(57)【要約】【課題】能動層の熱劣化を防止する。【解決手段】本発明の半導体装置は、能動層１４と、能動層１４に接触した、ソース電極１４４及びドレイン電極１４５と、能動層１４においてソース電極１４４とドレイン電極１４５との間に設けられたチャネル領域１４２と、チャネル領域１４２に第１絶縁膜１５を介して重ね合わされるゲート電極１６と、チャネル領域１４２に第２絶縁膜１３を介して重ね合わされる半導体材料からなる感温部１２と、感温部１２においてチャネル領域１４２と重ね合わされる部分を挟んで設けられた、第１電極１２１及び第２電極１２２と、を備えている。第１電極１２１又は第２電極１２２がソース電極１４４と導通している。【選択図】図１
2009130253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動層と、
前記能動層に接触した、ソース電極及びドレイン電極と、
前記能動層においてソース電極とドレイン電極との間に設けられたチャネル領域と、
前記チャネル領域に第１絶縁膜を介して重ね合わされるゲート電極と、
前記チャネル領域に第２絶縁膜を介して重ね合わされる半導体材料からなる感温部と、
前記感温部において前記チャネル領域と重ね合わされる部分を挟んで設けられた、第１電極及び第２電極と、を備え、前記第１電極又は第２電極が前記ソース電極と導通していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記能動層が、多結晶シリコンからなっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記感温部の膜厚が、前記能動層よりも厚くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記能動層が、前記ゲート電極及び前記感温部の間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記能動層は、前記チャネル領域及び前記ドレイン電極に接触するドレイン領域を有しており、前記感温部は、少なくとも前記チャネル領域とドレイン領域との境界面に重ね合わされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記チャネル領域全体が、前記感温部に重ね合わされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２絶縁膜の膜厚が、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記能動層の膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとともに、前記感温部の膜厚が５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記２半導体層のフェルミ準位が、価電子帯の上端よりも０．１５ｅＶ以上高いか、もしくは伝導帯の下端よりも０．１５ｅＶ以上低いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記感温部の不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下となっていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体装置を備え、該半導体装置の能動層とゲート電極とが、画素のスイッチング素子を構成していることを特徴とする電気光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低温プロセスにより形成されたポリシリコン膜を半導体層とした半導体装置が注目されている。低温プロセスによれば、安価なガラス基板等にポリシリコン膜を形成することができるので、低コストとすることができる。また、ガラス基板等に画素部とその駆動部（半導体装置）とを混載することが可能であり、高品質の液晶装置や有機ＥＬ装置を製造することができる。
【０００３】
一般に、ポリシリコン膜からなる半導体層は、チャネルとなる部分やゲート絶縁膜と当接する部分等に欠陥準位を生じないように、欠陥準位を防止する水素を含有して形成されている。半導体層の温度が６５０Ｋ以上になると、この水素が脱離して半導体層の特性を劣化させてしまう。そのため、半導体層の温度が６５０Ｋ以上にならないようにする構造が考えられている（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１の半導体装置には、ガラス基板上にポリシリコンからなる能動層（半導体層）が形成されているともに、能動層とガラス基板との間に放熱用メタル層が設けられている。これにより、能動層での自己発熱が放熱用メタル層を介してガラス基板側から放熱され、能動層の過熱を防止できるとされている。
【特許文献１】特開２００５−１０９１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のような半導体装置においても、能動層の過熱対策が十分でないおそれがある。すなわち、放熱用メタル層を介することで能動層からガラス基板への伝熱は改善されると考えられるが、実質的に放熱に寄与するガラス基板の放熱性は向上していない。そのため、ガラス基板の放熱性を超えて能動層が過熱された場合には、その熱を十分に放熱することができずに能動層が劣化してしまう。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、半導体層の劣化を防止することが可能な半導体装置を提供することを目的の一つとする。また、この半導体装置を備えたことにより、高信頼性とされた電気光学装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置は、能動層と、前記能動層に接触した、ソース電極及びドレイン電極と、前記能動層においてソース電極とドレイン電極との間に設けられたチャネル領域と、前記チャネル領域に第１絶縁膜を介して重ね合わされるゲート電極と、前記チャネル領域に第２絶縁膜を介して重ね合わされる半導体材料からなる感温部と、前記感温部において前記チャネル領域と重ね合わされる部分を挟んで設けられた、第１電極及び第２電極と、を備え、前記第１電極又は第２電極が前記ソース電極と導通していることを特徴とする。
【０００８】
半導体層は、その温度が上昇するにつれて、キャリア密度が高くなることが知られている。例えば、ｎ型不純物を含有する半導体層のキャリア密度ｎは、ボルツマン定数ｋ、伝導帯における有効状態密度Ｎｃ、伝導帯下端のエネルギー準位Ｅｃ、フェルミ準位Ｅｆ、ケルビン温度Ｔを用いて、ｎ＝Ｎｃ×ｅｘｐ（−（Ｅｃ-Ｅｆ）／ｋＴ）で表される。また、ｐ型不純物を含有する半導体層のキャリア密度ｐは、価電子帯Ｅ上端のエネルギー準位Ｅｖ、価電子帯における有効状態密度Ｎｖを用いると、ｐ＝Ｎｖ×ｅｘｐ（（Ｅｆ-Ｅｖ）／ｋＴ）で表される。
【０００９】
本発明の半導体装置においては、チャネル領域に電流が流れてその温度が上昇すると、第２絶縁膜を介して感温部が加熱され、感温部のキャリア密度が高くなる。第１電極又は第２電極はソース電極と導通しているので、感温部のキャリア密度が高くなりその導電率が高くなると、１電極又は第２電極とソース電極との上流側からの電流は、ソース電極側よりも感温部側に優先的に流れるようになる。したがって、チャネル領域に流れる電流の値が小さくなり、チャネル領域の自己発熱が抑制される。よって、チャネル領域の過熱が防止され、チャネル領域の熱劣化が防止された良好な半導体装置となる。
【００１０】
また、前記能動層が多結晶シリコンからなる構成とすることもできる。
多結晶シリコンからなる構成とすれば、例えば多結晶シリコンをＴＦＴに適用した電気光学装置に同じプロセスで本発明を適用できるため、製造工程を複雑にすることなく表示特性の良い電気光学装置とすることができる。
【００１１】
また、前記感温部の膜厚が、前記能動層よりも厚くなっていることが好ましい。
このようにすれば、感温部の膜抵抗が能動層よりも小さくなり、チャネル領域の過熱時において感温部に優先的に電流を流すことが可能となる。これにより、過熱時に、能動層のチャネル領域に電流がほとんど流れないようにすることができる。
【００１２】
また、前記能動層が、前記ゲート電極及び前記感温部の間に配置されていることが好ましい。
このようにすれば、能動層とゲート電極との間に感温部が配置されていないので、これらの間の第１絶縁膜を薄くすることができる。第１絶縁膜は能動層に対するゲート絶縁膜として機能するので、これを薄くすることにより、チャネル領域を良好にオンオフすることが可能となる。また、感温部と能動層との間にゲート電極が配置されていないので、これらの間の第２絶縁膜を薄くすることもできる。これにより、チャネル領域の熱が感温部へ良好に伝わるようになる。また、感温部は、能動層よりもゲート電極から遠くなるので、ゲート電極に電圧が印加された際の電界効果を受けにくくなる。したがって、通常動作時に感温部のチャネルがオンとなりここに大電流が流れることが防止され、チャネル領域に所定値の電流を流すことが可能となる。また、感温部におけるゲート電極と反対側に能動層を配置しないので、感温部をゲート電極と反対側に向かって厚くすることもでき、能動層よりも十分に厚い感温部とすることができる。
【００１３】
また、前記能動層は、前記チャネル領域及び前記ドレイン電極に接触するドレイン領域を有しており、前記感温部は、少なくとも前記チャネル領域とドレイン領域との境界面に重ね合わされる構成とすることもできる。
一般に、チャネル領域のドレイン電極側ではソース電極側よりも温度上昇が顕著である。感温部が、少なくとも前記チャネル領域とドレイン領域との境界面に重ね合わされる構成とすれば、感温部にチャネル領域の温度上昇を良好に感知させることができる。
【００１４】
また、前記チャネル領域全体が、前記感温部に重ね合わされる構成とすることもできる。
このようにすれば、例えば感温部がチャネル領域の下層にある場合には、チャネル領域に段差を生じなくなり、チャネル領域の特性安定化が図られる。
【００１５】
また、前記第２絶縁膜の膜厚が、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
第２絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ以上とすれば、能動層と感温部との間の絶縁性を確保することができる。また、５００ｎｍ以下とすれば、チャネル領域の熱が感温部へ良好に伝わるようになる。
【００１６】
また、前記能動層の膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるとともに、前記感温部の膜厚が５００ｎｍ以上であることが好ましい。
このようにすれば、能動層のチャネル領域をスイッチング素子等のチャネルとして良好に機能させることができる。また、過熱時においては、感温部の膜厚が能動層よりも十分に厚いので感温部に優先的に電流が流れるようにでき、チャネル領域に電流がほとんど流れないようにすることができる。
【００１７】
また、前記感温部のフェルミ準位が、価電子帯の上端よりも０．１５ｅＶ以上高いか、もしくは伝導帯の下端よりも０．１５ｅＶ以上低いことが好ましく、この場合には、前記感温部の不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下となっていればよい。
感温部のフェルミ準位が前記のようになっていれば、６５０Ｋにおける感温部のキャリア密度が、３００Ｋ（常温）におけるキャリア密度の２０倍程度となる。したがって、チャネル領域が過熱されて感温部の温度が６５０Ｋとなると、感温部にほとんどの電流が流れてチャネル領域に電流が流れなくなる。よって、チャネル領域を含んだ能動層が６５０Ｋ以上の温度に過熱されることがなくなり、欠陥準位を防止するための水素が脱離することが抑制される。このようにして、能動層の劣化が防止され、良好な半導体装置となる。
【００１８】
また、感温部をこのようなフェルミ準位にするためには、感温部に含まれる不純物の濃度を調整すればよい。その不純物濃度は、前記したキャリア密度の式から理論的に求めることができ、例えば感温部がｎ型不純物を８．５４×１０１６／ｃｍ３程度の濃度で含有していれば、前記のようなフェルミ準位となる。この値は、不純物が全て活性化されキャリア密度に寄与すると仮定した理論値である。実際には、半導体層に含まれる不純物の一部のみが活性化されているので、不純物の活性化率を考慮する必要がある。また、通常の半導体層には欠陥準位があるため、この欠陥準位に捕捉されてキャリア数に寄与しない不純物もあるため、欠陥準位密度を考慮する必要もある。これらを考慮すると、感温部の不純物濃度が１×１０１８／ｃｍ３以下であれば前記のフェルミ準位とすることができる。
【００１９】
本発明の電気光学装置は、前記の本発明の半導体装置を備え、該半導体装置の能動層とゲート電極とが画素のスイッチング素子を構成していることを特徴とする。
このようにすれば、本発明の半導体装置は能動層の劣化が防止されているので、これを画素のスイッチング素子に用いた本発明の電気光学装置も、高信頼性かつ長寿命のものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。なお、本実施形態は、トップゲートトップコンタクト型の半導体装置に本発明を適用した例である。
【００２１】
［半導体装置］
図１（ａ）は、本実施形態の半導体装置１００の構成を概略して示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ―Ａ’線矢視断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ―Ｂ’線矢視断面図である。また、図２は、半導体装置１００の等価回路図である。
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、半導体装置１００は、ガラス等からなる基板１０と、基板１０を覆う下地保護層１１と、下地保護層１１上に設けられた感温部１２と、感温部１２を覆う第２絶縁膜１３と、第２絶縁膜１３上に設けられた能動層１４と、能動層１４を覆う第１絶縁膜１５と、第１絶縁膜１５上に設けられたゲート電極１６と、ゲート電極１６を覆う層間絶縁膜１７と、を備えて構成されている。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、ゲート電極１６は能動層１４と重ね合わされるように配置されており、重ね合わされる部分における能動層１４がチャネル領域１４２となっている。また、感温部１２は、チャネル領域１４２と重ね合わされるように配置されており、ここでは図１（ｃ）に示すように、ドレイン領域１４３（後述する）の一部、及びチャネル領域１４２におけるドレイン領域１４３側の一部に重ね合わされるように配置されている。
【００２３】
本実施形態では、能動層１４と感温部１２とが、互いに直交して延びている。能動層１４の延在方向における一方の端側はソース領域１４１となっており、他方の端側はドレイン領域１４３となっている。また、ソース領域１４１上の第１絶縁膜１５及び層間絶縁膜１７は開口されており、この開口内側には、ソース領域１４１と接触して導通するソース電極１４４が設けられている。ドレイン領域１４３上の第１絶縁膜１５及び層間絶縁膜１７も同様に開口されており、ここにドレイン領域１４３と接触して導通するドレイン電極１４５が設けられている。
【００２４】
また、感温部１２の延在方向における一方の端側には、ここに接触して感温部１２と導通する第１電極１２１が設けられており、他方の端側には、ここに接触して感温部１２と接触する第２電極１２２が設けられている。第１電極１２１又は第２電極１２２は、ソース電極１４４と導通するようになっている。本実施形態では、第１電極１２１とソース電極１４４との間に、図示略の配線が設けられており、これらが導通するようになっている（図２参照）。また、第２電極１２２はアース配線等に電気的に接続されている。
【００２５】
このような構成により、ゲート電極１６に電圧が印加されるとチャネル領域１４２がオンとなりここに電流を流すことが可能となる。チャネル領域１４２に電流が流れるとチャネル領域１４２の温度が上昇し、その熱は第２絶縁膜１３を介して感温部１２に伝わり、これを加熱する。感温部１２の温度が上昇するとその導電率が高くなり、ソース電極１４４及び第１電極１２１の上流側からの電流は、感温部１２側にも流れるようになる。チャネル領域１４２の温度が上昇するにつれて、感温部１２の導電率は急激に大きくなり、チャネル領域１４２が所定の温度になると、前記上流側からの電流は感温部１２側に優先的に流れ、チャネル領域１４２にはほとんど電流が流れなくなる。
【００２６】
第１絶縁膜１５は、能動層１４とゲート電極１６間のゲート絶縁膜として機能するものである。また、第２絶縁膜１３は、能動層１４と感温部１２との間を絶縁とするとともに、これを介して能動層１４から感温部１２へ熱を伝えるものである。第２絶縁膜の膜厚は、絶縁性を確保するためには５０ｎｍ以上となっていることが好ましく、良好に熱を伝えるためには５００ｎｍ以下となっていることが好ましい。本実施形態では、第２絶縁膜の膜厚を５０ｎｍ程度としている。
層間絶縁膜１７や、第１絶縁膜１５、第２絶縁膜１３、下地保護層１１は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン窒化酸化物（ＳｉＯＮ）等をＣＶＤ法やスパッタリング法等で成膜した膜、あるいは絶縁性のセラミックス薄膜等からなるものである。
【００２７】
ゲート電極１６、ソース電極１４４、ドレイン電極１４５、第１電極１２１、及び第２電極１２２は、半導体の分野で通常用いられる導電材料からなるものであり、導電材料の具体例としては、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。
【００２８】
能動層１４は、多結晶シリコンからなるものであり、チャネルとなる部分やゲート絶縁膜と当接する部分等に欠陥準位を生じないように、欠陥準位を防止する水素を含有して形成されている。このような水素を含有した多結晶シリコンからなる半導体膜は、その温度が６５０Ｋ以上になると水素の脱離が顕著となるので、動作時には６５０Ｋを超えないようにする必要がある。能動層１４は、ソース電極１４４側及びドレイン電極１４５側に高濃度に不純物が注入されており、それぞれソース領域１４１、ドレイン領域１４３となっている。また、ソース領域１４１及びドレイン領域１４３の間がチャネル領域１４２となっている。また、チャネル領域１４２をスイッチング素子のチャネルとして機能させるためには、能動層１４の厚さが２０〜１００ｎｍ程度となっていることが好ましく、ここでは１００ｎｍ程度としている。
【００２９】
感温部１２は、半導体材料からなるものである。半導体材料の具体例としては、シリコンやゲルマニウム等の元素半導体や、ガリウム砒素等の化合物半導体等が挙げられる。また、シリコンからなるものとする場合には、単結晶シリコン、非晶質シリコン、多結晶シリコンのいずれを採用してもよい。感温部１２の膜厚としては、能動層１４よりも厚くすることが好ましく、ここでは５００ｎｍ程度としている。また、感温部１２は、不純物が所定の濃度で含まれるように形成されている。不純物の種類としては、リン、ボロンや砒素等、半導体材料に導電性を付与するものであれば、公知のものを用いることができる。不純物の濃度は、後述する理由により、１×１０１６/ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下とすることが好ましい。本実施形態の感温部１２は、不純物としてリンを含有しており、その濃度が１×１０１７／ｃｍ３となるように形成されている。
【００３０】
感温部１２は、常温（例えば３００Ｋ）におけるキャリア密度に対して、所定の温度におけるキャリア密度が所定の倍率で大きくなるように、前記不純物濃度によりフェルミ準位が調整されている。所定の温度とは、半導体装置を動作させた際に、通常動作時の能動層の想定される温度よりも高く、能動層が劣化してしまう温度よりも低い温度であり、動作条件や能動層の材質等に基づいて適宜選択することができる。能動層が劣化する温度は、劣化解析等により調べることができる。
【００３１】
本発明の能動層１４のように多結晶シリコンから半導体層は、水素の脱離を防止する観点から、その温度が少なくとも６５０Ｋを超えないようにすることが好ましい。また、通常の半導体装置と同様に能動層１４は、通常動作時にその温度が５００Ｋ程度まで上昇するので、前記所定の温度として５００Ｋ以上６５０Ｋ以下とすることが好ましい。この範囲内で低い温度を選択するほど、能動層１４の劣化を抑制することができる。以下、所定の温度に対して、感温部１２のフェルミ準位を前記のように調整する方法について、感温部１２がｎ型不純物を含有したものである場合を例に説明する。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）は、伝導帯下端のエネルギー準位Ｅｃとフェルミ準位Ｅｆとの差（Ｅｃ−Ｅｆ）に対して、常温（３００Ｋ）におけるキャリア密度に対する所定の温度におけるキャリア密度の比（倍率）をプロットしたグラフである。図３（ａ）は、所定の温度として５００Ｋを選択したものであり、図３（ｂ）は、所定の温度として６５０Ｋを選択したものである。なお、キャリア密度ｎは、ボルツマン定数ｋ、伝導帯における有効状態密度Ｎｃ、ケルビン温度Ｔ等を用いて、ｎ＝Ｎｃ×ｅｘｐ（−（Ｅｃ-Ｅｆ）／ｋＴ）で表されることが知られており、図３（ａ）、（ｂ）に示したグラフは、この式から理論的に求められる値に基づいている。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）において縦軸はキャリア密度の比を示しており、この比が大きいほど、感温部の温度上昇に伴うキャリア密度の増加が顕著になる。横軸は、伝導帯下端のエネルギー準位Ｅｃとフェルミ準位Ｅｆとの差を示しており、感温部に含まれる不純物の濃度が低くなるほど、大きくなる。本発明においては、通常動作時に感温部に流れる電流、すなわちリーク電流の値が小さく、感温部が所定の温度まで加熱された際に流れる電流の値が前記リーク電流の値よりも格段に大きいことが好ましい。そのためには、感温部の不純物濃度を低くして（Ｅｃ−Ｅｆ）を大きくすればよく、これにより前記したキャリア密度の比が大きくなり、温度上昇に伴うキャリア密度の増加が顕著となる。
【００３４】
前記リーク電流を能動層に流れる電流よりも十分に小さくするためには、前記キャリア密度の比を１０以上とすることが好ましく、２０以上とすることがより好ましい。例えば、所定の温度として５００Ｋを選択し、キャリア密度の比を１０以上とする場合には、図３（ａ）に示したグラフから、（Ｅｃ−Ｅｆ）の値を０．１５ｅＶ以上とすればよいことが分かる。この値を用いれば、前記の式からキャリア密度が求まり、このキャリア密度に基づいて理論的に感温部の不純物濃度を定めることができる。これにより、（Ｅｃ−Ｅｆ）の値を０．１５ｅＶ以上とするためには、活性化された不純物の濃度が８．５４×１０１６／ｃｍ３以下であればよいことが分かる。実際には、感温部に含まれる不純物は、ほとんどが不活性であり、また感温部の欠陥準位に捕捉されることによりキャリア密度に寄与しないものもある。そのため、不純物の活性化率及び感温部の欠陥準位密度を加味することにより、感温部に含まれるべき不純物の濃度を求めることができる。これにより、活性化された不純物の濃度が８．５４×１０１６／ｃｍ３以下とするためには、不活性なものを含む不純物の濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下とすればよいことが分かる。
【００３５】
また、例えば所定の温度として６５０Ｋを選択し、キャリア密度の比を２０以上とする場合には、前記の例と同様に、図３（ｂ）に示したグラフから（Ｅｃ−Ｅｆ）の値を０．１５ｅＶ以下とすればよいことが分かり、不活性なものを含む不純物の濃度を１×１０１８／ｃｍ３以下とすればよことが分かる。リーク電流の値を、チャネル領域１４２に流れる電流の値の１％程度とするためには、理論上は不純物濃度を１．７７×１０１５/ｃｍ３程度とすればよく、これに感温部の欠陥準位密度を加味すると、実際の不純物濃度を１×１０１６/ｃｍ３程度とすればよいことが分かる。
【００３６】
リーク電流が１％程度であれば、リーク電流が能動層１４の特性に与える影響は極めて小さいので、不純物濃度を１×１０１６/ｃｍ３未満にする必要性は小さい。したがって、本発明においては不純物濃度を１×１０１６/ｃｍ３以上、１×１０１８／ｃｍ３以下とすればよい。なお、感温部がｐ型不純物を含有している場合には、キャリア密度ｐが、価電子帯Ｎｖ、価電子帯における有効状態密度Ｎｖを用いて、ｐ＝Ｎｖ×ｅｘｐ（（Ｅｖ-Ｅｆ）／ｋＴ）で表され、この式を用いて前記のｎ型不純物を含有している場合と同様にして不純物濃度を求めることができる。
【００３７】
本実施形態の半導体装置１００は、チャネル領域１４２の温度が上昇すると、その熱が第２絶縁膜１３を介して感温部１２を加熱するようになっている。第２絶縁膜１３の厚さを１００ｎｍ程度としているので、感温部１２に熱が良好に伝わるようになっている。また、チャネル領域１４２は、通常の薄膜トランジスタと同様に、ドレイン領域１４３側の方がソース領域１４１側よりも自己発熱が顕著である。この部分に重なり合うように感温部１２を配置しているので、チャネル領域１４２の温度上昇を感温部１２に敏感に感知させることができるようになっている。
【００３８】
感温部１２は、その温度上昇に伴ってキャリア密度が急激に高くなるように不純物濃度が低く調整されている。不純物濃度を低くするとキャリア密度が低くなるが、感温部１２の膜厚を能動層１４よりも厚くしており、所定の温度における導電率が能動層１４よりも高くなるようになっている。したがって、チャネル領域１４２の温度が所定の温度になると、チャネル領域１４２よりも感温部１２に優先的に電流が流れるようになり、チャネル領域１４２にはほとんど電流が流れなくなる。よって、チャネル領域１４２は、自己発熱が抑制されてその温度が低下し、所定の温度以上になることが防止される。
【００３９】
以上のような本発明の半導体装置にあっては、チャネル領域１４２が所定の温度以上になることが防止されているので、能動層１４に含まれる水素が脱離することが防止される。水素は、チャネル領域１４２部やゲート絶縁膜１５と当接する部分等に欠陥準位を生じないように機能しており、これが脱離しないので能動層１４の劣化が防止される。よって、本発明の半導体装置は、高信頼性かつ長寿命のものとなる。
また、本発明の半導体装置をスイッチング素子として機能させて、例えばこれに発光素子が接続されたデバイスを構成すれば、本発明の半導体装置を発光素子の安全回路あるいは定電流回路等として機能させることもできる。これにより、発光素子に過電流が流れてこれが劣化することや、端的には発光素子が壊れてしまうことが防止される。特に、定電流回路として機能させれば、発光素子を安定して機能させることができるので、デバイスの特性向上も図られる。
【００４０】
［変形例］
なお、前記実施形態は本発明の実施形態の一例であり、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態では、トップゲートトップコンタククト型の半導体装置１００を例示したが、ボトムゲートトップコンタクト型、トップゲートボトムコンタクト型、ボトムゲートボトムコンタクト型のいずれの半導体装置にも本発明は適用可能であり、同様の効果が得られる。また、感温部１２の構造や配置等に関する変形を行うことも可能である。以下、感温部１２の構造や配置を変形した例を説明する。
【００４１】
図４（ａ）、（ｂ）は、第１変形例の半導体装置２００の構成を示す要部断面図であり、  図４（ａ）には図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図に対応する部分を、図４（ｂ）には図１（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図に対応する部分を、それぞれ図示している。半導体装置２００が前記実施形態と異なる点は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、感温部１２が低濃度不純物領域１２４と高濃度不純物領域１２３、１２５とからなっている点である。低濃度不純物領域１２４は、チャネル領域１４２と重ね合わされるように配置されており、前記実施形態の感温部１２と同様に所定のフェルミ準位となるように不純物濃度が調整されている。また、高濃度不純物領域１２３、１２５は、低濃度不純物領域１２４を挟んで配置されている。高濃度不純物領域１２３、１２５は、不純物を高濃度に含有して形成されて導電率を高められており、それぞれ第１電極１２１、あるいは第２電極１２２に接触してこれと導通するようになっている。このような構成によれば、第１電極１２１や第２電極１２２等の金属配線と感温部１２とのオーミック接続が容易に得られるようになる。
なお、低濃度不純物領域１２４のみで感温部１２を構成して、高濃度不純物領域１２３、１２５に替えて金属配線を設けてもよい、この場合には金属配線が第１電極１２１あるいは第２電極１２２の一部として機能する。
【００４２】
図５（ａ）は、第２変形例の半導体装置３００の構成を概略して示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ―Ａ’線矢視断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ―Ｂ’線矢視断面図である。本変形例が前記実施形態と異なる点は、チャネル領域１４２全体が感温部１２に重ね合わされるように、感温部１２を大きくした点である。このようにすれば、チャネル領域１４２の下地が平坦化されるので、平坦なチャネル領域１４２とすることができる。これにより、チャネル領域１４２を形成するプロセスが安定化され、チャネル領域１４２の特性安定化が図られる。
【００４３】
［製造例］
次に、半導体装置１００を製造する方法の一例を説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、半導体装置１００の製造方法を示す断面工程図である。なお、図６（ａ）〜（ｅ）は、図１（ｂ）に示したＡ−Ａ’線矢視断面図に対応する部分、及び図１（ｃ）に示したＢ−Ｂ’線矢視断面図に対応する部分を対にして一つの図に示している。
【００４４】
まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１０上に、下地保護層１１、感温部１２、絶縁膜１３を順次形成する。
具体的には、ガラス基板１０上の略全面にＳｉＯ２をＰＥＣＶＤ法で成膜して下地保護層１１を形成する。そして、下地保護層１１上にホスフィン(ＰＨ３)とシラン(ＳｉＨ４)と水素(Ｈ２)とからなる混合ガスを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いて、不純物（リン）を含有した非晶質シリコンを５００ｎｍ程度の厚さに成膜する。前記混合ガスの混合比は、不純物濃度が１×１０１７ｃｍ−３となるように定める。そして、不純物を含有した非晶質シリコンをフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法等を用いてパターニングし、感温部１２を形成する。なお、感温部１２は、その材料膜を形成した後、これに不純物を添加することにより形成してもよい。例えば、真性半導体のＳｉ膜を堆積した後、この膜にイオン注入法によって不純物を導入してもよい。そして、下地保護層１１及び感温部１２を覆って、ＳｉＯ２をＣＶＤ法で５０〜５００ｎｍ程度の厚さに成膜し第２絶縁膜１３を形成する。
【００４５】
次に、図６（ｂ）に示すように、第２絶縁膜１３上に、ＰＥＣＶＤ法で非晶質シリコンを２０〜１００ｎｍ程度の厚さに成膜する。そして、この膜にエキシマレーザーを照射すること等により、この膜を結晶化させて多結晶シリコン膜１４ａを形成する。多結晶シリコン膜１４ａは、後に能動層１４となる膜である。そして、図６（ｃ）に示すように、多結晶シリコン膜１４ａをフォトリソグラフィ法及びエッチング法等を用いてパターニングして素子分離を行った後、多結晶シリコン膜１４ａ及び第２絶縁膜１３上の略全面にＳｉＯ２をＰＥＣＶＤ法で成膜してゲート絶縁膜１５を形成する。
【００４６】
次に、図６（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜１５上にアルミニウム（Ａｌ）をスパッタリング法で成膜し、この膜をフォトリソグラフィ法及びエッチング法等を用いてパターニングして、ゲート絶縁膜１５上において多結晶シリコン膜１４ａを覆うゲート電極１６及びゲート電極１６の配線を一体に形成する。そして、ゲート電極１６をマスクにして、多結晶シリコン膜１４ａに不純物をイオン注入法で高濃度に導入して、ソース領域１４１およびドレイン領域１４３を形成する。なお、不純物を導入する際にゲート電極１６をマスクとしているので、これに覆われていた部分には不純物が導入されずにチャネル領域１４２となる。なお、前記第２変形例（図５（ｃ）参照）のように、チャネル領域１４２全体と重ね合わされるように感温部１２を形成すれば、チャネル領域１４２の下地が平坦となることでチャネル領域１４２も平坦にすることができる。平坦なチャネル領域１４２とすれば、段差の起因するゲート絶縁膜１５との間の密着性の低下が防止できる。また、フォトリソグラフィ法で用いるレジストパターン等の形成や、イオン注入等を良好に行うことができるので、能動層１４の特性安定化が図られる。
【００４７】
次に、図６（ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜１５上及びゲート電極１６上の略全面に、ＳｉＯ２をＰＥＣＶＤ法で成膜し、層間絶縁膜１７を形成する。ソース領域１４１、ドレイン領域１４３、及び感温部１２の延在方向における両端側のそれぞれ上において、ゲート絶縁膜１５及び層間絶縁膜１７を貫通するコンタクトホールを形成する。そして、これらコンタクトホールの内側、及び層間絶縁膜１７上にアルミニウムをスパッタリング法で成膜し、この膜をパターニングすることによりソース電極１４４、ドレイン電極１４５、第１電極１２１、及び第２電極１２２を一括して形成する。
以上のようにして半導体装置１００が得られる。
【００４８】
［電気光学装置］
次に、本発明の電気光学装置の一実施形態を説明する。電気光学装置は、一対の電極間に挟持された電気光学物質層を有している。本実施形態は、有機ＥＬ材料からなる有機発光層を含んだ有機機能層を前記電気光学物質層として機能させた例である。
【００４９】
図７は、本実施形態の電気光学装置（有機ＥＬ装置）１の概略構成図である。電気光学装置１は、ガラスや石英、プラスチック等からなる基板本体２を基体としてなり、基体２上に、陽極３、正孔注入層４、有機発光層５及び陰極８を備えている。正孔注入層４及び有機発光層５は有機材料によって形成されており、これらが有機機能層７を構成している。また、有機機能層７は陽極３と陰極８との間に挟持されており、陽極３、有機機能層７及び陰極８が発光素子である有機ＥＬ素子９を構成している。
【００５０】
陽極３及び陰極８の間には、有機ＥＬ素子９の駆動手段と、本発明に係る半導体装置１００とが電気的に接続されている。前記駆動手段は、データ線駆動回路等からなるものであり半導体装置１００のソース電極１４４と導通するようになっている。また、半導体装置１００のドレイン電極１４５は、有機ＥＬ素子の陽極３と導通するようになっている。また、半導体装置１００のゲート電極１６は、走査線駆動回路等に導通するようになっている。
【００５１】
半導体装置１００は、走査線駆動回路からの電気信号等によりゲート電極１６に電圧が印加されるとチャネル領域１４２がオンとなり、ソース電極１４４とドレイン電極１４５との間に電流が流れることが可能となる。すなわち、半導体装置１００の薄膜トランジスタは、有機ＥＬ素子のスイッチング素子として機能する。前記駆動手段からの電気信号は、半導体装置１００によりスイッチングされて、所定のタイミングで陽極３に伝達される。陽極３に電気信号が伝達されると、有機発光層５には、陽極３から正孔が、陰極８から電子がそれぞれ注入されるようになっている。有機発光層５に注入された正孔及び電子は、有機発光層５中を移動して再結合し、発光を生じさせる。有機ＥＬ素子９から発せられ光は、ガラス基板等からなる基体２から射出され、外部に取り出される（ボトムエミッション方式）。陰極８がＩＴＯ等の透明導電膜によって形成される場合には、有機ＥＬ素子９から発せられた光を陰極８側から取り出すこともできる（トップエミッション方式）。
【００５２】
以上のような構成の本発明の電気光学装置にあっては、前記のように半導体装置１００の劣化が防止されて高信頼性かつ長寿命とされているので、電気光学装置１も高信頼性かつ長寿命のものとなっている。半導体装置１００は、チャネル領域１４２に流れる電流が大きくなるにつれてその温度が高くなり、チャネル領域１４２の温度が所定値以上になると、ソース電極１４４とドレイン電極１４５との間に電流が流れなくなる。したがって、有機ＥＬ素子９側には、所定値以上の電流（過電流）が継続的に流れることがなくなるので、過電流による有機ＥＬ素子９の劣化が防止される。よって、半導体装置１００が長寿命となることに加えて有機ＥＬ素子９も長寿命とすることができ、これを備えた有機ＥＬ装置１も長寿命のものとなる。
【００５３】
また、例えばチャネル領域１４２の温度上昇に対して感温部１２（図１（ｂ）、（ｃ）参照）の感度を高くすれば、チャネル領域１４２の温度が一定に保たれるようになる。チャネル領域１４２の温度が一定になれば、その導電率が一定となりここを流れる電流の値を一定にすることが可能となる。したがって、有機ＥＬ素子９には一定電流が供給されるようになり、これを安定に動作させることが可能となる。これにより、安定に動作させることが可能な有機ＥＬ装置１となる。
【００５４】
なお、電気光学装置は、電気光学物質層を有機機能層で構成する他にも、例えば液晶層で構成してもよく、液晶層を備えた液晶装置にあっても同様に本発明の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）は、本発明の半導体装置を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の等価回路図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、キャリア密度の増加率を示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第１変形例の構成を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、第２変形例の構成を示す平面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、製造例を示す断面工程図である。
【図７】本発明の電気光学装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・電気光学装置（有機ＥＬ装置）、７・・・電気光学物質層（有機機能層）、９・・・有機ＥＬ素子、１２・・・感温部、１３・・・第２絶縁膜、１４・・・能動層、１４１・・・ソース領域、１４２・・・チャネル領域、１４３・・・ドレイン領域、１４４・・・ソース電極、１４５・・・ドレイン電極、１５・・・ゲート絶縁膜（第１絶縁膜）、１６・・・ゲート電極、１００、２００、３００・・・半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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