(57)【要約】【課題】大電力向けのパワーデバイスとして用いられる半導体装置に酸化物半導体を用い、高い耐圧と、高い耐熱性を有する半導体装置を提供する。【解決手段】酸化物半導体を用いた縦型トランジスタをパワーデバイスのスイッチング素子として利用する。ＦＥＴを積層することで専有面積を増加させることなく、高い耐圧性と耐熱性を有する半導体装置を実現できる。さらに、４価となり得る金属元素を酸化物半導体に添加することで、大電流を流せるようになり、消費電力が低下し、耐熱性が向上する。【選択図】図３
2019117882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタは、ソース又はドレインとして機能する第１の電極と、前記第１の電極上の第１の半導体層と、前記第１の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、前記第３の電極上の第２の半導体層と、前記第２の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、を有し、
前記第２の電極は、前記第３の電極と電気的に接続され、
前記第１の半導体層は、シリコンを有し、
前記第２の半導体層は、酸化物半導体を有する、半導体装置。
【請求項２】
制御回路と、記憶回路と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタは、ソース又はドレインとして機能する第１の電極と、前記第１の電極上の第１の半導体層と、前記第１の半導体層のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、前記第３の電極上の第２の半導体積層と、前記第２の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、ゲートとして機能する第５の電極と、を有し、
前記第２の電極は、前記第３の電極と電気的に接続され、
前記第１の半導体層は、シリコンを有し、
前記第２の半導体層は、酸化物半導体を有し、
前記記憶回路は前記制御回路及び第５の電極と電気的に接続され、
前記記憶回路は前記制御回路の信号を記憶する機能を有する、半導体装置。
【請求項３】
第１の制御回路と、第２の制御回路と、温度センサと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、を有し、
前記第１のトランジスタは、ソース又はドレインとして機能する第１の電極と、前記第１の電極上の第１の半導体層と、前記第１の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、を有し、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、前記第３の電極上の第２の半導体層と、前記第２の半導体層のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、ゲートとして機能する第５の電極と、を有し、
前記第３のトランジスタは、前記第２のトランジスタと電気的に接続され、
前記第１の半導体層は、シリコンを有し、
前記第２の半導体層は、酸化物半導体を有し、
前記第１の制御回路は、前記温度センサの出力に従って前記第２のトランジスタを非導通状態とする機能を有し、
前記第３のトランジスタは、非導通状態とすることで、前記第５の電極の電荷を保持する機能を有し、
前記第２の制御回路は、前記第３のトランジスタを非導通状態とする期間に前記第１の制御回路を休止状態とするよう制御する機能を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、インジウム、亜鉛と、金属元素Ｍ（Ｍはセリウム、タングステン、モリブデンから選ばれる一または複数種）を有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記金属元素Ｍは、
前記酸化物半導体が有する総金属原子に対して、０．０１ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下である、半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置と、モーターまたはバッテリーと、を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体装置及び当該半導体装置を有する電子機器に関する。
【０００２】
なお、本明細書中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。例えば、パワーデバイス、当該パワーデバイスを有する集積回路、及び電源装置、及びそれらを搭載した電子機器等は半導体装置に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
パワーデバイス（パワー半導体デバイスともいう）とは、大きな電力の制御や変換、供給を行うための半導体装置である。例えば、各種モーターの速度、位置、回転力の制御、各種電源の電圧、電流、周波数を制御するために使用される。自動車や鉄道といった産業機器用途から、再生可能エネルギー用途、さらにはエアコンや冷蔵庫などの民生機器用途まで幅広く用いられている。近年は、省エネルギー対策の重要性が増しており、パワー半導体デバイスの必要性が高まっている。
【０００４】
パワーデバイスに用いられるトランジスタには、シリコン系半導体材料が広く用いられている。近年、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ。）に関する研究が盛んに行われている。
【０００５】
ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照。）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献４および非特許文献５に示されている。
【０００６】
さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照。）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（非特許文献７および非特許文献８参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “ＳＩＤ  Ｓｙｍｐ酸化物半導体ｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，  ２０１２，  ｖｏｌｕｍｅ  ４３，  ｉｓｓｕｅ  １，  ｐ．１８３−１８６
【非特許文献２】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，  ２０１４，  ｖｏｌｕｍｅ  ５３，  Ｎｕｍｂｅｒ  ４Ｓ，  ｐ．０４ＥＤ１８−１−０４ＥＤ１８−１０
【非特許文献３】Ｓ．  Ｉｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｈｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＡＭ−ＦＰＤ’１３  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，  ２０１３，  ｐ．１５１−１５４
【非特許文献４】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “ＥＣＳ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，  ２０１４，  ｖｏｌｕｍｅ  ３，  ｉｓｓｕｅ  ９，  ｐ．Ｑ３０１２−Ｑ３０２２
【非特許文献５】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ，  “ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ”，２０１４，  ｖｏｌｕｍｅ  ６４，  ｉｓｓｕｅ  １０，  ｐ．１５５−１６４
【非特許文献６】Ｋ．  Ｋａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，  ２０１２，  ｖｏｌｕｍｅ  ５１，  ｐ．０２１２０１−１−０２１２０１−７
【非特許文献７】Ｓ．  Ｍａｔｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  “２０１５  Ｓｙｍｐ酸化物半導体ｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，  ２０１５，  ｐ．Ｔ２１６−Ｔ２１７
【非特許文献８】Ｓ．  Ａｍａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “ＳＩＤ  Ｓｙｍｐ酸化物半導体ｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，  ２０１０，  ｖｏｌｕｍｅ  ４１，  ｉｓｓｕｅ  １，  ｐ．６２６−６２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パワーデバイスは大電力（高電圧・大電流）を扱うデバイスであるため、発熱が問題となる。トランジスタは、高温状態となることで、特性の悪化が引き起こされることが知られている。トランジスタが高温状態となることを避けるために冷却装置を設ける方法がある。しかしながら、冷却装置を作動するための消費電力の増加、冷却装置を設置する際の回路面積の増加が問題となる。
【０００９】
したがって、本発明の一態様は、消費電力を低減することができる、半導体装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、信頼性に優れた半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、を有し、第１のトランジスタは、基板上のソース又はドレインとして機能する第１の電極と、第１の電極上の第１の半導体層と、半導体層上のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、を有し、第２のトランジスタは、第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、第３の電極上の第２の半導体層と、半導体層上のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、を有し、第２の電極は、第３の電極と電気的に接続され、第１の半導体層は、シリコンを有し、第２の半導体層は、酸化物半導体を有する、半導体装置である。
【００１１】
また、本発明の別の一態様は、制御回路と、記憶回路と、第１のトランジスタと、第２のランジスタと、を有し、第１のトランジスタは、基板上のソース又はドレインとして機能する第１の電極と、第１の電極上の第１の半導体層と、第１の半導体層のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、ゲートとして機能する第５の電極と、を有し、第２のトランジスタは、第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、第３の電極上の第２の半導体層と、第２の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、を有し、第２の電極は、第３の電極と電気的に接続され、第１の半導体層は、シリコンを有し、第２の半導体層は、酸化物半導体を有し、記憶回路は制御回路と第５の電極と電気的に接続され、記憶回路は制御回路の信号を記憶する機能を有する、半導体装置である。
【００１２】
また、本発明の別の一態様は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、を有し、第１のトランジスタは、基板上のソース又はドレインとして機能する第１の電極と、第１の電極上の第１の半導体層と、第１の半導体層上のソース又はドレインとして機能する第２の電極と、を有し、第２のトランジスタは、第１のトランジスタの上層に設けられたソース又はドレインとして機能する第３の電極と、第３の電極上の第２の半導体層と、第２の半導体層のソース又はドレインとして機能する第４の電極と、ゲートとして機能する第５の電極と、を有し、第３のトランジスタは、第２のトランジスタと電気的に接続され、第１の半導体層は、シリコンを有する不純物半導体を有し、第２の半導体層は、インジウムを有する酸化物半導体を有し、第１の制御回路は、温度センサの出力に従って第２のトランジスタを非導通状態とする機能を有し、第３のトランジスタは、非導通状態とすることで、第５の電極に保持された電荷を保持する機能を有し、第２の制御回路は、第３のトランジスタを非導通状態とする期間に第１の制御回路を休止状態とするよう制御する機能を有する、半導体装置である。
【００１３】
上記構成において、酸化物半導体はインジウムと、亜鉛と、金属元素Ｍ（Ｍはセリウム、タングステン、モリブデンから選ばれる一または複数種）を有すると好ましい。特に、酸化物半導体がセリウムを有するとより好ましい。
【００１４】
また、上記構成において、金属元素Ｍは、酸化物半導体が有する総金属原子に対して、０．０１ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下であると好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によって、消費電力を低減することができる、半導体装置を提供することができる。また、本発明の一態様によって、信頼性に優れた半導体装置を提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一態様に係る半導体装置を説明するための回路図。
【図２】本発明の一態様に係る半導体装置を説明するためのトランジスタの断面図。
【図３】本発明の一態様に係る半導体装置を説明するための断面図。
【図４】本発明の一態様に係る半導体装置を説明するための回路図。
【図５】本発明の一態様に係る半導体装置を説明するための回路図。
【図６】本発明の一態様に係る酸化物半導体のモデルを説明する図。
【図７】本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、パワーデバイスである半導体装置の回路構成およびその動作について説明する。
【００１９】
〈回路の構成例１〉
図１に示す半導体装置１０は第１の制御回路２０、第２の制御回路１００、第３の制御回路２００第４の制御回路７０及び負荷６０を有する。
【００２０】
第１の制御回路２０は第２制御回路１００及び第３の制御回路２００は負荷６０の導通または非導通状態を制御する機能を有する。また、第４の制御回路７０は第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１の導通または非導通状態を制御する機能を有する。
【００２１】
第１の制御回路１００は、第１のトランジスタ３０及び第２のトランジスタ５０を有する。また、第２の制御回路２００は、第３のトランジスタ４０及び第４のトランジスタ５１を有する。
【００２２】
第１の制御回路２０は、第１のトランジスタ３０及び第３のトランジスタ４０の導通または非導通状態を制御する信号を出力するための回路である。第１の制御回路２０は、外部の制御回路から入力される信号を昇圧して第１のトランジスタ３０及び第３のトランジスタ４０のゲートに出力する機能を有する。第１の制御回路２０は、電源電圧Ｖｃｃおよび電源電圧Ｖｓｓが供給される。電源電圧Ｖｓｓは接地されていると好ましい。電源電圧Ｖｃｃは、高電圧の信号を生成するための電圧である。
【００２３】
第２のトランジスタ５０は、第１の制御回路２０の出力端子ＨＯから出力される信号に応じて、電源電圧ＶＤＤを第１のトランジスタ３０に伝えるか否かを制御する機能を有する。第２のトランジスタ５０は、高電圧の信号で、大電流を流すか否かを制御するトランジスタである。このような機能を有するトランジスタとして、電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いることが好適である。
【００２４】
第１のトランジスタ３０のゲートは、第１の制御回路２０が有する高電位側の出力端子であるＨＯと接続される。また、第２のトランジスタ５０の第１の端子は、電源電圧ＶＤＤを供給する電源と接続される。また第２のトランジスタ５０の第２の端子は、第１のトランジスタ３０の第1の端子と接続される。
【００２５】
第３のトランジスタ４０のゲートは、第１の制御回路２０が有する高電位側の出力端子であるＬＯと接続される。また第４のトランジスタ５１の第１の端子は、電源電圧ＶＳＳ供給する電源と接続される。また第４のトランジスタ５１の第２の端子は、第３のトランジスタ４０の第２の端子と接続される。
【００２６】
また、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１は、半導体層に酸化物半導体を有すると好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、耐熱性が高いため、発熱によって特性が変動しにくいという特徴を有する。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、Ｓｉを用いたトランジスタと比較し、高温（例えば、６０℃）において、電界効果移動度を高めることが出来る可能性がある。よって、第２のトランジスタ５０、及び第４のトランジスタ５１に酸化物半導体を用いると、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。
【００２７】
負荷６０の動作、非動作は第１の制御回路２０及び第４の制御回路７０による、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１へ入力される電圧によって制御される。すなわち、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１はスイッチとして機能する。
【００２８】
第４の制御回路７０は第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１の導通または非導通状態を制御する機能を有する。該機能によって、負荷６０の動作を制御することが可能である。
【００２９】
第１トランジスタ３０及び第３のトランジスタ４０はそれぞれ第１の制御回路２０と電気的に接続され、負荷６０の動作を制御する機能を有する。また、第１のトランジスタ３０と第２のトランジスタ５０は直列に接続し設けられ、第１のトランジスタ３０及び第４のトランジスタ５１は直列に接続し設けられている。該構成とすることによって、第１のトランジスタ３０が発熱等によって特性が変動した場合に、第２のトランジスタ５０によって負荷６０の動作を制御することができる。すなわち、該構成とすることによって、耐熱性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３０】
なお、第２トランジスタ４０及び第４のトランジスタ５０も直列に接続し設けられ、第３のトランジスタ４０が発熱等によって特性が変動した場合に、第４のトランジスタ５１によって負荷６０の動作を制御することができる。
【００３１】
パワー半導体デバイスは高電圧、大電流を必要とするデバイスであるため、パワー半導体デバイスに用いられる半導体素子には耐圧性、耐熱性が求められる。図１中、第１のトランジスタ３０、第２のトランジスタ５０、第１のトランジスタ３０と第４のトランジスタ５１はチップ面積低減のため、２つのＦＥＴが積層して設けられることがこのましい。しかし、Ｓｉを用いたＦＥＴの積層型半導体素子は熱によってトランジスタ特性が悪化する場合がある。この対策のために冷却設備を設ける場合、消費電力やチップ面積の増加などが懸念される。
【００３２】
ここで、酸化物半導体を用いた半導体素子は、上述のように耐圧性、耐熱性に優れる。また、図１に示す、第２のトランジスタ５０、及び第４のトランジスタ５１に第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）を設けてもよい。例えば、第２のトランジスタ５０、及び第４のトランジスタ５１にバックゲート電極を設ける場合、当該バックゲート電極の電位を制御することによって、熱による特性変化を抑制してもよい。
【００３３】
本発明の一態様の半導体装置に使用することができる酸化物半導体としては、インジウムを含む金属酸化物が挙げられる。インジウムを含む金属酸化物としては例えば、Ｉｎ−Ｍ１−Ｚｎ酸化物（元素Ｍ１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、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いることができる。また、該酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【００３４】
上述のようにパワー半導体デバイスは大電流を流すことができるデバイスである。そこで、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１に大電流を流すことができる構成としては、例えば、複数のトランジスタを並列に設ければよい。複数のＦＥＴを並列に設けることによってＦＥＴが一つの場合と比較し電流量を増加させることができる。
【００３５】
ここで、横型トランジスタにおいては、基板におけるトランジスタの占有面積が大きくなってしまい、微細化の妨げとなる。一方、縦型トランジスタは横型トランジスタと比較し、少ない面積でトランジスタを作製可能である。加えて高いオン電流が実現できる。よって、本発明の一態様は高電流が必要なパワーデバイスへ好適に用いることができる。
【００３６】
〈縦型トランジスタの構成例〉
縦型トランジスタの構成例について、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２（Ａ）はトランジスタ１４５の上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂの断面図に相当する。
【００３８】
図２（Ｂ）に示すように、基板１０１上に形成された絶縁膜１０３上に、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９が積層される。なお、酸化物半導体膜１０７の上面に接して第２の電極１０９が積層される。また、第１の電極１０５、酸化物半導体膜１０７、及び第２の電極１０９を覆うように、ゲート絶縁膜１１１が設けられている。ゲート絶縁膜１１１上には、少なくとも酸化物半導体膜の側面と対向する第３の電極１１３が設けられている。ゲート絶縁膜１１１及び第３の電極１１３上には層間絶縁膜として機能する絶縁膜１１７が設けられている。絶縁膜１１７上には、開口部が形成されており、開口部において第１の電極１０５と接続する配線１３１（図２（Ａ）参照）、第２の電極１０９と接続する配線１２９、第３の電極１１３と接続する配線１２５が形成される。
【００３９】
第１の電極１０５は、トランジスタ１４５のソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第２の電極１０９は、トランジスタ１４５のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。第３の電極１１３は、トランジスタ１４５のゲート電極として機能する。
【００４０】
また、酸化物半導体膜１０７の厚さが、１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。
【００４１】
なお、トランジスタは、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り、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル形成領域を有しており、ドレイン領域とチャネル形成領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件などによって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソースもしくはドレインとよばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１の端子、第２の端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第１の電極、第２の電極と表記する場合がある。あるいは、第１の領域、第２の領域と表記する場合がある。
【００４２】
基板１０１は、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。基板１０１としては、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、またはシリコンウェハを用いることができる。
【００４３】
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いるとよい。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。一般に酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
【００４４】
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いてもよい。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。
【００４５】
絶縁膜１０３は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜など酸化物絶縁膜、または窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁膜で形成する。また、絶縁膜１０３は積層構造でもよく、例えば、基板１０１側から上記した窒化物絶縁膜のいずれか一つ以上と、上記した酸化物絶縁膜のいずれか一つ以上との積層構造とすることができる。
【００４６】
第１の電極１０５及び第２の電極１０９は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、イットリウムから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせた合金などで形成する。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いることができる。また、第１の電極１０５は、単層構造、または二層以上の積層構造とすることができる。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、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねて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などが挙げられる。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を単数、または複数組み合わせた膜、合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【００４７】
また、第１の電極１０５及び第２の電極１０９として、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。
【００４８】
酸化物半導体膜１０７としては、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、酸化物半導体膜の積層構造であっても良い。
【００４９】
また、酸化物半導体膜１０７は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜（ＩＧＺＯ膜ともいう）ともよぶこととする。
【００５０】
本実施の形態で用いる酸化物半導体膜１０７は、酸化物半導体膜に含まれる水素を低減し、酸化物半導体膜に含まれる水素が低減されていると好適である。即ち、酸化物半導体膜の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化されている。このときの酸化物半導体膜１０７の水素濃度は、１×１０１６ｃｍ−３以下が好ましい。また、酸化物半導体膜１０７のキャリア密度が１×１０１４ｃｍ−３未満、好ましくは１×１０１２ｃｍ−３未満、さらに好ましくは測定限界以下の１×１０１１ｃｍ−３未満である。即ち、酸化物半導体膜のキャリア密度は、限りなくゼロに近い。また、バンドギャップは２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。なお、酸化物半導体膜中の水素濃度測定は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｃｏｐｙ）で行うことができる。キャリア密度は、ホール効果測定により測定することができる。
【００５１】
酸化物半導体膜１０７の厚さは、１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上とする。酸化物半導体膜１０７の厚さを厚くすることで、ショートチャネル効果（しきい値の変動、オンオフ比の低減）を低減することができ、大電力用の半導体装置を作製することができる。
【００５２】
ゲート絶縁膜１１１は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜を単層でまたは積層して形成することができる。ゲート絶縁膜１１１は、酸化物半導体膜１０７と接する部分が酸素を含むことが好ましく、特に好ましくは酸化シリコン膜により形成する。酸化シリコン膜を用いることで、酸化物半導体膜１０７に酸素を供給することができ、特性を良好にすることができる。
【００５３】
また、ゲート絶縁膜１１１として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ（ｘ＞０））、Ｎが添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘＮｙ（ｘ＞０，ｙ＞０））、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯｘ（ｘ＞０））、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲートリーク電流を低減できる。さらには、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜のいずれか一以上との積層構造とすることができる。ゲート絶縁膜１１１の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とするとよい。ゲート絶縁膜１１１の厚さを厚くすることで、ゲートリーク電流を低減することができる。
【００５４】
ゲート電極として機能する第３の電極１１３は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、また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膜などを用いて形成することができる。また、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、第３の電極１１３は、単層構造でも、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、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などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【００５５】
また、第３の電極１１３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。
【００５６】
〈制御素子１００構成例〉
上述のように、第１のトランジスタ３０と第２のトランジスタ５０は積層して設けられると好ましい。該構成の一例を図３（Ａ）に示す。図３（Ａ）において、トランジスタ３０はＭＯＳＦＥＴである場合を示しているが、ＩＧＢＴであっても構わない。なお、図３（Ａ）において、図２に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチパターンとし、符号を省略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。また、制御素子２００も制御素子１００と同様の構成であると好ましい。
【００５７】
図３（Ａ）中、トランジスタ３０は基板１０２上にｎ型半導体層３１、ｐ型半導体層３２、ｎ型半導体層３３、絶縁膜３４、ソースまたはドレインとして機能する電極３５、ソースまたはドレインとして機能する電極３６、ゲート電極３７を有する。第１のトランジスタ３０と、第２のトランジスタ５０は、層間膜３８を挟み、配線３９で電気的に接続されている。
【００５８】
基板１０２としては、上述の基板１０１に用いた材料の他に、シリコン基板も用いることができる。
【００５９】
ｎ型半導体層３１、ｎ型半導体層３３、ｐ型半導体層３２としては、シリコンの他、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、単結晶炭化シリコンなどの半導体材料を用いていても良いがシリコンを有していると好ましい。また、ｎ型半導体層３１及びｎ型半導体層３３にはヒ素等の５価の不純物元素をドーピングしても良く、ｐ型半導体層にはホウ素のような３価の不純物元素をドーピングしても良い。
【００６０】
層間膜３８としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。また、層間膜３８は多層構造を有していても良い。
【００６１】
例えば、層間膜３８として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。
【００６２】
例えば、該絶縁体は、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、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、炭素およ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または樹脂などを有する材料が挙げられる。または、層間膜３８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、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、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造であってもよい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。
【００６３】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。従って、層間膜３８には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。
【００６４】
水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
【００６５】
層間膜３８として用いることができる材料は絶縁膜３４にも適用できる。
【００６６】
また、配線３９には導電性の高い材料を用いることが好ましく、例えば、窒化タンタルや窒化ニッケル、銅、タングステン等を用いることができる。
【００６７】
ここで、酸化物半導体膜１０７に上述の酸化物半導体（好ましくはＩＧＺＯ膜）を用いることによって、ＦＥＴを積層して設けることが可能である。よって第２のトランジスタ５０と第１のトランジスタ３０を積層して設けることができる。そのため、酸化物半導体を用いることによって、少ない面積で電流制御素子１００を作製することができる。また耐圧性、耐熱性に優れた電流制御素子１００を作製することができる。
【００６８】
また、図３（Ｂ）に示すように、複数のトランジスタを並列に設ける構成としてもよい。複数のＦＥＴを並列に設けることによってＦＥＴが一つの場合と比較し電流値を増加させることができる。本発明の一態様の半導体素子では、第２のトランジスタ５０に酸化物半導体を用いているため、積層しＦＥＴを設けることが可能であり、複数のトランジスタを並列に設ける構成であっても高集積化が可能である。
【００６９】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に記載の電気回路とは異なる、電気回路の構成について図４及び図５を用いて説明する。
【００７０】
〈回路の構成例２〉
図４は、本発明の一態様の半導体装置１２における電気回路図である。なお、図４において、図１に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチパターンとし、符号を省略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
【００７１】
図４に示す電気回路には第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１のゲートと記憶回路８０及び記憶回路８１が電気的に接続されている。また記憶回路８０及び記憶回路８１は第４の制御回路７０と電気的に接続されている。
【００７２】
記憶回路８０及び記憶回路８１の構成は特に限定は無いが、チャネル部分に酸化物半導体を有すると好ましい。該構成とすることによって、耐熱性が高い記憶回路とすることができる。また、酸化物半導体を用いることによって、ＦＥＴの積層が可能であるため、高集積化が可能である。
【００７３】
記憶回路８０及び記憶回路８１は、第４の制御回路７０からの電界効果第２のトランジスタ５０及び電界効果第４のトランジスタ５１の動作に関するデータを記憶することができる。そのため、第４の制御回路７０は記憶回路８０及び記憶回路８１にデータを書き込むときのみ動作すればよく、それ以外の時間は休止状態となることができる。そのため、記憶回路８０及び記憶回路８１が設けられていない場合と比較し、消費電力を抑制することができる。
第２のトランジスタ３０
【００７４】
図４の構成は負荷の制御を頻繁に行う必要が無い場合、特に効果的である。
【００７５】
〈回路の構成例３〉
図５は、本発明の一態様の半導体装置１４における電気回路図である。なお、図５において、図１に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチパターンとし、符号を省略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
【００７６】
図５に示す電気回路には第２のトランジスタ５０に及び記憶回路９０が電気的に接続されている。記憶回路９０は第４の制御回路７０と電気的に接続されている。記憶回路９０はトランジスタ５５及びキャパシタを有する。ここで、トランジスタ５５は電界効果第２のトランジスタ５０が有するゲート電極と電気的に接続されている。
【００７７】
記憶回路９０がトランジスタ５５に酸化物半導体トランジスタを用いたゲインセル型のメモリセルである場合、不揮発性酸化物半導体ＲＡＭ（Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＲＡＭ）と呼ぶ場合がある。トランジスタ５５に酸化物半導体を用いることによって、トランジスタ５５のリーク電流を非常に低くすることができる。これにより、書き込んだデータをトランジスタ５５によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、記憶回路９０に多値データ、又はアナログデータを保持することができる。
【００７８】
また、本発明の一態様において、第２のトランジスタ５０は酸化物半導体を用いたトランジスタであるため、第５のトランジスタ５５に酸化物半導体トランジスタを用いた場合、記憶回路９０と第２のトランジスタ５０を含むメモリセルアレイは単極性回路によって構成することができる。
【００７９】
また、記憶回路９０は第５の制御回路５００、第６の制御回路６００と電気的に接続している。また、第６の制御回路６００は温度センサ７００と電気的に接続している。
【００８０】
第５の制御回路は第５のトランジスタ５５のゲート電極と電気的に接続し、第４の制御回路７０から記憶回路９０への信号の書き込みや保持を制御する機能を有する。
【００８１】
温度センサ７００は半導体装置１４の温度を測定し、該温度情報を第６の制御回路６００と共有する。第６の制御回路は該温度情報によって、第５のトランジスタ５５及び第２のトランジスタ５０のバックゲート電圧を制御する。すなわち、第２のトランジスタ５０の導通状態を制御する。該構成とすることによって、温度変化よる特性が変化しにくい回路を形成することができる。
【００８２】
また、第２のトランジスタ５０が非導通状態である場合、第５のトランジスタ５５は第２のトランジスタ５０が有するゲート電極に電荷を保持することができる。ここで、第５の制御回路５００は、第２のトランジスタ５０を非導通状態である期間に第４の制御回路７０を休止状態にする機能を有すると好ましい。該構成とすることによって、半導体装置１４の消費電力を抑制することができる。
【００８３】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態や実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【００８４】
以上、本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態に示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【００８５】
（実施の形態３）
第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１に流れる電流量を増大させるためには、上述のＩｎ−Ｍ１−Ｚｎ酸化物を含む金属酸化物に新たに金属元素Ｍ２を添加する方法が挙げられる。後述するように、金属元素Ｍ２を添加することによって酸化物半導体の移動度を向上させることができるため、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１に流れる電流量を増大させることができる。本実施の形態では、該金属元素Ｍ２を添加した酸化物半導体について説明する。
【００８６】
上記金属元素Ｍ２としては、＋３価であるインジウムと置換しうるセリウム（Ｃｅ）に代表される＋４価となりうるランタノイドがある。また、＋２価である亜鉛と置換しうる金属元素Ｍ２としては、タングステン（Ｗ）、およびモリブデン（Ｍｏ）などがある。なお、酸化物半導体中において、タングステンの酸化数は＋６価、モリブデンの酸化数は＋６価となりうる。
【００８７】
また、＋４価となりうるランタノイドとして、具体的には、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、およびジスプロシウム（Ｄｙ）などがある。特に、＋４価となりうるランタノイドの中でも、セリウムは安定して＋４価をとるため好ましい。また、セリウムは、希土類元素の中でも存在量が多く、安定した資源供給が見込まれ、またコストの高騰を抑制することができる。一例として、図６において、具体的にインジウムとセリウムが置換した酸化物半導体の原子配列を示す。
【００８８】
表１に、インジウム、亜鉛、元素Ｍ１の一例としてガリウム、および代表的な金属元素Ｍ２のイオン半径、および各金属原子と酸素原子との結合エネルギーを示す。
【００８９】
【表１】
2019117882.tif 000003
【００９０】
表１に示すように、セリウムのイオン半径は、インジウムのイオン半径と近似値である。従って、酸化物半導体中におけるセリウムは、特に、インジウムと置換する蓋然性が高い。一方、タングステン、およびモリブデンのイオン半径は、亜鉛のイオン半径と近似値である。従って、タングステン、およびモリブデンは、特に、亜鉛と置換する蓋然性が高い。
【００９１】
以下では、一例として、図６に示すように、主に酸化物半導体を構成するインジウム（Ｉｎ）の一部が、セリウムと置換した酸化物半導体を用いて説明する。しかしながら、セリウムは、酸化物半導体を構成する金属元素Ｍ１、または亜鉛とも置換する場合がある。同様に、主に酸化物半導体を構成する亜鉛の一部が、タングステンやモリブデンなどと置換した酸化物半導体であっても、タングステンやモリブデンなどもインジウム、または金属元素Ｍ１とも置換する場合がある。
【００９２】
ここで、酸化物半導体を構成する金属元素であるインジウム（Ｉｎ）は、＋３価である。酸化物半導体中のインジウムが、セリウムと置換することで、キャリアとなる電子を放出する。つまり、一つの＋３価のインジウムと、一つのセリウムが置換することにより、一つの電子が生じる。
【００９３】
従って、酸化物半導体が有するセリウムの割合を調節することで、酸化物半導体のキャリア密度を制御することができる。つまり、トランジスタの設計に応じて、セリウムの割合を、適宜調節すると好ましい。従って、セリウムを有する酸化物半導体を、第２のトランジスタ５０及び第４のトランジスタ５１の酸化物半導体層に用いることで、移動度、および周波数特性が高いトランジスタを提供することができる。具体的には酸化物半導体が有する総金属原子に対して、＋４価のランタノイド原子が、０．０１ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下とすればよい。
【００９４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置の用途について説明する。上記実施の形態で説明した半導体装置は、高温環境での使用に耐えられる電子機器に適用することが好ましい。例えば、コンピュータ等の画像を表示しうるディスプレイなどの電子機器のバッテリーの保護回路の他、電磁調理器または固定電源の電力で駆動する乗物類（自転車等）等に設けるバッテリーの保護回路として使用することができる。
【００９５】
図７を参照して、上記実施の形態で説明した半導体装置を備えた電子機器の一例について説明する。
【００９６】
図７（Ａ）は、上記実施の形態で説明した半導体装置を備えた応用例として、電磁調理器１９００を示している。電磁調理器１９００は、コイル部１９０１に電流を流すことによって生じる電磁誘導を利用して調理器等に加熱するものである。また電磁調理器１９００は、コイル部１９０１に流す電流を供給するためのバッテリー１９０２、保護回路として機能する半導体装置１９０３、及びバッテリー１９０２を充電するための太陽電池１９０４を有する。なお図７（Ａ）では、バッテリー１９０２を充電するための手段として太陽電池１９０４を示したが他の手段で充電する構成でもよい。保護回路として機能する半導体装置１９０３は、高温環境であっても、バッテリー１９０２への過電圧の印加を低減できる。加えて、保護回路の機能が非動作時に流れるオフ電流が極めて低いため、低消費電力化を図ることができる。
【００９７】
図７（Ｂ）は、上記実施の形態で説明した半導体装置を備えた応用例として、電動自転車１９１０を示している。電動自転車１９１０は、モーター部１９１１に電流を流すことによって動力を得るものである。また電動自転車１９１０は、モーター部１９１１に流す電流を供給するためのバッテリー１９１２、及び保護回路として機能する半導体装置１９１３を有する。なお図７（Ｂ）では、バッテリー１９１２を充電するための手段として特に図示しないが、別途発電機等を設けて充電する構成でもよい。保護回路として機能する半導体装置１９１３は、高温環境であっても、充電時におけるバッテリー１９１２への過電圧の印加を低減できる。加えて、保護回路の機能が非動作時に流れるオフ電流が極めて低いため、低消費電力化を図ることができる。なお、図７（Ｂ）ではペダルを図示したが、なくてもよい。
【００９８】
図７（Ｃ）は、上記実施の形態で説明した半導体装置を備えた応用例として、電気自動車１９２０を示している。電気自動車１９２０は、モーター部１９２１に電流を流すことによって動力を得るものである。また電気自動車１９２０は、モーター部１９２１に流す電流を供給するためのバッテリー１９２２、及び保護回路として機能する半導体装置１９２３を有する。なお図７（Ｃ）では、バッテリー１９２２を充電するための手段として特に図示しないが、別途発電機等を設けて充電する構成でもよい。保護回路として機能する半導体装置１９２３は、高温環境であっても、充電時におけるバッテリー１９２２への過電圧の印加を低減できる。加えて、保護回路の機能が非動作時に流れるオフ電流が極めて低いため、低消費電力化を図ることができる。
【００９９】
なお、本実施の形態において、各々の図で述べた内容は、別の実施の形態で述べた内容に対して、適宜、組み合わせ、または置き換えなどを自由に行うことができる。
【符号の説明】
【０１００】
１０    半導体装置
１２    半導体装置
１４    半導体装置
２０    制御回路
３０    第１のトランジスタ
３１    ｎ型半導体層
３２    ｐ型半導体層
３３    ｎ型半導体層
３４    絶縁膜
３５    電極
３６    電極
３７    ゲート電極
３８    層間膜
３９    配線
４０    第３のトランジスタ
５０    第２のトランジスタ
５１    第４のトランジスタ
５５    トランジスタ
６０    負荷
７０    パワーゲーティング制御回路
７０    制御回路
８０    記憶回路
８１    記憶回路
９０    記憶回路
１００    制御回路
１００    制御素子
１００    電流制御素子
１０１    基板
１０２    基板
１０３    絶縁膜
１０５    電極
１０７    酸化物半導体膜
１０９    電極
１１１    ゲート絶縁膜
１１３    電極
１１７    絶縁膜
１２５    配線
１２９    配線
１３１    配線
１４５    トランジスタ
２００    制御回路
２００    制御素子
５００    制御回路
６００    バックゲート電圧制御回路
７００    温度センサ
１９００    電磁調理器
１９０１    コイル部
１９０２    バッテリー
１９０３    半導体装置
１９０４    太陽電池
１９１０    電動自転車
１９１１    モーター部
１９１２    バッテリー
１９１３    半導体装置
１９２０    電気自動車
１９２１    モーター部
１９２２    バッテリー
１９２３    半導体装置
【図１】
2019117882.tif 000004
【図２】
2019117882.tif 000005
【図３】
2019117882.tif 000006
【図４】
2019117882.tif 000007
【図５】
2019117882.tif 000008
【図６】
2019117882.tif 000009
【図７】
2019117882.tif 000010