂに示すように、配線溝４５ａおよび接続孔２３ａを導電性材料で一体に埋め込むことにより、配線溝４５ａ内に埋込配線として配線４５を形成し、さらにセンサ基板２を貫通する接続孔２３ａ内に貫通ビア２３を形成する。ここでは先ず、配線溝４５ａおよび接続孔２３ａ内を埋め込む状態で、保護絶縁膜４４上に導電性材料膜［例えば銅（Ｃｕ）膜］を成膜し、次に化学的機械研磨（ＣＭＰ）法によって保護絶縁膜４４上の導電性材料膜を研磨除去する。これにより、配線溝４５ａおよび接続孔２３ａ内のみに導電性材料膜を残し、センサ基板２の受光面Ａ側における周辺領域７に、配線４５およびこれに接続された貫通ビア２３を形成する。

図５Ｃに示すように、貫通ビア２３と一体形成された配線４５を覆って保護絶縁膜４４上に、貫通ビア２３および配線４５を構成する銅（Ｃｕ）に対する拡散防止効果を有するキャップ膜４６を成膜する。ここではキャップ膜４６として、例えば窒化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で成膜する。なお、最上層の窒化シリコンからなるキャップ膜４６上には、さらに必要に応じて酸化シリコン膜を成膜してもよい。

以上の後には先の図２に示したように、キャップ膜４６上に光電変換部２０に対応する各色のカラーフィルタ４７を形成し、さらにこの上に光電変換部２０に対応するオンチップレンズ４８を形成する。

次に、周辺領域７において、センサ基板２側の配線層２ａに形成された電極パッド８を受光面Ａ側に露出させるパッド開口８ａ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オンチップレンズ材料膜４８ａ上に形成する。このレジストパターンをマスクにして、オンチップレンズ材料膜４８ａ、キャップ膜４６、保護絶縁膜４４、界面準位抑制膜４２、反射防止膜４１、センサ基板２、および配線層２ａを順にエッチングする。電極パッド８を露出させてエッチングを終了し、レジストパターンを除去する。

また回路基板９の露出面を研磨することで回路基板９を薄膜化し、ビア３３を露出させて貫通ビア３３とする。その後、貫通ビア３３を覆う状態で回路基板９上に保護膜９ｃを成膜し、貫通ビア３３を露出するパッド開口３３ａを形成する。
以上により、固体撮像装置１−１を完成させる。

＜第１実施形態の製造方法の効果＞
以上説明した第１実施形態の固体撮像装置１−１の製造方法は、先に遮光膜４３を形成し、その後貫通ビア２３および配線４５を形成する手順で行う。この手順により、遮光膜４３の上部に、貫通ビア２３および配線４５を覆うキャップ膜４６が設けられた構成となる。一方、従来の製造方法は、遮光膜を形成する前に、貫通ビアを形成する手順で行われ、遮光膜の下部に、貫通ビアを覆うキャップ膜が設けられた構成となる。したがって、このような従来の製造方法と比較して、第１実施形態の固体撮像装置１−１の製造方法では、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。

さらに第１実施形態の製造方法では、配線溝４５ａとこの底部に延設された接続孔２３ａとを埋め込み、貫通ビア２３および配線４５を一体形成し、配線４５が受光面Ａ上に形成される。また電極パッド８をセンサ基板２の受光面Ａとは反対側の配線層２ａに形成する。つまり、受光面Ａ上に薄膜な配線４５のみを形成し、厚膜な電極パッド８を形成しない。このため、受光面上に厚膜な電極パッドを形成する場合と比較して、受光面Ａ上の層構造の高さを抑えることができ、受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離を小さくできる。

以上のとおり、第１実施形態の固体撮像装置１−１の製造方法では、受光面Ａと遮光膜４３との距離が小さく、さらに受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離が小さい構成を形成できる。これにより、斜め光入射の隣接画素への光漏れ込みによる混色、および入射角が大きくなったときのシェーディング、入射光の減衰などを抑制し、光電変換部２０の受光特性を向上することが可能となる。

また第１実施形態の固体撮像装置１−１の製造方法では、凹凸な形状の遮光膜４３を覆って保護絶縁膜４４を成膜し、ＣＭＰにより平坦化した後、配線４５の埋込配線形成を行う。平坦化された保護絶縁膜４４に対して、埋込配線形成のための配線溝４５ａをパターン形成するので、パターニング精度よく配線４５の形成を行なえる。

≪３．第２実施形態≫
＜固体撮像装置の構成＞
（保護絶縁膜を２層構造にした例）
図６は、第２実施形態の固体撮像装置１−２の構成を示す要部断面図であり、図１における画素領域４と周辺領域７との境界付近の断面図である。以下、この要部断面図に基づいて第２実施形態の固体撮像装置１−２構成を説明する。

図６に示す第２実施形態の固体撮像装置１−２が、図２を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置と異なるところは、保護絶縁膜４４を２層構造としたところにあり、他の構成は第１実施形態と同様である。

すなわち保護絶縁膜４４は、低屈折率膜４４ａおよび高屈折率膜４４ｂの２層構造であり、遮光膜４３上にこの順で積層されてなる。低屈折率膜４４ａは薄膜であり、その表面には遮光膜のパターン形状が引き継がれ、凹凸のある表面を有している。一方、高屈折率膜４４ｂは、遮光膜４３の受光開口４３ａによる凹部を埋め込む以上の厚膜であり、表面は平坦化されている。

このような低屈折率膜４４ａは屈折率１．５以下の材料からなり、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いる。高屈折率膜４４ｂは屈折率１．５以上の材料からなり、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いる。

上述した第２実施形態の固体撮像装置１−２は、受光面Ａ上の構成が次のようになっている。遮光膜４３を覆う２層構造からなる保護絶縁膜４４が設けられ、この保護絶縁膜４４に貫通ビア２３および配線４５が一体に埋め込まれ、これらを覆うキャップ膜４６が保護絶縁膜４４上に設けられた構成である。

＜第２実施形態の固体撮像装置１−２の効果＞
以上説明した第２実施形態の固体撮像装置１−２では、第１実施形態と同様に、受光面Ａ上において遮光膜４３の上部にキャップ膜４６が設けられている。このため、第２実施形態の固体撮像装置１−２でも、遮光膜の下部に貫通ビアを覆うキャップ膜が設けられた従来の構成に比べて、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。

さらに第２実施形態の固体撮像装置１−２では、第１実施形態と同様に、電極パッド８は受光面Ａ上ではなく、センサ基板２の受光面Ａとは反対側の配線層２ａに設けられている。つまり、受光面Ａ上に厚膜な電極パッド８は設けられず、薄膜な配線４５のみが設けられている。このため、受光面上に厚膜な電極パッドを設けた構造と比較して、受光面Ａ上の層構造の高さを抑えることができ、受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離を小さくできる。

以上のとおり、第２実施形態の固体撮像装置１−２では、第１実施形態と同様に、受光面Ａと遮光膜４３との距離が小さく、さらに受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離が小さい構成である。これにより、斜め光入射の隣接画素への光漏れ込みによる混色、および入射角が大きくなったときのシェーディング、入射光の減衰などを抑制し、光電変換部２０の受光特性を向上することが可能となる。

また第２実施形態の固体撮像装置１−２では、第１実施形態と異なり、保護絶縁膜４４が低屈折率膜４４ａおよび高屈折率膜４４ｂの２層構造となっている。まず遮光膜４３上に設けられた低屈折率膜４４ａによって、入射光が遮光膜４３で吸収されることを低減する。さらに、光電変換部２０の上部にある遮光膜４３の受光開口４３ａによる凹部においては、凹部の側壁および底部に低屈折率膜４４ａが設けられ、その上に凹部を埋め込んで高屈折率膜４４ｂが設けられた構造となっている。これにより、光電変換部２０の上部が導波路構造となっている。この結果、微細な画素サイズに対しても集光効率を高めることができ、固体撮像装置のさらなる微細化が可能となる。

＜固体撮像装置の製造方法＞
次に、上述した構成の固体撮像装置１−２の製造方法を図７の断面工程図に基づいて説明する。

図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明したセンサ基板２と回路基板９とを貼合せ、受光面Ａ上に遮光膜４３を形成するところまでは、第１実施形態の製造方法と同様である。これ以降の遮光膜４３上に保護絶縁膜４４を形成する手順から、第２実施形態の製造方法は第１実施形態の製造方法とは異なる。

図７Ａに示すように、センサ基板２の受光面Ａ上に、界面準位抑制膜４２および遮光膜４３上に低屈折率膜４４ａを成膜する。この際、遮光膜４３が膜厚２３０ｎｍの場合には、低屈折率膜４４ａは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いて膜厚１００ｎｍに成膜される。ここでは、遮光膜４３の受光開口４３ａによる凹部において、この凹部の側壁および底面に沿うような薄膜で、低屈折率膜４４ａを成膜すればよい。

図７Ｂに示すように、低屈折率膜４４ａ上に高屈折率膜４４ｂを成膜し、次にＣＭＰ法により表面を平坦化する。この際、高屈折率膜４４ｂは、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、Ｐ−ＣＶＤ法によって成膜される。ＣＭＰにより平坦化された後の高屈折率膜４４ｂの膜厚は、界面準位抑制膜４２の上面から保護絶縁膜４４の上面までの厚みが４３０ｎｍ程度となるように調整される。ここでは、遮光膜４３の受光開口４３ａによる凹部を埋め込む膜厚で、高屈折率膜４４ｂを成膜すればよく。以上により、低屈折率膜４４ａおよび高屈折率膜４４ｂの２層からなる保護絶縁膜４４を形成する。
なお、高屈折率膜４４ｂ成膜後のＣＭＰにより、低屈折率膜４４ａが露出するまで研磨し、最終的に受光開口４３ａによる凹部内にのみ高屈折率膜４４ｂが残された構成であってもよい。

これ以降の手順は、図４および図５を用いて説明した第１実施形態と同様にして行う。つまり、２層構造の保護絶縁膜４４に貫通ビア２３および配線４５を埋め込み一体に形成し、これらを覆ってキャップ膜４６を成膜し、その上にカラーフィルタ４７およびオンチップレンズ４８を形成し、パッド開口８ａを形成する。以上により、第２実施形態の固体撮像装置１−２を完成させる。
なお、配線４５は、高屈折率膜４４ｂのみに埋め込まれてもよく、または高屈折率膜４４ｂおよび低屈折率膜４４ａにわたる深さで埋め込まれてもよい。

＜第２実施形態の製造方法の効果＞
以上説明した第２施形態の固体撮像装置１−２の製造方法は、第１実施形態と同様に、先に遮光膜４３を形成し、その後貫通ビア２３および配線４５を形成する手順で行う。この手順により、遮光膜４３の下部ではなく上部に、貫通ビア２３および配線４５を覆うキャップ膜４６が設けられた構成となる。したがって、第２実施形態の固体撮像装置１−２の製造方法では、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。

さらに第２実施形態の製造方法では、第１実施形態と同様に、受光面Ａ上の保護絶縁膜４４に貫通ビア２３および配線４５を埋め込み一体形成する。また電極パッド８をセンサ基板２の受光面Ａとは反対側の配線層２ａに形成する。つまり、受光面Ａ上に薄膜な配線４５のみを形成し、厚膜な電極パッド８を形成しない。このため、受光面上に厚膜な電極パッドを形成する場合と比較して、受光面Ａ上の層構造の高さを抑えることができ、受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離を小さくできる。

以上のとおり、第２実施形態の固体撮像装置１−２の製造方法では、第１実施形態と同様に、受光面Ａと遮光膜４３との距離が小さく、さらに受光面Ａとオンチップレンズ４８との距離が小さい構成を形成できる。これにより、斜め光入射の隣接画素への光漏れ込みによる混色、および入射角が大きくなったときのシェーディング、入射光の減衰などを抑制し、光電変換部２０の受光特性を向上することが可能となる。

また第２実施形態の製造方法では、第１実施形態と異なり、保護絶縁膜４４を低屈折率膜４４ａおよび高屈折率膜４４ｂの２層構造として形成する。まず遮光膜４３上に低屈折率膜４４ａを形成したことにより、入射光が遮光膜４３で吸収されることを低減する。さらに、光電変換部２０上部の遮光膜４３の受光開口４３ａによる凹部においては、凹部の側壁および底部に低屈折率膜４４ａを形成し、その上に凹部を埋め込んで高屈折率膜４４ｂを形成した構造となっている。これにより、光電変換部２０の上部が導波路構造となっている。この結果、微細な画素サイズに対しても集光効率を高めることができ、固体撮像装置のさらなる微細化が可能となる。

なお、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、センサ基板２の受光面Ａ上において保護絶縁膜４４に配線４５が埋め込まれた構成を説明した。しかしながら、配線４５が保護絶縁膜４４からセンサ基板２にわたる深さで埋め込まれた構成であってもよい。この場合においても、貫通ビア２３および配線４５を覆うキャップ膜４６は遮光膜４３の上部に設けられるので、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。この結果、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得られる。

さらに、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、貫通ビア２３および配線４５が一体に形成され、共に銅からなる構成を説明した。しかしながら、貫通ビアと配線を別体に形成し、貫通ビア上のアルミニウム配線を電極パッドとする構成であってもよい。つまり、遮光膜形成後に、まず銅を用いて貫通ビアを埋め込み形成し、次に貫通ビアを覆って銅拡散防止のためのキャップ膜４６を成膜し、その後キャップ膜上に貫通ビア間を接続するアルミニウム配線をパターン形成する。さらに必要に応じて、このアルミニウム配線を露出させるパッド開口を設ける。この場合においても、貫通ビア２３および配線４５を覆うキャップ膜４６は遮光膜４３の上部に設けられるので、受光面Ａと遮光膜４３との距離を小さくできる。この結果、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を得られる。

また、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、裏面照射型の固体撮像装置の一例として三次元構造の固体撮像装置に本技術を適用した構成を説明した。しかしながら本技術は、三次元構造に限定されることなく裏面照射型の固体撮像装置に広く適用可能である。

≪４．固体撮像装置を用いた電子機器の一例≫
上述の実施形態で説明した本技術に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、さらには撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器などの電子機器に適用することができる。

図８は、本技術に係る電子機器の一例として、固体撮像装置を用いたカメラの構成図を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。このカメラ９０は、固体撮像装置９１と、固体撮像装置９１の受光センサ部に入射光を導く光学系９３と、シャッタ装置９４と、固体撮像装置９１を駆動する駆動回路９５と、固体撮像装置９１の出力信号を処理する信号処理回路９６とを有する。

固体撮像装置９１は、上述した実施形態で説明した構成の固体撮像装置が適用される。光学系（光学レンズ）９３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置９１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９１内に、一定期間信号電荷が蓄積される。このような光学系９３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置９４は、固体撮像装置９１への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路９５は、固体撮像装置９１及びシャッタ装置９４に駆動信号を供給し、供給した駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置９１の信号処理回路９６への信号出力動作の制御、およびシャッタ装置９４のシャッタ動作を制御する。すなわち、駆動回路９５は、駆動信号（タイミング信号）の供給により、固体撮像装置９１から信号処理回路９６への信号転送動作を行う。信号処理回路９６は、固体撮像装置９１から転送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、或いは、モニタに出力される。

以上説明した本実施形態に係る電子機器によれば、上述した第１実施形態および第２実施形態の何れかの受光特性の良好な固体撮像装置を用いたことにより、撮像機能を有する電子機器における高精彩な撮像や小型化を達成することが可能になる。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。

（１）
光電変換部が配列形成された画素領域を有するセンサ基板と、
前記センサ基板において前記光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に設けられた駆動回路と、
前記画素領域における前記受光面上に設けられ、前記光電変換部に対応した受光開口を有する遮光膜と、
前記遮光膜を覆って設けられた保護絶縁膜と、
前記画素領域の外側の周辺領域において、前記保護絶縁膜から前記センサ基板にかけて埋め込まれ前記駆動回路に接続された複数の貫通ビアを備えた
固体撮像装置。

（２）
前記保護絶縁膜に埋め込まれ、前記貫通ビアと一体形成された配線を有する
（１）記載の固体撮像装置。

（３）
前記センサ基板の駆動回路に配置された電極パッドを露出させるパッド開口が、前記周辺領域において前記受光面側から前記センサ基板を貫通して設けられた
（１）または（２）記載の固体撮像装置。

（４）
前記保護絶縁膜が高屈折率膜および低屈折率膜を用いて構成され、
前記遮光膜上に前記低屈折率膜が設けられ、
前記遮光膜の前記受光開口を埋め込むように、前記低屈折率膜上に前記高屈折率膜が設けられた
（１）〜（３）の何れかに記載の固体撮像装置。

（５）
前記受光面側の前記光電変換部に対応する各位置において、前記遮光膜の上部に設けられたオンチップレンズを有する
（１）〜（４）の何れかに記載の固体撮像装置。

（６）
前記センサ基板の表面側には、駆動回路を有する回路基板が貼り合わせられた
（１）〜（５）の何れかに記載の固体撮像装置。

（７）
センサ基板に設定された画素領域に光電変換部を配列形成することと、
前記センサ基板において前記光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に駆動回路を形成することと、
前記画素領域における前記受光面上に遮光膜を形成することと、
前記遮光膜を覆う保護絶縁膜を形成することと、
前記受光面側において前記画素領域の外側に設けられた周辺領域に、前記保護絶縁膜から前記センサ基板にかけて埋め込まれ前記駆動回路に接続された複数の貫通ビアを形成することを含む
固体撮像装置の製造方法。

（８）
前記貫通ビアを形成する際に、
前記周辺領域において前記保護絶縁膜側に、配線溝および当該配線溝の底部から前記センサ基板を貫通して前記駆動回路まで延設された複数の接続孔を形成し
前記配線溝および前記接続孔に同時に導電部材を埋め込むことにより、前記貫通ビアと当該貫通ビアに接続された配線とを一体に形成する
（７）記載の固体撮像装置の製造方法。

（９）
前記保護絶縁膜を成膜後、当該保護絶縁膜の表面を平坦化し、
平坦化された前記保護絶縁膜に前記配線溝を形成する
（８）記載の固体撮像装置の製造方法。

（１０）
光電変換部が配列形成された画素領域を有するセンサ基板と、
前記センサ基板において前記光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に設けられた駆動回路と、
前記画素領域における前記受光面上に設けられ、前記光電変換部に対応した受光開口を有する遮光膜と、
前記遮光膜を覆って設けられた保護絶縁膜と、
前記画素領域の外側の周辺領域において、前記保護絶縁膜から前記センサ基板にかけて埋め込まれ前記駆動回路に接続された複数の貫通ビアと、
前記光電変換部に入射光を導く光学系を備えた
電子機器。

１−１,１−２…固体撮像装置、２…センサ基板、４…画素領域、７…周辺領域、８…電極パッド、８ａ…パッド開口、９…回路基板、２０…光電変換部、２３…貫通ビア、２３ａ…接続孔、２７，３７…埋込配線（駆動回路）、４３…遮光膜、４３ａ…受光開口、４４…保護絶縁膜、４４ａ…低屈折率膜、４４ｂ…高屈折率膜、４５…配線、４５ａ…配線溝、Ａ…受光面

Claims (7)

1. 光電変換部が配列形成された画素領域を有するセンサ基板と、
   前記センサ基板において前記光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に設けられた駆動回路と、
   前記画素領域における前記受光面上に設けられ、前記光電変換部に対応した受光開口を有する遮光膜と、
   前記遮光膜を覆って設けられた保護絶縁膜と、
   前記画素領域の外側の周辺領域において、前記保護絶縁膜から前記センサ基板にかけて埋め込まれ前記駆動回路に接続された複数の貫通ビアと、
   前記保護絶縁膜に埋め込まれ、前記貫通ビアと一体形成された配線と、
   前記配線の表面とともに前記画素領域における前記保護絶縁膜の表面をも覆って設けられたキャップ膜と、
   前記受光面側の前記光電変換部に対応する各位置の上部に前記キャップ膜に接して設けられた光学部材とを備え、
   前記駆動回路は、前記センサ基板における前記表面側に設けられた多層配線と、当該センサ基板における前記表面側に貼り合わせられた回路基板側に設けられた多層配線とを備え、
   前記貫通ビアは、前記センサ基板側の多層配線と、前記回路基板側の多層配線とのそれぞれに達して設けられ、
   前記配線は、前記センサ基板側の多層配線に達する貫通ビアと前記回路基板側の多層配線に達する貫通ビア、および前記センサ基板側の多層配線に達する貫通ビア同志を、それぞれ接続する
   固体撮像装置。
2. 前記保護絶縁膜は平坦化絶縁膜である
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記センサ基板の駆動回路に配置された電極パッドを露出させるパッド開口が、前記周辺領域において前記受光面側から前記センサ基板を貫通して設けられた
   請求項１または２記載の固体撮像装置。
4. 前記保護絶縁膜が高屈折率膜および低屈折率膜を用いて構成され、
   前記遮光膜上に前記低屈折率膜が設けられ、
   前記遮光膜の前記受光開口を埋め込むように、前記低屈折率膜上に前記高屈折率膜が設けられた
   請求項１〜３の何れかに記載の固体撮像装置。
5. 前記光学部材として、カラーフィルタとその上部に設けられたオンチップレンズを有する
   請求項１〜４の何れかに記載の固体撮像装置。
6. 前記センサ基板の表面側には、駆動回路を有する回路基板が貼り合わせられた
   請求項１〜５の何れかに記載の固体撮像装置。
7. 光電変換部が配列形成された画素領域を有するセンサ基板と、
   前記センサ基板において前記光電変換部に対する受光面とは逆の表面側に設けられた駆動回路と、
   前記画素領域における前記受光面上に設けられ、前記光電変換部に対応した受光開口を有する遮光膜と、
   前記遮光膜を覆って設けられた保護絶縁膜と、
   前記画素領域の外側の周辺領域において、前記保護絶縁膜から前記センサ基板にかけて埋め込まれ前記駆動回路に接続された複数の貫通ビアと、
   前記保護絶縁膜に埋め込まれ、前記貫通ビアと一体形成された配線と、
   前記配線の表面とともに前記画素領域における前記保護絶縁膜の表面をも覆って設けられたキャップ膜と、
   前記受光面側の前記光電変換部に対応する各位置の上部に前記キャップ膜に接して設けられた光学部材と、
   前記光電変換部に入射光を導く光学系を備え、
   前記駆動回路は、前記センサ基板における前記表面側に設けられた多層配線と、当該センサ基板における前記表面側に貼り合わせられた回路基板側に設けられた多層配線とを備え、
   前記貫通ビアは、前記センサ基板側の多層配線と、前記回路基板側の多層配線とのそれぞれに達して設けられ、
   前記配線は、前記センサ基板側の多層配線に達する貫通ビアと前記回路基板側の多層配線に達する貫通ビア、および前記センサ基板側の多層配線に達する貫通ビア同志を、それぞれ接続する
   電子機器。
   

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