JP7354838B2 - Semiconductor device, wireless communication device, sensor control device, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置、無線通信装置、センサー制御装置、および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a wireless communication device, a sensor control device, and a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、非接触型のタグとして、RFID(Radio Frequency IDentification)技術を用いた無線通信システム(すなわちRFIDシステム)の開発が進められている。RFIDシステムでは、リーダ/ライタと呼ばれる無線送受信機とRFIDタグとの間で、無線通信が行われる。 In recent years, development of wireless communication systems (ie, RFID systems) using RFID (Radio Frequency IDentification) technology has been progressing as non-contact tags. In an RFID system, wireless communication is performed between a wireless transceiver called a reader/writer and an RFID tag.

RFIDタグは、物流管理、商品管理、万引き防止などの様々な用途での利用が期待されており、交通カードなどのICカード、商品タグなどの用途の一部では、導入され始めている。RFIDタグは、ICチップと、リーダ/ライタとの無線通信を行うためのアンテナとを有している。RFIDタグ内に設置されたアンテナが、リーダ/ライタから送信される無線信号を受信し、ICチップ内の駆動回路が動作する。 RFID tags are expected to be used for various purposes such as logistics management, product management, and shoplifting prevention, and are beginning to be introduced in some applications such as IC cards such as transportation cards and product tags. The RFID tag has an IC chip and an antenna for wireless communication with a reader/writer. An antenna installed within the RFID tag receives a radio signal transmitted from the reader/writer, and a drive circuit within the IC chip operates.

RFIDタグは、あらゆる商品で使用することが期待されている。そのためには、RFIDタグの製造コストの低減が必要であり、RFIDタグの製造プロセスとしては、真空や高温を使用する製造プロセスから脱却し、塗布・印刷技術を用いたフレキシブルで安価なものが検討されている。 RFID tags are expected to be used in all kinds of products. To achieve this, it is necessary to reduce the manufacturing cost of RFID tags, and we are considering moving away from manufacturing processes that use vacuum and high temperatures, and instead using coating and printing technologies to create flexible and inexpensive RFID tag manufacturing processes. has been done.

例えば、ICチップ内の駆動回路には、成形性に優れた有機半導体を半導体層として用いた電界効果型トランジスタ(以下、FETという)が提案されている。有機半導体をインクとして利用することで、インクジェット技術やスクリーニング技術等により、フレキシブル基板上に直接、FETなどの回路パターンを形成することが可能になる。そこで、従来の無機半導体に換わり、カーボンナノチューブ(CNT)や有機半導体を用いたFETが盛んに検討され、それらを用いた回路の検討も行われている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) using an organic semiconductor with excellent moldability as a semiconductor layer has been proposed for a drive circuit in an IC chip. By using organic semiconductors as inks, it becomes possible to form circuit patterns such as FETs directly on flexible substrates using inkjet technology, screening technology, etc. Therefore, instead of conventional inorganic semiconductors, FETs using carbon nanotubes (CNTs) and organic semiconductors are being actively studied, and circuits using them are also being studied (see, for example, Patent Document 1).

RFIDタグ内の駆動回路は、その消費電力を抑制するなどのため、p型FETとn型FETとからなる相補型回路で構成するのが一般的である。しかし、CNTを用いたFETは、大気中では通常p型半導体素子の特性を示すことが知られている。また、有機半導体を用いたFETは、単一チャネルである。このため、同一材料では相補型回路を構成できず、p型FETとn型FETとで材料を別々に選択しなければならない。これに起因して、相補型回路の製造プロセスが煩雑になり、RFIDタグの生産の効率低下と製造コストの増加という問題が生ずる。 A drive circuit in an RFID tag is generally configured with a complementary circuit consisting of a p-type FET and an n-type FET in order to suppress its power consumption. However, it is known that FETs using CNTs normally exhibit characteristics of p-type semiconductor devices in the atmosphere. Furthermore, FETs using organic semiconductors are single channel. Therefore, a complementary circuit cannot be constructed using the same material, and materials must be selected separately for the p-type FET and the n-type FET. Due to this, the manufacturing process of the complementary circuit becomes complicated, resulting in problems of decreased production efficiency and increased manufacturing cost of RFID tags.

そこで、例えば、CNTを用いたFETにおいては、p型FETを形成した後に、p型特性をn型特性に改質するためのn型改質ポリマーの層を半導体層の上に形成することにより、n型FETを形成し、比較的容易なプロセスでの相補型回路を実現している(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, for example, in a FET using CNT, after forming a p-type FET, a layer of an n-type modified polymer is formed on the semiconductor layer to modify the p-type characteristics to the n-type characteristics. , an n-type FET is formed, and a complementary circuit is realized in a relatively easy process (for example, see Patent Document 2).

国際公開第2009/139339号International Publication No. 2009/139339 国際公開第2005/57665号International Publication No. 2005/57665

しかしながら、相補型回路では、これまでに述べた通り、p型FETとn型FETという、異なる導電型を有するFETが必要となり、同一の導電型のみのFETで形成されるICチップと比較すると、チップ面積が増大し、コスト上昇を招くという課題があった。 However, as mentioned above, complementary circuits require FETs with different conductivity types, p-type FET and n-type FET, and compared to an IC chip formed of only FETs of the same conductivity type, There was a problem in that the chip area increased, leading to an increase in cost.

例えば、特許文献2に記載の従来技術では、基材上にn型FETを形成する場合、ソース電極やドレイン電極に比べ比較的厚い膜厚を有するn型改質ポリマーの層が必要となる。このため、ソース電極やドレイン電極、半導体層、ゲート電極などを備えるp型FETの形成に必要な基材領域の最小面積に比べて、n型改質ポリマーによるn型FETの形成には、より多くの基材領域の面積が必要であった。 For example, in the conventional technique described in Patent Document 2, when an n-type FET is formed on a base material, a layer of an n-type modified polymer having a relatively thicker film thickness than a source electrode or a drain electrode is required. Therefore, compared to the minimum area of the base material region required to form a p-type FET including a source electrode, a drain electrode, a semiconductor layer, a gate electrode, etc., the formation of an n-type FET using an n-type modified polymer requires more A large amount of substrate area was required.

また、特許文献2では、インクジェット法により、n型改質ポリマーの層を形成している。このため、特性を改質したいFETに対して選択的にn型改質ポリマーを塗布する必要があることから、塗布プロセスに要する時間が増加するのみならず、塗布位置のずれ及びばらつき対策のために、当該ポリマーが塗布されるFETとそれ以外のFETとの間のスペースを十分に確保することが必要であった。特に、特許文献2では、FET上にn型改質ポリマーの層を形成した後、このn型改質ポリマーの層にCNTを滴下して当該FETをn型FETとする場合もある。この場合、FET上のn型改質ポリマーが導電性または半導体性を有することから、FETの導電型によらず、各FET間での短絡を防止するために、隣り合うFET同士の間のスペースを十分に確保することが必要であった。 Further, in Patent Document 2, a layer of an n-type modified polymer is formed by an inkjet method. For this reason, it is necessary to selectively apply the n-type modified polymer to the FET whose characteristics are to be modified, which not only increases the time required for the coating process, but also requires measures to prevent misalignment and variations in the coating position. In addition, it was necessary to secure a sufficient space between the FET to which the polymer is applied and other FETs. In particular, in Patent Document 2, a layer of an n-type modified polymer is formed on the FET, and then CNTs are dropped onto the layer of the n-type modified polymer to make the FET an n-type FET. In this case, since the n-type modified polymer on the FET has conductivity or semiconductivity, the space between adjacent FETs must be spaced to prevent short circuits between each FET, regardless of the conductivity type of the FET. It was necessary to secure sufficient capacity.

つまり、図14に例示される従来の半導体装置11のような、基材10上にn型FET20とp型FET30とが配置されてなる相補型回路において、n型FET20は、n型改質ポリマー50によりFETが被覆されることで、n型特性を示すようになっている。n型改質ポリマー50は、基材10上のFETに対してインクジェット法により滴下されることで、基材10の面直方向から見た平面視で円形の平面形状をなしている。n型改質ポリマー50が塗布されるべきでないFETにn型改質ポリマー50の層が触れないようにするためには、n型FET20とp型FET30との間の距離、および互いに隣り合う各n型FET20同士の間の距離を十分にとる必要があった。 That is, in a complementary circuit in which an n-type FET 20 and a p-type FET 30 are arranged on a base material 10, such as the conventional semiconductor device 11 illustrated in FIG. By covering the FET with 50, it exhibits n-type characteristics. The n-type modified polymer 50 is dropped onto the FET on the base material 10 by an inkjet method, so that the n-type modified polymer 50 has a circular planar shape when viewed from a plane perpendicular to the surface of the base material 10 . In order to prevent the layer of n-type modified polymer 50 from touching FETs to which n-type modified polymer 50 should not be applied, the distance between n-type FET 20 and p-type FET 30, and the distance between each adjacent It was necessary to maintain a sufficient distance between the n-type FETs 20.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、相補型回路に代表される、異なる電気的特性を有する複数種類の半導体素子を必要とする回路においてチップ面積および製造コストの増大を抑制することができる半導体装置を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、当該半導体装置を用いた無線通信装置およびセンサー制御装置、並びに当該半導体装置の製造方法を提供することを第2の目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is aimed at increasing chip area and manufacturing costs in circuits that require multiple types of semiconductor elements with different electrical characteristics, such as complementary circuits. A first object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the above. A second object of the present invention is to provide a wireless communication device and a sensor control device using the semiconductor device, and a method for manufacturing the semiconductor device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基材上に、少なくとも、半導体素子が2個以上配置される第1の領域と、半導体素子が1個以上配置される第2の領域と、を含む半導体装置であって、前記第1の領域の半導体素子は、前記第1の領域のソース電極、前記第1の領域のドレイン電極、前記第1の領域のゲート電極、前記第1の領域のソース電極と前記第1の領域のドレイン電極とに接する前記第1の領域の半導体層、および前記第1の領域の半導体層と前記第1の領域のゲート電極とを絶縁する前記第1の領域のゲート絶縁層と、前記第1の領域のゲート絶縁層とは異なる位置で前記第1の領域の半導体層と接する第2絶縁層と、を前記基材上に備え、前記第2の領域の半導体素子は、前記第2の領域のソース電極、前記第2の領域のドレイン電極、前記第2の領域のゲート電極、前記第2の領域のソース電極と前記第2の領域のドレイン電極とに接する前記第2の領域の半導体層、および前記第2の領域の半導体層と前記第2の領域のゲート電極とを絶縁する前記第2の領域のゲート絶縁層を前記基材上に備え、前記第1の領域の半導体素子の電気伝導性は、前記第2絶縁層により、前記第2の領域の半導体素子の電気伝導性と相異し、前記第2絶縁層は、前記第1の領域の半導体素子の2個以上にわたって連続して配置される、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, a semiconductor device according to the present invention includes, on a base material, at least a first region in which two or more semiconductor elements are arranged, and a first region in which at least one semiconductor element is arranged. a second region disposed, wherein the semiconductor element in the first region includes a source electrode in the first region, a drain electrode in the first region, and a semiconductor device in the first region. a gate electrode in the first region, a semiconductor layer in the first region in contact with a source electrode in the first region and a drain electrode in the first region, and a semiconductor layer in the first region and a gate in the first region. The base material includes a gate insulating layer in the first region that insulates the gate insulating layer from the electrode, and a second insulating layer in contact with the semiconductor layer in the first region at a position different from that of the gate insulating layer in the first region. The semiconductor element in the second region includes a source electrode in the second region, a drain electrode in the second region, a gate electrode in the second region, and a source electrode in the second region. a semiconductor layer in the second region that is in contact with a drain electrode in the second region; and a gate insulation in the second region that insulates the semiconductor layer in the second region and the gate electrode in the second region. a layer on the substrate, the electrical conductivity of the semiconductor element in the first region is different from the electrical conductivity of the semiconductor element in the second region due to the second insulating layer; The insulating layer is characterized in that the insulating layer is continuously arranged over two or more semiconductor elements in the first region.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記基材上に、半導体素子が2個以上配置される第3の領域をさらに含み、前記第3の領域の半導体素子は、前記第3の領域のソース電極、前記第3の領域のドレイン電極、前記第3の領域のゲート電極、前記第3の領域のソース電極と前記第3の領域のドレイン電極とに接する前記第3の領域の半導体層、および前記第3の領域の半導体層と前記第3の領域のゲート電極とを絶縁する前記第3の領域のゲート絶縁層と、前記第3の領域のゲート絶縁層とは異なる位置で前記第3の領域の半導体層と接する第3絶縁層と、を備え、前記第2絶縁層を構成する組成物と前記第3絶縁層を構成する組成物とは、互いに異なる、ことを特徴とする。 Further, in the above invention, the semiconductor device according to the present invention further includes a third region in which two or more semiconductor elements are arranged on the base material, and the semiconductor elements in the third region are arranged in the third region. a source electrode in the third region, a drain electrode in the third region, a gate electrode in the third region, and a third region in contact with the source electrode in the third region and the drain electrode in the third region. a semiconductor layer in the third region, and a gate insulating layer in the third region that insulates the semiconductor layer in the third region and the gate electrode in the third region, and a gate insulating layer in the third region at a different position. and a third insulating layer in contact with the semiconductor layer in the third region, wherein the composition forming the second insulating layer and the composition forming the third insulating layer are different from each other. shall be.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第2絶縁層は、前記第1の領域において、長短を有する形状となるように複数配置され、複数の前記第2絶縁層の長尺方向は、各々、互いに同一の方向である、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, a plurality of the second insulating layers are arranged in a shape having long and short lengths in the first region, and a plurality of the second insulating layers have long and short lengths. The ulnar directions are each in the same direction.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第2絶縁層および前記第3絶縁層は、各々、長短を有する形状となるように配置され、前記第2絶縁層の長尺方向と前記第3絶縁層の長尺方向とは、互いに同一の方向である、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the second insulating layer and the third insulating layer are each arranged to have a long and short shape, and the second insulating layer is arranged in a longitudinal direction of the second insulating layer. and the longitudinal direction of the third insulating layer are the same direction.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記基材上の半導体層が、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラフェン、ナノダイヤモンドの中から選ばれるいずれか1種類以上の半導体材料を含有する、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the semiconductor layer on the base material is made of one or more semiconductor materials selected from carbon nanotubes, carbon nanocoils, fullerenes, graphene, and nanodiamonds. It is characterized by containing.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記基材上の半導体層が、カーボンナノチューブを含有する、ことを特徴とする。 Moreover, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the semiconductor layer on the base material contains carbon nanotubes.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第2絶縁層が、窒素原子およびリン原子の中から選ばれるいずれか1種以上を有する電子供与性化合物を含有する、ことを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the second insulating layer contains an electron-donating compound having at least one selected from nitrogen atoms and phosphorus atoms. shall be.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタのしきい値電圧の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in threshold voltage of the transistor. It is characterized by:

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタの導電型の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in conductivity type of the transistor. , is characterized by.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、周囲温度に対する電気伝導性の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in electrical conductivity with respect to ambient temperature. It is characterized by:

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、周囲湿度に対する電気伝導性の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in electrical conductivity with respect to ambient humidity. It is characterized by:

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、入射光波長に対する電気伝導性の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to the wavelength of incident light. It is characterized by being different.

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、入射光量に対する電気伝導性の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in electrical conductivity with respect to the amount of incident light. It is characterized by:

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、酸素量に対する電気伝導性の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in electrical conductivity with respect to the amount of oxygen. It is characterized by:

また、本発明に係る半導体装置は、上記の発明において、前記第3の領域の半導体素子の電気伝導性は、前記第3絶縁層により、前記第2の領域の半導体素子の電気伝導性と相異し、前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタの導電型の違いであり、前記第3の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタのしきい値電圧の違いである、ことを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the electrical conductivity of the semiconductor element in the third region is compatible with the electrical conductivity of the semiconductor element in the second region due to the third insulating layer. However, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is the difference in conductivity type of the transistor, and the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the third region and the semiconductor element in the second region The difference in electrical conductivity between the second region and the semiconductor element is the difference in threshold voltage of the transistor.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の発明のいずれか一つに記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記第2絶縁層を形成するための組成物を、前記第1の領域の半導体素子の2個以上にわたって連続するように塗布する塗布工程を含む、ことを特徴とする。 Further, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing the semiconductor device according to any one of the above inventions, comprising: a composition for forming the second insulating layer; The method is characterized in that it includes a coating step of continuously coating two or more semiconductor elements in the first region.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の発明において、前記塗布工程は、インクジェット方式、ノズル塗布方式、スクリーン印刷方式、オフセット印刷方式、またはドロップキャスト塗布方式のいずれか1種によって前記組成物を塗布し、前記第2絶縁層を形成する、ことを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the coating step is performed by any one of an inkjet method, a nozzle coating method, a screen printing method, an offset printing method, or a drop cast coating method. The second insulating layer is formed by applying a composition.

また、本発明に係る無線通信装置は、上記の発明のいずれか一つに記載の半導体装置を備える、ことを特徴とする。 Further, a wireless communication device according to the present invention is characterized in that it includes the semiconductor device according to any one of the above inventions.

また、本発明に係るセンサー制御装置は、上記の発明のいずれか一つに記載の半導体装置を備える、ことを特徴とする。 Further, a sensor control device according to the present invention is characterized in that it includes the semiconductor device according to any one of the above inventions.

本発明によれば、相補型回路のチップ面積が小さく、しかも、製造プロセスに要する時間も短縮可能なことから、製造コストの増大を抑制して安価かつ小型な半導体装置を提供することが可能となる。また、本発明によれば、このような半導体装置を用いた無線通信装置およびセンサー制御装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the chip area of the complementary circuit is small and the time required for the manufacturing process can be shortened, it is possible to suppress an increase in manufacturing costs and provide an inexpensive and compact semiconductor device. Become. Further, according to the present invention, it is possible to provide a wireless communication device and a sensor control device using such a semiconductor device.

図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、図1に示す半導体装置のA-B線断面の構成例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device shown in FIG. 1 taken along the line AB. 図3は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置を適用したチャージポンプ回路の一構成例を示す模式回路図である。FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of a charge pump circuit to which a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied. 図5は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態5に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態6に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention. 図9は、本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. 図10は、本発明に係る半導体装置を備えた無線通信装置の一構成例を示す模式ブロック図である。FIG. 10 is a schematic block diagram showing a configuration example of a wireless communication device including a semiconductor device according to the present invention. 図11は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を備えたリングオシレータの一構成例を示す模式平面図である。FIG. 11 is a schematic plan view showing a configuration example of a ring oscillator including a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 図12は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を備えた分周回路の一構成例を示す模式平面図である。FIG. 12 is a schematic plan view showing a configuration example of a frequency dividing circuit including a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 図13Aは、本発明に対する比較例に係る半導体装置の一構成例を示す模式平面図である。FIG. 13A is a schematic plan view showing a configuration example of a semiconductor device according to a comparative example with respect to the present invention. 図13Bは、本発明の実施例3に係る半導体装置の一構成例を示す模式平面図である。FIG. 13B is a schematic plan view showing a configuration example of a semiconductor device according to Example 3 of the present invention. 図14は、従来技術における半導体装置を例示する模式平面図である。FIG. 14 is a schematic plan view illustrating a conventional semiconductor device.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る半導体装置、無線通信装置、センサー制御装置、および半導体装置の製造方法を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。なお、図面は模式的なものである。また、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments (hereinafter referred to as "embodiments") for implementing a semiconductor device, a wireless communication device, a sensor control device, and a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the drawings are schematic. Further, the present invention is not limited to the embodiments described below.

<半導体装置>
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図2は、図1に示す半導体装置のA-B線断面の構成例を示す概略断面図である。本発明の実施の形態1に係る半導体装置101は、基材上に、少なくとも、半導体素子が2個以上配置される第1の領域と、半導体素子が1個以上配置される第2の領域と、を含む半導体装置の一例である。本実施の形態1では、例えば図1に示すように、半導体装置101は、基材面における複数の領域として第1の領域110と第2の領域120とを含む基材100を備える。また、半導体装置101は、この基材100上のうち、第1の領域110に、第2絶縁層500が設けられたFET200を複数(図1では8個)備え、第2の領域120に、第2絶縁層500が設けられていないFET300を1個以上(図1では8個)備える。
<Semiconductor device>
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the semiconductor device shown in FIG. 1 taken along the line AB. The semiconductor device 101 according to Embodiment 1 of the present invention includes, on a base material, at least a first region in which two or more semiconductor elements are arranged, and a second region in which one or more semiconductor elements are arranged. , is an example of a semiconductor device including the following. In the first embodiment, for example, as shown in FIG. 1, a semiconductor device 101 includes a base material 100 including a first region 110 and a second region 120 as a plurality of regions on the surface of the base material. Further, the semiconductor device 101 includes a plurality of FETs 200 (eight in FIG. 1) provided with the second insulating layer 500 in the first region 110 on the base material 100, and in the second region 120, One or more FETs 300 (eight in FIG. 1) are provided without the second insulating layer 500.

詳細には、図1に示す半導体装置101において、基材100は、ポリエチレンテレフタレート(PET)等からなるフィルム基材である。この基材100の上には、第2絶縁層500によって覆われた状態のFET200が8個配置されている第1の領域110と、第2絶縁層500を有しない状態のFET300が8個配置されている第2の領域120とが存在する。第1の領域110と第2の領域120とは、基材100の基材面上における互いに異なる領域であり、例えば図1に示すように、互いに隣接している。第1の領域110のうち、少なくとも複数のFET200が形成されている部分には、図1に示すように、第2絶縁層500が、これら複数のFET200を覆うように設けられている。 Specifically, in the semiconductor device 101 shown in FIG. 1, the base material 100 is a film base material made of polyethylene terephthalate (PET) or the like. On this base material 100, a first region 110 in which eight FETs 200 covered with a second insulating layer 500 are arranged, and eight FETs 300 without a second insulating layer 500 are arranged. There is a second region 120 where the The first region 110 and the second region 120 are mutually different regions on the base material surface of the base material 100, and are adjacent to each other, as shown in FIG. 1, for example. As shown in FIG. 1, in a portion of the first region 110 where at least a plurality of FETs 200 are formed, a second insulating layer 500 is provided to cover the plurality of FETs 200.

FET200は、第1の領域110の半導体素子の一例であり、本実施の形態1では、n型特性を有するFET(n型FET)である。詳細には、図1、2に示すように、8個のFET200の各々は、第1の領域110のソース電極210と、第1の領域110のドレイン電極220と、第1の領域110のゲート電極230と、第1の領域110のゲート絶縁層250と、第1の領域110の半導体層270と、第2絶縁層500と、を基材100上に備える。ゲート絶縁層250は、ゲート電極230の少なくとも一部を覆い、これにより、半導体層270とゲート電極230とを電気的に絶縁する。半導体層270は、ソース電極210とドレイン電極220とに接する。本実施の形態1では、半導体層270は、ソース電極210およびドレイン電極220の双方に対し、少なくとも一部分において接する。第2絶縁層500は、8個のFET200の各々において、ゲート絶縁層250とは異なる位置で半導体層270と接する。 FET 200 is an example of a semiconductor element in first region 110, and in the first embodiment is an FET having n-type characteristics (n-type FET). In detail, as shown in FIGS. 1 and 2, each of the eight FETs 200 has a source electrode 210 in the first region 110, a drain electrode 220 in the first region 110, and a gate electrode in the first region 110. An electrode 230, a gate insulating layer 250 in the first region 110, a semiconductor layer 270 in the first region 110, and a second insulating layer 500 are provided on the base material 100. Gate insulating layer 250 covers at least a portion of gate electrode 230, thereby electrically insulating semiconductor layer 270 and gate electrode 230. The semiconductor layer 270 is in contact with the source electrode 210 and the drain electrode 220. In the first embodiment, the semiconductor layer 270 contacts both the source electrode 210 and the drain electrode 220 at least partially. The second insulating layer 500 contacts the semiconductor layer 270 at a different position from the gate insulating layer 250 in each of the eight FETs 200.

特に、本実施の形態1において、第2絶縁層500は、図1、2に示すように、第1の領域110のFET200の2個以上(図1では8個)にわたって連続して配置されている。このように第1の領域110に配置された状態の第2絶縁層500は、これら8個のFET200の全てについて、ゲート絶縁層250とは異なる位置で半導体層270と接し、これにより、FET200が本来有していたp型特性をn型特性に改質している。すなわち、第2絶縁層500を有するFET200は、n型特性を有している。 In particular, in the first embodiment, the second insulating layer 500 is arranged continuously over two or more (eight in FIG. 1) of the FETs 200 in the first region 110, as shown in FIGS. There is. The second insulating layer 500 disposed in the first region 110 is in contact with the semiconductor layer 270 at a position different from the gate insulating layer 250 for all eight FETs 200, so that the FET 200 The original p-type characteristics are modified to n-type characteristics. That is, the FET 200 having the second insulating layer 500 has n-type characteristics.

FET300は、第2の領域120の半導体素子の一例であり、本実施の形態1では、p型特性を有するFET(p型FET)である。詳細には、図1、2に示すように、8個のFET300の各々は、第2の領域120のソース電極310と、第2の領域120のドレイン電極320と、第2の領域120のゲート電極330と、第2の領域120のゲート絶縁層350と、第2の領域120の半導体層370と、を基材100上に備える。ゲート絶縁層350は、ゲート電極330の少なくとも一部を覆い、これにより、半導体層370とゲート電極330とを電気的に絶縁する。半導体層370は、ソース電極310とドレイン電極320とに接する。本実施の形態1では、半導体層370は、ソース電極310およびドレイン電極320の双方に対し、少なくとも一部分において接する。 FET 300 is an example of a semiconductor element in second region 120, and in the first embodiment is a FET having p-type characteristics (p-type FET). In detail, as shown in FIGS. 1 and 2, each of the eight FETs 300 has a source electrode 310 in the second region 120, a drain electrode 320 in the second region 120, and a gate electrode in the second region 120. An electrode 330, a gate insulating layer 350 in the second region 120, and a semiconductor layer 370 in the second region 120 are provided on the base material 100. Gate insulating layer 350 covers at least a portion of gate electrode 330, thereby electrically insulating semiconductor layer 370 and gate electrode 330. The semiconductor layer 370 is in contact with the source electrode 310 and the drain electrode 320. In the first embodiment, the semiconductor layer 370 is in contact with both the source electrode 310 and the drain electrode 320 at least in part.

また、本実施の形態1における各FET200、300の電気伝導性に着目すると、第1の領域110のFET200の電気伝導性は、第2絶縁層500により、第2の領域120のFET300の電気伝導性と相異する。具体的には、第1の領域110のFET200はn型特性を有し、第2の領域120のFET300はp型特性を有している。すなわち、第1の領域110のFET200と第2の領域120のFET300との電気伝導性の相異は、トランジスタの導電型の違いである。 Furthermore, focusing on the electrical conductivity of each FET 200 and 300 in the first embodiment, the electrical conductivity of FET 200 in the first region 110 is lowered by the electrical conductivity of FET 300 in the second region 120 due to the second insulating layer 500. different from gender. Specifically, FET 200 in first region 110 has n-type characteristics, and FET 300 in second region 120 has p-type characteristics. That is, the difference in electrical conductivity between the FET 200 in the first region 110 and the FET 300 in the second region 120 is the difference in conductivity type of the transistors.

本発明において、半導体装置101に含まれるn型のFET200およびp型のFET300の各配置数は、上述した8個に限られるものではない。第1の領域110に形成されるn型のFET200の配置数は2個以上であればよいし、第2の領域120に形成されるp型のFET300の配置数は1個以上であればよい。また、第1の領域110における複数のFET200の配置は、図1に例示される2行4列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。これら複数のFET200の配置が複数行および複数列の配置である場合、1つの行に含まれるFETの数は1個以上であってもよいし、1つの列に含まれるFETの数は1個以上であってもよい。好ましくは、1つの行に含まれるFETの数は複数個であり、且つ、1つの列に含まれるFETの数は複数個である。これと同様に、第2の領域120における複数のFET300の配置は、図1に例示される2行4列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。 In the present invention, the number of n-type FETs 200 and p-type FETs 300 included in the semiconductor device 101 is not limited to eight as described above. The number of n-type FETs 200 formed in the first region 110 may be two or more, and the number of p-type FETs 300 formed in the second region 120 may be one or more. . Further, the arrangement of the plurality of FETs 200 in the first region 110 is not limited to the arrangement of two rows and four columns illustrated in FIG. 1, but may be arranged in one or more rows and one or more columns. A multi-row arrangement is preferred. When these multiple FETs 200 are arranged in multiple rows and multiple columns, the number of FETs included in one row may be one or more, and the number of FETs included in one column is one. It may be more than that. Preferably, the number of FETs included in one row is plural, and the number of FETs included in one column is preferably plural. Similarly, the arrangement of the plurality of FETs 300 in the second region 120 is not limited to the 2 rows and 4 columns illustrated in FIG. 1, but may be arranged in one or more rows and one or more columns. A multi-row and multi-column arrangement is preferred.

また、n型のFET200の1個に含まれるソース電極210、ドレイン電極220およびゲート電極230の数は、それぞれ1つ以上であればよい。同様に、p型のFET300の1個に含まれるソース電極310、ドレイン電極320およびゲート電極330は、それぞれ1つ以上であればよい。 Furthermore, the number of source electrodes 210, drain electrodes 220, and gate electrodes 230 included in one n-type FET 200 may be one or more. Similarly, each of the source electrode 310, drain electrode 320, and gate electrode 330 included in one p-type FET 300 may be one or more.

n型のFET200のソース電極210と、p型のFET300のソース電極310とは、互いに同一の材料および同一のプロセスによって形成されることが好ましい。また、同様に、n型のFET200のドレイン電極220とp型のFET300のドレイン電極320、n型のFET200のゲート電極230とp型のFET300のゲート電極330、n型のFET200のゲート絶縁層250とp型のFET300のゲート絶縁層350、および、n型のFET200の半導体層270とp型のFET300の半導体層370は、それぞれ、互いに同一の材料および同一のプロセスによって形成されることが好ましい。ただし、これらの各電極および各層を形成するための材料およびプロセスは、必ずしも、上記のように同一にする必要はない。所望の特性が得られる限りにおいては、これらの材料およびプロセスは特に限定しない。 It is preferable that the source electrode 210 of the n-type FET 200 and the source electrode 310 of the p-type FET 300 be formed using the same material and the same process. Similarly, the drain electrode 220 of the n-type FET 200 and the drain electrode 320 of the p-type FET 300, the gate electrode 230 of the n-type FET 200 and the gate electrode 330 of the p-type FET 300, and the gate insulating layer 250 of the n-type FET 200 It is preferable that the gate insulating layer 350 of the p-type FET 300, the semiconductor layer 270 of the n-type FET 200, and the semiconductor layer 370 of the p-type FET 300 be formed using the same material and the same process. However, the materials and processes for forming each of these electrodes and each layer do not necessarily need to be the same as described above. These materials and processes are not particularly limited as long as desired characteristics can be obtained.

本実施の形態1では、上述したように、第1の領域110の半導体素子としてn型のFET200が例示され、第2の領域120の半導体素子としてp型のFET300が例示されている。すなわち、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異がトランジスタの導電型の違いである場合を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。第1の領域110の半導体素子は、第2の領域120の半導体素子とは異なる電気伝導性を有していればよい。例えば、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子とが共にn型FETであっても、これらの半導体素子の間で電気伝導性の違い(例えばトランジスタのしきい値電圧の違い)が存在すれば、その導電型は問わない。 In the first embodiment, as described above, the n-type FET 200 is exemplified as the semiconductor element in the first region 110, and the p-type FET 300 is exemplified as the semiconductor element in the second region 120. That is, although the case has been exemplified in which the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is a difference in conductivity type of the transistor, the present invention is not limited to this. It's not something you can do. The semiconductor element in the first region 110 may have electrical conductivity different from that of the semiconductor element in the second region 120. For example, even if the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 are both n-type FETs, there may be a difference in electrical conductivity between these semiconductor elements (for example, a threshold voltage of a transistor). If there is a difference in conductivity, the conductivity type does not matter.

本実施の形態1では、基材100上に複数形成される半導体素子のドレイン電極、ソース電極、およびゲート電極について、配線による物理的な接続が省略されている。しかし、各ドレイン電極220、320、各ソース電極210、310、および各ゲート電極230、330については、これらの各々が、配線を介して所望の接続先に電気的に接続されている。これにより、基材100上の複数の半導体素子を用いた回路が形成されることとなる。 In the first embodiment, physical connections using wiring are omitted for drain electrodes, source electrodes, and gate electrodes of a plurality of semiconductor elements formed on the base material 100. However, each drain electrode 220, 320, each source electrode 210, 310, and each gate electrode 230, 330 is electrically connected to a desired connection destination via wiring. As a result, a circuit using a plurality of semiconductor elements on the base material 100 is formed.

本実施の形態1では、第2絶縁層500が第1の領域110におけるFET200の2個以上にわたって連続して配置されるため、互いに電気伝導性が同一の半導体素子(例えばn型のFET200)を第1の領域110内にまとめて配置することが可能となる。それにより、第1の領域110を占める半導体素子の大きさと第2の領域120を占める半導体素子の大きさとを、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁層および半導体層の加工プロセスの最小寸法、もしくはそれに準じる程度まで減少させることができる。その結果、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子とを備える回路(例えば相補型回路)のチップ面積を増大させることなく、これらの半導体素子を、互いに異なる電気伝導性を有する半導体素子にして効率良く形成することが可能となる。 In the first embodiment, since the second insulating layer 500 is continuously arranged over two or more FETs 200 in the first region 110, semiconductor elements having the same electrical conductivity (for example, n-type FETs 200) are connected to each other. It becomes possible to arrange them all in the first area 110. Thereby, the size of the semiconductor element occupying the first region 110 and the size of the semiconductor element occupying the second region 120 are set to the minimum dimensions of the processing process of the source electrode, drain electrode, gate electrode, gate insulating layer, and semiconductor layer. , or can be reduced to a similar extent. As a result, without increasing the chip area of a circuit (for example, a complementary circuit) including the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120, these semiconductor elements can be made to have different electrical conductivity. It becomes possible to efficiently form a semiconductor element having the following characteristics.

ゲート電極230、330、ソース電極210、310およびドレイン電極220、320に用いられる電極材料は、一般的に電極として使用されうる導電材料であれば、いかなるものでもよい。例えば、電極材料として、酸化錫インジウム(ITO)、金、銀、銅、アルミニウム、ポリシリコン、導電性ポリマー、炭素材料などが挙げられる。これらの電極材料は、単独で用いてもよいし、複数の電極材料を積層または混合して用いてもよい。 The electrode material used for the gate electrodes 230, 330, the source electrodes 210, 310, and the drain electrodes 220, 320 may be any conductive material that can be generally used as an electrode. Examples of electrode materials include indium tin oxide (ITO), gold, silver, copper, aluminum, polysilicon, conductive polymers, and carbon materials. These electrode materials may be used alone, or a plurality of electrode materials may be stacked or mixed.

また、本実施の形態1では、基材100としてPETからなるフィルム基材を例示したが、基材100は、上記フィルム基材に限定されず、少なくとも電極系が配置される面が絶縁されている基材であれば、いかなる材質のものでもよい。例えば、基材100の材料として、シリコンウエハ、ガラス、ポリイミド、セラミックスなどが挙げられる。また、基材100は、複数の材料が積層されたものであってもよい。 Further, in the first embodiment, a film base material made of PET is illustrated as the base material 100, but the base material 100 is not limited to the above film base material, and at least the surface on which the electrode system is arranged is insulated. Any base material may be used as long as it is compatible with the base material. For example, examples of the material of the base material 100 include silicon wafer, glass, polyimide, and ceramics. Further, the base material 100 may be made of a plurality of laminated materials.

ゲート絶縁層250、350については、所望の絶縁性が得られる限りにおいて、その材料は特に限定されない。例えば、ゲート絶縁層250、350の材料として、酸化シリコン、アルミナ、酸化ハフニウム、ポリイミドなどが挙げられる。また、ゲート絶縁層250、350は、基材100上の第1の領域110および第2の領域120にわたって一体形成されていたが、これに限定されず、ゲート電極と半導体層とを電気的に絶縁する態様で半導体素子毎に形成されていもよい。 The material of the gate insulating layers 250 and 350 is not particularly limited as long as the desired insulation properties can be obtained. For example, materials for the gate insulating layers 250 and 350 include silicon oxide, alumina, hafnium oxide, polyimide, and the like. Further, although the gate insulating layers 250 and 350 are integrally formed over the first region 110 and the second region 120 on the base material 100, the gate electrode and the semiconductor layer are electrically connected to each other. It may be formed for each semiconductor element in an insulating manner.

半導体層270、370については、所望の電気伝導性を得られる限りにおいて、その材料および形成方法は特に限定されない。例えば、半導体層270、370の材料として、シリコンナノワイヤ、IGZO等の酸化物半導体材料、Cu-Sn-I系等のアモルファス半導体材料、有機半導体、カーボン材料等が挙げられる。これらの材料は、キャリア移動度の高い材料であることから、好ましく用いられる。また、これらの材料は、低コストで簡便な塗布プロセスを適用できるという観点から、好ましい。 Regarding the semiconductor layers 270 and 370, the material and formation method thereof are not particularly limited as long as desired electrical conductivity can be obtained. For example, materials for the semiconductor layers 270 and 370 include silicon nanowires, oxide semiconductor materials such as IGZO, amorphous semiconductor materials such as Cu-Sn-I, organic semiconductors, carbon materials, and the like. These materials are preferably used because they have high carrier mobility. Further, these materials are preferable from the viewpoint that a simple coating process can be applied at low cost.

有機半導体としては、具体的には、ポリチオフェン類、チオフェンユニットを主鎖中に含む化合物、ポリピロール類、ポリアニリン類、ポリアセチレン類、ポリジアセチレン類、ポリカルバゾール類、ポリフラン類、含窒素芳香環を構成単位とするポリヘテロアリール類、縮合多環芳香族化合物、複素芳香族化合物、芳香族アミン誘導体、ビスカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、ジスチリルベンゼン誘導体、アミノスチリル誘導体、芳香族アセチレン誘導体、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、有機色素などが挙げられる。これらの有機半導体は、単独で用いてもよいし、2種類以上を含有して用いてもよい。 Examples of organic semiconductors include polythiophenes, compounds containing a thiophene unit in the main chain, polypyrroles, polyanilines, polyacetylenes, polydiacetylenes, polycarbazoles, polyfurans, and nitrogen-containing aromatic rings as constitutional units. Polyheteroaryls, fused polycyclic aromatic compounds, heteroaromatic compounds, aromatic amine derivatives, biscarbazole derivatives, pyrazoline derivatives, stilbene compounds, hydrazone compounds, metal phthalocyanines, metal porphyrins, distyrylbenzene Examples include derivatives, aminostyryl derivatives, aromatic acetylene derivatives, fused ring tetracarboxylic acid diimides, and organic dyes. These organic semiconductors may be used alone or in combination of two or more types.

上述のように例示した有機半導体のうち、ポリチオフェン類としては、例えば、ポリ-3-ヘキシルチオフェン、ポリベンゾチオフェンなどが挙げられる。チオフェンユニットを主鎖中に含む化合物としては、例えば、ポリ(2,5-ビス(2-チエニル)-3,6-ジペンタデシルチエノ[3,2-b]チオフェン)、ポリ(4,8-ジヘキシル-2,6-ビス(3-ヘキシルチオフェン-2-イル)ベンゾ[1,2-b:4,5-b’]ジチオフェン)、ポリ(4-オクチル-2-(3-オクチルチオフェン-2-イル)チアゾール)、ポリ(5,5’-ビス(4-オクチルチアゾール-2-イル)-2,2’-ビチオフェン)などが挙げられる。ポリ(p-フェニレンビニレン)類としては、例えば、ポリ(p-フェニレンビニレン)などが挙げられる。ポリフラン類としては、例えば、ポリフラン、ポリベンゾフランなどが挙げられる。含窒素芳香環を構成単位とするポリヘテロアリール類としては、例えば、ピリジン、キノリン、フェナントロリン、オキサゾール、オキサジアゾールなどが挙げられる。縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、ピレン、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ルブレンなどが挙げられる。複素芳香族化合物としては、例えば、フラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、ピリジン、キノリン、フェナントロリン、オキサゾール、オキサジアゾールなどが挙げられる。芳香族アミン誘導体としては、例えば、4,4’-ビス(N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル等が挙げられる。ビスカルバゾール誘導体としては、例えば、ビス(N-アリルカルバゾール)又はビス(N-アルキルカルバゾール)などが挙げられる。金属フタロシアニン類としては、例えば、銅フタロシアニンなどが挙げられる。金属ポルフィリン類としては、例えば、銅ポルフィリンなどが挙げられる。縮合環テトラカルボン酸ジイミド類としては、例えば、ナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸ジイミド、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸ジイミドなどが挙げられる。有機色素としては、例えば、メロシアニン、フェノキサジン、ローダミンなどが挙げられる。 Among the organic semiconductors exemplified above, examples of polythiophenes include poly-3-hexylthiophene and polybenzothiophene. Examples of compounds containing a thiophene unit in the main chain include poly(2,5-bis(2-thienyl)-3,6-dipentadecylthieno[3,2-b]thiophene), poly(4,8 -dihexyl-2,6-bis(3-hexylthiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene), poly(4-octyl-2-(3-octylthiophene-) 2-yl)thiazole), poly(5,5'-bis(4-octylthiazol-2-yl)-2,2'-bithiophene), and the like. Examples of poly(p-phenylene vinylene) include poly(p-phenylene vinylene). Examples of polyfurans include polyfuran and polybenzofuran. Examples of polyheteroaryls having a nitrogen-containing aromatic ring as a constituent unit include pyridine, quinoline, phenanthroline, oxazole, and oxadiazole. Examples of the fused polycyclic aromatic compound include anthracene, pyrene, naphthacene, pentacene, hexacene, and rubrene. Examples of the heteroaromatic compound include furan, thiophene, benzothiophene, dibenzofuran, pyridine, quinoline, phenanthroline, oxazole, oxadiazole, and the like. Examples of aromatic amine derivatives include 4,4'-bis(N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino)biphenyl. Examples of biscarbazole derivatives include bis(N-allylcarbazole) and bis(N-alkylcarbazole). Examples of metal phthalocyanines include copper phthalocyanine. Examples of metal porphyrins include copper porphyrin. Examples of the fused ring tetracarboxylic diimides include naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic diimide and perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide. Examples of organic dyes include merocyanine, phenoxazine, and rhodamine.

また、カーボン材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラフェン、ナノダイヤモンドなどが挙げられる。本実施の形態1に係る半導体装置101において、基材100上の半導体層270、370は、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラフェン、ナノダイヤモンドの中から選ばれるいずれか1種類以上の半導体材料を含有することが好ましい。これらの半導体材料(カーボン材料)は、2種類以上を含有して用いてもよい。半導体層270、370の材料をカーボン材料とすることは、高キャリア移動度に由来する高い電気的特性を実現し、且つ塗布による形成が容易となるから、より好ましい。特に、基材100上の半導体層270、370は、カーボン材料として、カーボンナノチューブ(CNT)を含有することが好ましい。半導体層270、370に含まれるCNTとしては、表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したCNTが、一層好ましい。 Further, carbon materials include carbon nanotubes, carbon nanocoils, fullerenes, graphene, nanodiamonds, and the like. In the semiconductor device 101 according to the first embodiment, the semiconductor layers 270 and 370 on the base material 100 are made of one or more semiconductor materials selected from carbon nanotubes, carbon nanocoils, fullerenes, graphene, and nanodiamonds. It is preferable to contain. These semiconductor materials (carbon materials) may be used in combination of two or more types. It is more preferable to use a carbon material as the material for the semiconductor layers 270 and 370, since this achieves high electrical characteristics due to high carrier mobility and facilitates formation by coating. In particular, it is preferable that the semiconductor layers 270 and 370 on the base material 100 contain carbon nanotubes (CNT) as the carbon material. As the CNTs included in the semiconductor layers 270 and 370, CNTs having a conjugated polymer attached to at least a portion of their surfaces are more preferable.

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のうち、いずれが用いられてもよい。これらの単層CNT、2層CNTおよび多層CNTのうち、2種以上が用いられてもよい。中でも、半導体の特性を示すという観点から、CNTとしては、単層CNTを用いることが好ましい。特に、単層CNTは、半導体型単層CNTを90重量%以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、単層CNTが半導体型単層CNTを95重量%以上含むことである。 CNTs include single-walled CNTs in which one carbon film (graphene sheet) is wound into a cylindrical shape, two-walled CNTs in which two graphene sheets are wound in a concentric circle, and multiple graphene sheets in a concentric circle. Any of the multilayered CNTs wound around the wafer may be used. Two or more types of these single-walled CNTs, double-walled CNTs, and multi-walled CNTs may be used. Among these, from the viewpoint of exhibiting semiconductor characteristics, it is preferable to use single-layer CNTs as the CNTs. In particular, it is more preferable that the single-walled CNTs contain 90% by weight or more of semiconductor-type single-walled CNTs. More preferably, the single-walled CNTs contain 95% by weight or more of semiconductor-type single-walled CNTs.

半導体型単層CNTの含有比率は、可視-近赤外吸収スペクトルの吸収面積比により算出できる。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の方法により得ることができる。 The content ratio of semiconducting single-walled CNTs can be calculated from the absorption area ratio of visible-near infrared absorption spectra. CNTs can be obtained by methods such as an arc discharge method, a chemical vapor deposition method (CVD method), and a laser ablation method.

一方、第2絶縁層500について、その材料は、絶縁性の材料であればよく、特に限定されない。第2絶縁層500に含まれる樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、オレフィンポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリイミド、ポリカーボネート、ビニルアルコール系樹脂、フェノール系樹脂などがあげられる。 On the other hand, the material of the second insulating layer 500 is not particularly limited as long as it is an insulating material. Examples of the resin contained in the second insulating layer 500 include acrylic resin, methacrylic resin, olefin polymer, cycloolefin polymer, polystyrene, polysiloxane, polyimide, polycarbonate, vinyl alcohol resin, and phenol resin.

また、第2絶縁層500の形状、大きさ、形成方法は、第1の領域110の半導体素子(例えば図1に示すFET200)の複数にわたって連続して配置されている限りにおいて、特に限定されない。例えば、第2絶縁層500の形状としては、基材100の面直方向から見た平面視で、円形、楕円形、六角形、正方形、長方形、角丸長方形、菱形、台形、凸型、半導体素子と同等の幅を有した線形状や、これらの複合形状等が挙げられる。これらの形状は、点状に形成された複数の樹脂が互いに接触して一体化した状態にある絶縁層の形状であってもよい。第2絶縁層500が複数個の半導体素子に跨った線形状であることは、以下に示す第1~第3の観点から、より好ましい。第1の観点は、第2絶縁層500の膜厚や線幅が安定するという観点である。第2の観点は、第2絶縁層500の組成的に均質な膜を形成できることで特性のバラつきを抑えられるという観点である。第3の観点は、個々の半導体素子それぞれを覆う複数の絶縁層を、これら複数の絶縁層同士の間に所望のスペースをあけた状態となるよう配置する場合に比べ、第1の領域110における複数の半導体素子をもれなく覆うために第2絶縁層500に必要とされるオーバーラップ量やそのマージンを低減できるという観点である。更に、第2絶縁層500が複数列および複数行に配置(配列)された半導体素子を面状に覆った面形状であることは、第2絶縁層500の縦横両方向の膜厚を平滑にしやすいという観点および上記第1~第3の観点から、特に好ましい。第2絶縁層500が上記面形状である場合、この面形状の第2絶縁層500に覆われる半導体素子は、上述したFET200について例示したように、複数行および複数列をなすように複数個配置されることが好ましい。これら複数の半導体素子の配置(複数行および複数列の配置)において、1つの行または1つの列に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよいが、特に、上記第3の観点から、1つの行に含まれる半導体素子の数および1つの列に含まれる半導体素子の数は、双方とも複数個であることが好ましい。 Further, the shape, size, and formation method of the second insulating layer 500 are not particularly limited as long as the second insulating layer 500 is continuously arranged over a plurality of semiconductor elements (for example, the FET 200 shown in FIG. 1) in the first region 110. For example, the shape of the second insulating layer 500 may be circular, oval, hexagonal, square, rectangular, rounded rectangle, diamond, trapezoid, convex, semiconductor, etc. Examples include a linear shape having a width equivalent to that of the element, a composite shape thereof, and the like. These shapes may be the shape of an insulating layer in which a plurality of dot-shaped resins are in contact with each other and integrated. It is more preferable that the second insulating layer 500 has a linear shape extending over a plurality of semiconductor elements from the first to third viewpoints described below. The first viewpoint is that the film thickness and line width of the second insulating layer 500 are stabilized. The second viewpoint is that variations in characteristics can be suppressed by forming a compositionally homogeneous film of the second insulating layer 500. The third viewpoint is that compared to the case where a plurality of insulating layers covering each individual semiconductor element are arranged with a desired space between them, This is from the viewpoint that the amount of overlap required for the second insulating layer 500 and its margin can be reduced in order to completely cover a plurality of semiconductor elements. Furthermore, since the second insulating layer 500 has a planar shape that covers the semiconductor elements arranged (arrayed) in multiple columns and multiple rows, the thickness of the second insulating layer 500 in both vertical and horizontal directions can be easily smoothed. It is particularly preferable from this viewpoint and from the above-mentioned first to third viewpoints. When the second insulating layer 500 has the above-described planar shape, a plurality of semiconductor elements covered by the second insulating layer 500 having the planar shape are arranged in multiple rows and columns, as illustrated for the FET 200 described above. It is preferable that In the arrangement of these plurality of semiconductor elements (arrangement of multiple rows and multiple columns), the number of semiconductor elements included in one row or one column may be one or more, but in particular, the third aspect above Therefore, it is preferable that the number of semiconductor elements included in one row and the number of semiconductor elements included in one column are both plural.

第2絶縁層500は、半導体層270に対して電気的な伝導性を担う電子や正孔といったキャリアを供給する役割を果たすために、炭素原子と窒素原子と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く、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。しかし、第2絶縁層500に含まれる有機化合物は、これらに限定されるものではない。 The second insulating layer 500 contains an organic compound containing a bond between carbon atoms and nitrogen atoms in order to supply carriers such as electrons and holes that are responsible for electrical conductivity to the semiconductor layer 270. It is preferable. Such an organic compound may be any organic compound, and examples thereof include amide compounds, imide compounds, urea compounds, amine compounds, imine compounds, aniline compounds, and nitrile compounds. However, the organic compounds contained in the second insulating layer 500 are not limited to these.

特に、第2絶縁層500は、窒素原子およびリン原子の中から選ばれるいずれか1種以上を有する電子供与性化合物を含有することが好ましい。第2絶縁層500が電子供与性化合物を含有することで、FET200の本来の導電型(p型)をn型化するために必要な第2絶縁層500の電子供与材料としての機能がより大きくなる。電子供与性化合物としては、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が好ましい。 In particular, the second insulating layer 500 preferably contains an electron-donating compound having at least one selected from nitrogen atoms and phosphorus atoms. Since the second insulating layer 500 contains an electron-donating compound, the function of the second insulating layer 500 as an electron-donating material necessary for changing the original conductivity type (p-type) of the FET 200 to an n-type becomes greater. Become. As the electron donating compound, any organic compound may be used, but for example, amide compounds, imide compounds, urea compounds, amine compounds, imine compounds, aniline compounds, nitrile compounds, etc. are preferable.

また、第2絶縁層500には、半導体素子周囲の環境に対する特性変化の度合いを調整する役割を担わせることも可能である。そのため、本発明の実施の形態1に係る半導体装置101を、外部環境の変化を検知するセンサーなどとして利用する場合には、第2絶縁層500に上記のような性質が備わっていることがより好ましい。 Further, the second insulating layer 500 can also play a role in adjusting the degree of change in characteristics with respect to the environment around the semiconductor element. Therefore, when the semiconductor device 101 according to the first embodiment of the present invention is used as a sensor for detecting changes in the external environment, it is preferable that the second insulating layer 500 has the above properties. preferable.

例えば、第2絶縁層500の有無により、半導体装置101の複数の半導体素子に周囲温度による電気伝導性の違いを持たせた場合、半導体装置101の基材100上には、周囲温度に対して異なる電気伝導性を有する2種以上の半導体素子(例えば第1の領域110のFET200および第2の領域120のFET300の2種類)が存在することになる。この場合、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異は、周囲温度に対する電気伝導性の違いである。この構成により、半導体装置101は、周囲温度の検出や、特定温度域でのみ動作する回路を形成することが可能になるなど、より機能性に優れた回路の実現に寄与することができる。 For example, if the plurality of semiconductor elements of the semiconductor device 101 are made to have different electrical conductivity depending on the ambient temperature due to the presence or absence of the second insulating layer 500, the There will be two or more types of semiconductor elements (for example, two types of FET 200 in the first region 110 and FET 300 in the second region 120) having different electrical conductivity. In this case, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is a difference in electrical conductivity with respect to ambient temperature. With this configuration, the semiconductor device 101 can contribute to realizing a circuit with more excellent functionality, such as detecting ambient temperature and forming a circuit that operates only in a specific temperature range.

また、第2絶縁層500の有無により、半導体装置101の複数の半導体素子に周囲湿度による電気伝導性の違いを持たせた場合、半導体装置101の基材100上には、周囲湿度に対して異なる電気伝導性を有する2種以上の半導体素子が存在することになる。この場合、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異は、周囲湿度に対する電気伝導性の違いである。この構成により、半導体装置101は、周囲湿度の検出や、特定湿度でのみ動作する回路の実現に寄与することができる。 Further, when the plurality of semiconductor elements of the semiconductor device 101 are made to have different electrical conductivity depending on the ambient humidity due to the presence or absence of the second insulating layer 500, there is a There will be two or more types of semiconductor elements with different electrical conductivity. In this case, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is a difference in electrical conductivity with respect to ambient humidity. With this configuration, the semiconductor device 101 can contribute to detecting ambient humidity and realizing a circuit that operates only at a specific humidity.

また、第2絶縁層500の有無により、半導体装置101の複数の半導体素子に外部からの入射光波長による電気伝導性の違いを持たせた場合、半導体装置101の基材100上には、入射光波長に対して異なる電気伝導性を有する2種以上の半導体素子が存在することになる。この場合、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異は、入射光波長に対する電気伝導性の違いである。また、第2絶縁層500の有無により、半導体装置101の複数の半導体素子に外部からの入射光量による電気伝導性の違いを持たせた場合、半導体装置101の基材100上には、入射光量に対して異なる電気伝導性を有する2種以上の半導体素子が存在することになる。この場合、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異は、入射光量に対する電気伝導性の違いである。上記のような入射光波長に対する電気伝導性の違いを有する2種以上の半導体素子を備えた半導体装置101と、上記のような入射光量に対する電気伝導性の違いを有する2種以上の半導体素子を備えた半導体装置101とを組み合わせることにより、外部から入射する光の種類や強さなどに応じて動作や機能が変化する回路を実現することができる。この結果、例えば、イメージセンサーなどの撮像素子や、紫外線の検出素子など、多岐にわたるアプリケーションへの適用が可能な回路を提供することができる。 Further, when the plurality of semiconductor elements of the semiconductor device 101 are made to have different electrical conductivity depending on the wavelength of externally incident light due to the presence or absence of the second insulating layer 500, There will be two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivity with respect to the wavelength of light. In this case, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is a difference in electrical conductivity with respect to the wavelength of incident light. Further, when the plurality of semiconductor elements of the semiconductor device 101 are made to have different electrical conductivity depending on the amount of incident light from the outside due to the presence or absence of the second insulating layer 500, the amount of incident light on the base material 100 of the semiconductor device 101 is There will be two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivities relative to each other. In this case, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is the difference in electrical conductivity with respect to the amount of incident light. A semiconductor device 101 including two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivities with respect to the wavelength of incident light as described above, and two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivities with respect to the amount of incident light as described above. By combining the above semiconductor device 101, it is possible to realize a circuit whose operation and function change depending on the type and intensity of light incident from the outside. As a result, it is possible to provide a circuit that can be applied to a wide variety of applications, such as imaging devices such as image sensors and ultraviolet detection devices.

さらに、第2絶縁層500の有無により、半導体装置101の複数の半導体素子に外部からの酸素量による電気伝導性の違いを持たせた場合、半導体装置101の基材100上には、酸素量に対して異なる電気伝導性を有する2種以上の半導体素子が存在することになる。この場合、第1の領域110の半導体素子と第2の領域120の半導体素子との電気伝導性の相異は、酸素量に対する電気伝導性の違いである。この構成により、半導体装置101は、酸素を検出するセンサーとしての利用も可能となるなど、多岐にわたる機能を実現することができる。 Furthermore, when the plurality of semiconductor elements of the semiconductor device 101 are made to have different electrical conductivity depending on the amount of oxygen applied from the outside by the presence or absence of the second insulating layer 500, the amount of oxygen on the base material 100 of the semiconductor device 101 is There will be two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivities relative to each other. In this case, the difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region 110 and the semiconductor element in the second region 120 is the difference in electrical conductivity with respect to the amount of oxygen. With this configuration, the semiconductor device 101 can realize a wide variety of functions, such as being able to be used as a sensor for detecting oxygen.

また、本実施の形態1におけるFET200、300の構造は、図2に示したように、ゲート電極が半導体層の下側(基材側)に配置される、いわゆるボトムゲート構造である。しかし、本実施の形態1におけるFET200、300の構造は、これに限定されるものではなく、例えば、ゲート電極が半導体層の上側(基材と反対側)に配置される、いわゆるトップゲート構造であってもよい。 Further, the structure of the FETs 200 and 300 in the first embodiment is a so-called bottom gate structure in which the gate electrode is arranged below the semiconductor layer (on the base material side), as shown in FIG. However, the structure of the FETs 200 and 300 in the first embodiment is not limited to this, and may be, for example, a so-called top gate structure in which the gate electrode is placed above the semiconductor layer (on the opposite side to the base material). There may be.

また、本実施の形態1において、n型のFET200のチャネル部分の縦構造は、下側から上側に向かって、基材100、ゲート電極230、ゲート絶縁層250、半導体層270および第2絶縁層500がこの順に並ぶ構造である。しかし、n型のFET200のチャネル部分の縦構造は、これに限定されず、下側から上側に向かって、ゲート電極230、ゲート絶縁層250、半導体層270、第2絶縁層500および基材100がこの順に並ぶ構造であってもよい。これと同様に、p型のFET300のチャネル部分の縦構造は、下側から上側に向かって基材100、ゲート電極330、ゲート絶縁層350および半導体層370がこの順に並ぶ構造であるが、これに限定されず、下側から上側に向かってゲート電極330、ゲート絶縁層350、半導体層370および基材100がこの順に並ぶ構造であってもよい。 Further, in the first embodiment, the vertical structure of the channel portion of the n-type FET 200 includes, from the bottom to the top, the base material 100, the gate electrode 230, the gate insulating layer 250, the semiconductor layer 270, and the second insulating layer. 500 are arranged in this order. However, the vertical structure of the channel portion of the n-type FET 200 is not limited to this, and from the bottom to the top, the gate electrode 230, the gate insulating layer 250, the semiconductor layer 270, the second insulating layer 500, and the base material 100. may be arranged in this order. Similarly, the vertical structure of the channel portion of the p-type FET 300 is such that the base material 100, gate electrode 330, gate insulating layer 350, and semiconductor layer 370 are arranged in this order from the bottom to the top. However, the structure is not limited to this, and the gate electrode 330, gate insulating layer 350, semiconductor layer 370, and base material 100 may be arranged in this order from the bottom to the top.

また、これらFET200、300のチャネル部分の横構造は、図2に示したように、右側から左側に向かって、ソース電極、半導体層およびドレイン電極がこの順に並ぶ構造である。しかし、これらのソース電極およびドレイン電極には対称性があることから、当該チャネル部分の横構造は、左右が逆の構造であってもよい。 Further, the lateral structure of the channel portion of these FETs 200 and 300 is such that a source electrode, a semiconductor layer, and a drain electrode are arranged in this order from the right side to the left side, as shown in FIG. However, since these source and drain electrodes have symmetry, the lateral structure of the channel portion may have the right and left sides reversed.

(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図3に示すように、本実施の形態2に係る半導体装置102は、基材100上に、上述した実施の形態1における第1の領域110に代えて第1の領域111を含み、この第1の領域111および第2の領域120に加えて、さらに、第3の領域130を含む。第1の領域111は、基材100の面上において第2の領域120および第3の領域130と連続する領域(図3では、これらの双方と隣接する領域)であること以外、実施の形態1における第1の領域110と同じである。本実施の形態2において、第1の領域111には、2個以上の半導体素子の一例として、4個のFET201が配置されている。これらのFET201は、各々、実施の形態1における第2絶縁層500と同様の第2絶縁層510を備える。これらのFET201の各々は、実施の形態1における第1の領域110のFET200と同様のトランジスタ構造を有し、第2絶縁層510により、上述のFET200と同様の電気伝導性(例えばn型特性)を有する。第2絶縁層510は、第1の領域111の半導体素子の2個以上(図3では4個のFET201)にわたって連続して配置される。その他の構成は実施の形態1と同じであり、同一構成部分には同一符号が付されている。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 3, a semiconductor device 102 according to the second embodiment includes a first region 111 on a base material 100 in place of the first region 110 in the first embodiment described above. In addition to the first region 111 and the second region 120, the third region 130 is further included. The first region 111 is a region continuous with the second region 120 and the third region 130 on the surface of the base material 100 (in FIG. 3, a region adjacent to both of them). This is the same as the first region 110 in No. 1. In the second embodiment, four FETs 201 are arranged in the first region 111 as an example of two or more semiconductor elements. These FETs 201 each include a second insulating layer 510 similar to the second insulating layer 500 in the first embodiment. Each of these FETs 201 has the same transistor structure as the FET 200 in the first region 110 in the first embodiment, and has the same electrical conductivity (for example, n-type characteristics) as the above-described FET 200 due to the second insulating layer 510. has. The second insulating layer 510 is continuously arranged over two or more semiconductor elements (four FETs 201 in FIG. 3) in the first region 111. The other configurations are the same as those in Embodiment 1, and the same components are given the same reference numerals.

図3に示すように、第3の領域130は、基材100上における複数の領域のうち、第1の領域111および第2の領域120以外の領域であって、半導体素子が2個以上配置される領域の一例である。本実施の形態2において、第3の領域130には、2個以上の半導体素子の一例として、4個のFET202が配置されている。これらのFET202の各々は、第3の領域130の半導体素子の一例である。特に図示しないが、これらのFET202の各々は、第3の領域130のソース電極と、第3の領域130のドレイン電極と、第3の領域130のゲート電極と、第3の領域130の半導体層と、第3の領域130のゲート絶縁層と、第3絶縁層520とを備える。第3の領域130の半導体層は、第3の領域130のソース電極と第3の領域130のドレイン電極とに接する半導体層である。第3の領域130のゲート絶縁層は、第3の領域130の半導体層と第3の領域130のゲート電極とを絶縁する層である。第3の領域における、これらのソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、半導体層およびゲート絶縁層は、各々、第1の領域111および第2の領域120におけるース電極、ドレイン電極、ゲート電極、半導体層およびゲート絶縁層と同様である。第3の領域130のFET202のトランジスタ構造は、第3絶縁層520を備えること以外、第1の領域111のFET201と同様である。 As shown in FIG. 3, the third region 130 is a region other than the first region 111 and the second region 120 among the plurality of regions on the base material 100, in which two or more semiconductor elements are arranged. This is an example of an area where In the second embodiment, four FETs 202 are arranged in the third region 130 as an example of two or more semiconductor elements. Each of these FETs 202 is an example of a semiconductor element in the third region 130. Although not particularly illustrated, each of these FETs 202 includes a source electrode in the third region 130, a drain electrode in the third region 130, a gate electrode in the third region 130, and a semiconductor layer in the third region 130. , a gate insulating layer in the third region 130 , and a third insulating layer 520 . The semiconductor layer of the third region 130 is a semiconductor layer that is in contact with the source electrode of the third region 130 and the drain electrode of the third region 130. The gate insulating layer of the third region 130 is a layer that insulates the semiconductor layer of the third region 130 and the gate electrode of the third region 130. These source electrodes, drain electrodes, gate electrodes, semiconductor layers, and gate insulating layers in the third region are the source electrodes, drain electrodes, gate electrodes, and gate electrodes in the first region 111 and the second region 120, respectively. This is similar to the semiconductor layer and the gate insulating layer. The transistor structure of the FET 202 in the third region 130 is similar to the FET 201 in the first region 111 except that it includes the third insulating layer 520.

第3絶縁層520は、第3の領域130のゲート絶縁層とは異なる位置で第3の領域130の半導体層と接する絶縁層であり、第3の領域130の半導体素子の2個以上にわたって連続して配置される。本実施の形態2では、図3に示すように、第3絶縁層520は、4個のFET202を覆う態様で、これらのFET202にわたって連続して配置されている。上述の第2絶縁層510を構成する組成物と、この第3絶縁層520を構成する組成物とは、互いに異なる。 The third insulating layer 520 is an insulating layer that contacts the semiconductor layer of the third region 130 at a position different from the gate insulating layer of the third region 130, and is continuous over two or more of the semiconductor elements of the third region 130. will be placed. In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the third insulating layer 520 is disposed continuously over the four FETs 202 so as to cover them. The composition forming the second insulating layer 510 described above and the composition forming the third insulating layer 520 are different from each other.

本発明において、「第2絶縁層を構成する組成物と第3絶縁層を構成する組成物とが互いに異なる」とは、これら第2絶縁層および第3絶縁層の各層を構成する化合物が異なるということをいう。例えば、当該「各層を構成する化合物が異なる」ことの一例として、例えば、当該各層同士で絶縁層を構成する樹脂が互いに異なる場合や、当該各層同士で、絶縁層を構成する樹脂は同じであるが、別途含まれる有機化合物や電子供与性化合物などの添加物が異なる場合が挙げられる。 In the present invention, "the composition constituting the second insulating layer and the composition constituting the third insulating layer are different from each other" means that the compounds constituting each layer of the second insulating layer and the third insulating layer are different from each other. That means. For example, as an example of the case where the "compounds constituting each layer are different", for example, the resin constituting the insulating layer in each layer is different from each other, or the resin constituting the insulating layer is the same in each layer. However, additives such as organic compounds and electron-donating compounds that are separately included may be different.

第2絶縁層510は、実施の形態1で述べた第2絶縁層の好適例(例えば図1に示す第2絶縁層500)と同じく、第1の領域111のFET201の半導体層に対して電気的な伝導性を担う電子や正孔といったキャリアを供給する役割を実現できる限りにおいて、特に材料や形成方法を限定するものではない。 As with the preferred example of the second insulating layer described in Embodiment 1 (for example, the second insulating layer 500 shown in FIG. 1), the second insulating layer 510 is electrically connected to the semiconductor layer of the FET 201 in the first region 111. There are no particular limitations on the material or formation method as long as it can fulfill the role of supplying carriers such as electrons and holes that play a role in conductivity.

第3絶縁層520も、実施の形態1で述べた第2絶縁層の好適例と同じく、第3の領域130のFET202の半導体層に対して電気的な伝導性を担う電子や正孔といったキャリアを供給する役割を実現できることが好ましい。すなわち、第3の領域130のFET202は、第3絶縁層520によって所望の電気伝導性を有することが好ましい。例えば、第3の領域130のFET202の電気伝導性は、第3絶縁層520により、第1の領域111のFET201の電気伝導性および第2の領域120のFET300の電気伝導性の双方と相異し得る。この場合の具体例を挙げると、第1の領域111のFET201と第2の領域120のFET300との電気伝導性の相異は、トランジスタの電動型の違いであり、且つ、第3の領域130のFET202と第2の領域120のFET300との電気伝導性の相異は、トランジスタのしきい値電圧の違いである。 Similarly to the preferred example of the second insulating layer described in Embodiment 1, the third insulating layer 520 also contains carriers such as electrons and holes that are responsible for electrical conductivity with respect to the semiconductor layer of the FET 202 in the third region 130. It is preferable to be able to fulfill the role of supplying. That is, the FET 202 in the third region 130 preferably has desired electrical conductivity due to the third insulating layer 520. For example, the electrical conductivity of FET 202 in third region 130 is different from both the electrical conductivity of FET 201 in first region 111 and the electrical conductivity of FET 300 in second region 120 due to third insulating layer 520. It is possible. To give a specific example in this case, the difference in electrical conductivity between the FET 201 in the first region 111 and the FET 300 in the second region 120 is due to the difference in the electric type of the transistor, and The difference in electrical conductivity between the FET 202 in the second region 120 and the FET 300 in the second region 120 is a difference in threshold voltage of the transistors.

ただし、第3絶縁層520は、第3の領域130のFET202の電気伝導性を、第1の領域111に配置されるFET201および第2の領域120に配置されるFET300とは異なる電気伝導性に変化させるものに限定されない。例えば、第3絶縁層520は、第3の領域130を挟むようにして配置される配線間の絶縁性を高める役割や、製造プロセスにおける加工容易性や機械的強度等を向上させる役割を担うものとすることもできる。このとき、例えば、第1の領域111のFET201と第3の領域130のFET202とが、ともにn型特性を有するFET(n型FET)であってもよい。 However, the third insulating layer 520 makes the electrical conductivity of the FET 202 in the third region 130 different from that of the FET 201 arranged in the first region 111 and the FET 300 arranged in the second region 120. It is not limited to things that change. For example, the third insulating layer 520 plays a role of increasing the insulation between wirings arranged so as to sandwich the third region 130, and a role of improving processability, mechanical strength, etc. in the manufacturing process. You can also do that. At this time, for example, both the FET 201 in the first region 111 and the FET 202 in the third region 130 may be FETs having n-type characteristics (n-type FETs).

上記の如き構成とすることにより、本実施の形態2に係る半導体装置102では、少なくとも、第1の領域111に配置されたFET201と第3の領域130に配置されたFET202とに、互いに異なる電気伝導性を持たせることが可能となる。例えば、第1の領域111のFET201と、第2の領域120のFET300と、第3の領域130のFET202とは、互いに異なる電気伝導性を有することができる。この結果、より複雑な回路を、半導体装置102の過度な面積の増大を招くことなく基材100上に形成することが可能となる。具体的には、第2絶縁層510および第3絶縁層520は、互いに異なる組成を有し、第1の領域111におけるFET201の半導体層と第3の領域130におけるFET202の半導体層とに対して、互いに異なる電気伝導性を各々供与することとなる。これにより、例えば、これらのFET201とFET202との間にしきい値電圧の変化をもたらすことが可能となる。すなわち、第1の領域111のFET201と第3の領域130のFET202との電気伝導性の相異は、互いに導電型が相異するか否かによらず、トランジスタのしきい値電圧の違いとすることができる。この結果、半導体装置102のより複雑な回路の実現が、基材100の面積の大幅な増加なく可能となる。 With the above configuration, in the semiconductor device 102 according to the second embodiment, at least the FET 201 disposed in the first region 111 and the FET 202 disposed in the third region 130 have different electric currents. It becomes possible to provide conductivity. For example, the FET 201 in the first region 111, the FET 300 in the second region 120, and the FET 202 in the third region 130 can have different electrical conductivities. As a result, a more complex circuit can be formed on the base material 100 without excessively increasing the area of the semiconductor device 102. Specifically, the second insulating layer 510 and the third insulating layer 520 have different compositions from each other, and have different compositions than the semiconductor layer of the FET 201 in the first region 111 and the semiconductor layer of the FET 202 in the third region 130. , each providing a different electrical conductivity. This makes it possible, for example, to bring about a change in threshold voltage between these FETs 201 and 202. That is, the difference in electrical conductivity between the FET 201 in the first region 111 and the FET 202 in the third region 130 is due to the difference in threshold voltage of the transistors, regardless of whether their conductivity types are different from each other. can do. As a result, it is possible to realize a more complicated circuit of the semiconductor device 102 without significantly increasing the area of the base material 100.

図4は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置を適用したチャージポンプ回路の一構成例を示す模式回路図である。本実施の形態2では、例えば、半導体装置102等を用いることにより、図4に示すようなチャージポンプ回路を構成することができる。このチャージポンプ回路は、図4に示すように、複数(例えば2個)のインバータ600と、クロック発生回路601と、複数(例えば2個)のFET602と、コンデンサ603とを備える。これらのインバータ600の各々は、半導体装置102における第1の領域111のFET201(n型FET)と第2の領域120のFET300(p型FET)とを配線接続して組み合わせることによって構成される。クロック発生回路601は、これらのFET201およびFET300を配線接続して複数個組み合わせることによって構成される。また、複数のFET602は、半導体装置102における第3の領域130のFET202を配線接続して複数個組み合わせることによって構成される。図4に示すチャージポンプ回路は、上記のように半導体装置102を用いて構成される複数のインバータ600、クロック発生回路601および複数のFET602と、コンデンサ603とを配線接続することによって構成される。 FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of a charge pump circuit to which a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention is applied. In the second embodiment, for example, by using the semiconductor device 102 and the like, a charge pump circuit as shown in FIG. 4 can be configured. As shown in FIG. 4, this charge pump circuit includes a plurality (for example, two) of inverters 600, a clock generation circuit 601, a plurality of (for example, two) FETs 602, and a capacitor 603. Each of these inverters 600 is configured by wiring-connecting and combining FET 201 (n-type FET) in first region 111 and FET 300 (p-type FET) in second region 120 in semiconductor device 102 . The clock generation circuit 601 is configured by combining a plurality of these FETs 201 and 300 by wiring them. Further, the plurality of FETs 602 are configured by connecting a plurality of FETs 202 in the third region 130 of the semiconductor device 102 by wiring and combining them. The charge pump circuit shown in FIG. 4 is configured by wiring-connecting a capacitor 603 to a plurality of inverters 600, a clock generation circuit 601, and a plurality of FETs 602 that are configured using the semiconductor device 102 as described above.

一般的に、コンデンサ603を用いたチャージポンプ回路と言われる電圧の昇圧回路では、可能な限り低いしきい値電圧であるFET602が必要である。これに対して、このチャージポンプ回路を制御するための回路、例えば、クロック発生回路601(発振回路)の内部回路やインバータ600などでは、これらを構成するトランジスタ(具体的にはn型のFET201およびp型のFET300)のしきい値電圧を、通常のロジック回路で用いられるしきい値電圧(0.7V~1.2V程度)とすることが、半導体装置102の消費電流の観点から好ましい。したがって、このようなチャージポンプ回路には、少なくとも2種類のしきい値電圧をもつn型FETが必要となる。このような場合において、本実施の形態2における第1の領域111のFET201と第2の領域120のFET300と第3の領域130のFET202とを備えた半導体装置102を用いることにより、回路面積が小さいICチップを形成することができる。 Generally, in a voltage boosting circuit called a charge pump circuit using a capacitor 603, the FET 602 is required to have the lowest possible threshold voltage. On the other hand, in circuits for controlling this charge pump circuit, such as the internal circuit of the clock generation circuit 601 (oscillation circuit) and the inverter 600, the transistors (specifically, the n-type FET 201 and From the viewpoint of current consumption of the semiconductor device 102, it is preferable to set the threshold voltage of the p-type FET 300 to a threshold voltage (approximately 0.7 V to 1.2 V) used in a normal logic circuit. Therefore, such a charge pump circuit requires n-type FETs having at least two types of threshold voltages. In such a case, by using the semiconductor device 102 including the FET 201 in the first region 111, the FET 300 in the second region 120, and the FET 202 in the third region 130 in the second embodiment, the circuit area can be reduced. A small IC chip can be formed.

また、このチャージポンプ回路を形成する場合は、半導体装置102において、第1の領域111のFET201の半導体層と、第3の領域130のFET202の半導体層とに対し、各々、第2絶縁層510および第3絶縁層520によって互いに異なる電気伝導性を供与することとなる。具体的には、これらのFET201およびFET202は双方ともn型FETでありながら、チャージポンプ回路のFET602を構成するFET202のしきい値電圧は、インバータ600やクロック発生回路601に用いられるFET201のしきい値電圧よりも低いものとなる。 In addition, when forming this charge pump circuit, in the semiconductor device 102, the second insulating layer 510 is applied to the semiconductor layer of the FET 201 in the first region 111 and the semiconductor layer of the FET 202 in the third region 130, respectively. The third insulating layer 520 provides different electrical conductivity. Specifically, although these FET 201 and FET 202 are both n-type FETs, the threshold voltage of FET 202 that constitutes FET 602 of the charge pump circuit is the same as that of FET 201 used in inverter 600 and clock generation circuit 601. It will be lower than the value voltage.

更に、このチャージポンプ回路を形成する場合において、FET602は、必ずしもn型FETである必要はなく、例えば、しきい値電圧が可能な限り低いp型FETであってもよい。この場合、p型FETである第3の領域130のFET202の半導体層に対し、第3絶縁層520によって、p型FETである第2の領域120のFET300の半導体層とは異なる電気的特性を供与することとなる。具体的には、第1の領域111のFET201はn型FETであり、かつ第2の領域120のFET300および第3の領域130のFET202は、上記FET201とは異なるp型FETである。このようにFET300およびFET202は双方ともp型FETでありながら、チャージポンプ回路のFET602を構成するFET202のしきい値電圧は、インバータ600やクロック発生回路601に用いられるFET300のしきい値電圧よりも低いものとなる。 Furthermore, when forming this charge pump circuit, the FET 602 does not necessarily have to be an n-type FET, and may be, for example, a p-type FET whose threshold voltage is as low as possible. In this case, the third insulating layer 520 gives the semiconductor layer of the FET 202 in the third region 130, which is a p-type FET, different electrical characteristics from the semiconductor layer of the FET 300 in the second region 120, which is a p-type FET. It will be provided. Specifically, the FET 201 in the first region 111 is an n-type FET, and the FET 300 in the second region 120 and the FET 202 in the third region 130 are p-type FETs different from the FET 201 described above. Although FET 300 and FET 202 are both p-type FETs, the threshold voltage of FET 202 that constitutes FET 602 of the charge pump circuit is higher than that of FET 300 used in inverter 600 and clock generation circuit 601. It will be low.

なお、上述した実施の形態2では、基材上に第1~第3の領域を有する半導体装置を示したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明に係る半導体装置は、基材上に、上述した第2絶縁層および第3絶縁層とは組成の異なる絶縁層(2個以上の半導体素子を一括して覆う第4絶縁層や第5絶縁層等)が配置される第4の領域、第5の領域等の更なる領域を含む複数の領域を有していてもよい。また、第3の領域130における複数の半導体素子(例えばFET202)の配置は、図3に例示される2行2列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。これら複数の半導体素子の配置が複数行および複数列の配置である場合、1つの行に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよいし、1つの列に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよい。好ましくは、1つの行に含まれる半導体素子の数は複数個であり、且つ、1つの列に含まれる半導体素子の数は複数個である。第3の領域130における複数の半導体素子の配置を複数行および複数列の配置とすることが好ましい理由は、上述した実施の形態1において説明した第1の領域110における半導体素子の配置と同じである。また、上述した実施の形態2において詳しく説明しなかった事項であって、実施の形態1と共通する構成のものについては、実施の形態1と同一である。 Note that although the second embodiment described above shows a semiconductor device having the first to third regions on the base material, the present invention is not limited to this. The semiconductor device according to the present invention includes an insulating layer having a composition different from the second insulating layer and the third insulating layer described above (a fourth insulating layer or a fifth insulating layer that collectively covers two or more semiconductor elements) on the base material. It may have a plurality of regions including further regions such as a fourth region, a fifth region, etc., in which an insulating layer, etc.) are arranged. Further, the arrangement of the plurality of semiconductor elements (for example, FETs 202) in the third region 130 is not limited to the two rows and two columns illustrated in FIG. 3, but may be arranged in one or more rows and one or more columns. A multi-row and multi-column arrangement is often preferred. When these multiple semiconductor devices are arranged in multiple rows and multiple columns, the number of semiconductor devices included in one row may be one or more, and the number of semiconductor devices included in one column may be may be one or more. Preferably, the number of semiconductor elements included in one row is plural, and the number of semiconductor elements included in one column is preferably plural. The reason why it is preferable to arrange the plurality of semiconductor elements in the third region 130 in a plurality of rows and columns is the same as the arrangement of the semiconductor elements in the first region 110 described in the first embodiment. be. In addition, matters that were not explained in detail in the second embodiment described above and have the same configuration as the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図5に示すように、本実施の形態3に係る半導体装置103は、基材100における第2の領域120に配置されたFET300上にも、第2絶縁層550を備える。その他の構成は実施の形態2と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 5, the semiconductor device 103 according to the third embodiment also includes a second insulating layer 550 on the FET 300 disposed in the second region 120 of the base material 100. The other configurations are the same as in the second embodiment, and the same components are given the same reference numerals.

上述した実施の形態1、2では、第2の領域120に第2絶縁層550が存在する必要性は、特に説明していなかった。しかし、実施の形態1において図1に示す第2絶縁層500を例示して説明したように、第2絶縁層550は、半導体素子の電気伝導性を変化させる機能を有し、これに加えて、保護膜として周囲からのコンタミネーションやノイズ、環境変化から半導体素子を保護する機能を有する。そのため、第1の領域111におけるFET201と第2の領域120におけるFET300とが互いに異なる電気伝導性を有する限りにおいて、第1の領域111および第2の領域120の両方に第2絶縁層が存在してもよい。 In the first and second embodiments described above, the necessity for the second insulating layer 550 to exist in the second region 120 was not particularly explained. However, as described in Embodiment 1 by exemplifying the second insulating layer 500 shown in FIG. As a protective film, it has the function of protecting semiconductor elements from surrounding contamination, noise, and environmental changes. Therefore, as long as the FET 201 in the first region 111 and the FET 300 in the second region 120 have different electrical conductivities, the second insulating layer is present in both the first region 111 and the second region 120. It's okay.

例えば図5に示すように、基材100における第2の領域120には、第2絶縁層550が、第2の領域120に配置された1個以上(例えば8個)のFET300を覆うように設けられている。特に、第2の領域120に2個以上のFET300が配置される場合、第2絶縁層550は、これらのFET300の2個以上にわたって連続して配置される。このような第2絶縁層550は、第1の領域111の第2絶縁層510と同様に、第2の領域120のFET300のゲート絶縁層とは異なる位置で当該FET300の半導体層と接する。第2絶縁層550の材料は、第2の領域120のFET300の電気伝導性を第1の領域111のFET201の電気伝導性とは相異させる絶縁性の材料であれば、特に限定されない。 For example, as shown in FIG. 5, a second insulating layer 550 is provided in the second region 120 of the base material 100 so as to cover one or more (for example, eight) FETs 300 arranged in the second region 120. It is provided. In particular, when two or more FETs 300 are arranged in the second region 120, the second insulating layer 550 is continuously arranged over two or more of these FETs 300. Like the second insulating layer 510 in the first region 111, the second insulating layer 550 contacts the semiconductor layer of the FET 300 in the second region 120 at a different position from the gate insulating layer of the FET 300. The material of the second insulating layer 550 is not particularly limited as long as it is an insulating material that makes the electrical conductivity of the FET 300 in the second region 120 different from the electrical conductivity of the FET 201 in the first region 111.

本実施の形態3では、第1の領域111の第2絶縁層510に加えて第2の領域120の第2絶縁層550が設けられる基材100は、基材面が3つの領域に分けられるものであったが、本発明は、これに限定されるものではない。第2の領域120に第2絶縁層550が設けられる基材100は、上述した実施の形態1に示したように基材面が2つの領域に分けられるものであってもよいし、基材面が4つ以上の領域に分けられるものであってもよい。また、第2の領域120における半導体素子(例えばFET300)の配置は、図5に例示される2行4列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。第2の領域120における半導体素子の配置が複数行および複数列の配置である場合、1つの行に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよいし、1つの列に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよい。好ましくは、1つの行に含まれる半導体素子の数は複数個であり、且つ、1つの列に含まれる半導体素子の数は複数個である。第2の領域120における半導体素子の配置を複数行および複数列の配置とすることが好ましい理由は、上述した実施の形態1において説明した第1の領域110における半導体素子の配置と同じである。 In the third embodiment, the base material 100 on which the second insulating layer 510 in the first region 111 and the second insulating layer 550 in the second region 120 are provided has a base material surface divided into three regions. However, the present invention is not limited thereto. The base material 100 in which the second insulating layer 550 is provided in the second region 120 may have a base material surface divided into two regions as shown in the first embodiment described above, or The surface may be divided into four or more regions. Further, the arrangement of the semiconductor elements (for example, FET 300) in the second region 120 is not limited to the arrangement of two rows and four columns illustrated in FIG. 5, but may be arranged in one or more rows and one or more columns. A multi-row and multi-column arrangement is preferred. When the semiconductor elements in the second region 120 are arranged in multiple rows and columns, the number of semiconductor elements included in one row may be one or more, and the number of semiconductor elements included in one column may be The number of elements may be one or more. Preferably, the number of semiconductor elements included in one row is plural, and the number of semiconductor elements included in one column is preferably plural. The reason why it is preferable to arrange the semiconductor elements in the second region 120 in a plurality of rows and columns is the same as the arrangement of the semiconductor elements in the first region 110 described in the first embodiment described above.

(実施の形態4)
図6は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図6に示すように、本実施の形態6に係る半導体装置104は、基材100上にオーバーコート層560をさらに備える。オーバーコート層560は、第2絶縁層510、550および第3絶縁層520を覆うように、基材100上に設けられている。その他の構成は実施の形態3と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. As shown in FIG. 6, the semiconductor device 104 according to the sixth embodiment further includes an overcoat layer 560 on the base material 100. Overcoat layer 560 is provided on base material 100 so as to cover second insulating layers 510, 550 and third insulating layer 520. The other configurations are the same as those in Embodiment 3, and the same components are given the same reference numerals.

図6に示すように、オーバーコート層560は、半導体装置104の基材100上に配置され、第2絶縁層510、550および第3絶縁層520とともに基材100上の半導体素子(第1の領域111のFET201、第2の領域120のFET300および第3の領域130のFET202)を覆う。これにより、オーバーコート層560は、これらの第2絶縁層510、550および第3絶縁層520と基材100上の半導体素子とを外部から保護することができる。このようにオーバーコート層560を半導体装置104の基材100上に配置することは、当該半導体素子の電気的特性の劣化抑制、コンタミネーションからの保護などの観点から好ましい。 As shown in FIG. 6, the overcoat layer 560 is disposed on the base material 100 of the semiconductor device 104, and is arranged on the semiconductor element (first The FET 201 in the region 111, the FET 300 in the second region 120, and the FET 202 in the third region 130 are covered. Thereby, overcoat layer 560 can protect these second insulating layers 510, 550 and third insulating layer 520, and the semiconductor element on base material 100 from the outside. It is preferable to arrange the overcoat layer 560 on the base material 100 of the semiconductor device 104 in this way from the viewpoint of suppressing deterioration of the electrical characteristics of the semiconductor element, protecting it from contamination, and the like.

なお、半導体装置104は、例えば、オーバーコート層560のみではなく、オーバーコート層560とは異なる組成を有する絶縁層をさらに備え、当該絶縁層を用いて基材100上の各半導体素子の電気伝導性を調整してもよい。基材100上の各半導体素子が所望の電気伝導性を有する限りにおいては、当該絶縁層の層数は特に限定されない。 Note that the semiconductor device 104 further includes, for example, not only the overcoat layer 560 but also an insulating layer having a composition different from that of the overcoat layer 560, and uses the insulating layer to improve electrical conduction of each semiconductor element on the base material 100. Gender may be adjusted. As long as each semiconductor element on the base material 100 has desired electrical conductivity, the number of the insulating layers is not particularly limited.

また、本実施の形態4では、基材100上の3つの領域に各々設けられた第2絶縁層510、550および第3絶縁層520を覆う態様のオーバーコート層560を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、オーバーコート層560は、実施の形態1に係る半導体装置101の第2絶縁層500およびFET200と第2の領域120のFET300とを覆うものであってもよいし、実施の形態2に係る半導体装置102の第2絶縁層510およびFET201と第2の領域120のFET300と第3絶縁層520およびFET202とを覆うものであってもよい。あるいは、オーバーコート層560は、基材100上の4つ以上に分けられる各領域の半導体素子およびその上の絶縁層を適宜覆うものであってもよい。 Furthermore, in the fourth embodiment, the overcoat layer 560 is exemplified to cover the second insulating layers 510, 550 and the third insulating layer 520 provided in three regions on the base material 100, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the overcoat layer 560 may cover the second insulating layer 500 and the FET 200 of the semiconductor device 101 according to the first embodiment and the FET 300 of the second region 120, or may cover the FET 300 of the second region 120. The second insulating layer 510 and FET 201 of the semiconductor device 102, the FET 300 of the second region 120, the third insulating layer 520, and the FET 202 may be covered. Alternatively, the overcoat layer 560 may suitably cover the semiconductor element in each region divided into four or more regions on the base material 100 and the insulating layer thereon.

(実施の形態5)
図7は、本発明の実施の形態5に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図7に示すように、本実施の形態5に係る半導体装置105は、基材100上に、上述した実施の形態1における第1の領域110に代えて第1の領域112を含み、第2の領域120に代えて第2の領域121を含む。また、半導体装置105は、第1の領域112に、上述した実施の形態1における2個以上のFET200に代えて2個以上のFET203、204を備え、第2絶縁層500に代えて2個以上のFET203を覆う第2絶縁層511と2個以上のFET204を覆う第2絶縁層512とを備える。また、半導体装置105は、第2の領域121に、上述した実施の形態1における1個以上のFET300に代えて1個以上のFET301を備える。その他の構成は実施の形態1と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention. As shown in FIG. 7, a semiconductor device 105 according to the fifth embodiment includes a first region 112 on a base material 100 instead of the first region 110 in the first embodiment described above, and a second region 112 in place of the first region 110 in the first embodiment described above. A second region 121 is included in place of the region 120 of FIG. Further, the semiconductor device 105 includes two or more FETs 203 and 204 in the first region 112 instead of the two or more FETs 200 in the first embodiment described above, and two or more FETs 203 and 204 instead of the second insulating layer 500. The second insulating layer 511 covers the FET 203 and the second insulating layer 512 covers the two or more FETs 204. Furthermore, the semiconductor device 105 includes one or more FETs 301 in the second region 121 instead of the one or more FETs 300 in the first embodiment described above. The other configurations are the same as those in Embodiment 1, and the same components are given the same reference numerals.

第1の領域112における2個以上のFET203、204の各々は、実施の形態1における第1の領域110のFET200と同様のトランジスタ構造を有する。FET203は、第2絶縁層511を備え、この第2絶縁層511により、上述のFET200と同様の電気伝導性(例えばn型特性)を有する。また、FET204は、第2絶縁層512を備え、この第2絶縁層512により、上記のFET203と同様の電気伝導性を有する。本実施の形態5では、図7に示すように、FET203は、長短を有する配置(例えば2行5列の配置)になるよう、第1の領域112に2個以上(例えば10個)形成されている。また、FET204は、長短を有する配置(例えば1行6列の配置)になるよう、第1の領域112に2個以上(例えば6個)形成されている。本発明において、長短を有する配置とは、基材上に配置される複数の半導体素子の行または列のうち、いずれか一方が他方に比べて長い(半導体素子の配置数が多い)態様の配置である。 Each of the two or more FETs 203 and 204 in the first region 112 has the same transistor structure as the FET 200 in the first region 110 in the first embodiment. The FET 203 includes a second insulating layer 511, and has the same electrical conductivity (for example, n-type characteristics) as the above-described FET 200 due to the second insulating layer 511. Further, the FET 204 includes a second insulating layer 512, and has the same electrical conductivity as the above-described FET 203 due to the second insulating layer 512. In the fifth embodiment, as shown in FIG. 7, two or more FETs 203 (for example, 10) are formed in the first region 112 so that the FETs 203 are arranged in a lengthwise manner (for example, an arrangement of 2 rows and 5 columns). ing. Further, two or more (for example, six) FETs 204 are formed in the first region 112 so that the FETs 204 are arranged in a lengthwise manner (for example, an arrangement of 1 row and 6 columns). In the present invention, an arrangement having long and short lengths refers to an arrangement in which one of a plurality of rows or columns of semiconductor elements arranged on a base material is longer than the other (the number of semiconductor elements arranged is larger). It is.

第2絶縁層511、512は、各々、実施の形態1における第2絶縁層500と同様の組成物によって構成される。すなわち、第2絶縁層511を構成する組成物と第2絶縁層512を構成する組成物とは、互いに同一である。一方、これらの第2絶縁層511と第2絶縁層512とは、第1の領域112内において、互いに接することなく、各々独立した領域に設けられている。 The second insulating layers 511 and 512 are each made of the same composition as the second insulating layer 500 in the first embodiment. That is, the composition forming the second insulating layer 511 and the composition forming the second insulating layer 512 are the same. On the other hand, the second insulating layer 511 and the second insulating layer 512 are provided in independent regions within the first region 112 without contacting each other.

また、第2絶縁層511は、第1の領域112における2個以上のFET203、204のうち、FET204とは配置の群が異なるFET203を一括して覆うように、FET203の2個以上(図7では10個)にわたって連続して配置される。一方、第2絶縁層512は、これらのFET203、204のうちFET204を一括して覆うように、FET204の2個以上(図7では6個)にわたって連続して配置される。本実施の形態5では、これらの第2絶縁層511、512は、基材100の面直方向から見た平面視で、角丸長方形の形状を有しているが、上述した実施の形態1~4における第2絶縁層と同様に、第2絶縁層511、512の形状は、特に角丸長方形に限定されるものではない。例えば、第2絶縁層511、512の形状としては、実施の形態1における第2絶縁層500の場合と同様に、楕円形、長方形、角丸長方形や、半導体素子の配置に応じた幅および長さを有する形状(例えば線形状)などが挙げられる。 In addition, the second insulating layer 511 covers two or more FETs 203 (FIG. 7 (10 pieces) are arranged consecutively. On the other hand, the second insulating layer 512 is continuously arranged over two or more FETs 204 (six in FIG. 7) so as to collectively cover the FETs 204 among these FETs 203 and 204. In the fifth embodiment, these second insulating layers 511 and 512 have a rectangular shape with rounded corners when viewed in plan from a direction perpendicular to the surface of the base material 100. Similar to the second insulating layer in .about.4, the shape of the second insulating layer 511, 512 is not particularly limited to a rectangular shape with rounded corners. For example, as in the case of the second insulating layer 500 in the first embodiment, the shape of the second insulating layers 511 and 512 may be an ellipse, a rectangle, a rectangle with rounded corners, or a width and length depending on the arrangement of semiconductor elements. For example, a shape having a shape (for example, a linear shape) can be mentioned.

また、本実施の形態5では、図7に示すように、第2絶縁層511、512が、第1の領域112において、長短を有する形状となるように複数(例えば2個)配置されている。すなわち、第2絶縁層511、512は、それぞれ、FET203、204の配置に応じて長尺方向および短尺方向を有する形状をなしている。複数の第2絶縁層511、512がそれぞれ長尺方向および短尺方向を有する形状である場合、これら複数の第2絶縁層511、512の長尺方向は、各々、互いに同一の方向であることが好ましい。特に、第2絶縁層511、512をノズル塗布法等により塗布形成する場合、第2絶縁層511、512の長尺方向が半導体装置105の製造時における基材100の搬送方向に対して平行となることが、製造タクト等の観点からより好ましい。また、第2絶縁層511、512をスクリーン印刷法等により塗布形成する場合、製造装置の設計容易性の観点から、第2絶縁層511、512の長尺方向が上記基材100の搬送方向に対して垂直方向となることが好ましい。 Further, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality (for example, two) of second insulating layers 511 and 512 are arranged in the first region 112 so as to have a shape with long and short lengths. . That is, the second insulating layers 511 and 512 each have a shape having a long direction and a short direction depending on the arrangement of the FETs 203 and 204, respectively. When the plurality of second insulating layers 511 and 512 each have a shape having a long direction and a short direction, the long directions of the plurality of second insulating layers 511 and 512 may be the same direction. preferable. In particular, when the second insulating layers 511 and 512 are formed by coating using a nozzle coating method or the like, the longitudinal direction of the second insulating layers 511 and 512 is parallel to the transport direction of the base material 100 during manufacturing of the semiconductor device 105. It is more preferable from the viewpoint of manufacturing tact and the like. In addition, when forming the second insulating layers 511 and 512 by coating using a screen printing method or the like, the longitudinal direction of the second insulating layers 511 and 512 is aligned with the transport direction of the base material 100 from the viewpoint of ease of designing the manufacturing apparatus. It is preferable that the direction is perpendicular to the direction.

上述した実施の形態5において詳しく説明しなかった事項であって、実施の形態1と共通する構成のものについては、実施の形態1と同一である。また、上述した実施の形態5では、2つの領域を含む基材100上のうちの第1の領域に複数の第2絶縁層が設けられているが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、複数の第2絶縁層は、実施の形態2~4に示されるように3つの領域を含む基材100のうちの第1の領域に、複数の第2絶縁層が設けられていてもよい。また、第1の領域に設けられる第2絶縁層の個数は、上述した2個に限定されず、3個以上であってもよい。また、第1の領域112における複数の半導体素子(例えばFET203、204)の配置は、図7に例示される2行5列または1行6列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。これら複数の半導体素子の配置が複数行および複数列の配置である場合、1つの行に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよいし、1つの列に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよい。好ましくは、1つの行に含まれる半導体素子の数は複数個であり、且つ、1つの列に含まれる半導体素子の数は複数個である。第1の領域112における複数の半導体素子の配置を複数行および複数列の配置とすることが好ましい理由は、上述した実施の形態1において説明した第1の領域110における半導体素子の配置と同じである。 Items that were not explained in detail in the above-described fifth embodiment and have common configurations with the first embodiment are the same as those in the first embodiment. Further, in the fifth embodiment described above, a plurality of second insulating layers are provided in the first region of the base material 100 including two regions, but the present invention is not limited to this. isn't it. In the present invention, the plurality of second insulating layers are provided in a first region of the base material 100 including three regions as shown in Embodiments 2 to 4. You can. Further, the number of second insulating layers provided in the first region is not limited to two as described above, and may be three or more. Further, the arrangement of the plurality of semiconductor elements (for example, FETs 203 and 204) in the first region 112 is not limited to the arrangement of 2 rows and 5 columns or 1 row and 6 columns illustrated in FIG. The above arrangement may be possible, and an arrangement of multiple rows and multiple columns is preferred. When these multiple semiconductor devices are arranged in multiple rows and multiple columns, the number of semiconductor devices included in one row may be one or more, and the number of semiconductor devices included in one column may be may be one or more. Preferably, the number of semiconductor elements included in one row is plural, and the number of semiconductor elements included in one column is preferably plural. The reason why it is preferable to arrange the plurality of semiconductor elements in the first region 112 in a plurality of rows and columns is the same as the arrangement of the semiconductor elements in the first region 110 described in the first embodiment. be.

(実施の形態6)
図8は、本発明の実施の形態6に係る半導体装置の一構成例を模式的に示す概略平面図である。図8に示すように、本実施の形態6に係る半導体装置106は、基材100上に、上述した実施の形態5における第1の領域112および第2の領域121に加え、さらに、第3の領域131を含む。第3の領域131は、基材100の面上において、第1の領域112および第2の領域121と連続する領域(図8では、第1の領域112と第2の領域121とに挟まれる態様で隣接する領域)である。本実施の形態6において、第3の領域131には、2個以上の半導体素子の一例として、6個のFET205が配置されている。これらのFET205は、各々、第3絶縁層521を備える。その他の構成は実施の形態5と同じであり、同一構成部分には同一符号が付されている。
(Embodiment 6)
FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing a configuration example of a semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in FIG. 8, the semiconductor device 106 according to the sixth embodiment has a third region on the base material 100, in addition to the first region 112 and the second region 121 in the fifth embodiment described above. area 131. The third region 131 is a region continuous with the first region 112 and the second region 121 on the surface of the base material 100 (in FIG. 8, it is a region sandwiched between the first region 112 and the second region 121 (adjacent areas). In the sixth embodiment, six FETs 205 are arranged in the third region 131 as an example of two or more semiconductor elements. These FETs 205 each include a third insulating layer 521. The other configurations are the same as in the fifth embodiment, and the same components are given the same reference numerals.

図8に示すように、第3の領域131は、基材100上における複数の領域のうち、第1の領域112および第2の領域121以外の領域であって、半導体素子が2個以上配置される領域の一例である。本実施の形態6において、第3の領域131には、2個以上の半導体素子の一例として、6個のFET205が配置されている。これらのFET205は、長短を有する配置(例えば1行6列の配置)になるように第3の領域131に形成されている。これらのFET205の各々は、第3の領域131の半導体素子の一例であり、第3絶縁層521を備えること以外、上述した実施の形態2における第3の領域130のFET202と同様のトランジスタ構造を有する。 As shown in FIG. 8, the third region 131 is a region other than the first region 112 and the second region 121 among the plurality of regions on the base material 100, in which two or more semiconductor elements are arranged. This is an example of an area where In the sixth embodiment, six FETs 205 are arranged in the third region 131 as an example of two or more semiconductor elements. These FETs 205 are formed in the third region 131 in an arrangement having lengths (for example, an arrangement of 1 row and 6 columns). Each of these FETs 205 is an example of a semiconductor element in the third region 131, and has the same transistor structure as the FET 202 in the third region 130 in the second embodiment described above, except that it includes the third insulating layer 521. have

第3絶縁層521は、第3の領域131においてFET205のゲート絶縁層とは異なる位置で当該FET205の半導体層と接する絶縁層であり、第3の領域131の半導体素子の2個以上にわたって連続して配置される。本実施の形態6では、図8に示すように、第3絶縁層521は、長短を有する配置で並ぶ6個のFET205を覆う態様で、これらのFET205にわたって連続して配置されている。この場合、第3絶縁層521は、図8に示すように、長短を有する形状(例えばFET205の配置に応じた幅および長さを有する線形状)をなしている。また、第1の領域112の第2絶縁層511を構成する組成物と、この第3絶縁層521を構成する組成物とは、互いに異なる。 The third insulating layer 521 is an insulating layer in contact with the semiconductor layer of the FET 205 at a position different from the gate insulating layer of the FET 205 in the third region 131, and is continuous over two or more semiconductor elements in the third region 131. will be placed. In the sixth embodiment, as shown in FIG. 8, the third insulating layer 521 is continuously arranged over six FETs 205 that are arranged in a long and short arrangement so as to cover the six FETs 205. In this case, the third insulating layer 521 has a shape having long and short lengths (for example, a linear shape having a width and length depending on the arrangement of the FETs 205), as shown in FIG. Further, the composition forming the second insulating layer 511 of the first region 112 and the composition forming the third insulating layer 521 are different from each other.

また、第3絶縁層521は、第3の領域131のFET205の半導体層に対して電気的な伝導性を担う電子や正孔といったキャリアを供給する役割を実現できることが好ましい。すなわち、第3の領域131のFET205は、第3絶縁層521によって所望の電気伝導性を有することが好ましい。例えば、第3の領域131のFET205は、第3絶縁層521により、第1の領域112のFET203と同じn型特性を有するとともに、第1の領域112のFET203と異なるしきい値電圧を有するn型FETである。第3絶縁層521は、上記のような機能を実現できる限りにおいて、その材料および形成方法が限定されるものではない。 Moreover, it is preferable that the third insulating layer 521 can realize the role of supplying carriers such as electrons and holes that are responsible for electrical conductivity to the semiconductor layer of the FET 205 in the third region 131. That is, it is preferable that the FET 205 in the third region 131 has desired electrical conductivity due to the third insulating layer 521. For example, the FET 205 in the third region 131 has the same n-type characteristics as the FET 203 in the first region 112 due to the third insulating layer 521, and has a different threshold voltage than the FET 203 in the first region 112. It is a type FET. The material and formation method of the third insulating layer 521 are not limited as long as the functions described above can be realized.

また、本実施の形態6において、第1の領域112の第2絶縁層511および第3の領域131の第3絶縁層521は、例えば図8に示すように、各々、長短を有する形状となるように配置されている。この場合、第2絶縁層511の長尺方向と第3絶縁層の長尺方向とは、互いに同一の方向であることが好ましい。特に、第2絶縁層511および第3絶縁層521をノズル塗布法等により塗布形成する場合、第2絶縁層511および第3絶縁層521の長尺方向が半導体装置106の製造時における基材100の搬送方向に対して平行となることが、製造タクト等の観点からより好ましい。また、第2絶縁層511および第3絶縁層521をスクリーン印刷法等により塗布形成する場合、製造装置の設計容易性の観点から、第2絶縁層511および第3絶縁層521の長尺方向が上記基材100の搬送方向に対して垂直方向となることが好ましい。 Further, in the sixth embodiment, the second insulating layer 511 of the first region 112 and the third insulating layer 521 of the third region 131 each have a shape with long and short lengths, as shown in FIG. 8, for example. It is arranged like this. In this case, the longitudinal direction of the second insulating layer 511 and the longitudinal direction of the third insulating layer are preferably the same direction. In particular, when the second insulating layer 511 and the third insulating layer 521 are formed by coating using a nozzle coating method or the like, the longitudinal direction of the second insulating layer 511 and the third insulating layer 521 is aligned with the base material 100 when the semiconductor device 106 is manufactured. It is more preferable from the viewpoint of manufacturing tact etc. to be parallel to the conveyance direction. In addition, when forming the second insulating layer 511 and the third insulating layer 521 by coating using a screen printing method or the like, the longitudinal direction of the second insulating layer 511 and the third insulating layer 521 is The direction is preferably perpendicular to the conveying direction of the base material 100.

上述した実施の形態6では、第1の領域112に1個の第2絶縁層511が設けられていたが、第1の領域112内での第2絶縁層511の個数は1個に限定されることはなく、複数個の第2絶縁層511が第1の領域112に設けられていてもよい。これと同様に、第3の領域131内での第3絶縁層521の個数も1個に限定されず、複数個の第3絶縁層521が第3の領域131に設けられていてもよい。また、上述した実施の形態2と同様に、本発明に係る半導体装置は、基材上に、上述した第2絶縁層および第3絶縁層とは組成の異なる絶縁層(2個以上の半導体素子を一括して覆う第4絶縁層や第5絶縁層等)が配置される第4の領域、第5の領域等の更なる領域を含む複数の領域を有していてもよい。第4の領域、第5の領域に関して第3の領域に共通する構成の事項については、第3の領域と同一である。 In the sixth embodiment described above, one second insulating layer 511 is provided in the first region 112, but the number of second insulating layers 511 in the first region 112 is limited to one. Instead, a plurality of second insulating layers 511 may be provided in the first region 112. Similarly, the number of third insulating layers 521 in the third region 131 is not limited to one, and a plurality of third insulating layers 521 may be provided in the third region 131. In addition, similar to the second embodiment described above, the semiconductor device according to the present invention includes an insulating layer having a composition different from the second insulating layer and the third insulating layer (two or more semiconductor elements) on the base material. It may have a plurality of regions, including further regions such as a fourth region and a fifth region, in which a fourth insulating layer, a fifth insulating layer, etc. that collectively cover the substrate are disposed. Regarding the fourth region and the fifth region, the configuration items common to the third region are the same as the third region.

また、第2絶縁層511および第3絶縁層521の各形状は、上述した実施の形態5で示した第2絶縁層の形状と同様、特に限定されるものではない。例えば、半導体装置106の基材100上に第2絶縁層511および第3絶縁層521が各々1個以上設けられ、これら第2絶縁層511および第3絶縁層521の各形状がそれぞれ長尺方向および短尺方向を有する形状である場合、半導体装置106における全ての第2絶縁層511および第3絶縁層521の長尺方向は、各々、互いに同一の方向であることが好ましい。 Furthermore, the shapes of the second insulating layer 511 and the third insulating layer 521 are not particularly limited, similar to the shape of the second insulating layer shown in the fifth embodiment described above. For example, one or more second insulating layers 511 and one or more third insulating layers 521 are provided on the base material 100 of the semiconductor device 106, and the shapes of the second insulating layers 511 and the third insulating layers 521 are different from each other in the longitudinal direction. In the case of a shape having a short direction, the long directions of all the second insulating layers 511 and third insulating layers 521 in the semiconductor device 106 are preferably the same direction.

また、第3の領域131における複数の半導体素子(例えばFET205)の配置は、図8に例示される1行6列の配置に限定されず、1行以上および1列以上の配置であってもよく、複数行および複数列の配置であることが好ましい。これら複数の半導体素子の配置が複数行および複数列の配置である場合、1つの行に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよいし、1つの列に含まれる半導体素子の数は1個以上であってもよい。好ましくは、1つの行に含まれる半導体素子の数は複数個であり、且つ、1つの列に含まれる半導体素子の数は複数個である。第3の領域131における複数の半導体素子の配置を複数行および複数列の配置とすることが好ましい理由は、上述した実施の形態1において説明した第1の領域110における半導体素子の配置と同じである。また、上述した実施の形態6において詳しく説明しなかった事項であって、実施の形態2および実施の形態5と共通する構成のものについては、実施の形態2および実施の形態5と同一である。 Further, the arrangement of the plurality of semiconductor elements (for example, FET 205) in the third region 131 is not limited to the arrangement of one row and six columns illustrated in FIG. 8, but may be arranged in one or more rows and one or more columns. A multi-row and multi-column arrangement is often preferred. When these multiple semiconductor devices are arranged in multiple rows and multiple columns, the number of semiconductor devices included in one row may be one or more, and the number of semiconductor devices included in one column may be may be one or more. Preferably, the number of semiconductor elements included in one row is plural, and the number of semiconductor elements included in one column is preferably plural. The reason why it is preferable to arrange the plurality of semiconductor elements in the third region 131 in a plurality of rows and columns is the same as the arrangement of the semiconductor elements in the first region 110 described in the first embodiment. be. In addition, matters not explained in detail in the above-mentioned sixth embodiment, which have the same configuration as the second embodiment and the fifth embodiment, are the same as the second embodiment and the fifth embodiment. .

<半導体装置の製造方法>
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。図9は、本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を示す模式断面図である。以下では、図1、2に示した実施の形態1に係る半導体装置101を製造する方法を例にして、本発明に係る半導体装置の製造方法を、図9を用いて詳細に説明する。
<Method for manufacturing semiconductor devices>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained in detail with reference to FIG. 9, taking as an example a method for manufacturing semiconductor device 101 according to the first embodiment shown in FIGS.

本発明に係る半導体装置の製造方法では、図9に示すように、まず、基材100上にゲート電極230、330を形成するゲート電極形成工程が行われる(工程ST1)。この工程ST1では、まず、PETフィルム等からなる基材100の基板面上に、ゲート電極230およびゲート電極330の元となる電極層(例えば金属層)を成膜する。つぎに、この成膜した電極層を、レジスト塗布、露光、現像およびエッチング等の処理を含むプロセス、いわゆるフォトリソグラフィプロセスを用いて、所望の形状に加工する。これにより、図9に示すように、基材100における第1の領域110にゲート電極230を形成し、且つ、基材100における第2の領域120にゲート電極330を形成する。なお、ゲート電極230およびゲート電極330を形成するための材料や電極層の成膜方法、およびフォトリソグラフィプロセスの各々の詳細条件は、ゲート電極230およびゲート電極330の所望の形状が得られる限りにおいて、特に限定されない。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, as shown in FIG. 9, first, a gate electrode forming step of forming gate electrodes 230 and 330 on the base material 100 is performed (step ST1). In this step ST1, first, an electrode layer (for example, a metal layer) that will become the source of the gate electrode 230 and the gate electrode 330 is formed on the substrate surface of the base material 100 made of a PET film or the like. Next, the formed electrode layer is processed into a desired shape using a process including resist coating, exposure, development, etching, and the like, a so-called photolithography process. Thereby, as shown in FIG. 9, the gate electrode 230 is formed in the first region 110 of the base material 100, and the gate electrode 330 is formed in the second region 120 of the base material 100. Note that the detailed conditions of the materials for forming the gate electrodes 230 and the gate electrodes 330, the method of forming the electrode layers, and the photolithography process are as long as the desired shapes of the gate electrodes 230 and the gate electrodes 330 can be obtained. , not particularly limited.

次に、図9に示すように、基材100上にゲート絶縁層250、350を形成するゲート絶縁層形成工程が行われる(工程ST2)。この工程ST2では、基材100の基板面上に、ゲート絶縁層250およびゲート絶縁層350を形成するための絶縁膜を成膜する。これにより、この絶縁膜のうち、第1の領域110におけるゲート電極230を覆う部分がゲート絶縁層250として形成され、且つ、第2の領域120におけるゲート電極330を覆う部分がゲート絶縁層350として形成される。ゲート絶縁層250およびゲート絶縁層350においても、その成膜方法は特に問わないが、例えば、塗布による成膜を行うことで、ゲート絶縁層250およびゲート絶縁層350を安価に形成できるというメリットがある。なお、ゲート絶縁層250およびゲート絶縁層350は、半導体素子を構成する部分のみが残るように、例えばフォトリソグラフィプロセスを用いて加工してもよいし、加工せず、これらのゲート絶縁層250、350を含む上記絶縁膜の全面が残ったままとしてもよい。ただし、この半導体装置の製造方法の例では省略するが、この半導体装置の製造方法に含まれる何れかの工程において、ゲート電極230およびゲート電極330への電気的接続を行うための配線を形成する工程は必要となる。 Next, as shown in FIG. 9, a gate insulating layer forming step of forming gate insulating layers 250 and 350 on the base material 100 is performed (step ST2). In this step ST2, an insulating film for forming the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 350 is formed on the substrate surface of the base material 100. As a result, the portion of this insulating film that covers the gate electrode 230 in the first region 110 is formed as the gate insulating layer 250, and the portion that covers the gate electrode 330 in the second region 120 is formed as the gate insulating layer 350. It is formed. The method of forming the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 350 is not particularly limited, but for example, forming the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 350 by coating has the advantage that the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 350 can be formed at low cost. be. Note that the gate insulating layer 250 and the gate insulating layer 350 may be processed using, for example, a photolithography process so that only the portions constituting the semiconductor element remain, or may be processed without being processed. The entire surface of the insulating film including 350 may remain. However, although omitted in this example of the semiconductor device manufacturing method, wiring for electrical connection to the gate electrode 230 and the gate electrode 330 is formed in any process included in this semiconductor device manufacturing method. The process is necessary.

続いて、図9に示すように、基材100上にソース電極210、310およびドレイン電極220、320を形成する電極形成工程が行われる(工程ST3)。この工程ST3では、基材100上のうち、第1の領域110におけるゲート絶縁層250の上にソース電極210およびドレイン電極220を所望の形状に形成し、第2の領域120におけるゲート絶縁層350の上にソース電極310およびドレイン電極320を所望の形状に形成する。この際、例えば、上述した工程ST2において形成した絶縁膜(ゲート絶縁層250、350を含む絶縁膜)の上に、ソース電極210、310およびドレイン電極220、320の元となる金属層等の電極層を成膜する。つぎに、この成膜した電極層を、前述のフォトリソグラフィプロセスを用いて、所望の形状に加工する。これにより、図9に示すように、第1の領域110のソース電極210およびドレイン電極220と、第2の領域120のソース電極310およびドレイン電極320とを形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 9, an electrode forming step is performed to form source electrodes 210, 310 and drain electrodes 220, 320 on the base material 100 (step ST3). In this step ST3, the source electrode 210 and the drain electrode 220 are formed in desired shapes on the gate insulating layer 250 in the first region 110 on the base material 100, and the gate insulating layer 350 in the second region 120 is formed on the gate insulating layer 350 in the second region 120. A source electrode 310 and a drain electrode 320 are formed in desired shapes thereon. At this time, for example, on the insulating film (the insulating film including the gate insulating layers 250, 350) formed in the above-mentioned step ST2, an electrode such as a metal layer that is the source of the source electrodes 210, 310 and the drain electrodes 220, 320 is placed. Deposit a layer. Next, this formed electrode layer is processed into a desired shape using the photolithography process described above. As a result, as shown in FIG. 9, the source electrode 210 and drain electrode 220 in the first region 110 and the source electrode 310 and drain electrode 320 in the second region 120 are formed.

この工程ST3においても、例えば、電極材料として塗布可能な材料を用いることで、より安価にソース電極210、310およびドレイン電極220、320を形成できるというメリットがある。しかし、ソース電極210、310およびドレイン電極220、320を形成するための材料、成膜方法、加工方法は、ソース電極210、310およびドレイン電極220、320の所望の形状および特性が得られる限りにおいて、特に限定されない。また、この半導体装置の製造方法の例では省略するが、この半導体装置の製造方法に含まれる何れかの工程において、ソース電極210、310およびドレイン電極220、320への電気的接続を行うための配線を形成する工程は必要となる。 Also in this step ST3, for example, there is an advantage that the source electrodes 210, 310 and the drain electrodes 220, 320 can be formed at a lower cost by using a material that can be coated as the electrode material. However, the materials, film formation methods, and processing methods for forming the source electrodes 210, 310 and the drain electrodes 220, 320 are limited as long as the desired shapes and characteristics of the source electrodes 210, 310 and the drain electrodes 220, 320 can be obtained. , not particularly limited. Further, although omitted in the example of this semiconductor device manufacturing method, in any process included in this semiconductor device manufacturing method, a process for electrically connecting to the source electrodes 210, 310 and the drain electrodes 220, 320 A process of forming wiring is necessary.

次に、図9に示すように、基材100上に半導体層270、370を形成する半導体層形成工程が行われる(工程ST4)。この工程ST4では、基材100上のうち、第1の領域110におけるソース電極210およびドレイン電極220の間の領域に半導体層270を形成し、且つ、第2の領域120におけるソース電極310およびドレイン電極320の間の領域に半導体層370を形成する。なお、これらの半導体層270、370は、形成すべき領域をターゲットとして、例えば、インクジェット法による滴下などの方法で形成することが考えられる。しかし、半導体層270、370の形成方法は、半導体層270、370を所望の場所に形成できる限りにおいて、特に限定されない。また、この半導体装置の製造方法の例では、ソース電極やドレイン電極を形成した後に半導体を形成しているが、ソース電極やドレイン電極を形成する前に半導体層を形成してもよく、これらの形成工程の順序は特に限定されない。 Next, as shown in FIG. 9, a semiconductor layer forming step of forming semiconductor layers 270 and 370 on the base material 100 is performed (step ST4). In this step ST4, a semiconductor layer 270 is formed on the base material 100 in a region between the source electrode 210 and the drain electrode 220 in the first region 110, and A semiconductor layer 370 is formed in the region between the electrodes 320. Note that these semiconductor layers 270 and 370 may be formed by, for example, dropping using an inkjet method, using the region to be formed as a target. However, the method for forming the semiconductor layers 270, 370 is not particularly limited as long as the semiconductor layers 270, 370 can be formed at desired locations. Furthermore, in this example of the method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor is formed after forming a source electrode and a drain electrode, but a semiconductor layer may be formed before forming a source electrode and a drain electrode. The order of the forming steps is not particularly limited.

次に、図9に示すように、基材100における第1の領域110に第2絶縁層500を形成する工程が行われる(工程ST5)。この工程ST5によって形成される第2絶縁層は、有機系の絶縁層であることが好ましい。また、この工程ST5における第2絶縁層500の形成方法としては、特に制限はないが、第2絶縁層500を形成するための組成物を塗布する方法が好ましい。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第2絶縁層500に例示される第2絶縁層を形成するための組成物(以下、「第2絶縁層組成物」という)を、基材における第1の領域の半導体素子の2個以上にわたって連続するように塗布する塗布工程を含むことが好ましい。この塗布工程は、例えば、基材100における第1の領域110に第2絶縁層500を形成する工程ST5として行われる。また、この塗布工程では、第2絶縁層組成物を、第1の領域110における複数のFET200の各々に対して個別に塗布するよりも、2個以上のFET200、すなわち、第1の領域110における半導体素子の複数にわたって連続するように塗布する方が、製造コストの観点から好ましい。 Next, as shown in FIG. 9, a step of forming the second insulating layer 500 in the first region 110 of the base material 100 is performed (step ST5). The second insulating layer formed in this step ST5 is preferably an organic insulating layer. Further, the method for forming the second insulating layer 500 in this step ST5 is not particularly limited, but a method of applying a composition for forming the second insulating layer 500 is preferable. That is, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a composition for forming a second insulating layer (hereinafter referred to as a "second insulating layer composition"), exemplified by the second insulating layer 500, is used as a base. It is preferable to include a coating step of continuously coating two or more semiconductor elements in the first region of the material. This coating step is performed, for example, as step ST5 of forming the second insulating layer 500 on the first region 110 of the base material 100. In addition, in this coating step, the second insulating layer composition is applied to two or more FETs 200 in the first region 110, rather than applying the second insulating layer composition to each of the plurality of FETs 200 in the first region 110. From the viewpoint of manufacturing costs, it is preferable to apply the coating continuously over a plurality of semiconductor elements.

塗布方法としては、例えば、インクジェット方式、ノズル塗布方式、スクリーン印刷方式、オフセット印刷方式、ドロップキャスト塗布方式などが挙げられる。工程ST5(塗布工程)では、これらの方式のいずれか1種によって第2絶縁層組成物を第1の領域110に塗布し、これにより、第1の領域110における複数のFET200を一括して覆う態様の第2絶縁層500を形成する。工程ST5において行われる塗布方法は、各FET200のサイズや第2絶縁層500の材料に応じて、最適な方法を選択することが好ましい。第2絶縁層500の製造コストおよび膜厚の均一性などの観点から、インクジェット方式など、比較的狭い範囲への第2絶縁層組成物の塗布を繰り返す塗布方式に比べ、スクリーン印刷など、比較的広い範囲へ一括して第2絶縁層組成物を塗布することが可能な塗布方式が、より好ましい。第2絶縁層500の膜厚の均一性向上により、互いに近接するFET200同士の間における電気的特性のばらつきを可能な限り最小化し、特に相対精度を利用した回路において電気的特性を向上できることから、高性能な回路が実現できる。 Examples of the coating method include an inkjet method, a nozzle coating method, a screen printing method, an offset printing method, and a drop cast coating method. In step ST5 (coating step), the second insulating layer composition is applied to the first region 110 by any one of these methods, thereby collectively covering the plurality of FETs 200 in the first region 110. A second insulating layer 500 according to the embodiment is formed. As for the coating method performed in step ST5, it is preferable to select an optimal method depending on the size of each FET 200 and the material of the second insulating layer 500. From the viewpoint of manufacturing cost and uniformity of the film thickness of the second insulating layer 500, compared to an inkjet method or other coating method in which the second insulating layer composition is repeatedly applied to a relatively narrow area, a relatively narrow coating method such as screen printing is preferred. A coating method that allows the second insulating layer composition to be applied all at once over a wide area is more preferred. By improving the uniformity of the film thickness of the second insulating layer 500, variations in electrical characteristics between FETs 200 that are close to each other can be minimized as much as possible, and electrical characteristics can be improved, especially in circuits that utilize relative precision. High-performance circuits can be realized.

以上の工程ST1~ST5を行うことにより、本発明の実施の形態1に示した構成での半導体装置を用いたチップ製造が可能となり、安価な製造コストで高機能あるいは高性能な回路を実現できる。また、これらの工程ST1~ST5は、実施の形態1に係る半導体装置の製造のみならず、実施の形態2~6に係る半導体装置の製造に適用することもできる。例えば、基材100における第1の領域に複数の第2絶縁層を形成する場合、上述した工程ST5が、第1の領域内の複数箇所について適宜行われる。また、基材100における第3の領域に半導体素子を形成する場合、上述した工程ST1~ST5の各工程が、第3の領域についても適宜行われる。 By performing the above steps ST1 to ST5, it is possible to manufacture a chip using a semiconductor device having the configuration shown in Embodiment 1 of the present invention, and it is possible to realize a highly functional or high-performance circuit at a low manufacturing cost. . Furthermore, these steps ST1 to ST5 can be applied not only to the manufacture of the semiconductor device according to the first embodiment but also to the manufacture of the semiconductor devices according to the second to sixth embodiments. For example, when forming a plurality of second insulating layers in the first region of the base material 100, the above-mentioned step ST5 is appropriately performed at a plurality of locations in the first region. Further, when forming a semiconductor element in the third region of the base material 100, each of the above-described steps ST1 to ST5 is also performed appropriately for the third region.

<無線通信装置>
本発明に係る半導体装置を備えた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、RFIDタグのように、リーダ/ライタに搭載されたアンテナから送信される無線信号を受信することで電気通信を行う装置である。
<Wireless communication device>
A wireless communication device including a semiconductor device according to the present invention will be described. This wireless communication device is a device, such as an RFID tag, which performs electrical communication by receiving a wireless signal transmitted from an antenna mounted on a reader/writer.

上記無線通信装置の一例としてのRFIDタグの具体的な動作は、例えば、以下の通りである。すなわち、リーダ/ライタに搭載されたアンテナから送信された無線信号を、RFIDタグのアンテナが受信する。受信された無線信号は、RFIDタグの整流回路によって直流電流に変換される。この直流電流に基づいて、RFIDタグが起電する。次に、起電されたRFIDタグは、リーダ/ライタからの無線信号をもとにコマンドを取得し、このコマンドに応じた動作を行う。例えば、RFIDタグは、自身のメモリ回路に蓄積されたデータを無線信号に乗せ、この無線信号を自身のアンテナからリーダ/ライタのアンテナへ送信する。 The specific operation of the RFID tag as an example of the wireless communication device is as follows, for example. That is, the antenna of the RFID tag receives a wireless signal transmitted from an antenna mounted on the reader/writer. The received radio signal is converted into direct current by the rectifier circuit of the RFID tag. The RFID tag generates electricity based on this direct current. Next, the energized RFID tag acquires a command based on the wireless signal from the reader/writer, and performs an operation according to this command. For example, an RFID tag carries data stored in its own memory circuit on a wireless signal, and transmits this wireless signal from its own antenna to the reader/writer's antenna.

本発明に係る無線通信装置は、上述した実施の形態1~6に係る半導体装置のうち何れか1種類以上の半導体装置を備える。例えば、本発明において、無線通信装置は、当該半導体装置が有するn型FETおよびp型FET等を用いて構成することができる。このような構成を有する無線通信装置を用いることにより、安価なRFIDタグの実現が可能となる。 A wireless communication device according to the present invention includes one or more types of semiconductor devices among the semiconductor devices according to the first to sixth embodiments described above. For example, in the present invention, a wireless communication device can be configured using an n-type FET, a p-type FET, etc. included in the semiconductor device. By using a wireless communication device having such a configuration, it is possible to realize an inexpensive RFID tag.

図10は、本発明に係る半導体装置を備えた無線通信装置の一構成例を示す模式ブロック図である。この無線通信装置700は、上述した実施の形態1~6に係る半導体装置のうち何れか1種類以上の半導体装置を用いて形成される回路と、アンテナ701とを組み合わせることにより、構成される。当該回路は、例えば、図10に示す整流回路702、電源生成部703、ロジック回路704、メモリ回路705および出力部706によって構成される。すなわち、無線通信装置700は、図10に示すように、アンテナ701と、整流回路702と、電源生成部703と、ロジック回路704と、メモリ回路705と、出力部706とを備える。 FIG. 10 is a schematic block diagram showing a configuration example of a wireless communication device including a semiconductor device according to the present invention. This wireless communication device 700 is configured by combining an antenna 701 with a circuit formed using any one or more of the semiconductor devices according to the first to sixth embodiments described above. The circuit includes, for example, a rectifier circuit 702, a power generation section 703, a logic circuit 704, a memory circuit 705, and an output section 706 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10, the wireless communication device 700 includes an antenna 701, a rectifier circuit 702, a power generation section 703, a logic circuit 704, a memory circuit 705, and an output section 706.

整流回路702、電源生成部703、ロジック回路704、メモリ回路705および出力部706は、各々、上述した実施の形態1~6に係る半導体装置を適宜用いて形成される。例えば、電源生成部703は、実施の形態2に係る半導体装置等によって構成されるチャージポンプ回路(図4参照)を用いることにより、形成することができる。また、ロジック回路704は、上述した実施の形態1~6の何れか1種類以上の半導体装置が適用されたリングオシレータおよび分周回路等を用いることにより、形成することができる。これらのリングオシレータおよび分周回路は、当該半導体装置が有するn型FETとp型FETとを配線接続によって複数個組み合わせることにより、形成することができる。 Rectifier circuit 702, power generation section 703, logic circuit 704, memory circuit 705, and output section 706 are each formed using the semiconductor devices according to the first to sixth embodiments described above, as appropriate. For example, the power generation unit 703 can be formed by using a charge pump circuit (see FIG. 4) configured by the semiconductor device or the like according to the second embodiment. Further, the logic circuit 704 can be formed using a ring oscillator, a frequency dividing circuit, etc. to which one or more of the semiconductor devices of the first to sixth embodiments described above is applied. These ring oscillators and frequency dividing circuits can be formed by combining a plurality of n-type FETs and p-type FETs included in the semiconductor device through wiring connections.

上記のような構成を有する無線通信装置700において、アンテナ701は、リーダ/ライタ等の外部装置から送信された無線信号を受信する。整流回路702は、アンテナ701で受信された無線信号を直流信号に整流する。電源生成部703は、この直流信号をもとに電源を生成し、生成した電源を無線通信装置700の各構成部に供給する。ロジック回路704は、受信された無線信号に対して復調等の処理を行い、これによってコマンドを取得する。続いて、ロジック回路704は、このコマンドに基づいて、メモリ回路705からデータを読み出し、この読み出したデータを含む電気信号を生成する。出力部706は、ロジック回路704から電気信号を取得し、その都度、取得した電気信号をアンテナ701へ出力する。アンテナ701は、この出力部706からの電気信号を、上記データを含む無線信号として外部装置に送信する。 In the wireless communication device 700 having the above configuration, the antenna 701 receives a wireless signal transmitted from an external device such as a reader/writer. The rectifier circuit 702 rectifies the radio signal received by the antenna 701 into a DC signal. The power generation unit 703 generates power based on this DC signal, and supplies the generated power to each component of the wireless communication device 700. The logic circuit 704 performs processing such as demodulation on the received radio signal and thereby obtains a command. Next, the logic circuit 704 reads data from the memory circuit 705 based on this command, and generates an electrical signal containing the read data. The output unit 706 acquires an electrical signal from the logic circuit 704 and outputs the acquired electrical signal to the antenna 701 each time. Antenna 701 transmits the electrical signal from output section 706 to an external device as a wireless signal containing the above data.

<センサー制御装置>
本発明に係る半導体装置を備えたセンサー制御装置について説明する。特に図示しないが、このセンサー制御装置は、上述した実施の形態1~6に係る半導体装置のうち何れか1種類以上の半導体装置を備える。詳細には、実施の形態1において例示したように、本発明に係る半導体装置では、任意の電気的特性(電気伝導性等)を有する半導体素子の作り分けが可能である。特に、第2絶縁層を備える半導体素子(例えば図1、2に示すFET200)と、第2絶縁層を備えない半導体素子(例えば図1、2に示すFET300)とを作り分けることにより、外部環境に対して敏感に反応する特性を有する半導体素子と、外部環境に対して鈍感な特性を有する半導体素子とを同一基材上に同時に形成することができる。このような互いに異なる特性を有する複数の半導体素子を備えた半導体装置は、センサー制御装置として利用することが可能となる。
<Sensor control device>
A sensor control device including a semiconductor device according to the present invention will be described. Although not particularly illustrated, this sensor control device includes one or more types of semiconductor devices among the semiconductor devices according to the first to sixth embodiments described above. Specifically, as illustrated in Embodiment 1, in the semiconductor device according to the present invention, semiconductor elements having arbitrary electrical characteristics (such as electrical conductivity) can be manufactured. In particular, by separately manufacturing a semiconductor element with a second insulating layer (for example, FET 200 shown in FIGS. 1 and 2) and a semiconductor element without a second insulating layer (for example, FET 300 shown in FIGS. 1 and 2), the external environment It is possible to simultaneously form a semiconductor element having a characteristic of being sensitive to external environment and a semiconductor element having a characteristic of being insensitive to an external environment on the same substrate. A semiconductor device including a plurality of semiconductor elements having such mutually different characteristics can be used as a sensor control device.

具体的には、本発明において、周囲温度に対して異なる電気伝導性を有する2種類以上の半導体素子を第2絶縁層の有無によって作り分けた場合、上記の半導体装置を用いることにより、周囲温度の検出または特定温度域での動作を行うセンサー制御装置を構成することができる。また、周囲湿度に対して異なる電気伝導性を有する2種類以上の半導体素子を第2絶縁層の有無によって作り分けた場合、上記の半導体装置を用いることにより、周囲湿度の検出または特定湿度域での動作を行うセンサー制御装置を構成することができる。また、外部からの入射光波長に対して異なる電気伝導性を有する2種類以上の半導体素子を第2絶縁層の有無によって作り分けた場合、上記の半導体装置を用いることにより、外部からの入射光の波長(光の種類)に応じて動作や機能が変化するセンサー制御装置を構成することができる。また、外部からの入射光量に対して異なる電気伝導性を有する2種類以上の半導体素子を第2絶縁層の有無によって作り分けた場合、上記の半導体装置を用いることにより、外部からの入射光の強さに応じて動作や機能が変化するセンサー制御装置を構成することができる。 Specifically, in the present invention, when two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivity with respect to ambient temperature are made depending on whether or not a second insulating layer is provided, by using the above semiconductor device, it is possible to It is possible to configure a sensor control device that detects temperature or operates in a specific temperature range. In addition, when two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivity with respect to ambient humidity are made depending on the presence or absence of a second insulating layer, by using the above semiconductor device, it is possible to detect ambient humidity or in a specific humidity range. It is possible to configure a sensor control device that performs the following operations. In addition, when two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivity with respect to the wavelength of externally incident light are manufactured depending on the presence or absence of the second insulating layer, by using the above semiconductor device, the externally incident light can be It is possible to configure a sensor control device whose operation and functions change depending on the wavelength (type of light). Furthermore, when two or more types of semiconductor elements having different electrical conductivity with respect to the amount of incident light from the outside are manufactured depending on the presence or absence of the second insulating layer, by using the above semiconductor device, it is possible to reduce the amount of incident light from the outside. It is possible to configure a sensor control device whose operation and function change depending on the strength.

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、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on Examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
(第1項目:半導体溶液の作製)
半導体溶液の作製では、まず、純度が95%のCNT(1.5mg)と、ドデシル硫酸ナトリウム(1.5mg)とを、水(30mL)中に加え、氷冷しながら、超音波ホモジナイザーを用いて、出力を250Wとして3時間超音波撹拌した。この際、上記CNTは、CNI社製の単層CNTを用いた。上記ドデシル硫酸ナトリウムは、和光純薬工業社製のものを用いた。この超音波攪拌により、溶媒に対するCNT複合体濃度が0.05g/LであるCNT複合体分散液を得た。つぎに、この得られたCNT複合体分散液を、遠心分離機(日立工機社製、CT15E)を用いて、21000Gで30分間遠心分離した。その後、このCNT複合体分散液の上澄みの80体積%を取り出すことによって、半導体溶液A1を得た。
<Example 1>
(First item: Preparation of semiconductor solution)
To prepare a semiconductor solution, first, CNTs (1.5 mg) with a purity of 95% and sodium dodecyl sulfate (1.5 mg) were added to water (30 mL) and cooled on ice using an ultrasonic homogenizer. Then, the mixture was ultrasonically stirred for 3 hours at an output of 250W. At this time, single-walled CNT manufactured by CNI was used as the CNT. The sodium dodecyl sulfate used was manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Through this ultrasonic stirring, a CNT composite dispersion liquid having a CNT composite concentration relative to the solvent of 0.05 g/L was obtained. Next, the obtained CNT composite dispersion was centrifuged at 21,000 G for 30 minutes using a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki, CT15E). Thereafter, 80% by volume of the supernatant of this CNT composite dispersion was taken out to obtain semiconductor solution A1.

(第2項目:ゲート絶縁層材料の作製)
ゲート絶縁層材料の作製では、まず、メチルトリメトキシシラン(61.29g(0.45mol))と、β-(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(0.05mol))と、フェニルトリメトキシシラン(99.15g(0.5mol))とを用いて、203.36gの容量であり且つ沸点が170℃であるプロピレングリコールモノブチルエーテルに溶解させた。続いて、これに、水(54.90g)とリン酸(0.864g)とを、撹拌しながら加えた。これによって得られた溶液を、バス温を105℃として2時間加熱し、内温を90℃まで上昇させて、主として副生するメタノールからなる成分を留出した。次に、バス温を130℃として2.0時間加熱し、内温を118℃まで上昇させて、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、その後、室温まで冷却した。これにより、固形分濃度が26.0質量%であるゲート絶縁層材料A2を得た。
(Second item: Preparation of gate insulating layer material)
In preparing the gate insulating layer material, first, methyltrimethoxysilane (61.29g (0.45mol)) and β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane (12.31g (0.05mol)) and phenyltrimethoxysilane (99.15 g (0.5 mol)) were dissolved in propylene glycol monobutyl ether having a volume of 203.36 g and a boiling point of 170°C. Subsequently, water (54.90 g) and phosphoric acid (0.864 g) were added to this with stirring. The solution thus obtained was heated at a bath temperature of 105° C. for 2 hours, the internal temperature was raised to 90° C., and a component mainly consisting of by-produced methanol was distilled out. Next, the bath temperature was set to 130°C, and the mixture was heated for 2.0 hours to raise the internal temperature to 118°C to distill out components mainly consisting of water and propylene glycol monobutyl ether, and then cooled to room temperature. Thereby, gate insulating layer material A2 having a solid content concentration of 26.0% by mass was obtained.

(第3項目:半導体装置の作製)
本実施例1の半導体装置の作製では、上述した実施の形態1に例示されるように、n型のFET200とp型のFET300とを含む半導体装置101を形成し、この半導体装置101を用いて、発振回路であるリングオシレータを作製した。図11は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を備えたリングオシレータの一構成例を示す模式平面図である。図11に示すように、このリングオシレータ632は、21個のインバータ611~631を備える。リングオシレータ632は、これらのインバータ611~631を直列に21段分接続することによって構成されるものとした。なお、図11では、リングオシレータ632の構成を簡略に示すために、21個のインバータ611~631のうち、繰り返しの構成となるインバータ614~630の図示は省略している。
(Third item: Fabrication of semiconductor device)
In manufacturing the semiconductor device of Example 1, as illustrated in Embodiment 1 described above, a semiconductor device 101 including an n-type FET 200 and a p-type FET 300 is formed, and this semiconductor device 101 is used to We created a ring oscillator, which is an oscillation circuit. FIG. 11 is a schematic plan view showing a configuration example of a ring oscillator including a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 11, this ring oscillator 632 includes 21 inverters 611 to 631. The ring oscillator 632 was constructed by connecting 21 stages of these inverters 611 to 631 in series. In FIG. 11, in order to simply illustrate the configuration of the ring oscillator 632, among the 21 inverters 611 to 631, inverters 614 to 630, which have a repetitive configuration, are omitted.

インバータ611~631の各々は、図1に例示される半導体装置101における第1の領域110のFET200(n型FET)と第2の領域120のFET300(p型FET)とを配線接続して組み合わせることによって構成される。また、これらのインバータ611~631を各々構成する複数組のFET200、300は、基材100の基材面上に形成された配線(図示せず)によって接続される。このような複数組のFET200、300の回路構成を有する半導体装置101を用いることにより、図11に示すようなリングオシレータ632を作製することができる。なお、上述した図1には、n型のFET200およびp型のFET300を各々8個備えた半導体装置101が例示されているが、本発明において、半導体装置101が備えるFET200、300の個数は特に限定されない。すなわち、リングオシレータ632に適用される半導体装置101は、このリングオシレータ632の形成に必要な個数のn型のFET200およびp型のFET300を備えている。 Each of the inverters 611 to 631 is a combination of FET 200 (n-type FET) in the first region 110 and FET 300 (p-type FET) in the second region 120 in the semiconductor device 101 illustrated in FIG. It consists of Further, the plurality of sets of FETs 200 and 300 constituting each of these inverters 611 to 631 are connected by wiring (not shown) formed on the base material surface of the base material 100. By using the semiconductor device 101 having such a circuit configuration of a plurality of sets of FETs 200 and 300, a ring oscillator 632 as shown in FIG. 11 can be manufactured. Note that although the semiconductor device 101 that includes eight n-type FETs 200 and eight p-type FETs 300 is illustrated in FIG. Not limited. That is, the semiconductor device 101 applied to the ring oscillator 632 includes the number of n-type FETs 200 and p-type FETs 300 necessary for forming the ring oscillator 632.

本実施例1におけるリングオシレータ632の回路を構成し得る半導体装置101は、以下に示す各工程を順次行うことによって作製される。詳細には、ゲート電極形成工程において、基材100としては、厚さ1mmのガラス製基板を用い、この基材100上に、抵抗加熱法により、厚さ100nmのアルミニウムを真空蒸着した。このアルミニウムの膜上に、フォトレジスト(商品名「LC100-10cP」、ローム・アンド・ハース社製)を、スピンコート塗布(1000rpm×20秒)して100℃で10分加熱乾燥した。これによって作製したフォトレジスト膜を、パラレルライトマスクアライナー(キヤノン社製、PLA-501F)を用いて、マスクを介してパターン露光した。その後、このフォトレジスト膜を、2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(商品名「ELM-D」、三菱ガス化学社製)で30秒間撹拌しながら現像し、次いで、水で30秒間洗浄した。つぎに、このパターン状のフォトレジスト膜を介して、基材100上のアルミニウムの膜を、混酸(商品名「SEA-5」、関東化学社製)で6分間エッチング処理し、その後、水で30秒間洗浄した。次いで、この基材100をAZリムーバ100(商品名、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)に2分間浸漬して上記フォトレジスト膜を剥離し、水で30秒間洗浄後、120℃で20分間加熱乾燥した。この結果、基材100上にゲート電極を形成した。 The semiconductor device 101 that can constitute the circuit of the ring oscillator 632 in Example 1 is manufactured by sequentially performing the steps shown below. Specifically, in the gate electrode forming step, a glass substrate with a thickness of 1 mm was used as the base material 100, and aluminum with a thickness of 100 nm was vacuum-deposited onto the base material 100 by a resistance heating method. On this aluminum film, a photoresist (trade name "LC100-10cP", manufactured by Rohm and Haas) was spin-coated (1000 rpm x 20 seconds) and dried by heating at 100° C. for 10 minutes. The photoresist film thus produced was pattern-exposed through a mask using a parallel light mask aligner (manufactured by Canon Inc., PLA-501F). Thereafter, this photoresist film was developed with a 2.38% by weight aqueous tetramethylammonium hydroxide solution (trade name "ELM-D", manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) for 30 seconds with stirring, and then with water for 30 seconds. Washed. Next, through this patterned photoresist film, the aluminum film on the base material 100 is etched for 6 minutes with mixed acid (trade name "SEA-5", manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.), and then with water. Washed for 30 seconds. Next, this base material 100 was immersed in AZ Remover 100 (trade name, manufactured by AZ Electronic Materials) for 2 minutes to peel off the photoresist film, washed with water for 30 seconds, and then heated and dried at 120° C. for 20 minutes. . As a result, a gate electrode was formed on the base material 100.

上記ゲート電極形成工程の後、ゲート絶縁層形成工程では、上述したゲート絶縁層材料A2(実施例1の第2項目参照)を基材100上に滴下し、この基材100を、スピンコーターにより、200rpmの回転速度で5秒間回転させた後、700rpmの回転速度で15秒間回転させた。これにより、基材100上にゲート絶縁層材料A2を均一に塗布した。つぎに、この基材100上のゲート絶縁層材料A2の塗膜に対して、一定の熱処理を加えるアニール処理を行い、これにより、このゲート絶縁層材料A2を硬化させて絶縁層を形成した。この結果、基材100上に、厚さ350nmのゲート絶縁層を得た。更に、このゲート絶縁層を、パラレルライトマスクアライナーを用いて、マスクを介してパターン露光し、その後、所定の位置のゲート絶縁層をELM-Dで40秒間、ディップ現像し、水で30秒洗浄した。これにより、このゲート絶縁層からコンタクトホール部分の電極を露出させた。 After the gate electrode forming step, in the gate insulating layer forming step, the above-mentioned gate insulating layer material A2 (see the second item of Example 1) is dropped onto the base material 100, and this base material 100 is coated with a spin coater. , 5 seconds at a rotation speed of 200 rpm, and then 15 seconds at a rotation speed of 700 rpm. Thereby, the gate insulating layer material A2 was uniformly applied onto the base material 100. Next, the coating film of the gate insulating layer material A2 on the base material 100 was subjected to an annealing treatment in which a certain heat treatment was applied, thereby hardening the gate insulating layer material A2 to form an insulating layer. As a result, a gate insulating layer with a thickness of 350 nm was obtained on the base material 100. Furthermore, this gate insulating layer was pattern-exposed through a mask using a parallel light mask aligner, and then the gate insulating layer at a predetermined position was dip-developed with ELM-D for 40 seconds, and washed with water for 30 seconds. did. This exposed the electrode in the contact hole portion from this gate insulating layer.

上記ゲート絶縁層形成工程の後、電極形成工程では、基材100のゲート絶縁層の上に金属膜を成膜し、この金属膜の上に、フォトレジストを、スピンコート塗布(1000rpm×20秒)して100℃で10分加熱乾燥した。これによって作製したフォトレジスト膜を、パラレルライトマスクアライナーを用いて、マスクを介してパターン露光した。その後、このフォトレジスト膜を、自動現像装置(滝沢産業社製、AD-2000)を用いてELM-Dで30秒間撹拌しながら現像し、次いで、水で30秒間洗浄した。つぎに、このパターン状のフォトレジスト膜を介して、基材100上の金属膜を、AURUM-302(商品名、関東化学社製)で6分間エッチング処理し、その後、水で30秒間洗浄した。次いで、この基材100をAZリムーバ100に2分間浸漬して上記フォトレジスト膜を剥離し、水で30秒間洗浄後、120℃で20分間加熱乾燥した。この結果、基材100上にソース電極およびドレイン電極を形成した。 After the gate insulating layer forming step, in the electrode forming step, a metal film is formed on the gate insulating layer of the base material 100, and a photoresist is applied by spin coating (1000 rpm x 20 seconds) on this metal film. ) and then heated and dried at 100°C for 10 minutes. The photoresist film thus produced was pattern-exposed through a mask using a parallel light mask aligner. Thereafter, this photoresist film was developed with ELM-D for 30 seconds while stirring using an automatic developing device (manufactured by Takizawa Sangyo Co., Ltd., AD-2000), and then washed with water for 30 seconds. Next, the metal film on the base material 100 was etched for 6 minutes using AURUM-302 (trade name, manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) through this patterned photoresist film, and then washed with water for 30 seconds. . Next, this base material 100 was immersed in AZ remover 100 for 2 minutes to peel off the photoresist film, washed with water for 30 seconds, and then heated and dried at 120° C. for 20 minutes. As a result, a source electrode and a drain electrode were formed on the base material 100.

上記電極形成工程の後、半導体層形成工程では、実施例1の第1項目に示したCNTを含む半導体溶液A1(1μL)を、インクジェット法により、基材100上のソース電極とドレイン電極との間に滴下し、30℃で10分間、風乾した。つぎに、この風乾後の半導体溶液A1に対して、ホットプレート上で窒素気流下、150℃、30分の熱処理を行った。これにより、基材100上の第1の領域110および第2の領域120における複数のFETの半導体層を形成した。この時点において、これら複数のFETは、p型特性を有するp型FETである。 After the electrode forming step, in the semiconductor layer forming step, a semiconductor solution A1 (1 μL) containing CNTs shown in the first item of Example 1 is applied to the source electrode and drain electrode on the base material 100 by an inkjet method. The solution was added dropwise during the time and air-dried at 30°C for 10 minutes. Next, this air-dried semiconductor solution A1 was heat-treated on a hot plate at 150° C. for 30 minutes under a nitrogen stream. As a result, semiconductor layers of a plurality of FETs in the first region 110 and the second region 120 on the base material 100 were formed. At this point, these multiple FETs are p-type FETs with p-type characteristics.

上記半導体層形成工程の後、塗布工程では、基材100の第1の領域110に存在する複数のFETの上部に、第2絶縁層組成物として、電子供与性を有するポリマー(ビックケミー・ジャパン社製、BYK6919)を、ドロップキャスト法により、0.2μL/個の塗布条件で連続的に塗布した。これにより、これら複数のFETをその全数にわたって連続して覆うように、当該ポリマーを第1の領域110に塗布した。続いて、この塗布後のポリマーに対して150℃、30分の熱処理を行い、これにより、第1の領域110に第2絶縁層500を形成した。第1の領域110内の全てのFETは、半導体層に対する第2絶縁層500により、本来有していたp型特性がn型特性へ改質され、この結果、n型FETとなった。本実施例1では、以上の工程を経て、リングオシレータ632の回路を含む半導体装置101を得た。 After the semiconductor layer forming step, in the coating step, an electron-donating polymer (byck-chemy Japan Co., Ltd. BYK6919) was applied continuously under the conditions of 0.2 μL/piece by drop casting method. Thereby, the polymer was applied to the first region 110 so as to continuously cover all of the plurality of FETs. Subsequently, the coated polymer was heat treated at 150° C. for 30 minutes, thereby forming the second insulating layer 500 in the first region 110. All the FETs in the first region 110 had their original p-type characteristics modified to n-type characteristics by the second insulating layer 500 for the semiconductor layer, and as a result, they became n-type FETs. In Example 1, the semiconductor device 101 including the circuit of the ring oscillator 632 was obtained through the above steps.

また、本実施例1では、リングオシレータ632を構成する半導体装置101の回路に電源電圧として5.0Vを印加し、オシロスコープ(Keysight Technology社製、DSOX6002A)によって波形を観測し、リングオシレータ632の発振動作を確認した。この結果、第1の領域110におけるFETの複数にわたって連続して形成した第2絶縁層500により、第1の領域110のFET200はn型FETとなり、第2絶縁層500を形成していない第2の領域120のFET300はp型FETとなっていることが確認できた。 In the first embodiment, 5.0 V is applied as a power supply voltage to the circuit of the semiconductor device 101 that constitutes the ring oscillator 632, and the waveform is observed with an oscilloscope (DSOX6002A manufactured by Keysight Technology) to determine the oscillation of the ring oscillator 632. I confirmed the operation. As a result, due to the second insulating layer 500 continuously formed over a plurality of FETs in the first region 110, the FET 200 in the first region 110 becomes an n-type FET, and the second insulating layer 500 on which the second insulating layer 500 is not formed becomes an n-type FET. It was confirmed that the FET 300 in the region 120 was a p-type FET.

<実施例2>
本実施例2では、上述した実施の形態1に例示されるように、n型のFET200とp型のFET300とを含む半導体装置101を形成し、この半導体装置101を用いて、分周回路を作製した。図12は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置を備えた分周回路の一構成例を示す模式平面図である。図12に示すように、この分周回路642は、Dフリップフロップ640を備える。Dフリップフロップ640は、クロック入力端子(CLK入力端子)と、データ入力端子(D端子)と、反転出力端子(QB端子)と、出力端子(Q端子)とを有する。Dフリップフロップ640のQB端子とD端子とは、配線641によって電気的に接続されている。Dフリップフロップ640は、CLK入力端子へクロック信号を印加すると、2分周されたクロック信号をQ端子から出力する。
<Example 2>
In this second embodiment, as illustrated in the first embodiment described above, a semiconductor device 101 including an n-type FET 200 and a p-type FET 300 is formed, and this semiconductor device 101 is used to construct a frequency dividing circuit. Created. FIG. 12 is a schematic plan view showing a configuration example of a frequency dividing circuit including a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 12, this frequency dividing circuit 642 includes a D flip-flop 640. The D flip-flop 640 has a clock input terminal (CLK input terminal), a data input terminal (D terminal), an inverted output terminal (QB terminal), and an output terminal (Q terminal). The QB terminal and D terminal of the D flip-flop 640 are electrically connected by a wiring 641. When a clock signal is applied to the CLK input terminal, the D flip-flop 640 outputs a clock signal whose frequency is divided by two from the Q terminal.

Dフリップフロップ640は、図1に例示される半導体装置101における第1の領域110のFET200(n型FET)と第2の領域120のFET300(p型FET)とを各々複数個用い、これら複数個のFET200、300を配線接続して組み合わせることによって構成される。このような複数個のFET200、300の回路構成を有する半導体装置101を用いることにより、図12に示すような分周回路642を作製することができる。なお、上述した図1には、n型のFET200およびp型のFET300を各々8個備えた半導体装置101が例示されているが、本発明において、半導体装置101が備えるFET200、300の個数は特に限定されない。すなわち、分周回路642に適用される半導体装置101は、この分周回路642の形成に必要な個数のn型のFET200およびp型のFET300を備えている。 The D flip-flop 640 uses a plurality of FETs 200 (n-type FET) in the first region 110 and a plurality of FETs 300 (p-type FET) in the second region 120 in the semiconductor device 101 illustrated in FIG. It is constructed by wiring and combining two FETs 200 and 300. By using the semiconductor device 101 having such a circuit configuration of a plurality of FETs 200 and 300, a frequency dividing circuit 642 as shown in FIG. 12 can be manufactured. Note that although the semiconductor device 101 that includes eight n-type FETs 200 and eight p-type FETs 300 is illustrated in FIG. Not limited. That is, the semiconductor device 101 applied to the frequency divider circuit 642 includes the necessary number of n-type FETs 200 and p-type FETs 300 to form the frequency divider circuit 642.

本実施例2における半導体装置の製造方法は、上述した実施例1に示した工程と同様にした。また、本実施例2では、実施例1と同様に、分周回路642を構成する半導体装置101の回路に電源電圧として5.0Vを印加し、Dフリップフロップ640のCLK入力端子に所定の周波数で振幅が5.0Vの信号を入力すると、このCLK入力端子に入力した信号の1/2の周波数でDフリップフロップ640のQ端子から信号が出力されていることを確認した。すなわち、分周回路642の正常な分周動作を確認することができた。 The method for manufacturing the semiconductor device in Example 2 was the same as the process shown in Example 1 described above. Further, in the second embodiment, as in the first embodiment, 5.0 V is applied as a power supply voltage to the circuit of the semiconductor device 101 constituting the frequency dividing circuit 642, and a predetermined frequency is applied to the CLK input terminal of the D flip-flop 640. It was confirmed that when a signal with an amplitude of 5.0V was inputted at the CLK input terminal, a signal was output from the Q terminal of the D flip-flop 640 at half the frequency of the signal inputted to the CLK input terminal. That is, normal frequency dividing operation of the frequency dividing circuit 642 could be confirmed.

<実施例3および比較例>
実施例3および当該実施例3に対する比較例について説明する。図13Aは、本発明に対する比較例に係る半導体装置の一構成例を示す模式平面図である。図13Bは、本発明の実施例3に係る半導体装置の一構成例を示す模式平面図である。
<Example 3 and comparative example>
Example 3 and a comparative example with respect to Example 3 will be described. FIG. 13A is a schematic plan view showing a configuration example of a semiconductor device according to a comparative example with respect to the present invention. FIG. 13B is a schematic plan view showing a configuration example of a semiconductor device according to Example 3 of the present invention.

図13Aに示すように、比較例に係る半導体装置107は、基材100Aと、複数個のFET206、302とを備える。基材100Aは、上述した実施の形態1における基材100と同様の材料によって形成される基材であり、その基材面に所定領域113と第2の領域122とを含む。基材100Aの所定領域113には、複数個のFET206が配置されている。複数個のFET206は、各々、第2絶縁層513を備え、第2絶縁層513によってn型FETとなっている。また、比較例に係る半導体装置107において、第2絶縁層513は、複数個のFET206の各々を個別に覆うように所定領域113に設けられている。一方、基材100Aの第2の領域122には、複数個のFET302が配置されている。複数個のFET302は、各々、第2絶縁層513を備えていないFET、すなわち、p型FETである。比較例に係る半導体装置107は、第2絶縁層513がFET206の各別に形成されること以外、実施例1と同様の条件および方法によって作製した。 As shown in FIG. 13A, a semiconductor device 107 according to a comparative example includes a base material 100A and a plurality of FETs 206 and 302. The base material 100A is a base material formed of the same material as the base material 100 in the first embodiment described above, and includes a predetermined region 113 and a second region 122 on the base material surface. A plurality of FETs 206 are arranged in a predetermined area 113 of the base material 100A. Each of the plurality of FETs 206 includes a second insulating layer 513, and the second insulating layer 513 serves as an n-type FET. Furthermore, in the semiconductor device 107 according to the comparative example, the second insulating layer 513 is provided in the predetermined region 113 so as to cover each of the plurality of FETs 206 individually. On the other hand, a plurality of FETs 302 are arranged in the second region 122 of the base material 100A. Each of the plurality of FETs 302 is a FET without the second insulating layer 513, that is, a p-type FET. A semiconductor device 107 according to a comparative example was manufactured under the same conditions and method as in Example 1, except that the second insulating layer 513 was formed for each FET 206.

また、図13Bに示すように、本実施例3に係る半導体装置108は、基材100Bと、複数個のFET206、302とを備える。基材100Bは、上述した実施の形態1における基材100と同様の材料によって形成される基材であり、その基材面に第1の領域114と第2の領域122とを含む。基材100Bの第1の領域114には、上記比較例と同様に、複数個のFET206が配置されている。本実施例3において、複数個のFET206は、各々、第2絶縁層514を備え、第2絶縁層514によってn型FETとなっている。また、本実施例3に係る半導体装置108において、第2絶縁層514は、第1の領域114におけるFET206の複数(例えば全数)にわたって連続するように配置され、これらのFET206の全数を一括して覆っている。一方、基材100Bの第2の領域122には、上記比較例と同様に、複数個のFET302(p型FET)が配置されている。本実施例3に係る半導体装置108は、実施例1と同様の条件および方法によって作製した。 Further, as shown in FIG. 13B, the semiconductor device 108 according to the third embodiment includes a base material 100B and a plurality of FETs 206 and 302. Base material 100B is a base material formed of the same material as base material 100 in the first embodiment described above, and includes a first region 114 and a second region 122 on the base material surface. A plurality of FETs 206 are arranged in the first region 114 of the base material 100B, as in the above comparative example. In the third embodiment, each of the plurality of FETs 206 includes a second insulating layer 514, and the second insulating layer 514 makes the plurality of FETs 206 n-type FETs. Further, in the semiconductor device 108 according to the third embodiment, the second insulating layer 514 is disposed continuously over a plurality (for example, all the FETs 206) of the FETs 206 in the first region 114, and the second insulating layer 514 is arranged continuously over a plurality of (for example, all) the FETs 206 in the first region 114. covered. On the other hand, in the second region 122 of the base material 100B, a plurality of FETs 302 (p-type FETs) are arranged, similar to the above comparative example. A semiconductor device 108 according to Example 3 was manufactured under the same conditions and method as in Example 1.

特に、比較例の第2絶縁層513および実施例3の第2絶縁層514の形成においては、ディスペンサ装置(武蔵エンジニアリング社製、SHOTmini、ML-808―FX)を用い、第2絶縁層組成物として、電子供与性を有するポリマー(ビックケミー・ジャパン社製、BYK6919)を1個の半導体素子あたりに1.0秒間吐出し、塗布した。このようにして、第2絶縁層513、514を各々形成した。この条件によって第2絶縁層組成物(第2絶縁層となる樹脂)を塗布した場合、当該樹脂の塗布形状は、基材の面直方向から見た平面視で円形または楕円形になり、当該樹脂の1回の吐出による塗布体の直径は1200μm程度であった。また、当該樹脂の塗布位置のばらつきや当該樹脂の濡れ広がり等を加味した第2絶縁層の中心位置精度は、±400μm程度であった。 In particular, in forming the second insulating layer 513 of the comparative example and the second insulating layer 514 of Example 3, a dispenser device (SHOTmini, ML-808-FX, manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.) was used to form the second insulating layer composition. A polymer having electron-donating properties (BYK6919, manufactured by BYK-Chemie Japan) was applied by discharging it onto each semiconductor element for 1.0 seconds. In this way, second insulating layers 513 and 514 were formed, respectively. When the second insulating layer composition (resin that becomes the second insulating layer) is applied under these conditions, the applied shape of the resin becomes circular or elliptical in plan view when viewed from the direction perpendicular to the surface of the base material. The diameter of the coated body obtained by discharging the resin once was about 1200 μm. Further, the accuracy of the center position of the second insulating layer, taking into account variations in the coating position of the resin, wetting and spreading of the resin, etc., was about ±400 μm.

比較例では、上述した樹脂の塗布体のサイズおよび第2絶縁層の中心位置精度等の知見に基づき、n型のFET206の素子間距離L1を2000μmとして、半導体装置107を作製した。また、本実施例3では、上記知見に基づき、n型のFET206の素子間距離L2を800μmとして、半導体装置108を作製した。これらの半導体装置107、108は、各々、図11に示したリングオシレータ632を含む回路(リングオシレータ回路)を有したものである。第2絶縁層513、514の形成におけるポリマーの吐出条件は、1個の半導体素子あたりに1.0秒間という同一条件として、全てのFET206の直上に、当該ポリマーを点状に吐出した。 In a comparative example, the semiconductor device 107 was manufactured with the inter-element distance L1 of the n-type FET 206 set to 2000 μm based on the knowledge of the size of the resin coating body mentioned above, the accuracy of the center position of the second insulating layer, and the like. Further, in Example 3, based on the above findings, the semiconductor device 108 was manufactured with the inter-element distance L2 of the n-type FET 206 set to 800 μm. These semiconductor devices 107 and 108 each have a circuit (ring oscillator circuit) including the ring oscillator 632 shown in FIG. 11. The conditions for discharging the polymer in forming the second insulating layers 513 and 514 were the same: 1.0 seconds per semiconductor element, and the polymer was discharged in a dotted manner directly above all the FETs 206 .

このようにして作製した半導体装置107、108のうち、比較例に係る半導体装置107の第2絶縁層513は、図13Aに示すように、円形に独立した形状を有していた。この半導体装置107の基材100Aにおいて、n型のFET206および第2絶縁層513によって占められる所定領域113の面積は、約67.8mmであった。一方、本実施例3に係る半導体装置108の第2絶縁層514は、図13Bに示すように、複数のFET206に跨って角丸長方形状に一体化した形状を有していた。この半導体装置108の基材100Bにおいて、第1の領域114の面積は、約18.4mmであった。上記のように比較例と本実施例3とを比較して分かるように、本実施例3に係る半導体装置108では、第2絶縁層514が第1の領域114におけるFET206の複数にわたって連続して配置されているため、これらのFET206および第2絶縁層514によって占められる第1の領域114の面積を、比較例に係る半導体装置107の所定領域113に比べて大幅に縮小することができた。この結果、本実施例3に係る半導体装置108のサイズ(基材面積およびICチップ面積など)を比較例に係る半導体装置107に比べて小型化することができた。Among the semiconductor devices 107 and 108 manufactured in this manner, the second insulating layer 513 of the semiconductor device 107 according to the comparative example had an independent circular shape, as shown in FIG. 13A. In the base material 100A of this semiconductor device 107, the area of the predetermined region 113 occupied by the n-type FET 206 and the second insulating layer 513 was approximately 67.8 mm 2 . On the other hand, as shown in FIG. 13B, the second insulating layer 514 of the semiconductor device 108 according to Example 3 had a shape integrated into a rounded rectangle across the plurality of FETs 206. In the base material 100B of this semiconductor device 108, the area of the first region 114 was approximately 18.4 mm 2 . As can be seen by comparing the comparative example and the present example 3 as described above, in the semiconductor device 108 according to the present example 3, the second insulating layer 514 is continuous over a plurality of FETs 206 in the first region 114. Because of this arrangement, the area of the first region 114 occupied by these FETs 206 and the second insulating layer 514 could be significantly reduced compared to the predetermined region 113 of the semiconductor device 107 according to the comparative example. As a result, the size (base material area, IC chip area, etc.) of the semiconductor device 108 according to Example 3 was able to be reduced compared to the semiconductor device 107 according to the comparative example.

また、これらの半導体装置107、108のリングオシレータ回路に、電源電圧として5.0Vを印加し、オシロスコープ(Keysight Technology社製、DSOX6002A)によって波形を観測し、それぞれのリングオシレータ回路の発振動作を確認した。この結果、どちらのリングオシレータ回路も同等の回路特性を有することを確認した。 In addition, 5.0 V was applied as a power supply voltage to the ring oscillator circuits of these semiconductor devices 107 and 108, and the waveforms were observed using an oscilloscope (DSOX6002A manufactured by Keysight Technology) to confirm the oscillation operation of each ring oscillator circuit. did. As a result, it was confirmed that both ring oscillator circuits have equivalent circuit characteristics.

以上のように、本発明に半導体装置、無線通信装置、センサー制御装置、および半導体装置の製造方法は、相補型回路のチップ面積および製造コストの増大を抑制することができる半導体装置、および当該半導体装置を用いた無線通信装置およびセンサー制御装置の実現に適している。 As described above, the present invention provides a semiconductor device, a wireless communication device, a sensor control device, and a method for manufacturing a semiconductor device. It is suitable for realizing a wireless communication device and a sensor control device using the device.

10、100、100A、100B 基材
11、101~108 半導体装置
20 n型FET
30 p型FET
50 n型改質ポリマー
110~112、114 第1の領域
113 所定領域
120~122 第2の領域
130、131 第3の領域
200~206、300~302 FET
210、310 ソース電極
220、320 ドレイン電極
230、330 ゲート電極
250、350 ゲート絶縁層
270、370 半導体層
500、510~514、550 第2絶縁層
520、521 第3絶縁層
560 オーバーコート層
600 インバータ
601 クロック発生回路
602 FET
603 コンデンサ
611、612、613、631 インバータ
632 リングオシレータ
640 Dフリップフロップ
641 配線
642 分周回路
700 無線通信装置
701 アンテナ
702 整流回路
703 電源生成部
704 ロジック回路
705 メモリ回路
706 出力部
L1、L2 素子間距離
10, 100, 100A, 100B Base material 11, 101-108 Semiconductor device 20 n-type FET
30 p-type FET
50 N-type modified polymer 110-112, 114 First region 113 Predetermined region 120-122 Second region 130, 131 Third region 200-206, 300-302 FET
210, 310 source electrode 220, 320 drain electrode 230, 330 gate electrode 250, 350 gate insulating layer 270, 370 semiconductor layer 500, 510 to 514, 550 second insulating layer 520, 521 third insulating layer 560 overcoat layer 600 inverter 601 Clock generation circuit 602 FET
603 Capacitor 611, 612, 613, 631 Inverter 632 Ring oscillator 640 D flip-flop 641 Wiring 642 Frequency divider circuit 700 Wireless communication device 701 Antenna 702 Rectifier circuit 703 Power generation section 704 Logic circuit 705 Memory circuit 706 Output section L1, L2 between elements distance

Claims (19)

基材上に、少なくとも、半導体素子が2個以上配置される第1の領域と、半導体素子が1個以上配置される第2の領域と、を含む半導体装置であって、
前記第1の領域の半導体素子は、
前記第1の領域のソース電極、前記第1の領域のドレイン電極、前記第1の領域のゲート電極、前記第1の領域のソース電極と前記第1の領域のドレイン電極とに接する前記第1の領域の半導体層、および前記第1の領域の半導体層と前記第1の領域のゲート電極とを絶縁する前記第1の領域のゲート絶縁層と、
前記第1の領域のゲート絶縁層とは異なる位置で前記第1の領域の半導体層と接する第2絶縁層と、
を前記基材上に備え、
前記第2の領域の半導体素子は、
前記第2の領域のソース電極、前記第2の領域のドレイン電極、前記第2の領域のゲート電極、前記第2の領域のソース電極と前記第2の領域のドレイン電極とに接する前記第2の領域の半導体層、および前記第2の領域の半導体層と前記第2の領域のゲート電極とを絶縁する前記第2の領域のゲート絶縁層を前記基材上に備え、
前記第1の領域の半導体素子の電気伝導性は、前記第2絶縁層により、前記第2の領域の半導体素子の電気伝導性と相異し、
前記第2絶縁層は、前記第1の領域の半導体素子の2個以上にわたって連続して配置される、
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising, on a base material, at least a first region in which two or more semiconductor elements are arranged, and a second region in which one or more semiconductor elements are arranged,
The semiconductor element in the first region is
a source electrode in the first region, a drain electrode in the first region, a gate electrode in the first region, and the first electrode in contact with the source electrode in the first region and the drain electrode in the first region. a semiconductor layer in the region, and a gate insulating layer in the first region that insulates the semiconductor layer in the first region and the gate electrode in the first region;
a second insulating layer in contact with the semiconductor layer in the first region at a position different from the gate insulating layer in the first region;
on the base material,
The semiconductor element in the second region is
a source electrode in the second region, a drain electrode in the second region, a gate electrode in the second region, and a second electrode in contact with the source electrode in the second region and the drain electrode in the second region. and a gate insulating layer in the second region that insulates the semiconductor layer in the second region and the gate electrode in the second region, on the base material,
The electrical conductivity of the semiconductor element in the first region is different from the electrical conductivity of the semiconductor element in the second region due to the second insulating layer,
the second insulating layer is continuously arranged over two or more semiconductor elements in the first region;
A semiconductor device characterized by:
前記基材上に、半導体素子が2個以上配置される第3の領域をさらに含み、
前記第3の領域の半導体素子は、
前記第3の領域のソース電極、前記第3の領域のドレイン電極、前記第3の領域のゲート電極、前記第3の領域のソース電極と前記第3の領域のドレイン電極とに接する前記第3の領域の半導体層、および前記第3の領域の半導体層と前記第3の領域のゲート電極とを絶縁する前記第3の領域のゲート絶縁層と、
前記第3の領域のゲート絶縁層とは異なる位置で前記第3の領域の半導体層と接する第3絶縁層と、
を備え、
前記第2絶縁層を構成する組成物と前記第3絶縁層を構成する組成物とは、互いに異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
further comprising a third region where two or more semiconductor elements are arranged on the base material,
The semiconductor element in the third region is
a source electrode in the third region, a drain electrode in the third region, a gate electrode in the third region, and a third region in contact with the source electrode in the third region and the drain electrode in the third region. a semiconductor layer in the region, and a gate insulating layer in the third region that insulates the semiconductor layer in the third region and the gate electrode in the third region;
a third insulating layer in contact with the semiconductor layer in the third region at a position different from the gate insulating layer in the third region;
Equipped with
The composition constituting the second insulating layer and the composition constituting the third insulating layer are different from each other,
The semiconductor device according to claim 1, characterized in that:
前記第2絶縁層は、前記第1の領域において、長短を有する形状となるように複数配置され、
複数の前記第2絶縁層の長尺方向は、各々、互いに同一の方向である、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A plurality of the second insulating layers are arranged in the first region so as to have a long and short shape,
The longitudinal directions of the plurality of second insulating layers are each in the same direction,
The semiconductor device according to claim 1, characterized in that:
前記第2絶縁層および前記第3絶縁層は、各々、長短を有する形状となるように配置され、
前記第2絶縁層の長尺方向と前記第3絶縁層の長尺方向とは、互いに同一の方向である、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
The second insulating layer and the third insulating layer are each arranged to have a shape having a length and a length,
The longitudinal direction of the second insulating layer and the longitudinal direction of the third insulating layer are the same direction,
The semiconductor device according to claim 2, characterized in that:
前記基材上の半導体層が、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラフェン、ナノダイヤモンドの中から選ばれるいずれか1種類以上の半導体材料を含有する、
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の半導体装置。
The semiconductor layer on the base material contains any one or more semiconductor materials selected from carbon nanotubes, carbon nanocoils, fullerenes, graphene, and nanodiamonds.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
前記基材上の半導体層が、カーボンナノチューブを含有する、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
The semiconductor layer on the base material contains carbon nanotubes.
The semiconductor device according to claim 5, characterized in that:
前記第2絶縁層が、窒素原子およびリン原子の中から選ばれるいずれか1種以上を有する電子供与性化合物を含有する、
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の半導体装置。
The second insulating layer contains an electron-donating compound having one or more selected from nitrogen atoms and phosphorus atoms.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタのしきい値電圧の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in threshold voltage of the transistor,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタの導電型の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in conductivity type of the transistor,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、周囲温度に対する電気伝導性の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to ambient temperature.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、周囲湿度に対する電気伝導性の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to ambient humidity.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、入射光波長に対する電気伝導性の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to the wavelength of incident light.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、入射光量に対する電気伝導性の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to the amount of incident light.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、酸素量に対する電気伝導性の違いである、
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の半導体装置。
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in electrical conductivity with respect to the amount of oxygen.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
前記第3の領域の半導体素子の電気伝導性は、前記第3絶縁層により、前記第2の領域の半導体素子の電気伝導性と相異し、
前記第1の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタの導電型の違いであり、
前記第3の領域の半導体素子と前記第2の領域の半導体素子との電気伝導性の相異が、トランジスタのしきい値電圧の違いである、
ことを特徴とする請求項2または4に記載の半導体装置。
The electrical conductivity of the semiconductor element in the third region is different from the electrical conductivity of the semiconductor element in the second region due to the third insulating layer,
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the first region and the semiconductor element in the second region is a difference in conductivity type of the transistor,
The difference in electrical conductivity between the semiconductor element in the third region and the semiconductor element in the second region is a difference in threshold voltage of the transistor,
The semiconductor device according to claim 2 or 4, characterized in that:
請求項1~15のいずれか一つに記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記第2絶縁層を形成するための組成物を、前記第1の領域の半導体素子の2個以上にわたって連続するように塗布する塗布工程を含む、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor device manufacturing method for manufacturing the semiconductor device according to any one of claims 1 to 15, comprising:
a coating step of continuously coating a composition for forming the second insulating layer over two or more semiconductor elements in the first region;
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
前記塗布工程は、インクジェット方式、ノズル塗布方式、スクリーン印刷方式、オフセット印刷方式、またはドロップキャスト塗布方式のいずれか1種によって前記組成物を塗布し、前記第2絶縁層を形成する、
ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
In the coating step, the composition is coated by any one of an inkjet method, a nozzle coating method, a screen printing method, an offset printing method, or a drop cast coating method to form the second insulating layer.
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16.
請求項1~15のいずれか一つに記載の半導体装置を備える、
ことを特徴とする無線通信装置。
comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 15,
A wireless communication device characterized by:
請求項1~15のいずれか一つに記載の半導体装置を備える、
ことを特徴とするセンサー制御装置。
comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 15,
A sensor control device characterized by:
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