(57)【要約】【課題】回路やバッテリーが効率よく収納された半導体装置を提供する。【解決手段】第１のトランジスタ、第２のトランジスタ及び二次バッテリーが、１つの基板に設けられた半導体装置である。第２のトランジスタのチャネル領域は酸化物半導体を有する。また、二次バッテリーは固体電解質を有し、半導体製造プロセスで作製することが可能である。なお、基板は半導体基板、または、可撓性基板とすることができる。二次バッテリーは無線によって充電される機能を有する。【選択図】図２
2019091905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能回路と、
前記機能回路に電力を供給する二次バッテリーと、
前記二次バッテリーに接続されるレギュレータと、を有し、
前記レギュレータは、前記二次バッテリーが充電されている時に、過充電を防止する機能を有し、
前記レギュレータは、半導体層に酸化物半導体を有するトランジスタを複数有し、
前記酸化物半導体は、ＩｎとＧａとＺｎを含む、電子機器。
【請求項２】
機能回路と、
前記機能回路に電力を供給する二次バッテリーと、
前記二次バッテリーに接続されるレギュレータと、を有し、
前記レギュレータは、前記二次バッテリーが充電されている時に、過充電を防止する機能を有し、
前記レギュレータは、半導体層に酸化物半導体を有するトランジスタを複数有し、
前記酸化物半導体は、ＩｎとＧａとＺｎを含み、
前記二次バッテリーは無線充電により充電される、電子機器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記機能回路は、ＣＰＵ，表示駆動回路、または通信回路である電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、又は製造方法に関する。又は、本発明は、プロセス、マシン、マニ
ュファクチャ、又は組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。また、本発明の
一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法又
はそれらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、酸化物半導体を含む半導体装置
、表示装置、又は発光装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。表示装置、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する
場合がある。
【背景技術】
【０００３】
近年、使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器が盛んに開発されている
。
【０００４】
使用者が携帯する電子機器や、使用者が装着する電子機器は、バッテリーを電源として動
作するため、消費電力を極力抑えている。特に電子機器にＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が含まれている場合、ＣＰＵは動作時に多くの電力を消費
するため、ＣＰＵの処理は消費電力に大きな影響を与える。
【０００５】
プラスチックもしくはプラスチックフィルム基板に高機能集積回路（ＣＰＵなど）を有し
、無線で電力または信号の送受信を行う半導体装置が、特許文献１に記載されている。
【０００６】
また、ＣＰＵのレジスタを、酸化物半導体トランジスタを用いた記憶回路で作製し、消費
電力の低減を行う半導体装置が、特許文献２に記載されている。
【０００７】
また、近年、電子機器の小型化を目的に、半導体基板上に、半導体素子とともに、固体電
解質を用いた全固体電池を作製する技術が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３２９２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５１８８４号公報
【特許文献３】特開２００３−１３３４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
あるＣＰＵを含む電子機器における消費電力の詳細を説明する。消費電力は、大きく分け
て、ＣＰＵによって消費される電力と、ＣＰＵ周辺のシステムによって消費される電力と
、電子機器の内外に接続された複数の入出力機器および周辺機器によって消費される電力
と、に分けることができる。ＣＰＵ周辺のシステムによって消費される電力には、コンバ
ータでのロス、配線パターンでのロス、及びバスやコントローラなどでの消費電力などが
含まれる。
【００１０】
また、電子機器が小型化、薄型化すると、バッテリーもその制限を受ける。しかし、バッ
テリーは体積が小さくなると、容量が小さくなってしまう。従って、より小さなスペース
に回路やバッテリーなどを収納することとなる。
【００１１】
また、バッテリーは、充電または放電によって発熱し、周囲に熱的影響を及ぼす恐れがあ
る。
【００１２】
電子機器が小型化して、より小さなスペースに回路やバッテリーなどを収納するに従って
、消費電力と発熱をどう制御するかが、課題の一つとなっている。
【００１３】
本発明の一態様は、新規な半導体装置、回路やバッテリーが効率よく収納された半導体装
置、消費電力が小さい半導体装置、または、発熱が抑えられた半導体装置を提案する。
【００１４】
また、本発明の一態様は、新規な構造の電子機器を提案する。具体的には、さまざまな外
観形状にすることができる新規な構造の電子機器を提案する。より具体的には、体に装着
して使用するウェアラブル型電子機器や、体内に埋め込んで使用する電子機器を提案する
。
【００１５】
なお、複数の課題の記載は、互いの課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はない。また、列記した以外の課題が、明細
書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、これらの課題も、本
発明の一形態の課題となり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、二次バッテリーと、
を有する半導体装置である。第１のトランジスタ、第２のトランジスタ及び二次バッテリ
ーは、基板に設けられる。第１のトランジスタのチャネル領域はシリコンを含む。第２の
トランジスタのチャネル領域は酸化物半導体を含む。二次バッテリーは、固体電解質を有
する。
【００１７】
上記態様において、基板は可撓性を有することが好ましい。
【００１８】
上記態様において、二次バッテリーは、無線によって充電される機能を有することが好ま
しい。
【００１９】
上記態様において、二次バッテリーはリチウムを含むことが好ましい。また、二次バッテ
リーと第１のトランジスタの間、又は、二次バッテリーと第２のトランジスタの間に、ハ
ロゲンを含む絶縁膜を設けても良い。
【００２０】
上記態様において、二次バッテリーの上に冷却装置を設けても良い。
【００２１】
上記態様において、二次バッテリーは、半導体製造プロセスで作製されることが好ましい
。
【００２２】
本発明の一態様は、上記態様に記載の半導体装置と、表示装置と、を有する電子機器であ
る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供すること、回路やバッテリーが効率よく
収納された半導体装置を提供すること、消費電力が小さい半導体装置を提供すること、ま
たは、発熱が抑えられた半導体装置を提供することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様により、新規な構造の電子機器を提供することが可能になる。具体
的には、さまざまな外観形状にすることができる新規な構造の電子機器を提供することが
可能になる。より具体的には、体に装着して使用するウェアラブル型電子機器や、体内に
埋め込んで使用する電子機器を提供することが可能になる。
【００２５】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、
図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項な
どの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一態様を示すブロック図。
【図２】本発明の一態様を示す半導体装置の断面図。
【図３】本発明の一態様を示す半導体装置の断面図。
【図４】本発明の一態様を示す半導体装置の断面図。
【図５】本発明の一態様を示すバッテリーの上面図及び断面図。
【図６】本発明の一態様を示すバッテリーの上面図及び断面図。
【図７】本発明の一態様を示すバッテリーの上面図及び断面図。
【図８】本発明の一態様を示すバッテリーの断面図。
【図９】本発明の一態様に含まれるトランジスタの上面図及び断面図。
【図１０】本発明の一態様に含まれるトランジスタの断面図およびそのエネルギーバンド図。
【図１１】本発明の一態様に含まれるトランジスタの上面図及び断面図。
【図１２】本発明の一態様を示す電子機器の説明図。
【図１３】本発明の一態様を示す電子機器の説明図。
【図１４】本発明の一態様を示す電子機器の説明図。
【図１５】本発明の一態様を示す電子機器の説明図。
【図１６】本発明の一態様を示す半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。また、以下に説明する
実施の形態及び実施例において、同一部分又は同様の機能を有する部分には同一の符号を
異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場
合がある。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、理想的な例を模
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。
【００２９】
また、本明細書にて用いる「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り、数的に限定するものではないことを付記する。
【００３０】
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置
関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係
は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した
語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００３１】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む
少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン
領域またはドレイン電極層）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極層）の
間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流す
ことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主とし
て流れる領域をいう。
【００３２】
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動
作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細
書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする
。
【００３３】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタ
などのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有す
る素子などが含まれる。
【００３４】
（実施の形態１）
＜デバイスのブロック図＞
図１は、本発明の一態様であるデバイス１０のブロック図を示している。
【００３５】
本実施の形態にかかるデバイス１０は、制御モジュール１５と、表示モジュール２１と、
通信モジュール２６とを有する。制御モジュール１５は、デバイス１０全体の制御と、通
信や、表示部１６への情報の表示を制御するコントローラである。
【００３６】
制御モジュール１５は、ＣＰＵ１１、バッテリー１２、レギュレータ１３、および無線受
信部１４を有する。
【００３７】
また、表示モジュール２１は、表示部１６、表示駆動回路１９、バッテリー１７、レギュ
レータ１８、および無線受信部２０を有する。
【００３８】
また、通信モジュール２６は、通信回路２２、バッテリー２３、レギュレータ２４、およ
び無線受信部２５を有する。
【００３９】
レギュレータとは電子回路の一種であり、出力される電圧または電流を常に一定に保つよ
うに制御する回路のことである。レギュレータは、電力負荷の程度などによって、リニア
レギュレータとスイッチングレギュレータの２種類に分類される。なお、スイッチングレ
ギュレータはＤＣＤＣコンバータとも呼ばれる。
【００４０】
各モジュールは、それぞれレギュレータとバッテリーを有している。各バッテリーは繰り
返し充放電が可能な二次バッテリーであり、無線充電ができるように回路が接続されてい
る。各バッテリーは、それぞれのレギュレータを介してそれぞれの無線受信部と電気的に
接続される構成とする。各レギュレータは、接続されているバッテリーから各機能回路に
必要な電力または信号を供給する。また、各レギュレータは、接続されているバッテリー
が充電している時に、過充電などを防止する機能をもつ。
【００４１】
デバイス１０は、それぞれのモジュールを独立してオン状態、或いはオフ状態とすること
ができる。使用するモジュールのみを選択的に駆動させるオペレーションシステムにより
、デバイス１０の省電力化を図ることができる。
【００４２】
例えば、使用者が通信機能を用いることなく、表示部１６で情報を見る場合、通信モジュ
ール２６においては、通信回路２２への電力を遮断し、バッテリー２３を使わないオフ状
態とし、表示モジュール２１及び制御モジュール１５をオン状態とする。
【００４３】
さらに、静止画であれば、表示モジュール２１及び制御モジュール１５をオン状態として
表示部１６で静止画を表示させた後、静止画を表示させたまま制御モジュール１５をオフ
状態としても、表示モジュール２１のみをオン状態として静止画を表示し続けることがで
きる。この場合、静止画を表示しているものの制御モジュール１５は動作させておらず、
外から見て制御モジュール１５の消費電力はゼロとみなすこともできる。なお、表示部１
６において、オフ電流の低い酸化物半導体（例えばＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物材
料など）トランジスタを用いる、または画素ごとにメモリを有する構成とすれば、静止画
表示後にバッテリー１７からの電力供給を遮断しても一定時間の間であれば、静止画を表
示しつづけることもできる。
【００４４】
このように、電子機器に使用する部品ごとにバッテリーを設け、使用する部品のみを選択
的に駆動させることで、省電力化を図ることができる。
【００４５】
なお、ＣＰＵ１１のレジスタに、酸化物半導体トランジスタを含むメモリセルを用いるこ
とが好ましい。ＣＰＵ１１に酸化物半導体トランジスタを用いることで、一時的にＣＰＵ
１１の動作を停止し、電源電圧の供給を停止した場合においてもデータを保持することが
可能であり、消費電力の低減を行うことができる。具体的には、例えば、パーソナルコン
ピュータのユーザーが、キーボードなどの入力装置への情報の入力を停止している間でも
、ＣＰＵ１１の動作を停止することができ、それにより消費電力を低減することができる
。
【００４６】
また、レギュレータ１３、１８、２４に用いるトランジスタとして酸化物半導体トランジ
スタを用いると、オフ電流が小さいため、省電力化を図ることができる。特に、酸化物半
導体トランジスタで制御回路が構成されたレギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）は、１
５０℃以上の高温下でも動作可能である。よって、このようなＤＣ−ＤＣコンバータは、
動作時に温度が上昇する可能性が高い電子機器に好適である。
【００４７】
本実施の形態では、表示モジュール２１、制御モジュール１５、及び通信モジュール２６
がそれぞれバッテリーを有する例を示したが、特にこれら３つのバッテリーに限定されず
、さらに機能モジュール及びそのバッテリーを加えて４つ以上のバッテリーを有する電子
機器としてもよい。
【００４８】
例えば、デバイス１０の外装体をフレキシブルな材料とすれば、体に装着して使用するウ
ェアラブル型デバイスを実現できる。その場合、小型のバッテリーをデバイス１０内部に
分散させて配置することにより、一つの大きなバッテリーを有するデバイスよりも重量感
を軽減することができる。また、個々の小型のバッテリーが発熱しても使用者の装着感を
阻害しない。
【００４９】
次に、デバイス１０に用いることが可能な半導体装置について、図２乃至図４を用いて説
明を行う。
【００５０】
＜半導体装置の構成例１＞
図２は、同一基板上に作製された、トランジスタ７２０と、トランジスタ７３０と、バッ
テリー７４０と、を含む半導体装置１０００の断面図を示している。トランジスタ７２０
は基板７００に設けられ、トランジスタ７３０はトランジスタ７２０の上に設けられ、バ
ッテリー７４０はトランジスタ７３０の上に設けられている。
【００５１】
半導体装置１０００は、基板７００と、トランジスタ７２０と、素子分離層７２７と、絶
縁膜７３１と、トランジスタ７３０と、絶縁膜７３２と、絶縁膜７４１と、バッテリー７
４０と、絶縁膜７４２と、プラグ７０１、７０３、７０４、７０６と、配線７０２、７０
５と、配線７０７と、を有し、トランジスタ７２０は、ゲート電極７２６と、ゲート絶縁
膜７２４と、側壁絶縁層７２５と、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７２１と、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域やエクステンショ
ン領域として機能する不純物領域７２２と、チャネル領域７２３と、を有する。
【００５２】
不純物領域７２１の不純物濃度は、不純物領域７２２よりも高い。ゲート電極７２６およ
び側壁絶縁層７２５をマスクとして用いて、不純物領域７２１及び不純物領域７２２を自
己整合的に形成することができる。
【００５３】
基板７００としては、シリコンや炭化シリコンから成る単結晶半導体基板、多結晶半導体
基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板や、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏ
ｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いることができる。半導体基板を用いて形成され
たトランジスタは、高速動作が容易である。なお、基板７００としてｐ型の単結晶シリコ
ン基板を用いた場合、基板７００の一部にｎ型を付与する不純物元素を添加してｎ型のウ
ェルを形成し、ｎ型のウェルが形成された領域にｐ型のトランジスタを形成することも可
能である。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等を用いるこ
とができる。ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）等を用いることができる
。
【００５４】
また、基板７００は絶縁基板上に半導体膜を設けたものでもよい。該絶縁基板として、例
えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、
ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを
有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィル
ムなどが挙げられる。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノ
ホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエー
テルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する
合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステ
ル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、
ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は
紙類などがある。
【００５５】
なお、ある基板を用いて半導体素子を形成し、その後、別の基板に半導体素子を転置して
もよい。半導体素子が転置される基板の一例としては、上述した基板に加え、紙基板、セ
ロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、
布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）
若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）
、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいト
ランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱
性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
【００５６】
トランジスタ７２０は素子分離層７２７により、基板７００に形成される他のトランジス
タと分離されている。
【００５７】
トランジスタ７２０としてシリサイド（サリサイド）を有するトランジスタや、側壁絶縁
層を有さないトランジスタを用いてもよい。シリサイド（サリサイド）を有する構造であ
ると、ソース領域およびドレイン領域がより低抵抗化でき、半導体装置の高速化が可能で
ある。また、低電圧で動作できるため、半導体装置の消費電力を低減することが可能であ
る。
【００５８】
トランジスタ７２０に第１の半導体材料を用い、トランジスタ７３０に第２の半導体材料
を用いた場合、第１の半導体材料と第２の半導体材料は異なる禁制帯幅を持つ材料とする
ことが好ましい。例えば、第１の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料（シリコン
（歪シリコン含む）、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ
素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、有機半導体など）とし
、第２の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料として
単結晶シリコンなどを用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半
導体を用いたトランジスタは、オフ電流が低い。
【００５９】
なお、酸化物半導体トランジスタの詳細については、後述する実施の形態３で説明を行う
。
【００６０】
ここで、下層に設けられるトランジスタ７２０にシリコン系半導体材料を用いた場合、ト
ランジスタ７２０の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素はシリコンのダングリン
グボンドを終端し、トランジスタ７２０の信頼性を向上させる効果がある。一方、上層に
設けられるトランジスタ７３０に酸化物半導体を用いた場合、トランジスタ７３０の半導
体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の
一つとなるため、トランジスタ７３０の信頼性を低下させる要因となる場合がある。した
がって、シリコン系半導体材料を用いたトランジスタ７２０の上層に酸化物半導体を用い
たトランジスタ７３０を積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散を防止する機能を
有する絶縁膜７３１を設けることは特に効果的である。絶縁膜７３１により、下層に水素
を閉じ込めることでトランジスタ７２０の信頼性が向上することに加え、下層から上層に
水素が拡散することが抑制されることでトランジスタ７３０の信頼性も同時に向上させる
ことができる。
【００６１】
絶縁膜７３１としては、例えば酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム
、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化
窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いることができる。
【００６２】
また、酸化物半導体膜を含んで構成されるトランジスタ７３０を覆うように、トランジス
タ７３０上に水素の拡散を防止する機能を有する絶縁膜７３２を形成することが好ましい
。絶縁膜７３２としては、絶縁膜７３１と同様の材料を用いることができ、特に酸化アル
ミニウムを適用することが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物お
よび酸素の双方に対して膜を透過させない遮断（ブロッキング）効果が高い。したがって
、トランジスタ７３０を覆う絶縁膜７３２として酸化アルミニウム膜を用いることで、ト
ランジスタ７３０に含まれる酸化物半導体膜からの酸素の脱離を防止するとともに、酸化
物半導体膜への水および水素の混入を防止することができる。
【００６３】
プラグ７０１、７０３、７０４、７０６及び配線７０２、７０５、７０７は、銅（Ｃｕ）
、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マン
ガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）
、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）の低抵抗材料からなる単体、
もしくは合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜の単層または積層とする
ことが好ましい。特に、これらプラグ及び配線に、Ｃｕ−Ｍｎ合金を用いると、酸素を含
む絶縁体との界面に酸化マンガンを形成し、該酸化マンガンがＣｕの拡散を抑制する機能
を持つので好ましい。
【００６４】
バッテリー７４０は、繰り返し充放電が可能な二次バッテリーであり、且つ、固体電解質
を含む全固体電池である。また、バッテリー７４０は無線充電が可能となるように、レギ
ュレータを介して無線受信部と電気的に接続されている。
【００６５】
また、バッテリー７４０は、半導体製造プロセスを用いて作製することができる。なお、
半導体製造プロセスとは、成膜工程、結晶化工程、メッキ工程、洗浄工程、リソグラフィ
工程、エッチング工程、研磨工程、不純物注入工程、熱処理工程など、半導体デバイスを
製造するときに用いられる手法全般を表す。
【００６６】
なお、バッテリー７４０の詳細については、後述する実施の形態２で説明を行う。
【００６７】
絶縁膜７４１は、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、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジ
ルコニウム、酸化イットリウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化セシウム、酸化タン
タルまたは酸化マグネシウムの一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。
【００６８】
バッテリー７４０がリチウムを含む場合、絶縁膜７４１はリチウムの拡散を防ぐ（ブロッ
クする）機能を有することが好ましい。バッテリー７４０に含まれるリチウムが、可動イ
オンとして半導体素子（トランジスタ７２０またはトランジスタ７３０）へ侵入すると、
半導体素子の劣化を引き起こす。絶縁膜７４１がリチウムイオンをブロックすることで、
信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００６９】
バッテリー７４０がリチウムを含む場合、絶縁膜７４１は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素
などのハロゲンを含むことが好ましい。絶縁膜７４１がハロゲンを含むことで、アルカリ
金属であるリチウムと容易に結合し、リチウムが絶縁膜７４１の中で固定化され、リチウ
ムが絶縁膜７４１の外へ拡散することを防ぐことができる。
【００７０】
例えば、絶縁膜７４１として、窒化シリコンをＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成膜した場合、原料ガス中に体積比で３％から６％、例えば
５％ほどのハロゲンを含むガスを混入させておくと、得られる窒化シリコン膜中にハロゲ
ンが取り込まれる。絶縁膜７４１に含まれるハロゲン元素は、二次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得
られる濃度を、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とする。
【００７１】
絶縁膜７４２は、バッテリー７４０を保護する機能を有する。絶縁膜７４２としては、例
えば樹脂（ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂など）、ガラス、アモルファス化合物、セラミックス等の絶縁性材
料を用いることができる。また、樹脂の層間に、吸水層としてフッ化カルシウムなどを有
する層を設けてもよい。絶縁膜７４２は、スピンコート法、インクジェット法などによっ
て形成する事ができる。また、絶縁膜７４２は、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、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニ
ウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ガリウム、酸化ラン
タン、酸化セシウム、酸化タンタルまたは酸化マグネシウムの一種以上を選択して、単層
または積層で作製してもよい。
【００７２】
半導体装置１０００は、バッテリー７４０の上に、さらに半導体素子を作製してもよい、
この場合、絶縁膜７４１と同様に、絶縁膜７４２にリチウムの拡散を防ぐ（ブロックする
）機能を有することが好ましい。絶縁膜７４２がリチウムをブロックすることで、信頼性
の高い半導体装置を提供することができる。
【００７３】
バッテリー７４０の上に半導体素子を作製する場合、絶縁膜７４２は、絶縁膜７４１と同
様に、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンを含むことが好ましい。絶縁膜７４２
がハロゲンを含むことで、アルカリ金属であるリチウムと容易に結合し、リチウムが絶縁
膜７４２の外へ拡散することを防ぐことができる。
【００７４】
なお、図２乃至図４において、符号及びハッチングパターンが与えられていない領域は絶
縁体で構成された領域を表している。該領域には、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上含む
絶縁体を用いることができる。また、該領域には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ア
クリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂を用いること
もできる。
【００７５】
図２の半導体装置１０００は、バッテリー７４０の上部に、ヒートシンク、水冷クーラー
、冷却ファンなどの冷却装置を設けることが好ましい。冷却装置を設けることで、バッテ
リー７４０の発熱による、半導体装置１０００の誤動作を防ぐことができる。
【００７６】
図２の半導体装置１０００は、バッテリー７４０とトランジスタ７３０との間に、エアギ
ャップ（真空層の隙間）を設けてもよい。その場合の断面図を図１６に示す。図１６に示
す半導体装置１３００は、バッテリー７４０とトランジスタ７３０との間に、エアギャッ
プ７６２を有している。エアギャップ７６２は、トレンチを有する絶縁膜７６１に、被覆
性の低い絶縁膜７６３を成膜することで形成することが可能である。絶縁膜７６１、７６
３には、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、
窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどから選ばれた一種以上含む絶縁体を用いてもよい。
バッテリー７４０の下にエアギャップ７６２を設けることで、バッテリー７４０から発熱
した熱が、トランジスタ７２０及びトランジスタ７３０まで伝わるのを防ぐことができ、
熱によるトランジスタ７２０及びトランジスタ７３０の誤動作を防ぐことができる。
【００７７】
図２は、バッテリー７４０を、トランジスタ７２０及びトランジスタ７３０の上に設けて
いるが、バッテリー７４０を、トランジスタ７２０とトランジスタ７３０の間に設けても
よい。その場合、トランジスタ７２０、バッテリー７４０、トランジスタ７３０の順に素
子が形成されることになる。特に、バッテリー７４０を作製する際に、トランジスタ７３
０が破壊されるほどの高温な熱処理が必要な場合、バッテリー７４０を形成してからトラ
ンジスタ７３０を形成することが好ましい。
【００７８】
例えば、トランジスタ７２０及びトランジスタ７３０を用いて、図１のデバイス１０に含
まれるＣＰＵ１１またはレギュレータ１３、１８、２４などの回路を作製し、これら回路
に電源を供給するバッテリー７４０を、これら回路と同一基板上に作製することで、デバ
イス１０を小型化又は薄膜化することが可能になる。
【００７９】
＜半導体装置の構成例２＞
図２では、トランジスタ７２０がプレーナ型のトランジスタの場合を示したが、トランジ
スタ７２０の形状はこれに限定されない。例えば、ＦＩＮ（フィン）型、ＴＲＩ−ＧＡＴ
Ｅ（トライゲート）型などのトランジスタなどとすることができる。その場合の断面図の
例を、図３に示す。
【００８０】
図３に示す半導体装置１１００は、基板７００に設けられたＦＩＮ型のトランジスタ７５
０を有する点で、図２の半導体装置１０００と相違する。図３において、左側に示したト
ランジスタ７５０は、トランジスタのチャネル長方向の断面図を示し、右型に示したトラ
ンジスタ７５０は、トランジスタのチャネル幅方向の断面図を示している。
【００８１】
図３では、基板７００の上に、絶縁膜７５７が設けられている。基板７００は、先端の細
い凸部（フィンともいう）を有する。なお、凸部の上には、絶縁膜が設けられていてもよ
い。その絶縁膜は、凸部を形成するときに、基板７００がエッチングされないようにする
ためのマスクとして機能するものである。なお、凸部は、先端が細くなくてもよく、例え
ば、略直方体の凸部であってもよいし、先端が太い凸部であってもよい。基板７００の凸
部の上には、ゲート絶縁膜７５４が設けられ、その上には、ゲート電極７５６及び側壁絶
縁層７５５が設けられている。基板７００には、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７５１と、ＬＤＤ領域やエクステンション領域として機能する不純物領域
７５２と、チャネル領域７５３が形成されている。なお、ここでは、基板７００が、凸部
を有する例を示したが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。例え
ば、ＳＯＩ基板を加工して、凸部を有する半導体領域を形成しても構わない。
【００８２】
半導体装置１１００のその他の構成要素に関しては、半導体装置１０００の記載を参照す
る。
【００８３】
＜半導体装置の構成例３＞
図４に示した半導体装置１２００は、バッテリー７４０がトランジスタ７３０の下に設け
られている点で、図２の半導体装置１０００と相違する。
【００８４】
半導体装置１２００は、図４に示した構成にすることで、トランジスタ７２０に接続され
るプラグ及び配線と、バッテリー７４０に接続されるプラグ及び配線を同時に作製するこ
とができ、工程を簡略化することができる。また、バッテリー７４０を作製する際に、プ
ラグ７０１または配線７０２が破壊される程の高温処理が必要な場合は、バッテリー７４
０を形成してから、プラグ７０１及び配線７０２を形成する必要がある。その場合、図４
のように、トランジスタ７２０とバッテリー７４０を同一の階層に設ける方が好ましい。
【００８５】
なお、図４では、トランジスタ７２０を形成した後に、バッテリー７４０を形成している
が、バッテリー７４０を先に形成してから、トランジスタ７２０を形成してもよい。特に
、バッテリー７４０を形成する際に、トランジスタ７２０が破壊される程の高温処理が必
要な場合は、先にバッテリー７４０を形成してから、トランジスタ７２０を形成した方が
好ましい。
【００８６】
半導体装置１２００のその他の構成要素に関しては、半導体装置１０００の記載を参照す
る。
【００８７】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合
わせて用いることができる。
【００８８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示したバッテリーの詳細及び構成例について、図を用
いて詳述する。
【００８９】
＜バッテリーの構成例１＞
図５（Ａ）は、バッテリー１００の上面図であり、図５（Ａ）における一点鎖線Ｘ−Ｙに
おける断面図を図５（Ｂ）に示す。なお、図５（Ａ）では、図の明瞭化のために一部の要
素を拡大、縮小、または省略して図示している。
【００９０】
図５（Ａ）に示すバッテリー１００は、絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１上に形成された正
極集電体層１０２と、正極集電体層１０２上に形成された正極活物質層１０３と、正極活
物質層１０３上に形成された固体電解質層１０４と、固体電解質層１０４上に形成された
負極活物質層１０５と、負極活物質層１０５上に形成された負極集電体層１０６と、を有
し、正極集電体層１０２及び正極活物質層１０３は正極として機能し、負極集電体層１０
６及び負極活物質層１０５は負極として機能する。さらに、負極集電体層１０６上に、絶
縁膜１０７が成膜され、絶縁膜１０７の開口部には、配線１０８が形成され、配線１０８
は、正極集電体層１０２又は負極集電体層１０６と電気的に接続されている。
【００９１】
また、図示していないが、固体電解質層１０４と正極活物質層１０３の界面、または固体
電解質層１０４と負極活物質層１０５の界面に、リチウム層が形成されていてもよい。こ
のリチウム層は、バッテリー１００において、キャリアとなるリチウムを正極活物質層ま
たは負極活物質層へ供給する（プレドープともいう。）ための層である。なお、上記リチ
ウム層は、被形成面全てに形成されていてもよい。また、リチウム層と接して、銅層また
はニッケル層が形成されてもよい。該銅層またはニッケル層の形状は、リチウム層と略同
一であればよい。該銅層またはニッケル層は、リチウム層から、正極活物質層または負極
活物質層へリチウムのプレドープを行う際に、集電体として機能することができる。
【００９２】
なお、上記プレドープによってリチウム層の全てのリチウムが正極活物質層または負極活
物質層へドープされてもよいし、リチウム層が残っていてもよい。このようにプレドープ
後もリチウム層が残っていることによって、その後、バッテリーの充放電による不可逆容
量で消失したリチウムを補充するために用いることができる。
【００９３】
絶縁膜１０１の詳細は、実施の形態１における絶縁膜７４１に関する記載を参照すればよ
い。
【００９４】
正極集電体層１０２、正極活物質層１０３、負極活物質層１０５および負極集電体層１０
６は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ナノインプリント法、蒸着法などにより形成するこ
とができる。スパッタリング法を用いた場合、ＲＦではなくＤＣ電源を用いて成膜するこ
とが好ましい。ＤＣ電源を用いたスパッタリング法は、成膜レートが大きく、そのためタ
クトが短くなり、好ましい。正極集電体層１０２、正極活物質層１０３、負極活物質層１
０５および負極集電体層１０６の膜厚は、例えば１００ｎｍ以上１００μｍ以下とすれば
よい。
【００９５】
正極集電体層１０２は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）および白金
（Ｐｔ）の一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。また、上記金属の合金
またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜を、単層または積層で用いてもよい。
【００９６】
正極活物質層１０３は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム、
ニッケル酸リチウムおよび酸化バナジウムの一種以上を選択して、単層または積層で用い
ればよい。
【００９７】
また正極活物質層１０３はオリビン型構造のリチウム含有複合リン酸塩を用いることがで
きる。リチウム含有複合リン酸塩（一般式ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（Ｉ
Ｉ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））の代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌ
ｉＮｉＰＯ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＦｅａＮｉｂＰＯ４、ＬｉＦｅａ
ＣｏｂＰＯ４、ＬｉＦｅａＭｎｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＣｏｂＰＯ４、ＬｉＮｉａＭｎｂＰ
Ｏ４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅｃＮｉｄＣｏｅＰＯ４、Ｌ
ｉＦｅｃＮｉｄＭｎｅＰＯ４、ＬｉＮｉｃＣｏｄＭｎｅＰＯ４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０
＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅｆＮｉｇＣｏｈＭｎｉＰＯ４（ｆ＋ｇ＋
ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等がある。
【００９８】
固体電解質層１０４は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法で形成することのできる無機系固
体電解質を用いる。無機系固体電解質は、硫化物系固体電解質や酸化物系固体電解質を用
いることができる。
【００９９】
硫化物系固体電解質としては、例えば、Ｌｉ７Ｐ３Ｓ１１、Ｌｉ３．２５Ｐ０．９５Ｓ４
、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２、Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４、Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２
Ｓ５、Ｌｉ２Ｓ−ＧｅＳ２、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−
Ｇａ２Ｓ３、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−Ｐ２Ｓ５、Ｌｉ
Ｉ−Ｌｉ２Ｓ−Ｂ２Ｓ３、ＬｉＩ−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２、等のリチウム複合硫化物材料が
挙げられる。
【０１００】
また、酸化物系固体電解質としては、Ｌｉ１．３Ａｌ０．３Ｔｉ１．７（ＰＯ４）３、Ｌ
ｉ１．０７Ａｌ０．６９Ｔｉ１．４６（ＰＯ４）３、Ｌｉ４ＳｉＯ４−Ｌｉ３ＢＯ３、Ｌ
ｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．４６、Ｌｉ３．６Ｓｉ０．６Ｐ０．４Ｏ４、Ｌｉ１．５Ａｌ０
．５Ｇｅ１．６（ＰＯ４）３、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＭｏＯ４、Ｌｉ３ＰＯ４
、Ｌｉ３ＶＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４、ＬＬＴ（Ｌａ２／３−ｘＬｉ３ｘＴｉＯ３）、ＬＬＺ
（Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２）等のリチウム複合酸化物および酸化リチウム材料が挙げら
れる。
【０１０１】
また、固体電解質層１０４には、塗布法等により形成するＰＥＯ（ポリエチレンオキシド
）等の高分子系固体電解質を用いてもよい。さらに、上述した無機系固体電解質と高分子
系固体電解質を含む複合的な固体電解質を用いてもよい。
【０１０２】
また、必要に応じて、固体電解質層１０４の中に、正極と負極が短絡しないように、セパ
レータを設けてもよい。セパレータは、空孔が設けられた絶縁体を用いることが好ましい
。例えば、セルロース、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン（ポリアミド）、ビ
ニロン（ポリビニルアルコール系繊維）、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポ
リウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。
【０１０３】
負極活物質層１０５は、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（
Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、リチウム（Ｌｉ）、チタン酸リチウム、ニオブ酸リチウ
ム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ケイ素の一種以上を選択して、単層または積層で用
いればよい。
【０１０４】
負極集電体層１０６は、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス、鉄（Ｆｅ）、金（Ａ
ｕ）、白金（Ｐｔ）およびニッケル（Ｎｉ）の一種以上を選択して、単層または積層で用
いればよい。また、上記金属の合金またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜を、
単層または積層で用いてもよい。
【０１０５】
正極活物質層１０３、及び負極活物質層１０５は、必要に応じて、活物質の密着性を高め
るための結着剤（バインダ）、を有してもよい。
【０１０６】
バインダとしては、例えば水溶性の高分子を含むことが好ましい。水溶性の高分子として
は、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロ
ース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース
およびジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉、などを
用いることができる。
【０１０７】
また、バインダとしては、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、スチレン・イソプレン
・スチレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロ
ピレン・ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。これらのゴム材料は、
前述の水溶性高分子と併用して用いると、さらに好ましい。
【０１０８】
または、バインダとしては、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メ
チル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ
エチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソブチレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニト
リル（ＰＡＮ）、等の材料を用いることが好ましい。
【０１０９】
バインダは上記のうち二種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【０１１０】
また、正極活物質層１０３、及び負極活物質層１０５は、活物質層の導電性を高めるため
の導電助剤等を有してもよい。
【０１１１】
導電助剤としては、例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、炭素繊
維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維
、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カ
ーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノ
チューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例
えばカーボンブラック（アセチレンブラック（ＡＢ）など）又はグラフェンなどの炭素材
料を用いることができる。また、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金
属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。
【０１１２】
薄片状のグラフェンは、高い導電性を有するという優れた電気特性、及び柔軟性並びに機
械的強度という優れた物理特性を有する。そのため、グラフェンを、導電助剤として用い
ることにより、活物質同士の接触点や、接触面積を増大させることができる。
【０１１３】
なお、本明細書において、グラフェンは、単層のグラフェン、又は２層以上１００層以下
の多層グラフェンを含む。単層グラフェンとは、π結合を有する１原子層の炭素分子のシ
ートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のこ
とをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェン
に含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに
酸素が含まれる場合、酸素の割合は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で測定した場合にグラ
フェン全体の２％以上２０％以下、好ましくは３％以上１５％以下である。
【０１１４】
絶縁膜１０７の詳細は、実施の形態１における絶縁膜７４２に関する記載を参照すればよ
い。
【０１１５】
配線１０８の詳細は、実施の形態１における配線７０７に関する記載を参照すればよい。
【０１１６】
なお、バッテリー１００は、図５（Ｂ）に示す正極と負極の上下関係を入れ替えてもよい
。つまり、下から順に、負極集電体層１０６、負極活物質層１０５、固体電解質層１０４
、正極活物質層１０３、正極集電体層１０２を作製してもよい。
【０１１７】
例えば、正極活物質層１０３に膜厚が１μｍのＬｉＦｅＰＯ４を用いた場合、バッテリー
１００の容量を計算すると、およそ６０μＡｈ／ｃｍ２の容量が得られる。
【０１１８】
例えば、正極活物質層１０３に膜厚が１μｍのＬｉＣｏＯ２を用いた場合、バッテリー１
００の容量を計算すると、およそ７０μＡｈ／ｃｍ２の容量が得られる。
【０１１９】
例えば、正極活物質層１０３に膜厚が１μｍのＬｉＭｎ２Ｏ４を用いた場合、バッテリー
１００の容量を計算すると、およそ６０μＡｈ／ｃｍ２の容量が得られる。
【０１２０】
なお、上記の計算は全て、負極活物質層１０５にリチウムを仮定し、それぞれの正極活物
質の理論容量値（ＬｉＦｅＰＯ４は１７０ｍＡｈ／ｇ、ＬｉＣｏＯ２は１３７ｍＡｈ／ｇ
、ＬｉＭｎ２Ｏ４は１４８ｍＡｈ／ｇ）を用いて計算を行った。
【０１２１】
バッテリー１００は、接続される半導体装置または電子機器に必要な電力量に応じて、バ
ッテリー１００の面積及び容量を決定すればよい。例えば、正極活物質層１０３にＬｉＦ
ｅＰＯ４を用いた場合、上記計算結果を用いると、バッテリー１００の面積（正極活物質
層１０３と負極活物質層１０５が重なる部分の面積）を、１ｃｍ２以上、１００ｃｍ２以
下に収めることで、バッテリー１００の容量を６０μＡｈ以上、６ｍＡｈ以下にすること
ができる。
【０１２２】
また、バッテリーに接続される半導体装置または電子機器に必要な電力量に応じて、複数
のバッテリー１００を、直列および／または並列に接続してもよい。特に、積層された複
数のバッテリー１００を直列および／または並列に接続することで、バッテリーのエネル
ギー密度を大きくし、且つ占有面積を小さくできるので好ましい。
【０１２３】
＜バッテリーの構成例２＞
図６に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図６（Ａ）は、バッテリー
１２０の上面図であり、図６（Ａ）における一点鎖線Ｘ−Ｙにおける断面図を、図６（Ｂ
）に示す。なお、図６（Ａ）では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または
省略して図示している。
【０１２４】
図６（Ｂ）に示すバッテリー１２０は、絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１上の同一平面上に
形成された正極集電体層１０２および負極集電体層１０６と、正極集電体層１０２上の正
極活物質層１０３と、負極集電体層１０６上の負極活物質層１０５と、少なくとも正極活
物質層１０３および負極活物質層１０５と接する固体電解質層１０４と、を有し、正極集
電体層１０２および正極活物質層１０３は正極として機能し、負極集電体層１０６および
負極活物質層１０５は負極として機能する。さらに、固体電解質層１０４上に絶縁膜１０
７が形成され、絶縁膜１０７の開口部には配線１０８が形成され、配線１０８は、正極集
電体層１０２または負極集電体層１０６に、電気的に接続されている。
【０１２５】
バッテリー１２０は、正極集電体層１０２と負極集電体層１０６が同一平面上に形成され
、図６（Ｂ）のＸＹ方向に正極と負極が存在する点で、図５のバッテリー１００と異なる
。バッテリー１２０を図６（Ｂ）に示す構成にすることで、正極と負極の間にある一定の
距離を設けることが可能になり、正極と負極の短絡を防ぐことができる。
【０１２６】
バッテリー１２０のそれぞれの構成要素に関する詳細は、図５のバッテリー１００の記載
を参照すればよい。
【０１２７】
なお、バッテリー１２０の正極集電体層１０２と負極集電体層１０６を、同一材料で同時
に形成してもよい。正極と負極の集電体層を同一材料で同時に形成することで、製造工程
を簡略化することができる。
【０１２８】
＜バッテリーの構成例３＞
図７に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図７（Ａ）は、バッテリー
１３０の上面図であり、図７（Ａ）における一点鎖線Ｘ−Ｙにおける断面図を、図７（Ｂ
）に示す。なお、図７（Ａ）では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または
省略して図示している。
【０１２９】
図７（Ｂ）に示すバッテリー１３０は、絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１上の同一平面上に
形成された正極集電体層１０２および負極集電体層１０６と、正極集電体層１０２上に形
成された正極活物質層１０３と、正極活物質層１０３、絶縁膜１０１及び負極集電体層１
０６の上に形成された固体電解質層１０４と、固体電解質層１０４を介して正極活物質層
１０３の一部と重なり、固体電解質層１０４及び負極集電体層１０６上に形成された負極
活物質層１０５と、を有し、正極集電体層１０２および正極活物質層１０３は正極として
機能し、負極集電体層１０６および負極活物質層１０５は負極として機能する。さらに、
負極活物質層１０５上に絶縁膜１０７が形成され、絶縁膜１０７の開口部には配線１０８
が形成され、配線１０８は、正極集電体層１０２または負極集電体層１０６と、電気的に
接続されている。
【０１３０】
図７（Ｂ）に示すバッテリー１３０は、負極活物質層１０５が、固体電解質層１０４の上
に形成されている点で、図６（Ｂ）に示すバッテリー１２０と異なる。バッテリー１３０
を図７（Ｂ）に示す構成にすることで、短絡を防ぐために正極集電体層１０２と負極集電
体層１０６との間に、ある一定の距離を設けることができ、イオンの移動を効率よく行う
ために、正極活物質層１０３と負極活物質層１０５の距離を近づけることができる。
【０１３１】
バッテリー１３０のそれぞれの構成要素に関する詳細は、図５のバッテリー１００の記載
を参照すればよい。
【０１３２】
なお、バッテリー１３０は、正極と負極の位置関係を入れ替えてもよい。つまり、正極集
電体層１０２と負極集電体層１０６の位置関係、及び正極活物質層１０３と負極活物質層
１０５の位置関係を入れ替えても良い。
【０１３３】
また、バッテリー１３０の正極集電体層１０２と負極集電体層１０６を、同一工程で形成
してもよい。正極と負極の集電体層を同一工程で形成することで、製造工程を簡略化する
ことができる。
【０１３４】
＜バッテリーの構成例４＞
図８に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図８（Ａ）は、バッテリー
１４０の断面図である。
【０１３５】
図８（Ａ）に示すバッテリー１４０は、絶縁膜１０１と、絶縁膜１０１上に形成された正
極集電体層１０２と、正極集電体層１０２上に形成された正極活物質層１０３と、正極活
物質層１０３上に形成された固体電解質層１０４と、固体電解質層１０４上に形成された
絶縁膜１１０と、固体電解質層１０４および絶縁膜１１０上に形成された負極活物質層１
０５と、負極活物質層１０５上に形成された負極集電体層１０６と、を有し、正極集電体
層１０２及び正極活物質層１０３は正極として機能し、負極集電体層１０６及び負極活物
質層１０５は負極として機能する。さらに、負極集電体層１０６の上に、絶縁膜１０７が
形成されている。また、図示されていないが、正極集電体層１０２及び負極集電体層１０
６は、配線を介して外部の装置に電気的に接続されている。
【０１３６】
図８（Ａ）に示すバッテリー１４０は、固体電解質層１０４と負極活物質層１０５との間
に、絶縁膜１１０が存在する領域を有する。絶縁膜１１０は、正極と負極の短絡を防ぐ機
能を有する。
【０１３７】
絶縁膜１１０は、例えば、有機樹脂又は無機絶縁材料を用いることができる。有機樹脂と
しては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エ
ポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。無機絶縁材料としては、酸化
シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。絶縁膜１１０の作製が容易となる
ため、特に感光性の樹脂を用いることが好ましい。絶縁膜１１０の形成方法は、特に限定
されず、例えば、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法（インクジェ
ット法等）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷等）等を用いればよい。
【０１３８】
バッテリー１４０のその他の構成要素に関する詳細は、図５のバッテリー１００の記載を
参照すればよい。
【０１３９】
なお、バッテリー１４０は図８（Ｂ）に示すように、正極活物質層１０３の上に、絶縁膜
１１０を形成してもよい。
【０１４０】
なお、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すバッテリー１４０は、正極と負極の上下関係を入れ替
えてもよい。つまり、下から順に、負極集電体層１０６、負極活物質層１０５、固体電解
質層１０４、正極活物質層１０３、正極集電体層１０２を作製してもよい。
【０１４１】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合
わせて用いることができる。
【０１４２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で示した酸化物半導体トランジスタついて図を用いて説
明する。なお、本実施の形態に示す酸化物半導体トランジスタは一例であり、本発明に用
いることができるトランジスタの形状はこれに限定されない。
【０１４３】
＜酸化物半導体トランジスタの構成例＞
図９（Ａ）乃至図９（Ｄ）は、トランジスタ６００の上面図および断面図である。図９（
Ａ）は上面図であり、図９（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図９（Ｂ）に相
当し、図９（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図９（Ｃ）に相当し、図９（Ａ
）に示す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４方向の断面が図９（Ｄ）に相当する。なお、図９（Ａ）乃至
図９（Ｄ）では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示して
いる。また、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をチャ
ネル幅方向と呼称する場合がある。
【０１４４】
なお、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（ソース領域またはソース電極）と
ドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトラン
ジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのト
ランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では
、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値
または平均値とする。
【０１４５】
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。なお、一つのトランジ
スタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのト
ランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では
、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値
または平均値とする。
【０１４６】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネ
ル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示される
チャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる
場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に
形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合
が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よ
りも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【０１４７】
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測
による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積
もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状
が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【０１４８】
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる
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である見かけ上のチャ
ネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗ
ｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合に
は、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細
書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。な
お、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチ
ャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによって、
値を決定することができる。
【０１４９】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求め
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【０１５０】
トランジスタ６００は、基板６４０上の絶縁膜６５２と、絶縁膜６５２上に、酸化物半導
体６６１、酸化物半導体６６２の順で形成された積層と、該積層の一部と電気的に接続す
るソース電極６７１およびドレイン電極６７２と、該積層の一部、ソース電極６７１の一
部、およびドレイン電極６７２の一部を覆う酸化物半導体６６３と、該積層の一部、ソー
ス電極６７１の一部、ドレイン電極６７２の一部、酸化物半導体６６３と重なるゲート絶
縁膜６５３およびゲート電極６７３と、ソース電極６７１およびドレイン電極６７２、な
らびにゲート電極６７３上の絶縁膜６５４と、絶縁膜６５４上の絶縁膜６５５を有する。
なお、酸化物半導体６６１、酸化物半導体６６２および酸化物半導体６６３をまとめて、
酸化物半導体６６０と呼称する。
【０１５１】
なお、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（又
は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体層
の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）に設けられて
いる。
【０１５２】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）と、接触し
ている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくと
も一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）など
の半導体層の少なくとも一部（又は全部）と、接触している。
【０１５３】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）と、電気的
に接続されている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の
、少なくとも一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６
６１）などの半導体層の一部（又は全部）と、電気的に接続されている。
【０１５４】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）に、近接し
て配置されている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の
、少なくとも一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６
６１）などの半導体層の一部（又は全部）に、近接して配置されている。
【０１５５】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）の横側に配
置されている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少
なくとも一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１
）などの半導体層の一部（又は全部）の横側に配置されている。
【０１５６】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）の斜め上側
に配置されている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の
、少なくとも一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６
６１）などの半導体層の一部（又は全部）の斜め上側に配置されている。
【０１５７】
または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少なくとも一部（
又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１）などの半導体
層の、表面、側面、上面、および／又は、下面の少なくとも一部（又は全部）の上側に配
置されている。または、ソース電極６７１（および／又は、ドレイン電極６７２）の、少
なくとも一部（又は全部）は、酸化物半導体６６２（および／又は、酸化物半導体６６１
）などの半導体層の一部（又は全部）の上側に配置されている。
【０１５８】
なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを
採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることが
ある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替
えて用いることができるものとする。
【０１５９】
本発明の一態様のトランジスタは、チャネル長が１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好まし
くはチャネル長が２０ｎｍ  以上５００ｎｍ以下、より好ましくはチャネル長が３０ｎｍ
以上３００ｎｍ以下のトップゲート型構造である。
【０１６０】
以下に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
【０１６１】
＜基板＞
基板６４０は、単なる支持材料に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された
基板であってもよい。この場合、トランジスタ６００のゲート電極６７３、ソース電極６
７１、およびドレイン電極６７２の一つは、上記の他のデバイスと電気的に接続されてい
てもよい。
【０１６２】
＜下地絶縁膜＞
絶縁膜６５２は、基板６４０からの不純物の拡散を防止する役割を有するほか、酸化物半
導体６６０に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶縁膜６５２は酸素
を含むことが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含むことがより好ましい。例えば
、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法にて
、酸素原子に換算しての酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である
膜とする。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、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。また、上述のように基板６４
０が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁膜６５２は、表面が平坦になるよう
にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等で平坦
化処理を行うことが好ましい。
【０１６３】
絶縁膜６５２は、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シ
リコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化
ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの
酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶
縁膜、または上記材料を混合した膜を用いて形成することができる。
【０１６４】
＜酸化物半導体＞
酸化物半導体６６０は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−
Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）がある
。とくに、酸化物半導体６６０としては、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ
、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）を用いると好ましい。
【０１６５】
ただし、酸化物半導体６６０は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体
６６０は、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物、Ｇａ−Ｓｎ酸化物であっても構わない。
【０１６６】
酸化物半導体６６０がスパッタリング法で作製されたＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ
、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物
を成膜するために用いるターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満た
すことが好ましい。このようなターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ
＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：
Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体６６０の原子数比はそ
れぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプ
ラスマイナス４０％の変動を含む。
【０１６７】
次に、酸化物半導体６６１、酸化物半導体６６２、および酸化物半導体６６３の積層によ
り構成される酸化物半導体６６０の機能およびその効果について、図１０（Ｂ）に示すエ
ネルギーバンド構造図を用いて説明する。図１０（Ａ）は、図９（Ｂ）に示すトランジス
タ６００のチャネル領域を拡大した図で、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）にＡ１−Ａ２の
鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。また、図１０（Ｂ）は、トラン
ジスタ６００のチャネル領域のエネルギーバンド構造を示している。
【０１６８】
図１０（Ｂ）中、Ｅｃ６５２、Ｅｃ６６１、Ｅｃ６６２、Ｅｃ６６３、Ｅｃ６５３は、そ
れぞれ、絶縁膜６５２、酸化物半導体６６１、酸化物半導体６６２、酸化物半導体６６３
、ゲート絶縁膜６５３の伝導帯下端のエネルギーを示している。
【０１６９】
ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差（「電子親和力」ともいう。）は、真
空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（イオン化ポテンシャルともいう。）からエネ
ルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ（
ＨＯＲＩＢＡ  ＪＯＢＩＮ  ＹＶＯＮ社  ＵＴ−３００）を用いて測定できる。また、真
空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖ
ｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（ＰＨＩ社
ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。
【０１７０】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２のスパッタリングターゲットを用いて形
成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４
．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のスパッタリングター
ゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．４ｅＶ、
電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６のス
パッタリングターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップ
は約３．３ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：６：２のスパッタリングターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエ
ネルギーギャップは約３．９ｅＶ、電子親和力は約４．３ｅＶである。また、原子数比が
Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８のスパッタリングターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．４ｅＶである。
また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０のスパッタリングターゲットを用いて
形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約
４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のスパッタリングタ
ーゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．２ｅＶ
、電子親和力は約４．７ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の
スパッタリングターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャッ
プは約２．８ｅＶ、電子親和力は約５．０ｅＶである。
【０１７１】
絶縁膜６５２とゲート絶縁膜６５３は絶縁体であるため、Ｅｃ６５３とＥｃ６５２は、Ｅ
ｃ６６１、Ｅｃ６６２、およびＥｃ６６３よりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）
。
【０１７２】
また、Ｅｃ６６１は、Ｅｃ６６２よりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ６６１は、Ｅ
ｃ６６２よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅ
Ｖ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に
近いことが好ましい。
【０１７３】
また、Ｅｃ６６３は、Ｅｃ６６２よりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ６６３は、Ｅ
ｃ６６２よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅ
Ｖ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に
近いことが好ましい。
【０１７４】
また、酸化物半導体６６１と酸化物半導体６６２との界面近傍、および、酸化物半導体６
６２と酸化物半導体６６３との界面近傍では、混合領域が形成されるため、伝導帯下端の
エネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において、準位は存在しないか、ほ
とんどない。
【０１７５】
従って、当該エネルギーバンド構造を有する積層構造において、電子は酸化物半導体６６
２を主として移動することになる。そのため、酸化物半導体６６１と絶縁膜６５２との界
面、または、酸化物半導体６６３とゲート絶縁膜６５３との界面に準位が存在したとして
も、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、酸化物半導体６６１と酸化物半
導体６６２との界面、および酸化物半導体６６３と酸化物半導体６６２との界面に準位が
存在しないか、ほとんどないため、当該領域において電子の移動を阻害することもない。
従って、上記酸化物半導体の積層構造を有するトランジスタ６００は、高い電界効果移動
度を実現することができる。
【０１７６】
なお、図１０Ｂに示すように、酸化物半導体６６１と絶縁膜６５２の界面、および酸化物
半導体６６３とゲート絶縁膜６５３の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準
位Ｅｔ６００が形成され得るものの、酸化物半導体６６１、および酸化物半導体６６３が
あることにより、酸化物半導体６６２と当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
【０１７７】
特に、本実施の形態に例示するトランジスタ６００は、チャネル幅方向において、酸化物
半導体６６２の上面と側面が酸化物半導体６６３と接し、酸化物半導体６６２の下面が酸
化物半導体６６１と接して形成されている（図９（Ｃ）参照）。このように、酸化物半導
体６６２を酸化物半導体６６１と酸化物半導体６６３で覆う構成とすることで、上記トラ
ップ準位の影響をさらに低減することができる。
【０１７８】
ただし、Ｅｃ６６１またはＥｃ６６３と、Ｅｃ６６２とのエネルギー差が小さい場合、酸
化物半導体６６２の電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。ト
ラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁膜の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トラ
ンジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。
【０１７９】
従って、Ｅｃ６６１、およびＥｃ６６３と、Ｅｃ６６２とのエネルギー差を、それぞれ０
．１ｅＶ以上、好ましくは０．１５ｅＶ以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変
動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい
。
【０１８０】
また、酸化物半導体６６１、および酸化物半導体６６３のバンドギャップは、酸化物半導
体６６２のバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
【０１８１】
酸化物半導体６６１および酸化物半導体６６３には、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、ＣｅまたはＨｆを酸化物半導体６６２よりも高い原子数比で含む
材料を用いることができる。具体的には、当該原子数比を１．５倍以上、好ましくは２倍
以上、さらに好ましくは３倍以上とする。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠
損が酸化物半導体に生じることを抑制する機能を有する。すなわち、酸化物半導体６６１
および酸化物半導体６６３は、酸化物半導体６６２よりも酸素欠損が生じにくいというこ
とができる。
【０１８２】
なお、酸化物半導体６６１、酸化物半導体６６２、酸化物半導体６６３が、少なくともイ
ンジウム、亜鉛およびＭ（Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅまたは
Ｈｆ等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、酸化物半導体６６１をＩｎ：Ｍ
：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体６６２をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：
ｙ２：ｚ２［原子数比］、酸化物半導体６６３をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ３：ｙ３：ｚ３［原
子数比］とすると、ｙ１／ｘ１およびｙ３／ｘ３がｙ２／ｘ２よりも大きくなることが好
ましい。ｙ１／ｘ１およびｙ３／ｘ３はｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上、好ましくは２倍
以上、さらに好ましくは３倍以上とする。このとき、酸化物半導体６６２において、ｙ２
がｘ２以上であるとトランジスタの電気特性を安定させることができる。ただし、ｙ２が
ｘ２の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ２は
ｘ２の３倍未満であることが好ましい。
【０１８３】
酸化物半導体６６１および酸化物半導体６６３のＺｎおよびＯを除いてのＩｎおよびＭの
原子数比率は、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上
、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする
。また、酸化物半導体６６２のＺｎおよびＯを除いてのＩｎおよびＭの原子数比率は、好
ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましく
はＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【０１８４】
酸化物半導体６６１および酸化物半導体６６３の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好
ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体６６２の厚さは、３ｎｍ以
上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上
５０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体６６２は、酸化物半導体６６１および酸化物半
導体６６３より厚い方が好ましい。
【０１８５】
なお、酸化物半導体をチャネルとするトランジスタに安定した電気特性を付与するために
は、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にす
ることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体のキャリア密度が、１×
１０１７／ｃｍ３未満であること、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３未満であること、さ
らに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３未満であることを指す。
【０１８６】
また、酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元
素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度
を増大させてしまう。また、シリコンは酸化物半導体中で不純物準位の形成に寄与する。
当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。し
たがって、酸化物半導体６６１、酸化物半導体６６２および酸化物半導体６６３の層中や
、それぞれの界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。
【０１８７】
酸化物半導体を真性または実質的に真性とするためには、ＳＩＭＳ分析において、例えば
、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、シリコ
ン濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。また、水素濃
度は、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域にお
いて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１
０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体のある
深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１
８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とす
る。
【０１８８】
また、酸化物半導体が結晶を含む場合、シリコンや炭素が高濃度で含まれると、酸化物半
導体の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体の結晶性を低下させないためには、
例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、
シリコン濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする部分を有
していればよい。また、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導
体のある領域において、炭素濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５
×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
未満とする部分を有していればよい。
【０１８９】
また、上述のように高純度化された酸化物半導体をチャネル領域に用いたトランジスタの
オフ電流は極めて小さい。例えば、ソースとドレインとの間の電圧を０．１Ｖ、５Ｖ、ま
たは、１０Ｖ程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流を数ｙ
Ａ／μｍから数ｚＡ／μｍにまで低減することが可能となる。
【０１９０】
本実施の形態に例示するトランジスタ６００は、酸化物半導体６６０のチャネル幅方向を
電気的に取り囲むようにゲート電極６７３が形成されているため、酸化物半導体６６０に
対しては垂直方向からのゲート電界に加えて、側面方向からのゲート電界が印加される（
図９（Ｃ）参照）。すなわち、酸化物半導体の全体的にゲート電界が印加させることとな
り、電流はチャネルとなる酸化物半導体６６２全体に流れるようになり、さらにオン電流
を高められる。
【０１９１】
＜酸化物半導体の結晶構造＞
次に、酸化物半導体膜の構造について説明する。
【０１９２】
なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で
配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、
「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をい
う。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている
状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」と
は、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【０１９３】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。
【０１９４】
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに分けられる。ま
たは、酸化物半導体は、例えば、結晶性酸化物半導体と非晶質酸化物半導体とに分けられ
る。
【０１９５】
なお、非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物
半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導
体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物
半導体などがある。
【０１９６】
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【０１９７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
【０１９８】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（
高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。
一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバ
ウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結
晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０１９９】
試料面と略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、
結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した
形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０２００】
一方、試料面と略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察す
ると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認で
きる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０２０１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装
置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜
のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが
現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属される
ことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略
垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０２０２】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法
による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れ
る場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍に
ピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０２０３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、
シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコ
ンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化
物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる
要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径
（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の
原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純
物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【０２０４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物
半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによって
キャリア発生源となることがある。
【０２０５】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または
実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜
は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、
当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（
ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純
度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導
体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとな
る。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要す
る時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が
高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定と
なる場合がある。
【０２０６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性
の変動が小さい。
【０２０７】
次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０２０８】
微結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領
域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜
に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大き
さであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微
結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ
−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確
認できない場合がある。
【０２０９】
ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上
３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる
結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。し
たがって、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かな
い場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲ
Ｄ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面
を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ
径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を
行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し
、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子
回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を
行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、
ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが
観測される場合がある。
【０２１０】
ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。その
ため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、
ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−Ｏ
Ｓ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０２１１】
次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。
【０２１２】
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化
物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
【０２１３】
非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
【０２１４】
非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが
観測される。
【０２１５】
なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造
を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化
物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。
【０２１６】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察され
る場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる
領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜は、
ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見ら
れる場合がある。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜であれば、ＴＥＭによる観察程度の微量な電
子照射による結晶化はほとんど見られない。
【０２１７】
なお、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能Ｔ
ＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶は層状構造を有し、
Ｉｎ−Ｏ層の間に、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子
は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層
状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の
格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍ
と求められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔
が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧ
ａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０２１８】
また、酸化物半導体膜は、構造ごとに密度が異なる場合がある。例えば、ある酸化物半導
体膜の組成がわかれば、該組成と同じ組成における単結晶の密度と比較することにより、
その酸化物半導体膜の構造を推定することができる。例えば、単結晶の密度に対し、ａ−
ｌｉｋｅ  ＯＳ膜の密度は７８．６％以上９２．３％未満となる。また、例えば、単結晶
の密度に対し、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳ膜の密度は９２．３％以上１０
０％未満となる。なお、単結晶の密度に対し密度が７８％未満となる酸化物半導体膜は、
成膜すること自体が困難である。
【０２１９】
上記について、具体例を用いて説明する。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子
数比］を満たす酸化物半導体膜において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４
の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１
［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜の密度は５．０ｇ
／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：
１［原子数比］を満たす酸化物半導体膜において、ｎｃ−ＯＳ膜の密度およびＣＡＡＣ−
ＯＳ膜の密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０２２０】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる
単結晶を組み合わせることにより、所望の組成の単結晶に相当する密度を算出することが
できる。所望の組成の単結晶の密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して
、加重平均を用いて算出すればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を
組み合わせて算出することが好ましい。
【０２２１】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ膜、微結
晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２２２】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜をスパッタリング法で成膜するために、以下の条件を適用するこ
とが好ましい。
【０２２３】
成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制でき
る。例えば、処理室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素、および窒素など）
を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点
が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
【０２２４】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグ
レーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましく
は２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平
板状又はペレット状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーシ
ョンが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。
【０２２５】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージ
を軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体
積％とする。
【０２２６】
ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットについて以下に示す。
【０２２７】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合し、加圧処理
後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで
、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、２
：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３、１：４：４、３：１：２
または２：１：３である。なお、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ数比は、作製す
るターゲットによって適宜変更すればよい。
【０２２８】
＜ゲート電極＞
ゲート電極６７３は、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）
、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）
、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（
Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金
、または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、
ゲート電極６７３は、一層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコ
ンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、
窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層
する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する
二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタ
ン膜を形成する三層構造、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜の単層構造、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜上にＣｕ膜を
積層する二層構造、Ｃｕ−Ｍｎ合金膜上にＣｕ膜を積層し、さらにその上にＣｕ−Ｍｎ合
金膜を積層する三層構造等がある。特にＣｕ−Ｍｎ合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸
素を含む絶縁膜との界面に酸化マンガンを形成し、Ｃｕの拡散を防ぐことができるため好
ましい。
【０２２９】
また、ゲート電極６７３には、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、酸化シリコンを添
加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また
、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０２３０】
＜ゲート絶縁膜＞
ゲート絶縁膜６５３には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化
イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび
酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、ゲート絶縁膜６５３は
上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁膜６５３に、ランタン（Ｌａ）、窒素
、ジルコニウム（Ｚｒ）などを、不純物として含んでいてもよい。
【０２３１】
また、ゲート絶縁膜６５３の積層構造の一例について説明する。ゲート絶縁膜６５３は、
例えば、酸素、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム
、および酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。
【０２３２】
酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがっ
て、等価酸化膜厚に対して物理的な膜厚を大きくできるため、等価酸化膜厚を１０ｎｍ以
下または５ｎｍ以下とした場合でも、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることが
できる。即ち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構
造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率
を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有す
る酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系
などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。
【０２３３】
＜ソース電極およびドレイン電極＞
ソース電極６７１およびドレイン電極６７２は、ゲート電極６７３と同様の材料で作製す
ることができる。特にＣｕ−Ｍｎ合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸化物半導体６６０
との界面に酸化マンガンを形成し、Ｃｕの拡散を防ぐことができるため好ましい。
【０２３４】
＜保護絶縁膜＞
絶縁膜６５４は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングで
きる機能を有する。絶縁膜６５４を設けることで、酸化物半導体６６０からの酸素の外部
への拡散と、外部から酸化物半導体６６０への水素、水等の入り込みを防ぐことができる
。絶縁膜６５４としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜
としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム
等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効
果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化
物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜と
しては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、
酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等があ
る。
【０２３５】
酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過さ
せない遮断効果が高いので絶縁膜６５４に適用するのに好ましい。したがって、酸化アル
ミニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、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酸化物半導体６６０への混入防止、酸化物
半導体６６０を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体からの放出防止、絶縁膜６
５２からの酸素の不必要な放出防止の効果を有する保護膜として用いることに適している
。また、酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体中に拡散させることもできる
。
【０２３６】
＜層間絶縁膜＞
また、絶縁膜６５４上には絶縁膜６５５が形成されていることが好ましい。当該絶縁膜に
は、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ラ
ンタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用い
ることができる。また、当該絶縁膜は上記材料の積層であってもよい。
【０２３７】
＜第２のゲート電極＞
なお、図９において、トランジスタ６００が１つのゲート電極を有する例を示したが、本
発明の一態様は、これに限定されない。トランジスタに複数のゲート電極が設けられてい
てもよい。一例として、トランジスタ６００に、第２のゲート電極として導電膜６７４が
設けられている例を、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）に示す。図１１（Ａ）は上面図であ
り、図１１（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向の断面が図１１（Ｂ）に相当し、図１１
（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向の断面が図１１（Ｃ）に相当し、図１１（Ａ）に示
す一点鎖線Ｘ３−Ｘ４方向の断面が図１１（Ｄ）に相当する。なお、図１１（Ａ）乃至図
１１（Ｄ）では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示して
いる。
【０２３８】
導電膜６７４の構成は、ゲート電極６７３の記載を参照すればよい。導電膜６７４は、第
２のゲート電極としての機能を有する。なお、導電膜６７４は、ゲート電極６７３と同じ
電位が与えられてもよいし、異なる電位が与えられてもよい。
【０２３９】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合
わせて用いることができる。
【０２４０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図１２を用いて説明を行う。
【０２４１】
図１２（Ａ）乃至図１２（Ｆ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体
５０００、表示部５００１、スピーカ５００３、ＬＥＤランプ５００４、操作キー５００
５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子５００６、センサ５００７（力
、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、
音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい
又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン５００８、等を有することがで
きる。
【０２４２】
図１２（Ａ）はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ５００９、
赤外線ポート５０１０、等を有することができる。図１２（Ｂ）は記録媒体を備えた携帯
型の画像再生装置（たとえば、ＤＶＤ再生装置）であり、上述したものの他に、第２表示
部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図１２（Ｃ）はゴーグ
ル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第２表示部５００２、支持部５０１２、
イヤホン５０１３、等を有することができる。図１２（Ｄ）は携帯型遊技機であり、上述
したものの他に、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。図１２（Ｅ）はテ
レビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ５０１４、シャ
ッターボタン５０１５、受像部５０１６、等を有することができる。図１２（Ｆ）は携帯
型遊技機であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、
等を有することができる。
【０２４３】
図１２（Ａ）乃至図１２（Ｆ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例
えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチ
パネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコン
ピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受
信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表
示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器において
は、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を
表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画
像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器において
は、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正
する機能、撮影した画像を記録媒体（外部又はカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した
画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図１２（Ａ）乃至図１２
（Ｆ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有
することができる。
【０２４４】
本実施の形態において述べた電子機器は、複数のバッテリーを内蔵し、無線充電できる無
線受信部を有することを特徴とする。
【０２４５】
また、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に電子機器の使用例について説明する。
【０２４６】
図１３（Ａ）は、車などの移動体の車内で情報端末を操作している例を示す。
【０２４７】
５１０３はハンドルであり、内部にアンテナを有している。ハンドル５１０３内部のアン
テナから電子機器５１００に電力供給できるようにする。電子機器５１００は複数のバッ
テリーを有しており、そのうちの少なくとも一つが無線充電によって充電される。ハンド
ル５１０３に電子機器５１００を固定できるような治具を設けてもよい。ハンドル５１０
３に電子機器５１００を固定すれば、ハンドフリーで電話、またはテレビ電話をかけるこ
ともできる。また、電子機器５１００に設けたマイクで音声認証し、操縦者の音声によっ
て車を操縦することもできる。
【０２４８】
例えば、電子機器５１００を停車中に操作して位置情報を表示部５１０２に表示させるこ
とができる。また、車の表示部５１０１に表示していない情報、例えばエンジン回転数、
ハンドル角度、温度、タイヤ空気圧などを表示部５１０２に表示させてもよい。表示部５
１０２はタッチ入力機能を有する。また、車外を撮影する１つまたは複数のカメラを用い
て車外の様子を表示部５１０２に表示させることもでき、例えばバックモニターとしても
用いることができる。また、居眠り運転を防止するために、車から走行速度などの情報を
無線で受信し、走行速度をモニタリングしながら走行時は、電子機器５１００から運転手
を撮影し、目を閉じている状態が長いと電子機器５１００を振動させる、または、警告音
や、音楽が流れるようにする設定などを運転手が適宜選択できる。また、車の停止時には
運転手の撮影を停止して省電力を図り、さらに停止中には無線で電子機器５１００のバッ
テリーを充電することができるようにしてもよい。
【０２４９】
車などの移動体においては、上述したように様々な利用が考えられ、電子機器５１００は
、そのいろいろな機能を持たせるために多くのセンサや、複数のアンテナが内蔵されるこ
とが望まれる。車などの移動体は、電源を有しているが制限があり、移動体を駆動させる
電力などを考慮すると、電子機器５１００に使用する電力はなるべく少なく抑えることが
好ましく、特に電気自動車などは電子機器５１００が使用する消費電力によって走行距離
が短くなる恐れがある。電子機器５１００にいろいろな機能を持たせても同時に全ての機
能を使用することは少なく、必要に応じて１つの機能または２つの機能だけ使用すること
が多い。機能ごとにバッテリーを用意し、複数のバッテリーを有する電子機器５１００に
いろいろな機能を持たせる場合、使用したい機能だけをオン状態としてそれぞれの機能に
対応するバッテリーから電力を供給することで省電力化が図れる。さらに、複数のバッテ
リーのうち、停止している機能に対応するバッテリーは、車に設けたアンテナから無線充
電することができる。
【０２５０】
また、図１３（Ｂ）は、飛行機などの機内で情報端末を操作している例を示す。飛行機な
どの機内においては個人の情報端末を使用できる時間などが制限されることもあり、長時
間のフライトである場合には飛行機に備え付けの情報端末が使用できることが望まれる。
【０２５１】
電子機器５２００は、映画やゲームや宣伝などの映像を表示する表示部５２０２を有して
おり、通信機能により現在の飛行位置や、残りの到着時間などをリアルタイムに取得でき
る情報端末である。また、表示部５２０２はタッチ入力機能を有する。
【０２５２】
また、シート５２０１に設けられた凹部に電子機器５２００をはめこみ、電子機器５２０
０と重なる位置にアンテナ設置部５２０３を設け、はめ込んでいる間は無線充電できるよ
うにする。また、電子機器５２００は、使用者が体調不良などを乗務員に連絡したい場合
の電話や連絡ツールとしても機能させることができる。電子機器５２００に翻訳機能など
を持たせておけば、乗務員とは言語の異なる乗員であっても電子機器５２００の表示部５
２０２を用いてコミュニケーションをとることができる。また、隣り合った言語の異なる
乗員同士でも電子機器５２００の表示部５２０２を用いてコミュニケーションをとること
ができる。また、例えば、乗員が寝ている間、表示部５２０２に「起こさないでください
」と英語表示させ続ける、など伝言板としても機能させることもできる。
【０２５３】
電子機器５２００は、機能ごとにバッテリーを複数有し、複数のバッテリーを有する電子
機器であり、使用したい機能だけをオン状態とし、使用していない機能をオフ状態とし、
省電力化が図れる。さらに、複数のバッテリーのうち、停止している機能に対応するバッ
テリーは、アンテナ設置部５２０３から無線充電することができる。
【０２５４】
また、機内においては、危険物は持ち込むことが困難であり、小型バッテリーを複数有す
る電子機器５２００は、安全性が高く、例え一つのバッテリーが爆発したとしてもサイズ
が小さいため、被害を最小限に抑えることができる。また、故障、爆発、または破壊によ
って、一つのバッテリーが使えなくなっても他のバッテリーを用いることで電子機器５２
００が有する機能の一部は使用できる。
【０２５５】
また、飛行機の電力系統の異常があった場合、複数のシートにそれぞれある電子機器５２
００の複数のバッテリーを非常用に使用できるように設計してもよい。複数のシートにそ
れぞれある電子機器５２００は全て同じ製品であり、同じ設計であるため、非常用電源と
して直列接続できるようにシステムを構築してもよい。
【０２５６】
電子機器５２００が有する複数の小型バッテリーとしては、リチウムポリマー電池などの
リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、レドック
スキャパシタのいずれか一、または複数種用いることができる。
【０２５７】
本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用いることが
できる。
【０２５８】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様である人工臓器の例を示す。
【０２５９】
図１４は、ペースメーカの一例を示す断面模式図である。
【０２６０】
ペースメーカ本体５３００は、バッテリー５３０１ａ、５３０１ｂと、レギュレータと、
制御回路と、アンテナ５３０４と、右心房へのワイヤ５３０２、右心室へのワイヤ５３０
３とを少なくとも有している。
【０２６１】
ペースメーカ本体５３００は手術により体内に設置され、二本のワイヤは、人体の鎖骨下
静脈５３０５及び上大静脈５３０６を通過させて一方のワイヤ先端が右心室、もう一方の
ワイヤ先端が右心房に設置されるようにする。
【０２６２】
また、アンテナ５３０４で電力が受信でき、その電力は複数のバッテリー５３０１ａ、５
３０１ｂに充電され、ペースメーカの交換頻度を少なくすることができる。ペースメーカ
本体５３００は複数のバッテリーを有しているため、安全性が高く、一方が故障したとし
てももう一方が機能させることができるため、補助電源としても機能する。また、ペース
メーカに設けるバッテリーをさらに複数に分けて薄型のバッテリーとすれば、ＣＰＵなど
を含む制御回路が設けられているプリント基板に搭載し、ペースメーカ本体５３００の小
型化や、ペースメーカ本体５３００の厚さを薄くすることができる。
【０２６３】
また、電力を受信できるアンテナ５３０４とは別に、生理信号を送信できるアンテナを有
していてもよく、例えば、脈拍、呼吸数、心拍数、体温などの生理信号を外部のモニタ装
置で確認できるような心臓活動を監視するシステムを構成してもよい。
【０２６４】
本実施の形態により、小型化や薄型化が実現できれば、ペースメーカ本体５３００を埋め
込んだ場所に生じる凸部を目立たない大きさにすることができる。
【０２６５】
なお、このペースメーカの設置方法も一例であって、心臓疾患に合わせて様々な形態とな
る場合がある。
【０２６６】
また、本実施の形態は、ペースメーカに限定されない。ペースメーカよりも普及している
人工臓器として人工内耳がある。人工内耳は音を電気信号に変え、蝸牛の中に入れた刺激
装置で聴神経を直接刺激する装置である。
【０２６７】
人工内耳は手術で耳の奥などに埋め込む第１の装置と、音をマイクで拾って埋め込んだ第
１の装置へ送る第２の装置とで構成される。第１の装置と第２の装置は電気的には接続さ
れておらず、ワイヤレスで送受信するシステムである。第１の装置は、音を変換した電気
信号を受信するアンテナと、蝸牛に達するワイヤとを少なくとも有している。また、第２
の装置は、音を電気信号に変換するための音声処理部と、その電気信号を第１の装置に送
信する送信回路とを少なくとも有している。
【０２６８】
本実施の形態では、第１の装置と第２の装置の両方に小型のバッテリーを設けることで、
人工内耳の小型化を図ることができる。
【０２６９】
また、人工内耳は小児の段階で手術して埋め込むことが多く、小型化が望まれている。
【０２７０】
本実施の形態により、人工内耳の小型化が実現できれば、人工内耳を埋め込んだ場所に生
じる凸部を目立たない大きさにすることができる。
【０２７１】
本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用いることが
できる。
【０２７２】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様であるウェアラブルな電子機器の例を示す。
【０２７３】
複雑な外形形状の電子機器とする場合、複数の小型のバッテリーを適宜、所定の場所に配
置させることで、電子機器の設計の自由度を上げることができる。図１５（Ａ）に示すよ
うに電子機器５４００は、円筒形であり、人体に装着するためには、１つのバッテリーよ
りも複数のバッテリーに分けて適宜配置することで重量感を緩和させることができる。ま
た、多くの機能を持たせると、待機時のバッテリーの消費が多くなるため、機能ごとにバ
ッテリーを用意する。複数のバッテリーを有する電子機器５４００にいろいろな機能を持
たせる場合、使用したい機能だけをオン状態としてそれぞれの機能に対応するバッテリー
から電力を供給することで省電力化が図れる。
【０２７４】
図１５（Ａ）に示すように電子機器５４００は、左腕の上腕部に位置する服５４０１の上
から装着している。服５４０１としては、軍服、防護服、スーツ、制服、宇宙服などの袖
のある服が挙げられる。装着する方法としては特に限定されないが、上腕部に重なる服に
縫製加工によって縫い付ける方式や、上腕部に重なる服にマジックテープ（登録商標）な
どを設けて電子機器５４００を貼り付ける方式、バンドや留め金などで固定する方式、帯
状の板バネで巻きつける方式などがある。
【０２７５】
また、電子機器５４００はアンテナを有しており、電子機器５４００を肌の上から装着し
、無線充電を行っている場合の斜視図を図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ｂ）では、上腕５
４０２に電子機器５４００を装着している。皮膚に接するため、電子機器５４００の肌に
触れる表面は、肌に優しいフィルムや、皮革、紙、布などの天然素材を用いることが好ま
しい。また、５４１２は、電力送信装置であり、電子機器５４００に電波５４１３を用い
て無線で充電を行うことができる。また、電子機器５４００は、電力だけでなく、その他
の情報も送受信できるアンテナや回路を設けることで、その他の情報も送受信できる。例
えば、電子機器５４００をスマートフォンのように用いることもできる。
【０２７６】
本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用いることが
できる。
【符号の説明】
【０２７７】
１０    デバイス
１１    ＣＰＵ
１２    バッテリー
１３    レギュレータ
１４    無線受信部
１５    制御モジュール
１６    表示部
１７    バッテリー
１８    レギュレータ
１９    表示駆動回路
２０    無線受信部
２１    表示モジュール
２２    通信回路
２３    バッテリー
２４    レギュレータ
２５    無線受信部
２６    通信モジュール
１００    バッテリー
１０１    絶縁膜
１０２    正極集電体層
１０３    正極活物質層
１０４    固体電解質層
１０５    負極活物質層
１０６    負極集電体層
１０７    絶縁膜
１０８    配線
１１０    絶縁膜
１２０    バッテリー
１３０    バッテリー
１４０    バッテリー
６００    トランジスタ
６４０    基板
６５２    絶縁膜
６５３    ゲート絶縁膜
６５４    絶縁膜
６５５    絶縁膜
６６０    酸化物半導体
６６１    酸化物半導体
６６２    酸化物半導体
６６３    酸化物半導体
６７１    ソース電極
６７２    ドレイン電極
６７３    ゲート電極
６７４    導電膜
７００    基板
７０１    プラグ
７０２    配線
７０３    プラグ
７０４    プラグ
７０５    配線
７０６    プラグ
７０７    配線
７２０    トランジスタ
７２１    不純物領域
７２２    不純物領域
７２３    チャネル領域
７２４    ゲート絶縁膜
７２５    側壁絶縁層
７２６    ゲート電極
７２７    素子分離層
７３０    トランジスタ
７３１    絶縁膜
７３２    絶縁膜
７４０    バッテリー
７４１    絶縁膜
７４２    絶縁膜
７５０    トランジスタ
７５１    不純物領域
７５２    不純物領域
７５３    チャネル領域
７５４    ゲート絶縁膜
７５５    側壁絶縁層
７５６    ゲート電極
７５７    絶縁膜
７６１    絶縁膜
７６２    エアギャップ
７６３    絶縁膜
１０００    半導体装置
１１００    半導体装置
１２００    半導体装置
１３００    半導体装置
５０００    筐体
５００１    表示部
５００２    表示部
５００３    スピーカ
５００４    ＬＥＤランプ
５００５    操作キー
５００６    接続端子
５００７    センサ
５００８    マイクロフォン
５００９    スイッチ
５０１０    赤外線ポート
５０１１    記録媒体読込部
５０１２    支持部
５０１３    イヤホン
５０１４    アンテナ
５０１５    シャッターボタン
５０１６    受像部
５１００    電子機器
５１０１    表示部
５１０２    表示部
５１０３    ハンドル
５２００    電子機器
５２０１    シート
５２０２    表示部
５２０３    アンテナ設置部
５３００    ペースメーカ本体
５３０１ａ    バッテリー
５３０１ｂ    バッテリー
５３０２    ワイヤ
５３０３    ワイヤ
５３０４    アンテナ
５３０５    鎖骨下静脈
５３０６    上大静脈
５４００    電子機器
５４０１    服
５４０２    上腕
５４１３    電波
【図１】
2019091905.tif 000003
【図２】
2019091905.tif 000004
【図３】
2019091905.tif 000005
【図４】
2019091905.tif 000006
【図５】
2019091905.tif 000007
【図６】
2019091905.tif 000008
【図７】
2019091905.tif 000009
【図８】
2019091905.tif 000010
【図９】
2019091905.tif 000011
【図１０】
2019091905.tif 000012
【図１１】
2019091905.tif 000013
【図１２】
2019091905.tif 000014
【図１３】
2019091905.tif 000015
【図１４】
2019091905.tif 000016
【図１５】
2019091905.tif 000017
【図１６】
2019091905.tif 000018