JP7471488B2

JP7471488B2 - 半導体装置

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Publication number: JP7471488B2
Application number: JP2023045405A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 裕吾後藤; 努村川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2024-04-19
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: US8047442B2; US8272575B2; EP2071627A2; JP5514429B2; JP2020074478A; JP5770402B2; CN101452962B; JP6968214B2; KR20090057932A; TWI459542B; CN101452962A; US20120037993A1; JP6657333B2; JP5719910B2; KR101720512B1; KR20160023740A; EP2071627B1; JP2018195843A; US20090140053A1; EP2071627A3

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に外力が加わった場合であっても半導体装置に設けられ
たトランジスタ等の素子の損傷を抑制する半導体装置に関する。

近年、プラスチック等の可撓性を有する基板上にトランジスタ等で構成される集積回路を
設ける技術が注目されている。可撓性を有する基板上に集積回路を設けることによって形
成された半導体装置は、半導体基板やガラス基板等の基板を用いる場合に比べ、軽量化や
コストダウン等を達成することが可能となる。可撓性を有する半導体装置は折り曲げ等が
可能となるため、様々な分野、場所への転用がされている。

特許第４０１５００２号特開２００６－２３２４４９号公報特開２００７－１５０１７９号公報

しかしながら、可撓性を有する基板上にトランジスタ等の素子が設けられた集積回路を具
備する半導体装置に、曲げ等の外力を加えた場合、半導体装置に生じる応力によって、当
該半導体装置に含まれるトランジスタ等の素子が損傷し、トランジスタ等の素子の特性に
影響を及ぼすおそれがある。また、半導体装置の製造工程時において、トランジスタ等の
素子に応力が生じることにより当該素子が損傷し、製品の歩留まりが低下するおそれがあ
る。

本発明は上記問題を鑑み、半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、トラン
ジスタ等の素子の損傷を低減する半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、半導体装置の製造工程時や完成後の使用時において、当該半
導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、トランジスタ等の素子に生じる応力
を抑制するために補強膜が設けられる。補強膜は、半導体装置の厚み方向において、曲げ
などの変形に対して引張応力や圧縮応力などの応力歪みが発生しない中立面（延び縮みし
ない面）の位置を半導体装置にとって好適な位置にするために設ける。

補強膜は、トランジスタ等の素子を構成する半導体膜の上下方向の領域に設けることを特
徴としている。補強膜は半導体膜と接するように設けてもよいし、絶縁膜を介して半導体
膜とは接しないように設けてもよい。以下に、半導体装置の具体的な構成を説明する。

可撓性を有する基板上に設けられた第１の島状の補強膜と、第１の島状の補強膜上に、チ
ャネル形成領域と不純物領域とを具備する半導体膜と、チャネル形成領域の上方にゲート
絶縁膜を介して設けられた第１の導電膜と、第１の導電膜及び前記ゲート絶縁膜を覆って
設けられた第２の島状の補強膜と、第２の島状の補強膜及びゲート絶縁膜を覆って設けら
れた層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に、開口部を介して不純物領域と電気的に接続するよう
に設けられた第２の導電膜とを有し、チャネル形成領域の全域が第１の島状の補強膜と第
２の島状の補強膜との間に設けられていることを特徴とする。

また、第１の島状の補強膜及び第２の島状の補強膜は、半導体装置を構成する半導体膜の
ヤング率よりも高い材料で形成されていることを特徴とする。具体的には、窒化珪素、窒
化酸化珪素、金属酸化物、金属窒化物等の材料を用いることができる。第１の島状の補強
膜及び第２の島状の補強膜を、半導体膜のヤング率よりも高い材料で形成することによっ
て、半導体膜の性質を変えることなく、半導体膜の機械的強度を向上させることができ、
半導体膜の損傷を低減することができる。

第１の島状の補強膜の膜厚は５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、かつ第２の島状の補強膜の膜
厚は１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする。

半導体装置を構成するトランジスタ等の素子に補強膜を設けることにより、製造工程時や
完成後の使用時において当該半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、トラ
ンジスタ等の素子に生じる応力を抑制することができる。したがって、トランジスタ等の
素子の損傷を低減し、半導体装置の歩留まりや信頼性の向上を達成することができる。

半導体装置の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の作製方法の一例を示す図。半導体装置の作製方法の一例を示す図。半導体装置の作成方法の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の作製方法の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置の一例を示す図。半導体装置に適用できるアンテナを説明する図。半導体装置のブロック図の一例及び使用形態の一例を示す図。半導体装置の使用形態の一例を示す図。半導体装置の使用形態の一例を示す図。シミュレーションに用いたモデルを説明するための図。シミュレーションにより求めた半導体装置の応力分布図。シミュレーションにより求めた半導体装置の応力分布図。シミュレーションにより求めたチャネル形成領域の応力分布図。シミュレーションにより求めたチャネル形成領域の応力分布図。半導体装置の使用形態の一例を示す図。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明
に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々
に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施
の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構
成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置の一例に関して図面を参照して説明する。

本実施の形態では、曲げ等の外力が加えられた場合であっても、トランジスタ等の素子に
生じる応力を抑制するために補強膜を設ける。本実施の形態では、その構造の一例として
、トランジスタを構成する半導体膜の上方及び下方に半導体膜のヤング率よりもヤング率
の高い材料で形成された補強膜を設けた場合について説明する。

本実施の形態で示す半導体装置の一例を図１に示す。なお、図１において、図１（Ａ）は
上面図を示しており、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ－Ｂ間の断面図を示している。

図１（Ｂ）に示す半導体装置は、半導体膜１０６、ゲート絶縁膜１０７、ゲート電極とし
て機能する第１の導電膜１０８、半導体膜１０６を補強するための補強膜１０３（第１の
島状の補強膜とも記す）、補強膜１０９（第２の島状の補強膜とも記す）を少なくとも具
備する薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂを有している。図１（Ｂ）において、半導体
膜１０６の少なくとも一部が補強膜１０３と補強膜１０９との間に挟まれて設けられてい
る。また、図１（Ａ）において、補強膜１０９は、半導体膜１０６を覆うように設けられ
ている。

絶縁膜１１０は、ゲート絶縁膜１０７及び補強膜１０９を覆うように設けられている。さ
らに、絶縁膜１１０上に薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂのソース電極又はドレイン
電極として機能しうる第２の導電膜１１１が設けられている。なお、ここでは、薄膜トラ
ンジスタ１００ａ、１００ｂは、可撓性を有する基板１０１上に絶縁膜１０２を介して設
けられた例を示している。

半導体膜１０６は、チャネル形成領域１０６ａ、ソース領域又はドレイン領域として機能
しうる不純物領域１０６ｂを具備している。また、不純物領域１０６ｂは、チャネル形成
領域１０６ａを介して挟んで離間して設けられている。不純物領域１０６ｂは絶縁膜１１
０に設けられた開口部１２４を介して、絶縁膜１１０上に設けられた第２の導電膜１１１
と電気的に接続されている。

補強膜１０３は、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂを構成する半導体膜１０６と絶縁
膜１０４を介して重なるように設けられている。また、当該半導体膜１０６より面積が大
きくなるように設けられている。

また、補強膜１０９は、第１の導電膜１０８及びゲート絶縁膜１０７を覆うように設けら
れている。また、補強膜１０９は、半導体膜１０６全域を覆うように設けられていること
が好ましい。また、補強膜１０９の面積は、補強膜１０３の面積よりも大きいことが好ま
しい。このように、チャネル形成領域の全域が補強膜１０３と補強膜１０９との間に設け
られていることが好ましい。

半導体装置の製造工程時や完成後の使用時において、当該半導体装置に曲げ等の外力が加
わることによって、半導体膜１０６に応力が生じる。これは、半導体装置の厚み方向にお
いて、曲げ等の変形に対して引っ張り応力や圧縮応力等の歪みが発生しない中立面（延び
縮みしない面）の位置が、半導体膜に応力が生じる位置にあるからである。半導体膜１０
６に応力が生じることによって半導体膜１０６が損傷し、半導体装置が破壊される。そこ
で、半導体装置に曲げ等の外力が加わることによって半導体膜に応力が生じることを抑制
するために、半導体装置の厚み方向における中立面（延び縮みしない面）の位置を、半導
体膜に応力が生じることを抑制できる位置にする。

補強膜１０３、補強膜１０９として用いる材料は、半導体膜１０６よりもヤング率の高い
材料を用いることが好ましい。具体的には、窒化珪素、窒化酸化珪素、金属酸化物、金属
窒化物等の材料を用いることができる。また、補強膜１０３と補強膜１０９は、同じ材料
で形成されていることが好ましい。このように、補強膜１０３及び補強膜１０９を半導体
膜よりもヤング率の高い材料で形成することにより、半導体膜の性質を変えることなく、
半導体膜の機械的強度を向上させることができ、半導体膜の損傷を低減することができる
。

補強膜１０３の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、かつ補強膜１０９の膜厚は１００
ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。また、補強膜１０３の膜厚よりも補強膜
１０９の膜厚の方が厚いことが好ましい。さらに、補強膜１０３の膜厚と補強膜１０９の
膜厚の比率（補強膜１０３の膜厚／補強膜１０９膜厚）は、１／２以下であることが好ま
しい。なお、補強膜１０３の膜厚と補強膜１０９の膜厚が同じであってもよい。

このように、半導体膜１０６を補強膜１０３と補強膜１０９とで挟むように設けることに
より、半導体装置の厚み方向において、曲げなどの変形に対して引っ張り応力や圧縮応力
などの歪みが発生しない中立面の位置を、半導体膜１０６に応力が生じることを抑制でき
る位置にすることができる。よって、半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であって
も、半導体膜１０６に応力が生じることを抑制することができる。また、半導体膜１０６
よりもヤング率の高い材料で形成された補強膜を半導体膜１０６の上下近傍に設けること
により、半導体膜の性質を変えることなく、半導体装置の機械的強度を向上させることが
できる。したがって、半導体膜１０６の損傷を低減することができ、薄膜トランジスタ１
００ａ、１００ｂの損傷や破壊を低減することができる。

なお、図１（Ｂ）に示した半導体装置は、補強膜１０９を半導体膜１０６の端部及び補強
膜１０３の端部を覆って設けた例を示したが、本実施の形態で示す半導体装置はこの構成
に限定されず、補強膜１０９は、損傷しやすいチャネル形成領域１０６ａと重なるように
設ければよい。

例えば、第１の導電膜１０８を覆うようにチャネル形成領域１０６ａの上方に補強膜１０
９を設ける構成としてもよい（図１（Ｃ）参照）。また、補強膜１０９の面積は、補強膜
１０３の面積よりも小さくてもよい。チャネル形成領域１０６ａを補強膜１０３及び補強
膜１０９で挟むように設けることにより、半導体装置の厚み方向において中立面の位置を
、チャネル形成領域１０６ａに応力が生じることを抑制できる位置にすることができる。
よって、半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、チャネル形成領域１０６
ａに応力が生じることを抑制することができる。したがって、薄膜トランジスタ１００ａ
、１００ｂの損傷や破壊を低減することができる。また、半導体膜１０６よりもヤング率
の高い材料で形成された補強膜を半導体膜１０６の上下近傍に設けることにより、半導体
膜の性質を変えることなく、半導体膜の機械的強度を向上させることができる。また、絶
縁膜１１０に開口部１２４を形成する際に補強膜１０９を除去する必要がないため、開口
部１２４を形成する際のエッチングを容易に行うことができる。

また、補強膜１０３上に補強膜１１４を積層する構成としてもよい（図２参照）。この場
合、補強膜１１４は、補強膜１０３及び絶縁膜１０２を覆うように形成する。このように
、補強膜１１４を設けることによって、半導体膜１０６の下側が不純物や水分にさらされ
るのを防ぐことができる。また、半導体膜１０６の下方の機械的強度を向上させることが
できる。なお、絶縁膜１０２の上に補強膜１１４を設ける構造としてもよい。なお、補強
膜１０３及び補強膜１１４を積層する場合には、補強膜１０３の膜厚と補強膜１１４の膜
厚を合わせて５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下にすることが好ましい。また、補強膜１０９の
面積は、補強膜１０３の面積よりも大きいことが好ましい。

図１では、一つの島状の補強膜１０３上に一つの半導体膜１０６を設けた例を示したが、
これに限定されない。図３に示すように、一つの補強膜１０３に複数の島状の半導体膜１
０６を設けた構成としてもよい。一つの補強膜１０３上に複数の島状の半導体膜を設けた
場合、補強膜１０３の端部における段差を低減することができるため、マスクずれ等によ
る半導体膜１０６の段切れを防止することができる。

複数の島状の半導体膜１０６の各々の具備するチャネル形成領域の上方にゲート絶縁膜１
０７を介して第１の導電膜が設けられている。また、補強膜１０９がゲート絶縁膜１０７
及び第１の導電膜１０８を覆って設けられており、絶縁膜１１０がゲート絶縁膜１０７及
び第１の導電膜１０８を覆って設けられている。また、絶縁膜１１０に設けられた開口部
１２４を介して、不純物領域１０６ｂと絶縁膜１１０上に設けられた第２の導電膜１１１
とが電気的に接続されている。

なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタを例に挙げて説明したが、薄膜トランジスタ
に代えて有機トランジスタを設けてもよい。

このように、半導体膜の上下近傍に半導体膜のヤング率よりも高い材料で形成された補強
膜を設けることによって、半導体装置の厚み方向において、曲げなどの変形に対して引っ
張り応力や圧縮応力の歪みが発生しない中立面の位置を、半導体膜に応力が生じることを
抑制できる位置にすることができる。つまり、半導体装置の中立面の位置を半導体装置に
とって好適な位置にすることができる。よって、半導体装置の製造工程時や完成後の使用
時において、当該半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、トランジスタ等
の素子に生じる応力を抑制することができる。したがって、トランジスタ等の素子の損傷
を低減し、半導体装置の歩留まりや信頼性の向上を達成することができる。

本実施の形態で示した半導体装置の構成は、他の実施の形態で示す半導体装置の構成と組
み合わせて実施することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１で示した半導体装置の作製方法の一例に関して図面
を参照して説明する。なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタ等の素子を支持基板上
に形成した後に、当該支持基板から素子を剥離して他の基板に転置する工程に関して説明
する。なお、本明細書において、転置とは基板に形成された素子を他の基板へ移しかえる
ことを意味する。

まず、基板１２０の一表面に剥離層１２１を形成し、続けてバッファ層として機能する絶
縁膜１０２、補強膜を形成する。なお、剥離層１２１、絶縁膜１０２、補強膜は、連続し
て形成することもできる。続いて、補強膜にフォトリソグラフィ法により形成したレジス
トからなるマスクを用いて選択的にエッチングを行い、島状の補強膜１０３を形成する（
図４（Ａ）参照）。

基板１２０は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板等を用いることができ
る。このような基板であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板１２０とし
て、例えば、１辺が１メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に
向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較す
ると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層１２１は、基板１２０の全面に設
けているが、必要に応じて、基板１２０の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフ
ィ法により選択的に設けてもよい。また、基板１２０に接するように剥離層１２１を形成
しているが、必要に応じて、基板１２０に接するように下地となる絶縁膜を形成し、当該
絶縁膜に接するように剥離層１２１を形成してもよい。

剥離層１２１は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造を用いることができる。金属膜
としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ
）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜
鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム
（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素又は前記元素を主成分とする合金材料
若しくは化合物材料からなる膜を、単層又は積層して形成する。また、これらの材料は、
スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法等を用いて形成する。金属膜と金属酸化
膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸化雰囲気下又はＮＯ_２の雰囲
気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気下又はＮＯ_２雰囲気下における加熱処理を行うこ
とによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物又は酸化窒化物を設けた場合、タングステ
ン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物から
なる金属酸化物を形成することができる。

絶縁膜１０２はバッファ層として機能する。絶縁膜１０２は、後の剥離工程において、剥
離層１２１及びバッファ層として機能する絶縁膜１０２の界面での剥離が容易となるよう
に、又は後の剥離工程において半導体素子や配線に亀裂やダメージが入るのを防ぐために
設ける。バッファ層として機能する絶縁膜１０２としては、スパッタリング法やプラズマ
ＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成する。無機
化合物の代表例としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素
（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等がある。バッ
ファ層として機能する絶縁膜１０２の厚さは１０ｎｍ乃至１０００ｎｍ、さらには１００
ｎｍ乃至７００ｎｍが好ましい。ここでは、厚さ５００ｎｍ乃至７００ｎｍの酸化窒化珪
素膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。

次いで、剥離層１２１上に補強膜をスパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷
法等を用いて形成する。補強膜としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、アルミナ等のセラミ
ックス、金属酸化物、金属窒化物を用いて形成することができる。窒化珪素や窒化酸化珪
素等を用いることにより、外部から、後に形成される素子形成層１３４へ水分や、酸素等
の気体の侵入や、半導体膜の下側が不純物にさらされることを防止することができる。ま
た、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）
、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジ
ウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属
の酸化物又は窒化物を用いて補強膜を形成しても良い。補強膜の膜厚は、５０ｎｍ乃至２
００ｎｍが好ましい。ここでは、膜厚５０ｎｍ乃至２００ｎｍの窒化珪素をプラズマＣＶ
Ｄ方により形成した後、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクを
用いて選択的にエッチングを行い、島状の補強膜１０３を形成する。

次いで、補強膜１０３及び絶縁膜１０２を覆うように絶縁膜１０４を形成した後、島状の
半導体膜１０６を形成する（図４（Ｂ）参照）。

絶縁膜１０４は、下地層として機能する。絶縁膜１０４は、バッファ層として機能する絶
縁膜１０２と同様の形成方法及び材料を適宜用いることができる。さらには、下地層とし
て機能する絶縁膜１０４を積層構造としてもよい。下地層として機能する絶縁膜が２層構
造の場合、例えば、１層目として窒化酸化珪素膜を形成し、２層目として酸化窒化珪素膜
を形成するとよい。下地となる絶縁膜が３層構造の場合、１層目の絶縁膜として酸化珪素
膜を形成し、２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化
窒化珪素膜を形成するとよい。または、１層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成し、
２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を
形成するとよい。下地となる膜は、基板１２０からの不純物の侵入を防止するブロッキン
グ膜として機能する。

島状の半導体膜１０６は、非晶質半導体膜を形成し、非晶質半導体膜に対して結晶化を行
い結晶質半導体膜にした後、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形
成し、結晶質半導体膜に選択的にエッチングを行うことにより形成される。

非晶質半導体膜は、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により、２５ｎｍ乃
至２００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ乃至１５０ｎｍ）の厚さで形成する。

次いで、非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化を行う。なお、レーザ光の照射と、
ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用い
る熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。

島状の半導体膜１０６の作成工程の一例を以下に簡単に説明する。まず、プラズマＣＶＤ
法を用いて、膜厚５０乃至６０ｎｍの非晶質半導体膜を形成する。次いで、結晶化を助長
する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導
体膜に脱水素化の処理（５００℃、１時間）と、熱結晶化の処理（５５０℃、４時間）を
行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法を
用いてレジストからなるマスクを形成し、半導体膜に選択的にエッチングを行うことによ
って島状の半導体膜１０６を形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶
化を行わずに、レーザ光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。

ゲート絶縁膜１０７はＣＶＤ法やスパッタ法等により珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含
む膜を単層又は積層して形成する。例えば、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素
膜のいずれか一を単層で形成する、又は酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を
組み合わせて積層して形成する。

また、ゲート絶縁膜１０７は、半導体膜１０６に対しプラズマ処理を行い、表面を酸化又
は窒化することで形成しても良い。例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスと、酸素
、酸化窒素（ＮＯ_２）、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理
で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度
で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジ
カル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある
）によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。

このようなプラズマを用いた処理により、１乃至２０ｎｍ、代表的には５乃至１０ｎｍの
絶縁膜が半導体膜上に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜
と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、プラズマ処
理は、半導体膜（結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン）を直接酸化（若しくは窒化）
するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきをきわめて小さくすることができる。加え
て、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状
態となる。すなわち、ここで示すプラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することによ
り、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が
低い絶縁膜を形成することができる。

ゲート絶縁膜１０７は、プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、
それにプラズマや熱反応を利用したＣＶＤ法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリ
コンなどの絶縁膜を堆積し、積層させてもよい。いずれにしても、プラズマで形成した絶
縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつき
を小さくすることができる。

また、半導体膜に対し、連続発振レーザ若しくは１０ＭＨｚ以上の周波数で発振するレー
ザ光を照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜１０６は、そのビー
ムの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向（チャネル形
成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向）に合わせてトランジスタを配置し、上
記のプラズマで形成したゲート絶縁膜をそのトランジスタに用いることで、特性ばらつき
が小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を得ることができる
。

次いで、ゲート絶縁膜１０７上にゲート電極を形成するための導電膜を形成する。ここで
は、導電膜１２２と導電膜１２３を順に積層して形成する（図４（Ｃ）参照）。導電膜１
２２は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により２０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成する
。導電膜１２３は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により１００ｎｍ乃至４００ｎｍの厚
さで形成する。導電膜１２２、導電膜１２３は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）
、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（
Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料
若しくは化合物材料、又はこれらの元素とシリコン（Ｓｉ）元素を含む合金材料若しくは
化合物材料で形成する。又は、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表さ
れる半導体材料（例えば、シリコン（Ｓｉ））により形成する。導電膜１２２と導電膜１
２３の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン
膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや
窒化タンタルは、耐熱性が高いため、導電膜１２２と導電膜１２３を形成した後に、熱活
性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層構造ではなく、３層構造の場
合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用すると良い。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、導電膜１２２
、導電膜１２３を選択的にエッチングすることによって、第１の導電膜１０８を形成後、
当該第１の導電膜１０８をマスクとして半導体膜１０６に不純物元素を導入してチャネル
形成領域１０６ａと不純物領域１０６ｂを形成する（図４（Ｄ）参照）。第１の導電膜１
０８は薄膜トランジスタにおいてゲート電極（ゲート配線を含む）として機能し、不純物
領域１０６ｂは、薄膜トランジスタにおいてソース領域又はドレイン領域とし機能する。

また、導入する不純物元素としては、ｎ型の不純物元素又はｐ型の不純物元素を用いる。
ｎ型の不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型の
不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用い
ることができる。ここでは、不純物元素として、リン（Ｐ）を用い、ｎ型の薄膜トラン
ジスタを形成する。

次いで、第１の導電膜１０８、ゲート絶縁膜１０７を覆うように補強膜１２５を形成する
（図４（Ｅ）参照）。

補強膜１２５は、補強膜１０３と同様の形成方法及び材料を適宜用いることができる。ま
た、補強膜１２５の膜厚は、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下で形成することが好ましい。

次いで、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、補強膜１２５
に選択的にエッチングを行うことによって、補強膜１０９を形成する（図５（Ａ）参照）
。半導体膜１０６のヤング率よりも高い材料で形成された補強膜１０９と補強膜１０３と
で半導体膜１０６を挟むように設けることにより、半導体装置の厚み方向において、曲げ
などの変形に対して引っ張り応力や圧縮応力などの歪みが発生しない中立面の位置を、半
導体膜１０６に応力が生じることが抑制できる位置にすることができる。よって、半導体
装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、半導体膜１０６の部分で応力が生じるこ
とを抑制することができる。

次いで、ゲート絶縁膜１０７、補強膜１０９を覆うように層間絶縁膜として機能する絶縁
膜１１０を形成した後、半導体膜１０６の不純物領域１０６ｂに達する開口部１２４を形
成し、半導体膜１０６の表面の一部を露出させる（図５（Ｂ）参照）。ここでは、ゲート
絶縁膜１０７、補強膜１０９及び絶縁膜１１０の一部をエッチングして、開口部１２４を
形成する。

絶縁膜１１０は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等の酸素又は窒素を
有する絶縁膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜や、エポキシ、
ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有
機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層又は積層構造で設けること
ができる。

次いで、開口部１２４を充填するように第２の導電膜１１１を選択的に形成し、当該第２
の導電膜１１１を覆うように絶縁膜１１２を形成する（図５（Ｃ）参照）。

導電膜１１１は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）、タング
ステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジ
ム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、又はこれらの元素を主
成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主
成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は
、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と、珪素の一方又は両方とを含む合金材
料に相当する。導電膜１１１は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ－Ｓｉ
）膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ－Ｓｉ）膜と窒化チ
タン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの
窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムや
アルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜１１１を形成する材料と
して最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウム
シリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタ
ンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとし
ても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる
。なお、第１の導電膜１０８と同一の材料で設けてもよい。

絶縁膜１１２は、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等の酸素または窒素
を有する絶縁膜、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜や、エポキシ
、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の
有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設ける
ことができる。

次いで、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂ等を含む素子形成層１３４を基板１２０か
ら剥離する。ここでは、レーザ光（例えばＵＶ光）を照射することによって素子形成層１
３４に開口部を形成後、素子形成層１３４の一方の面（絶縁膜１１２が露出した面）を第
１のシート１２６に貼り合わせて物理的な力を用いて基板１２０から素子形成層１３４を
剥離する（図６（Ａ）参照）。

また、基板１２０から素子形成層１３４を剥離する前に、素子形成層１３４に開口部を設
け、エッチング剤を導入して、剥離層１２１を除去してもよい。エッチング剤は、フッ化
ハロゲン又はハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用することができる。例えば、フ
ッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）を使用することができる。

通常、基板１２０から素子形成層１３４を剥離する際に、薄膜トランジスタ１００ａ、１
００ｂに応力が生じ、当該薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂが破損するおそれがある
。しかし、薄膜トランジスタの有する半導体膜１０６に半導体膜１０６よりも高いヤング
率で形成された補強膜１０３及び補強膜１０９を設けることにより、素子形成層１３４に
曲げ等により外力が加わった場合であっても、半導体膜１０６に生じる応力を抑制するこ
とができる。したがって、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂの損傷や破壊を低減する
ことができる。特に、支持基板にトランジスタ等の素子を形成した後に、別の基板に転置
する場合には、補強膜１０３及び１０９を設けることが非常に有効となる。

なお、剥離する際に水やオゾン水等の水溶液で剥離する面を濡らしながら行うことによっ
て、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂ等の素子が静電気等によって破壊されることを
防止できる。

次いで、素子形成層１３４の他方の面（基板１２０から剥離した面）に、第２のシート１
２７を設け、その後加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って、素子形成層１３４に第
２のシート１２７を貼り合わせる（図６（Ｂ）参照）。第１のシート１２６、第２のシー
ト１２７は、ホットメルトフィルム、粘着層が形成されたプラスチックフィルム、又は紙
を用いることができる。また、第１のシート１２６、第２のシート１２７は、耐圧を向上
させるために、薄いセラミックスを用いてもよいし、炭素繊維やガラス繊維の織物に樹脂
をしみこませたシート、いわゆるプリプレグを用いてもよい。第１のシート１２６と第２
のシート１２７の材料としてフレキシブルな材料を用いれば、物品の曲面に貼りつけるの
に適した半導体装置を提供することができる。

また、第１のシート１２６、第２のシート１２７として、静電気等を防止する帯電防止対
策を施したフィルム（以下、帯電防止フィルムと記す）を用いることもできる。帯電防止
フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可
能な材料が貼りつけられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフ
ィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防
止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設
けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように
層に貼りつけてもよいし、フィルムの外側になるように貼りつけてもよい。なお、帯電防
止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあえばよい。ここでの帯電防止可
能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物（ＩＴＯ）、両性界面活性剤や陽イオ
ン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤を用いることができる。また、他
にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および４級アンモニウム塩基をもつ架橋
性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼
りつけたり、練り込んだり、塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる
。帯電防止フィルムで素子形成層の封止を行うことによって、商品として取り扱う際に、
外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。

また、第２のシート１２７を設けると同時又は設けた後に、第１のシート１２６を剥離し
ても良い。第１のシート１２６を除去することによって、半導体装置をより薄く形成する
ことができる。なお、この場合、第１のシート１２６としては、例えば熱を加えることに
よって粘着力が弱まる熱剥離テープを用いることができる。また、第１のシート及び第２
のシートを基板と呼ぶこともあり、第２のシート１２７は、図１の基板１０１に相当する
。

以上の工程により、半導体装置を作製することができる。

なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタを支持基板上に形成した後に、当該支持基板
から素子を剥離して他の基板に転置する工程を示したが、本実施の形態で示した作製方法
はこれに限られない。例えば、基板１０１上に直接薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂ
を設けてもよい。この場合、上述した工程において基板１２０に代えて基板１０１を用い
、剥離層１２１を設けなければよい。基板１０１としては、ガラス基板、石英基板、ステ
ンレス基板等の金属基板、プラスチック基板等を用いることができる。

また、本実施の形態で示した半導体装置の作製方法は、他の実施の形態で示す半導体装置
の作製方法と組み合わせて実施することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態１及び実施の形態２で示した半導体装置の薄膜トラン
ジスタにおいて、ゲート電極として機能する第１の導電膜の側面に接して絶縁膜を形成し
、当該絶縁膜の下方にＬＤＤ領域を形成した場合に関して図面を参照して説明する。

本実施の形態で示す半導体装置の一例を図７に示す。なお、図７において、図７（Ａ）は
上面図を示しており、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＡ－Ｂ間の断面図を示している。

本実施の形態で示す半導体装置は、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂを有しており、
薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂに含まれるゲート電極として機能する第１の導電膜
１０８の側面に接して絶縁膜１３０が設けられている（図７参照）。絶縁膜１３０は、サ
イドウォールとも呼ばれ、当該絶縁膜１３０の下方にＬＤＤ領域を設けた構造とすること
ができる。なお、図７（Ｂ）に、図に１示した構造に絶縁膜１３０及びＬＤＤ領域として
機能する不純物領域１０６ｃを設けた構造を示している。

次いで、絶縁膜１３０の作製方法の一例に関して図８を参照して以下に説明する。

まず、上記実施の形態２の図４（Ｃ）まで同様に形成した後、フォトリソグラフィ法を用
いてレジストからなるマスクを形成し、導電膜１２２、導電膜１２３を選択的にエッチン
グすることにより第１の導電膜１０８を形成する。次いで、当該第１の導電膜１０８をマ
スクとして半導体膜１０６に第１の不純物元素を導入してチャネル形成領域１０６ａと不
純物領域１２８を形成する（図８（Ａ）参照）。第１の不純物元素としては、ｎ型の不純
物元素又はｐ型の不純物元素を用いる。ｎ型の不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（
Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型の不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウ
ム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、
リン（Ｐ）を用い、ｎ型の薄膜トランジスタを形成する場合について示す。

次いで、第１の導電膜１０８、ゲート絶縁膜１０７を覆うように絶縁膜１２９を形成する
（図８（Ｂ）参照）。絶縁膜１２９は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、
珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂等の有機材料を含
む膜を単層又は積層して形成する。

次いで、絶縁膜１２９を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチ
ングすることによって、第１の導電膜１０８の側面に接する絶縁膜１３０（サイドウォー
ル）を形成する。なお、絶縁膜１３０の形成と同時に、ゲート絶縁膜１０７の一部や絶縁
膜１０４の一部がエッチングされて除去される場合がある（図８（Ｃ）参照）。ゲート絶
縁膜１０７の一部が除去されることによって、残存するゲート絶縁膜１０７は、第１の導
電膜１０８及び絶縁膜１３０の下方に形成される。

次いで、第１の導電膜１０８及び絶縁膜１３０をマスクとして半導体膜１０６に第２の不
純物元素を導入して、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域１０６ｂと
、ＬＤＤ領域として機能する不純物領域１０６ｃを形成する（図８（Ｃ）参照）。第２の
不純物元素としては、ｎ型の不純物元素又はｐ型の不純物元素を用いる。ｎ型の不純物元
素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型の不純物元素とし
ては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる
。また、第２の不純物元素は上述した第１の不純物元素より濃度を高くして導入する。こ
こでは、不純物元素として、リン（Ｐ）を用いる。

次いで、半導体膜１０６、第１の導電膜１０８、絶縁膜１３０を覆うように、補強膜１０
９を形成する（図８（Ｄ）参照）。補強膜１０９の形成方法は、図４（Ｅ）、図５（Ａ）
と同様に形成する。その後、上記実施の形態２で示した図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図６で
示した工程を経て、図７で示した半導体装置を製造することができる。

このように、半導体膜１０６のヤング率よりも高い材料で形成された補強膜１０３及び補
強膜１０９で半導体膜１０６を挟むように設けることにより、半導体装置の厚み方向にお
いて、中立面の位置を半導体膜１０６に応力が生じることを抑制できる位置にすることが
できる。よって、半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、半導体膜１０６
に応力が生じることを抑制することができる。また、半導体膜よりもヤング率の高い材料
で形成された補強膜を半導体膜の上下近傍に設けることにより、半導体膜の性質を変える
ことなく、半導体膜の機械的強度を高めることができる。したがって、トランジスタ等の
素子の損傷を低減し、半導体装置の歩留まりや信頼性の向上を達成することができる。

図７及び図８に置いて、島状の補強膜１０３上に絶縁膜１０４を形成し、島状の半導体膜
１０６を設けた例を示したが、これに限らず、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、補強膜
１０３上に半導体膜１０６を設けた構造としてもよい。

図９（Ａ）は、島状の補強膜１０３上に島状の半導体膜１０６を設けており、ゲート絶縁
膜１０７に開口部を設け、該開口部において、島状の補強膜１０３と島状の補強膜１０９
とが接する構造となっている。また図９（Ｂ）は、島状の補強膜１０３上に島状の半導体
膜１０６を設けており、ゲート電極として機能する第１の導電膜１０８の側面に接して絶
縁膜１３０が設けられている。絶縁膜１０２、島状の補強膜１０３、半導体膜１０６、絶
縁膜１３０及び第１の導電膜１０８を覆うように補強膜１０９が設けられており、島状の
補強膜１０３と島状の補強膜１０９とが接する構造となっている。

このように、半導体膜１０６のヤング率よりも高い材料で形成された補強膜１０３及び補
強膜１０９で半導体膜１０６を挟むように設けることにより、半導体装置の厚み方向にお
いて、中立面の位置を半導体膜１０６に応力が生じることを抑制できる位置にすることが
できる。よって、半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、半導体膜１０６
に応力が生じることを抑制することができる。また、半導体膜よりもヤング率の高い材料
で形成された補強膜を半導体膜の上下近傍に設けることにより、半導体膜の性質を変える
ことなく、半導体膜の機械的強度を高めることができる。さらに、補強膜１０３と補強膜
１０９とが接するように設けることにより、半導体膜１０６が不純物や水分にさらされる
のを防ぐことができる。したがって、トランジスタ等の素子の損傷を低減し、半導体装置
の歩留まりや信頼性の向上を達成することができる。

このように、図７乃至図９に示した構造とすることによって、半導体装置の製造工程時や
完成後の使用において、当該半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合であっても、トラ
ンジスタ等の素子に生じる応力を抑制することができる。従って、トランジスタ等の素子
の損傷を低減し、半導体装置の歩留まりや信頼性の向上を達成することができる。

また、本実施の形態で示した半導体装置の構成又はその作製方法は、他の実施の形態で示
す半導体装置の構成又は作製方法と組み合わせて実施することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記の実施の形態と異なる半導体装置に関して図面を参照して説明す
る。実施の形態１乃至実施の形態３において、補強膜１０３を半導体膜１０６の全面と重
なるように設けた例を示したが、本実施の形態の半導体装置はこの構造に限られず、補強
膜１０３と半導体膜１０６が少なくとも一部重なった構造であればよい。その一例につい
て図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１０（Ａ）は上面図を示してお
り、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）におけるＡ－Ｂ間の断面図を示している。

図１０に示す半導体装置において、補強膜１０３は、薄膜トランジスタ１００ａ、１００
ｂを構成する島状の半導体膜１０６の一部と絶縁膜１０４を介して重なるように島状に設
けられている。また、このように設ける場合、補強膜１０３が半導体膜１０６のチャネル
形成領域１０６ａの全面と重なり、不純物領域１０６ｂの一部と重なるように設けること
が好ましい。チャネル形成領域１０６ａの端部においてゲート電極として機能する導電膜
１０８が半導体膜１０６を乗り越えるために段差が生じており、さらに補強膜１０３をチ
ャネル形成領域１０６ａの一部と重なるように設けると導電膜１０８と半導体膜１０６が
ショートするおそれがあるためである。

また、補強膜１０３を半導体膜１０６の一部と重ねるように設ける場合には、補強膜１０
３と第２の導電膜１１１を重ねるように設けることが好ましく、図１０では、補強膜１０
３の端部と第２の導電膜１１１の端部が重なるように設けた例を示している。第２の導電
膜１１１と重なるように補強膜１０３、補強膜１０９を設けることによって、半導体装置
の厚み方向において、曲げなどの変形に対して引っ張り応力や圧縮応力の歪みが発生しな
い中立面の位置を、半導体膜に応力が生じることを抑制できる位置にすることができる。
よって、半導体装置の製造工程時や完成後の使用時において、当該半導体装置に曲げ等の
外力が加わった場合であっても、トランジスタ等の素子に生じる応力を抑制することがで
きる。したがって、トランジスタ等の素子の損傷を低減し、半導体装置の歩留まりや信頼
性の向上を達成することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる半導体装置に関して図面を参照して説明する
。具体的には、トランジスタ等の素子の補強膜となる膜を当該薄膜トランジスタの上方に
設けた半導体装置に関して説明する。

本実施の形態で示す半導体装置の一例について図１１を参照して説明する。

図１１に示す半導体装置は、薄膜トランジスタ１００ａ、１００ｂの上方に絶縁膜（ここ
では絶縁膜１１０）を介して補強膜１３３が設けられている。補強膜１３３は、薄膜トラ
ンジスタ１００ａ、１００ｂを構成する島状の半導体膜１０６と絶縁膜等を介して重なる
ように島状に設けられており、当該半導体膜１０６より面積が大きくなるように設けられ
ている。もちろん、補強膜１３３は、半導体膜１０６の全面と重なった構造である必要は
なく、少なくとも補強膜１３３が半導体膜１０６の一部と重なるように設けてもよい。

なお、本実施の形態で示した半導体装置の構成は、他の実施の形態で示す半導体装置の構
成と組み合わせて実施することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置の使用形態の一例について説明す
る。具体的には、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面
を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形
態によっては、ＲＦＩＤタグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ、無線タグ、
電子タグまたは無線チップともよばれる。

本実施の形態で示す半導体装置の上面構造の一例について、図１２（Ａ）を参照して説明
する。図１２（Ａ）に示す半導体装置１４０は、メモリ部やロジック部を構成する複数の
薄膜トランジスタ等の素子が設けられた集積回路１４１（素子形成層とも記す）と、アン
テナとして機能する導電層１４２を含んでいる。アンテナとして機能する導電層１４２は
、集積回路１４１に電気的に接続されている。集積回路１４１には、上記実施の形態１乃
至５に係るトランジスタ等の素子を適用することができる。

また、図１２（Ｂ）、（Ｃ）に図１２（Ａ）の断面の模式図を示す。アンテナとして機能
する導電層１４２は、メモリ部及びロジック部を構成する素子の上方に設ければよく、例
えば、上記実施の形態３で示した構造の上方に、絶縁膜１４３を介してアンテナとして機
能する導電層１４２を設けることができる（図１２（Ｂ）参照）。絶縁膜１４３は、実施
形態１で示した絶縁膜１１２と同様の材料で形成することができる。他にも、アンテナと
して機能する導電層１４２を基板１４４に別に設けた後、当該基板１４４及び集積回路１
４１を、導電層１４２が間に位置するように貼り合わせて設けることができる（図１２（
Ｃ）参照）。ここでは、絶縁膜１４３上に設けられた導電層１４７とアンテナとして機能
する導電層１４２とが、接着性を有する樹脂１４６中に含まれる導電体粒子１４５を介し
て電気的に接続されている。

なお、本実施の形態では、アンテナとして機能する導電層１４２をコイル状に設け、電磁
誘導方式または電磁結合方式を適用する例を示すが、本実施の形態の半導体装置はこれに
限られずマイクロ波方式を適用することも可能である。マイクロ波方式の場合は、用いる
電磁波の波長によりアンテナとして機能する導電層１４２の形状を適宜決めればよい。

例えば、半導体装置１４０における信号の伝送方式として、マイクロ波方式（例えば、Ｕ
ＨＦ帯（８６０ＭＨｚ帯乃至９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合に
は、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電層の長さ等
の形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして機能する導電層を線状（例えば、
ダイポールアンテナ（図１３（Ａ）参照）、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ（図１
３（Ｂ）参照）またはリボン型の形状（図１３（Ｃ）、（Ｄ）参照）等に形成することが
できる。また、アンテナとして機能する導電層１４２の形状は線状に限られず、電磁波の
波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。

アンテナとして機能する導電層１４２は、ＣＶＤ法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラ
ビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料に
より形成する。導電性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅
（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル
（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属元素、又は当該金属元素を含む合金材料若しくは
化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。

例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電層１４２を形成する場合
には、粒径が数ｎｍから数十μｍの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性
のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子１４５とし
ては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）およびチタン（Ｔｉ）等のいずれ
か一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることがで
きる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散
剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができ
る。代表的には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電層
の形成の際は、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導
電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子（例えば粒径１ｎｍ以上１００ｎ
ｍ以下の微粒子）を用いる場合、１５０℃乃至３００℃の温度範囲で焼成することにより
硬化させて導電層を形成することができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分と
する微粒子を用いてもよく、この場合は粒径２０μｍ以下の微粒子を用いることが好まし
い。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。

このように、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置に本発明を適用することで
、低消費電力化を図ることができるため、特に小型の半導体装置に用いる場合は効果的で
ある。

次いで、本実施の形態に係る半導体装置の動作例について説明する。

半導体装置８０は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路８１、電源回路８
２、リセット回路８３、クロック発生回路８４、データ復調回路８５、データ変調回路８
６、他の回路の制御を行う制御回路８７、記憶回路８８およびアンテナ８９を有している
（図１４（Ａ）参照）。高周波回路８１はアンテナ８９より信号を受信して、データ変調
回路８６より受信した信号をアンテナ８９から出力する回路である。電源回路８２は受信
信号から電源電位を生成する回路である。リセット回路８３はリセット信号を生成する回
路である。クロック発生回路８４はアンテナ８９から入力された受信信号を基に各種クロ
ック信号を生成する回路である。データ復調回路８５は受信信号を復調して制御回路８７
に出力する回路である。データ変調回路８６は制御回路８７から受信した信号を変調する
回路である。また、制御回路８７としては、例えばコード抽出回路９１、コード判定回路
９２、ＣＲＣ判定回路９３および出力ユニット回路９４が設けられている。なお、コード
抽出回路９１は制御回路８７に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出
する回路であり、コード判定回路９２は抽出されたコードとリファレンスに相当するコー
ドとを比較して命令の内容を判定する回路であり、ＣＲＣ判定回路９３は判定されたコー
ドに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。図１４（Ａ）では、制御回路８
７の他に、アナログ回路である高周波回路８１、電源回路８２を含んでいる。

次いで、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ８９により
無線信号が受信される。無線信号は高周波回路８１を介して電源回路８２に送られ、高電
源電位（以下、ＶＤＤと記す）が生成される。ＶＤＤは半導体装置８０が有する各回路に
供給される。また、高周波回路８１を介してデータ復調回路８５に送られた信号は復調さ
れる（以下、復調信号という）。さらに、高周波回路８１を介してリセット回路８３を通
った信号およびクロック発生回路８４を通った復調信号は制御回路８７に送られる。制御
回路８７に送られた信号は、コード抽出回路９１、コード判定回路９２およびＣＲＣ判定
回路９３等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路８８内
に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユ
ニット回路９４を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置８０の情報はデ
ータ変調回路８６を通って、アンテナ８９により無線信号に載せて送信される。なお、半
導体装置８０を構成する複数の回路においては、低電源電位（以下、ＶＳＳという）は共
通であり、ＶＳＳはＧＮＤとすることができる。

このように、リーダ／ライタから半導体装置８０に信号を送り、当該半導体装置８０から
送られてきた信号をリーダ／ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み
取ることが可能となる。

また、半導体装置８０は、各回路への電源電圧の供給を電源（バッテリー）を搭載せず電
磁波により行うタイプとしてもよいし、電源（バッテリー）を搭載して電磁波と電源（バ
ッテリー）により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。

次いで、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する
。表示部３２１０を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３２００が設けられ、品物
３２２０の側面には半導体装置３２３０が設けられる（図１４（Ｂ）参照）。品物３２２
０が含む半導体装置３２３０にリーダ／ライタ３２００をかざすと、表示部３２１０に品
物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の
商品に関する情報が表示される。また、商品３２６０をベルトコンベアにより搬送する際
にリーダ／ライタ３２４０と、商品３２６０に設けられた半導体装置３２５０を用いて、
該商品３２６０の検品を行うことができる（図１４（Ｃ）参照）。半導体装置３２３０、
半導体装置３２５０としては、上述した半導体装置８０を適用することができる。このよ
うに、システムに本実施の形態に係る半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に
行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。また、本実施の形態に係る半導体
装置は低消費電力化を実現できるため、品物に設ける半導体装置を小型化することが可能
である。

なお、上述した以外にも本実施の形態に係る半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で
対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなもの
にも適用することができる。本実施の形態に係る半導体装置は、曲げ等の外力が加わった
場合であっても、トランジスタ等の素子の損傷を低減することができるため、物品（生き
物を含む）であればどのようなものであっても設けて使用することができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態の半導体装置の使用形態の一例について説明する。半
導体装置は、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住
民票等）、包装用容器類（包装紙やボトル等）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ
等）、乗物類（自転車等）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体
、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札等の物品に設ける、いわゆるＩＣラ
ベル、ＩＣタグ、ＩＣカードとして使用することができる。

なお、本明細書において、ＩＣカードとは、プラスチック製カードに薄片化した集積回路
（例えば、ＩＣチップ）を埋設して情報を記録できるようにしたカードである。データを
読み書きする方式の違いによって「接触式」と「非接触式」に分けられる。非接触式カー
ドにはアンテナが内蔵されており、微弱な電波を利用して端末と交信することができるも
のである。また、ＩＣタグとは、物体の識別に利用される微小なＩＣチップ（特にこの用
途のＩＣチップを「ＩＤチップ」ともいう。）に自身の識別コードなどの情報が記録され
ており、電波を使って管理システムと情報を送受信する能力をもつものをいう。数十ミリ
メートルの大きさで、電波や電磁波で読み取り器と交信することができる。無線通信によ
りデータの交信を行う半導体装置に使うＩＣタグの態様はさまざまであり、カード形式の
ものや、ラベル類（ＩＣラベルという）、証書類などがある。

本実施の形態では、図１５を参照して、上記実施の形態の半導体装置の応用例、及びそれ
らの半導体装置を付した商品の一例について説明する。

図１５（Ａ）は、半導体装置の完成品の状態の一例である。ラベル台紙３００１（セパレ
ート紙）上に、半導体装置３００２を内蔵した複数のＩＣラベル３００３が形成されてい
る。ＩＣラベル３００３は、ボックス３００４内に収納されている。また、ＩＣラベル３
００３上には、その商品や役務に関する情報（商品名、ブランド、商標、商標権者、販売
者、製造者等）が記されており、一方、内蔵されている半導体装置には、その商品（又は
商品の種類）固有のＩＤナンバーが付されており、偽造や、商標権、特許権等の知的財産
権侵害、不正競争等の不法行為を容易に把握することができる。また、半導体装置内には
、商品の容器やラベルに明記しきれない多大な情報、例えば、商品の産地、販売地、品質
、原材料、効能、用途、数量、形状、価格、生産方法、使用方法、生産時期、使用時期、
賞味期限、取扱説明、商品に関する知的財産情報等を入力しておくことができ、取引者や
消費者は、簡易な読み取り装置によって、それらの情報にアクセスすることができる。ま
た、生産者側からは容易に書換え、消去等も可能であるが、取引者、消費者側からは書換
え、消去等ができない仕組みになっている。

図１５（Ｂ）は、半導体装置３０１２を内蔵したラベル状のＩＣタグ３０１１を示してい
る。ＩＣタグ３０１１を商品に備え付けることにより、商品管理が容易になる。例えば、
商品が盗難された場合に、商品の経路を辿ることによって、その犯人を迅速に把握するこ
とができる。このように、ＩＣタグを備えることにより、所謂トレーサビリティに優れた
商品を流通させることができる。

図１５（Ｃ）は、半導体装置３０２２を内包したＩＣカード３０２１の完成品の状態の一
例である。上記ＩＣカード３０２１としては、キャッシュカード、クレジットカード、プ
リペイドカード、電子乗車券、電子マネー、テレフォンカード、会員カード等のあらゆる
カード類が含まれる。

なお図１５（Ｃ）に示したＩＣカードにおいては、半導体装置を構成するトランジスタと
して薄膜トランジスタを用いることにより、図１５（Ｄ）に示すように折り曲げた形状に
変形させたとしても使用することができる。

図１５（Ｅ）は、無記名債券３０３１の完成品の状態を示している。無記名債券３０３１
には、半導体装置３０３２が埋め込まれており、その周囲は樹脂によって成形され、半導
体装置を保護している。ここで、該樹脂中にはフィラーが充填された構成となっている。
無記名債券３０３１は、ＩＣラベル、ＩＣタグ、ＩＣカードと同じ要領で作成することが
できる。なお、上記無記名債券類には、切手、切符、チケット、入場券、商品券、図書券
、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、各種サービス券等が含まれるが、勿論こ
れらに限定されるものではない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類
等に半導体装置３０３２を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機
能を活用すれば、偽造を防止することができる。

図２２（Ａ）に、半導体装置３３００を内蔵したポスター３３１０と、側面にリーダ／ラ
イタ３３２０が設けられた携帯端末３３３０を示す。半導体装置３３００には、商品、イ
ベント、企業などに関連した情報が記憶されている。半導体装置３３００が内蔵されたポ
スター３３１０にリーダ／ライタ３３２０が設けられた携帯端末を近づけると、半導体装
置３３００に記憶された情報をリーダ／ライタ３３２０で読み取ることができる。その後
、読みとった情報から、Ｗｅｂサイトにアクセスしてさらなる情報を得ることもできる。

図２２（Ｂ）は、半導体装置３３４０を内蔵した名刺３３５０を示す。半導体装置３３４
０には、その人物の情報（会社名、住所、電話番号など）が記憶されており、携帯端末や
コンピュータなどに設けられたリーダ／ライタで読み取ることにより、その人物の情報を
携帯端末やコンピュータなどに記憶することができる。

図２２（Ｃ）は、半導体装置３３６０を内蔵した切符３３７０を示す。半導体装置３３６
０が内蔵された切符３３７０は、無線を使用しているので、切符３３７０と改札機（リー
ダ／ライタ）が離れている場合や、切符３３７０が隠れている場合でも読み取りを行うこ
とができる。改札機に挿入して読み取る必要がないため、読み取り不良を低減することが
できる。また、半導体装置３３６０に記憶されている情報を書き換えることができるため
、再利用することができる。

また、ここでは図示しないが、書籍、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣
類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステ
ムの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗
難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き
物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線タグを埋め込むこと
によって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。

以上のように、上記実施の形態の半導体装置は、曲げ等の外力が加わった場合であっても
、トランジスタ等の素子の損傷を低減することができるため、物品（生き物を含む）であ
ればどのようなものであっても、設けて使用することができる。

（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態の半導体装置の使用形態の一例について説明する。上
記実施の形態の半導体装置は、作製した基板から剥離することによって、可撓性を有する
状態とすることができる。以下に、上記実施の形態の半導体装置を有する電子機器の具体
例に関して図１６を参照して説明する。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テ
レビジョン装置（単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ）及び携帯電
話等を指す。

図１６（Ａ）は、ディスプレイ４１０１であり、支持台４１０２、表示部４１０３を含む
。表示部４１０３は可撓性を有する基板を用いて形成されており、軽量で薄型のディスプ
レイを実現できる。また、表示部４１０３を湾曲させることも可能であり、支持台４１０
２から取り外して湾曲した壁に沿ってディスプレイを取り付けることも可能である。上記
実施の形態で示した半導体装置を、表示部４１０３や周辺の駆動回路等の集積回路に用い
ることによって、半導体装置の使用形態の一つである可撓性を有するディスプレイを作製
することができる。このように、可撓性を有するディスプレイは、フラットな面はもちろ
ん湾曲した部分にも設置することが可能となるため、様々な用途に用いることができる。

図１６（Ｂ）は巻き取り可能なディスプレイ４２０２であり、表示部４２０１を含む。上
記実施の形態で示した半導体装置を、表示部４２０１や駆動回路等の集積回路に用いるこ
とによって、半導体装置の使用形態の一つである、巻取りが可能で薄型の大型ディスプレ
イを作製することができる。巻き取り可能なディスプレイ４２０２は可撓性を有する基板
を用いて形成されているため、表示部４２０１と共に折り畳んだり、巻き取ったりして持
ち運ぶことが可能である。そのため、巻き取り可能なディスプレイ４２０２が大型である
場合でも折り畳んだり、巻き取ったりして鞄に入れて持ち運ぶことができる。

図１６（Ｃ）は、シート型のコンピュータ４３０１であり、表示部４３０２、キーボード
４３０３、タッチパッド４３０４、外部接続ポート４３０５、電源プラグ４３０６等を含
んでいる。上記実施の形態で示した半導体装置を、表示部４３０２や駆動回路、情報処理
回路等の集積回路に用いることによって、半導体装置の使用形態の一つである、薄型また
はシート型のコンピュータを作製することができる。表示部４３０２は可撓性を有する基
板を用いて形成されており、軽量で薄型のコンピュータを実現できる。また、シート型の
コンピュータ４３０１の本体部分に収納スペースを設けることによって表示部４３０２を
本体に巻き取って収納することが可能である。また、キーボード４３０３も可撓性を有す
るように設けることによって、表示部４３０２と同様にシート型のコンピュータ４３０１
の収納スペースに巻き取って収納することができ、持ち運びが便利になる。また、使用し
ない場合にも折り畳むことによって場所をとらずに収納することが可能となる。

図１６（Ｄ）は、２０～８０インチの大型の表示部を有する表示装置４４００であり、操
作部であるキーボード４４０２、表示部４４０１、スピーカー４４０３等を含む。また、
表示部４４０１は可撓性を有する基板を用いて形成されており、キーボード４４０２を取
り外して表示装置４４００を折り畳んだり巻き取ったりして持ち運ぶことが可能である。
また、キーボード４４０２と表示部４４０１との接続は無線で行うことができ、例えば、
湾曲した壁に沿って表示装置４４００を取り付けながらキーボード４４０２で無線によっ
て操作することができる。

図１６（Ｄ）に示す例では、上記実施の形態で示した半導体装置を、表示部４４０１や表
示部の駆動回路、表示部とキーボードとの間の通信を制御する無線通信回路等の集積回路
に用いている。これによって半導体装置の使用形態の一つである、薄型の大型表示装置を
作製することができる。

図１６（Ｅ）は電子ブック４５０１であり、表示部４５０２、操作キー４５０３等を含む
。またモデムが電子ブック４５０１に内蔵されていても良い。表示部４５０２は可撓性基
板を用いて形成されており、折り曲げたり巻き取ったりすることができる。そのため、電
子ブックの持ち運びも場所をとらずに行うことができる。さらに、表示部４５０２は文字
等の静止画像はもちろん動画も表示することが可能となっている。

図１６（Ｅ）に示す例では、上記実施の形態で示した半導体装置を、表示部４５０２や駆
動回路、制御回路等の集積回路に用いている。これによって、半導体装置の使用形態の一
つである、薄型の電子ブックを作製することができる。

図１６（Ｆ）はＩＣカード４６０１であり、表示部４６０２、接続端子４６０３等を含む
。表示部４６０２は可撓性基板を用いて軽量、薄型のシート状になっているため、カード
の表面に張り付けて形成することができる。また、ＩＣカードが非接触でデータの受信が
行える場合に外部から取得した情報を表示部４６０２に表示することが可能となっている
。

図１６（Ｆ）に示す例では、上記実施の形態で示した半導体装置を、表示部４６０２や無
線通信回路等の集積回路に用いている。これによって、半導体装置の使用形態の一つであ
る、薄型のＩＣカードを作製することができる。

このように、上述した実施の形態の半導体装置を電子機器に用いることにより、曲げるこ
とが可能な電子機器を作製することができる。電子機器に曲げ等の外力が加わった場合で
も、電子機器の厚み方向における中立面の位置を、半導体膜１０６に応力が生じることを
抑制できる位置にすることができる。よって、電子機器に曲げ等の外力が加わった場合で
あっても、半導体膜１０６に応力が生じることを抑制することができる。したがって、半
導体膜１０６の損傷を低減することができ、電子機器の歩留まりや信頼性を向上させるこ
とができる。

以上のように、本発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器や情報表示手
段に用いることができる。

本実施例では、実施の形態１に係る半導体装置に曲げ等の外力が加わった場合に、半導体
膜に生じる応力分布を計算により検証（シミュレーション）した。そして、得られた応力
分布から、半導体膜に生じる応力を抑制することが可能な、第１の補強膜及び第２の補強
膜の最適な膜厚を計算により検証した結果について以下に示す。

第１の補強膜及び第２の補強膜の最適な膜厚を求めるために、第１の補強膜の膜厚と第２
の補強膜の膜厚の組み合わせを種々変更し、４点曲げ試験を模擬した有限要素法解析を行
い、半導体装置に生じる応力分布を求めた。求めた応力分布から、半導体膜（特に、チャ
ネル形成領域）に生じるミーゼスの相当応力の最大値を求めた。なお、本明細書で規定す
るミーゼスの相当応力とは、一般に用いられる計算機シミュレーションから求められる各
方向の応力をスカラー量に変換することによって求めることができる値である。

半導体装置に生じる応力分布は、応力解析ソフトなど、一般に用いられる計算機シミュレ
ーションにより求めることができる。半導体装置を構成する部品から解析モデルを作成し
、コンピュータの応力解析ソフトに、解析モデルの各構成部品の大きさ、形状、ヤング率
、ポアソン比、荷重その他のパラメータを入力し、曲げによる影響で各部品にどのような
応力分布が発生するかを解析する。ここでいう部品とは、絶縁膜、補強膜、半導体膜、ゲ
ート絶縁膜、ゲート電極といった上記のもの以外でも、半導体装置を構成するあらゆる要
素を含む。本実施例では、応力解析ソフトとして、商品名「ＡＮＳＹＳ」（サイバネット
システム社製）を用いて行った。

図１７に、計算に用いた解析モデルについて示す。

バッファ層として機能する絶縁膜２０２として、酸化窒化シリコン（膜厚２００ｎｍ）を
仮定した。絶縁膜２０２上に第１の補強膜２０３は、窒化シリコン（膜厚０ｎｍ、５０ｎ
ｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍで条件振り）とした。また、絶縁
膜２０４は、酸化窒化シリコン（膜厚１００ｎｍ）とし、絶縁膜２０２及び補強膜２０３
を覆うように積層している。島状の半導体膜２０６はシリコン（膜厚６６ｎｍ）、ゲート
絶縁膜２０７は酸化シリコン（膜厚２０ｎｍ）、ゲート電極として機能する導電膜２０８
はタングステン（膜厚１００ｎｍ）とした。また、第２の補強膜２０９は窒化シリコン（
膜厚０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、２００ｎｍ、４００ｎｍで条件振り）、層間絶縁
膜２１０は酸化窒化シリコン（膜厚１．５μｍ）、ソース電極又はドレイン電極として機
能する導電膜２１１は、アルミニウム（膜厚７００ｎｍ）、絶縁膜２１２はポリイミド（
膜厚１．５μｍ）とした。半導体装置の外寸は５０μｍ×３．３２μｍである。なお、計
算を簡略化するためシート（又は基板）を省いて計算した。

表１に、計算に用いた部品のヤング率とポアソン比を示す。

また、図１７の支点２１３をシミュレーションモデルの両端から８μｍのところに設けて
、矢印２１４に示すようにシミュレーションモデルに対し荷重を０．０５Ｎ加えた四点曲
げを仮定した。

図１８及び図１９に、解析ソフトにより有限要素法解析を行い、半導体装置に生じた応力
分布を示す。図１８（Ａ）は、第１の補強膜及び第２の補強膜を設けない場合であり、図
１８（Ｂ）は、第１の補強膜及び第２の補強膜を設けた場合である。また、図１９（Ａ）
は第１の補強膜のみを設けた場合であり、図１９（Ｂ）は第２の補強膜のみを設けた場合
である。また、応力分布は色の濃い箇所ほど高い応力値を示す。

有限要素法により求められる応力はモデルの構造に依存し、様々な性質の応力が含まれて
いる。そこで、本実施例では、有限要素法による計算結果の応力をミーゼスの相当応力に
より評価した。また、薄膜トランジスタに生じる応力は、損傷の起こりやすさに注目し、
チャネル形成領域２０６ａの応力としてとらえ、チャネル形成領域２０６ａのミーゼスの
相当応力の最大値により評価した。

表２に、チャネル形成領域２０６ａに生じる応力をミーゼスの相当応力の最大値で示す。

図２０及び図２１に、有限要素法を用いて求めたチャネル形成領域の応力分布を示す。図
２０及び図２１は、チャネル形成領域を拡大して示しており、応力分布は色の濃い箇所ほ
ど高い応力値を示す。なお、半導体膜２０６以外の応力分布は示していない。

図２０（Ａ）に、第１の補強膜２０３及び第２の補強膜２０９を設けない（第１の補強膜
の膜厚０ｎｍ、第２の補強膜の膜厚０ｎｍ）場合のチャネル形成領域に生じる応力分布を
示す。チャネル形成領域において、チャネル形成領域の下側中央に高い応力が生じている
ことがわかる。これは、半導体装置の中立面の位置がゲート電極側に存在することを示し
ている。このときのミーゼスの相当応力の最大値は、４４ＭＰａとなった。

図２０（Ｂ）に、第１の補強膜及び第２の補強膜を設けた（第１の補強膜の膜厚１００ｎ
ｍ、第２の補強膜の膜３００ｎｍ）場合のチャネル形成領域に生じる応力分布を示す。第
１の補強膜及び第２の補強膜を設けた場合はチャネル形成領域において、３０ＭＰａ以上
の応力が生じていないことがわかる。これは、図２０（Ａ）の場合と比較して半導体装置
の中立面の位置が第１の補強膜２０３側に移動したためである。このときのミーゼスの相
当応力の最大値は、２７ＭＰａであり、図２０（Ａ）と比較して約４０％応力を低減する
ことができた。

また、図２１（Ａ）に、第１の補強膜のみを設けた（第１の補強膜の膜厚１００ｎｍ）場
合のチャネル形成領域に生じる応力分布を示す。第１の補強膜２０３のみを設けた場合、
半導体装置の中立面の位置が図２０（Ｂ）の場合よりも、さらに第１の補強膜２０３側に
移動するため、チャネル形成領域の上端部に高い応力が生じている。このときのミーゼス
の相当応力の最大値は、５６ＭＰａとなった。

また、図２１（Ｂ）に、第２の補強膜のみを設けた（第２の補強膜の膜厚３００ｎｍ）場
合のチャネル形成領域に生じる応力分布を示す。第２の補強膜のみを設けた場合、半導体
装置の中立面の位置が図２０（Ａ）の場合よりも、ゲート電極側に移動するため、チャネ
ル形成領域の下側中央に高い応力が生じている。このときのミーゼスの相当応力の最大値
は、４９ＭＰａとなった。

図２０（Ａ）に示す第１の補強膜及び第２の補強膜が設けられていない場合と、図２０（
Ｂ）に示す第１の補強膜及び第２の補強膜が設けられている場合について、チャネル形成
領域に生じる応力分布を比較すると、ミーゼスの相当応力を４０％低減することができた
。これは、半導体膜の上下に補強膜を設けることにより、半導体装置における中立面の位
置を変化させ、チャネル形成領域に生じる応力を抑制できたためである。

また、図２１（Ａ）、（Ｂ）に示した通り、第１の補強膜のみ又は第２の補強膜のみ設け
た場合は、補強膜が設けられていない場合よりもチャネル形成領域に生じる応力が増大す
ることがあり、必ずしもチャネル形成領域に生じる応力を抑制できるとは限らないことが
わかった。

解析結果から、第１の補強膜及び第２の補強膜を設けない場合に生じるミーゼスの相当応
力の最大値が４４ＭＰａであることから、第１の補強膜の膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以
下、かつ第２の補強膜の膜厚は１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲を選定すればよいこ
とがわかった。また、第１の補強膜の膜厚よりも第２の補強膜の膜厚が厚い場合には、ミ
ーゼスの相当応力の最大値を低減できることがわかった。さらに、第１の補強膜の膜厚と
第２の補強膜の膜厚の比率（第１の補強膜の膜厚／第２の補強膜の膜厚）が１／２以下の
場合にも、ミーゼスの相当応力の最大値を低減できることがわかった。

このように、半導体膜のヤング率よりも高い材料で形成された補強膜で半導体膜を挟むよ
うに設けることにより、半導体装置の厚み方向において中立面の位置を、半導体膜に応力
を生じることを抑制できる位置に移動させることができる。つまり、半導体装置の中立面
の位置を半導体装置にとって好適な位置に移動させることができる。よって、半導体装置
に曲げ等の外力が加わった場合であっても、半導体膜に応力が生じることを抑制すること
ができる。したがって、トランジスタ等の素子の損傷を低減し、半導体装置の歩留まりや
信頼性の向上を達成することができる。

８０半導体装置
８１高周波回路
８２電源回路
８３リセット回路
８４クロック発生回路
８５データ復調回路
８６データ変調回路
８７制御回路
８８記憶回路
８９アンテナ
９１コード抽出回路
９２コード判定回路
９３ＣＲＣ判定回路
９４出力ユニット回路
１００ａ薄膜トランジスタ
１００ｂ薄膜トランジスタ
１０１基板
１０２絶縁膜
１０３補強膜
１０４絶縁膜
１０６半導体膜
１０６ａチャネル形成領域
１０６ｂ不純物領域
１０６ｃ不純物領域
１０７ゲート絶縁膜
１０８導電膜
１０９補強膜
１１０絶縁膜
１１１導電膜
１１２絶縁膜
１１４補強膜
１１６絶縁膜
１１８導電膜
１２０基板
１２１剥離層
１２２導電膜
１２３導電膜
１２４開口部
１２５補強膜
１２６シート
１２７シート
１２８不純物領域
１２９絶縁膜
１３０絶縁膜
１３１補強膜
１３２領域
１３３補強膜
１３４素子形成層
１４０半導体装置
１４１集積回路
１４２導電層
１４３絶縁膜
１４４基板
１４５導電体粒子
１４６樹脂
１４７導電層
１５０リーダ／ライタ
１５１表示部
１５２品物
１５３半導体装置
１５４リーダ／ライタ
１５５半導体装置
１５６商品
２０２絶縁膜
２０３補強膜
２０４絶縁膜
２０６半導体膜
２０６ａチャネル形成領域
２０７ゲート絶縁膜
２０８導電膜
２０９補強膜
２１０層間絶縁膜
２１１導電膜
２１２絶縁膜
２１３支点
２１４矢印
３００１ラベル台紙
３００２半導体装置
３００３ＩＣラベル
３００４ボックス
３０１１ＩＣタグ
３０１２半導体装置
３０２１ＩＣカード
３０２２半導体装置
３０３１無記名債券
３０３２半導体装置
３２００リーダ／ライタ
３２１０表示部
３２２０品物
３２３０半導体装置
３２４０リーダ／ライタ
３２５０半導体装置
３２６０商品
３３００半導体装置
３３１０ポスター
３３２０リーダ／ライタ
３３３０携帯端末
３３４０半導体装置
３３５０名刺
３３６０半導体装置
３３７０切符
４１０１ディスプレイ
４１０２支持台
４１０３表示部
４２０１表示部
４２０２ディスプレイ
４３０１コンピュータ
４３０２表示部
４３０３キーボード
４３０４タッチパッド
４３０５外部接続ポート
４３０６電源プラグ
４４００表示装置
４４０１表示部
４４０２キーボード
４４０３スピーカー
４５０１電子ブック
４５０２表示部
４５０３操作キー
４６０１ＩＣカード
４６０２表示部
４６０３接続端子

Claims

可撓性を有する基板上に、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタは、第１の層と、第１の半導体層と、第１の導電層と、第１のソース電極と、第１のドレイン電極と、を有し、
前記第２のトランジスタは、第２の層と、第２の半導体層と、第２の導電層と、第２のソース電極と、第２のドレイン電極と、を有し、
前記第１の半導体層は、前記第１の層上に設けられ、
前記第１の導電層は、前記第１の半導体層上に設けられ、
前記第１のソース電極は、前記第１の半導体層と電気的に接続され、
前記第１のドレイン電極は、前記第１の半導体層と電気的に接続され、
前記第１の導電層は、前記第１のトランジスタの第１のゲート電極となることができる機能を有し、
前記第１の半導体層は、前記第１のゲート電極と重なる領域に、第１のチャネル形成領域を有し、
前記第２の半導体層は、前記第２の層上に設けられ、
前記第２の導電層は、前記第２の半導体層上に設けられ、
前記第２のソース電極は、前記第２の半導体層と電気的に接続され、
前記第２のドレイン電極は、前記第２の半導体層と電気的に接続され、
前記第２の導電層は、前記第２のトランジスタの第２のゲート電極となることができる機能を有し、
前記第２の半導体層は、前記第２のゲート電極と重なる領域に、第２のチャネル形成領域を有し、
前記第１の導電層上に第３の層を有し、
前記第２の導電層上に前記第３の層を有し、
前記第３の層上に絶縁膜を有し、
前記第３の層上からみたとき、前記第１の層は、前記第１の半導体層の端を越えた領域を有し、
前記第３の層上からみたとき、前記第３の層は、前記第１の半導体層の端を越えた領域を有し、
前記第３の層上からみたとき、前記第２の層は、前記第２の半導体層の端を越えた領域を有し、
前記第３の層上からみたとき、前記第３の層は、前記第２の半導体層の端を越えた領域を有し、
前記第３の層の下面の一部は、前記第１の半導体層の下面よりも下側に位置し、
前記第３の層の下面の一部は、前記第２の半導体層の下面よりも下側に位置し、
前記絶縁膜の下面の一部は、前記第１の半導体層の下面よりも下側に位置し、
前記絶縁膜の下面の一部は、前記第２の半導体層の下面よりも下側に位置し、
前記第１の層は、窒化珪素を有し、
前記第２の層は、窒化珪素を有し、
前記第３の層は、窒化珪素を有する、半導体装置。
請求項１において、
前記第１の層の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第２の層の膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第３の層の膜厚は、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である、半導体装置。