(57)【要約】【課題】新規な構成の電池保護回路、および当該電池回路を備えた蓄電装置を提供すること。【解決手段】蓄電装置は、複数の電池セルを備えた組電池と、電池保護回路と、を有する。電池保護回路は、比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有する。比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を有する。第１入力端子は、電池セルのいずれか一の端子に電気的に接続される。第２入力端子は、記憶回路に電気的に接続される。記憶回路は、第１トランジスタを有し、当該第１トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有する。制御回路は、出力端子の信号に応じて、組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有する。【選択図】図３
2020010536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを備えた組電池の電池保護回路であって、
比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、
前記比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を有し、
前記第１入力端子は、前記電池セルのいずれか一の端子に電気的に接続され、
前記第２入力端子は、前記記憶回路に電気的に接続され、
前記記憶回路は、第１トランジスタを有し、当該第１トランジスタを非導通状態とすることで、前記参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有し、
前記制御回路は、前記出力端子の信号に応じて、前記組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有することを特徴とする電池保護回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することを特徴とする電池保護回路。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記比較回路は、第２トランジスタを有し、
前記第２トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有することを特徴とする電池保護回路。
【請求項４】
複数の電池セルを備えた組電池と、電池保護回路と、を有し、
前記電池保護回路は、比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、
前記比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を有し、
前記第１入力端子は、前記電池セルのいずれか一の端子に電気的に接続され、
前記第２入力端子は、前記記憶回路に電気的に接続され、
前記記憶回路は、第１トランジスタを有し、当該第１トランジスタを非導通状態とすることで、前記参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有し、
前記制御回路は、前記出力端子の信号に応じて、前記組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記比較回路は、第２トランジスタを有し、
前記第２トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一に記載の蓄電装置と、
筐体と、を有する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器に関する。
【０００２】
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
蓄電装置（バッテリ、二次電池ともいう）は、小型の電気機器から自動車に至るまで幅広い分野で利用されるようになっている。電池の応用範囲が広がるにつれて、複数の電池セルを直列に接続したマルチセル構成のバッテリスタックを使ったアプリケーションが増えている。
【０００４】
蓄電装置は、過放電、過充電、過電流、または短絡といった充放電時の異常を把握するため、通常電池保護回路を備えている。電池保護回路は、充放電時の異常を検知するため、電圧や電流等のデータを取得する。電池保護回路は、観測されるデータに基づいて、充放電の停止やセル・バランシングなどの制御を行う。
【０００５】
特許文献１は、電池保護回路として機能する保護ＩＣについて開示している。特許文献１に記載の保護ＩＣでは、内部に複数のコンパレータ（比較器）を設け、参照電圧と、電池が接続された端子の電圧と、を比較して充放電時の異常を検出する構成について開示している。
【０００６】
また特許文献２では、二次電池の微小短絡を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パックが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１−２６７７２６号明細書
【特許文献２】特開２０１０−６６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電池保護回路は安全性を高めるため、充放電時の異常検出を常時行う必要がある。例えば、電池保護回路内のコンパレータでは、内部の電源回路において参照電圧を生成するための電力、あるいはコンパレータを動作させるための電力が必要となる。
【０００９】
電池保護回路内のコンパレータは、過放電、過充電、過電流、または短絡といった検出する機能毎に設ける必要がある。さらに電池保護回路内のコンパレータは、複数の電池セルを備えた組電池に設ける電池保護回路の場合、直接に設けられる電池セル毎に必要となるため、必要な数がさらに増加する。
【００１０】
しかしながら、電源回路およびコンパレータにおいて、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）で形成されるトランジスタを用いる場合、温度上昇時の特性の変動が顕著になるといった問題がある。特に電池セルの充放電等により電池保護回路が高温環境下に曝されることなると、内部のトランジスタ特性の変動が大きくなる。この場合、トランジスタを介したリーク電流の増大、さらにはトランジスタ特性の変動に伴って正常な動作が難しくなるといった問題や、消費電力の増大といった問題が生じる虞がある。
【００１１】
本発明の一態様は、新規な電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規な構成の電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することを課題の一とする。
【００１２】
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、複数の電池セルを備えた組電池の電池保護回路であって、比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を有し、第１入力端子は、電池セルのいずれか一の端子に電気的に接続され、第２入力端子は、記憶回路に電気的に接続され、記憶回路は、第１トランジスタを有し、当該第１トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有し、制御回路は、出力端子の信号に応じて、組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有する電池保護回路である。
【００１４】
本発明の一態様において、第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する電池保護回路が好ましい。
【００１５】
本発明の一態様において、比較回路は、第２トランジスタを有し、第２トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有する電池保護回路が好ましい。
【００１６】
本発明の一態様は、複数の電池セルを備えた組電池と、電池保護回路と、を有し、電池保護回路は、比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、比較回路は、第１入力端子と、第２入力端子と、出力端子と、を有し、第１入力端子は、電池セルのいずれか一の端子に電気的に接続され、第２入力端子は、記憶回路に電気的に接続され、記憶回路は、第１トランジスタを有し、当該第１トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有し、制御回路は、出力端子の信号に応じて、組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有する蓄電装置である。
【００１７】
本発明の一態様において、第１トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する蓄電装置が好ましい。
【００１８】
本発明の一態様において、比較回路は、第２トランジスタを有し、第２トランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有する蓄電装置が好ましい。
【００１９】
本発明の一態様は、上記記載の蓄電装置と、筐体と、を有する電気機器である。
【００２０】
なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一態様は、新規な電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することができる。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規な構成の電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することができる。
【００２２】
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図２】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図３】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図４】本発明の一態様を説明するブロック図。
【図５】本発明の一態様を説明する回路図。
【図６】本発明の一態様を説明するタイミングチャート。
【図７】本発明の一態様を説明する回路図。
【図８】半導体装置の構成例を示す断面図。
【図９】半導体装置の構成例を示す断面図。
【図１０】トランジスタの構造例を示す上面図、及び断面図。
【図１１】電子部品の作製工程を示すフローチャート図及び斜視模式図。
【図１２】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１３】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１４】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１５】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１６】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１７】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【図１８】本発明の一態様の電気機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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得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、以下の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。
【００２５】
なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
【００２６】
なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２７】
（実施の形態１）
電池保護回路、および当該電池保護回路を備えた蓄電装置の構成について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００２８】
図１には、蓄電装置１００のブロック図の一例について示す。図１に示す蓄電装置１００は、電池保護回路１１０、組電池１２０、セルバランス回路部１３０、トランジスタ１４０、トランジスタ１５０を図示している。
【００２９】
組電池１２０は、一例として、複数の電池セル１２１を有する。なお図１では組電池１２０が１つに対して電池保護回路１１０を１つ備える構成について図示しているが、１つの組電池に対して複数の電池保護回路を設ける構成としてもよい。
【００３０】
また電池セル１２１をリチウムイオン二次電池セルとして説明するが、リチウムイオン二次電池セルに限定されず、二次電池の正極材料として例えば、元素Ａ、元素Ｘ、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Ａは第１族の元素および第２族の元素から選ばれる一以上である。第１族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第２族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Ｘとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Ｘはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上である。代表的には、リチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ２や、リン酸鉄リチウムＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。
【００３１】
セルバランス回路部１３０は、一例として、複数の抵抗素子１３１およびトランジスタ１３２を有する。セルバランス回路部１３０は、抵抗素子１３１に流れる電流量を調整し、電池保護回路１１０から出力される制御信号ＯＵＴ１によってトランジスタ１３２を導通状態とすることで電池セル１２１の放電を行い、充電率を調整する。
【００３２】
トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０は、組電池１２０への充電または放電を制御する機能を有する。一例としては、トランジスタ１４０は、制御信号ＯＵＴ２によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を放電させるか否かが制御される。またトランジスタ１５０は、制御信号ＯＵＴ３によって導通状態または非導通状態が制御され、組電池１２０を充電するか否かが制御される。
【００３３】
電池保護回路１１０は、組電池１２０が有する電池セル１２１の各端子の電圧値（モニタ電圧）、および組電池に流れる電流値（モニタ電流）を観測するための回路である。なお図１では、モニタ電流を測定するために抵抗素子を流れる電流を観測する構成について図示しているが他の構成、例えばトランジスタ１４０またはトランジスタ１５０のオン電流をモニタ電流として観測する構成としてもよい。
【００３４】
また電池保護回路１１０は、モニタ電圧およびモニタ電流に応じて、制御信号ＯＵＴ１乃至ＯＵＴ３を出力する機能を有する。電池保護回路１１０は、組電池１２０内の各電池セル１２１の状態推定を行うための演算処理を行う演算回路を有する。電池保護回路１１０は、演算処理によって得られた演算結果に応じてセルバランスを調整するための制御信号、充電又は放電を制御するための信号を出力する。
【００３５】
電池セル１２１の状態推定を行うための演算手段としては、モニタ電圧およびモニタ電流等のデータに基づく回帰モデルを用いて充電率を算出する演算が好適である。回帰モデルとしては、状態方程式に基づくカルマンフィルタが好ましい。
【００３６】
カルマンフィルタは、無限インパルス応答フィルタの一種である。また、重回帰分析は多変量解析の一つであり、回帰分析の独立変数を複数にしたものである。重回帰分析としては、最小二乗法などがある。回帰分析では観測値の時系列が多く必要とされる一方、カルマンフィルタは、ある程度のデータの蓄積さえあれば、逐次的に最適な補正係数が得られるメリットを有する。また、カルマンフィルタは、非定常時系列に対しても適用できる。
【００３７】
二次電池の内部抵抗及びＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を推定する方法として、非線形カルマンフィルタ（具体的には無香料カルマンフィルタ（ＵＫＦとも呼ぶ））を利用することができる。また、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦともよぶ）を用いることもできる。
【００３８】
本発明の一態様において、電池保護回路１１０内で観測された電圧値と、比較する電圧値（参照電圧）と、を比較するコンパレータ（比較回路）において、参照電圧を保持する記憶回路を備える構成とする。参照電圧は、参照電圧生成回路で生成される電圧である。記憶回路は、トランジスタおよび容量素子を有する構成とする。記憶回路は、当該トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成回路で生成された参照電圧を保持する構成とする。
【００３９】
電池保護回路１１０内の記憶回路を構成するトランジスタは、チャネル形成領域が酸化物半導体を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタという）で構成されることが好ましい。
【００４０】
本発明の一態様の構成では、ＯＳトランジスタを有する記憶回路を用いる構成とすることで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、参照電圧を記憶回路に保持させることができる。
【００４１】
加えてＯＳトランジスタを用いた記憶回路では、電荷を充電又は放電することによって参照電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に無制限回のモニタ電圧の取得および読み出しが可能である。ＯＳトランジスタを用いた記憶回路は、磁気メモリあるいは抵抗変化型メモリなどのように原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え耐性に優れている。またＯＳトランジスタを用いた記憶回路は、フラッシュメモリのように繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
【００４２】
またＯＳトランジスタを用いた記憶回路は、Ｓｉトランジスタを用いた回路上などに積層することで自由に配置可能であるため、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。
【００４３】
またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、、１００℃以上２００℃以下、好ましくは１２５℃以上１５０℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大きいため、良好なスイッチング動作を行うことができる。
【００４４】
なお図１では、電池保護回路１１０から出力される制御信号ＯＵＴ１がセルバランス回路部１３０内のトランジスタ１３２のゲートに与えられる構成について図示しているが、他の構成としてもよい。例えば図２に図示する蓄電装置１００のように、セルバランス回路１３０Ａ内にセルバランス制御回路１３３を設け、制御信号ＯＵＴ１を当該セルバランス制御回路１３３に与える構成としてもよい。セルバランス制御回路１３３は、入力される信号に応じてトランジスタ１３２のゲートに与える信号を生成する回路である。
【００４５】
なお上述したトランジスタ１４０およびトランジスタ１５０についても、ＯＳトランジスタで構成することが好適である。上述したようにＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて低く、高温環境下においてもスイッチング特性が良好といった特性を有する。そのため、高温環境下においても、組電池１２０への充電または放電の制御を誤動作なく行うことができる。
【００４６】
次いで組電池１２０の具体的な例を挙げた後、電池保護回路１１０の構成例について説明する。
【００４７】
図３（Ａ）には、図１で説明した組電池１２０の一例として、６個の電池セル１２１が直列に接続された模式図を図示している。また図３（Ａ）では、上述したモニタ電圧を取得するための端子として７つの端子を図示している。電池保護回路１１０は、各端子から電圧ＶＣ０乃至ＶＣ６を取得する。電池保護回路１１０は、例えば電圧ＶＣ０乃至ＶＣ６から電池セル１２１間の充電率のばらつきを見積もることができる。
【００４８】
図３（Ｂ）には、図１で説明した電池保護回路１１０のブロック図の一例を図示している。図３（Ｂ）では、コンパレータ１１３および記憶回路１１４を備えた電圧比較部１１１と、演算回路１１２、および参照電圧生成回路１１５を図示している。
【００４９】
電圧比較部１１１は、各電池セルのモニタ電圧に相当する電圧ＶＣ０乃至ＶＣ６と、参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］と、比較し、比較結果に相当する電圧レベルを演算回路１１２に出力する機能を有する。電圧比較部１１１が有するコンパレータ１１３の第１入力端子は、電圧ＶＣ０乃至ＶＣ６を与える端子に接続される。また電圧比較部１１１が有するコンパレータ１１３の第２入力端子は、記憶回路１１４に接続される。
【００５０】
記憶回路１１４は、上述したようにＯＳトランジスタを有する記憶回路である。具体的な回路構成については、後述する図５を用いて説明を行う。なお参照電圧生成回路１１５は、参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］（（図３（Ｂ）では図示せず。Ｖｒｅｆ［Ｎ］ともいう。）のいずれか一の電圧を記憶回路１１４に与える。記憶回路１１４は、参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］のいずれか一の電圧に応じた電荷を保持する。
【００５１】
なおコンパレータ１１３は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）で構成することが好適である。Ｓｉトランジスタは、ｐチャネル型およびｎチャネル型のトランジスタを備える。コンパレータ１１３は、相補型のトランジスタで構成することができる。また、Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタと積層して設けることができる。そのため、記憶回路を設けることに伴う回路面積の増加分を小さくすることができる。
【００５２】
参照電圧生成回路１１５は、入力される電圧、例えば電圧ＶＣ６をもとに複数の参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］を生成する機能を有する回路である。参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］は、電圧ＶＣ６を降圧あるいは昇圧して得られる電圧とすればよい。つまり参照電圧生成回路１１５は、レベルシフタ、昇圧回路あるいは降圧回路として機能する回路である。
【００５３】
演算回路１１２は、コンパレータ１１３の出力端子から得られる信号、およびモニタ電流などのその他の信号ＳＩに応じて、上述した制御信号ＯＵＴ１乃至ＯＵＴ３（図３（Ｂ）では、ＯＵＴと図示）を出力する機能を有する。演算回路１１２は、コンパレータ１１３の出力信号、および信号ＳＩに応じて組電池１２０内の各電池セル１２１の状態推定を行うための演算処理を行い、演算処理結果に応じて制御信号ＯＵＴを出力する。制御信号ＯＵＴは、上述した制御信号ＯＵＴ１乃至ＯＵＴ３に相当し、組電池１２０の充放電の制御、セルバランスを調整する信号である。
【００５４】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ｂ）で説明した電池保護回路１１０の動作を説明するためのブロック図である。
【００５５】
図４（Ａ）に図示するブロック図では、図３（Ｂ）で図示した構成を、説明のため一部抜き題して図示したものに相当する。図４（Ａ）では、図３（Ｂ）に図示した構成に加え、スイッチＰＳＷ、メモリ制御回路１１６、およびセンサ１１７を図示している。
【００５６】
スイッチＰＳＷは、参照電圧生成回路１１５を動作させるための電圧（ＶＣ６）を、参照電圧生成回路１１５に伝えるか否かを制御するためのスイッチである。スイッチＰＳＷは、メモリ制御回路１１６から出力される信号ＳＰＧによってオンまたはオフが制御される。スイッチＰＳＷは、トランジスタ、例えばＯＳトランジスタで構成することで、オフ電流を極めて低くできるため好適である。
【００５７】
センサ１１７は、メモリ制御回路１１６がスイッチＰＳＷおよび記憶回路１１４を動作させるための信号を生成するためのトリガーとして機能する。センサ１１７は、例えば温度センサあるいはタイマーなどを有する。センサ１１７は、環境温度の変化あるいは一定時間経過の後など、メモリ制御回路１１６がスイッチＰＳＷおよび記憶回路１１４を間欠的に動作させるための信号を生成する。
【００５８】
メモリ制御回路１１６は、スイッチＰＳＷのオンまたはオフを制御するための信号ＳＰＧ、および記憶回路の動作を制御するための信号Ｓｍ＿Ｗ、信号Ｓｍ＿Ｈを生成する機能を有する。メモリ制御回路１１６は、センサ１１７からの制御に応じて、各種制御信号を出力する機能を有する。
【００５９】
図４（Ａ）には、メモリ制御回路１１６が記憶回路１１４のそれぞれに参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］を書き込む場合の動作を図示している。当該動作では、スイッチＰＳＷがオンとなるよう信号ＳＰＧで制御する。また当該動作では、参照電圧生成回路１１５で生成された参照電圧が記憶回路１１４に書き込まれるよう信号Ｓｍで制御する。
【００６０】
また図４（Ｂ）には、メモリ制御回路１１６が記憶回路のそれぞれで参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］を保持させる動作を図示している。当該動作では、スイッチＰＳＷがオフとなるよう信号ＳＰＧで制御する。また当該動作では、参照電圧生成回路１１５で生成された参照電圧を記憶回路１１４で保持するよう信号Ｓｍで制御する。そのため、記憶回路１１４は、参照電圧生成回路１１５を非動作としても参照電圧Ｖｒｅｆ［０］乃至Ｖｒｅｆ［６］を出力し続けることができる。スイッチＰＳＷがオフの間、参照電圧生成回路１１５は非動作とすることができるため、低消費電力化を図ることができる。
【００６１】
図４（Ａ）、（Ｂ）の構成とすることで、記憶回路１１４に保持された参照電圧を定期的にリフレッシュ（元の参照電圧を再書き込みすること）することができる。参照電圧を保持する記憶回路１１４にＯＳトランジスタを用いる構成とすることで、上記リフレッシュの頻度を少なくすることができるため、好適である。
【００６２】
図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、図３（Ｂ）で説明した記憶回路１１４に適用可能な記憶回路１１４Ａ乃至１１４Ｃの構成例について説明する図である。なお図５（Ａ）乃至（Ｃ）では、説明のため、コンパレータ１１３を併せて図示している。
【００６３】
図５（Ａ）に図示する記憶回路１１４Ａは、トランジスタＭＴ１および容量素子Ｃ［Ｎ］を有する。トランジスタＭＴ１は、ソース又はドレインの一方に参照電圧Ｖｒｅｆ［Ｎ］を与える配線が接続される。トランジスタＭＴ１は、ゲートに信号Ｓｍを与える配線が接続される。トランジスタＭＴ１は、ソース又はドレインの他方に容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、およびコンパレータ１１３の反転入力端子に接続される。なお図４（Ａ）において、容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、およびコンパレータ１１３の反転入力端子が接続されるノードを、ノードＭＮと図示している。なおコンパレータ１１３の非反転入力端子には、電池セル１２１からの電圧ＶＣ［Ｎ］を与える配線に接続される。
【００６４】
上述したように記憶回路１１４Ａが有するトランジスタＭＴ１は、ＯＳトランジスタとすることが好適である。ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて低い。そのためスイッチとして機能するトランジスタＭＴ１をオフにすることで容量素子Ｃ［Ｎ］にモニタ電圧に応じた電荷を保持することができる。つまり、トランジスタＭＴ１乃至ＭＴ４をオフ状態とすることで電池セルの出力電圧をノードＭＮに接続されたコンパレータ１１３の入力端子に印加し続けることができる。
【００６５】
ＯＳトランジスタを有する記憶回路を用いる構成とすることで、オフ電流が極めて低いことを利用して、参照電圧を保持させることができるため、参照電圧生成回路の起動を間欠的に行わせることができる。そのため、消費電力の低減を図ることができる。
【００６６】
図５（Ｂ）では、図５（Ａ）で図示した構成において、トランジスタＭＴ１にバックゲート電極を設け、ゲート電極とバックゲート電極の双方に信号を印加する構成を図示している。図５（Ｂ）の構成とすることで、ゲート電極とバックゲート電極の双方からチャネル形成領域を制御する電圧を印加することができる。そのため、より確実に、スイッチとして機能するトランジスタＭＴ１のオンまたはオフの制御を行うことができる。
【００６７】
図５（Ｃ）では、図５（Ａ）で図示した構成において、トランジスタＭＴ１にバックゲート電極を設け、バックゲート電極に別の電位、例えばバックゲート電位線から別の電位を与える構成を図示している。図５（Ｃ）の構成として、バックゲート電位線にしきい値電圧を制御可能な電位を与える構成とすることで高温環境下におけるオフ電流を低減可能な構成とすることができる。そのため、高温環境下においても、スイッチとして機能するトランジスタＭＴ１のオンまたはオフの制御を行うことができる。
【００６８】
図６は、図５（Ａ）で説明した記憶回路１１４Ａの動作を説明するためのタイミングチャートである。図６のタイミングチャートでは、図４（Ａ）、図５（Ａ）で図示した信号Ｓｍ、ノードＭＮの電位、参照電圧Ｖｒｅｆ［Ｎ］を与える配線の電位、スイッチＰＳＷのオンまたはオフについて図示している。
【００６９】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２では、信号ＳｍをＨレベルとし、トランジスタＭＴ１をオンにする。容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、つまりノードＭＮに参照電圧が印加される。この間、スイッチＰＳＷをオンにし、参照電圧Ｖｒｅｆ［Ｎ］が記憶回路１１４に供給される。
【００７０】
時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３では、信号ＳｍをＬレベルとし、トランジスタＭＴ１をオフにする。容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、つまりノードＭＮに参照電圧が保持される。
【００７１】
時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４では、信号ＳｍをＬレベルとし、トランジスタＭＴ１をオフにする。容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、つまりノードＭＮに参照電圧が保持され続ける。この間、スイッチＰＳＷをオフにし、参照電圧生成回路１１５を休止させる。
【００７２】
センサ１１７による所定の時間経過の後、参照電圧のリフレッシュを行う。時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５では、スイッチＰＳＷをオンにし、記憶回路１１４への参照電圧Ｖｒｅｆ［Ｎ］の供給を再開する。
【００７３】
時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６では、再び信号ＳｍをＨレベルとし、トランジスタＭＴ１をオンにする。容量素子Ｃ［Ｎ］の一方の電極、つまりノードＭＮに参照電圧が再度印加される。
【００７４】
本発明の一態様の構成では、記憶回路１１４の参照電圧を保持するためのトランジスタとしてＯＳトランジスタを用いる構成とする。そのため、一旦記憶回路１１４に書き込まれた参照電圧に応じた電荷を長期間保持することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電池保護回路、および当該電池保護回路を備えた蓄電装置の動作例について説明する。
【００７６】
図７では、電池保護回路、および当該電池管理回路を備えた蓄電装置の動作例を説明するためのフローチャートを図示する。
【００７７】
上述したように電池保護回路は、電池セル毎の電流・電圧を測定する（ステップＳ００１）。電池セル毎の電流の測定は、モニタ電流のデータ、電池セル毎の電圧の測定は、モニタ電圧のデータを取得することで行われる。
【００７８】
次いで電池保護回路は、ステップＳ００１で測定した各データをもとに、組電池の電池セルにおけるセルバランスがとれているか（アンバランス判定）を電池保護回路の演算回路で判断する（ステップＳ００２）。アンバランス判定がなければ充電完了の判断のステップＳ００５に進み、充電完了であれば終了する。充電完了でなければ再度ステップＳ００１を行う。
【００７９】
次いで電池保護回路は、ステップＳ００２でアンバランス判定と判断した場合、演算回路で制御信号を生成する（ステップＳ００３）。
【００８０】
次いで電池保護回路は、セルバランス回路部１３０に電池セルのアンバランスを解消するための制御信号を出力し、セルバランス回路部１３０を起動する（ステップＳ００４）。充放電制御用のトランジスタは、充放電を行うための電圧および電流を伝えるための配線に設けられたトランジスタである。
【００８１】
以上の動作により、電池保護回路はモニタ電圧およびモニタ電流から電池セル間のセルバランスのバラつきを検知しながら充電することができる。
【００８２】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【００８３】
（実施の形態３）
上記実施の形態で説明した電池保護回路に適用可能な半導体装置の構成例について説明する。
【００８４】
図８に示す半導体装置は、トランジスタ３００と、トランジスタ５００と、容量素子６００と、を有している。図１０（Ａ）はトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図１０（Ｂ）はトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図１０（Ｃ）はトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
【００８５】
トランジスタ５００は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）である。トランジスタ５００は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置が有するＯＳトランジスタに用いることにより、長期にわたり書き込んだデータを保持することが可能である。
【００８６】
本実施の形態で説明する半導体装置は、図８に示すようにトランジスタ３００、トランジスタ５００、容量素子６００を有する。トランジスタ５００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子６００はトランジスタ３００、及びトランジスタ５００の上方に設けられている。
【００８７】
トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、ソース領域又はドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂを有する。なお、トランジスタ３００は、例えば、上記実施の形態におけるコンパレータが有するトランジスタ等に適用することができる。
【００８８】
トランジスタ３００は、図１０（Ｃ）に示すように、半導体領域３１３の上面及びチャネル幅方向の側面が絶縁体３１５を介して導電体３１６に覆われている。このように、トランジスタ３００をＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ３００のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ３００のオフ特性を向上させることができる。
【００８９】
なお、トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
【００９０】
半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、又はドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又は、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。又はＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
【００９１】
低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、又はホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
【００９２】
ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
【００９３】
なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
【００９４】
なお、図８に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、半導体装置をＯＳトランジスタのみで構成する場合、図９に示すとおり、トランジスタ３００の構成を、酸化物半導体を用いているトランジスタ５００と同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ５００の詳細については後述する。
【００９５】
トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
【００９６】
絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
【００９７】
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
【００９８】
絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ３００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
【００９９】
また、絶縁体３２４には、基板３１１、又はトランジスタ３００などから、トランジスタ５００が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。
【０１００】
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０１０１】
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、１０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０１０２】
なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０１０３】
また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６には容量素子６００、又はトランジスタ５００と接続する導電体３２８、及び導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、及び導電体３３０は、プラグ又は配線としての機能を有する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
【０１０４】
各プラグ、及び配線（導電体３２８、導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
【０１０５】
絶縁体３２６、及び導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図８において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、トランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１０６】
なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１０７】
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ３００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。
【０１０８】
絶縁体３５４、及び導電体３５６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図８において、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４には、導電体３６６が形成されている。導電体３６６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３６６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１０９】
なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１０】
絶縁体３６４、及び導電体３６６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図８において、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４には、導電体３７６が形成されている。導電体３７６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３７６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１１１】
なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１２】
絶縁体３７４、及び導電体３７６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図８において、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４には、導電体３８６が形成されている。導電体３８６は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体３８６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１１３】
なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１４】
上記において、導電体３５６を含む配線層、導電体３６６を含む配線層、導電体３７６を含む配線層、及び導電体３８６を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る半導体装置はこれに限られるものではない。導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を３層以下にしてもよいし、導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を５層以上にしてもよい。
【０１１５】
絶縁体３８４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６が、順に積層して設けられている。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
【０１１６】
例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、例えば、基板３１１、又はトランジスタ３００を設ける領域などから、トランジスタ５００を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。
【０１１７】
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０１１８】
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０１１９】
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
【０１２０】
また、例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０１２１】
また、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、導電体５１８、及びトランジスタ５００を構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５１８は、容量素子６００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５１８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１２２】
特に、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４と接する領域の導電体５１８は、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１２３】
絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
【０１２４】
図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、トランジスタ５００は、絶縁体５１４及び絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６及び導電体５０３の上に配置された絶縁体５２０と、絶縁体５２０の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁体５８０と、開口の底面及び側面に配置された酸化物５３０ｃと、酸化物５３０ｃの形成面に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。
【０１２５】
また、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂと、絶縁体５８０との間に絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、及び絶縁体５５０の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。
【０１２６】
なお、以下において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃをまとめて酸化物５３０という場合がある。
【０１２７】
なお、トランジスタ５００では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ａの２層構造、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ５００では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図８、図１０（Ａ）に示すトランジスタ５００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
【０１２８】
ここで、導電体５６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電体５６０、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ５００において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ５００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。
【０１２９】
さらに、導電体５６０が、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電体５６０は、導電体５４２ａ又は導電体５４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電体５６０と導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ５００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有せしめることができる。
【０１３０】
導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０３に印加する電位を、導電体５６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ５００のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体５０３に負の電位を印加することにより、トランジスタ５００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体５０３に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
【０１３１】
導電体５０３は、酸化物５３０、及び導電体５６０と、重なるように配置する。これにより、導電体５６０、及び導電体５０３に電位を印加した場合、導電体５６０から生じる電界と、導電体５０３から生じる電界と、がつながり、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。本明細書等において、第１のゲート電極、及び第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
【０１３２】
また、導電体５０３は、導電体５１８と同様の構成であり、絶縁体５１４及び絶縁体５１６の開口の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ５００では、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、又は３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
【０１３３】
ここで、導電体５０３ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、又は酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、又は上記酸素のいずれか一又は、すべての拡散を抑制する機能とする。
【０１３４】
例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体５０３ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
【０１３５】
また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０５は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１３６】
絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、及び絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。
【０１３７】
ここで、酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ５００の信頼性を向上させることができる。
【０１３８】
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
【０１３９】
また、絶縁体５２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
【０１４０】
絶縁体５２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物５３０が有する酸素は、絶縁体５２０側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や、酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
【０１４１】
絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
【０１４２】
特に、不純物、及び酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、酸化物５３０からの酸素の放出や、トランジスタ５００の周辺部から酸化物５３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
【０１４３】
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
【０１４４】
また、絶縁体５２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体５２０や、絶縁体５２６を得ることができる。
【０１４５】
なお、図１０（Ａ）（Ｂ）のトランジスタ５００では、３層の積層構造からなる第２のゲート絶縁膜として、絶縁体５２０、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４が図示されているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、２層、又は４層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
【０１４６】
トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物５３０として適用できるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物は、実施の形態４で説明するＣＡＡＣ−ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳであることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【０１４７】
酸化物５３０においてチャネル形成領域にとして機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１４８】
酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
【０１４９】
なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｃは、酸化物５３０ａ又は酸化物５３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
【０１５０】
また、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物５３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃの電子親和力が、酸化物５３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
【０１５１】
ここで、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０１５２】
具体的には、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂ、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物５３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０１５３】
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物５３０ｂとなる。酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ５００は高いオン電流を得られる。
【０１５４】
酸化物５３０ｂ上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが設けられる。導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素又は酸素に対するバリア性があるため好ましい。
【０１５５】
また、図１０では、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを単層構造として示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
【０１５６】
また、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
【０１５７】
また、図１０（Ａ）に示すように、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域５４３ａ、及び領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。また、領域５４３ａと領域５４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
【０１５８】
酸化物５３０と接するように上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）を設けることで、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）に導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）に含まれる金属と、酸化物５３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）のキャリア密度が増加し、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。
【０１５９】
絶縁体５４４は、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを覆うように設けられ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂの酸化を抑制する。このとき、絶縁体５４４は、酸化物５３０の側面を覆い、絶縁体５２４と接するように設けられてもよい。
【０１６０】
絶縁体５４４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタン又は、マグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。また、絶縁体５４４として、窒化酸化シリコン又は窒化シリコンなども用いることができる。
【０１６１】
特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱履歴において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが耐酸化性を有する材料、又は、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁体５４４は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
【０１６２】
絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、及び水素などの不純物が酸化物５３０ｃ、絶縁体５５０を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化するのを抑制することができる。
【０１６３】
絶縁体５５０は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５５０は、酸化物５３０ｃの内側（上面、及び側面）接して配置することが好ましい。絶縁体５５０は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。
【０１６４】
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
【０１６５】
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体５５０として、酸化物５３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁体５５０から、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体５２４と同様に、絶縁体５５０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【０１６６】
また、絶縁体５５０が有する過剰酸素を、効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体５５０から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。
【０１６７】
なお、絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
【０１６８】
第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１０（Ａ）（Ｂ）では２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
【０１６９】
導電体５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体５５０に含まれる酸素により、導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ｂをスパタリング法で成膜することで、導電体５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
【０１７０】
また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
【０１７１】
絶縁体５８０は、絶縁体５４４を介して、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ上に設けられる。絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体５８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
【０１７２】
絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を、酸化物５３０ｃと接して設けることで、絶縁体５８０中の酸素を、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０へと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０１７３】
絶縁体５８０の開口は、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
【０１７４】
半導体装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体５６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体５６０の膜厚を大きくすると、導電体５６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電体５６０を絶縁体５８０の開口に埋め込むように設けるため、導電体５６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電体５６０を倒壊させることなく、形成することができる。
【０１７５】
絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、及び絶縁体５５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５５０、及び絶縁体５８０へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物５３０中に酸素を供給することができる。
【０１７６】
例えば、絶縁体５７４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０１７７】
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア膜としての機能も有することができる。
【０１７８】
また、絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、絶縁体５２４などと同様に、膜中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０１７９】
また、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、及び絶縁体５４４に形成された開口に、導電体５４０ａ、及び導電体５４０ｂを配置する。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、後述する導電体５４６、及び導電体５４８と同様の構成である。
【０１８０】
絶縁体５８１上には、絶縁体５８２が設けられている。絶縁体５８２は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体５８２には、絶縁体５１４と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体５８２には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０１８１】
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
【０１８２】
また、絶縁体５８２上には、絶縁体５８６が設けられている。絶縁体５８６は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５８６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０１８３】
また、絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、及び絶縁体５８６には、導電体５４６、及び導電体５４８等が埋め込まれている。
【０１８４】
導電体５４６、及び導電体５４８は、容量素子６００、トランジスタ５００、又はトランジスタ３００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５４６、及び導電体５４８は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１８５】
続いて、トランジスタ５００の上方には、容量素子６００が設けられている。容量素子６００は、導電体６１０と、導電体６２０、絶縁体６３０とを有する。
【０１８６】
また、導電体５４６、及び導電体５４８上に、導電体６１２を設けてもよい。導電体６１２は、トランジスタ５００と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体６１０は、容量素子６００の電極としての機能を有する。なお、導電体６１２、及び導電体６１０は、同時に形成することができる。
【０１８７】
導電体６１２、及び導電体６１０には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。又は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
【０１８８】
図８では、導電体６１２、及び導電体６１０は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
【０１８９】
絶縁体６３０を介して、導電体６１０と重畳するように、導電体６２０を設ける。なお、導電体６２０は、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等を用いればよい。
【０１９０】
導電体６２０、及び絶縁体６３０上には、絶縁体６４０が設けられている。絶縁体６４０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体６４０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
【０１９１】
本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制するとともに、信頼性を向上させることができる。又は、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた電池保護回路において、微細化又は高集積化を図ることができる。
【０１９２】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０１９３】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明し電池保護回路を電子部品とする例について、図１１を用いて説明する。
【０１９４】
図１１（Ａ）では上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品とする例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。
【０１９５】
ＯＳトランジスタやＳｉトランジスタで構成される回路部は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。
【０１９６】
後工程については、図１１（Ａ）に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳ１）した後、基板の裏面を研削する（ステップＳ２）。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。
【０１９７】
基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳ３）。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。
【０１９８】
次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う（ステップＳ４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。
【０１９９】
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳ５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。
【０２００】
次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳ６）。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。
【０２０１】
次いでパッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す（ステップＳ７）。そして最終的な検査工程（ステップＳ８）を経てＰＬＤを含む回路部を有する電子部品が完成する（ステップＳ９）。
【０２０２】
また、完成した電子部品の斜視模式図を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）では、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図１１（Ｂ）に示す電子部品７００は、リード７０１及び回路部７０３を示している。図１１（Ｂ）に示す電子部品７００は、例えばプリント基板７０２に実装される。このような電子部品７００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７０２上で電気的に接続されることで電気機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板７０４は、電気機器等の内部に設けられる。
【０２０３】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電池保護回路を備えた電子部品を適用可能な蓄電装置および蓄電システムの構成について説明する。
【０２０４】
［円筒型二次電池］
円筒型の二次電池の例について図１２（Ａ）を参照して説明する。円筒型の二次電池４００は、図１２（Ａ）に示すように、上面に正極キャップ（電池蓋）４０１を有し、側面及び底面に電池缶（外装缶）４０２を有している。これら正極キャップ４０１と電池缶（外装缶）４０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）４１０によって絶縁されている。
【０２０５】
図１２（Ｂ）は蓄電システム４１５の一例を示す。蓄電システム４１５は複数の二次電池４００を有する。それぞれの二次電池の正極は、絶縁体４２５で分離された導電体４２４に接触し、電気的に接続されている。導電体４２４は配線４２３を介して、制御回路４２０に電気的に接続されている。また、それぞれの二次電池の負極は、配線４２６を介して制御回路４２０に電気的に接続されている。制御回路４２０として、先の実施の形態にて述べた電池保護回路を用いることができる。
【０２０６】
図１２（Ｃ）は、蓄電システム４１５の一例を示す。蓄電システム４１５は複数の二次電池４００を有し、複数の二次電池４００は、導電板４１３及び導電板４１４の間に挟まれている。複数の二次電池４００は、配線４１６により導電板４１３及び導電板４１４と電気的に接続される。複数の二次電池４００は、並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の二次電池４００を有する蓄電システム４１５を構成することで、大きな電力を取り出すことができる。
【０２０７】
複数の二次電池４００の間に温度制御装置を有していてもよい。二次電池４００が過熱されたときは、温度制御装置により冷却し、二次電池４００が冷えすぎているときは温度制御装置により加熱することができる。そのため蓄電システム４１５の性能が外気温に影響されにくくなる。
【０２０８】
また、図１２（Ｃ）において、蓄電システム４１５は制御回路４２０に配線４２１及び配線４２２を介して電気的に接続されている。制御回路４２０として、先の実施の形態にて述べた電池保護回路を用いることができる。配線４２１は導電板４１３を介して複数の二次電池４００の正極に、配線４２２は導電板４１４を介して複数の二次電池４００の負極に、それぞれ電気的に接続される。
【０２０９】
［二次電池パック］
次に本発明の一態様の蓄電システムの例について、図１３を用いて説明する。
【０２１０】
図１３（Ａ）は、二次電池パック５３１の外観を示す図である。図１３（Ｂ）は二次電池パック５３１の構成を説明する図である。二次電池パック５３１は、回路基板５０１と、二次電池５１３と、を有する。二次電池５１３には、ラベル５０９が貼られている。回路基板５０１は、シール５１５により固定されている。また、二次電池パック５３１は、アンテナ５１７を有する。
【０２１１】
回路基板５０１は制御回路５９０を有する。制御回路５９０は、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。例えば、図１３（Ｂ）に示すように、回路基板５０１上に、制御回路５９０を有する。また、回路基板５０１は、端子５１１と電気的に接続されている。また回路基板５０１は、アンテナ５１７、二次電池５１３の正極リード及び負極リードの一方５５１、正極リード及び負極リードの他方５５２と電気的に接続される。
【０２１２】
あるいは、図１３（Ｃ）に示すように、回路基板５０１上に設けられる回路システム５９０ａと、端子５１１を介して回路基板５０１に電気的に接続される回路システム５９０ｂと、を有してもよい。例えば、本発明の一態様の制御回路の一部分が回路システム５９０ａに、他の一部分が回路システム５９０ｂに、それぞれ設けられる。
【０２１３】
なお、アンテナ５１７はコイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ９１４は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する２つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ９１４を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
【０２１４】
二次電池パック５３１は、アンテナ５１７と、二次電池５１３との間に層５１９を有する。層５１９は、例えば二次電池５１３による電磁界を遮蔽することができる機能を有する。層５１９としては、例えば磁性体を用いることができる。
【０２１５】
二次電池５１３は、図１３（Ｃ）に示すような捲回された電池素子５９３を有する。電池素子５９３は、負極５９４と、正極５９５と、セパレータ５９６と、を有する。電池素子５９３は、セパレータ５９６を挟んで負極５９４と、正極５９５とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。
【０２１６】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０２１７】
（実施の形態６）
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である蓄電システムを搭載する例を示す。車両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。
【０２１８】
蓄電システムを車両に搭載すると、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、又はプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。
【０２１９】
図１４において、本発明の一態様である蓄電システムを用いた車両を例示する。図１４（Ａ）に示す自動車８４００は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距離の長い車両を実現することができる。自動車８４００は蓄電システムを有する。蓄電システムは電気モーター８４０６を駆動するだけでなく、ヘッドライト８４０１やルームライト（図示せず）などの発光装置に電力を供給することができる。
【０２２０】
また、蓄電システムは、自動車８４００が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車８４００が有するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。
【０２２１】
図１４（Ｂ）に示す自動車８５００は、自動車８５００が有する蓄電システム８０２４にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電することができる。図１４（Ｂ）に、地上設置型の充電装置８０２１から自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４に、ケーブル８０２２を介して充電を行っている状態を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はＣＨＡｄｅＭＯ（登録商標）やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置８０２１は、商用施設に設けられた充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術によって、外部からの電力供給により自動車８５００に搭載された蓄電システム８０２４を充電することができる。充電は、ＡＣＤＣコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を直流電力に変換して行うことができる。
【０２２２】
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電システムの充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
【０２２３】
また、図１４（Ｃ）は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた二輪車の一例である。図１４（Ｃ）に示すスクータ８６００は、蓄電システム８６０２、サイドミラー８６０１、方向指示灯８６０３を備える。蓄電システム８６０２は、方向指示灯８６０３に電気を供給することができる。
【０２２４】
また、図１４（Ｃ）に示すスクータ８６００は、座席下収納８６０４に、蓄電システム８６０２を収納することができる。蓄電システム８６０２は、座席下収納８６０４が小型であっても、座席下収納８６０４に収納することができる。
【０２２５】
また、図１５（Ａ）は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた電動自転車の一例である。図１５（Ａ）に示す電動自転車８７００に、本発明の一態様の蓄電システムを適用することができる。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、複数の蓄電池と、保護回路と、ニューラルネットワークと、を有する。
【０２２６】
電動自転車８７００は、蓄電システム８７０２を備える。蓄電システム８７０２は、運転者をアシストするモーターに電気を供給することができる。また、蓄電システム８７０２は、持ち運びができ、図１５（Ｂ）に自転車から取り外した状態を示している。また、蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の蓄電システムが有する蓄電池８７０１が複数内蔵されており、そのバッテリー残量などを表示部８７０３で表示できるようにしている。また蓄電システム８７０２は、本発明の一態様の制御回路８７０４を有する。制御回路８７０４は、蓄電池８７０１の正極及び負極と電気的に接続されている。制御回路８７０４として、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
【０２２７】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０２２８】
（実施の形態７）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した蓄電システムを電子機器に実装する例を説明する。
【０２２９】
次に、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に、２つ折り可能なタブレット型端末（クラムシェル型端末も含む）の一例を示す。図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すタブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａ、筐体９６３０ｂ、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂを接続する可動部９６４０、表示部９６３１、表示モード切り替えスイッチ９６２６、電源スイッチ９６２７、省電力モード切り替えスイッチ９６２５、留め具９６２９、操作スイッチ９６２８、を有する。表示部９６３１には、可撓性を有するパネルを用いることで、より広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図１６（Ａ）は、タブレット型端末９６００を開いた状態を示し、図１６（Ｂ）は、タブレット型端末９６００を閉じた状態を示している。
【０２３０】
また、タブレット型端末９６００は、筐体９６３０ａ及び筐体９６３０ｂの内部に蓄電体９６３５を有する。蓄電体９６３５は、可動部９６４０を通り、筐体９６３０ａと筐体９６３０ｂに渡って設けられている。
【０２３１】
表示部９６３１は、一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタンが表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部９６３１にキーボードボタン表示することができる。
【０２３２】
また、表示モード切り替えスイッチ９６２６は、縦表示又は横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ９６２５は、タブレット型端末９６００に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
【０２３３】
図１６（Ｂ）は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体９６３０、太陽電池９６３３、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。蓄電システムは、制御回路９６３４と、蓄電体９６３５と、を有する。制御回路９６３４については、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
【０２３４】
なお、タブレット型端末９６００は２つ折り可能なため、未使用時に筐体９６３０ａ及び筐体９６３０ｂを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、表示部９６３１を保護できるため、タブレット型端末９６００の耐久性を高めることができる。
【０２３５】
また、この他にも図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。
【０２３６】
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池９６３３によって、電力をタッチパネル、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池９６３３は、筐体９６３０の片面又は両面に設けることができ、蓄電体９６３５の充電を効率的に行う構成とすることができる。
【０２３７】
なお図１６（Ａ）（Ｂ）では、２つ折り可能なタブレット型端末に先の実施の形態に示す電池保護回路を用いた制御回路を適用する構成について説明したが、他の構成でもよい。例えば、図１６（Ｃ）に図示するように、クラムシェル型端末であるノート型パーソナルコンピュータへの適用も可能である。図１６（Ｃ）では、筐体９６３０ａに表示部９６３１、筐体９６３０Ｂにキーボード部９６４０を備えたノート型パーソナルコンピュータ９６０１を図示している。ノート型パーソナルコンピュータ９６０１内には、図１６（Ａ）（Ｂ）で説明した制御回路９６３４と、蓄電体９６３５と、を有する。制御回路９６３４については、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
【０２３８】
図１７に、他の電子機器の例を示す。図１７において、表示装置８０００は、本発明の一態様の蓄電システムを実装する電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、二次電池８００４等を有する。本発明の一態様に係る検出システムは、筐体８００１の内部に設けられている。表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８００４に蓄積された電力を用いることもできる。
【０２３９】
表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの、半導体表示装置を用いることができる。
【０２４０】
また、音声入力デバイス８００５も二次電池を用いる。音声入力デバイス８００５は、先の実施の形態に示す蓄電システムを有する。音声入力デバイス８００５は、無線通信素子の他、マイクを含むセンサ（光学センサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、照度センサ、モーションセンサなど）を複数有し、使用者の命令する言葉によって他のデバイス、例えば表示装置８０００の電源操作、照明装置８１００の光量調節などを行うことができる。音声入力デバイス８００５は音声で周辺機器の操作が行え、手動リモコンの代わりとなる。
【０２４１】
また、音声入力デバイス８００５は、車輪や機械式移動手段を有しており、使用者の発声が聞こえる方向に移動し、内蔵されているマイクで正確に命令を聞き取るとともに、その内容を表示部８００８に表示する、または表示部８００８のタッチ入力操作が行える構成としている。
【０２４２】
また、音声入力デバイス８００５は、スマートフォンなどの携帯情報端末８００９の充電ドックとしても機能させることができる。携帯情報端末８００９と音声入力デバイス８００５は、有線または無線で電力の授受を可能としている。携帯情報端末８００９は、室内においては、特に持ち運ぶ必要がなく、必要な容量を確保しつつ、二次電池に負荷がかかり劣化することを回避したいため、音声入力デバイス８００５によって二次電池の管理、メンテナンスなどを行えることが望ましい。また、音声入力デバイス８００５はスピーカ８００７及びマイクを有しているため、携帯情報端末８００９が充電中であってもハンズフリーで会話することもできる。また、音声入力デバイス８００５の二次電池の容量が低下すれば、矢印の方向に移動し、外部電源と接続された充電モジュール８０１０から無線充電によって充電を行えばよい。
【０２４３】
また、音声入力デバイス８００５を台に載せてもよい。また、音声入力デバイス８００５を車輪や機械式移動手段を設けて所望の位置に移動させてもよく、或いは台や車輪を設けず、音声入力デバイス８００５を所望の位置、例えば床の上などに固定してもよい。
【０２４４】
なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０２４５】
図１７において、据え付け型の照明装置８１００は、充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）で制御される二次電池８１０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、二次電池８１０３等を有する。図１７では、二次電池８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８１０３に蓄積された電力を用いることもできる。
【０２４６】
なお、図１７では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、二次電池８１０３は、天井８１０４以外、例えば側壁８１０５、床８１０６、窓８１０７等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。
【０２４７】
また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
【０２４８】
図１７において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、二次電池８２０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、二次電池８２０３等を有する。図１７では、二次電池８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、二次電池８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、二次電池８２０３が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８２０３に蓄積された電力を用いることもできる。
【０２４９】
図１７において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、二次電池８３０４を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、二次電池８３０４等を有する。図１７では、二次電池８３０４が、筐体８３０１の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、二次電池８３０４に蓄積された電力を用いることもできる。
【０２５０】
また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量のうち、実際に使用される電力量の割合（電力使用率と呼ぶ）が低い時間帯において、二次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑えることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫８３００の場合、気温が低く、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われない夜間において、二次電池８３０４に電力を蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３の開閉が行われる昼間において、二次電池８３０４を補助電源として用いることで、昼間の電力使用率を低く抑えることができる。
【０２５１】
上述の電子機器の他、二次電池はあらゆる電子機器に搭載することができる。本発明の一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となる。そのため、本発明の一態様である充電を制御するマイクロプロセッサ（ＡＰＳを含む）を本実施の形態で説明した電子機器に搭載することで、より長寿命の電子機器とすることができる。本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２５２】
本発明の一態様の蓄電システムを電子機器に実装する例を図１８（Ａ）乃至（Ｅ）に示す。本発明の一態様の蓄電システムを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０２５３】
図１８（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、外部接続ポート７４０４、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７４０７と、先の実施の形態に示す電池保護回路と、を有する。
【０２５４】
図１８（Ｂ）は、携帯電話機７４００を湾曲させた状態を示している。携帯電話機７４００を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電池７４０７も湾曲される場合がある。このような場合には、蓄電池７４０７として、可撓性を有する蓄電池を用いることが好ましい。可撓性を有する蓄電池の曲げられた状態を図１８（Ｃ）に示す。蓄電池には制御回路７４０８が電気的に接続されている。制御回路７４０８として、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
【０２５５】
また、フレキシブルな形状を備える蓄電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
【０２５６】
図１８（Ｄ）は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置７１００は、筐体７１０１、表示部７１０２、操作ボタン７１０３、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池７１０４と、先の実施の形態に示す電池保護回路と、を有する。
【０２５７】
図１８（Ｅ）は、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末７２００は、筐体７２０１、表示部７２０２、バンド７２０３、バックル７２０４、操作ボタン７２０５、入出力端子７２０６などを備える。
【０２５８】
携帯情報端末７２００は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
【０２５９】
表示部７２０２はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部７２０２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部７２０２に表示されたアイコン７２０７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
【０２６０】
操作ボタン７２０５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末７２００に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン７２０５の機能を自由に設定することもできる。
【０２６１】
また、携帯情報端末７２００は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
【０２６２】
また、携帯情報端末７２００は入出力端子７２０６を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子７２０６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子７２０６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【０２６３】
携帯情報端末７２００は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。該蓄電システムは、蓄電池と、先の実施の形態に示す電池保護回路と、を有する。
【０２６４】
携帯情報端末７２００はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋センサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度センサ、等が搭載されることが好ましい。
【０２６５】
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。
【０２６６】
（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
【０２６７】
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【０２６８】
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。
【０２６９】
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
【０２７０】
なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
【０２７１】
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【０２７２】
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
【０２７３】
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）という表記を用いる。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【０２７４】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【０２７５】
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧（接地電圧）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
【０２７６】
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【０２７７】
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
【０２７８】
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
【０２７９】
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
【０２８０】
本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
【符号の説明】
【０２８１】
１００    蓄電装置
１１０    電池保護回路
１１１    電圧比較部
１１２    演算回路
１１３    コンパレータ
１１４    記憶回路
１１４Ａ    記憶回路
１１４Ｃ    記憶回路
１１５    参照電圧生成回路
１１６    メモリ制御回路
１１７    センサ
１２０    組電池
１２１    電池セル
１３０    セルバランス回路部
１３０Ａ    セルバランス回路
１３１    抵抗素子
１３２    トランジスタ
１３３    セルバランス制御回路
１４０    トランジスタ
１５０    トランジスタ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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