JP2008083216A - 半導体装置および電気光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度の高い温度センサを備えた半導体装置、およびこの半導体装置を素子基板として用いた電気光学装置を提供すること。
【解決手段】電気光学装置の素子基板１０上には、各種薄膜トランジスタが形成されているとともに、所定の温度−電気特性を備えた第１の感熱素子５１ａと、この第１の感熱素子５１ａと異なる温度−電気特性を備えた第２の感熱素子５２ａとが直列接続された温度センサ５が形成されている。この温度センサ５の両端に通電したときに第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａとの接続点から出力される信号に基づいて温度を検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板上に薄膜トランジスタが形成された半導体装置、およびこの半導体装置を素子基板として用いた電気光学装置に関するものである。

アクティブマトリクス型液晶装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの電気光学装置では、画素内あるいは周辺回路に薄膜トランジスタが形成された素子基板が用いられており、かかる素子基板によって、液晶や有機エレクトロルミネッセンス材料などの電気光学物質が保持されている。

このような電気光学装置では、環境温度などによって、出射される光強度が変化することがある。そこで、液晶装置に温度センサを設け、その測定結果に基づいて、駆動条件の最適化を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１５３７８５号公報

しかしながら、液晶装置に別体の温度センサを設けると、その分、コストが増大してしまう。

そこで、素子基板に薄膜トランジスタなどを形成する工程を利用して、素子基板上に第１の感熱素子を形成する一方、第２の感熱素子については、別体の素子を用いることが考えられる。しかしながら、第１の感熱素子を素子基板上に形成した場合には、製造工程のばらつきによって第１の感熱素子の電気特性にばらつきが発生すると、第２の感熱素子との電気特性バランスが崩れ、温度の測定精度が著しく低下するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、測定精度の高い温度センサを備えた半導体装置、およびこの半導体装置を素子基板として用いた電気光学装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、基板上に少なくとも薄膜トランジスタが形成された半導体装置において、前記基板上には、所定の温度−電気特性を備えた第１の感熱素子と、該第１の感熱素子と異なる温度−電気特性を備えた第２の感熱素子とが直列接続された温度センサが形成され、当該温度センサの両端に通電したときに前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子との接続点から出力される信号に基づいて温度が検出されることを特徴とする。

本発明では、薄膜トランジスタが形成された基板上に第１の感熱素子と第２の感熱素子とが形成されているため、薄膜トランジスタの製造工程を使って工程を増加させずに感熱素子を形成することができる。従って、工程を増加させずに温度センサを備えた半導体装置を製造することができる。また、第１の感熱素子と第２の感熱素子とが直列に接続された温度センサの両端に通電すると、第１の感熱素子と第２の感熱素子は温度−電気特性が相違するため、温度によって、第１の感熱素子と第２の感熱素子の抵抗値などが変化し、抵抗値の比率に対応する信号が、第１の感熱素子と第２の感熱素子との接続点から出力される。第１の感熱素子と第２の感熱素子は、略同一の製造工程で形成されるため、第１の感熱素子および第２の感熱素子を製造する際、第１の感熱素子および第２の感熱素子のサイズや膜厚がばらついた場合でも、抵抗値の比率がばらつかないので、温度を正確に測定することができる。

本発明において、前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記基板上に形成された半導体膜を含んで構成されていることが好ましい。半導体膜は、導入した不純物の濃度や種類により、温度−電気特性が変化するので、温度−電気特性が相違する感熱素子を容易に構成することができる。

本発明において、前記半導体膜は、ポリシリコン膜であることが好ましい。

本発明において、前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記半導体膜に、異なる濃度あるいは異なる種類の不純物が導入された感熱用抵抗素子からなる構成を採用することができる。

本発明において、前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子のうちの一方は、前記半導体膜からなる感熱用抵抗素子であり、他方は前記半導体膜を能動層として用いた感熱用トランジスタ素子からなる構成を採用してもよい。

本発明において、前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記半導体膜を能動層として用いた感熱用トランジスタ素子からなる構成を採用することもできる。

本発明において、感熱素子として感熱用抵抗素子を用いた場合、前記薄膜トランジスタは、前記感熱用抵抗素子と不純物の濃度および種類が同一の半導体層を備えていることが好ましい。このように構成すると、薄膜トランジスタの製造工程と感熱用抵抗素子の製造工程の間で少なくとも一部の工程を共通化することができる。

本発明において、感熱素子として感熱用トランジスタ素子を用いた場合、前記薄膜トランジスタには、前記感熱用トランジスタ素子と同一の導電型の薄膜トランジスタが含まれていることが好ましい。このように構成すると、薄膜トランジスタの製造工程と感熱用トランジスタ素子の製造工程の間で少なくとも一部の工程を共通化することができる。

本発明において、半導体装置は、例えば、電気光学装置において、液晶やエレクトロルミネッセンス材料などの電気光学物質を保持する素子基板として用いることができる。

また、本発明を適用した電気光学装置は、携帯電話機あるいはモバイルコンピュータなどの電子機器の表示部として用いられる。

以下、本発明の実施の形態として、本発明を電気光学装置の素子基板（半導体装置）に適用した例を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。

（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）において、本形態の電気光学装置１００は、透過型のアクティブマトリクス型液晶装置であり、素子基板１０の上には、シール材１０７が対向基板２０の縁に沿うように設けられている。シール材１０７の外側の領域には、データ線駆動回路１０１（周辺回路）および実装端子１０２（信号入力端子）が素子基板１０の一辺に沿って設けられており、この一辺に隣接する２辺に沿っては、走査線駆動回路１０４（周辺回路）が形成されている。素子基板１０の残る一辺には、画像表示領域１０ａの両側に設けられた走査線駆動回路１０４間をつなぐための複数の配線１０５が設けられており、さらに、額縁１０８の下などを利用して、プリチャージ回路や検査回路などの周辺回路が設けられることもある。また、対向基板２０のコーナー部の少なくとも１箇所においては、素子基板１０と対向基板２０との間で電気的導通をとるための上下導通材１０６が形成されている。対向基板２０は、シール材１０７とほぼ同じ輪郭を備えており、このシール材１０７によって対向向基板２０が素子基板１０に固着されている。シール材１０７は、光硬化樹脂や熱硬化性樹脂などからなる接着剤であり、両基板間の距離を所定値とするためのグラスファイバー、あるいはガラスビーズ等のギャップ材が配合されている。

詳しくは後述するが、素子基板１０には、画素電極９aがマトリクス状に形成されている。これに対して、対向基板２０には、シール材１０７の内側領域に遮光性材料からなる額縁１０８が形成され、その内側が画像表示領域１０ａとされている。また、対向基板２０では、素子基板１０の画素電極９ａの縦横の境界領域と対向する領域にブラックマトリクス、あるいはブラックストライプなどと称せられる遮光膜２３が形成され、その上層側には、ＩＴＯ膜からなる対向電極２１が形成されている。

また、本形態では、詳しくは後述するが、素子基板１０には、画像表示領域１０ａの周辺に温度センサ５が形成されており、電気光学装置１の温度を監視し、その監視結果に基づいて、電気光学装置１の駆動条件を調整するようになっている。

このように形成した電気光学装置１００は、後述するモバイルコンピュータ、携帯電話機、液晶テレビなどといった電子機器のカラー表示装置として用いることができ、この場合、対向基板２０には、カラーフィルタ（図示せず）や保護膜が形成される。なお、電気光学装置１００は、透過型に限らず、反射型および半透過反射型として構成される場合があり、この場合、例えば、素子基板１０には光反射層が形成される。また、電気光学装置１００は、投射型表示装置（液晶プロジェクタ）において、ＲＧＢ用のライトバルブとして用いることができる。この場合、ＲＧＢ用の各電気光学装置１００の各々には、ＲＧＢ色分解用のダイクロイックミラーを介して分解された各色の光が投射光として各々入射されることになるので、カラーフィルタは形成されない。また、対向基板２０に対して、各画素に対応するようにマイクロレンズを形成すれば、入射光の画素電極９ａに対する集光効率を高めることができるので、明るい表示を行うことができる。さらにまた、対向基板２０に何層もの屈折率の異なる干渉層を積層することにより、光の干渉作用を利用して、ＲＧＢ色をつくり出すダイクロイックフィルタを形成してもよい。このダイクロイックフィルタ付きの対向基板によれば、より明るいカラー表示を行うことができる。

（電気光学装置１００の詳細な構成および動作）
図２〜図４を参照して、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた素子基板の電気的な構成を説明する。図２（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた素子基板の画像表示領域の電気的な構成を示す等価回路図、および周辺回路に構成したインバータ回路の等価回路図である。図３（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびそのＡ−Ａ′線に相当する位置で電気光学装置を切断したときの断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置１００に用いた素子基板に形成したインバータ回路の平面図、およびそのＢ−Ｂ′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。

図２（ａ）に示すように、電気光学装置１００の画像表示領域１０ａには複数の画素１００ａがマトリクス状に形成され、複数の画素１００ａの各々には、画素電極９ａ、および画素電極９ａを制御するための画素スイッチング用の薄膜トランジスタ３０）が形成されており、画像信号を線順次で供給するデータ線６ａが薄膜トランジスタ３０のソースに電気的に接続されている。薄膜トランジスタ３０のゲートには走査線３ａが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線３ａに走査信号を線順次で印加するように構成されている。画素電極９ａは、薄膜トランジスタ３０のドレインに電気的に接続されており、薄膜トランジスタ３０を一定期間だけそのオン状態とすることにより、データ線６ａから供給される画像信号を各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極９ａを介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号は、対向基板２０に形成された対向電極２１（図１（ｂ）参照）との間で一定期間保持される。ここで、保持された画素信号がリークするのを防ぐことを目的に、画素電極９ａと対向電極との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量７０（キャパシタ）を付加することがある。この蓄積容量７０によって、画素電極９ａの電圧は、例えば、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い表示を行うことのできる電気光学装置が実現できる。なお、蓄積容量７０を形成する方法としては、容量を形成するための配線である容量線３ｂとの間に形成する場合、あるいは前段の走査線３ａとの間に形成する場合もいずれであってもよい。

図３（ａ）に示すように、素子基板１０上には、マトリクス状に複数の透明な画素電極９ａ（点線で囲まれた領域）が各画素毎に形成され、画素電極９ａの縦横の境界領域に沿ってデータ線６ａ（一点鎖線で示す）、走査線３ａ（実線で示す）、および容量線３ｂ（実線で示す）が形成されている。図３（ｂ）に示すように、素子基板１０の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板１０ｂからなり、対向基板２０の基体は、石英基板や耐熱性ガラス板などの透明基板２０ｂからなる。素子基板１０には画素電極９ａが形成されており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施されたポリイミド膜などからなる配向膜１６が形成されている。画素電極９ａは、たとえばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜等の透明な導電性膜からなる。また、配向膜１６は、たとえばポリイミド膜などの有機膜に対してラビング処理を行うことにより形成される。なお、対向基板２０において、対向電極２１の上層側にも、ポリイミド膜からなる配向膜２２が形成され、この配向膜２２も、ポリイミド膜に対してラビング処理が施された膜である。

素子基板１０には、透明基板１０ｂの表面にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜１２が形成されているとともに、その表面側において、各画素電極９ａに隣接する位置に薄膜トランジスタ３０が形成されている。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、薄膜トランジスタ３０は、島状の半導体膜１ａに対して、チャネル形成領域１ａ′、低濃度ソース領域１ｂ、高濃度ソース領域１ｄ、低濃度ドレイン領域１ｃ、および高濃度ドレイン領域１ｅが形成されたＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を備えている。このため、薄膜トランジスタ３０は、ドレイン端での電界強度が緩和されるため、オフリーク電流レベルが低く、かつ、電流レベルの急峻な跳ね上がりも解消される。

本形態において、半導体膜１ａは、素子基板１０に対してアモルファスシリコン膜を形成した後、レーザアニールやランプアニールなどにより多結晶化されたポリシリコン膜である。低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域は、走査線３ａをマスクとして、約０．１×１０¹³／ｃｍ²〜約１０×１０¹³／ｃｍ²のドーズ量で低濃度Ｎ型の不純物イオン（リンイオン）を導入することにより形成された半導体領域であり、高濃度ソース領域１ｄおよび高濃度ドレイン領域１ｅは、レジストマスクを用いて、約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｎ型の不純物イオン（リンイオン）を導入することにより形成された半導体領域である。

薄膜トランジスタ３０の上層側には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜４、７が形成されている。層間絶縁膜４の表面にはデータ線６ａが形成され、このデータ線６ａは、層間絶縁膜４に形成されたコンタクトホール４ｂを介して高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続している。層間絶縁膜７の表面にはＩＴＯ膜からなる画素電極９ａが形成されている。画素電極９ａは、層間絶縁膜７に形成されたコンタクトホール７ａを介してドレイン電極６ｂに電気的に接続し、このドレイン電極６ｂは、層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２に形成されたコンタクトホール４ａを介して高濃度ドレイン領域１eに電気的に接続している。画素電極９ａの表面側にはポリイミド膜からなる配向膜１６が形成されている。

また、高濃度ドレイン領域１ｅからの延設部分１ｆ（下電極）に対しては、ゲート絶縁膜２ａと同時形成された絶縁膜（誘電体膜）を介して、走査線３ａと同層の容量線３ｂが上電極として対向することにより、蓄積容量７０が構成されている。

このように構成した素子基板１０と対向基板２０とは、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置され、かつ、これらの基板間には、前記のシール材１０７（図１（ａ）、（ｂ）参照）により囲まれた空間内に電気光学物質としての液晶５０が封入され、保持されている。液晶５０は、画素電極９ａからの電界が印加されていない状態で配向膜により所定の配向状態をとる。液晶５０は、例えば一種または数種のネマティック液晶を混合したものなどからなる。

なお、対向基板２０および素子基板１０の光入射側の面あるいは光出射側には、使用する液晶５０の種類、すなわち、ＴＮ（ツイステッドネマティック）モード、ＳＴＮ（スーパーＴＮ）モード等々の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、偏光フィルム、位相差フィルム、偏光板などが所定の向きに配置される。

（周辺回路の構成）
再び図１（ａ）において、本形態の電気光学装置１００では、素子基板１０の表面側のうち、画像表示領域１０ａの周辺領域を利用してデータ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４などの周辺回路が形成されている。このようなデータ線駆動回路１０１および走査線駆動回路１０４では、図２（ｂ）に示すように、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタ８０とＮチャネル型の薄膜トランジスタ９０とによってインバータ回路などが構成されており、このような周辺回路の構成を図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図４（ａ）、（ｂ）において、周辺回路を構成する薄膜トランジスタは、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタ８０とＮチャネル型の薄膜トランジスタ９０とからなる相補型薄膜トランジスタとして構成されている。このような薄膜トランジスタ８０、９０は、画素スイッチング用の薄膜トランジスタ３０の製造工程の一部を利用して形成されたものであり、薄膜トランジスタ８０、９０を構成する半導体膜１ｈ、１ｍは、薄膜トランジスタ３０を構成する半導体膜１ａと同時形成されたポリシリコン膜である。

ここで、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタ９０は、チャネル形成領域１ｍ′の両側にＮ型の高濃度ソース領域１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｎを備えており、高濃度ソース領域１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｎは、薄膜トランジスタ３０の高濃度ソース領域１ｄおよび高濃度ドレイン領域１ｅを形成する際、ゲート電極３ｅをマスクにして、約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｎ型の不純物イオンが導入された半導体領域である。

Ｐチャネル型の薄膜トランジスタ８０は、チャネル形成領域１ｈ′の両側にＰ型の高濃度ソース領域１ｉおよび高濃度ドレイン領域１ｊを備えており、高濃度ソース領域１ｉおよび高濃度ドレイン領域１ｊは、ゲート電極３ｅをマスクにして、約０．１×１０¹⁵／ｃｍ²〜約１０×１０¹⁵／ｃｍ²のドーズ量で高濃度Ｐ型の不純物イオン（ボロンイオン）が導入された半導体領域である。

このように構成した薄膜トランジスタ８０、９０では、高電位線６ｅと低電位線６ｇが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｅ、４ｆを介して、半導体膜１ｈ、１ｍの高濃度ソース領域１ｉ、１ｐに電気的に接続されている。また、入力配線６ｈは、共通のゲート電極３ｅにそれぞれ接続されており、出力配線６ｆは、層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｇ、４ｆを介して、半導体膜１ｈ、１ｍの高濃度ドレイン領域１ｊ、１ｎに電気的にそれぞれ接続されている。

（温度センサの構成）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本形態の電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。

図１（ａ）に示すように、本形態の電気光学装置１００に用いた素子基板１０には、画像表示領域１０ａの周辺に温度センサ５が形成されている。このような温度センサ５を構成するにあたって、本形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、素子基板１０上で第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａが直列に接続されているとともに、温度センサ５の両端には、駆動電位線６ｉとグランド線６ｊとが接続されている。また、第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａとの接続点からは出力線６ｋが引き出されている。

ここで、第１の感熱素子５１ａは、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｒに低濃度Ｎ型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成され、第２の感熱素子５２ａは、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｓに高濃度Ｎ型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成されている。

第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａは、薄膜トランジスタ３０、８０、９０の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第１の感熱素子５１ａは、図３（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０の低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃと同時形成された半導体領域であり、第２の感熱素子５２ａは、図３（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０、９０の高濃度ソース領域１ｄ、１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｅ、１ｎと同時形成された半導体領域である。

また、温度センサ５では、駆動電位線６ｉが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｊを介して第１の感熱素子５１ａの一方の端部に電気的に接続し、グランド線６ｊが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｋを介して第２の感熱素子５２ａの一方の端部に電気的に接続し、出力線６ｋが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｍを介して第１の感熱素子５１ａの他方の他部、および第２の感熱素子５２ａの他方の端部に電気的に接続している。なお、本形態では、第１の感熱素子５１ａは、幅寸法／長さ寸法で表わされる比（Ｗ／Ｌ）が０．５であるのに対して、第２の感熱素子５２ａは、幅寸法／長さ寸法で表わされる比（Ｗ／Ｌ）が２０に設定されている。

このように構成した温度センサ５において、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａは、不純物濃度が異なるポリシリコン膜から構成されているため、温度−電気特性が異なる。より具体的には、温度が上昇した際、低濃度Ｎ型のポリシリコン膜からなる第１の感熱素子５１ａは、抵抗変化が大きいのに対して、高濃度Ｎ型のポリシリコン膜からなる第２の感熱素子５２ａは、抵抗変化が小さい。また、出力線６ｋには、駆動電位線６ｉにより温度センサ５に印加された入力電圧Ｖinが、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａの抵抗値によって分圧されて出力される。従って、図５（ｃ）に示すように、温度が０°の時には、駆動電位線６ｉにより温度センサ５に印加される入力電圧Ｖinと、出力線６ｋで検出される出力電圧Ｖoutとの比（Ｖin／Ｖout）は、２５．５％であるが、電気光学装置１の温度が上昇していくと、比（Ｖin／Ｖout）は上昇していき、温度と比（Ｖin／Ｖout）との間には、例えば、以下の式
ｙ＝０．００１６ｘ＋０．２５５５９
で近似される直線的な相関関係が存在する。従って、比（Ｖin／Ｖout）を検出すれば、電気光学装置１００の温度を検出することができ、かかる結果に基づいて、電気光学装置１の駆動条件を調整すれば、温度に対応した条件で画像を表示することができる。例えば、電気光学装置１の温度が低くて液晶の配向速度が遅い場合には、データ線駆動回路１０１から出力される画像信号の電圧を高くするなどの調整を行うことができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、共通の素子基板１０上に第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａとが形成されているため、第１の感熱素子５１ａの製造工程、および第２の感熱素子５２ａの製造工程のうちの少なくとも一部を同時に行うことができる。

また、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａは各々、半導体膜１ｒ、１ｓを含んで構成され、かかる半導体膜１ｒ、１ｓは、導入した不純物の濃度により、温度−電気特性が変化するので、温度−電気特性が相違する感熱素子を容易に構成することができる。よって、本形態では、第１の感熱素子５１ａを感熱用抵抗素子として形成でき、かかる感熱用抵抗素子であれば、薄膜トランジスタ３０の低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃと同時形成できる。また、第２の感熱素子５２ａも感熱用抵抗素子として形成したため、薄膜トランジスタ３０、９０の高濃度ソース領域１ｄ、１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｅ、１ｎと同時形成できる。

それ故、本形態によれば、工程数を増加させることなく温度センサ５０を備えた素子基板１０（半導体装置）および電気光学装置１００を製造することができる。

また、第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａとが直列に接続された温度センサ５０の両端に通電すると、第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａは温度−電気特性が相違するため、温度によって、第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａの抵抗値（電気特性）の比率が変化し、かかる比率に対応する信号が、第１の感熱素子５１ａと第２の感熱素子５２ａとの接続点から出力される。それ故、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａを製造する際の影響で、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａのサイズや膜厚がばらついた場合でも、抵抗値の比率にばらつきが発生しないので、温度を正確に測定することができる。

［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａを感熱用抵抗素子により構成するにあたって、第１の感熱素子５１ａを低濃度Ｎ型のポリシリコン膜で構成し、第２の感熱素子５２ａを高濃度Ｎ型のポシリコン膜で構成したが、第１の感熱素子５１ａを高濃度Ｎ型のポリシリコン膜で構成し、第２の感熱素子５２ａを低濃度Ｎ型のポシリコン膜で構成してもよい。また、素子基板１０にＬＤＤ構造のＰチャネル型の薄膜トランジスタを形成した場合には、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａのうちの一方を低濃度Ｐ型のポリシリコン膜で構成し、他方を高濃度Ｐ型のポシリコン膜で構成してもよい。

また、実施の形態１では、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａを導電型が同一で不純物濃度が相違するポリシリコン膜で構成したが、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａのうちの一方をＰ型の不純物を導入したポリシリコン膜で構成し、他方をＮ型の不純物を導入したポリシリコン膜で構成してもよい。

［実施の形態２］
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。なお、本形態および後述する実施の形態３は、基本的な構成が実施の形態１と同様であり、温度センサの構成のみが相違する。従って、共通する部分の説明は省略する。

実施の形態１と同様、本形態でも、図１（ａ）に示すように、本形態の電気光学装置１００に用いた素子基板１０には、画像表示領域１０ａの周辺に温度センサ５が形成されている。このような温度センサ５を構成するにあたって、本形態では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、素子基板１０上では、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂが直列に接続されているとともに、温度センサ５の両端は、駆動電位線６ｉとグランド線６ｊとが接続されている。また、温度センサ５の両端は、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂとの接続点からは出力線６ｋが引き出されている。

ここで、第１の感熱素子５１ｂは、実施の形態１と同様、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｒに低濃度Ｎ型の不純物が導入された感熱用抵抗素子として構成されている。これに対して、第２の感熱素子５２ｂは、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｔを能動層として用いたＮ型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。

ここで、第１の感熱素子５１ｂおよび第２の感熱素子５２ｂは、薄膜トランジスタ３０、８０、９０の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第１の感熱素子５１ｂは、図３（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０の低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃと同時形成された半導体領域である。第２の感熱素子５２ｂは、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０、９０と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域１ｔ′の両側には、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０、９０の高濃度ソース領域１ｄ、１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｅ、１ｎと同時形成された高濃度ソース領域１ｖおよび高濃度ドレイン領域１ｕを備えている。

また、温度センサ５では、駆動電位線６ｉが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｊを介して第１の感熱素子５１ｂの一方の端部に電気的に接続し、グランド線６ｊが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｋを介して第２の感熱素子５２ｂの高濃度ソース領域１ｖに電気的に接続し、出力線６ｋが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｍを介して第１の感熱素子５１ｂの他方の他部、および第２の感熱素子５２ｂの高濃度ドレイン領域１ｕに電気的に接続している。なお、本形態では、第１の感熱素子５１ｂは、幅寸法／長さ寸法で表わされる比（Ｗ／Ｌ）が０．５であるのに対して、第２の感熱素子５２ｂのチャネル形成領域１ｔ′は、幅寸法／長さ寸法で表わされる比（Ｗ／Ｌ）が１に設定されている。なお、第２の感熱素子５２ｂのゲート電極３ｇには、第２の感熱素子５２ｂをオン状態とするゲート電圧が印加されている。

このように構成した温度センサ５において、第１の感熱素子５１ｂは、低濃度Ｎ型のポリシリコン膜から構成され、第２の感熱素子５２ｂは、ポリシリコン膜からなるチャネル形成領域１ｔ′を備えた薄膜トランジスタから構成されているため、温度−電気特性が異なる。より具体的には、第１の感熱素子５１ｂは、抵抗変化が大きいのに対して、第２の感熱素子５１ｂは、抵抗変化が小さい。それ故、図６（ｃ）に示すように、温度が０°の時には、駆動電位線６ｉが温度センサ５に印加する入力電圧Ｖinと、出力線６ｋで検出される出力電圧Ｖoutとの比（Ｖin／Ｖout）は、４．２７％であるのに対して、温度が上昇していくと、比（Ｖin／Ｖout）は上昇していき、温度と比（Ｖin／Ｖout）との間には、例えば、以下の式
ｙ＝０．０１２６ｘ＋４．２９１２
で近似される直線的な相関関係が存在する。従って、比（Ｖin／Ｖout）を検出すれば、電気光学装置１００の温度を検出することができ、かかる結果に基づいて、電気光学装置１の駆動条件を調整すれば、温度に対応した条件で画像を表示することができる。例えば、電気光学装置１の温度が低くて液晶の配向速度が遅い場合には、データ線駆動回路１０１から出力される画像信号の電圧を高くするなどの調整を行うことができる。

以上説明したように、本形態では、素子基板１０上に第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂとが形成されているため、第１の感熱素子５１ｂの製造工程、および第２の感熱素子５２ｂの製造工程のうちの少なくとも一部を同時に行うことができる。また、第１の感熱素子５１ｂおよび第２の感熱素子５２ｂは各々、半導体膜１ｒ、１ｔを含んで構成され、かかる半導体膜１ｒ、１ｔを用いれば、温度−電気特性が相違する感熱素子を容易に構成することができる。よって、第１の感熱素子５１ｂを感熱用抵抗素子として形成でき、かかる感熱用抵抗素子であれば、薄膜トランジスタ３０の低濃度ソース領域１ｂおよび低濃度ドレイン領域１ｃと同時形成できる。また、第２の感熱素子５２ｂを感熱用トランジスタ素子として形成したため、薄膜トランジスタ３０、９０と同時形成できる。それ故、本形態によれば、少ない工程数で温度センサ５０を備えた素子基板１０（半導体装置）および電気光学装置１００を製造することができる。

また、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂとが直列に接続された温度センサ５０の両端に通電すると、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂは温度−電気特性が相違するため、温度によって、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂの抵抗値（電気特性）の比率が変化し、かかる比率に対応する信号が、第１の感熱素子５１ｂと第２の感熱素子５２ｂとの接続点から出力される。それ故、第１の感熱素子５１ｂおよび第２の感熱素子５２ｂのサイズや膜厚がばらついた場合でも、抵抗値の比率にばらつきが発生しないので、温度を正確に測定することができる。

［実施の形態２の変形例］
実施の形態２では、第１の感熱素子５１ｂを感熱用抵抗素子により構成し、第２の感熱素子５２ｂａを感熱用トランジスタ素子により構成したが、第１の感熱素子５１ｂを感熱用トランジスタ素子により構成し、第２の感熱素子５２ｂａを感熱用抵抗素子により構成してもよい。また、上記形態では、感熱用トランジスタ素子をＮチャネル型の薄膜トランジスタにより構成したが、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタにより感熱用トランジスタ素子を構成してもよい。さらに、感熱用トランジスタ素子についてはセルフアライン構造に代えて、Ｎチャネル型あるいはＰチャネル型のＬＤＤ構造の薄膜トランジスタにより構成してもよい。

［実施の形態３］
図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、およびその構成例を示す断面図である。

実施の形態１、２と同様、本形態でも、図１（ａ）に示すように、本形態の電気光学装置１００に用いた素子基板１０には、画像表示領域１０ａの周辺に温度センサ５が形成されている。このような温度センサ５を構成するにあたって、本形態では、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃが直列に接続されているとともに、温度センサ５の両端は、駆動電位線６ｉとグランド線６ｊとが接続されている。また、温度センサ５の両端は、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃとの接続点からは出力線６ｋが引き出されている。

ここで、第１の感熱素子５１ｃは、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｗを能動層として用いたＰ型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。これに対して、第２の感熱素子５２ｃは、ポリシリコン膜からなる半導体膜１ｔを能動層として用いたＮ型の感熱用トランジスタ素子として構成されている。

第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃは、薄膜トランジスタ３０、８０、９０の製造工程を利用して形成されたものである。すなわち、第１の感熱素子５１ｃは、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ８０と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域１ｗ′の両側には、図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ８０の高濃度ソース領域１ｉおよび高濃度ドレイン領域１ｊと同時形成された高濃度ソース領域１ｘおよび高濃度ドレイン領域１ｙを備えている。第２の感熱素子５２ｃは、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０、９０と同時形成された薄膜トランジスタであり、チャネル形成領域１ｔ′の両側には、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示す薄膜トランジスタ３０、９０の高濃度ソース領域１ｄ、１ｐおよび高濃度ドレイン領域１ｅ、１ｎと同時形成された高濃度ソース領域１ｖおよび高濃度ドレイン領域１ｕを備えている。

また、温度センサ５では、駆動電位線６ｉが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｊを介して第１の感熱素子５１ｃの高濃度ソース領域１ｘに電気的に接続し、グランド線６ｊが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｋを介して第２の感熱素子５２ｃの高濃度ソース領域１ｖに電気的に接続し、出力線６ｋが層間絶縁膜４およびゲート絶縁膜２のコンタクトホール４ｍを介して第１の感熱素子５１ｃの高濃度ドレイン領域１ｙ、および第２の感熱素子５２ｃの高濃度ドレイン領域１ｕに電気的に接続している。なお、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃのゲート電極３ｆ、３ｇには、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃをオン状態とするゲート電圧が印加されている。

このように構成した温度センサ５において、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃは、ポリシリコン膜からなるチャネル形成領域１ｗ′、１ｔ′を備えた薄膜トランジスタから構成され、かかる薄膜トランジスタは導電型が相違する。このため、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃは、温度−電気特性が異なる。それ故、駆動電位線６ｉが温度センサ５に印加する入力電圧Ｖinと、出力線６ｋで検出される出力電圧Ｖoutとの比（Ｖin／Ｖout）は、温度が上昇していくと、直線的に変化する。従って、比（Ｖin／Ｖout）を検出すれば、電気光学装置１００の温度を検出することができ、かかる結果に基づいて、電気光学装置１の駆動条件を調整すれば、温度に対応した条件で画像を表示することができる。例えば、電気光学装置１の温度が低くて液晶の配向速度が遅い場合には、データ線駆動回路１０１から出力される画像信号の電圧を高くするなどの調整を行うことができる。

以上説明したように、本形態では、素子基板１０上に第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃとが形成されているため、第１の感熱素子５１ｃの製造工程、および第２の感熱素子５２ｃの製造工程のうちの少なくとも一部を同時に行うことができる。また、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃは各々、半導体膜１ｗ、１ｔを含んで構成され、かかる半導体膜１ｗ、１ｔを用いれば、温度−電気特性が相違する感熱素子を容易に構成することができる。よって、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃを感熱用トランジスタ素子として形成でき、薄膜トランジスタ３０、８０、９０と同時形成できる。それ故、本形態によれば、少ない工程数で温度センサ５０を備えた素子基板１０（半導体装置）および電気光学装置１００を製造することができる。

また、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃとが直列に接続された温度センサ５０の両端に通電すると、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃは温度−電気特性が相違するため、温度によって、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃの抵抗値（電気特性）の比率が変化し、かかる比率に対応する信号が、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃとの接続点から出力される。それ故、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃのサイズや膜厚がばらついた場合でも、第１の感熱素子５１ｃと第２の感熱素子５２ｃのサイズ比などが一定であれば、抵抗値の比率にばらつきが発生しないので、温度を正確に測定することができる。また、第１の感熱素子５１ａおよび第２の感熱素子５２ａのサイズ比がばらついた場合でも、簡単な補正で温度を正確に測定することができる。

［実施の形態３の変形例］
実施の形態３では、第１の感熱素子５１ｃをＰチャネル型の薄膜トラジスタ（感熱用トランジスタ素子）により構成し、第２の感熱素子５２ｃをＮチャネル型の薄膜トラジスタ（感熱用トランジスタ素子）により構成したが、第１の感熱素子５１ｃをＮチャネル型の薄膜トラジスタ（感熱用トランジスタ素子）により構成し、第２の感熱素子５２ｃをＰチャネル型の薄膜トラジスタ（感熱用トランジスタ素子）により構成してもよい。また、上記形態では、第１の感熱素子５１ｃおよび第２の感熱素子５２ｃをセルフアライン型の薄膜トラジスタ（感熱用トランジスタ素子）により構成したが、ＬＤＤ構造の薄膜トラジスタを用いてもよい。

［その他の実施の形態］
上記形態では、半導体膜としてポリシコン膜を用いた例であったが、アモルファスシリコン膜を用いた素子基板１０に本発明を適用してもよい。

また、上記形態では、半導体装置として、アクティブマトリクス型電気光学装置に用いる素子基板を例に説明したが、液晶以外の電気光学物質を用いた電気光学装置、例えば、図８を参照して以下に説明する有機エレクトロルミネッセンス表示装置に用いる素子基板、あるいは電気光学装置以外の半導体装置の製造などに本発明を適用してもよい。

図８は、電荷注入型の有機薄膜エレクトロルミネセンス素子を用いたアクティブマトリクス型電気光学装置のブロック図である。図８に示す電気光学装置１００ｐは、有機半導体膜に駆動電流が流れることによって発光するＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、またはＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子を薄膜トランジスタで駆動制御するアクティブマトリクス型の表示装置であり、このタイプの電気光学装置に用いられる発光素子はいずれも自己発光するため、バックライトを必要とせず、また、視野角依存性が少ないなどの利点がある。ここに示す電気光学装置１００ｐでは、素子基板１０ｐ上に、複数の走査線３ｐと、走査線３ｐの延設方向に対して交差する方向に延設された複数のデータ線６ｐと、これらのデータ線６ｐに並列する複数の共通給電線２３ｐと、データ線６ｐと走査線３ｐとの交差点に対応する画素領域１５ｐとが構成されている。データ線６ｐに対しては、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン、アナログスイッチを備えるデータ側駆動回路１０１ｐが構成されている。走査線３ｐに対しては、シフトレジスタおよびレベルシフタを備える走査側駆動回路１０４ｐが構成されている。

また、画素領域１５ｐの各々には、走査線３ｐを介して走査信号がゲート電極に供給される第１の薄膜トランジスタ３１ｐと、この第１の薄膜トランジスタ３１ｐを介してデータ線６ｐから供給される画像信号を保持する保持容量３３ｐと、この保持容量３３ｐによって保持された画像信号がゲート電極に供給される第２の薄膜トランジスタ３２ｐと、第２の薄膜トランジスタ３２ｐを介して共通給電線２３ｐに電気的に接続したときに共通給電線２３ｐから駆動電流が流れ込む発光素子４０ｐとが構成されている。

このような素子基板１０ｐにおいても、第１の薄膜トランジスタ３１ｐおよび第２の薄膜トランジスタ３２ｐの製造工程を利用して、実施の形態１〜３で用いた温度センサ５を構成することができる。

［電子機器への適用］
図９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明に係る電気光学装置を用いた電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピュータの説明図、および携帯電話機の説明図である。本形態の電気光学装置は、図９（ａ）、（ｂ）に示すパーソナルコンピュータ１８０や携帯電話機１９０などに用いることができる。すなわち、図９（ａ）に示すパーソナルコンピュータ１８０は、キーボード１８１を備えた本体部１８２と、表示ユニット１８３とを有する。表示ユニット１８３は、前述した電気光学装置１００、１００ｐを含んで構成される。図９（ｂ）に示すように、携帯電話機１９０は、複数の操作ボタン１９１と、前述した電気光学装置１００、１００ｐからなる表示部とを有している。

（ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置をその上に形成された各構成要素と共に対向基板の側から見た平面図、およびそのＨ−Ｈ′断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板の画像表示領域の電気的な構成を示す等価回路図、および周辺回路に構成したインバータ回路の等価回路図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板において相隣接する画素の平面図、およびそのＡ−Ａ′線に相当する位置で電気光学装置を切断したときの断面図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明を適用した電気光学装置に用いた素子基板に形成したインバータ回路の平面図、およびそのＢ−Ｂ′線に相当する位置で素子基板を切断したときの断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態１に係る電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、その構成例を示す断面図、およびこの温度センサからの出力と温度との関係を示すグラフである。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明の実施の形態２に係る電気光学装置に構成した温度センサの等価回路図、およびその構成例を示す断面図である。 本発明が適当されるエレクトロルミネセンス装置のブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は各々、本発明に係る電気光学装置を用いた電子機器の一実施形態としてのモバイル型のパーソナルコンピュータを示す説明図、および携帯電話機の説明図である。

符号の説明

１ａ、１ｈ、１ｍ、１ｒ、１ｓ、１ｔ、１ｗ・・ 半導体膜（ポリシリコン膜）、２・・ゲート絶縁膜、３ａ・・走査線、３ｂ・・容量線、３ｅ、３ｆ、３ｇ・・ゲート電極、５・・温度センサ、６ａ・・データ線、９ａ・・画素電極、１０、１０ｐ・・素子基板（半導体装置）、３０、３１ｐ、３２ｐ、８０、９０・・薄膜トランジスタ（半導体素子）、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ・・第１の感熱素子、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ・・第２の感熱素子、１００、１００ｐ・・電気光学装置

Claims (9)

1. 基板上に少なくとも薄膜トランジスタが形成された半導体装置において、
   前記基板上には、所定の温度−電気特性を備えた第１の感熱素子と、該第１の感熱素子と異なる温度−電気特性を備えた第２の感熱素子とが直列接続された温度センサが形成され、
   当該温度センサの両端に通電したときに前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子との接続点から出力される信号に基づいて温度が検出されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記基板上に形成された半導体膜を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体膜は、ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記半導体膜に、異なる濃度あるいは異なる種類の不純物が導入された感熱用抵抗素子からなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
5. 前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子のうちの一方は、前記半導体膜からなる感熱用抵抗素子であり、他方は前記半導体膜を能動層として用いた感熱用トランジスタ素子からなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
6. 前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子は各々、前記半導体膜を能動層として用いた感熱用トランジスタ素子からなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
7. 前記薄膜トランジスタは、前記感熱用抵抗素子と不純物の濃度および種類が同一の半導体層を備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体装置。
8. 前記薄膜トランジスタには、前記感熱用トランジスタ素子と同一の導電型の薄膜トランジスタが含まれていることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に規定する半導体装置を備えた電気光学装置であって、
   前記半導体装置は、電気光学物質を保持する素子基板であることを特徴とする電気光学装置。

Images