(57)【要約】新規な構成の電源回路の提供。負荷に電力を供給する電力変換回路と、前記負荷を流れる電流の情報を有する第１の信号を生成する電流検出回路と、負荷に印加される電圧の情報を有する第２の信号を生成する電圧検出回路と、デジタルフィルタと、デジタルフィルタから出力される信号が入力されるデジタルアナログ変換回路と、デジタルアナログ変換回路から出力される信号を保持するためのサンプルホールド回路と、を有し、第２の信号を補正した第３の信号を生成する補正回路と、第１の信号または第３の信号を選択する選択回路と、選択回路で選択された信号に応じて、電力変換回路を制御するための出力信号を生成する出力回路と、第１の信号に応じた出力信号の生成と第３の信号の生成とを行う第１動作と、第３の信号に応じた出力信号の生成を行う第２動作と、を切り替える制御を行う制御信号生成回路と、を有する。
2020089725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電力変換回路と、
前記負荷を流れる電流の情報を有する第１の信号を生成する電流検出回路と、
前記負荷に印加される電圧の情報を有する第２の信号を生成する電圧検出回路と、
デジタルフィルタと、前記デジタルフィルタから出力される信号が入力されるデジタルアナログ変換回路と、前記デジタルアナログ変換回路から出力される信号を保持するためのサンプルホールド回路と、を有し、前記第２の信号を補正した第３の信号を生成する補正回路と、
前記第１の信号または第３の信号を選択する選択回路と、
前記選択回路で選択された信号に応じて、前記電力変換回路を制御するための出力信号を生成する出力回路と、
前記第１の信号に応じた前記出力信号の生成と前記第３の信号の生成とを行う第１動作と、前記第３の信号に応じた前記出力信号の生成を行う第２動作と、を切り替える制御を行う制御信号生成回路と、を有する電源回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記サンプルホールド回路は、第１のトランジスタおよび第１の容量素子を有し、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する、電源回路。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記選択回路は、第２の容量素子に電気的に接続された第１の配線と、第３の容量素子に電気的に接続された第２の配線と、切り替えスイッチと、を有し、
前記切り替えスイッチは、前記第１動作時において、前記第１の配線に前記第１の信号を保持して前記第１の信号を前記出力回路に入力し、前記第２動作時において、前記第２の配線に前記第３の信号を保持して前記第２の信号を前記出力回路に入力するよう切り替えられる、電源回路。
【請求項４】
請求項３において、
プリチャージ回路を有し、
前記切り替えスイッチは、前記第１動作時において、前記プリチャージ回路が前記第２の配線をプリチャージするよう切り替える機能と、前記第２動作時において、前記プリチャージ回路が前記第１の配線をプリチャージするよう切り替える機能と、を有する電源回路。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電源回路と、プロセッサと、を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の一態様は、電源回路、および当該電源回路を備えた半導体装置に関する。【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一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、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】  ＤＣＤＣコンバータ等の電源回路は、入力電圧の値に係わらず、一定の出力電圧を得ることができる定電圧回路である。一般的に用いられているスイッチング方式のＤＣＤＣコンバータは、出力電圧の情報がコントローラに帰還される電圧制御モードと、出力電流の情報がコントローラに帰還される電流制御モードの、二つの帰還方式に大別される。下記の特許文献１には、負荷に流れる電流の情報に基づいて駆動を制御する電流制御と、負荷にかかる電圧の情報に基づいて駆動を制御する電圧制御とを、切り替えて動作させることが可能な電源回路について、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７８４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  電圧制御モードにおいて、出力電圧の情報への高周波のノイズの影響を小さくすることが、電源回路が定電圧を出力する上で重要となる。ノイズの影響を低減するために、容量素子あるいは抵抗素子を用いたＲＣフィルタが用いられる。ノイズの除去を行うために設けられる容量素子は大きな容量をもつ。またＲＣフィルタの場合、フィルタ特性を任意に設定できない。フィルタ特性を任意に設定すること、あるいは大きい容量の容量素子を用いることなくノイズの影響を低減することができる、電源回路が望まれる。【０００６】  また、電流制御モードと電圧制御モードを切り替えて動作させる場合、切り替えのタイミングで電源回路が定電圧を出力し続けることが、電源回路の性能を評価する上で重要なポイントの一つとなる。電流制御モードから電圧制御モードに移行する際、その都度、出力電圧の情報への高周波のノイズの影響を低減するためにＲＣフィルタを介する構成では、スムーズなモード移行が難しくなるといった虞がある。またＲＣフィルタに変えてデジタルフィルタを適用する場合、デジタルアナログ変換回路などの消費電力の大きい回路構成が必要となり、消費電力が増大するといった虞がある。【０００７】  上述したような技術的背景のもと、本発明の一態様は、ノイズの影響が低減された、新規な構成の電源回路の提供を目的の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力が低減できる、新規な構成の電源回路の提供を目的の一とする。或いは、本発明の一態様は、当該電源回路を用いた半導体装置、および当該半導体装置を備えたバッテリーまたは照明装置の消費電力の低減を目的の一とする。【０００８】  なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の一態様は、負荷に電力を供給する電力変換回路と、負荷を流れる電流の情報を有する第１の信号を生成する電流検出回路と、負荷に印加される電圧の情報を有する第２の信号を生成する電圧検出回路と、デジタルフィルタと、デジタルフィルタから出力される信号が入力されるデジタルアナログ変換回路と、デジタルアナログ変換回路から出力される信号を保持するためのサンプルホールド回路と、を有し、第２の信号を補正した第３の信号を生成する補正回路と、第１の信号または第３の信号を選択する選択回路と、選択回路で選択された信号に応じて、電力変換回路を制御するための出力信号を生成する出力回路と、第１の信号に応じた出力信号の生成と第３の信号の生成とを行う第１動作と、第３の信号に応じた出力信号の生成を行う第２動作と、を切り替える制御を行う制御信号生成回路と、を有する電源回路である。【００１０】  本発明の一態様において、サンプルホールド回路は、第１のトランジスタおよび第１の容量素子を有し、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する、電源回路が好ましい。【００１１】  本発明の一態様において、選択回路は、第２の容量素子に電気的に接続された第１の配線と、第３の容量素子に電気的に接続された第２の配線と、切り替えスイッチと、を有し、切り替えスイッチは、第１動作時において、第１の配線に第１の信号を保持して第１の信号を出力回路に入力し、第２動作時において、第２の配線に第３の信号を保持して第２の信号を出力回路に入力するよう切り替えられる、電源回路が好ましい。【００１２】  本発明の一態様において、プリチャージ回路を有し、前記切り替えスイッチは、前記第１動作時において、前記プリチャージ回路が前記第２の配線をプリチャージするよう切り替える機能と、前記第２動作時において、前記プリチャージ回路が前記第１の配線をプリチャージするよう切り替える機能と、を有する電源回路が好ましい。【００１３】  本発明の一態様は、上記電源回路と、プロセッサと、を有する半導体装置である。【００１４】  なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、および図面に記載されている。
【発明の効果】
【００１５】  本発明の一態様により、ノイズの影響が低減された、新規な構成の電源回路の提供をすることができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減できる、新規な構成の電源回路の提供をすることができる。或いは、本発明の一態様は、当該電源回路を用いた半導体装置、および当該半導体装置を備えたバッテリーまたは照明装置により、消費電力の低減を図ることができる。【００１６】  なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】図１Ａ、図１Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは電源回路の構成を説明するための図である。
図３は電源回路の構成を説明するための図である。
図４Ａ、図４Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図５は電源回路の構成を説明するための図である。
図６Ａ、図６Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図７Ａ、図７Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図８Ａ、図８Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図９は電源回路の構成を説明するための図である。
図１０Ａ、図１０Ｂは電源回路の構成を説明するための図である。
図１１は半導体装置の構成を説明する断面模式図である。
図１２は半導体装置の構成を説明する断面模式図である。
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは半導体装置の構成を説明する断面模式図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、図１４Ｄ、図１４Ｅは電子部品の構成を説明する図である。
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１５Ｅ、図１５Ｆは半導体装置の応用例を説明する図である。
図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄは本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図１７Ａ、図１７Ｂ、図１７Ｃは本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃは本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
図１９Ａ、図１９Ｂは本発明の一態様の電気機器を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  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、趣旨およびその範囲から逸脱することなく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。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。
【００１９】  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。
【００２０】  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。
【００２１】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の電源回路について説明する。
【００２２】  なおブロック図では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【００２３】  図１Ａには、電源回路１０、負荷１１、電源１６、およびプロセッサ１７を図示する。なお電源回路１０は、ＤＣＤＣコンバータ、安定化回路などという場合もある。なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。従って、トランジスタなどの半導体素子を備えた電源回路１０に加え、負荷１１、電源１６、および／またはプロセッサ１７を含む装置全体を半導体装置という。
【００２４】  電源回路１０は、電力変換回路１５、電圧制御回路１４、電圧情報検出部１３、電流情報検出部１２、容量素子３０および容量素子３１を有する。なお容量素子３０および容量素子３１は、電源回路１０内の電位を保持するための機能を有する。容量素子３０および容量素子３１は、電源回路１０内の容量を大きくすること等で、省略することができる。
【００２５】  電力変換回路１５は、負荷１１に電力を供給する機能を有する。電力変換回路１５は、電圧源などの電源１６から電源回路１０に供給される入力電圧を出力電圧に変換する機能を有する。電圧制御回路１４は、電力変換回路１５において生成される出力電圧の大きさを制御する機能を有する。
【００２６】  電源回路１０は、負荷１１に流れる電流の情報が含まれる信号（以下、電流信号と呼ぶ）、および負荷１１にかかる電圧の情報が含まれる信号（以下、電圧信号と呼ぶ）を、生成する機能を有する。電源回路１０は、電圧信号を補正する機能を有する。電源回路１０は、電流信号または電圧信号を切り替えて電力変換回路１５の駆動を制御する機能を有する。
【００２７】  電流情報検出部１２は、電流信号を生成する機能を有する。電流情報検出部１２は、一例として、抵抗素子３５と、スイッチ３６とを有する。抵抗素子３５とスイッチ３６は電気的に並列に接続されており、抵抗素子３５は負荷１１と電気的に直列に接続されている。そして、抵抗素子３５が有する一対の端子のうち、負荷１１に接続されている一方の端子をノードＣ、他方の端子をノードＤとすると、スイッチ３６がオフであるときのノードＣの電位は、抵抗素子３５が有する抵抗値が固定で、且つノードＤの電位が固定であるならば、抵抗素子３５に流れる電流の値に従って、その値が定まる。ノードＣの電位を含む信号ＦＢは、電流信号として電圧制御回路１４に供給される。
【００２８】  電圧情報検出部１３は、電圧信号を生成する機能を有する。電圧情報検出部１３は、一例として、抵抗素子３２、抵抗素子３３及び抵抗素子３４を有する。抵抗素子３２、抵抗素子３３及び抵抗素子３４は、電気的に直列に接続されている。また、抵抗素子３２、抵抗素子３３及び抵抗素子３４と、負荷１１とは、電気的に並列に接続されている。抵抗素子３２が有する一対の端子の一方と、抵抗素子３３が有する一対の端子の一方とが接続されているものとし、これらの端子をノードＡとする。抵抗素子３３が有する一対の端子の他方と、抵抗素子３４が有する一対の端子の一方とが接続されているものとし、これらの端子をノードＢとする。ノードＡおよびノードＢは、抵抗素子３２が有する一対の端子の他方と、抵抗素子３４が有する一対の端子の他方（ノードＣにも相当する）と、に印加される電圧の値に従って、その電位が定まる。ノードＡの電位を含む信号ＳＥＮＳＥ＋、およびノードＢの電位を含む信号ＳＥＮＳＥ−は、電圧信号として電圧制御回路１４に供給される。
【００２９】  電圧制御回路１４は、一例として、電圧検出回路２１、電流検出回路２２、補正回路２３、選択回路２４、プリチャージ回路２５、出力回路２６および制御信号生成回路２７を有する。
【００３０】  電圧検出回路２１は、信号ＳＥＮＳＥ＋および信号ＳＥＮＳＥ−に基づく電圧信号が入力される。電圧検出回路２１は、電圧信号に基づく電圧の情報を有する信号Ｖｉｎ２を生成する機能を有する。
【００３１】  電流検出回路２２は、信号ＦＢに基づく電流信号および参照電圧ＶＲＥＦ１が入力される。電流検出回路２２は、電流信号に基づく電流の情報を有する信号Ｖ１を生成する機能を有する。
【００３２】  補正回路２３は、フィルタ回路３７を有する。フィルタ回路３７は、デジタルフィルタとすることで、フィルタ特性の変更、および大きな容量の容量素子を用いることなく、ノイズの除去を行うことができる。補正回路２３は、信号Ｖｉｎ２が入力される。フィルタ回路３７は、信号Ｖｉｎ２におけるノイズの影響を低減することで、補正された参照電圧ＶＲＥＦ２を生成する。直流成分に基づく参照電圧ＶＲＥＦ２を用いた補正を行うことができる。補正回路２３は、信号Ｖｉｎ２および参照電圧ＶＲＥＦ２に応じて、電圧信号に基づく電圧の情報を有する信号Ｖ２を生成する機能を有する。なおノイズとは、１ｋＨｚ以上の高周波成分の信号に相当する。直流成分に基づくＶＲＥＦ２を用いた補正を行うことができる。補正回路２３は、図１Ａでは図示を省略しているが、信号Ｖ２が入力されるアナログデジタル変換回路と、フィルタ回路３７から出力される信号が入力されるデジタルアナログ変換回路と、デジタルアナログ変換回路から出力される信号を保持するためのサンプルホールド回路と、を有する。
【００３３】  選択回路２４は、複数の配線および複数の切り替えスイッチを有する。選択回路２４は、切り替えスイッチを切り替えることで、信号Ｖ１または信号Ｖ２を選択して信号ＶＳＥＬとして出力回路２６に出力する機能を有する。選択回路２４は、配線ＣＡ１に信号Ｖ１を保持し、配線ＣＡ２に信号Ｖ２を保持する。配線ＣＡ１は、一例として、容量素子３０に接続される。配線ＣＡ２は、一例として、容量素子３１に接続される。
【００３４】  また選択回路２４は、切り替えスイッチを切り替えることで、プリチャージ回路２５による配線ＣＡ１または配線ＣＡ２の選択的なプリチャージを行う機能を有する。選択回路２４は、プリチャージ回路２５によるプリチャージと、信号Ｖ１または信号Ｖ２の選択と、を配線ＣＡ１および配線ＣＡ２でそれぞれ別の期間となるよう切り替えて動作する機能を有する。
【００３５】  プリチャージ回路２５は、配線ＣＡ１および配線ＣＡ２をプリチャージするためのプリチャージ信号Ｖｐｒｉを出力する機能を有する。
【００３６】  出力回路２６は、入力される信号ＶＳＥＬ、すなわち信号Ｖ１または信号Ｖ２に基づいて出力信号ＧＳを生成する機能を有する。出力回路２６は、一例として、三角波等の参照信号と、信号ＶＳＥＬと、を比較して出力信号ＧＳを得る構成を有する。
【００３７】  制御信号生成回路２７は、プロセッサ１７から出力される信号に応じて、電源回路１０内の各回路を制御するための各種信号および参照電圧を生成する機能を有する回路である。図１Ａにおいて制御信号生成回路２７は、一例として、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）バスによってプロセッサ１７から信号が与えられる。具体的に言えば制御信号生成回路２７は、シリアルデータライン（ＳＤＡ）およびシリアルクロックライン（ＳＣＬ）を介してプロセッサ１７から信号が与えられる。制御信号生成回路２７は、入力される信号に応じて、参照電圧ＶＲＥＦ１、信号ＭＯＤＥを生成することができる。信号ＭＯＤＥは、スイッチ３６のオンまたはオフを制御して、電圧制御モードと電流制御モードを切り替えるための信号である。
【００３８】  図１Ａに図示する本発明の一態様の電源回路１０は、本発明の一態様の構成では、電流制御モードと電圧制御モードとの切り替えを行う構成において、電流制御モードの動作時に参照電圧ＶＲＥＦ２を取得しておく。そのため電流制御モードから電圧制御モードに切り替えた際に参照電圧ＶＲＥＦ２を取得するための期間を削減でき、負荷１１の電流が電流制御モードの際と同じままで電力変換効率のよい制御を可能とすることができる。また電流制御モードの動作時に取得した参照電圧ＶＲＥＦ２をサンプルホールド回路に保持することができるため、動作する必要のない回路を休止することができるため、低消費電力化を図ることができる。また補正回路２３は、デジタルフィルタを用いて高周波成分（ノイズ）の除去を行う構成とできるため、大きな容量素子を設ける必要がなくなり、電源回路１０の小型化を図ることができる。
【００３９】  図１Ｂは、図１Ａで示した補正回路２３の構成例について説明するための図である。図１Ｂに図示する補正回路２３は、Ｇｍアンプ４１、アナログデジタル変換回路４２、フィルタ回路３７、デジタルアナログ変換回路４３およびサンプルホールド回路４４を有する。
【００４０】  Ｇｍアンプ４１は、信号Ｖｉｎ２と、参照電圧ＶＲＥＦ２とが入力される。Ｇｍアンプ４１は、信号Ｖｉｎ２と、参照電圧ＶＲＥＦ２との差に応じた電流を出力する。Ｇｍアンプ４１が出力する電流は、寄生容量や容量素子に蓄積され、電圧Ｖ２として得られる。電圧Ｖ２は、アナログ値の電圧を有する信号である。
【００４１】  アナログデジタル変換回路４２は、電圧Ｖ２が入力される。アナログデジタル変換回路４２は、Ｌビット（Ｌは２以上の自然数）、例えば２ビットのデジタル信号を出力する。アナログデジタル変換回路４２としては、例えば、並列比較方式Ａ／Ｄ変換回路、パイプライン方式Ａ／Ｄ変換回路、逐次比較方式Ａ／Ｄ変換回路、デルタシグマ方式Ａ／Ｄ変換回路、二重積分方式Ａ／Ｄ変換回路から任意で選択すればよい。
【００４２】  フィルタ回路３７は、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタなどのデジタルフィルタである。フィルタ回路３７は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成してもよい。フィルタ回路３７は、Ｍビット（ＭはＬより大きい自然数）、例えば１６ビットのデジタル信号を生成し、高周波ノイズ成分を含む下位ビットの信号をカットしたＮビット（ＮはＭより小さい自然数）、例えば１２ビットのデジタル信号として出力する。
【００４３】  デジタルアナログ変換回路４３は、Ｎビットのデジタル信号が入力される。デジタルアナログ変換回路４３は、アナログ値の電圧値を有する参照電圧ＶＲＥＦ２を出力する。デジタルアナログ変換回路４３としては、抵抗ストリング型を挙げることができる。抵抗ストリング型は、容量ラダー型に比べて電荷の抜けに伴う誤動作が生じにくいため、好ましい。
【００４４】  サンプルホールド回路４４は、トランジスタ４５および容量素子４６を有する。サンプルホールド回路４４は、参照電圧ＶＲＥＦ２を保持する機能を有する。サンプルホールド回路４４は、保持している参照電圧ＶＲＥＦ２をＧｍアンプ４１に与えることで、参照電圧ＶＲＥＦ２を帰還させて、電圧Ｖ２を補正することができる。トランジスタ４５は、信号ＳＨ１によってオンまたはオフが制御される。
【００４５】  トランジスタ４５は、チャネル形成領域に酸化物半導体（ＯＳ：Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）である。ＯＳトランジスタをサンプルホールド回路４４が有するトランジスタに用いる構成とすることで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流（以下、オフ電流）が極めて低いことを利用して、参照電圧ＶＲＥＦ２をＧｍアンプ４１の入力端子に接続される容量素子４６に保持させることができる。そのため、参照電圧ＶＲＥＦ２の取得後、アナログデジタル変換回路４２、フィルタ回路３７、デジタルアナログ変換回路４３といった消費電力が大きい回路をパワーゲーティング（休止状態）することが可能にでき、電源回路１０の低消費電力化を図ることができる。
【００４６】  なおパワーゲーティングとは、電源線間にスイッチを設け、当該スイッチをオフにすることで電源線間を流れる貫通電流を小さくし、消費電力を小さくすることができる。また、パワーゲーティングに限らず、バイアス電流のカット、クロックゲーティングあるいは電源線間の電圧を小さくするなどして消費電力を低減する構成としてもよい。
【００４７】  加えてＯＳトランジスタを用いたサンプルホールド回路４４では、電荷の充電又は放電することによってアナログ電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に無制限回のアナログ電圧の取得および読み出しが可能である。ＯＳトランジスタを用いたサンプルホールド回路４４は、磁気メモリあるいは抵抗変化型メモリなどのように原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え耐性に優れている。またＯＳトランジスタを用いたサンプルホールド回路４４は、フラッシュメモリのように繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
【００４８】  またＯＳトランジスタを用いたサンプルホールド回路４４は、Ｓｉトランジスタを用いた回路上などに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。
【００４９】  またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、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。
【００５０】  図２Ａ乃至図２Ｃは、図１Ａで説明した電源回路の動作を説明するための図である。図２Ａには、電流制御モードに対応する期間Ｔ１と、電圧制御モードに対応する期間Ｔ２とが交互に切り替わって動作する様子を図示している。
【００５１】  図２Ｂは、期間Ｔ１における電圧制御回路１４内の動作について説明する図である。期間Ｔ１では、電流信号に応じて出力信号ＧＳを出力する期間である。期間Ｔ１では、電流検出回路２２に参照電圧ＶＲＥＦ１および信号ＦＢが与えられ、信号Ｖ１が生成される。選択回路２４は、配線ＣＡ１に保持される信号Ｖ１を選択して信号ＶＳＥＬとして出力回路２６に与えるとともに、配線ＣＡ２をプリチャージ信号Ｖｐｒｉでプリチャージするよう切り替えスイッチを切り替える。
【００５２】  また期間Ｔ１では、電圧検出回路２１に信号ＳＥＮＳＥ＋、ＳＥＮＳＥ−が与えられ、信号Ｖｉｎ２を生成する。補正回路２３には、信号Ｖｉｎ２が与えられることで生成される信号Ｖ２を補正するための参照電圧ＶＲＥＦ２が生成される。参照電圧ＶＲＥＦ２は、サンプルホールド回路に保持することができる。
【００５３】  図２Ｃは、期間Ｔ２における電圧制御回路１４内の動作について説明する図である。期間Ｔ２では、電圧信号に応じて出力信号ＧＳを出力する期間である。期間Ｔ２では、電圧検出回路２１に信号ＳＥＮＳＥ＋、ＳＥＮＳＥ−が与えられ、信号Ｖｉｎ２が生成される。補正回路２３では、期間Ｔ１で生成し保持された参照信号ＶＲＥＦ２を用いて、補正された信号Ｖ２が生成される。選択回路２４は、期間Ｔ１でプリチャージされた配線ＣＡ２に保持した信号Ｖ２を選択して信号ＶＳＥＬとして出力回路２６に与えるとともに、配線ＣＡ１をプリチャージ信号Ｖｐｒｉでプリチャージするよう切り替えスイッチを切り替える。
【００５４】  また期間Ｔ２では、電流検出回路２２への信号ＦＢの入力を停止し、電流検出回路２２が有する各回路のパワーゲーティングを行うことで、電源回路１０の消費電力を低減することができる。また期間Ｔ２では、制御信号生成回路２７からの参照電圧ＶＲＥＦ１の供給を停止することで、参照電圧ＶＲＥＦ１に要する消費電力を低減することができる。
【００５５】  本発明の一態様の構成では、電流制御モードと電圧制御モードとの切り替えを行う電源回路の構成において、電流制御モードの動作時に参照電圧ＶＲＥＦ２を取得しておく。そのため電流制御モードから電圧制御モードに切り替えた際に負荷１１の電流が電流制御モードの際と同じままで電力変換効率のよい制御を可能とすることができる。また電流制御モードの動作時に取得した参照電圧ＶＲＥＦ２をサンプルホールド回路に保持することができるため、動作する必要のない回路をパワーゲーティングすることができるため、低消費電力化を図ることができる。また電流制御モードと電圧制御モードとで、電流信号に相当する信号Ｖ１および電圧信号に層とする信号Ｖ２を保持する配線を予めプリチャージしておく。そのため、電流制御モードから電圧制御モードに切り替えた際に容量素子の充放電に伴う電圧降下などを抑制する構成とすることができる。
【００５６】  図３には、図１Ａで図示した負荷１１の構成例、および電力変換回路１５の構成例を図示している。また図３では、図１Ａで詳細なブロック図として図示した電圧制御回路１４を簡略化のため一つのブロックとして図示している。
【００５７】  図３では、負荷１１の一例として複数の発光デバイス６０が電気的に直列に接続された構成を図示している。発光デバイス６０の一例としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）あるいは有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）デバイスを挙げることができる。
【００５８】  図３では、入力電圧を降圧させる機能を有する、電力変換回路１５の構成例を示している。電力変換回路１５は、ゲートドライバー６１、トランジスタ６２、トランジスタ６３、インダクタ６４、容量素子６５および容量素子６６を有する。ゲートドライバー６１は、出力信号ＧＳが供給され、トランジスタ６２およびトランジスタ６３をオンまたはオフを制御する信号を生成する。電力変換回路１５では、トランジスタ６２のオンとなる期間およびトランジスタ６３のオンとなる期間の比率に応じて、インダクタ６４の起電力および容量素子６５、６６に蓄積される電荷の充放電を制御することで、負荷１１である発光デバイス６０に与える電圧および電流を制御することができる。
【００５９】  図４Ａには、図１Ａで説明した電圧検出回路２１の構成例について示している。電圧検出回路２１は、アンプ回路７１、アンプ回路７２、アンプ回路７３、および抵抗素子Ｒ１乃至Ｒ４を有する。アンプ回路７１は信号ＳＥＮＳＥ＋が入力され、アンプ回路７２は信号ＳＥＮＳＥ−が入力される。アンプ回路７３は、アンプ回路７１とアンプ回路７２から出力される信号が与えられる。アンプ回路７３は、信号Ｖｉｎ２を生成する。
【００６０】  図４Ｂには、図１Ａで説明した電流検出回路２２の構成例について示している。電流検出回路２２は、アンプ回路７４、アンプ回路７５、Ｇｍアンプ７６、および抵抗素子Ｒ５、Ｒ６を有する。アンプ回路７４は信号ＦＢが入力される。アンプ回路７５は参照電圧ＶＲＥＦ１とアンプ回路７４から出力される信号が与えられる。Ｇｍアンプ７６は参照電圧ＶＲＥＦ１とアンプ回路７５から出力される信号が与えられる。Ｇｍアンプ７６は、信号Ｖ１を生成する。
【００６１】  図５には、図１Ａで説明した補正回路２３、選択回路２４、プリチャージ回路２５および出力回路２６の構成例について示している。なお補正回路２３は、図１Ｂでの説明と同様である。
【００６２】  選択回路２４は、図５に図示するように、切り替えスイッチＳＷ１乃至ＳＷ５を有する。なお切り替えスイッチは、単にスイッチと呼ぶ場合もある。切り替えスイッチＳＷ１乃至ＳＷ５は、トランジスタ等で構成することができる。切り替えスイッチＳＷ１乃至ＳＷ５は、図５に図示するように、それぞれ切り替え信号Ｆ１または切り替え信号Ｆ１Ｂが与えられ、オンまたはオフが制御される。切り替え信号Ｆ１Ｂは、切り替え信号Ｆ１の反転信号である。
【００６３】  プリチャージ回路２５は、アンプ回路８１を有する。プリチャージ回路２５は、選択回路２４の切り替えに応じて、配線ＣＡ１をプリチャージする、または配線ＣＡ２をプリチャージする機能を有する。
【００６４】  出力回路２６は、アンプ回路８２および三角波生成回路８３を有する。出力回路２６は、三角波生成回路８３が出力する三角波と、選択回路２４で選択された信号Ｖ１又は信号Ｖ２との大小関係に応じて、信号ＧＳを出力する。三角波は、のこぎり波でもよい。
【００６５】  図２Ａで図示した期間Ｔ１における、図５の補正回路２３、選択回路２４、プリチャージ回路２５および出力回路２６の動作について図６Ａを参照して説明する。なお図６Ａにおいては、信号の流れを太線の破線で図示している。
【００６６】  期間Ｔ１では、図６Ａに図示するように、切り替えスイッチＳＷ３およびＳＷ５をオン、ＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ４をオフ、となるよう切り替え信号Ｆ１、Ｆ１Ｂで切り替える。配線ＣＡ２および配線ＣＡ２に接続された容量素子は、プリチャージ信号Ｖｐｒｉによってプリチャージされる。配線ＣＡ１および配線Ｃ１に接続された容量素子は、信号Ｖ１が与えられ、当該信号Ｖ１が信号ＶＳＥＬとしてアンプ回路８２の入力端子に与えられる。
【００６７】  また期間Ｔ１では、図６Ａに図示するように、信号Ｖｉｎ２が補正回路２３のＧｍアンプ４１の入力端子に与えられる。Ｇｍアンプ４１の出力電流によって得られる信号Ｖ２は、補正回路２３内のアナログデジタル変換回路４２、フィルタ回路３７およびデジタルアナログ変換回路４３を経由して、サンプルホールド回路４４に参照電圧ＶＲＥＦ２として与えられる。トランジスタ４５はオンにしておく。参照電圧ＶＲＥＦ２は、Ｇｍアンプ４１の入力端子に与えられる。補正回路２３はトランジスタ４５をオフにすることで、参照電圧ＶＲＥＦ２を保持することができる。
【００６８】  図２Ａで図示した期間Ｔ２における、図５の補正回路２３、選択回路２４、プリチャージ回路２５および出力回路２６の動作について図６Ｂを参照して説明する。なお図６Ｂにおいては、図６Ａと同様に、信号の流れを太線の破線で図示している。また図６Ｂでは、パワーゲーティングできる回路について細い破線で図示している。
【００６９】  期間Ｔ２では、図６Ｂに図示するように、切り替えスイッチＳＷ３およびＳＷ５をオフ、ＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ４をオンとなるよう切り替え信号Ｆ１、Ｆ１Ｂで切り替える。配線ＣＡ１および配線ＣＡ１に接続された容量素子は、プリチャージ信号Ｖｐｒｉによってプリチャージされる。配線ＣＡ２および配線ＣＡ２に接続された容量素子は、信号Ｖ２が与えられ、当該信号Ｖ２が信号ＶＳＥＬとしてアンプ回路８２の入力端子に与えられる。配線ＣＡ２および配線ＣＡ２に接続された容量素子は、期間Ｔ１で予めプリチャージされている。そのため、アンプ回路８２に与える電位の変化を緩やかにすることができる。
【００７０】  また期間Ｔ２では、図６Ｂに図示するように、補正回路２３においてトランジスタ４５をオフにする。サンプルホールド回路４４内に参照電圧ＶＲＥＦ２を保持し続けることができるため、補正回路２３内のアナログデジタル変換回路４２、フィルタ回路３７およびデジタルアナログ変換回路４３をパワーゲーティングすることができる。また期間Ｔ２では、電流検出回路２２が有するＧｍアンプ７６についても、パワーゲーティングすることができる。
【００７１】  図１Ａで図示した制御信号生成回路２７の構成例について、図７Ａを参照して説明する。制御信号生成回路２７は、インターフェース回路９１、デジタルアナログ変換回路９２、インバータ回路９３、およびバッファ回路９４を有する。
【００７２】  インターフェース回路９１は、Ｉ２Ｃインターフェース回路として機能する。インターフェース回路９１は、シリアルデータライン（ＳＤＡ）およびシリアルクロックライン（ＳＣＬ）を介してプロセッサ１７から信号が与えられる。インターフェース回路９１は、当該信号の制御に応じて、デジタルアナログ変換回路９２、インバータ回路９３、およびバッファ回路９４の各回路に出力する信号、および信号ＳＴＢＹを生成する。信号ＳＴＢＹは、電源回路１０内のパワーゲーティングを制御する信号、および信号ＳＨ１などである。
【００７３】  デジタルアナログ変換回路９２は、プロセッサ１７から与えられる信号に基づいて設定される参照電圧ＶＲＥＦ１を生成する機能を有する。
【００７４】  切り替え信号Ｆ１，Ｆ１Ｂは、選択回路２４の切り替えスイッチを制御する信号である。制御信号生成回路２７では、切り替え信号Ｆ１を生成し、インバータ回路９３を介して出力することで、論理が反転した切り替え信号Ｆ１Ｂを得る。また制御信号生成回路２７では、信号ＭＯＤＥを生成する。信号ＭＯＤＥは、切り替え信号Ｆ１と同じ論理である。
【００７５】  信号ＭＯＤＥは、スイッチ３６のオンまたはオフを制御して、電圧制御モードと電流制御モードを切り替えるための信号である。図７Ｂには、図２Ａで説明した期間Ｔ１および期間Ｔ２の切り替えと、信号ＭＯＤＥの関係について示す。信号ＭＯＤＥは、Ｈレベルでスイッチ３６をオンにし、Ｌレベルでスイッチ３６をオフにする。図７Ｂに図示するように、信号ＭＯＤＥは期間Ｔ１でＬレベル、つまり電流制御モードを行う。また信号ＭＯＤＥは期間Ｔ２でＨレベル、つまり電圧制御モードを行う。
【００７６】  図７Ａに図示する制御信号生成回路２７の構成例において、別の構成でもよい。例えば、図８Ａに図７Ａで図示した制御信号生成回路２７とは異なる構成の制御信号生成回路２７Ａを図示する。
【００７７】  図８Ａが図７Ａと異なる点として、デジタルアナログ変換回路９２の出力端子にサンプルホールド回路９５を有する点がある。サンプルホールド回路９５は、トランジスタ９６Ａおよび容量素子９６Ｂを有する。
【００７８】  デジタルアナログ変換回路がＶＲＥＦ１を出力した後、トランジスタ９６Ａを信号ＳＨ２の制御でオフにすることで、容量素子９６Ｂに参照電圧ＶＲＥＦ１を保持することができる。図８Ｂには、図６Ｂと同様に、パワーゲーティングできる回路について細い破線で図示している。図８Ｂに図示するようにサンプルホールド回路９５で参照電圧ＶＲＥＦ１を保持する構成とすることで、デジタルアナログ変換回路９２をパワーゲーティングできるため、低消費電力化を図ることができる。
【００７９】  また図３では負荷１１として発光デバイス６０を挙げて説明したが、他の構成でもよい。図９では、負荷１１の一例として複数のバッテリー９９が電気的に直列に接続された構成を図示している。バッテリー９９（電池、二次電池ともいう）の一例としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池（リチウムイオンポリマー電池）等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池等を挙げることができる。図９のその他の構成については、図３と同様である。
【００８０】  図１０Ａには、図９の電圧制御回路１４が有する制御信号生成回路２７Ｂの一例を図示する。制御信号生成回路２７Ｂは、インターフェース回路９１、デジタルアナログ変換回路９２、インバータ回路９３、バッファ回路９４、レジスタ９７、およびコンパレータ９８を有する。インターフェース回路９１、デジタルアナログ変換回路９２、インバータ回路９３、およびバッファ回路９４については、図７Ａでの説明と同様であるため説明を省略する。
【００８１】  レジスタ９７は、プロセッサ１７から与えられる信号ＤＡＴＡを保持する機能を有する。コンパレータ９８は、補正回路２３のデジタルアナログ信号に入力されるＮビットのデジタル信号と、レジスタ９７に保持された信号ＤＡＴＡと、が与えられる。コンパレータ９８は、比較結果に応じた信号を切り替え信号Ｆ１として出力する。
【００８２】  信号ＭＯＤＥは、スイッチ３６のオンまたはオフを制御して、定電流（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ：以下、ＣＣ）充電と定電圧（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｖｏｌｔａｇｅ：以下、ＣＶ）充電とを切り替えるための信号である。図２Ａにおける期間Ｔ１がＣＣ充電を行う期間、期間Ｔ２がＣＶ充電を行う期間に対応する。図１０Ｂには、ＣＣ充電を行う期間Ｔ＿ＣＣおよびＣＶ充電を行う期間Ｔ＿ＣＶの切り替えと、信号ＭＯＤＥの関係について示す。信号ＭＯＤＥは、Ｈレベルでスイッチ３６をオンにし、Ｌレベルでスイッチ３６をオフにする。図１０Ｂに図示するように、信号ＭＯＤＥは期間Ｔ＿ＣＣでＬレベル、つまりＣＣ充電を行う。また信号ＭＯＤＥは期間Ｔ＿ＣＶでＨレベル、つまりＣＶ充電を行う。
【００８３】  以上説明した本発明の一態様の半導体装置は、ＣＣ充電とＣＶ充電との切り替えを行う電源回路の構成において、ＣＣ充電の動作時に参照電圧ＶＲＥＦ２を取得しておく。そのためＣＣ充電からＣＶ充電に切り替えた際にノイズの影響の少ない参照電圧ＶＲＥＦ２を取得するためより高精度なＣＶ充電を可能とすることができる。またＣＣ充電の動作時に取得した参照電圧ＶＲＥＦ２をサンプルホールド回路に保持することができるため、動作する必要のない回路をパワーゲーティングすることができるため、低消費電力化を図ることができる。またＣＣ充電とＣＶ充電とで、電流信号に相当する信号Ｖ１および電圧信号に相当する信号Ｖ２を保持する配線を予めプリチャージしておく。そのため、ＣＣ充電からＣＶ充電に切り替えた際に容量素子の充放電に伴う電圧降下などを抑制する構成とすることができる。
【００８４】（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電源回路１０を有する半導体装置の構成に適用可能なトランジスタの構成、具体的には異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設ける構成について説明する。特に本実施の形態では、半導体装置を構成する電源回路が有する各トランジスタの構成について説明する。当該構成とすることで、半導体装置の設計自由度を高めることができる。また、異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設けることで、半導体装置の集積度を高めることができる。
【００８５】  図１１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１３Ａはトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図１３Ｂはトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図１３Ｃはトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
【００８６】  トランジスタ５００は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）である。トランジスタ５００は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置が有する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電圧あるいは電荷を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作の頻度が少ない、あるいは、リフレッシュ動作を必要としないため、半導体装置の消費電力を低減することができる。
【００８７】  本実施の形態で説明する半導体装置は、図１１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。なお、容量素子６００は、メモリ回路ＭＣにおける容量素子Ｃｓ等に適用することができる。
【００８８】  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デジタルアナログ変換回路４３が有するトランジスタ等に適用することができる。
【００８９】  トランジスタ３００は、図１３Ｃ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。
【００９０】  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。
【００９１】  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。
【００９２】  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。
【００９３】  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。
【００９４】  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。
【００９５】  なお、図１１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トランジスタのみの単極性回路（ｎチャネル型トランジスタのみ、など同極性のトランジスタで構成される回路を意味する）とする場合、図１２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。
【００９６】  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。
【００９７】  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。
【００９８】  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。
【００９９】  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。
【０１００】  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。
【０１０１】  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。
【０１０２】  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。
【０１０３】  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。
【０１０４】  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。
【０１０５】  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、特に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。
【０１０６】  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１１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。
【０１０７】  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。
【０１０８】  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。
【０１０９】  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１１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。
【０１１０】  なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１１】  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１１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。
【０１１２】  なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１３】  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１１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。
【０１１４】  なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１１５】  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。
【０１１６】  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。
【０１１７】  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。
【０１１８】  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。
【０１１９】  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。
【０１２０】  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。
【０１２１】  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。
【０１２２】  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。
【０１２３】  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。
【０１２４】  絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
【０１２５】  図１３Ａ、図１３Ｂ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。
【０１２６】  また、図１３Ａ、図１３Ｂ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１３Ａ、図１３Ｂ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１３Ａ、図１３Ｂに示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、絶縁体５５０及び酸化物５３０ｃの上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。
【０１２７】  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。
【０１２８】  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１１、図１３Ａ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。
【０１２９】  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。
【０１３０】  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。
【０１３１】  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。
【０１３２】  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。
【０１３３】  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。
【０１３４】  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。
【０１３５】  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。
【０１３６】  また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０５は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１３７】  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。
【０１３８】  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。
【０１３９】  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。
【０１４０】  また、上記過剰酸素領域を有する絶縁体と、酸化物５３０と、が接した状態で加熱処理、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。
【０１４１】  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。
【０１４２】  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。
【０１４３】  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。
【０１４４】  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。
【０１４５】  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。
【０１４６】  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。
【０１４７】  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。
【０１４８】  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。
【０１４９】  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を得ることができる。
【０１５０】  なお、図１３Ａ、図１３Ｂ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。
【０１５１】  トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物５３０として適用できるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物は、ＣＡＡＣ−ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳであることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【０１５２】  また、トランジスタ５００には、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。
【０１５３】  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を形成する場合がある。また、酸化物５３０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。
【０１５４】  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。
【０１５５】  よって、金属酸化物を酸化物５３０に用いる場合、金属酸化物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。
【０１５６】  また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、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。
【０１５７】  また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）と酸化物５３０とが接することで、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散し、導電体５４２が酸化する場合がある。導電体５４２が酸化することで、導電体５４２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５４２へ拡散することを、導電体５４２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。
【０１５８】  また、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）へ拡散することで、導電体５４２ａと酸化物５３０ｂとの間、および、導電体５４２ｂと酸化物５３０ｂとの間に異層が形成される場合がある。当該異層は、導電体５４２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、導電体５４２と、当該異層と、酸化物５３０ｂ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。
【０１５９】  なお、上記異層は、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間に形成されることに限られず、例えば、異層が、導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合や、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間、および導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合がある。
【０１６０】  また、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。
【０１６１】  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。
【０１６２】  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。
【０１６３】  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。
【０１６４】  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。
【０１６５】  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。
【０１６６】  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。
【０１６７】  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。
【０１６８】  また、図１３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。
【０１６９】  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。
【０１７０】  また、図１３Ａ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。
【０１７１】  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）のキャリア濃度が増加し、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。
【０１７２】  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。
【０１７３】  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。
【０１７４】  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。
【０１７５】  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。
【０１７６】  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。
【０１７７】  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。
【０１７８】  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。
【０１７９】  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。
【０１８０】  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。
【０１８１】  第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１３Ａ、図１３Ｂ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。
【０１８２】  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。
【０１８３】  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、チタンまた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。
【０１８４】  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。
【０１８５】  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。
【０１８６】  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。
【０１８７】  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。
【０１８８】  絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、絶縁体５５０の上面及び酸化物５３０ｃ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。
【０１８９】  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。
【０１９０】  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。
【０１９１】  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。
【０１９２】  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。
【０１９３】  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。
【０１９４】  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。
【０１９５】  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。
【０１９６】  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。
【０１９７】  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。
【０１９８】  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。
【０１９９】  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。
【０２００】  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。
【０２０１】  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。
【０２０２】  図１１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。
【０２０３】  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。
【０２０４】  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。
【０２０５】  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、微細化又は高集積化を図ることができる。
【０２０６】（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置の応用例について説明する。
【０２０７】＜電子部品の作製方法例＞
図１４Ａは、電子部品の作製方法例を示すフローチャートである。電子部品は、半導体パッケージ、またはＩＣ用パッケージともいう。以下述べる電子部品は、半導体装置が有する各トランジスタを備えた電子部品に相当する。
【０２０８】  トランジスタで構成される半導体装置は、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。後工程については、図１４Ａ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ＳＴ７１）した後、基板の裏面を研削する。この段階で基板を薄膜化して、前工程での基板の反り等を低減し、部品の小型化を図る。次に、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う（ステップＳＴ７２）。
【０２０９】  図１４Ｂは、ダイシング工程が行われる前の半導体ウエハ７１００の上面図である。図１４Ｃは、図１４Ｂの部分拡大図である。半導体ウエハ７１００には、複数の回路領域７１０２が設けられている。回路領域７１０２には、本発明の形態に係る半導体装置が設けられている。
【０２１０】  複数の回路領域７１０２は、それぞれが分離領域７１０４に囲まれている。分離領域７１０４と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう）７１０６が設定される。ダイシング工程ＳＴ７２では、分離線７１０６に沿って半導体ウエハ７１００を切断することで、回路領域７１０２を含むチップ７１１０を半導体ウエハ７１００から切り出す。図１４Ｄにチップ７１１０の拡大図を示す。
【０２１１】  分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）を緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。
【０２１２】  ステップＳＴ７２を行った後、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ＳＴ７３）。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方法は製品に適した方法を選択すればよい。例えば、接着は樹脂やテープによって行えばよい。ダイボンディング工程は、インターポーザ上にチップを搭載し接合してもよい。ワイヤーボンディング工程で、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（ステップＳＴ７４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。ワイヤーボンディングは、ボールボンディングとウェッジボンディングの何れでもよい。
【０２１３】  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ＳＴ７５）。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。リードフレームのリードをメッキ処理し、そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳＴ７６）。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。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ＳＴ７７）。検査工程（ステップＳＴ７８）を経て、電子部品が完成する（ステップＳＴ７９）。
【０２１４】  完成した電子部品の斜視模式図を図１４Ｅに示す。図１４Ｅ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１４Ｅに示すように、電子部品７０００は、リード７００１及びチップ７１１０を有する。
【０２１５】  電子部品７０００は、例えばプリント基板７００２に実装される。このような電子部品７０００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７００２上で電気的に接続されることで電子機器に搭載することができる。完成した回路基板７００４は、電子機器等の内部に設けられる。
【０２１６】＜電子機器の例＞
本発明の一態様に係る電源回路および半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る電源回路及び半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機、医療機器、ドローン、掃除機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す。
【０２１７】  図１５Ａは携帯型ゲーム機であり、筐体５００１、操作キー５００２、スピーカー５００３、表示部５００４等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、携帯型ゲーム機の各種電源回路に用いることができる。
【０２１８】  図１５Ｂは携帯情報端末であり、第１筐体５６０１、第２筐体５６０２、第１表示部５６０３、第２表示部５６０４、接続部５６０５、操作キー５６０６等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、携帯情報端末の各種集積回路に用いることができる。
【０２１９】  図１５Ｃはノート型パーソナルコンピュータであり、筐体５４０１、表示部５４０２、キーボード５４０３、ポインティングデバイス５４０４等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、ノート型パーソナルコンピュータの各種電源回路に用いることができる。
【０２２０】  図１５Ｄは自走型の掃除機であり、筐体５３０１、センサ５３０２、操作部５３０３、表示部５３０４等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、筐体５３０１内の各種電源回路に用いることができる。
【０２２１】  図１５Ｅはドローンであり、筐体５８０１、カメラ５８０２、プロペラ５８０３等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、筐体５８０１内の各種電源回路に用いることができる。
【０２２２】  図１５Ｆは自動車であり、車体５１０１、車輪５１０２、ダッシュボード５１０３、ライト５１０４等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、自動車の各種電源回路に用いることができる。
【０２２３】（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源回路及び当該電源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。
【０２２４】［円筒型二次電池］
円筒型の二次電池の例について図１６Ａを参照して説明する。円筒型の二次電池４００は、図１６Ａ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。
【０２２５】  図１６Ｂ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１６Ｂ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。
【０２２６】  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。
【０２２７】  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素子（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）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。
【０２２８】  図１６Ｃ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。
【０２２９】  図１６Ｄ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。
【０２３０】  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。
【０２３１】  また、図１６Ｄ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。
【０２３２】［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１７を用いて説明する。
【０２３３】  図１７Ａは、二次電池パック５３１の外観を示す図である。図１７Ｂ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。
【０２３４】  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１７Ｂ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。
【０２３５】  あるいは、図１７Ｃに示すように、回路基板５０１上に設けられる回路システム５９０ａと、端子５１１を介して回路基板５０１に電気的に接続される回路システム５９０ｂと、を有してもよい。例えば、本発明の一態様の制御回路の一部分が回路システム５９０ａに、他の一部分が回路システム５９０ｂに、それぞれ設けられる。
【０２３６】  なお、アンテナ５１７はコイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。また、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ９１４は、平板状の導体でもよい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つまり、コンデンサの有する２つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ９１４を機能させてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うこともできる。
【０２３７】  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。
【０２３８】  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。
【０２３９】（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。
【０２４０】  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。
【０２４１】  図１８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１８Ａ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。
【０２４２】  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。
【０２４３】  図１８Ｂ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１８Ｂ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。
【０２４４】  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。
【０２４５】  また、図１８Ｃ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１８Ｃ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。
【０２４６】  また、図１８Ｃ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。
【０２４７】  また、図１９Ａ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１９Ａ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。
【０２４８】  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１９Ｂ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。
【０２４９】  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。
【０２５０】（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。
【０２５１】  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。
【０２５２】  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。
【０２５３】  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。
【０２５４】  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。
【０２５５】  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。
【０２５６】  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。
【０２５７】  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。
【０２５８】  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。
【０２５９】  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。
【０２６０】  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。
【０２６１】  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。
【０２６２】  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。
【０２６３】  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。
【０２６４】  本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
【符号の説明】
【０２６５】  ＣＡ１：配線、ＣＡ２：配線、Ｖ１：信号、Ｖ２：信号、Ｖｉｎ２：信号、ＶＲＥＦ１：参照電圧、ＶＲＥＦ２：参照電圧、１０：電源回路、１１：負荷、１２：電流情報検出部、１３：電圧情報検出部、１４：電圧制御回路、１５：電力変換回路、１６：電源、１７：プロセッサ、２１：電圧検出回路、２２：電流検出回路、２３：補正回路、２４：選択回路、２５：プリチャージ回路、２６：出力回路、２７：制御信号生成回路、３０：容量素子、３１：容量素子、３２：抵抗素子、３３：抵抗素子、３４：抵抗素子、３５：抵抗素子、３６：スイッチ、３７：フィルタ回路、４１：Ｇｍアンプ、４２：アナログデジタル変換回路、４３：デジタルアナログ変換回路、４４：サンプルホールド回路、４５：トランジスタ、４６：容量素子
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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