JP2023065320A - 半導体装置およびそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経時的な特性変動がない、安定な半導体装置を提供すること。【解決手段】絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、前記第１の半導体素子は、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を含み、前記半導体層と前記保護層との間が中空領域である、半導体装置。【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体装置およびそれを用いた無線通信装置に関する。

近年、低コスト、大面積、フレキシブル、ベンダブルな電子製品の実現を目指して、インクジェット技術やスクリーン印刷などの塗布技術が適用できる、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やグラフェン、有機半導体を用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が盛んに検討されている。電子製品としては、例えば、ディスプレイやセンサ、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信装置などが挙げられ、それらのトランジスタアレイやＩＣチップ内の駆動回路などに上記トランジスタが使用される。

ＦＥＴは、通常、気密性保持、汚染防止、物理的破損防止等の観点から、金属やセラミックなどからなる筺体内に半導体装置等を配置してパッケージングすることで保護がなされている。また、上記ＣＮＴやグラフェン、有機半導体を用いたＦＥＴでも、同様に半導体層を保護するための保護層を形成するなど、半導体装置においては、外部からの影響に対する保護が検討されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１５－１８５７８９号公報 国際公開第２０１７／１３０８３６号

しかしながら、特許文献１および２に記載のような技術で作製したＦＥＴは、保護層を設けているにもかかわらず、半導体特性が経時的に大きく変化してしまうという問題があった。

そこで本発明は、経時的な特性変動がない、安定な半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
［１］絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
前記第１の半導体素子は、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
を含み、
前記半導体層と前記保護層との間が中空領域である、半導体装置。
［２］前記保護層が、前記半導体素子のソース電極およびドレイン電極の上面の少なくとも一部に接している、［１］に記載の半導体装置。
［３］前記ソース電極と前記ドレイン電極との距離Ｌと、前記ソース電極の高さＨｓと、前記ドレイン電極の高さＨｄとが、２≦Ｌ／Ｈｓ≦５０および２≦Ｌ／Ｈｄ≦５０の関係である、［１］または［２］に記載の半導体装置。
［４］絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子および第２の半導体素子と、前記第１の半導体素子および第２の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
前記第１の半導体素子は、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を含み、
前記半導体層と前記保護層との間が中空領域であり、
前記第２の半導体素子は、
ｎ型半導体素子であり、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
前記第２の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第２の半導体層と接する第２絶縁層と、を含み、
前記第２絶縁層上面の少なくとも一部が、前記保護層と接している、半導体装置。
［５］絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子および第３の半導体素子と、前記第１の半導体素子および第３の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
前記第１の半導体素子は、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を含み、
前記半導体層と前記保護層との間が中空領域であり、
前記第３の半導体素子は、
ｐ型半導体素子であり、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第３の半導体層と、
前記第３の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
前記第３の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第３の半導体層と接する第３絶縁層と、を含み、
前記第２絶縁層上面の少なくとも一部が、前記保護層と接している、半導体装置。
［６］前記絶縁表面を有する基板が樹脂基板である、［１］～［５］のいずれかに記載の半導体装置。
［７］前記保護層は、第１の層と、前記第１の層上に積層された第２の層と、を含む積層構造である、［１］～［６］のいずれかに記載の半導体装置。
［８］前記第１の半導体層、および前記第２の半導体層が、カーボンナノチューブを含む、［１］～［７］のいずれかに記載の半導体装置。
［９］［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置と、アンテナと、を少なくとも有する無線通信装置。
［１０］［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置を有する、回路。
［１１］［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置を有する、薄膜トランジスタアレイ。
［１２］［１］～［８］のいずれかに記載の半導体装置を有する、センサ。

本発明によれば、経時的な特性変動が少ない半導体装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置が有する第１の半導体素子を示した模式断面図 本発明の実施の形態１に係る半導体装置が有する第１の半導体素子を示した模式断面図 本発明の実施の形態２に係る半導体装置が有する第１の半導体素子と第２の半導体素子を示した模式断面図 本発明の実施の形態３に係る半導体装置が有する第１の半導体素子，第２の半導体素子および第３の半導体素子を示した模式断面図 本発明の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示した模式図 薄膜トランジスタアレイの構成例を示す模式図 折り曲げ耐性の評価方法を説明する模式斜視図

以下、本発明に係る半導体装置およびそれを用いた無線通信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る半導体装置は、少なくとも１つの第１の半導体素子と、それを保護する保護層とを有し、第１の半導体素子における第１の半導体層と保護層との間が中空である、半導体装置である。

従来の、保護層と半導体層とが接触する半導体装置では、保護層が半導体層に物理的または化学的な影響を及ぼす。例えば、保護層に含まれる成分が半導体層に物理的または化学的な作用を及ぼし、半導体層に含まれる材料の特性が経時的に変化することがある。また、保護層と半導体層との物理的性質が異なることで、半導体素子の屈曲時や加熱時に保護層と半導体層との境界部に応力歪みが発生し、これが半導体装置の特性に影響を与えうる。

これに対し本実施の形態１に係る半導体装置は、半導体層と保護層が直接接触していないので、保護層が半導体層に物理的または化学的な影響を及ぼさない。そのため、経時的な特性変動のない安定な半導体装置となる。

＜第１の半導体素子＞
図１は、本実施の形態１に係る半導体装置の一例を示す模式断面図である。この半導体装置において、第１の半導体素子１は、絶縁性基板１０の上に形成されるゲート電極１１と、それを覆うゲート絶縁層１２と、その上に設けられるソース電極１３およびドレイン電極１４と、それらの電極の間に設けられる第１の半導体層１５と、を有し、第１の半導体素子１の上には保護層１６が設けられている。第１の半導体層１５と保護層１６は接触せず、第１の半導体層１５の上部は中空領域となっている。

図示しないが、保護層１６は、絶縁性基板１０の上に設けられた、第１の半導体素子１の高さ（具体的には、ゲート絶縁層１２とソース電極１３およびドレイン電極１４の高さの合計）よりも高い高さを有する部材に支えられている。

また、図２は、本実施の形態１に係る半導体装置の別の一例を示す模式断面図である。この半導体装置は、保護層１６が第１の半導体素子２のソース電極１３およびドレイン電極１４の上面と接していること以外は、図１に示す半導体装置と同様の構成である。この図２に示すように、ソース電極１３およびドレイン電極１４の上面の少なくとも一部に、保護層１６が接していることが好ましい。保護層の機械的強度が増し、物理的な破損等から半導体装置を保護しやすくなるからである。

図１、図２に示す第１の半導体素子の構造は、ゲート電極１１が第１の半導体層１５の下側に配置され、第１の半導体層１５の上面にソース電極１３およびドレイン電極１４が配置される、いわゆるボトムゲート・トップコンタクト構造である。半導体素子の構造は、これ以外にも、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造などが挙げられ、特に限定されるものではない。また、以下の説明は、特に断りのない限り、半導体素子の構造によらず共通する。

（基板）
基板は、少なくとも電極系が配置される面が絶縁性を備える基板であれば、いかなる材質のものでもよい。基板としては、例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料からなる基板、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン等の有機材料からなる基板が好ましい。中でも、屈曲時の耐久性・応力緩和等の観点から、樹脂基板であることが好ましい。

また、例えば、シリコンウエハ上にＰＶＰ膜を形成したものや、ポリエチレンテレフタレート上にポリシロキサン膜を形成したものなど、複数の材料が積層されたものであってもよい。

（電極）
ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電性材料であれば、いかなるものでもよい。そのような導電性材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。また、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、パラジウム、モリブデン、アモルファスシリコンやポリシリコンなどの金属、これらの中から選択される複数の金属の合金、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質が挙げられる。また、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸との錯体、ヨウ素などのドーピングによって導電率を向上させた導電性ポリマーが挙げられる。さらには、炭素材料、有機成分と導電体とを含有する材料などが挙げられる。

中でも、電極の柔軟性が増し、屈曲時にも基板および絶縁層との密着性が良く、配線および半導体層との電気的接続が良好となる点から、電極は、有機成分と導電体を含有することが好ましい。有機成分としては、特に制限はないが、モノマー、オリゴマーもしくはポリマー、光重合開始剤、可塑剤、レベリング剤、界面活性剤、シランカップリング剤、消泡剤、顔料などが挙げられる。電極の折り曲げ耐性向上の観点からは、オリゴマーもしくはポリマーが好ましい。しかし、電極および配線の導電性材料は、これらに限定されるものではない。これらの導電性材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。

電極の形成方法としては、例えば国際公開第２０１８／１８０１４６号に記載されているような、公知の方法を用いることができる。

ソース電極とドレイン電極との間の距離（電極間の距離）Ｌは、特に制限はないが、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下がさらに好ましい。この範囲の距離にすることにより、より半導体素子の特性が向上する。電極間の距離は、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにより測定できる。

ソース電極の高さＨｓと、ドレイン電極の高さＨｄは、特に制限はないが、それぞれ１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。この範囲にすることにより、より電極パターンの形成が容易となる。電極の高さは、触針式表面形状測定器や光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、または電極膜厚を原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定することで、測定できる。

また、電極間の距離Ｌをソース電極の高さＨｓで割った値（Ｌ／Ｈｓ）と、電極間の距離Ｌをドレイン電極の高さＨｄで割った値（Ｌ／Ｈｄ）は、２≦Ｌ／Ｈｓ≦５０および２≦Ｌ／Ｈｄ≦５０の関係を満たすことが好ましい。

Ｌ／ＨｓおよびＬ／Ｈｄが５０以下であることにより、基板の屈曲時にも第１の半導体層と保護層が接触することがないため、半導体素子の屈曲等による特性変動の影響を受けないので好ましい。また、Ｌ／ＨｓおよびＬ／Ｈｄが２以上であることにより、半導体素子全体の厚みが薄くなり、屈曲時の応力が緩和されるため、好ましい。

半導体装置が複数の第１の半導体素子を含む場合、各半導体素子の間を電気的に接続する配線を形成してもよい。配線に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電性材料であれば、いかなるものでもよい。例えば、上述の電極材料と同様のものが挙げられる。

配線の形成方法、およびパターン状に形成する方法としては、導通を取ることができる方法であれば、特に制限されないが、例えば、上述の電極材料と同様のものが挙げられる。

（ゲート絶縁層）
ゲート絶縁層に用いられる材料は、特に限定されないが、酸化シリコン、アルミナ等の無機材料；ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等の有機高分子材料；あるいは無機材料粉末と有機材料の混合物を挙げることができる。有機材料の中でもケイ素と炭素の結合を含む有機化合物を含むものが基板や電極との密着性の観点から好ましい。ケイ素と炭素の結合を含む有機化合物としては、ポリシロキサン等が挙げられる。ポリシロキサンは絶縁性が高く、低温硬化が可能であるためより好ましい。

ゲート絶縁層の膜厚は０．０５～５μｍが好ましく、０．１～１μｍがより好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、均一な薄膜形成が容易になる。膜厚は、原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定できる。

ゲート絶縁層の作製方法は特に制限はないが、例えば、ゲート絶縁層を形成する材料を含む組成物を基板に塗布し、乾燥することで得られたコーティング膜を必要に応じ熱処理する方法が挙げられる。塗布方法としては、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などの公知の塗布方法が挙げられる。コーティング膜の熱処理の温度としては、１００～３００℃の範囲にあることが好ましい。

ゲート絶縁層は単層でも複数層でもよい。また、１つの層を複数の絶縁性材料から形成してもよいし、複数の絶縁性材料を積層して複数のゲート絶縁層を形成しても構わない。

（第１の半導体層）
第１の半導体層に用いられる材料は、半導体性を示す材料が含まれていれば特に限定されず、塗布プロセスが適用できるものであれば好ましい。有機半導体やカーボン材料が好ましい例として挙げられる。

特に、カーボン材料が好ましく、その具体例としては、カーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴという）、グラフェン、フラーレンなどが挙げられるが、塗布プロセスへの適性や高移動度の点でＣＮＴが好ましい。さらに、ＣＮＴは、その表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したＣＮＴ複合体であることが好ましい。半導体層は電気特性を阻害しない範囲であれば、さらに有機半導体や絶縁材料を含んでもよい。

半導体層の膜厚は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。この範囲内にあることで、均一な薄膜形成が容易になる。半導体層の膜厚は、より好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。膜厚は、原子間力顕微鏡やエリプソメトリ法などにより測定できる。

半導体層の形成方法としては、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法などを好ましく用いることができ、塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。また、形成した塗膜に対して、大気下、減圧下または窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下でアニーリング処理を行ってもよい。

（ＣＮＴ）
ＣＮＴとしては、１枚の炭素膜（グラフェン・シート）が円筒状に巻かれた単層ＣＮＴ、２枚のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた２層ＣＮＴ、複数のグラフェン・シートが同心円状に巻かれた多層ＣＮＴのいずれを用いてもよいが、高い半導体特性を得るためには単層ＣＮＴを用いるのが好ましい。ＣＮＴは、アーク放電法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、レーザー・アブレーション法等により得ることができる。

また、ＣＮＴは、全ＣＮＴ中、半導体型ＣＮＴを８０重量％以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは半導体型ＣＮＴを９５重量％以上含むことである。半導体型８０重量％以上のＣＮＴを得る方法としては、既知の方法を用いることができる。例えば、密度勾配剤の共存下で超遠心する方法、特定の化合物を選択的に半導体型もしくは金属型ＣＮＴの表面に付着させ、溶解性の差を利用して分離する方法、電気的性質の差を利用し電気泳動等により分離する方法などが挙げられる。半導体型ＣＮＴの含有率を測定する方法としては、可視－近赤外吸収スペクトルの吸収面積比から算出する方法や、ラマンスペクトルの強度比から算出する方法等が挙げられる。

ＣＮＴ１本の長さは、ソース電極とドレイン電極との間の距離（以下、単に「電極間距離」と称する）よりも短いことが好ましい。ＣＮＴの平均長さは、電極間距離にもよるが、好ましくは２μｍ以下である。

ＣＮＴの平均長さとは、ランダムにピックアップした２０本のＣＮＴの長さの平均値を言う。ＣＮＴ平均長さの測定方法としては、原子間力顕微鏡で得た画像の中から、２０本のＣＮＴをランダムにピックアップし、それらの長さの平均値を得る方法が挙げられる。

ＣＮＴの直径は特に限定されないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下である。さらに好ましくは５ｎｍ以下である。

（ＣＮＴ複合体）
本発明に用いられるＣＮＴにおいては、ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着せしめて用いること（以下、共役系重合体が付着したＣＮＴを「ＣＮＴ複合体」と称する）が好ましい。ここで、共役系重合体とは、繰り返し単位が共役構造をとり、重合度が２以上である化合物を指す。

ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体を付着させることにより、ＣＮＴの保有する高い電気的特性を損なうことなく、ＣＮＴを溶液中に均一に分散することが可能になる。ＣＮＴが均一に分散した溶液を用いれば、塗布法により、均一に分散したＣＮＴを含んだ膜を形成することが可能になる。これにより、高い半導体特性を実現できる。

ＣＮＴの表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着した状態とは、ＣＮＴの表面の一部、あるいは全部を、共役系重合体が被覆した状態を意味する。共役系重合体がＣＮＴを被覆できるのは、両者の共役系構造に由来するπ電子雲が重なることによって、相互作用が生じるためと推測される。

ＣＮＴが共役系重合体で被覆されているか否かは、その反射色から判断できる。被覆されたＣＮＴの反射色は、被覆されていないＣＮＴの反射色とは異なり、共役系重合体の反射色に近い。定量的には、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）などの元素分析によって、ＣＮＴへの付着物の存在を確認することや、ＣＮＴと付着物との重量比を測定することができる。

また、ＣＮＴへの付着のしやすさから、共役系重合体の重量平均分子量が１０００以上であることが好ましい。

ＣＮＴに共役系重合体を付着させる方法としては、（Ｉ）溶融した共役系重合体中にＣＮＴを添加して混合する方法、（ＩＩ）共役系重合体を溶媒中に溶解させ、この中にＣＮＴを添加して混合する方法、（ＩＩＩ）ＣＮＴを溶媒中に超音波等で予備分散させておき、そこへ共役系重合体を添加し混合する方法、（ＩＶ）溶媒中に共役系重合体とＣＮＴを入れ、この混合系へ超音波を照射して混合する方法、などが挙げられる。本発明では、いずれの方法を用いてもよく、複数の方法を組み合わせてもよい。

共役系重合体としては、ポリチオフェン系重合体、ポリピロール系重合体、ポリアニリン系重合体、ポリアセチレン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレン系重合体、ポリ－ｐ－フェニレンビニレン系重合体などが挙げられるが、特に限定されない。上記重合体としては、単一のモノマーユニットが並んだものが好ましく用いられるが、異なるモノマーユニットをブロック共重合したもの、ランダム共重合したもの、およびグラフト重合したものも好ましく用いられる。

上記重合体の中でも、本発明においては、ＣＮＴへの付着が容易であり、ＣＮＴ複合体を形成しやすい観点から、ポリチオフェン系重合体が好ましく使用される。ポリチオフェン系重合体の中でも、環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットと、チオフェンユニットとを、繰り返し単位中に含むものがより好ましい。

環中に含窒素二重結合を有する縮合へテロアリールユニットとしては、チエノピロール、ピロロチアゾール、ピロロピリダジン、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、ベンゾチアジアゾール、キノリン、キノキサリン、ベンゾトリアジン、チエノオキサゾール、チエノピリジン、チエノチアジン、チエノピラジンなどのユニットが挙げられる。これらの中でも特にベンゾチアジアゾールユニットまたはキノキサリンユニットが好ましい。これらのユニットを有することで、ＣＮＴと共役系重合体の密着性が増し、ＣＮＴを半導体層中により良好に分散することができる。

上記共役系重合体の具体例としては、国際公開第２００９／１３９３３９号や特許第６６８３２９６号に記載の共役系重合体などが挙げられる。

（保護層）
保護層の役割は、半導体素子、特に半導体層の保護であり、具体的には、擦れなどの物理ダメージや大気中の水分や酸素から半導体素子を保護することなどが挙げられる。

保護層に用いられる材料としては、例えば、シリコンウエハ、ガラス、サファイア、アルミナ焼結体等の無機材料、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサン、ポリビニルフェノール、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリル、シクロオレフィンポリマー等の有機材料などが挙げられる。

また、保護層は、例えば、シリコンウエハ上にポリビニルフェノール膜を形成したものや、ポリエチレンテレフタレート上に酸化アルミニウム膜を蒸着等の方法で形成したものなど、第１の層と、第１の層上に積層された第２の層と、を含む積層構造であることが好ましい。互いに異なる材料から成る第1の層と第２の層とを積層することで、各層にそれぞれ異なる機能を付与することができる。

中でも、水蒸気・酸素透過性や電波透過性の観点から、保護層として、一般的にバリアフィルムとして知られているものを用いることが好ましい。例えば、アルミ箔やガラスなどの無機膜、ポリエチレンやポリプロピレンやポリエチレンテレフタレートなどのフィルム上に、塩素系樹脂、フッ素系樹脂、シラン系コーティング剤などのコーティング膜を設けたもの、アルミニウム、シリカ、酸化アルミニウムなどの無機膜を設けたものが挙げられる。

さらに、保護層は粘着層を有していても良い。例えば、ポリエチレンテレフタレートに対して酸化アルミニウムが形成された保護層であれば、酸化アルミニウムが形成された側の反対側に粘着層を有することが好ましい。これにより、半導体素子への保護層の形成が容易となる。粘着層としては、一般的に知られているものを用いることができ、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤やゴム系粘着剤などが挙げられる。また、粘着層の代わりに接着層としてもよい。接着層としては、一般的に知られているものを用いることができ、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤やホットメルト系接着剤などが挙げられる。

半導体素子では、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流（ソース・ドレイン間電流）を、ゲート電圧を変化させることによって制御することができる。そして、半導体素子の移動度μ（ｃｍ^２／Ｖ・ｓ）は、下記式を用いて算出することができる。

μ＝（δＩｄ／δＶｇ）Ｌ・Ｄ／（Ｗ・εｒ・ε・Ｖｓｄ）
ただしＩｄはソース・ドレイン間電流（Ａ）、Ｖｓｄはソース・ドレイン間電圧（Ｖ）、Ｖｇはゲート電圧（Ｖ）、Ｄはゲート絶縁層の厚み（ｍ）、Ｌはチャネル長（ｍ）、Ｗはチャネル幅（ｍ）、εｒはゲート絶縁層の比誘電率（Ｆ／ｍ）、εは真空の誘電率（８．８５×１０^－１２Ｆ／ｍ）、δは該当の物理量の変化量を示す。

また、半導体素子のしきい値電圧は、Ｉｄ－Ｖｇグラフにおける線形部分の延長線とＶｇ軸との交点から求めることができる。

しきい値電圧の絶対値が小さく、移動度が高いものが、高機能な、特性の良い半導体素子である。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、少なくとも１つの上記第１の半導体素子と、ｎ型半導体素子である第２の半導体素子と、それらを保護する保護層とを有する。そして、第１の半導体素子における第１の半導体層と、保護層との間が中空である。また、第２の半導体素子においては、第２の半導体層に対してゲート絶縁層とは反対側で第２の半導体層と接する第２絶縁層を含み、第２絶縁層上面の少なくとも一部が保護層と接する。本実施の形態２に係る半導体装置も、上記実施の形態１に係る半導体装置と同様に、経時的な特性変動のない安定な半導体装置となる。

本実施の形態２に係る半導体装置において、第１の半導体素子はｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子のいずれであってもよい。第１の半導体素子がｐ型半導体素子である場合、本実施の形態２に係る半導体装置は、ｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子両方を備えている相補型半導体装置となる。

＜第２の半導体素子＞
図３は、本実施の形態２に係る半導体装置の一例を示す模式断面図である。この構成では、絶縁性基板１０の上に形成されるゲート電極１１、２１と、それを覆うゲート絶縁層１２、２２と、その上に設けられるソース電極１３、２３およびドレイン電極１４、２４と、それらの電極の間に設けられる第１の半導体層１５および第２の半導体層２５と、第２の半導体層２５を覆う第２絶縁層２７と、ソース電極１３、２３、ドレイン電極１４、２４および半導体層１５、２５を保護する保護層２６と、を有する。この構成において、第２絶縁層２７を有しない方の半導体素子が第１の半導体素子であり、第２絶縁層２７を有する方の半導体素子が第２の半導体素子である。第１の半導体層１５と保護層２６は接触せず、第１の半導体層１５の上部は中空領域となっており、第２絶縁層２７上面の少なくとも一部が、保護層２６と接している。

このような半導体装置を製造するには、例えば、第１の半導体素子および第２の半導体素子を形成した後、保護層となる保護フィルムを第１の半導体素子及び第２の半導体素子の全てを覆うように一括で貼付する方法が挙げられる。

図３に示すように、ソース電極１３、２３およびドレイン電極１４、２４の上面の少なくとも一部に、保護層２６が接していることが好ましい。保護層の機械的強度が増し、物理的な破損等から半導体装置を保護しやすくなるからである。

第２の半導体素子を構成する各電極等の要素の具体例は、上記第１の半導体素子におけるものと同様のものが挙げられる。第１の半導体素子と第２の半導体素子とで共通する構成要素は、製造コストの観点から、同一の材料で構成されることが好ましく、また同一工程で形成することが好ましい。

各電極が同一材料で構成されるとは、各電極に含まれる元素の中でも最も含有モル比率が高い元素が同一であることをいう。電極中の元素の種類と含有比率はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）などの元素分析によって、同定することができる。

ゲート絶縁層が同一材料で構成されるとは、各ゲート絶縁層を構成する組成物中に１モル％以上含まれる元素の種類および組成比が同じであることをいう。元素の種類および組成比が同じであるか否かは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）などの元素分析によって、同定することができる。

半導体層が同一材料で構成されるとは、各半導体層を構成する組成物中に１モル％以上含まれる元素の種類および組成比が同じであることをいう。元素の種類および組成比が同じであるか否かは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）などの元素分析によって、同定することができる。

（第２絶縁層）
第２絶縁層は、半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側に形成される。半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側とは、例えば、半導体層の下側にゲート絶縁層を有する場合は、半導体層の上側を指す。第２絶縁層を形成することにより、一般にはｐ型半導体特性を示すような半導体材料を用いた半導体素子であっても、ｎ型半導体特性を示す半導体素子へ転換できる。

第２絶縁層は、炭素原子と窒素原子の結合を含む有機化合物を含有することが好ましい。そのような有機化合物としてはいかなる有機化合物でもよいが、例えば、アミド系化合物、イミド系化合物、ウレア系化合物、アミン系化合物、イミン系化合物、アニリン系化合物、ニトリル系化合物などを挙げることができる。 第２絶縁層の膜厚は、５００ｎｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましく、３．０μｍ以上であることがさらに好ましい。この範囲の膜厚にすることにより、より半導体素子の特性の安定性が向上する。また、上限としては、特に限定されるものではないが、５００μｍ以下であることが好ましい。

第２絶縁層の膜厚は、第２絶縁層の断面を走査型電子顕微鏡により測定し、得られた像 うち、半導体層上に位置する第２絶縁層部分の中から無作為に選択した１０箇所の膜厚を算出し、その算術平均の値とする。

また、第２絶縁層は単層でも複数層でもよい。第２絶縁層の形成方法としては、特に限定されず、抵抗加熱蒸着、電子線ビーム、スパッタリング、ＣＶＤなど乾式の方法を用いることも可能であるが、製造コストや大面積への適合の観点から塗布法を用いることが好ましい。塗布法として、具体的には、スピンコート法、ブレードコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、バーコーター法、鋳型法、印刷転写法、浸漬引き上げ法、インクジェット法、ドロップキャスト法などを好ましく用いることができる。塗膜厚み制御や配向制御など、得ようとする塗膜特性に応じて塗布方法を選択できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、少なくとも１つの上記第１の半導体素子と、ｐ型半導体素子である第３の半導体素子と、それらを保護する保護層とを有する。そして、第１の半導体素子における第１の半導体層と、保護層との間が中空である。また、第３の半導体素子においては、第３の半導体層に対してゲート絶縁層とは反対側で第３の半導体層と接する第３絶縁層を含み、第３絶縁層上面の少なくとも一部が保護層と接する。第３絶縁層により、第３の半導体素子の特性を調整することができる。本実施の形態３に係る半導体装置も、上記実施の形態１に係る半導体装置と同様に、経時的な特性変動のない安定な半導体装置となる。

本実施の形態３に係る半導体装置において、第１の半導体素子はｎ型半導体素子およびｐ型半導体素子のいずれであってもよい。第１の半導体素子がｐ型半導体素子である場合、第３の半導体素子は同じｐ型半導体素子であってもその特性が第３絶縁層により調整されているので、互いに異なる特性のｐ型半導体素子を併存させることができる。

なお、実施の形態３に係る半導体装置も、上記実施の形態２に係る半導体装置の第２の半導体素子を有していてもよい。以下では、第１の半導体素子、第２の半導体素子および第３の半導体素子の全てを備えた半導体装置の実施形態を例に挙げて説明する。

＜第３の半導体素子＞
図４は、本実施の形態３に係る半導体装置の一例を示す模式断面図である。この構成では、絶縁性基板１０の上に形成されるゲート電極１１、２１、３１と、それを覆うゲート絶縁層１２、２２、３２と、その上に設けられるソース電極１３、２３、３３およびドレイン電極１４、２４、３４と、それらの電極の間に設けられる第１の半導体層１５、第２の半導体層２５、および第３の半導体層３５と、第２の半導体層２５を覆う第２絶縁層２７と、第３の半導体層３５を覆う第３絶縁層３７と、ソース電極１３、２３、３３、ドレイン電極１４、２４、３４および半導体層１５、２５、３５を保護する保護層３６と、を有する。この構成において、第２絶縁層２７、または第３絶縁層３７を有しない半導体素子が第１の半導体素子であり、第２絶縁層２７を有する半導体素子が第２の半導体素子であり、第３絶縁層３７を有する半導体素子が第３の半導体素子である。第１の半導体層１５と保護層３６は接触せず、第１の半導体層１５の上部は中空領域となっており、第２絶縁層２７、および第３絶縁層３７上面の少なくとも一部が、保護層３６と接している。

このような半導体装置を製造するには、例えば、第１の半導体素子、第２の半導体素子、および第３の半導体素子を形成した後、保護層となる保護フィルムを第１の半導体素子、第２の半導体素子、および第３の半導体素子の全てを覆うように一括で貼付する方法が挙げられる。

図４に示すように、ソース電極１３、２３、３３およびドレイン電極１４、２４、３４の上面の少なくとも一部に、保護層３６が接していることが好ましい。保護層の機械的強度が増し、物理的な破損等から半導体装置を保護しやすくなるからである。

第３の半導体素子を構成する各電極等の要素の具体例は、上記第１の半導体素子におけるものと同様のものが挙げられる。第１の半導体素子、第２の半導体素子、および第３の半導体素子とで共通する構成要素は、製造コストの観点から、同一の材料で構成されることが好ましく、また同一工程で形成することが好ましい。各構成要素が同一材料で構成されるとは、上記第２の半導体素子に記載の内容と同様のことを言い、上記第２の半導体素子に記載したものと同様の分析によって、同定できる。

（第３絶縁層）
第３絶縁層は、半導体層に対してゲート絶縁層が形成された側の反対側に形成される。第３絶縁層を形成することにより、例えば、第３の半導体素子のゲート電圧を変えたときのソース・ドレイン間電流値などの電気特性を調整することができる。

第３絶縁層に用いられる材料としては、特に限定されないが、具体的には酸化シリコン、アルミナ等の無機材料；ポリイミドやその誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリシロキサンやその誘導体、ポリビニルフェノールやその誘導体等などの有機高分子材料；あるいは無機材料粉末と有機高分子材料の混合物や有機低分子材料と有機高分子材料の混合物を挙げることができる。第３絶縁層の膜厚は、一般的には５０ｎｍ～５０μｍ、好ましくは１００ｎｍ～２０μｍである。第３絶縁層の膜厚は、第２絶縁層と同様の方法で算出できる。

第３絶縁層は単層でも複数層でもよい。第３絶縁層の形成方法としては、第２絶縁層と同様の方法が挙げられる。

（半導体装置の適用可能性）
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、各種電子機器の回路やＩＣ、ＲＦＩＤタグなどの無線通信装置、無線給電装置、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイや電子ペーパーなどのディスプレイ用ＴＦＴアレイ、センサ、開封検知システム、などに適用可能である。

＜回路＞
本発明の実施の形態に係る半導体装置は各種回路へ適用することができる。例えば、整流回路などのアナログ回路や、ＮＯＴ回路、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、ＡＮＤ回路、ＯＲ回路などの論理回路、それらを用いた組み合わせ回路や順序回路、メモリやマイクロプロセッサ、ロジックＩＣなどの集積回路などが挙げられる。また、このような回路は各電子デバイスに用いることができる。本発明の半導体装置は、経時的な特性変動がない、安定な半導体装置であるため、上述の回路にも好ましく用いることができる。また、半導体層に有機半導体やカーボン材料を含有することで曲げや伸縮に耐性があるため、フレキシブル、ベンダブルな電子デバイスに好ましく用いることができる。

＜無線通信装置＞
次に、本発明の半導体装置を有する、本発明の実施の形態に係る無線通信装置について説明する。この無線通信装置は、例えば商品タグ、万引き防止タグ、各種チケットやスマートカードのような、無線電波を用いて情報の通信を行う装置である。

無線通信装置は、上述の半導体素子と、アンテナと、を少なくとも有するものである。本発明の実施の形態に係る無線通信装置の、より具体的な構成としては、例えば、図５に示すようなものが挙げられる。

これは、アンテナ４０で受信した外部からの変調波信号の整流を行い各部に電源を供給する電源生成部と、上記変調波信号を復調して制御回路へ送る復調回路と、制御回路から送られたデータを変調してアンテナに送り出す変調回路と、復調回路で復調されたデータの記憶回路への書込み、および記憶回路からデータを読み出して変調回路への送信を行う制御回路と、を含み、各回路部が電気的に接続されている。上記電源生成部、復調回路、制御回路、変調回路、記憶回路の少なくともいずれか１つ以上は本発明の実施の形態にかかる半導体素子を含み、さらにコンデンサ、抵抗素子、ダイオードを含んでいても良い。なお、上記記憶回路は、さらに、製造時に情報が書き込まれる読み取り専用の記憶部や、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性の書換え可能な記憶部を有していてもよい。上記電源生成部は、コンデンサと、ダイオードとから構成される。

アンテナ、コンデンサ、抵抗素子、ダイオード、不揮発性の書き換え可能な記憶部は、一般的に使用されるものであればよく、用いられる材料、形状は特に限定はされない。また、上記の各構成要素を電気的に接続する材料も、一般的に使用されうる導電材料であればいかなるものでもよい。各構成要素の接続方法も、電気的に導通を取ることができれば、いかなる方法でもよい。各構成要素の接続部の幅や厚みは、任意である。

＜商品タグ＞
上記無線通信装置の用途は特に制限はないが、例えば商品タグへ適用することができる。商品タグとしては公知のものを用いることができ、例えば基体と、この基体によって被覆された上記無線通信装置とを有しているものが挙げられる。識別情報返信機能を備えた商品タグに適用すれば、商品の精算レジにおいて、非接触で多数の商品を同時に識別することが可能となる。それゆえ、バーコードでの識別と比較して、決済処理の容易化や迅速化を図ることができる。

また、例えば、商品の会計の際に、リーダ／ライタが、商品タグから読み取った商品情報をＰＯＳ（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓａｌｅ ｓｙｓｔｅｍ、販売時点情報管理）端末に送信することが可能である。この機能により、ＰＯＳ端末において、その商品情報によって特定される商品の販売登録をすることもできるため、在庫管理の容易化や迅速化を図ることができる。

＜薄膜トランジスタアレイ＞
本発明の実施の形態に係る半導体素子を用いて、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）アレイを得ることができる。図６は、ＴＦＴアレイの一例を示す模式図である。図６に示すように、ＴＦＴアレイ５０は、二本のゲート線５１、５２と、二本のソース線５３、５４と、四つのＴＦＴ５５、５６、５７、５８とを含む。ゲート線５１はＴＦＴ５５、５７のゲート電極と電気的に結合し、ゲート線５２はＴＦＴ５６、５８のゲート電極と電気的に結合している。ソース線５３はＴＦＴ５５、５６のソース電極と電気的に結合し、ソース線５４はＴＦＴ５７、５８のソース電極と電気的に結合している。なお、図６には説明の簡略化のために四つのＴＦＴを含むＴＦＴアレイ５０が例示されているが、ゲート線、ソース線およびＴＦＴの数は任意に変更してもよい。

ゲート線、ソース線、ＴＦＴを電気的に接続する材料は、特に制限はないが、例えば、一般的に使用される導電材料を用いることができる。上記接続の方法も、電気的に導通を取ることができれば、いかなる方法でもよい。また、接続部の幅や厚みは、任意である。

本発明の実施の形態にかかるＴＦＴアレイは、例えば、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイや電子ペーパーなどに用いることができる。

＜センサ＞
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、各種センサに用いてもよい。例えば、温度、水分、ガス、光、電磁波、放射線、圧力などを検出するセンサとしての利用が可能である。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定して解釈されるものではない。なお、実施例中における評価方法を以下の（１）、（２）で説明する。

（１）半導体素子特性変動の評価
作製した第１の半導体素子について、ゲート電圧（Ｖｇ）を変えたときのソース・ドレイン間電流（Ｉｄ）－ソース・ドレイン間電圧（Ｖｓｄ）特性を測定した。測定には半導体特性評価システム４２００－ＳＣＳ型（ケースレーインスツルメンツ株式会社製）を用い、大気中で測定した。Ｖｓｄ＝－５Ｖとし、Ｖｇ＝＋５Ｖ～－１０Ｖに変化させた。この時、Ｖｇ＝－１０ＶのＩｄをオン電流（Ｉｄ＿ｂｅｆ）とした。同一の素子を１週間後に同様の条件で測定した際のオン電流（Ｉｄ＿ａｆｔ）とし、オン電流の変動率（Ｉｄ＿ａｆｔ／Ｉｄ＿ｂｅｆ）を求め、これを下記のように判定した。また、第２の半導体素子については、Ｖｓｄ＝＋５Ｖとし、Ｖｇ＝－５Ｖ～＋１０Ｖに変化させた。この時、Ｖｇ＝＋１０ＶのＩｄをオン電流（Ｉｄ＿ｂｅｆ）、同一素子の１週間後のオン電流（Ｉｄ＿ａｆｔ）とし、オン電流の変動率（Ｉｄ＿ａｆｔ／Ｉｄ＿ｂｅｆ）を求め、同様の判定を実施した。
（変動率）
Ａ：０．９以上１．１未満
Ｂ：Ａの範囲外であって、０．７以上１．５未満
Ｃ：Ｂの範囲外であって、０．５以上２．０未満
Ｄ：Ｃの範囲外であって、０．１以上１０．０未満
Ｅ：０．１未満または１０．０以上。

（２）耐屈曲性評価
図７を参照して説明する。半導体素子を形成した基板６０について、半導体素子を形成した面上の中央部に直径３０ｍｍの金属円柱６１を固定し、この円柱に沿って、円柱の抱き角０°（サンプルが平面の状態）の状態に置き（図７（ａ）参照）、円柱への抱き角が１８０°（円柱で折り返した状態）となるまで（図７（ｂ）参照）、折り曲げ動作を行った。耐屈曲性は、曲げ動作前後の半導体素子のゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線パターンを光学顕微鏡で観察し、以下の基準で評価を行った。
Ａ（良好）：折り曲げ動作を５００回繰り返してもゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線パターンに剥がれ、欠けが見られない。
Ｂ（可）：折り曲げ動作を１００回繰り返してもゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線パターンに剥がれ、欠けが見られない。
Ｃ（不可）：折り曲げ動作の繰り返しが１００回未満で、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線パターンの少なくとも一部に剥がれ、欠けが見られた。

（組成物の作製例）
半導体溶液の作製例１；半導体溶液Ａ
まず、ポリ（３－ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）（アルドリッチ（株）製）２．０ｍｇのクロロホルム１０ｍｌ溶液にＣＮＴ１（ＣＮＩ社製、単層ＣＮＴ、純度９５％）を１．０ｍｇ加え、氷冷しながら超音波ホモジナイザー（東京理化器械（株）製ＶＣＸ－５００）を用いて出力２０％で４時間超音波撹拌し、ＣＮＴ分散液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．９６ｇ／ｌ）を得た。次に、半導体層を形成するための半導体溶液の作製を行った。上記ＣＮＴ分散液Ａをメンブレンフィルター（孔径１０μｍ、直径２５ｍｍ、ミリポア社製オムニポアメンブレン）を用いてろ過を行い、長さ１０μｍ以上のＣＮＴ複合体を除去した。得られた濾液にｏ－ＤＣＢ（和光純薬工業（株）製）５ｍｌを加えた後、ロータリーエバポレーターを用いて、低沸点溶媒であるクロロホルムを留去し、溶媒をｏ－ＤＣＢで置換し、ＣＮＴ分散液Ａ’を得た。
ＣＮＴ分散液Ａ’１ｍｌにｏ－ＤＣＢ３ｍＬを加え、半導体溶液Ａ（溶媒に対するＣＮＴ複合体濃度０．０３３ｇ／ｌ）とした。

組成物の作製例１；ゲート絶縁層溶液Ａ
メチルトリメトキシシラン６１．２９ｇ（０．４５モル）、２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン１２．３１ｇ（０．０５モル）、およびフェニルトリメトキシシラン９９．１５ｇ（０．５モル）をプロピレングリコールモノブチルエーテル（沸点１７０℃）２０３．３６ｇに溶解し、これに、水５４．９０ｇ、リン酸０．８６４ｇを撹拌しながら加えた。得られた溶液をバス温１０５℃で２時間加熱し、内温を９０℃まで上げて、主として副生するメタノールからなる成分を留出せしめた。次いでバス温１３０℃で２．０時間加熱し、内温を１１８℃まで上げて、主として水とプロピレングリコールモノブチルエーテルからなる成分を留出せしめた後、室温まで冷却し、固形分濃度２６．０重量％のポリシロキサン溶液Ａを得た。得られたポリシロキサンの重量平均分子量は６０００であった。得られたポリシロキサン溶液Ａを１０ｇはかり取り、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート（以下、ＰＧＭＥＡという）５４．４ｇを混合して、室温にて２時間撹拌し、ゲート絶縁層溶液Ａを得た。

組成物の作製例２；第２絶縁層作製用の溶液Ａ
ポリメチルメタクリレート（富士フィルム和光純薬株式会社製）２．５ｇをＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド７．５ｇに溶解し、ポリマー溶液Ａを調製した。次に、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（東京化成工業株式会社製）１ｇをＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド９．０ｇに溶解し、化合物溶液Ａを調製した。ポリマー溶液Ａ０．６８ｇに化合物溶液Ａ０．３０ｇを添加し、第２絶縁層作製用の溶液Ａを得た。

組成物の作製例３；第３絶縁層作製用の溶液Ｂ
ポリスチレン（富士フィルム和光純薬株式会社製）１．４８５ｇをシクロヘキサノン８．５ｇに溶解し、ポリマー溶液Ｂを調製した。次に、ｐ－クロラニル（東京化成工業株式会社製）０．０１５ｇを上記ポリマー溶液Ｂに添加し、ハイブリッドミキサーで処理することで、第３絶縁層溶液Ｂを得た。

合成例１；化合物Ｐ１（感光性有機成分）
共重合比率（質量基準）：エチルアクリレート（以下、「ＥＡ」）／メタクリル酸２－エチルヘキシル（以下、「２－ＥＨＭＡ」）／スチレン（以下、「Ｓｔ」）／グリシジルメタクリレート（以下、「ＧＭＡ」）／アクリル酸（以下、「ＡＡ」）＝２０／４０／２０／５／１５。

窒素雰囲気の反応容器中に、１５０ｇのジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（以下、「ＤＭＥＡ」）を仕込み、オイルバスを用いて８０℃まで昇温した。これに、２０ｇのＥＡ、４０ｇの２－ＥＨＭＡ、２０ｇのＳｔ、１５ｇのＡＡ、０．８ｇの２，２’－アゾビスイソブチロニトリルおよび１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、１時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに６時間重合反応を行った。その後、１ｇのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。引き続き、５ｇのＧＭＡ、１ｇのトリエチルベンジルアンモニウムクロライドおよび１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、０．５時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに２時間付加反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに２４時間真空乾燥することで、化合物Ｐ１を得た。

合成例２；化合物Ｐ２（感光性有機成分）
共重合比率（質量基準）：２官能エポキシアクリレートモノマー（エポキシエステル３００２Ａ；共栄社化学（株）製）／２官能エポキシアクリレートモノマー（エポキシエステル７０ＰＡ；共栄社化学（株）製）／ＧＭＡ／Ｓｔ／ＡＡ＝２０／４０／５／２０／１５。

窒素雰囲気の反応容器中に、１５０ｇのジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（以下、「ＤＭＥＡ」）を仕込み、オイルバスを用いて８０℃まで昇温した。これに、２０ｇのエポキシエステル３００２Ａ、４０ｇのエポキシエステル７０ＰＡ、２０ｇのＳｔ、１５ｇのＡＡ、０．８ｇの２，２’－アゾビスイソブチロニトリルおよび１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、１時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに６時間重合反応を行った。その後、１ｇのハイドロキノンモノメチルエーテルを添加して、重合反応を停止した。引き続き、５ｇのＧＭＡ、１ｇのトリエチルベンジルアンモニウムクロライドおよび１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、０．５時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに２時間付加反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに２４時間真空乾燥することで、化合物Ｐ２を得た。

合成例３；化合物Ｐ３（感光性有機成分）
化合物Ｐ２のウレタン変性化合物
窒素雰囲気の反応容器中に、１００ｇのジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート（以下、「ＤＭＥＡ」）を仕込み、オイルバスを用いて８０℃まで昇温した。これに、感光性成分Ｐ２を１０ｇ、３．５ｇのｎ－ヘキシルイソシアネートおよび１０ｇのＤＭＥＡからなる混合物を、１時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに３時間反応を行った。得られた反応溶液をメタノールで精製することで未反応不純物を除去し、さらに２４時間真空乾燥することで、ウレタン結合を有する化合物Ｐ３を得た。

調製例１；感光性ペーストＡ
１００ｍｌクリーンボトルに、上記により得られた化合物Ｐ１を１６ｇ、化合物Ｐ３を４ｇ、光重合開始剤ＯＸＥ－０１（ＢＡＳＦジャパン株式会社製）４ｇ、酸発生剤ＳＩ－１１０（三新化学工業株式会社製）を０．６ｇ、γ－ブチロラクトン（三菱ガス化学株式会社製）を１０ｇ入れ、自転－公転真空ミキサー“あわとり練太郎”（登録商標）（ＡＲＥ－３１０；（株）シンキー製）で混合し、感光性樹脂溶液３４．６ｇ（固形分７８．５質量％）を得た。得られた感光性樹脂溶液８．０ｇと平均粒子径０．２μｍのＡｇ粒子４２．０ｇを混ぜ合わせ、３本ローラー“ＥＸＡＫＴ Ｍ－５０”（商品名、ＥＸＡＫＴ社製）を用いて混練し、５０ｇの感光性ペーストＡを得た。

実施例１
図２に示す半導体素子の作製を行った。ＰＥＴ基板（膜厚５０μｍ）上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”（商品名、ユニオン光学（株）製）を用いて露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、基板上にゲート電極を作製した。

次に上記ゲート絶縁層溶液Ａを上記基板上にスピンコート塗布（１０００ｒｐｍ×３０秒）し、窒素気流下２００℃、１時間熱処理することによって、膜厚４００ｎｍのゲート絶縁層を形成した。

次にゲート絶縁層の上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”を用いて、マスクパターンを介して露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、ゲート絶縁層上にソース電極およびドレイン電極を作製した。

次に上記半導体溶液の作製例１に記載の方法で作製した半導体溶液Ａを、上記ソース電極およびドレイン電極の間にインクジェット装置（クラスターテクノロジー（株）製）を用いて４００ｐｌ滴下し、ホットプレート上で窒素気流下、１５０℃で３０分の熱処理を行い、半導体層を形成した。

次に、ＰＥＴフィルム上に酸化アルミニウムを蒸着した無色透明のバリアフィルム（東レフィルム加工株式会社製）の、酸化アルミニウムが形成された側とは反対側に、重剥離フィルムと軽剥離フィルムとを有する粘着シート（製品名：ＭＯ－３０１４、リンテック株式会社製）の重剥離フィルムを剥がした後の面を貼り付けた。次に、その粘着シートの軽剥離フィルムを剥がした後の面を、図２に示すように、ソース電極およびドレイン電極の上端に接するように貼り付けることで保護層を形成し、半導体素子を得た。得られた半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔は２０μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さは、ともに２μｍであった。

得られた半導体素子について、（１）～（２）に記載の方法で半導体素子の特性変動評価と耐屈曲性評価を行った。半導体素子の特性変動評価結果はＡ、耐屈曲性評価結果はＡであった。

実施例２
ソース電極とドレイン電極の間隔を１００μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さを、ともに２μｍにしたこと以外は、実施例１と同様に半導体素子を形成した。

実施例３
ソース電極とドレイン電極の間隔を５μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さを、ともに２μｍにしたこと以外は、実施例１と同様に半導体素子を形成した。

実施例４
ソース電極とドレイン電極の間隔を１００μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さを、ともに１．２μｍにしたこと以外は、実施例１と同様に半導体素子を形成した。

実施例５
ソース電極とドレイン電極の間隔を５μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さを、ともに３μｍにしたこと以外は、実施例１と同様に半導体素子を形成した。

実施例６
図３に示す半導体装置の作製を行った。ＰＥＴ基板（膜厚５０μｍ）上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”（商品名、ユニオン光学（株）製）を用いて露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、基板上に第１の半導体素子のゲート電極、および第２の半導体素子のゲート電極を作製した。

次に上記ゲート絶縁層溶液Ａを上記基板上にスピンコート塗布（１０００ｒｐｍ×３０秒）し、窒素気流下２００℃、１時間熱処理することによって、膜厚４００ｎｍの第１の半導体素子のゲート絶縁層、および第２の半導体素子のゲート絶縁層を形成した。

次にゲート絶縁層の上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”を用いて、マスクパターンを介して露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、ゲート絶縁層上に第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第２の半導体素子のソース電極およびドレイン電極を作製した
次に上記半導体溶液の作製例１に記載の方法で作製した半導体溶液Ａを、上記第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第２の半導体素子のソース電極およびドレイン電極の間にインクジェット装置（クラスターテクノロジー（株）製）を用いて４００ｐｌ滴下し、ホットプレート上で窒素気流下、１５０℃で３０分の熱処理を行い、第１の半導体素子の第１の半導体層および第２の半導体素子の第２の半導体層を形成した。次に、第２絶縁層作製用の溶液Ａ５μＬを、第２の半導体層上に、第２の半導体層を覆うように滴下し、窒素気流下、１１０℃で３０分熱処理して、第２絶縁層を形成した。

次にＰＥＴフィルム上に酸化アルミニウムを蒸着した無色透明のバリアフィルム（東レフィルム加工株式会社製）の、酸化アルミニウムが形成された側とは反対側に、重剥離フィルムと軽剥離フィルムとを有する粘着シート（製品名：ＭＯ－３０１４、リンテック株式会社製）の重剥離フィルムを剥がした後の面を貼り付けた。次に、その粘着シートの軽剥離フィルムを剥がした後の面を、図３に示すように、第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極の上端、ならびに第２の半導体素子の第２絶縁層上端に接するように貼り付けることで保護層を形成し、第１の半導体素子および第２の半導体素子を得た。第１の半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔は１０μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さは、２μｍ、第２の半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔は１０μｍ、ソース電極およびドレイン電極高さは、２μｍであった。

得られた半導体素子について、（１）～（２）に記載の方法で半導体素子の特性変動評価と耐屈曲性評価を行った。

実施例７
図４に示す半導体装置の作製を行った。ＰＥＴ基板（膜厚５０μｍ）上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”（商品名、ユニオン光学（株）製）を用いて露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、基板上に第１の半導体素子のゲート電極、第２の半導体素子のゲート電極、および第３の半導体素子のゲート電極を作製した。

次に上記ゲート絶縁層溶液Ａを上記基板上にスピンコート塗布（１０００ｒｐｍ×３０秒）し、窒素気流下２００℃、１時間熱処理することによって、膜厚４００ｎｍの第１の半導体素子のゲート絶縁層、第２の半導体素子のゲート絶縁層、および第３の半導体素子のゲート絶縁層を形成した。

次にゲート絶縁層の上に、感光性ペーストＡをスクリーン印刷で塗布し、乾燥オーブンで１００℃、１０分プリベークを行った。その後、露光装置“ＰＥＭ－８Ｍ”を用いて、マスクパターンを介して露光量７０ｍＪ／ｃｍ^２（波長３６５ｎｍ換算）で全線露光を行い、０．５％Ｎａ_２ＣＯ_３溶液で３０秒間浸漬現像を行い、超純水でリンス後、乾燥オーブンで１４０℃、３０分間キュアを行い、ゲート絶縁層上に第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第２の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第３の半導体素子のソース電極およびドレイン電極を作製した
次に上記半導体溶液の作製例１に記載の方法で作製した半導体溶液Ａを、上記第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第２の半導体素子のソース電極およびドレイン電極、第３の半導体素子のソース電極およびドレイン電極の間にインクジェット装置（クラスターテクノロジー（株）製）を用いて４００ｐｌ滴下し、ホットプレート上で窒素気流下、１５０℃で３０分の熱処理を行い、第１の半導体素子の第１の半導体層、第２の半導体素子の第２の半導体層、および第３の半導体素子の第３の半導体層を形成した。

次に、第２絶縁層作製用の溶液Ａ ５μＬを、第２の半導体層上に、第２の半導体層を覆うように滴下し、窒素気流下、１１０℃で３０分熱処理して、第２絶縁層を形成した。

次に、第３絶縁層作製用の溶液Ｂ ５μＬを、第３の半導体層上に、第３の半導体層を覆うように滴下し、窒素気流下、１１０℃で３０分熱処理して、第３絶縁層を形成した。

次にＰＥＴフィルム上に酸化アルミニウムを蒸着した無色透明のバリアフィルム（東レフィルム加工株式会社製）の、酸化アルミニウムが形成された側とは反対側に、重剥離フィルムと軽剥離フィルムとを有する粘着シート（製品名：ＭＯ－３０１４、リンテック株式会社製）の重剥離フィルムを剥がした後の面を貼り付けた。次に、その粘着シートの軽剥離フィルムを剥がした後の面を、図３に示すように、第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極の上端、ならびに第２の半導体素子の第２絶縁層上端、および第３の半導体素子の第３絶縁層上端に接するように貼り付けることで保護層を形成し、第１の半導体素子、第２の半導体素子、および第３の半導体素子を得た。第１の半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔、第２の半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔、および第３の半導体素子のソース電極とドレイン電極の間隔は、ともに１０μｍ、第１の半導体素子のソース電極およびドレイン電極高さ、第２の半導体素子のソース電極およびドレイン電極高さ、第３の半導体素子のソース電極およびドレイン電極の高さは、ともに２μｍであった。

得られた半導体素子について、（１）～（２）に記載の方法で半導体素子の特性変動評価と耐屈曲性評価を行った。

比較例１
ＰＥＴフィルム上に酸化アルミニウムを蒸着した無色透明のバリアフィルム（東レフィルム加工株式会社製）の、酸化アルミニウムが形成された側とは反対側に、重剥離フィルムと軽剥離フィルムとを有する粘着シート（製品名：ＭＯ－３０１４、リンテック株式会社製）の重剥離フィルムを剥がした後の面を貼り付けた。次に、その粘着シートの軽剥離フィルムを剥がした後の面を、真空下で、第１の半導体素子に荷重を加えながら貼り付けることで、ソース電極およびドレイン電極だけでなく第１の半導体層にも接するように保護層を形成したこと以外は、実施例１と同様に半導体素子を形成した。

１ 第１の半導体素子
２ 第２の半導体素子
３ 第３の半導体素子
１０ 基板
１１、２１、３１ ゲート電極
１２、２２、３２ ゲート絶縁層
１３、２３、３３ ソース電極
１４、２４、３４ ドレイン電極
１５ 第１の半導体層
１６、２６、３６ 保護層
２５ 第２の半導体層
２７ 第２絶縁層
３５ 第３の半導体層
３７ 第３絶縁層
４０ アンテナ
５０ ＴＦＴアレイ
５１、５２ ゲート線
５３、５４ ソース線
５５，５６、５７、５８ ＴＦＴ
６０ 半導体装置基板
６１ 金属円柱

Claims (12)

1. 絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
   前記第１の半導体素子は、
   ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
   前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
   前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
   を含み、
   前記半導体層と前記保護層との間が中空領域である、半導体装置。
2. 前記保護層が、前記半導体素子のソース電極およびドレイン電極の上面の少なくとも一部に接している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ソース電極と前記ドレイン電極との距離Ｌと、前記ソース電極の高さＨｓと、前記ドレイン電極の高さＨｄとが、２≦Ｌ／Ｈｓ≦５０および２≦Ｌ／Ｈｄ≦５０の関係である、請求項１に記載の半導体装置。
4. 絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子および第２の半導体素子と、前記第１の半導体素子および第２の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
   前記第１の半導体素子は、
   ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
   前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
   前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を含み、
   前記半導体層と前記保護層との間が中空領域であり、
   前記第２の半導体素子は、
   ｎ型半導体素子であり、
   ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
   前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第２の半導体層と、
   前記第２の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
   前記第２の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第２の半導体層と接する第２絶縁層と、を含み、
   前記第２絶縁層上面の少なくとも一部が、前記保護層と接している、半導体装置。
5. 絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の半導体素子および第３の半導体素子と、前記第１の半導体素子および第３の半導体素子を保護する保護層と、を有する半導体装置であって、
   前記第１の半導体素子は、
   ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
   前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する半導体層と、
   前記半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、を含み、
   前記半導体層と前記保護層との間が中空領域であり、
   前記第３の半導体素子は、
   ｐ型半導体素子であり、
   ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、
   前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する第３の半導体層と、
   前記第３の半導体層を前記ゲート電極と絶縁するゲート絶縁層と、
   前記第３の半導体層に対して前記ゲート絶縁層とは反対側で前記第３の半導体層と接する第３絶縁層と、を含み、
   前記第３絶縁層上面の少なくとも一部が、前記保護層と接している、半導体装置。
6. 前記絶縁表面を有する基板が樹脂基板である、請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記保護層は、第１の層と、前記第１の層上に積層された第２の層と、を含む積層構造である、請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
8. 前記第１の半導体層、および前記第２の半導体層が、カーボンナノチューブを含む、請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置。
9. 請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置と、アンテナと、を少なくとも有する無線通信装置。
10. 請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置を有する、回路。
11. 請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置を有する、薄膜トランジスタアレイ。
12. 請求項１～５のいずれかに記載の半導体装置を有する、センサ。

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