(57)【要約】新規な構成の電池制御回路、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。第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、二次電池と、を有する蓄電装置であり、第１の回路部は、二次電池の充電を制御する機能を有し、第１の回路部は、二次電池の充電の開始時刻と、終了時刻と、を第３の回路部に与える機能を有し、第２の回路部は、第１の電圧および第１の電流を生成して第３の回路部に与える機能を有し、第３の回路部は、第１の電流を容量素子に充電することにより第２の電圧を生成する機能を有し、第３の回路部は、第１の電圧と第２の電圧を比較する機能を有する蓄電装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、二次電池と、を有し、
前記第３の回路部は、コンパレータおよび容量素子を有し、
前記第１の回路部は、前記二次電池の充電を制御する機能を有し、
前記第１の回路部は、前記二次電池の充電の開始を前記第３の回路部に与える機能を有し、
前記第２の回路部は、第１の電圧および第１の電流を生成して前記第３の回路部に与える機能を有し、
前記第３の回路部は、前記第１の電流を前記容量素子に充電することにより、第２の電圧を生成する機能を有し、
前記コンパレータは、前記第１の電圧と前記第２の電圧を比較する機能を有する蓄電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２の回路部は、前記第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して前記第１の電圧を生成し、
前記第１の電圧はアナログ信号である蓄電装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第３の回路部は、第１のトランジスタを有し、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、亜鉛および元素Ｍを有し、
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、およびマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、
前記コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方は、前記容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の他方は、前記第１のトランジスタのソースおよびドレインの一方に電気的に接続され、
前記第１のトランジスタをオフ状態とすることにより、前記第１の電圧を前記第１のトランジスタの前記ソースおよび前記ドレインの一方に保持する機能を有する蓄電装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記第３の回路部は第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、亜鉛および元素Ｍを有し、
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、およびマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、
前記第２のトランジスタのソースおよびドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極に電気的に接続される蓄電装置。
【請求項５】
第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、二次電池と、を有し、
前記第１の回路部は、前記二次電池の充電を制御する機能を有し、
前記第２の回路部において、第１の電圧および第１の電流が生成される第１のステップと、
前記第１の電圧および前記第１の電流が前記第３の回路部に与えられる第２のステップと、
前記二次電池に電流が与えられ、充電が開始される第３のステップと、
前記第３のステップにおける充電の開始、を伝える第１の信号が前記第１の回路部から前記第３の回路部に与えられる第４のステップと、
前記第３の回路部が、前記充電の開始時刻からの経過時間に対応する第２の電圧を生成する第５のステップと、
前記第１の電圧と前記第２の電圧を比較する第６のステップと、を有する蓄電装置の動作方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第３の回路部は、容量素子を有し、
前記第５のステップにおいて、前記第３の回路部は、前記第１の電流と前記経過時間との積に相当する電荷量を前記容量素子に充電し、前記第２の電圧は、前記容量素子の両端の電極の電位差として求められる蓄電装置の動作方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１のステップにおいて、前記第２の回路部は、前記第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して前記第１の電圧を生成し、
前記第１の電圧はアナログ信号である蓄電装置の動作方法。
【請求項８】
請求項５において、
前記第３の回路部は、コンパレータおよびトランジスタを有し、
前記コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、前記トランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、
前記第２のステップにおいて、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の一方には、前記第１の電圧が与えられ、
前記第３のステップ乃至前記第６のステップにおいて、前記トランジスタをオフ状態とすることにより、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の一方に与えられた前記第１の電圧が保持され、
前記第５のステップにおいて、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の他方には、前記第２の電圧が与えられる蓄電装置の動作方法。
【請求項９】
請求項５において、
前記第３の回路部は容量素子を有し、
前記第１の信号により前記容量素子への前記第１の電流の充電が開始され、
前記第２の電圧は、前記容量素子の両端の電位差に対応する蓄電装置の動作方法。
【請求項１０】
第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、温度センサと、二次電池と、を有し、
前記第１の回路部は、演算回路およびメモリを有し、
前記第１の回路部は、前記二次電池の充電を制御する機能を有し、
前記二次電池に電流が与えられ、第１の充電が第１の時刻において開始される第１のステップと、
前記第１の充電が第２の時刻において終了される第２のステップと、
前記温度センサにより測定された温度と、前記第１の時刻と、前記第２の時刻と、が前記メモリに与えられる第３のステップと、
前記第１の回路部において、前記メモリに収納された前記温度、前記第１の時刻および前記第２の時刻を用いて前記演算回路により演算を行い、第１の電圧の大きさが決定される第４のステップと、
前記第２の回路部において、前記演算により大きさが決定された第１の電圧と、第１の電流と、が生成される第５のステップと、
前記第１の電圧および前記第１の電流が前記第３の回路部に与えられる第６のステップと、
前記二次電池に電流が与えられ、第２の充電が開始される第７のステップと、
前記第７のステップにおける第２の充電の開始、を伝える第１の信号が前記第１の回路部から前記第３の回路部に与えられる第８のステップと、
前記第３の回路部が、前記充電の開始時刻からの経過時間に対応する第２の電圧を生成する第９のステップと、
前記第１の電圧と前記第２の電圧を比較する第１０のステップと、を有し、
前記第１の充電はＣＣ充電であり、前記第２の充電はＣＶ充電である蓄電装置の動作方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第３の回路部は、容量素子を有し、
前記第８のステップにおいて、前記第３の回路部は、前記第１の電流と前記経過時間との積に相当する電荷量を前記容量素子に充電し、前記第２の電圧は、前記容量素子の両端の電極の電位差として求められる蓄電装置の動作方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２の回路部は、前記第５のステップにおいて、前記第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して前記第１の電圧を生成し、
前記第１の電圧はアナログ信号である蓄電装置の動作方法。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記第３の回路部は、コンパレータおよびトランジスタを有し、
前記コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、前記トランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、
前記第６のステップにおいて、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の一方には、前記第１の電圧が与えられ、
前記第６のステップ乃至前記第１０のステップにおいて、前記トランジスタをオフ状態とすることにより、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の一方に与えられた前記第１の電圧が保持され、
前記第９のステップにおいて、前記コンパレータの前記非反転入力端子および前記反転入力端子の他方には、前記第２の電圧が与えられる蓄電装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の一態様は、半導体装置、及び半導体装置の動作方法に関する。また、本発明の一態様は、電池制御回路、電池保護回路、蓄電装置、及び電子機器に関する。【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、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の回路を備えている。このように、電池の保護、及び制御を行う回路において、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。また、このような回路においては、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。【０００７】  また特許文献３では、二次電池のセルが直列接続された組電池を保護する保護用半導体装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【特許文献３】特開２０１０−２２０３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明の一態様の蓄電装置は、マイクロショートを検知、あるいはマイクロショートの予兆を検知し、二次電池の安全性を高めることが好ましい。【００１０】  マイクロショートとは、二次電池の内部の微小な短絡のことを指しており、二次電池の正極と負極が短絡して充放電不可能の状態になるというほどではなく、微小な短絡部で短絡電流が短期間流れてしまう現象を指している。マイクロショートの原因は、充放電が複数回行われることによって、劣化が生じ、リチウムやコバルトなどの金属元素が電池内部で析出し、析出物が成長することにより、正極の一部と負極の一部で局所的な電流の集中が生じ、セパレータの一部が機能しなくなる箇所が発生すること、または副反応物が発生することにあると推定されている。【００１１】  二次電池の小型化のため、セパレータの薄化が望まれており、さらに、高い電圧での急速給電による充電が望まれており、どちらも二次電池にマイクロショートが生じやすい構成となっている。【００１２】  従来、デバイスの設計者は使用する二次電池の上限電圧と下限電圧とを設定し、外部出力電流の上限を制限している。二次電池の下限電圧以上上限電圧以下の範囲内は、使用が推奨されている電圧範囲内であり、その範囲内で生じるマイクロショートなどの異常検出を保護回路などでは実施していない。そのため、マイクロショートにより瞬間的に大電流が流れることを繰り返すと二次電池の異常発熱、及び発火などの重大事故に繋がる可能性がある。従って早期にマイクロショートを発見することが好ましい。また、このリスクを低減するための電池の充放電制御も求められている。【００１３】  本発明の一態様は、新規な電池制御回路、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。または、本発明の一態様は、新規な構成の電池制御回路、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。【００１４】  または、本発明の一態様は、二次電池のマイクロショートを検知、あるいはマイクロショートの予兆を検知し、安全性の高い蓄電装置を提供することを課題の一とする。【００１５】  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】
【００１６】  （１）本発明の一態様は、第１の回路部と、第２の回路部と、コンパレータおよび容量素子を有する第３の回路部と、二次電池と、を有し、第１の回路部は、二次電池の充電を制御する機能を有し、第１の回路部は、二次電池の充電の開始を第３の回路部に伝える機能を有し、第２の回路部は、第１の電圧および第１の電流を生成して第３の回路部に与える機能を有し、第３の回路部は、第１の電流を容量素子に充電することにより、第２の電圧を生成する機能を有し、コンパレータは、第１の電圧と第２の電圧を比較する機能を有する蓄電装置である。【００１７】  （２）また、上記（１）の構成において、第２の回路部は、第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して第１の電圧を生成し、第１の電圧はアナログ信号である蓄電装置とすることが好ましい。【００１８】  （３）また、上記（１）または（２）の構成において、第３の回路部は、トランジスタを有し、トランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、亜鉛および元素Ｍを有し、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、およびマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方は、容量素子の一方の電極に電気的に接続され、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の他方は、トランジスタのソースおよびドレインの一方に電気的に接続され、トランジスタをオフ状態とすることにより、第１の電圧をトランジスタのソースおよびドレインの一方に保持する機能を有する蓄電装置とすることが好ましい。【００１９】  （４）また、上記（１）、（２）または（３）の構成において、第３の回路部は第２のトランジスタを有し、第２のトランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、亜鉛および元素Ｍを有し、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、およびマグネシウムから選ばれる一以上の元素であり、第２のトランジスタのソースおよびドレインの一方は、容量素子の一方の電極に電気的に接続される蓄電装置とすることが好ましい。【００２０】  （５）または、本発明の一態様は、第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、二次電池と、を有し、第１の回路部は、二次電池の充電を制御する機能を有し、第２の回路部において、第１の電圧および第１の電流が生成される第１のステップと、第１の電圧および第１の電流が第３の回路部に与えられる第２のステップと、二次電池に電流が与えられ、充電が開始される第３のステップと、充電の開始を伝える第１の信号が第１の回路部から第３の回路部に与えられる第４のステップと、第３の回路部が、充電の開始時刻からの経過時間に対応する第２の電圧を生成する第５のステップと、第１の電圧と第２の電圧を比較する第６のステップと、を有する蓄電装置の動作方法である。【００２１】（６）また、上記（５��において、第３の回路部は容量素子を有し、第５のステップにおいて、第３の回路部は、第１の電流と経過時間との積に相当する電荷量を容量素子に充電し、前記第２の電圧として、前記容量素子の両端の電極の電位差を求められる蓄電装置とすることが好ましい。【００２２】  （７）また、上記（５）または（６）の動作方法の第１のステップにおいて、第２の回路部は、第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して第１の電圧を生成し、第１の電圧はアナログ信号であることが好ましい。【００２３】  （８）また、上記（５）、（６）または（７）の動作方法において、第３の回路部は、コンパレータおよびトランジスタを有し、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、トランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、第２のステップにおいて、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、第１の電圧が与えられ、第３のステップ乃至第６のステップにおいて、トランジスタをオフ状態とすることにより、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方に与えられた第１の電圧が保持され、第５のステップにおいて、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の他方には、第２の電圧が与えられることが好ましい。【００２４】  （９）また、上記（５）、（６）、（７）または（８）の動作方法において、第３の回路部は容量素子を有し、第１の信号により容量素子への第１の電流の充電が開始され、第２の電圧は、容量素子の両端の電位差に対応することが好ましい。【００２５】  （１０）または、本発明の一態様は、第１の回路部と、第２の回路部と、第３の回路部と、温度センサと、二次電池と、を有し、第１の回路部は、演算回路およびメモリを有し、第１の回路部は、二次電池の充電を制御する機能を有し、二次電池に電流が与えられ、第１の充電が第１の時刻において開始される第１のステップと、第１の充電が第２の時刻において終了される第２のステップと、温度センサにより測定された温度と、第１の時刻と、第２の時刻と、がメモリに与えられる第３のステップと、第１の回路部において、メモリに収納された温度、第１の時刻および第２の時刻を用いて演算回路により演算を行い、第１の電圧の大きさが決定される第４のステップと、第２の回路部において、演算により大きさが決定された第１の電圧と、第１の電流と、が生成される第５のステップと、第１の電圧および第１の電流が第３の回路部に与えられる第６のステップと、二次電池に電流が与えられ、第２の充電が開始される第７のステップと、第２の充電の開始を伝える第１の信号が第１の回路部から第３の回路部に与えられる第８のステップと、第３の回路部が、充電の開始時刻からの経過時間に対応する第２の電圧を生成する第９のステップと、第１の電圧と第２の電圧を比較する第１０のステップと、を有し、第１の充電はＣＣ充電であり、第２の充電はＣＶ充電である蓄電装置の動作方法である。【００２６】  また、上記（１０）の動作方法において、第３の回路部は容量素子を有し、第８のステップにおいて、第３の回路部は、第１の電流と経過時間との積に相当する電荷量を容量素子に充電し、第２の電圧として、容量素子の両端���電極の電位差を求められることが好ましい。【００２７】  （１２）また、上記（１０）または（１１）の動作方法において、第２の回路部は、第５のステップにおいて、第１の回路部より与えられるデジタル信号を変換して第１の電圧を生成し、第１の電圧はアナログ信号であることが好ましい。【００２８】  また、（１０）、（１１）または（１２）の動作方法において、第３の回路部は、コンパレータおよびトランジスタを有し、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、トランジスタのソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、第６のステップにおいて、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方には、第１の電圧が与えられ、第６のステップ乃至第１０のステップにおいて、トランジスタをオフ状態とすることにより、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の一方に与えられた第１の電圧が保持され、第９のステップにおいて、コンパレータの非反転入力端子および反転入力端子の他方には、第２の電圧が与えられることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】  本発明の一態様により、新規な電池制御回路、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、本発明の一態様により、消費電力の低減を図ることができる。また、本発明の一態様により、新規な構成の電池制御回路、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。【００３０】  また、本発明の一態様により、二次電池のマイクロショートを検知、あるいはマイクロショートの予兆を検知し、安全性の高い蓄電装置を提供することができる。【００３１】  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】
【００３２】図１は、本発明の一態様を説明するブロック図である。
図２Ａは、本発明の一態様を説明する回路図である。図２Ｂは、本発明の一態様を説明する回路図である。
図３は、本発明の一態様の動作例を示すフローチャートである。
図４Ａは、本発明の一態様の動作例を示すタイミングチャートである。図４Ｂは、本発明の一態様の動作例を示すタイミングチャートである。
図５Ａは本発明の一態様を説明する回路図である。図５Ｂは、本発明の一態様の動作例を示すタイミングチャートである。
図６Ａは、本発明の一態様を説明する回路図である。図６Ｂは、本発明の一態様を説明する回路図である。
図７は、本発明の一態様を説明する回路図である。
図８Ａは、本発明の一態様を説明する回路図である。図８Ｂは、本発明の一態様を説明する回路図である。
図９は、本発明の一態様を説明する回路図である。
図１０は、本発明の一態様を説明するブロック図である。
図１１Ａは、二次電池の充電方法を説明する図である。図１１Ｂは、二次電池の充電方法を説明する図である。図１１Ｃは、二次電池電圧と充電電流の例を示す図である。
図１２Ａは、二次電池の充電方法を説明する図である。図１２Ｂは、二次電池の充電方法を説明する図である。図１２Ｃは、二次電池の充電方法を説明する図である。
図１３Ａは、二次電池電圧と充電電流の例を示す図である。図１３Ｂは、二次電池電圧と放電電流の例を示す図である。
図１４は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１５は、半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１６Ａは、トランジスタの構造例を示す断面図である。図１６Ｂは、トランジスタの構造例を示す断面図である。図１６Ｃは、トランジスタの構造例を示す断面図である。
図１７Ａは、メモリの構成例を示すブロック図である。図１７Ｂは、メモリセルの一例を示す図である。
図１８Ａは、メモリセルアレイの構成例を示す図である。図１８Ｂは、メモリセルの一例を示す図である。図１８Ｃは、メモリセルの一例を示す図である。
図１９Ａは、メモリセルの一例を示す図である。図１９Ｂは、メモリの構成例を示す図である。
図２０Ａは、電子部品の作製工程を示すフローチャート図である。図２０Ｂは、電子部品の斜視模式図である。
図２１Ａは、二次電池の一例を示す図である。図２１Ｂは、二次電池の一例を示す断面図である。図２１Ｃは、蓄電システムの一例を示す図である。図２１Ｄは、蓄電システムの一例を示す図である。
図２２Ａは、二次電池パックの外観の一例を示す図である。図２２Ｂは、二次電池パックの構成の一例を説明する図である。図２２Ｃは、二次電池パックの構成の一例を説明する図である。
図２３Ａは、本発明の一態様の車両を説明する図である。図２３Ｂは、本発明の一態様の車両を説明する図である。図２３Ｃは、本発明の一態様の車両を説明する図である。
図２４Ａは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２４Ｂは、本発明の一態様の蓄電システムの一例を示す図である。
図２５Ａは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２５Ｂは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２５Ｃは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図２６は、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図２７Ａは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２７Ｂは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２７Ｃは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２７Ｄは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。図２７Ｅは、本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図２８は、市場イメージを説明する図である。
図２９Ａは、二次電池の充電時間を示す図である。図２９Ｂは、二次電池の充電時間を示す図である。
図３０Ａは、二次電池の充電時間を示す図である。図３０Ｂは、二次電池の充電時間を示す図である。
図３１Ａは、二次電池の充電カーブである。図３１Ｂは、二次電池の充電カーブである。図３１Ｃは、二次電池の充電カーブである。
図３２は、二次電池の充電時間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】  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。
【００３４】  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。
【００３５】  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。
【００３６】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の蓄電装置の一例を示す。
【００３７】  図１に示す蓄電装置１００は、制御回路１０１と、基準生成回路１０２と、タイマー回路１０３と、レギュレータ１０４と、電源１０５と、抵抗素子１３１と、二次電池１２１と、を有する。
【００３８】  制御回路１０１は、基準生成回路１０２およびタイマー回路１０３に信号を与える。また、制御回路１０１は二次電池１２１の充電を行う機能を有する。
【００３９】  抵抗素子１３１は二次電池１２１と電気的に直列に接続される。制御回路１０１は抵抗素子１３１の両端に電気的に接続されることが好ましい。制御回路１０１は抵抗素子１３１に流れる電流を計測する機能を有する。抵抗素子１３１に流れる電流は例えば、二次電池１２１に流れる電流とおおよそ一致する。
【００４０】  基準生成回路１０２は、制御回路１０１から与えられた信号に基づきタイマー回路１０３に基準電圧および基準電流（Ｖｒｅｆ、Ｉｒｅｆ（Ｄｉｇｉｔａｌ））を与える。また、基準生成回路１０２は与えられるデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する。基準電圧および基準電流等の信号がデジタル信号として制御回路１０１から与えられる場合には、アナログ信号に変換してタイマー回路１０３に与えることができる。
【００４１】  タイマー回路１０３は与えられた基準電圧および基準電流（Ｖｒｅｆ、Ｉｒｅｆ（Ａｎａｌｏｇ））に基づき、二次電池１２１の定電流充電時間および定電圧充電時間を計測する機能、あるいは監視する機能を有する。タイマー回路１０３は、基準生成回路１０２から与えられる電流Ｉｒｅｆを用いて、後述する電流Ｉｓｓ１、電流Ｉｓｓ２および電流Ｉｓｓ３等を生成することもできる。
【００４２】  タイマー回路１０３は与えられたアナログ信号を保持する機能を有する。また、与えられた二以上のアナログ信号の比較を行う機能を有する。また、与えられたアナログ信号に対応する時間を算出する機能を有する。
【００４３】  図２Ａおよび図２Ｂにはタイマー回路１０３の構成の一例を示す。図２Ａに示すタイマー回路１０３は、電流供給部１９１と、容量素子１６１と、コンパレータ１６４を有する。電流供給部１９１は、スイッチ１６２と、定電流源１６３を有する。スイッチ１６２の一方の電極は接地電位に電気的に接続され、定電流源１６３の一方の電極は高電位信号Ｖｄｄに電気的に接続される。コンパレータ１６４の非反転入力端子を端子ＩＮ１とし、出力端子を端子ＯＵＴとする。図２Ａにおいて、端子ＩＮ１には、容量素子１６１の一方の電極と、スイッチ１６２の他方の電極と、定電流源１６３の他方の電極と、が電気的に接続される。また、容量素子１６１の他方の電極は接地電位に電気的に接続される。なお本実施の形態において、接地電位に替えて低電位信号を用いてもよい。
【００４４】  図２Ａに示す電流源をソース型電流源と呼ぶ場合がある。
【００４５】  図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すタイマー回路１０３はＯＳトランジスタを有することが好ましい。ＯＳトランジスタについては後述する。タイマー回路１０３がＯＳトランジスタを有することにより、与えられたアナログ信号を保持することが可能となる。タイマー回路１０３が信号を保持する機能を有することにより、パワーゲーティングが可能となる。パワーゲーティングのための信号ＰＧは制御回路１０１から基準生成回路１０２に与えられる。
【００４６】  図２Ｂは、パワーゲーティングが可能なタイマー回路１０３の構成の一例を示す。図２Ｂに示すタイマー回路１０３は、記憶素子１５９を有する点が図２Ａと異なる。コンパレータ１６４の反転入力端子にはトランジスタ１６５のソースまたはドレインの一方が接続される。記憶素子１５９はトランジスタ１６５および容量素子１６０を有する。ここで図２Ｂにおいてトランジスタ１６５のソースまたはドレインの一方をノードＮＤと呼ぶ。トランジスタ１６５をＯＳトランジスタとし、トランジスタ１６５をオフ状態とすることにより、反転入力端子に与えられた電位を長時間に渡り、ノードＮＤに保持することができる。ノードＮＤには容量素子１６０の一方の電極が電気的に接続されることが好ましい。容量素子１６０の他方の電極は例えば接地電位に接続される。トランジスタ１６５をオフ状態とする期間においては、基準生成回路１０２からタイマー回路１０３へ信号を与えなくてもよい。よって、該期間においては基準生成回路１０２に信号ＰＧが与えられ、与えられた信号に基づく動作が行われることが好ましい。基準生成回路１０２に信号ＰＧが与えられることにより例えば、基準生成回路１０２の電源を遮断する。あるいは、基準生成回路１０２の一部の電源を遮断する。あるいは、基準生成回路１０２に与える電圧の少なくとも一部を低電位信号、例えば接地信号とする。パワーゲーティングにより、基準生成回路１０２の消費電流を極めて低くすることができる。
【００４７】  図２Ｂに示す電流源をソース型電流源と呼ぶ場合がある。
【００４８】  図１に示すレギュレータ１０４については後述する。
【００４９】  なお、本明細書等において、本発明の一態様の電池制御回路、または当該電池制御回路を備えた蓄電装置をＢＴＯＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ、またはＢａｔｔｅｒｙ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称する場合がある。ＢＴＯＳは、低い消費電力によりシステムを構築できる場合がある。ＢＴＯＳは、簡便な回路によりシステムを構築できる場合がある。
【００５０】＜充電時間＞
本発明の一態様の蓄電装置は、マイクロショートを検知、あるいはマイクロショートの予兆を検知し、二次電池の安全性を高めることが好ましい。
【００５１】  発明者らは、二次電池の充電等において、マイクロショートが示唆される現象が観測される前には、充電時間が長くなることを見出した。マイクロショートが示唆される現象の一例としては、充電電圧の急激な低下が挙げられる。マイクロショートが示唆される現象が観測される前、とは例えばマイクロショートが示唆される充電の１サイクル前の充電、あるいは３サイクル前から１サイクル前の間の充電の少なくともいずれかを指す。充電時間が長いとは例えば、二次電池あるいは蓄電装置の出荷後の充電における充電時間に比べて長い、あるいは１０サイクル以上前の充電における充電時間に比べて長い、等を指す。
【００５２】  なお、充電時間は、二次電池の温度（例えば二次電池が有する温度センサの温度）、二次電池の使用に伴う劣化等により依存するため、例えばそのような変化要因を加味して充電時間を考慮した上でも想定外に充電時間が長くなる場合には、マイクロショートが生じていると判断することができる。
【００５３】  よって二次電池において、充電時間を監視し、所定の時間より長い場合には例えば、二次電池の動作を停止する、あるいは二次電池の動作を制限する、より具体的には例えば二次電池の電圧範囲を狭くする、等を行うことにより、マイクロショートを抑制して二次電池の安全性を高めることができる。
【００５４】  マイクロショートと充電時間との関係は例えば次のように考察することができる。マイクロショートが生じると、充電において電圧が上昇しづらくなり、定電流（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ：以下、ＣＣ）充電の時間が長くなると考えられる。また、定電圧（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ：以下、ＣＶ）充電においては、ショート電流が流れることにより充電電流が下限まで到達する時間が長くなると考えられる。
【００５５】  ＣＣ充電に比べて、ＣＶ充電ではより顕著にマイクロショートの影響が表れやすい場合がある。
【００５６】  本発明の一態様の蓄電装置は、マイクロショートの検知の他に、二次電池のＳＯＨ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ：健全度とも呼ぶ）を評価することができる。ＳＯＨは二次電池が新品の状態を１００として、その二次電池の劣化が進行するにつれて１００よりも小さなあたいとして表している。二次電池の劣化に伴い、ＣＶ充電の時間が長くなる場合がある。例えば充電の時間を観測し、テーブル等に保存されたデータとの比較等を行うことにより、ＳＯＨを算出することができる。
【００５７】  以下に、ＣＣ充電およびＣＶ充電について説明する。
【００５８】［充放電方法］
二次電池の充放電は、例えば下記のように行うことができる。
【００５９】  まず、充電方法の１つとしてＣＣ充電について説明する。ＣＣ充電は、充電期間のすべてで一定の電流を二次電池に流し、所定の電圧になったときに充電を停止する充電方法である。二次電池を、図１１Ａに示すように内部抵抗Ｒと二次電池容量Ｃの等価回路と仮定する。この場合、二次電池電圧ＶＢは、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲと二次電池容量Ｃにかかる電圧ＶＣの和である。
【００６０】  ＣＣ充電を行っている間は、図１１Ａに示すように、スイッチがオンになり、一定の電流Ｉが二次電池に流れる。この間、電流Ｉが一定であるため、ＶＲ＝Ｒ×Ｉのオームの法則により、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲも一定である。一方、二次電池容量Ｃにかかる電圧ＶＣは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧ＶＢは、時間の経過とともに上昇する。
【００６１】  そして二次電池電圧ＶＢが所定の電圧、例えば４．３Ｖになったときに、充電を停止する。ＣＣ充電を停止すると、図１１Ｂに示すように、スイッチがオフになり、電流Ｉ＝０となる。そのため、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲが０Ｖとなる。そのため、二次電池電圧ＶＢが下降する。
【００６２】  ＣＣ充電を行っている間と、ＣＣ充電を停止してからの、二次電池電圧ＶＢと充電電流の例を図１１Ｃに示す。ＣＣ充電を行っている間は上昇していた二次電池電圧ＶＢが、ＣＣ充電を停止してから若干低下する様子が示されている。
【００６３】  次に、上記と異なる充電方法であるＣＣＣＶ充電について説明する。ＣＣＣＶ充電は、まずＣＣ充電にて所定の電圧まで充電を行い、その後、ＣＶ充電にて流れる電流が少なくなるまで、具体的には終止電流値になるまで充電を行う充電方法である。
【００６４】  ＣＣ充電を行っている間は、図１２Ａに示すように、定電流電源のスイッチがオン、定電圧電源のスイッチがオフになり、一定の電流Ｉが二次電池に流れる。この間、電流Ｉが一定であるため、ＶＲ＝Ｒ×Ｉのオームの法則により、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲも一定である。一方、二次電池容量Ｃにかかる電圧ＶＣは、時間の経過とともに上昇する。そのため、二次電池電圧ＶＢは、時間の経過とともに上昇する。
【００６５】  そして二次電池電圧ＶＢが所定の電圧、例えば４．３Ｖになったときに、ＣＣ充電からＣＶ充電に切り替える。ＣＶ充電を行っている間は、図１２Ｂに示すように、定電圧電源のスイッチがオン、定電流電源のスイッチがオフになり、二次電池電圧ＶＢが一定となる。一方、二次電池容量Ｃにかかる電圧ＶＣは、時間の経過とともに上昇する。ＶＢ＝ＶＲ＋ＶＣであるため、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲは、時間の経過とともに小さくなる。内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲが小さくなるに従い、ＶＲ＝Ｒ×Ｉのオームの法則により、二次電池に流れる電流Ｉも小さくなる。
【００６６】  そして二次電池に流れる電流Ｉが所定の電流、例えば０．０１Ｃ相当の電流となったとき、充電を停止する。ＣＣＣＶ充電を停止すると、図１２Ｃに示すように、全てのスイッチがオフになり、電流Ｉ＝０となる。そのため、内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲが０Ｖとなる。しかし、ＣＶ充電により内部抵抗Ｒにかかる電圧ＶＲが十分に小さくなっているため、内部抵抗Ｒでの電圧降下がなくなっても、二次電池電圧ＶＢはほとんど降下しない。
【００６７】  ＣＣＣＶ充電を行っている間と、ＣＣＣＶ充電を停止してからの、二次電池電圧ＶＢと充電電流の例を図１３Ａに示す。ＣＣＣＶ充電を停止しても、二次電池電圧ＶＢがほとんど降下しない様子が示されている。
【００６８】  次に、放電方法の１つであるＣＣ放電について説明する。ＣＣ放電は、放電期間のすべてで一定の電流を二次電池から流し、二次電池電圧ＶＢが所定の電圧、例えば２．５Ｖになったときに放電を停止する放電方法である。
【００６９】  ＣＣ放電を行っている間の二次電池電圧ＶＢと放電電流の例を図１３Ｂに示す。放電が進むに従い、二次電池電圧ＶＢが降下していく様子が示されている。
【００７０】  次に、放電レート及び充電レートについて説明する。放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率であり、単位Ｃで表される。定格容量Ｘ（Ａｈ）の電池において、１Ｃ相当の電流は、Ｘ（Ａ）である。２Ｘ（Ａ）の電流で放電させた場合は、２Ｃで放電させたといい、Ｘ／５（Ａ）の電流で放電させた場合は、０．２Ｃで放電させたという。また、充電レートも同様であり、２Ｘ（Ａ）の電流で充電させた場合は、２Ｃで充電させたといい、Ｘ／５（Ａ）の電流で充電させた場合は、０．２Ｃで充電させたという。
【００７１】＜蓄電装置の動作例＞
図３は本発明の一態様の蓄電装置の動作の一例を示すフローチャートである。また図４Ａおよび図４Ｂには信号ＲＥＳＥＴ、端子ＩＮ１および端子ＯＵＴの状態を表すタイミングチャートの一例を示す。図４Ａおよび図４Ｂにおいて高電位信号をＨｉ、低電位信号をＬｏと示す。
【００７２】  まずステップＳ０００において、処理が開始される。
【００７３】  次に、ステップＳ００１において、充電のモードが選択される。例えば、ＣＣ充電およびＣＶ充電のいずれかが選択される。
【００７４】  次に、ステップＳ００２において、充電の基準時間が設定される。充電のモードがＣＣ充電であれば定電流充電の基準時間ｔｃが設定され、ＣＶ充電であれば定電圧充電の基準時間ｔｖが設定される。より具体的には例えば、基準生成回路１０２からタイマー回路１０３に、設定された基準時間に対応する電圧Ｖｒｅｆ１および電流Ｉｓｓ１が与えられる。電圧Ｖｒｅｆ１はコンパレータ１６４の反転入力端子に、電流Ｉｓｓ１は定電流源１６３に与えられる。
【００７５】  充電時間に対応する電圧および電流は次のように求められる。容量素子１６１の容量値を容量値Ｃａ１とする。電流Ｉｓｓ１と時間ｔｒの積は、容量値Ｃａ１と電圧Ｖｒｅｆ１の積に等しくなる。この関係を利用して、充電時間ｔｒが所望の値となるように電流Ｉｓｓ１および電圧Ｖｒｅｆ１を決定する。
【００７６】  基準時間は例えば、想定される充電時間にある一定のマージンを追加した値である。基準時間ｔｃおよび基準時間ｔｖは例えばあらかじめ決められた値を用いてもよいし、前回の充電時に計測された充電時間にある所定の時間を加えた値を用いてもよい。基準時間ｔｃおよび基準時間ｔｖは例えば、テーブルに保存することができる。テーブルは例えば、揮発性メモリ、および不揮発性メモリのいずれかあるいは両方を有する。メモリとして後述のＤＯＳＲＡＭ、ＮＯＳＲＡＭ等を用いてもよい。
【００７７】  基準時間ｔｃは例えば、充電開始時の二次電池の電圧に応じて値を決定すればよい。二次電池の残容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）に依存して充電開始時の電圧が変化する。テーブルには、充電開始時の電圧に応じた基準時間ｔｃが保存されることが好ましい。充電開始電圧として例えば、充電開始後、ある一定の時間、例えば数秒が経過した後の電圧とすることができる。
【００７８】  また、充電時間は二次電池の温度Ｔｂに依存するため例えば、テーブルには温度に対応した基準時間が保存されることが好ましい。テーブルには例えば数条件、ここでは例として３つの温度に対応した基準時間を保存し、テーブルに保存された温度以外の基準時間については、テーブルに保存された値を用いて、制御回路１０１等が有する演算回路により求められてもよい。
【００７９】  温度Ｔｂの依存性と、残容量ＳＯＣの依存性と、をある係数として定め、前回の充電時に計測された充電時間にそれらの係数を乗算した値を基準時間として用いてもよい。
【００８０】  また基準時間ｔｖについては、温度Ｔｂと、実測されたＣＣ充電の時間と、を用いて算出してもよい。
【００８１】  また、内部抵抗により二次電池の電圧が上昇（あるいは降下）する場合がある。電圧の上昇量（あるいは降下量）は内部抵抗および電流密度に依存する。二次電池の電圧として開回路電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）を用いることにより、内部抵抗の影響を抑制できる場合がある。よって、二次電池の充電開始時の電圧として、ＯＣＶを用いることができる。あるいは、ある所定の電流密度における電圧を用いることが好ましい。あるいは、基準時間を求める際に、電流密度による電圧の上昇量を加味することが好ましい。
【００８２】  次に、ステップＳ００３ではリセット動作が行われる（図４Ａおよび図４Ｂの時刻ｔ１）。具体的には、制御回路１０１からタイマー回路１０３へ信号ＲＥＳＥＴが与えられる。例えば図４Ａおよび図４Ｂに示すように高電位信号が与えられる。タイマー回路１０３は、信号ＲＥＳＥＴが与えられることによりスイッチ１６２がオン状態となる。スイッチ１６２がオン状態となることにより、端子ＩＮに接地電位が与えられる。
【００８３】  ステップＳ００４において、充電が開始され、スイッチ１６２をオフ状態とし、充電時間ｔｂの計測が開始される（図４Ａおよび図４Ｂの時刻ｔ２）。充電が開始されると例えば、信号ＲＥＳＥＴが低電位となりスイッチ１６２がオフ状態となる。なおここで充電時間は、タイマー回路１０３において端子ＩＮ１の電圧を計測することにより得られる。すなわちステップＳ００４では端子ＩＮ１の電圧（以下、電圧Ｖｉｎ）の計測を行えばよい。
【００８４】  次に、ステップＳ００５において、電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｒｅｆ１を超える場合（図４Ｂの時刻ｔ４）にはステップＳ００６へ、超えない場合にはステップＳ００８へ進む。ここでは電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｒｅｆ１を超えることはすなわち、設定された充電の基準時間よりも充電時間が長いことに相当する。電圧Ｖｉｎが電圧Ｖｒｅｆ１を超える場合にはコンパレータ１６４の出力端子ＯＵＴから例えば高電位信号が出力され、超えない場合には逆極性の信号、ここでは例えば低電位信号Ｌｏが出力される。
【００８５】  次に、ステップＳ００６において、蓄電装置１００は使用者に警告を発する。警告は例えば、蓄電装置１００が有する表示部に表示されてもよいし、蓄電装置１００が有するスピーカーから警告音が発せられてもよい。なおステップＳ００６においては、スイッチ１６２は例えば、オフ状態のままであるが、オン状態としてもよい。
【００８６】  あるいは、ステップＳ００６において、蓄電装置１００は、二次電池１２１の充電を停止してもよい。
【００８７】  ステップＳ００８において、現在の充電モードを終了するかの判断が行われる。該判断は例えば、制御回路１０１により行われる。現在の充電モードが終了される場合はステップＳ００９へ進み、終了されない場合はステップＳ００４へ戻る。
【００８８】  ステップＳ００９において、信号ＲＥＳＥＴが制御回路１０１からタイマー回路１０３へ与えられ、スイッチ１６２がオン状態となり、リセット動作が行われる（図４Ａの時刻ｔ３）。
【００８９】  次に、ステップＳ０１０において、引き続き異なる充電モードにおける充電が行われる場合には、ステップＳ００２へ戻り、充電が行われない場合にはステップＳ０９９に進む。
【００９０】  ステップＳ０９９において、処理を終了する。
【００９１】＜レギュレータ＞
図１に示すように、蓄電装置１００はレギュレータ１０４を有することが好ましい。レギュレータ１０４は例えば、与えられた信号を基に所望の電圧を出力する機能を有する。またレギュレータ１０４は、与えられた電圧を降圧、あるいは昇圧する機能を有することが好ましい。
【００９２】  図１に示すレギュレータ１０４について説明する。レギュレータ１０４は、降圧型のパワーステージである。レギュレータ１０４は、トランジスタ１５２、トランジスタ１５３およびコイル１５６を有する。トランジスタ１５２のソースおよびドレインの一方は、二次電池１２１の負極および電源の負極に電気的に接続される。トランジスタ１５３のソースおよびドレインの一方は、電源の正極に電気的に接続される。トランジスタ１５２のソースおよびドレインの他方は、トランジスタ１５３のソースおよびドレインの他方と電気的に接続される。コイル１５６の一方の電極は抵抗素子１３１を介して二次電池１２１の正極と電気的に接続される。コイル１５６の他方の電極は、トランジスタ１５２のソースおよびドレインの他方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１５２およびトランジスタ１５３のゲート電極にはそれぞれ制御回路１０１からの信号が与えられる。
【００９３】＜タイマー回路の変形例＞
タイマー回路１０３の変形例について、図５乃至図９を用いて説明する。
【００９４】  図５Ａに示すタイマー回路１０３は、図２Ａに示す電流供給部１９１に替えて電流供給部１９２を有する。電流供給部１９２はスイッチ１６２と定電流源１６３を有する。スイッチ１６２の一方の電極は高電位信号Ｖｒｅｆ２に電気的に接続され、定電流源１６３の一方の電極は接地電位に電気的に接続される。スイッチ１６２の他方の電極と定電流源１６３の他方の電極は容量素子１６１の一方の電極に電気的に接続される。また、図５Ａにおいて、容量素子１６１の一方の電極はコンパレータ１６４の反転入力端子である端子ＩＮ２に電気的に接続される。コンパレータ１６４の非反転入力端子には記憶素子１５９を介して、電圧Ｖｒｅｆ１１が与えられる。
【００９５】  図５Ｂには、図５Ａに示すタイマー回路１０３における信号ＲＥＳＥＴ、端子ＩＮ２および端子ＯＵＴの状態を表すタイミングチャートの一例を示す。時刻ｔ１において、信号ＲＥＳＥＴがスイッチ１６２に与えられ、端子ＩＮ２に高電位信号Ｖｒｅｆ２が与えられる。時刻ｔ２において充電が開始される。図５Ａに示すタイマー回路１０３においては、定電流源１６３に電流が流れるのに伴い、端子ＩＮ２の電圧が徐々に低下する。
【００９６】  時刻ｔ４において、端子ＩＮ２の電圧が電圧Ｖｒｅｆ１１よりも低くなる、すなわち充電の基準時間よりも充電が長くなると、端子ＯＵＴから高電位信号が出力される。図５Ｂにおいて高電位信号をＨｉ、低電位信号をＬｏと示す。
【００９７】  図６Ａに示すタイマー回路１０３は、図２Ａに示すタイマー回路１０３に加えて、カウンタ１０６を有する。カウンタ１０６には信号ＲＥＳＥＴが与えられ、信号ＲＥＳＥＴにより例えば、カウント数がリセットされる。コンパレータ１６４の端子ＯＵＴは、カウンタ１０６に入力される。カウンタ１０６に端子ＯＵＴから信号（例えば高電位信号）が与えられると、カウンタ１０６のカウント数が１回増える（カウントアップ）。また、端子ＯＵＴからの高電位信号により、スイッチ１６６がオン状態となり、容量素子１６１の電圧が接地電位となる。タイマー回路１０３がカウンタ１０６を有することにより、二次電池の充電時間に対応するカウント数を、タイマー回路１０３の出力端子である端子ＯＵＴ２から出力することができる。
【００９８】  図６Ｂに示すタイマー回路１０３は、図６Ａに示すタイマー回路１０３において、電流供給部１９１を電流供給部１９２に替えた構成を有する。
【００９９】  図７に示すタイマー回路１０３は、電流供給部１９３と、容量素子１６１と、コンパレータ１７１と、コンパレータ１７２と、カウンタ１０６と、ＮＡＮＤ回路１７８と、ＮＡＮＤ回路１７９と、を有する。
【０１００】  電流供給部１９３は、スイッチ１６２、定電流源１６７、スイッチ１６８、スイッチ１６９および定電流源１７０を有する。定電流源１６７、スイッチ１６８、スイッチ１６９および定電流源１７０は定電流源１６７、スイッチ１６８、スイッチ１６９、定電流源１７０の順に電気的に直列に接続され、定電流源１６７においてスイッチ１６８と電気的に接続されない方の電極は接地電位に電気的に接続され、定電流源１７０においてスイッチ１６９に電気的に接続されない方の電極は高電位信号Ｖｄｄに電気的に接続される。スイッチ１６２の一方の電極は高電位信号Ｖｄｄに電気的に接続され、他方の電極はスイッチ１６９、スイッチ１６８および容量素子１６１の一方の電極に電気的に接続される。
【０１０１】  容量素子１６１の一方の電極はコンパレータ１７１の非反転入力端子およびコンパレータ１７２の反転入力端子に電気的に接続される。コンパレータ１７１の反転入力端子には電圧Ｖｒｅｆ１が与えられ、コンパレータ１７２の非反転入力端子には高電位信号Ｖｒｅｆ２が与えられる。なお図７に示す通り、電圧Ｖｒｅｆ１および高電位信号Ｖｒｅｆ２はそれぞれ、記憶素子１５９を介してコンパレータの端子に与えられてもよい。ＮＡＮＤ回路１７８の第１の入力にはコンパレータ１７１の出力信号が与えられ、第２の入力にはＮＡＮＤ回路１７９の出力が与えられる。ＮＡＮＤ回路１７９の第１の入力にはコンパレータ１７２の出力信号が与えられ、第２の入力にはＮＡＮＤ回路１７８の出力が与えられる。ＮＡＮＤ回路１７９の出力はカウンタ１０６に入力される。カウンタ１０６の端子ＯＵＴ２からカウント数が出力される。
【０１０２】  図７に示すタイマー回路１０３の動作の一例について示す。信号ＱＢは信号Ｑの逆位相の信号である。
【０１０３】  信号ＲＥＳＥＴとして高電位信号が与えられる場合には、スイッチ１６２がオン状態となり、容量素子１６１に高電位信号Ｖｄｄが与えられる。また、信号ＲＥＳＥＴによりカウンタ１０６をリセットする。
【０１０４】  次に、信号ＲＥＳＥＴとして低電位信号が与えられ、スイッチ１６２がオフ状態となる。
【０１０５】  信号Ｑが高電位の場合には、スイッチ１６８がオン状態となり、スイッチ１６９がオフ状態となり、容量素子１６１は定電流源１６７に電気的に接続され、定電流源１６７は接地電位に電気的に接続されるため、容量素子１６１の電圧は徐々に低下する。容量素子１６１の電圧がＶｒｅｆ１より低くなるとコンパレータ１７１から低電位信号が出力され、信号Ｑと信号ＱＢの信号が反転し、信号ＱＢが高電位となる。
【０１０６】  信号ＱＢが高電位となると、スイッチ１６９がオン状態となり、スイッチ１６８がオフ状態となり、容量素子１６１は定電流源１７０に電気的に接続され、定電流源１７０は高電位信号Ｖｄｄに電気的に接続されるため、容量素子１６１の電圧が徐々に上昇する。容量素子１６１の電圧が高電位信号Ｖｒｅｆ２より高くなるとコンパレータ１７２より低電位信号が出力され、信号Ｑと信号ＱＢの信号が反転し、信号Ｑが高電位となる。カウンタ１０６に与えられる信号Ｑがふたたび高電位となるため、カウンタ１０６のカウント数が１回増える。
【０１０７】  このように、電流源としてソース型電流源とシンク型電流源と組み合わせることにより、容量素子１６１の電圧は電圧Ｖｒｅｆ１から高電位信号Ｖｒｅｆ２までの範囲において、増加と減少を交互に繰り返すため、カウンタ１０６に与えられる信号は高電位と低電位を交互に繰り返し、発振する。
【０１０８】  図８Ａには電流供給部１９２に適用可能な具体例を示す。電流供給部１９２は定電流源１７３、容量素子１７４およびトランジスタ１８１乃至トランジスタ１８４を有する。定電流源１７３の一方の電極は高電位信号Ｖｄｄに、他方の電極はトランジスタ１８１のソースおよびドレインの一方と、ゲートとに、それぞれ電気的に接続され、トランジスタ１８１のソースおよびドレインの他方は接地電位に電気的に接続され、トランジスタ１８２のソースおよびドレインの一方はトランジスタ１８１のゲートに、他方はトランジスタ１８３のゲートおよび容量素子１７４の一方の電極に、それぞれ電気的に接続され、容量素子１７４の他方の電極は接地電位に電気的に接続され、トランジスタ１８２のゲートおよびトランジスタ１８４のゲートにはそれぞれ、信号ＲＥＳＥＴが与えられ、トランジスタ１８３のソースおよびドレインの一方は接地電位に、他方はトランジスタ１８４のソースおよびドレインの一方と、容量素子１６１の一方の電極とに、それぞれ電気的に接続され、トランジスタ１８４のソースおよびドレインの他方には高電位信号Ｖｄｄが与えられる。
【０１０９】  図８Ａに示す回路の動作の一例について説明する。図８Ａにおいて、信号ＲＥＳＥＴとして高電位信号が与えられる場合には、トランジスタ１８１、トランジスタ１８２、トランジスタ１８３およびトランジスタ１８４がオン状態となり、定電流源１７３に流れる電流Ｉｒｅｆに応じた電流Ｉｓｓ１がトランジスタ１８３およびトランジスタ１８４に流れる。電流Ｉｒｅｆと電流Ｉｓｓ１との比は、トランジスタ１８１とトランジスタ１８３のサイズの比（チャネル長の逆数、チャネル幅、等）に応じて変化する。トランジスタ１８２に流れる電流により、容量素子１７４に電荷が蓄積される。電流Ｉｓｓ１により、容量素子１６１に電荷が蓄積される。
【０１１０】  次に、信号ＲＥＳＥＴとして低電位信号が与えられる場合には、トランジスタ１８１、トランジスタ１８２およびトランジスタ１８４はオフ状態となり、トランジスタ１８３のゲートには容量素子１７４に蓄積された電荷に応じた電圧が与えられ、トランジスタ１８３はオン状態となる。容量素子１６１に蓄積された電荷がトランジスタ１８３に流れ、容量素子１６１の電圧は徐々に低下する。
【０１１１】  図８Ｂには電流供給部１９１に適用可能な具体例を示す。電流供給部１９１は定電流源１７３、容量素子１７５、トランジスタ１８１およびトランジスタ１８５乃至トランジスタ１９０を有する。定電流源１７３の一方の電極には高電位信号Ｖｄｄが与えられ、他方の電極はトランジスタ１８１のソースおよびドレインの一方と、ゲートと、トランジスタ１８５のソースおよびドレインの一方と、に電気的に接続され、トランジスタ１８５のソースおよびドレインの他方は接地電位に電気的に接続され、トランジスタ１８６のソースおよびドレインの一方には高電位信号Ｖｒｅｆ３が与えられ、他方は容量素子１７５の一方の電極と、トランジスタ１８８のゲートと、に電気的に接続され、トランジスタ１８８のソースおよびドレインの一方には高電位信号Ｖｄｄが与えられ、他方にはトランジスタ１８７のソースおよびドレインの一方と、トランジスタ１９０のソースおよびドレインの一方が電気的に接続され、トランジスタ１８７のソースおよびドレインの他方は接地電位に電気的に接続され、トランジスタ１８８のソースおよびドレインの他方は容量素子１７５の他方の電極に電気的に接続され、トランジスタ１９０のソースおよびドレインの他方は、容量素子１６１の一方の電極に電気的に接続される。信号ＲＥＳＥＴはトランジスタ１８６のゲートに与えられ、信号ＲＥＳＥＴＢはトランジスタ１８５のゲートおよびトランジスタ１９０のゲートに与えられる。
【０１１２】  信号ＲＥＳＥＴＢは信号ＲＥＳＥＴと逆位相の信号である。逆位相の信号であるとは例えば、一方の信号から高電位信号が出力される場合には他方の信号から低電位信号が出力されることを指す。
【０１１３】  図８Ｂに示す回路の動作の一例について説明する。図８Ｂにおいて、信号ＲＥＳＥＴとして高電位信号が与えられる場合には、トランジスタ１８８のゲートに電圧Ｖｒｅｆ３が与えられ、トランジスタ１８１、トランジスタ１８７およびトランジスタ１８８がオン状態となり、定電流源１７３を流れる電流Ｉｒｅｆに応じた電流Ｉｓｓ１がトランジスタ１８８およびトランジスタ１８７に流れる。電流Ｉｒｅｆと電流Ｉｓｓ１との比は、トランジスタ１８１とトランジスタ１８７の比と、に応じて変化する。
【０１１４】  次に、信号ＲＥＳＥＴとして低電位信号が与えられる場合には、トランジスタ１８６がオフ状態となりトランジスタ１８８のゲートには容量素子１７５に蓄積される電荷に応じた電圧が保持されてトランジスタ１８８がオン状態となる。また、トランジスタ１９０がオン状態、トランジスタ１８７がオフ状態となる。よって、容量素子１６１にはトランジスタ１８８に流れる電流Ｉｓｓ１が与えられ、容量素子１６１の電圧は徐々に上昇する。
【０１１５】  図８Ａおよび図８Ｂにおいて信号ＲＥＳＥＴとして低電位信号が与えられる期間は、定電流源１７３から電流を供給する必要がないため、定電流源１７３を停止することができる。よって、信号ＲＥＳＥＴとして低電位信号が与えられる期間においては基準生成回路１０２のパワーゲーティングが可能となる。
【０１１６】  ＯＳトランジスタは、オフ電流を低くすることができるため、オン電流についても、高い値から低い値まで広い範囲を用いることができる。オン電流として、低い値まで制御することができるため、例えば１０−１０Ａ／μｍ以下の電流をオン電流として用いることができる場合がある。よって図８Ａのトランジスタ１８３およびトランジスタ１８４、および図８Ｂのトランジスタ１８７および１８８にＯＳトランジスタを用いることにより、容量素子１６１の容量値を小さくすることができ、例えば容量素子１６１の面積を小さくすることができる。よって、回路の縮小を図ることができる。
【０１１７】  トランジスタ１８１乃至トランジスタ１８８、およびトランジスタ１９０にＯＳトランジスタを適用してもよい。
【０１１８】  ＯＳトランジスタは温度変化によるしきい値の変動が小さく、例えば二次電池のように広い温度範囲で使われる装置に適する場合がある。
【０１１９】  図９には電流供給部１９３に適用可能な具体例を示す。電流供給部１９３は、図８Ａに示す電流供給源と、図８Ｂに示す電流供給源を組み合わせた構成を有する。
【０１２０】  電流供給部１９３において、定電流源１７３、トランジスタ１８１、トランジスタ１８２、容量素子１７４、トランジスタ１８３のそれぞれの電気的な接続については図８Ａを参照することができる。トランジスタ１８６、容量素子１７５、トランジスタ１８８のそれぞれの電気的な接続については図８Ｂを参照することができる。トランジスタ１９４のゲートには信号ＲＥＳＥＴが与えられ、トランジスタ１９４のソースおよびドレインの一方は、トランジスタ１８３のソースおよびドレインの他方と、トランジスタ１９５のソースおよびドレインの一方と、に電気的に接続され、トランジスタ１９４のソースおよびドレインの他方はトランジスタ１９６のソース及びドレインの一方と、トランジスタ１８８のソースおよびドレインの他方の電極と、に電気的に接続される。トランジスタ１９５のゲートには信号Ｑが与えられ、トランジスタ１９６のゲートには信号ＱＢが与えられる。トランジスタ１９０のゲートには信号ＲＥＳＥＴＢが与えられ、トランジスタ１９０のソースおよびドレインの一方はトランジスタ１９５のソースおよびドレインの他方と、トランジスタ１９６のソースおよびドレインの他方と、が電気的に接続され、トランジスタ１９０のソースおよびドレインの他方はトランジスタ１９７のソースおよびドレインの一方と、容量素子１６１の一方の電極と、に電気的に接続される。トランジスタ１９７のソースおよびドレインの他方には電圧Ｖｒｅｆ１が与えられる。トランジスタ１９７のゲートには信号ＲＥＳＥＴが与えられる。
【０１２１】＜蓄電装置の変形例＞
図１０に示す蓄電装置１００は、図１に示す構成に加えて、保護回路１３７、トランジスタ１４０およびトランジスタ１５０を有する。
【０１２２】  保護回路１３７は制御回路１０１と電気的に接続され、制御回路１０１との信号の授受を行うことが好ましい。
【０１２３】  保護回路１３７は、二次電池１２１がある定められた条件を満たす場合に、二次電池の動作を停止する機能を有する。例えば、二次電池１２１の電流がある値を超える場合に、その動作を停止する。また例えば、二次電池１２１の電圧がある値以上、あるいはある値以下となる場合に、その動作を停止する。
【０１２４】  保護回路１３７は、二次電池１２１の動作を停止する場合に、二次電池１２１の両極を短絡させる経路を有してもよい。該経路に、抵抗素子または容量素子を設けてもよい。図１０に示すトランジスタ１４０及びトランジスタ１５０は、電流を遮断するスイッチとして機能し、保護回路１３７が二次電池１２１を停止させると判断した場合に、スイッチを作動させる。トランジスタ１４０及びトランジスタ１５０として寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴを用いることができる。また、トランジスタ１４０及びトランジスタ１５０として、ＯＳトランジスタを用いてもよい。また蓄電装置１００はトランジスタ１４０及びトランジスタ１５０のいずれかを有さない構成としてもよい。
【０１２５】  保護回路１３７とタイマー回路１０３は例えば、同一チップ内に設けられる構成とすることができる。同一チップ内とは例えば、同じシリコン基板上、あるいは同じガラス基板上に両回路が設けられる構成を指す。
【０１２６】  あるいは、保護回路１３７とタイマー回路１０３は例えば、同一パッケージ内に設けられる構成とすることができる。同一パッケージ内とは例えば、それぞれの回路を有する２つのチップが同一プリント基板上に設けられる構成を指す。
【０１２７】  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。
【０１２８】（実施の形態２）
上記実施の形態で説明した電池制御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。
【０１２９】  図１４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１６Ａはトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図１６Ｂはトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図１６Ｃはトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
【０１３０】  トランジスタ５００は、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。
【０１３１】  トランジスタ５００は例えば、ｎチャネル型トランジスタである。
【０１３２】  本発明の一態様の蓄電装置が有するトランジスタとして、ＯＳトランジスタを適用することができる。また、ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタを任意に組み合わせて適用してもよい。また、全てのトランジスタをＯＳトランジスタまたはＳｉトランジスタとしてもよい。Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）を有するトランジスタなどが挙げられる。
【０１３３】  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。
【０１３４】  またＯＳトランジスタを用いた記憶素子は、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。
【０１３５】  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、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。
【０１３６】  本実施の形態で説明する半導体装置は、図１４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。
【０１３７】  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。
【０１３８】  トランジスタ３００は、図１６Ｃ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。
【０１３９】  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。
【０１４０】  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。
【０１４１】  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。
【０１４２】  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。
【０１４３】  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。
【０１４４】  なお、図１４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１５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。
【０１４５】  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。
【０１４６】  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。
【０１４７】  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。
【０１４８】  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。
【０１４９】  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。
【０１５０】  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。
【０１５１】  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。
【０１５２】  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。
【０１５３】  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。
【０１５４】  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。
【０１５５】  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１４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。
【０１５６】  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。
【０１５７】  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。
【０１５８】  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１４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。
【０１５９】  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、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。
【０１６０】  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１４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。
【０１６１】  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、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。
【０１６２】  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１４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。
【０１６３】  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、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。
【０１６４】  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。
【０１６５】  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。
【０１６６】  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。
【０１６７】  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。
【０１６８】  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。
【０１６９】  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。
【０１７０】  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。
【０１７１】  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。
【０１７２】  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。
【０１７３】  絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
【０１７４】  図１６Ａおよび図１６Ｂ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。
【０１７５】  また、図１６Ａおよび図１６Ｂ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１６Ａおよび図１６Ｂ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１６Ａおよび図１６Ｂ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。
【０１７６】  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。
【０１７７】  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１４、図１６Ａ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。
【０１７８】  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。
【０１７９】  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。
【０１８０】  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。
【０１８１】  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。
【０１８２】  また、本明細書等において、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造は、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面及び周辺が、チャネル形成領域と同じくＩ型であるといった特徴を有する。また、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面及び周辺は、絶縁体５４４と接しているため、チャネル形成領域と同様にＩ型となりうる。なお、本明細書等において、Ｉ型とは後述する高純度真性と同様として扱うことができる。また、本明細書等で開示するＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造およびプレーナ型構造とは異なる。Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとすることができる。
【０１８３】  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。
【０１８４】  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。
【０１８５】  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。
【０１８６】  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５０３ａ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、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１８７】  絶縁体５２０、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。
【０１８８】  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。
【０１８９】  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以上、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。
【０１９０】  また、上記過剰酸素領域を有する絶縁体と、酸化物５３０と、を接して加熱処理、マイクロ波処理、またはＲＦ処理のいずれか一または複数の処理を行っても良い。当該処理を行うことで、酸化物５３０中の水、または水素を除去することができる。例えば、酸化物５３０において、ＶｏＨの結合が切断される反応が起きる、別言すると「ＶＯＨ→ＶＯ＋Ｈ」という反応が起きて、脱水素化することができる。このとき発生した水素の一部は、酸素と結合してＨ２Ｏとして、酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体から除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体５４２に拡散または捕獲（ゲッタリングともいう）される場合がある。
【０１９１】  また、上記マイクロ波処理は、例えば、高密度プラズマを発生させる電源を有する装置、または、基板側にＲＦを印加する電源を有する装置を用いると好適である。例えば、酸素を含むガスを用い、且つ高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを、効率よく酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体中に導入することができる。また、上記マイクロ波処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ以上、さらに好ましくは４００Ｐａ以上とすればよい。また、マイクロ波処理を行う装置内に導入するガスとしては、例えば、酸素と、アルゴンとを用い、酸素流量比（Ｏ２／（Ｏ２＋Ａｒ））が５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下で行うとよい。
【０１９２】  また、トランジスタ５００の作製工程中において、酸化物５３０の表面が露出した状態で、加熱処理を行うと好適である。当該加熱処理は、例えば、１００℃以上４５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上４００℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、もしくは１０％以上含む雰囲気で行う。例えば、加熱処理は酸素雰囲気で行うことが好ましい。これにより、酸化物５３０に酸素を供給して、酸素欠損（ＶＯ）の低減を図ることができる。また、加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、または１０％以上含む雰囲気で行ってもよい。または、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、または１０％以上含む雰囲気で加熱処理した後に、連続して窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理を行っても良い。
【０１９３】  なお、酸化物５３０に加酸素化処理を行うことで、酸化物５３０中の酸素欠損を、供給された酸素により修復させる、別言すると「ＶＯ＋Ｏ→ｎｕｌｌ」という反応を促進させることができる。さらに、酸化物５３０中に残存した水素に供給された酸素が反応することで、当該水素をＨ２Ｏとして除去する（脱水化する）ことができる。これにより、酸化物５３０中に残存していた水素が酸素欠損に再結合してＶＯＨが形成されるのを抑制することができる。
【０１９４】  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。
【０１９５】  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。
【０１９６】  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。
【０１９７】  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。
【０１９８】  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。
【０１９９】  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。
【０２００】  なお、図１６Ａおよび図１６Ｂ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。
【０２０１】  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。酸化物５３０として適用できるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物として、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造を有するＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）−ＯＳ（ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）や、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳを用いることができる。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。
【０２０２】  また、酸化物５３０として例えば、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０２０３】  特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙともいう）を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、金属酸化物中の酸素欠損に水素が入った場合、酸素欠損と水素とが結合しＶＯＨを形成する場合がある。ＶＯＨはドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、金属酸化物中の水素は、熱、電界などのストレスによって動きやすいため、金属酸化物に多くの水素が含まれると、トランジスタの信頼性が悪化する恐れもある。本発明の一態様においては、酸化物５３０中のＶＯＨをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、ＶＯＨが十分低減された金属酸化物を得るには、金属酸化物中の水分、水素などの不純物を除去すること（脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。）と、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（加酸素化処理と記載する場合がある。）が重要である。ＶＯＨなどの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０２０４】  酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【０２０５】  よって、酸化物５３０中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０２０６】  また、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
【０２０７】  酸化物５３０においてチャネル形成領域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。
【０２０８】  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。
【０２０９】  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。
【０２１０】  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。
【０２１１】  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。
【０２１２】  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。
【０２１３】  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。
【０２１４】  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。
【０２１５】  また、図１６Ａ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。
【０２１６】  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。
【０２１７】  また、図１６Ａ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。
【０２１８】  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。
【０２１９】  また、上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）と酸化物５３０が接することで、酸化物５３０中の酸素が電極へ拡散し、導電体が酸化する場合がある。導電体が酸化することで、導電体の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物５３０中の酸素が導電体へ拡散することを、導電体が酸化物５３０中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
【０２２０】  また、酸化物５３０中の酸素が上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）へ拡散することで、酸化物導電体との間に異層が形成される場合がある。当該異層は、上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）と、当該異層と、酸化物５３０との３層構造は、金属−絶縁体−半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造と呼ぶ場合がある。
【０２２１】  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。
【０２２２】  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。
【０２２３】  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、後の工程での熱処理において、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。
【０２２４】  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。
【０２２５】  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）に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。
【０２２６】  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。
【０２２７】  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。
【０２２８】  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。
【０２２９】  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。
【０２３０】  第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１６Ａおよび図１６Ｂ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。
【０２３１】  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をスパッ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。
【０２３２】  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、チタン又は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。
【０２３３】  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。
【０２３４】  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。
【０２３５】  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。
【０２３６】  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。
【０２３７】  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。
【０２３８】  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。
【０２３９】  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。
【０２４０】  なお、トランジスタ５００の形成後、トランジスタ５００を囲むように開口を形成し、当該開口を覆うように、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体を形成してもよい。上述のバリア性の高い絶縁体でトランジスタ５００を包み込むことで、外部から水分、および水素が侵入するのを防止することができる。または、複数のトランジスタ５００をまとめて、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体で包み込んでもよい。なお、トランジスタ５００を囲むように開口を形成する場合、例えば、絶縁体５１４または絶縁体５２２に達する開口を形成し、絶縁体５１４または絶縁体５２２に接するように上述のバリア性の高い絶縁体を形成すると、トランジスタ５００の作製工程の一部を兼ねられるため、好適である。なお、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体としては、例えば、絶縁体５２２と同様の材料を用いればよい。
【０２４１】  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。
【０２４２】  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。
【０２４３】  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。
【０２４４】  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。
【０２４５】  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。
【０２４６】  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。
【０２４７】  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。
【０２４８】  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。
【０２４９】  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。
【０２５０】  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。
【０２５１】  図１４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。
【０２５２】  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。
【０２５３】  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。
【０２５４】  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制御回路において、微細化又は高集積化を図ることができる。
【０２５５】  以下に、本発明の一態様のＯＳトランジスタを用いたメモリについて説明する。
【０２５６】  本発明の一態様が有する蓄電装置は、メモリを有することが好ましい。メモリとして、ＯＳトランジスタを用いたメモリ装置を適用することができる。例えば、以下に説明するＮＯＳＲＡＭ（登録商標）、ＤＯＳＲＡＭ（登録商標）等を適用することができる。
【０２５７】  ＮＯＳＲＡＭとは、メモリセルの書き込みトランジスタがＯＳトランジスタで構成されているゲインセル型ＤＲＡＭのことである。ＮＯＳＲＡＭはＮｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＲＡＭの略称である。以下にＮＯＳＲＡＭの構成例を示す。
【０２５８】＜ＮＯＳＲＡＭ＞
図１７ＡはＮＯＳＲＡＭの構成例を示すブロック図である。ＮＯＳＲＡＭ２４０には、パワードメイン２４２、２４３、パワースイッチ２４５乃至２４７が設けられている。パワードメイン２４２には、メモリセルアレイ２５０が設けられ、パワードメイン２４３にはＮＯＳＲＡＭ２４０の周辺回路が設けられている。周辺回路は、制御回路２５１、行回路２５２、列回路２５３を有する。
【０２５９】  外部からＮＯＳＲＡＭ２４０に電圧ＶＤＤＤ、ＶＳＳＳ、ＶＤＨＷ、ＶＤＨＲ、ＶＢＧ２、クロック信号ＧＣＬＫ２、アドレス信号、信号ＣＥ、ＷＥ、ＰＳＥ５が入力される。信号ＣＥ、ＷＥはチップイネーブル信号、書き込みイネーブル信号である。信号ＰＳＥ５は、パワースイッチ２４５乃至２４７のオンオフを制御する。パワースイッチ２４５乃至２４７は、パワードメイン２４３への電圧ＶＤＤＤ、ＶＤＨＷ、ＶＤＨＲの入力をそれぞれ制御する。
【０２６０】  なお、ＮＯＳＲＡＭ２４０に入力される電圧、信号等は、ＮＯＳＲＡＭ２４０の回路構成、動作方法に応じて適宜取捨される。例えば、ＮＯＳＲＡＭ２４０にパワーゲーティングされないパワードメインを設け、信号ＰＳＥ５を生成するパワーゲーティング制御回路を設けてもよい。
【０２６１】  メモリセルアレイ２５０は、メモリセル１０、書込みワード線ＷＷＬ、読出しワード線ＲＷＬ、書込みビット線ＷＢＬ、読出しビット線ＲＢＬ、ソース線ＳＬを有する。
【０２６２】  図１７Ｂに示すように、メモリセル１０は２Ｔ１Ｃ（２トランジスタ１容量）型のゲインセルであり、ノードＳＮ１、トランジスタＭ１、Ｍ２、容量素子Ｃ１を有する。トランジスタＭ１は書き込みトランジスタであり、バックゲートを有するＯＳトランジスタである。トランジスタＭ１のバックゲートは、電圧ＶＢＧ２を供給する配線ＢＧＬ２に電気的に接続されている。トランジスタＭ２は読出しトランジスタであり、ｐチャネル型Ｓｉトランジスタである。容量素子Ｃ１はノードＳＮ１の電圧を保持する保持容量である。
【０２６３】  電圧ＶＤＤＤ、ＶＳＳＳはデータ“１”、“０”を表す電圧である。なお、書込みワード線ＷＷＬ、ＲＷＬの高レベル電圧は、ＶＤＨＷ、ＶＨＤＲである。
【０２６４】  図１８Ａにメモリセルアレイ２５０の構成例を示す。図１８Ａに示すメモリセルアレイ２５０では、隣接する２行で１本のソース線が供給されている。
【０２６５】  メモリセル１０は原理的に書き換え回数に制限はなく、データの書き換えを低エネルギーで行え、データの保持に電力を消費しない。トランジスタＭ１が極小オフ電流のＯＳトランジスタであるため、メモリセル１０は長時間データを保持することが可能である。よって、ＮＯＳＲＡＭ２４０で、キャッシュメモリ装置２０２、２０２で構成することで、キャッシュメモリ装置２０２、２０３を、不揮発性の低消費電力なメモリ装置とすることができる。
【０２６６】  メモリセル１０の回路構成は、図１７Ｂの回路構成に限定されない。例えば、読出しトランジスタＭ２は、バックゲートを有するＯＳトランジスタ、またはｎチャネル型Ｓｉトランジスタでもよい。或いは、メモリセル１０は３Ｔ型ゲインセルでもよい。例えば、図１８Ｂ、図１８Ｃに３Ｔ型ゲインセルの例を示す。図１８Ｂに示すメモリセル１５は、トランジスタＭ３乃至Ｍ５、容量素子Ｃ３、ノードＳＮ３を有する。トランジスタＭ３乃至Ｍ５は、それぞれ書込みトランジスタ、読出しトランジスタ、選択トランジスタである。トランジスタＭ３はバックゲートを有するＯＳトランジスタであり、トランジスタＭ４、Ｍ５はｐチャネル型Ｓｉトランジスタである。トランジスタＭ４、Ｍ５を、ｎチャネル型Ｓｉトランジスタまたはバックゲートを有するＯＳトランジスタで構成してもよい。図１８Ｃに示すメモリセル１６では、３個のトランジスタはバックゲートを有するＯＳトランジスタで構成されている。
【０２６７】  ノードＳＮ３は保持ノードである。容量素子Ｃ３はノードＳＮ３の電圧を保持するための保持容量である。容量素子Ｃ３を意図的に設けず、トランジスタＭ４のゲート容量などで保持容量を構成してもよい。配線ＰＤＬには固定電圧（例えば、ＶＤＤＤ）が入力される。配線ＰＤＬはソース線ＳＬに代わる配線であり、例えば、電圧ＶＤＤＤが入力される。
【０２６８】  制御回路２５１は、ＮＯＳＲＡＭ２４０の動作全般を制御する機能を有する。例えば、制御回路２５１は、信号ＣＥ、ＷＥを論理演算して、外部からのアクセスが書き込みアクセスであるか読み出しアクセスであるかを判断する。
【０２６９】  行回路２５２は、アドレス信号が指定する選択された行の書込みワード線ＷＷＬ、読出しワード線を選択する機能をもつ。列回路２５３は、アドレス信号が指定する列の書込みビット線にデータを書き込む機能、および当該列の読出しビット線ＷＢＬからデータを読み出す機能をもつ。
【０２７０】＜ＤＯＳＲＡＭ＞
ＤＯＳＲＡＭとは、１Ｔ１Ｃ型のメモリセルを有するＲＡＭのことであり、Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＲＡＭの略称である。以下、図１９Ａおよび図１９Ｂを参照して、ＤＯＳＲＡＭについて説明する。
【０２７１】  図１９Ａに示すように、ＤＯＳＲＡＭ３５１のメモリセル１６は、ビット線ＢＬ（またはＢＬＢ）、ワード線ＷＬ、配線ＢＧＬ６、ＰＬに電気的に接続される。ビット線ＢＬＢは、反転ビット線である。例えば、配線ＢＧＬ６、ＰＬには、電圧ＶＢＧ６、ＶＳＳＳが入力される。メモリセル１６は、トランジスタＭ６、および容量素子Ｃ６を有する。トランジスタＭ６はバックゲートを有するＯＳトランジスタである。
【０２７２】  容量素子Ｃ６の充放電によってデータを書き換えるため、ＤＯＳＲＡＭ３５１には原理的には書き換え回数に制約はなく、かつ、低エネルギーで、データの書き込みおよび読み出しが可能である。また、メモリセル１６の回路構成が単純であるため、大容量化が容易である。メモリセル１６の書込みトランジスタがＯＳトランジスタであるので、ＤＯＳＲＡＭ３５１の保持時間はＤＲＡＭに比べて非常に長い。したがってリフレッシュの頻度を低減できる、あるいは、リフレッシュ動作を不要にすることができるため、リフレッシュ動作に要する電力を削減できる。
【０２７３】  図１９Ｂに示すように、ＤＯＳＲＡＭ３５１において、メモリセルアレイ３６１は、周辺回路３６５上に積層することができる。これは、メモリセル１６のトランジスタＭ６がＯＳトランジスタであるからである。
【０２７４】  メモリセルアレイ３６１には、複数のメモリセル１６が行列状に配置され、メモリセル１６の配列に応じて、ビット線ＢＬ、ＢＬＢ、ワード線ＷＬ、配線ＢＧＬ６、ＰＬが設けられている。周辺回路３６５には、制御回路、行回路、列回路が設けられる。行回路は、アクセス対象のワード線ＷＬの選択等を行う。列回路は、ＢＬとＢＬＢとでなるビット線対に対して、データの書き込みおよび読出し等を行う。
【０２７５】  周辺回路３６５をパワーゲーティングするために、パワースイッチ３７１、３７３が設けられている。パワースイッチ３７１、３７３は、周辺回路３６５への電圧ＶＤＤＤ、ＶＤＨＷ６の入力をそれぞれ制御する。なお、電圧ＶＤＨＷ６はワード線ＷＬの高レベル電圧である。パワースイッチ３７１、３７３のオンオフは、信号ＰＳＥ６で制御される。例えば、信号ＰＳＥ６はＰＭＵ１１３で生成される。
【０２７６】  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。
【０２７７】（実施の形態３）
本実施の形態では、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、図２０Ａおよび図２０Ｂを用いて説明する。
【０２７８】  図２０Ａ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。
【０２７９】  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。
【０２８０】  後工程については、図２０Ａ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。
【０２８１】  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。
【０２８２】  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。
【０２８３】  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。
【０２８４】  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。
【０２８５】  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）。
【０２８６】  また、完成した電子部品の斜視模式図を図２０Ｂに示す。図２０Ｂ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２０Ｂ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２０Ｂ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。
【０２８７】（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電池制御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。
【０２８８】［円筒型二次電池］
円筒型の二次電池の例について図２１Ａを参照して説明する。円筒型の二次電池４００は、図２１Ａ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。
【０２８９】  図２１Ｂは、円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図である。図２１Ｂに示す円筒型の二次電池は、上面に正極キャップ（電池蓋）６０１を有し、側面および底面に電池缶（外装缶）６０２を有している。これら正極キャップと電池缶（外装缶）６０２とは、ガスケット（絶縁パッキン）６１０によって絶縁されている。
【０２９０】  中空円柱状の電池缶６０２の内側には、帯状の正極６０４と負極６０６とがセパレータ６０５を間に挟んで捲回された電池素子が設けられている。図示しないが、電池素子はセンターピンを中心に捲回されている。電池缶６０２は、一端が閉じられ、他端が開いている。電池缶６０２には、電解液に対して耐腐食性のあるニッケル、アルミニウム、チタン等の金属、又はこれらの合金やこれらと他の金属との合金（例えば、ステンレス鋼等）を用いることができる。また、電解液による腐食を防ぐため、ニッケルやアルミニウム等を電池缶６０２に被覆することが好ましい。電池缶６０２の内側において、正極、負極およびセパレータが捲回された電池素子は、対向する一対の絶縁板６０８、６０９により挟まれている。また、電池素子が設けられた電池缶６０２の内部は、非水電解液（図示せず）が注入されている。非水電解液は、コイン型の二次電池と同様のものを用いることができる。
【０２９１】  円筒型の蓄電池に用いる正極および負極は捲回するため、集電体の両面に活物質を形成することが好ましい。正極６０４には正極端子（正極集電リード）６０３が接続され、負極６０６には負極端子（負極集電リード）６０７が接続される。正極端子６０３および負極端子６０７は、ともにアルミニウムなどの金属材料を用いることができる。正極端子６０３は安全弁機構６１３に、負極端子６０７は電池缶６０２の底にそれぞれ抵抗溶接される。安全弁機構６１３は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子６１１を介して正極キャップ６０１と電気的に接続されている。安全弁機構６１３は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた場合に、正極キャップ６０１と正極６０４との電気的な接続を切断するものである。また、ＰＴＣ素子６１１は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱感抵抗素子であり、抵抗の増大により電流量を制限して異常発熱を防止するものである。ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）系半導体セラミックス等を用いることができる。
【０２９２】  図２１Ｃ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制御回路を用いることができる。
【０２９３】  図２１Ｄ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。
【０２９４】  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。
【０２９５】  また、図２１Ｄ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制御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。
【０２９６】［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２２Ａ、図２２Ｂおよび図２２Ｃを用いて説明する。
【０２９７】  図２２Ａは、二次電池パック５３１の外観を示す図である。図２２Ｂ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。
【０２９８】  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制御回路を用いることができる。例えば、図２２Ｂ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。
【０２９９】  あるいは、図２２Ｃに示すように、二次電池パックシステムは、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。
【０３００】  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５１７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５１７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。
【０３０１】  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。
【０３０２】  二次電池５１３は、捲回された電池素子を有してもよい。該電池素子は、負極と、正極と、セパレータと、を有する。該電池素子は例えば、セパレータを挟んで負極と、正極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。
【０３０３】  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。
【０３０４】（実施の形態５）
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。
【０３０５】  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。
【０３０６】  図２３Ａ、図２３Ｂおよび図２３Ｃ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２３Ａ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。
【０３０７】  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。
【０３０８】  図２３Ｂ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２３Ｂ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。
【０３０９】  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。
【０３１０】  また、図２３Ｃ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２３Ｃ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。
【０３１１】  また、図２３Ｃ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。
【０３１２】  また、図２４Ａ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２４Ａ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。
【０３１３】  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２４Ｂ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制御回路を用いることができる。
【０３１４】  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。
【０３１５】（実施の形態６）
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。
【０３１６】  次に、図２５Ａおよび図２５Ｂ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２５Ａおよび図２５Ｂ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２５Ａは、タブレット型端末９６００を開いた状態を示し、図２５Ｂは、タブレット型端末９６００を閉じた状態を示している。
【０３１７】  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。
【０３１８】  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。
【０３１９】  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。
【０３２０】  図２５Ｂは、タブレット型端末９６００が閉じた状態であり、タブレット型端末９６００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制御回路を用いることができる。
【０３２１】  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。
【０３２２】  また、この他にも図２５Ａおよび図２５Ｂ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。
【０３２３】  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。
【０３２４】  なお図２５Ａおよび図２５Ｂ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制御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２５Ｃ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２５Ｃでは、筐体９６３０ａに表示部９６３１、筐体９６３０ｂにキーボード部９６３６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２５Ａおよび図２５Ｂ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制御回路を用いることができる。
【０３２５】  図２６に、他の電子機器の例を示す。図２６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。
【０３２６】  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。
【０３２７】  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を操作することができ、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。
【０３２８】  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。
【０３２９】  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。
【０３３０】  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。
【０３３１】  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。
【０３３２】  図２６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２６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。
【０３３３】  なお、図２６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。
【０３３４】  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。
【０３３５】  図２６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２６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。
【０３３６】  図２６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２６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。
【０３３７】  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。
【０３３８】  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。
【０３３９】  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２７Ａ乃至図２７Ｅ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。
【０３４０】  図２７Ａ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制御回路と、を有する。
【０３４１】  図２７Ｂ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２７Ｃ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制御回路を用いることができる。
【０３４２】  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。
【０３４３】  図２７Ｄ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制御回路と、を有する。
【０３４４】  図２７Ｅ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。
【０３４５】  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。
【０３４６】  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。
【０３４７】  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。
【０３４８】  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。
【０３４９】  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。
【０３５０】  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制御回路と、を有する。
【０３５１】  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。
【０３５２】  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。
【０３５３】（実施の形態７）
本実施の形態では、ＯＳトランジスタを用いることができる市場イメージについて説明する。
【０３５４】＜市場イメージ＞
まず、ＯＳトランジスタを用いることができる市場イメージを図２８に示す。図２８において、領域８０１は、ＯＳトランジスタを用いたディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）に応用可能な製品領域（ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を表し、領域８０２は、ＯＳトランジスタを用いたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）をアナログ（ａｎａｌｏｇ）処理に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ）を表し、領域８０３は、ＯＳトランジスタを用いたＬＳＩをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）処理に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ）を表す。ＯＳトランジスタは、図２８に示す領域８０１、領域８０２、および領域８０３の３つの領域、別言すると３つの大きな市場に好適に用いることができる。
【０３５５】  また、図２８において、領域８０４は、領域８０１と、領域８０２とが重なった領域を表し、領域８０５は、領域８０２と、領域８０３とが重なった領域を表し、領域８０６は、領域８０１と、領域８０３とが重なった領域を表し、領域８０７は、領域８０１と、領域８０２と、領域８０３とが、それぞれ重なった領域を表す。
【０３５６】  ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙでは、例えば、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＢＧ  ＯＳＦＥＴ）、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＴＧ  ＯＳ  ＦＥＴ）などのＦＥＴ構造を好適に用いることができる。なお、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、チャネルエッチ型のＦＥＴ、およびチャネル保護型のＦＥＴも含まれる。また、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ）型のＦＥＴも含まれる。
【０３５７】  また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇおよびＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌでは、例えば、Ｇａｔｅ  Ｌａｓｔ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＧＬ  ＯＳ  ＦＥＴ）を好適に用いることができる。
【０３５８】  なお、上述のトランジスタは、それぞれ、ゲート電極が１つのＳｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、ゲート電極が２つのＤｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、またはゲート電極が３つ以上のトランジスタを含む。また、Ｄｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタの中でも特に、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ）構造のトランジスタを用いると好適である。
【０３５９】  また、ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ（領域８０１）に含まれる製品としては、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、およびＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を表示デバイスに有する製品が挙げられる。または、上記表示デバイスと、Ｑ−Ｄｏｔ（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ）とを組み合わせることも好適である。
【０３６０】  なお、本実施の形態において、ＥＬとは、有機ＥＬ、および無機ＥＬを含む。また、本実施の形態において、ＬＥＤとは、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ、およびマクロＬＥＤを含む。なお、本明細書等において、チップの面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤ、チップの面積が１００００μｍ２より大きく１ｍｍ２以下の発光ダイオードをミニＬＥＤ、チップの面積が１ｍｍ２より大きい発光ダイオードをマクロＬＥＤと記す場合がある。
【０３６１】  また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ（領域８０２）に含まれる製品としては、様々な周波数の音域（例えば、周波数が２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴音、または２０ｋＨｚ以上の超音波など）に対応する音源定位デバイス、あるいはバッテリ制御用デバイス（バッテリ制御用ＩＣ、バッテリ保護用ＩＣ、またはバッテリマネジメントシステム）などが挙げられる。
【０３６２】  また、ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ（領域８０３）に含まれる製品としては、メモリーデバイス、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）デバイス、パワーデバイス、ＯＳ  ＬＳＩと、Ｓｉ  ＬＳＩとを積層または混在させたハイブリッドデバイス、発光デバイスなどが挙げられる。
【０３６３】  また、領域８０４に含まれる製品としては、表示領域に赤外線センサ、または近赤外線センサを有する表示デバイス、あるいはＯＳ  ＦＥＴを有するセンサ付き信号処理デバイス、または埋め込み型バイオセンサデバイスなどが挙げられる。また、領域８０５に含まれる製品としては、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路などを有する処理回路、あるいは、当該処理回路を有するＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）デバイスなどが挙げられる。また、領域８０６に含まれる製品としては、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術が適用された表示デバイスなどが挙げられる。なお、本明細書等において、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術とは、ディスプレイの画素回路に搭載されたＯＳ  ＦＥＴなどにより構成されるメモリを活用する技術をいう。
【０３６４】  また、領域８０７に含まれる製品としては、上記領域８０１乃至領域８０６に含まれる、あらゆる製品を組み合わせた複合的な製品が挙げられる。
【０３６５】  本発明の一態様の半導体装置は、図２８に示すように、あらゆる製品領域に適用することが可能である。すなわち、本発明の一態様の半導体装置は、多くの市場に適用することが可能である。
【０３６６】  本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３６７】（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。
【０３６８】  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。
【０３６９】  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。
【０３７０】  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。
【０３７１】  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。
【０３７２】  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。
【０３７３】  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。
【０３７４】  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。
【０３７５】  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。
【０３７６】  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。
【０３７７】  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。
【０３７８】  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。
【０３７９】  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。
【０３８０】  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。
【０３８１】  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。
【実施例１】
【０３８２】  本実施例では、二次電池の充電開始時の電圧および温度を変えた場合の、ＣＣ充電に要する時間およびＣＶ充電に要する時間の変化について測定を行った。【０３８３】  図２９Ａ、図２９Ｂ図３０Ａおよび図３０Ｂには、ＣＣ充電に要した時間（以下、時間Ｔｃｃｒ）およびＣＶ充電に要した時間（以下、時間Ｔｃｖｒ）と、充電開始時の電圧（以下、電圧Ｖｓｔ）との関係を示す。ＣＣ充電の上限電圧は４．２Ｖとした。【０３８４】  図２９Ａには二次電池の温度が４５℃における二次電池の時間Ｔｃｃｒおよび時間Ｔｃｖｒと、電圧Ｖｓｔとの関係を示す。残容量ＳＯＣがより大きくなると電圧Ｖｓｔも高くなる。よって、電圧Ｖｓｔが高い場合には、時間Ｔｃｃｒが短い傾向がみられた。【０３８５】  また、電圧Ｖｓｔが充電の上限電圧に比べて充分に低い電圧範囲においては、時間Ｔｃｖｒの変化は小さく安定しており、電圧Ｖｓｔへの依存性が低い傾向がみられた。一方、電圧Ｖｓｔが上限電圧に達していない場合でも、電圧Ｖｓｔが高い範囲においては、電圧Ｖｓｔの上昇に伴いＴｃｖｒが減少するという顕著な依存性がみられるようになった。【０３８６】  図２９Ｂには二次電池の温度が３０℃、図３０Ａには２５℃、図３０Ｂには１０℃における二次電池の時間Ｔｃｃｒおよび時間Ｔｃｖｒと、電圧Ｖｓｔとの関係を示す。温度が低くなるのに伴い、時間Ｔｃｃｒが安定となる電圧Ｖｓｔの範囲が狭くなる傾向がみられた。【０３８７】  図２９Ａ、図２９Ｂ図３０Ａおよび図３０Ｂに示すように、時間Ｔｃｖｒは、二次電池の温度および時間Ｔｃｃｒに大きく影響を受けることがわかった。
【実施例２】
【０３８８】  本実施例では、二次電池の充電に要した時間Ｔｃｃｒおよび時間Ｔｃｖｒのサイクルに伴う変化、および二次電池の充電の挙動について評価を行った。【０３８９】  二次電池の充放電サイクルを行った。図３１Ａ、図３１Ｂおよび図３１Ｃにはそれぞれ６１回目、６２回目および６３回目のサイクルの充電カーブを、それぞれ示す。図３１Ａ、図３１Ｂおよび図３１Ｃにおいて横軸は充電容量、縦軸は充電の電圧をそれぞれ示す。【０３９０】  ６３回目には破線で丸く囲んだ領域等において、マイクロショートを示唆する波形が観測された。【０３９１】  マイクロショートを示唆する波形が得られたサイクルの１回前のサイクルである６２回目のサイクルにおいては、６１回目のサイクルに比べて、時間Ｔｃｖｒ、すなわち定電圧充電に要する時間が顕著に長くなった。また時間Ｔｃｃｒ、すなわち定電流充電時間についても長くなった。【０３９２】  図３２には６０回目から６４回目までの充放電サイクルにおける時間Ｔｃｖｒおよび時間Ｔｃｃｒを示す。横軸は充放電サイクル数、縦軸は時間Ｔｃｖｒおよび時間Ｔｃｃｒを示す。マイクロショートが示唆されるサイクルの直前のサイクルにおいて、時間Ｔｃｖｒおよび時間Ｔｃｃｒが増加することがわかった。
【符号の説明】
【０３９３】Ｈｉ：信号、Ｉ：電流、ＩＮ：端子、ＩＮ１：端子、ＩＮ２：端子、Ｉｒｅｆ：電流、Ｉｓｓ１：電流、Ｉｓｓ２：電流、Ｉｓｓ３：電流、Ｌｏ：信号、ＯＵＴ：端子、ＯＵＴ２：端子、Ｑ：信号、ＱＢ：信号、ＲＥＳＥＴ：信号、ＲＥＳＥＴＢ：信号、ＶＢ：電圧、ＶＣ：電圧、ＶＲ：電圧、Ｖｄｄ：高電位信号、Ｖｉｎ：電圧、Ｖｒｅｆ１：電圧、Ｖｒｅｆ２：高電位信号、Ｖｒｅｆ３：高電位信号、ｔ１：時刻、ｔ２：時刻、ｔ３：時刻、ｔ４：時刻、１００：蓄電装置、１０１：制御回路、１０２：基準生成回路、１０３：タイマー回路、１０４：レギュレータ、１０５：電源、１０６：カウンタ、１２１：二次電池、１３１：抵抗素子、１３７：保護回路、１４０：トランジスタ、１５０：トランジスタ、１５２：トランジスタ、１５３：トランジスタ、１５６：コイル、１６０：容量素子、１６１：容量素子、１６２：スイッチ、１６３：定電流源、１６４：コンパレータ、１６５：トランジスタ、１６６：スイッチ、１６７：定電流源、１６８：スイッチ、１６９：スイッチ、１７０：定電流源、１７１：コンパレータ、１７２：コンパレータ、１７３：定電流源、１７４：容量素子、１７５：容量素子、１７８：ＮＡＮＤ回路、１７９：ＮＡＮＤ回路、１８１：トランジスタ、１８２：トランジスタ、１８３：トランジスタ、１８４：トランジスタ、１８５：トランジスタ、１８６：トランジスタ、１８７：トランジスタ、１８８：トランジスタ、１９０：トランジスタ、１９１：電流供給部、１９２：電流供給部、１９３：電流供給部、１９４：トランジスタ、１９５：トランジスタ、１９６：トランジスタ、１９７：トランジスタ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２７Ｅ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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