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Title:
PROTECTIVE CIRCUIT FOR SECONDARY BATTERY, AND ABNORMALITY DETECTION SYSTEM FOR SECONDARY BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/174299
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention detects abnormalities of a secondary battery, and ensures safety by quickly detecting a phenomenon of a decrease in safety of the secondary battery and warning the user, for example. A first protective circuit and a second protective circuit are provided in one secondary battery. The first protective circuit has a memory circuit including a transistor that uses an oxide semiconductor. A complementary dual protection system is made possible during charging by combining a plurality of protective circuits, further increasing safety.

Inventors:
ISA TOSHIYUKI (JP)
IKEDA TAKAYUKI (JP)
TAKAHASHI KEI (JP)
TAJIMA RYOTA (JP)
Application Number:
IB2020/051042
Publication Date:
September 03, 2020
Filing Date:
February 11, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SEMICONDUCTOR ENERGY LAB (JP)
International Classes:
H02H7/18; G01R31/382; G01R31/50; H01L21/822; H01L21/8234; H01L21/8238; H01L27/04; H01L27/088; H01L27/092; H01L29/786; H01M10/42; H01M10/48; H02J7/00
Foreign References:
JP2009133676A2009-06-18
JP2013096752A2013-05-20
JP2012198977A2012-10-18
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Claims:
〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

請求の範囲

[請求項 1 ]

二次電池の充電時の異常を検出する第 1の保護回路と、

前記二次電池の充電時及び放電時に異常を検出する第 2の保護回路とを有し、

前記第 1の保護回路は、 トランジスタを含む比較回路を有し、

前記第 2の保護回路は、 二次電池の出力電圧を計算する演算回路を有する二次電池の異常検知シス テム。

[請求項 2 ]

請求項 1において前記トランジスタは酸化物半導体を有し、 前記酸化物半導体は、 I 11、 〇 &、 及 び å 11を含む二次電池の異常検知システム。

[請求項 3 ]

請求項 1または請求項 2において、 前記二次電池の充電時の異常はマイクロショートである二次電 池の異常検知システム。

[請求項 4 ]

請求項 1乃至 3のいずれか一において、 前記第 2の保護回路は、 充電時及び放電時におけるクーロ ンカウンタによる充電容量を算出することで異常を検出する二次電池の異常検知システム。

[請求項 5 ]

二次電池の充電時の異常を検出する第 1の保護回路と、

前記二次電池の充電時及び放電時に異常を検出する第 2の保護回路とを有し、

前記第 1の保護回路は、 トランジスタを含む比較回路を有し、

前記第 2の保護回路は、 前記二次電池の出力電圧を計算する演算回路を有する二次電池の保護回路。

[請求項 6 ]

請求項 5において前記トランジスタは酸化物半導体を有し、 前記酸化物半導体は、 1 11、 び å 11を含む二次電池の保護回路。

[請求項 7 ]

請求項 5または請求項 6において、 前記二次電池の充電時の異常はマイクロショートである二次電 池の保護回路。

Description:
明細書

発明の名称

二次電池の保護回路及び二次電池の異常検知 システム

技術分野

[0001]

本発明の一様態は、 物、 方法、 又は、 製造方法に関する。 または、 本発明は、 プロセス、 マシン、 マニュファクチャ、 又は、 組成物 (コンポジション .オブ .マター) に関する。 本発明の一態様は、 半導体装置、 表示装置、 発光装置、 蓄電装置、 照明装置、 電子機器、 またはこれらの製造方法に関 する。 本発明の一態様は、 車両、 または車両に設けられる車両用電子機器に関 する。 特に、 二次電 池の保護回路、 二次電池の充電制御方法、 二次電池の異常検知システム、 二次電池の管理システム、 及び二次電池を有する電子機器に関する。

[0002]

なお、 本明細書中において、 蓄電装置とは、 蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すも のである。 例えば、 リチウムイオンニ次電池などの二次電池、 リチウムイオンキャパシタ、 全固体電池、 及び 電気二重層キャパシタなどを含む。

背景技術

[0003]

近年、 リチウムイオンニ次電池、 リチウムイオンキャパシタ、 空気電池等、 種々の蓄電装置の開発 が盛んに行われている。 特に高出力、 高エネルギー密度であるリチウムイオンニ次 電池は、 携帯電 話、 スマートフォン、 タブレット、 もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報 端末、 携帯音楽プ レーヤ、 デジタルカメラ、 医療機器、 又は、 ハイブリッド車 (HV) 、 電気自動車 (EV) 、 もし くはプラグインハイブリッド車 (PHVまたは PHEV) 等の次世代クリーンエネルギー自動車な ど、 半導体産業の発展と併せて急速にその需要が 拡大し、 充電可能なエネルギーの供給源として現 代の情報化社会に不可欠なものとなっている 。

[0004]

携帯情報端末や電気自動車などにおいては 、 複数の二次電池を直列接続または並列接続し て保護回 路を設け、 電池パック (組電池ともよぶ) として使用される。 電池パックとは、 二次電池の取り扱 いを容易にするため、 複数個の二次電池を、 所定の回路と共に容器 (金属缶、 フイルム外装体) 内 部に収納したものを指す。 電池パックは、 動作状態を管理するために、 ECU (E l e c t r o n i c C o n t r o l Un i t) が設けられる。

[0005]

電気自動車やハイブリッド自動車に用いる 二次電池は、 充電回数、 放電深度、 充電電流、 充電する 環境 (温度変化) などによって劣化が生じる。 劣化は使用者の使い方にも依存し、 充電時の温度や、 急速充電する頻度や、 回生ブレーキによる充電量や、 回生ブレーキによる充電タイミングなども劣 化に関係する可能性がある。

[0006]

特許文献 1では、 二次電池の微小短絡を検出する電池状態検知 装置及びそれを内蔵する電池パック が示されている。

[先行技術文献]

[特許文献] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[0007]

[特許文献 1 ] 特開 2010— 66 1 61号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0008]

二次電池の異常を検知し、 例えば二次電池の安全性を低下させる現象を 早期に検知し、 使用者に警 告することにより、 安全十生を確保することを課題の一つとして いる。

[0009]

また、 安全性の高い二次電池の監視システムを提供 することも課題の一つとしている。

課題を解決するための手段

[0010]

安全性の高い二次電池の監視システムとす るため、 複数種類の保護回路を組み合わせる。

[001 1]

本明細書で開示する発明は、 二次電池の充電時の異常を検出する第 1の保護回路と、 二次電池の充 電時及び放電時に異常を検出する第 2の保護回路とを有し、 第 1の保護回路は、 トランジスタを含 む比較回路を有し、 第 2の保護回路は、 二次電池の出力電圧を計算する演算回路を有 する二次電池 の異常検知システムである。

[0012]

上記構成において、 第 1の保護回路は、 サンプリング周期ごとに比較回路を用いて電 圧の異常検出 を行う。 比較回路は、 Xチャネル F £丁や、 チャネル F £丁を用いることがで き、 比較回路に用いるトランジスタの材料として は £ 10や G a Nを用いることもできる。

[001 3]

また、 上記構成において、 第 2の保護回路は、 充電時及び放電時におけるクーロンカウンタ による 充電容量を算出することで異常を検出する。 クーロンカウンタは電池残留検出装置であり 、 検出抵 抗 (センス抵抗) を流れる充放電の電流を電圧に変換し、 変換された電圧値を基に二次電池の電池 残量を把握する。

[0014]

上記構成において、 二次電池の充電時の異常の一つはマイクロシ ョートであり、 第 1及び第 2の保 護回路で検出できる。 また、 二次電池の充電時の異常検出には電圧値を用 いるため、 第 1及び第 2 の保護回路は過充電や過放電を検知すること もできる。 過充電も二次電池の充電時の異常の一つで ある。 また、 過放電も二次電池の放電時の異常の一つであ る。 これらの異常を第 1及び第 2の保護 回路が早期に検知し、 使用者に警告することにより、 安全性を確保することができる。

[001 5]

また、 第 1の保護回路のトランジスタは、 酸化物半導体を有する構成を用いてもよく、 酸化物半導 体は、 インジウム、 ガリウム、 または亜鉛を用いることができる。 酸化物半導体を適用した〇£ 卜 ランジスタ (〇 FETとも呼ぶ) は、 オフ電流が極めて小さいという特性を有して いる。 トラ ンジスタ]^1として〇 トランジスタを用いる場合には、 トランジスタ IV! 1のリーク電流を非常に 低くすることができる。 つまり、 書き込んだデータをトランジスタ N41によって長時間保持するこ とができるため、 データを保持させたメモリセルのリフレッシ ュの頻度を少なくすることができる, また、 メモリセルのリフレッシュ動作を不要にする ことができる。 また、 リーク電流が非常に低い ため、 メモリセルにアナログデータを保持すること ができる。

[00 1 6]

酸化物半導体を用いたトランジスタを含む メモリ回路を有する充電制御のための回路、 又は電池制 徒 Pシステムを、 BTOS (B a t t e r y o p e r a t i n g s y s t e m、 又は B a t t e r y o x i d e s em i c o n d u c t o r) と呼称する場合がある。

[00 1 7]

また、 上記充電制御回路において、 あらかじめ定めたしきい値電流を設定して、 検出された電流値 により突発的な異常、 具体的にはマイクロショートなどを検知する こともできる。 マイクロショー 卜が発生すると内部抵抗が低くなるため、 正常な二次電池に流れる電流量は相対的に小 さくなり、 異常が発生した二次電池に多くの電流が流れ ることになり危険である。 上記充電制御回路において 電流は制御された値が保たれ、 電流値をモニターすることもできる。 また、 マイクロショートなど を検知することによって二次電池の異常を早 期に検知することができる。

[00 1 8]

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。

[00 1 9]

また、 リチウムイオンニ次電池は、 電解液を用いる二次電池に限定されず、 固体電解質を用いる全 固体二次電池にも本発明を適用することがで きる。 固体電解質の一例としては、 高分子電解質や各 種セラミックス (例えば LAG P (L i 1. 5 A 1 〇. 5〇 e 1. 5 (P〇 4 ) 3) 、 L i i〇G e P 2 S 12 など) などが挙げられる。 高分子電解質は、 電解液を含む高分子ゲル電解質と、 電解液を含まない 高分子固体電解質がある。 高分子ゲル電解質は、 リチウムイオン伝導性を有するポリマーに電 解液 が注入されている。 リチウムイオン伝導性を有するポリマーとし ては、 ポリエチレンオキシド (P EO) 、 ポリプロピレンオキシド (PPO) などが挙げられる。

発明の効果

[0020]

マイクロショートは充電時にリチウムイオ ンが負極のカーボン上に析出することで発生 すると考え られており充電時の異常検知が重要である。 そのため複数の保護回路を組み合わせること で充電時 において補完的な 2重保護システムが可能になり、 より安全性が高められる。

図面の簡単な説明

[0021]

図 1は本発明の一態様を示すブロック図である

図 2は本発明の一態様を示すブロック図である

図 3は本発明の一態様に用いる電池モデルの一 である。

図 4は本発明の一態様を示すブロック図である

図 5は本発明の一態様を示す第 1の保護回路を示すブロック図の一例である

図 6は本発明の一態棵を示すブロック図である 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 図 7八、 図 7 8、 図 7 ¢、 図 7 0、 図 7 £、 図 7F、 図 7〇はメモリの回路構成例を説明する図で ある。

図 8は半導体装置の構成例を説明する断面模式 である。

図 9は半導体装置の構成例を説明する断面模式 である。

図 1 0八、 図 1 0 3、 図 1 0〇はトランジスタの構成例を説明する断面 式図である。

図 1 1八、 図 1 1 8はトランジスタの構成例を説明する断面模 図である。

図 1 2は半導体装置の構成例を説明する断面模式 である。

図 1 3八、 図 1 3 3はトランジスタの構成例を説明する断面模 図である。

図 1 4は半導体装置の構成例を説明する断面模式 である。

図 1 5八、 図 1 5 3、 図 1 5〇は移動体の一例を示す図である。

図 1 6八は二次電池の一例を示す斜視図であり、 図 1 6 8は二次電池の分解斜視図であり、 図 1 6 (3は充電時の二次電池のモデル図である。

図 1 7は本発明の一態様を示すタイミングチャー の一部を示す図である。

図 1 8は本発明の一態棵を示す二重検知システム 示す図である。

発明を実施するための形態

[0022

以下では、 本発明の実施の形態について図面を用いて詳 細に説明する。 ただし、 本発明は以下の説 明に限定されず、 その形態および詳細を様々に変更し得ること は、 当業者であれば容易に理解され る。 また、 本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に 限定して解釈されるものではない。

[ 0 0 2 3 ]

(実施の形態 1)

本実施の形態では、 1つの二次電池に対して第 1の保護回路 1 1 と第 2の保護回路 1 3とを設ける 例を図 1に示す。

[ 0 0 2 4 ]

図 1は二次電池の管理システムの一例を示すブ ック図の一例である。

[ 0 0 2 5 ]

図 1に示すように、 二次電池と電気的に接続する充電制御回路 1 4は、 二次電池との間に 2つの遮 断用トランジスタを有している。 一つの遮断用スイッチ 1 2が電源供給を遮断することによって充 電停止状態になる。 また、 もう一つの遮断用スイッチ 1 5が電源供給を遮断することによっても充 電停止状態になる。 遮断用スイッチ 1 2、 1 5は、 パワートランジスタ (パワー とも呼ぶ) を用いてもよいし、 Nチャネル型MOSFETや、 チャネル型]^ 0 3 FETを用いればよく、 他 の材料としては £ 1 〇や〇 3 Xを用いることができる。 また、 1 11、 〇 3 , を含む酸化物半導 体材料も用いることができる。

[0026

第 1の保護回路 1 1は、 第 1の制御回路 1 6と、 比較回路 1 8と、 遮断用スイッチ 1 2とを少なく とも有している。 第 1の制御回路 1 6のチップ上に比較回路 1 8を形成する構成としてもよい。 遮 断用スイッチ 1 2のチップ上に比較回路 1 8を形成する構成としてもよい。 第 1の制御回路 1 6の チップ上に遮断用スイッチ 1 2のチップを貼り合わせ、 遮断用スイッチ 1 2上に比較回路 1 8を形 成する構成としてもよい。 チップ同士の貼り合わせは、 公知の貼り合わせ技術を用いればよい。 第 1の保護回路 1 1は、 比較回路 1 8を用いてフィードバックした前の電圧と比 してマイクロシヨ 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 ートを検知し、 第 1の制御回路 1 6により遮断用スイッチ 1 2をオフ状態とすることで充電を停止 させる。

[ 0 0 2 7 ]

また、 第 2の保護回路 1 3は、 第 2の制御回路 1 7と、 八〇コンバータ 1 9と、 遮断用スイッチ 1 5とを少なくとも有している。 第 2の制御回路 1 7のチップ上に八〇コンバータ 1 9を形成する構 成としてもよい。 遮断用スイッチ 1 5のチップ上に八〇コンバータ 1 9を形成する構成としてもよ い。 第 2の制御回路 1 7のチップ上に遮断用スイッチ 1 5のチップを貼り合わせ、 遮断用スイッチ 1 5上に八〇コンバータ 1 9を形成する構成としてもよい。 チップ同士の貼り合わせは、 公知の貼 り合わせ技術を用いればよい。 第 2の保護回路 1 3は、 八〇コンバータ 1 9を用いて二次電池の電 圧などの数値をデジタル化し、 それらの数値を基に第 2の制御回路 1 7で演算を行うことでマイク ロショートを検知し、 第 2の保護回路 1 3により遮断用スイッチ 1 5をオフ状態とすることで充電 を停止させる。 第 2の制御回路 1 7は演算を行うため、 などの演算回路を有する。

[ 0 0 2 8 ]

緩やかな電圧変化を伴う内部ショートによ る過充電は、 第 1の保護回路 1 1では検出しにくく、 第 2の保護回路 1 3で検出することが適している。 また、 第 2の保護回路 1 3は、 第 2の制御回路 1 7から警告信号を出力することもできるため 緩やかな電圧変化を伴う内部ショートの検知 により 即座に遮断用スイッチ 1 5をオフ状態とすることを保留し、 使用者に警告表示し、 充電を停止する かどうかの最終決定を使用者に促すことがで きる。 緩やかな電圧変化を伴う内部ショートは使用 を 急停止するほどの緊急性はないが、 異常の前触れと判断できる。 また、 緩やかな電圧変化を伴う内 部ショートは二次電池の経時劣化が原因であ ることが多いため、 使用者に二次電池の交換を促すこ ともできる。

[ 0 0 2 9 ]

また、 瞬間的な電圧変動は、 第 1の保護回路 1 1で検出する。 第 1の保護回路 1 1は、 充電電圧の 急変化の原因は不明であっても異常があれば すぐに充電を停止する簡易な保護回路とも言 える。

[ 0 0 3 0 ]

どちらか一方が何らかの原因で非動作にな ったとしても、 もう一方の検知が動作可能であれば危険 な短絡、 過充電を停止することもできる。 また、 さらに第 3の保護回路や第 4の保護回路を用いて ち上い。

[ 0 0 3 1 ]

このように、 2系統以上で独立に充電を制御することによ て、 安全性の高い二次電池の管理シス テムを提供することができる。

[ 0 0 3 2 ]

また、 図 2には、 2つの二次電池を用いる場合の一例を示して る。 1つの二次電池に第 1の保護 回路 1 1を設け、 もう一つの二次電池に第 3の保護回路 2 1を設ける。

[ 0 0 3 3 ]

第 1の保護回路 1 1の構成は、 第 3の保護回路 2 1と同じ構成を用いることができる。

[ 0 0 3 4 ]

第 3の保護回路 2 1は、 第 3の制御回路 2 6と、 比較回路 2 8と、 遮断用スイッチ 2 2とを少なく とも有している。 第 3の保護回路 2 1は、 比較回路 2 8を用いてフィードバックした前の電圧と比 較してマイクロショートを検知し、 第 3の制御回路 2 6により遮断用スイッチ 2 2をオフ状態とす 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 ることで充電を停止させる。

[0035]

第 2の制御回路は 0 11などを有しているため、 複数の二次電池に関する残量などを演算によ って それぞれ求めることができる。 従って、 3個以上の二次電池を有する場合においても 2の制御回 路 1 7を含む第 2の保護回路 1 3は一つでよい。 ただし、 複数の二次電池を直列または並列に接続 した集合を 1つのモジュールパックとし、 さらにそのモジュールパックを複数用いる電 気自動車な どの場合には、 1つの二次電池モジュールパック毎に第 2の保護回路 1 3を設ける。

[0036]

複数の二次電池を用いる場合であっても複 数の保護回路を用い、 充電を制御することによって、 安 全性の高い二次電池の管理システムを提供す ることができる。

[0037]

(実施の形態 2 )

本実施の形態では 2つの保護回路モジュールを用いて、 二次電池の充電制御を行う例を示す。 なお、 保護回路モジュールとは、 接続端子などを有する回路基板上に、 トランジスタを含む保護回路を含 む 1 ¢や、 その他の素子 (容量素子、 抵抗素子など) のうち、 少なく とも一種以上実装 しているモジュールを指している。

[0038]

用いる二次電池の電池モデルを図 3に示す。 二次電池の充電状態推定方法は、 電気回路モデル、 本 実施の形態では、 フォスター型電気回路モデルを用いて計算処 理して得る。 本実施の形態では電気 回路モデルで計算を行うため、 比較的演算能力の低い、 安価なマイクロコンピュータで実現できる。

[0039]

より具体的に以下に説明する。

[0040]

まず、 二次電池の電圧値、 または電流値を検出手段 (電圧検出回路や電流検出回路) により実測す る。 これらのデータは、 電圧測定器や、 電流測定器 (電流センサともよぶ) によって取得され、 記 憶装置に保存される。 電圧測定器で得られた電圧値、 具体的には充放電特性データに基づいて初期 £〇〇 (0) を算出する。 初期 〇〇 (0) とは、 〇〇の初期値である。 また、 初期尺 8 とは直 流抵抗尺 8の初期値 (尺〇とも表記する。 ) であり、 イオンの泳動過程による抵抗である。 予め実 測で求めた充放電特性から最適化アルゴリズ ム、 具体的には N6 1 ¢ 1 6 I·— N46 3 ¢ 1法を用いて 5 個の初期パラメータ、 具体的には初期 〇〇 (0) 、 FCC、 尺〇、 !¾ <! 、 を得ることができる。 なお、 N6 1 ¢ 16 !·— N46 3 ¢ 1法は、 導関数が不要なアルゴリズムである。

[004 1]

また、 他の初期 〇〇 (0) の算出方法としては、 電圧検出回路により使用開始前の電池の開放 電 圧を測定し、 予め求めておいた開放端電圧〇〇 と 〇〇との関係のマップまたは対応表により決 定することもできる。 本実施の形態では、 〇〇と〇〇 カーブのルックアップテーブルから £ (£〇〇 を取得する。 なお、 〇〇 とは、 電池が電気化学的に平衡状態にあるときの電 圧であり、 £〇 0 (3 3 6 〇 と対応関係にある。

[0042]

図 3に示す電池モデルの推定出力電圧は、 以下の式で示すことができる。

[0043] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[¾1]

[0044]

また、 30(3の更新式は以下の式で示すことができる 。

[0045]

»女2]

[0046]

また、 〇尺ュニットの過電圧は以下の式で示すこと ができる

[0047]

»女3]

[0048]

これらの式に基づき、 二次電池の異常検知プログラムを作製するこ とができる。

[0049]

また、 マイクロショートを検知するため、 電圧誤差の変位を用いる。 電圧誤差の変位とは、 各時間 ステップの電圧誤差を算出し、 さらにその前後差 (即ち 1つ前のステップと現在のステップとの差) を取った値である。 以下に示す直列抵抗尺 8の補正方法の式とすることで、 ノイズが低減できる。

[0050]

»女4] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[0051]

サンプリング時間が短いと測定値が追従で きないため、 3ステップ分の平均値から直列抵抗尺 8を 求めている。

[0052]

疑似的なマイクロショートを発生させた場 合のデータを入力し、 上記式を用いて電圧誤差の微分を 算出したところ、 疑似的なマイクロショートによる電圧降下を 検出することができた。 二次電池の 充放電データを用いて計算を行ったところ、 マイクロショートを検出するための閾値は約 1 5111 以上 2〇111 以下であった。 従って、 閾値である 2〇111 を超える場合を異常として検知する二次 電池の充電制御を行えばよい。 なお、 用いる二次電池の種類によっては、 この閾値が異なる場合が あるため、 用いる二次電池の閾値を上述した式などを用 いて予め算出しておくことが好ましい。

[0053]

また、 緩やかに発生する内部短絡による過充電を検 知することもできる。 充電直前の電圧を 0 ( 3 V として 〇〇に変換することで電池残量を正確に把握 し過充電を検知する。

[0054]

1つ目の検知条件としては、 〇〇が 100%を超えたら充電をストップする。

[0055]

2つ目の検知条件としては、 充電直前の電池残量と充電された電流量を加 えた値が F 00を超えた ら充電をストップする。

[0056]

充電前の 0(3 Vから初期充電量を算出する場合、 以下の式を基にする。

[0057]

»女5]

\¥02020/174299 卩(:17162020 /051042

[0058]

[¾6]

[0060]

上記式において、 左辺が右辺よりも大きくなった場合に過充電 とみなす。

[0061]

3つ目の検知条件としては、 充電直前の電圧と充電後に十分緩和した後の 電圧を 0 ( 3 Vとして、 そ こから満充電容量を算出し、 過去の満充電容量よりも大きい場合に過充電 と判断する。

[0062]

この場合、 以下の式を基にする。 なお、 充電直前の電圧を £ 0 ( 31 とし、 充電後に十分緩和した後 の電圧を £〇〇 2とする。

[006 3]

»女8]

〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[0065]

正常状態では初期の 匚(3と FCCu p d a はほぼ同じ値になるが、 もし FCCu p d a t e の値が大きくなった場合には内部ショートと みなす。

[0066]

上記 3つの検知条件に該当する場合には、 緩やかに発生する内部短絡による過充電とし て異常検知 することができる。 なお、 1ステップあたりの計算時間は約 21118 6 〇であるため、 サンプリング 周期が 1秒であれば、 100個以上直列接続された二次電池にも対応す ることができる。

[0067]

上述した検知条件をアルゴリズムとするプ ログラムを作製し、 そのプログラムを実行可能な〇 卜 ランジスタを含む I(3モジュール (〇 乙 3 1) を用いて図 4に示す回路構成を作製する。

[0068]

図 4に示す二次電池の異常検知システムは、 〇 トランジスタを含む I(3モジュール (〇 乙 I) が異常検知する場合には遮断スイッチをオフ 状態とする。 また、 もう一つの 1 (3モジュール (6X03) が異常検知した場合にも、 もう一つの遮断スイッチをオフ状態とする。

[0069]

なお、 〇 トランジスタを含む I 0モジュール (〇 乙 I) は、 保護回路モジュールを含む部 品である。 保護回路モジュールは、 接続端子などを有する回路基板上に、 酸化物半導体を有する £丁 (〇 F ET) を含む回路や、 や、 その他の素子 (容量素子、 抵抗素子など) などの うち、 少なくとも一種以上を有するモジュールであ る。 また、 〇 トランジスタを含む I(3モジュ ール (〇 3 1) は、 電流検出抵抗器と電気的に接続されている。 本実施の形態では、 〇 卜 ランジスタを含む I(3モジュール (〇 乙3 1) の 0 11の消費電力を低減させる、 ノーマリオ フコンピュータと呼ばれる技術を用いる。 ノーマリオフコンピュータは、 パワーゲーティングを用 いることで、 使用していないキャッシュメモリなどの集積 回路において電源の供給を停止すること で、 の消費電力を低減させる。 ノーマリオフコンピュータでは、 短い期間内に電源の供給の 停止が行われるので、 緩衝記憶装置 (キャッシュメモリなど) として用いる記憶素子には、 不揮発 性であることのみならず、 動作の高速性が要求される。 また、 ノーマリオフコンピュータでは、 パ ワーゲーティング時における電源の供給の停 止に伴うデータの退避及び復帰に要する時間 (オーバ 一へッド時間) が短くなければ、 が処理を行っていない時間内に電源の供給の 停止を行うこ とが難しい。 オーバーへッド時間が短いほど、 なおかつ損益分岐時間 (BET : B r e a k 611 丁 が短いほど、 が処理を行っていないわずかな時間内でも、 電源の供給の停 止を行うことができ、 時間的に粒度の細かいパワーゲーティングを 行うことができる。

[0070]

また、 図 1 8に示す二次電池の異常検知システムは、 ノーマリオフコンピュータを利用した 2重検 知システムを示している。 図 18においては、 ノーマリオフコンピュータで用いる 0 を!'!〇 £

£ 52の電源 £ 51をオンオフすることで消費電力 を低減することができる。 また、 図 18において、 二次電池 50と、 :8丁0 £ 53を含む電池パッ ク 54を図示し、 に接続する八〇〇 55及び八〇 056を図示している。 なお、 八0(3は、 八〇コンバータ回路である。 八〇 055は二次電池 50の電流 I b 3 1;に接続され、 八 0056は二次電池 50の電圧 Vb 3 と接続される。

[0071] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 二次電池の電池状態の変化は、 0 11の動作時間に比べて遅いため、 1回目の検知期間と 2回目の 検知期間の間に電源 £ 5 1をオフにする期間を設けて消費電力を低減 ることができる。 例えば、 検知期間を 2回とすると、 図 1 7に示すようなタイミングチャートとなる。 なお、 2回目の検知期 間は、 図 1 7中の 2回目の検知開始時と 2回目の検知判断時の間隔とする。

[ 0 0 7 2 ]

N 0 £ £〇 11 5 2の 〇〇は、 電源 £ 5 1によりオン期間 (丁。„) とオフ期間 (丁。„) が切 り替えられ、 オフ状態にするに際して要する時間 内にデータを退避させる。 そして オフ状態から再びオン状態とする際には、 退避させたデータの復帰に要する時間 (丁 1 6 。。 V 6 1 が生じる。 なお、 このパワーゲーテイング時における電源の供 給の停止に伴うデータの退避及び復 帰に要する時間 (丁 と の合計時間) をオーバーヘッド時間と呼ぶ。

[ 0 0 7 3 ]

図 1 7において 1回目の検知判断時で 0 11は、 推定値と実測値の差が小さいため実測値が正 常で あると判断し、 その正常な電池状態データを用いて、 次の検知判断時における電池状態 (電圧) を 推定する。 この推定値の算出が終わると、 オン期間 (丁。„) を終了してよいため、 推定値のデータ を退避させる。 なお、 図 1 7においてオフ期間 (丁。„) はオン期間 (丁。„) の 2倍未満で表記し ているが、 実際には 5倍以上である。

[ 0 0 7 4 ]

そして、 2回目の検知判断時までに二次電池 5 0の異常が発生していた場合、 退避させた推定値の データの復帰に要する時間 (丁 。。 1 7 ) 後または同時に で演算が行われ、 推定値と実測 値との差が大きい場合、 異常と判断することができる。 このように X〇 0 5 2を間欠的に 駆動させて二次電池 5 0の状態を調べることができる。 オフ期間 (丁。„) 、 即ち検知期間の間隔 は、 使用者または設計者が決定することができる 。 なお、 図 1 7では異常検知しても継続して異常 検知を行う例であるため、 異常検知後に推定値のデータを退避させるタ イミングチャートになって いるが、 異常検知後に検知を停止する場合には、 丁!^ ^ ^期間を設けなく ともよく、 即ち、 2回 目の検知判断後にデータ退避させなく ともよい。

[ 0 0 7 5 ]

また、 ここで、 もう一つの 1 (3モジュール (8丁0 3 5 3) の異常検知について以下に説明する。

I (3モジュール (8丁0 3 5 3) の構成は、 マイクロショートなどの異常挙動の検知回路 のブロッ ク図である図 5を用いて説明する。 なお、 図 4中の 1 匚モジュール (8丁0 3) と電気的に接続し ているゲートを有する遮断スイッチは、 図 5中の電源遮断スイッチ 1 0 5に対応している。

[ 0 0 7 6 ]

I 匚モジュール (3丁0 3) は、 回路基板 (リジッ ド基板 (プリント配線板ともよぶ) ) 上に、 酸 化物半導体を有する £丁を含む回路や、 マイクロコンピュータや、 その他の素子 (容量素子、 抵 抗素子など) を実装している。 マイクロコンピュータなどの I 0チップ上に酸化物半導体を有する F E丁を含む回路を形成してもよい。

[ 0 0 7 7 ]

第 1のメモリ 1 0 3は、 オフセットされた充電電圧を保持時、 充電電圧をモニターする。 また、 第 2のメモリ 1 0 4は出カデータを保持する。 なお、 第 1のメモリ 1 0 3及び第 2のメモリ 1 0 4は、 酸化物半導体を用いた £丁を含むメモリ回路である。

[ 0 0 7 8 ] マイクロショートなどの異常挙動の検知の具 体的な動作について以下に説明する。

[0079]

ある検出タイミングにてメモリ書き込み信 号が H i g hになると、 第 1のメモリ 1 03に書き込み を行う。 第 1のメモリ 1 0 3は、 オフセットされたバッテリ充電電圧を保存す る。 正常挙動の場合 は、 比較回路 1 02において第 1のメモリ 1 03の保持電圧と充電電圧を比較した結果が常 H i g hとなり、 電源遮断スイッチ制御信号も H i g hとなる。

[0080]

マイクロショートなどの異常挙動が発生す る場合は、 二次電池の充電電圧が急に電圧降下が発生す る。 その時、 比較回路 1 0 2の出力信号が反転し、 異常挙動を検知します。 そして、 電源遮断スイ ッチ制御信号を L owにし、 L owの電位を第 2のメモリ 1 04で保持することで電源遮断スイッ チ 1 05をオフ状態に維持する。

[008 1]

図 5に示す保護回路 1 00は、 I Cモジュール (BTOS) に含まれ、 簡易な構成となっており、 制御回路 1 06は、 オフセットされたバッテリ充電電圧を第 1のメモリ 1 0 3に任意のサンプリン グ期間ごとに書き込む役割を果たしている。 図 5に示す保護回路 1 00は、 常時検知する仕組みと なっており、 間欠的に検知する No f f C PUとは異なっている。

[008 2]

このように検知タイミングの異なる 2つの I Cモジュールを用いることで、 二次電池の補完的な保 護システムが実現でき、 これら 2つの I Cモジュールを搭載した電池パック (組電池ともよぶ) お よびその電池パック 54を有するデバイスは、 より安全性が高められる。 電池パックとは、 二次電 池の取り扱いを容易にするため、 複数個の二次電池で構成される電池モジュー ルを、 所定の回路と 共に容器 (金属缶、 フィルム外装体) 内部に収納したものを指す。

[008 3]

(実施の形態 3)

異常検出の精度を高めるため、 二次電池の残存容量の推定などの演算に、 ニューラルネットワーク を用いる例を以下に示す。

[0084]

ニューラルネットワークとは手法であり、 ニューラルネットワーク部 (例えば、 CPU (C e n t r a 1 P r o c e s s o r u n i t) uPU (G r a p h i c s P r o c e s s i n g Un i t) 、 A P U (Ac c e l e r a t e d P r o c e s s i n g Un i t) 、 メモリなど を含む) で行うニューラルネットワーク処理である。 なお、 APUは、 CPUと GPUを一つに統 合したチップを指している。

[008 5]

デバイスに搭載される二次電池は、 放電に関しては使用者の使用方法に依存しや すいためランダム であるが、 充電に関しては充電条件が決まっているため 、 放電に比べれば充電はニューラルネット ワークによって推定しやすいといえる。 予め、 ある程度多くの充電カーブを学習用のデータ とする ことで正確な値をニューラルネットワークを 用いて推定することができる。 二次電池を実測し、 充 電カーブを取得すれば、 ニューラルネットワークを利用して初期 SOC (0) 、 FCC、 R〇、 R d C d を得ることができる。

[008 6] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 具体的には、 得られる様々なデータを機械学習または人工 知能を用いて評価、 及び学習し、 推定さ れる二次電池の劣化度合いを解析し、 異常があれば二次電池への充電を停止する。 なお、 学習自体 は、 予め行っておき、 劣化度合いの推定に用いるパラメータを算出 しておくことが好ましい。

[ 0 0 8 7 ]

図 6は、 図 4に示した構成に加えて、 〇 トランジスタを含む I (3モジュール (〇 乙 3 1) の 上位にニューラルネットワーク部 3 0を設ける例である。 ニューラルネットワーク部 3 0は、 状態 推定部 3 1 と挙動推定部 3 2とを有する。 ニューラルネットワーク部 3 0は、 ニューラルネッ ト演 算を行うことのできるマイクロプロセッサを 用いる。

[ 0 0 8 8 ]

二次電池を使用しながら学習させる場合に は、 例えば、 電気自動車において、 走行中に学習データ の取得ができ、 二次電池の劣化状態を把握することができる 。 なお、 二次電池の劣化状態の推定に はニューラルネットワーク部 3 0を用いる。 ニューラルネッ トワークは、 隠れ層を複数有するニュ ーラルネッ トワーク、 すなわち、 ディープニューラルネットワークによって構 成することができる< なお、 ディープニューラルネットワークにおける学 習を、 ディープラーニングと呼ぶことがある。

[ 0 0 8 9 ]

機械学習は、 まず、 学習データから特徴値を抽出する。 時間によって変化する相対的変化量を特徴 値 (特徴量とも呼ぶ) として抽出し、 抽出された特徴値に基づいてニューラルネッ トワークを学習 させる。 学習手段は時間区間ごとに互いに異なる学習 パターンに基づ) / ヽてニューラルネットワーク を学習させることができる。 学習データに基づいた学習結果に従って、 ニューラルネットワークに 適用された結合重みを更新することができる 。 結合重みは特徴量とも呼ばれる。

[ 0 0 9 0 ]

ニューラルネットワーク部 3 0を用いた二次電池の劣化状態の推定結果に づき、 〇 トランジス 夕を含む 1 (3モジュール (〇 乙 3 1) の電池モデルのパラメータの再設定を行い、 長期的に異 常検出が正確に行えるように設定してもよい 。

[ 0 0 9 1 ]

また、 ニューラルネットワーク部 3 0を用いて電池モデルの内部パラメータを算 し、 〇 トラン ジスタを含む I 0モジュール (〇 乙 3 1) にそれらの値を入力することで、 劣化度の判定や残 量計の精度を高めることもできる。

[ 0 0 9 2 ]

ニューラルネットワーク部 3 0を用いて行う二次電池の充電状態推定方法 しては、 回帰モデル、 例えばカルマンフィルタなどを用いて計算処 理して得ることもできる。

[ 0 0 9 3 ]

カルマンフィルタは、 無限インパルス応答フィルタの一種である。 また、 重回帰分析は多変量解析 の一つであり、 回帰分析の独立変数を複数にしたものである 。 重回帰分析としては、 最小二乗法な どがある。 回帰分析では観測値の時系列が多く必要とさ れる一方、 カルマンフィルタは、 ある程度 のデータの蓄積さえあれば、 逐次的に最適な補正係数が得られるメリ ットを有する。 また、 カルマ ンフィルタは、 非定常時系列に対しても適用できる。

[ 0 0 9 4 ]

二次電池の内部抵抗及び充電率 (£ 0〇 を推定する方法として、 非線形カルマンフィルタ (具体 的には無香料カルマンフィルタ (U K Fとも呼ぶ) ) を利用することができる。 また、 拡張カルマ ンフィルタ (EKFともよぶ) を用いることもできる。 SOCとは、 充電状態 (充電率ともよぶ) を示しており、 満充電時を 1 00%、 完全放電時を 0 %とする指標である。

[0095]

最適化アルゴリズムにより得られた初期パ ラメータを n (nは整数、 例えば 50) サイクル毎に集 め、 それらのデータ群を教師データに用いて学習 を行い、 その学習モデルを用いてニューラルネッ トワーク処理することで高精度の SO Cの推定を行うことができる。 ニューラルネットワーク処理 を行うための推論用プログラムを実行するソ フトウェアのプログラムは、 P y t h o n (登録商 標) 、 Go、 P e r l、 Ru b y、 P r o l o g、 V i s u a l B a s i c、 C、 C + +、 S w i f t、 J a v a (登録商標) などの各種プログラミング言語で記述できる 。 また、 アプリケーシ ヨンを Ch a i n e r (P y t h o nで利用できる) 、 C a f f e (Py t h o nおよび C + +で 利用できる) 、 Te n s o r F l ow (C、 C + +、 および P y t h〇 nで利用できる) 、 . NE T等のフレームワークを使用して作成しても い。 例えば、 L S TMのアルゴリズムは P y t h〇 nでプログラミングし、 CPU (C e n t r a l P r o c e s s o r Un i t) または GPU (G r a p h i c s P r o c e s s i n g Un i t) を用いる。 また、 CPUと GPUを一つ に統合したチップを APU (Ac c e l e r a t e d P r o c e s s i n g Un i t) と呼ぶ こともあり、 この APUチップを用いることもできる。 また、 A I (システムを組み込んだ I C (推論チップとも呼ぶ) を用いてもよい。 A Iシステムを組み込んだ I Cは、 ニューラルネッ ト演 算を行う回路 (マイクロプロセッサ) と呼ぶ場合もある。

[0096]

学習システムは、 教師作成装置及び学習装置を有する。 教師データ作成装置は、 学習装置が学習す る際 (学習フェーズ) に利用する教師データを作成する。 教師データとは処理対象データと認識対 象が同一のデータと、 そのデータに対応するラベルの評価とを含む 。 教師データ作成装置は、 入力 データ取得部、 評価取得部、 教師データ作成部とを有する。 入カデータ取得部は、 記憶装置に記憶 されたデータから取得してもよいし、 インターネッ トを介して学習の入カデータを取得してもよ く、 入カデータとは学習に用いるデータであり、 二次電池の電流値や電圧値を含む。 また、 教師データ としては、 実測のデータでなく ともよく、 初期パラメータを条件振りすることで多様性 を持たせ、 実測に近レヽデータを作成し、 それらの所定の特性データベースを教師デー タに用いてニューラルネ ットワーク処理することで充電率 (SOC) を推定してもよい。 ある一つの電池の充放電特性を基 に、 実測に近いデータを作成し、 それらの所定の特性データベースを教師デー タに用いてニューラ ルネットワーク処理することで、 同種の電池の SOC推定を効率よく行うこともできる。

[0097]

SOC推定に最適化アルゴリズムのみを用いる場 合、 最適化アルゴリズムは計算量が多く、 無意味 な値への収束や最適値が決まらない発散など の問題がある。 電池の特性は、 非線形であり、 非線形 関数の数値最適化の手法で 5個の初期パラメータを求める。 5個の初期パラメータは、 総容量 FC C (Fu l l Ch a r g e C a p a c i t y) 、 直流抵抗 R s ( R〇) 、 披散過程による抵抗 R d 、 拡散容量 C d 、 初期 SOC (0) である。 なお、 FCC (満充電容量、 総容量とも呼ぶ) は、 常 温 25 °Cの定格容量である。

[0098]

5個の初期パラメータを得るための最適化処 の実行には P y t h〇 n (登録商標) や M a t 1 a b (登録商標) に実装されているツールを用いればよい。 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[0099]

二次電池の劣化が進んだ場合、 初期パラメータの FCCが大きく変化すると £〇 0の誤差が生じる 恐れがあるため、 の推定のための演算に用いる初期パラメータ を更新してもよい。 更新する 初期パラメータは、 予め実測した充放電特性のデータを用レ、て 最適化アルゴリズムにより算出する。 更新された初期パラメータを用いた回帰モデ ル、 例えばカルマンフィルタで計算処理すること で、 劣化後であっても高精度の の推定 (判断フェーズ) を行うことができる。 その後、 出力され た 〇〇の値を使用者に通知する。 判断フェーズとしては、 推論で行われる演算のみを示すのでは なく、 実測データ取得から推論を行い、 推定された 30(3値の出力終了までを指すものとする。 本 明細書ではカルマンフィルタを用いて計算処 理することをカルマンフィルタ処理するとも 表現する。

[0100]

初期パラメータを更新するタイミングは任 意でよいが、 高い精度で 〇〇の推定を行うためには、 更新頻度は多い方が好ましく、 定期的、 連続的に更新するほうが好ましい。

[0101]

また、 本実施の形態では、 〇 トランジスタを含む I(3モジュール (〇 乙 3 1) とニューラル ネットワーク部 30を電気的に接続する例を示しているが、 無線通信を行ってもよい。 また、 予め 学習に用いるパラメータ、 即ち、 用いる二次電池のデータを基にニューラルネ ットワーク部 30を 用いて 5個の初期パラメータが決定できるのであれ 、 図 4に示す構成とし、 〇 トランジスタを 含む 1(3モジュール (〇 乙3 1) に用いるデータに用いてもよい。

[0102]

本実施の形態は、 他の実施の形態と自由に組み合わせることが できる。

[0 1 03]

(実施の形態 4)

本実施の形態では、 記憶手段の回路構成例を図 7八乃至図 7〇に示す。 図 7八乃至図 70は、 それ ぞれが記憶素子として機能する。 図 7八に示す記憶素子 4 1 0は、 トランジスタ N41と、 容量素子 匚八と、 を有する。 記憶素子 4 1 0は、 1つのトランジスタと 1つの容量素子を有する記憶素子で ある。 例えば、 実施の形態 2に示した、 第 1のメモリ 1 03及び第 2のメモリ 1 04は、 酸化物半 導体を用いた 丁を含むメモリ回路であり、 図 7に示す記憶手段の回路構成例のいずれか一 用 いることができる。

[0 1 04]

トランジスタ N41の第 1端子は、 容量素子 0八の第 1端子と接続され、 トランジスタ N41の第 2端 子は、 配線 3 と接続され、 トランジスタ N41のゲートは、 配線 と接続され、 トランジスタ N4 1のバックゲートは、 配線 と接続されている。 容量素子〇八の第 2端子は、 配線〇八乙と接 続されている。 トランジスタ N41の第 1端子と容量素子 0八の第 1端子が電気的に接続される節点 をノード N0という。

[0 1 05]

実際のトランジスタにおいて、 ゲートとバックゲートは、 半導体層のチャネル形成領域を介して互 いに重なるように設けられる。 ゲートとバックゲートは、 どちらもゲートとして機能できる。 よっ て、 一方を 「バックゲート」 という場合、 他方を 「ゲート」 または 「フロントゲート」 という場合 がある。 また、 一方を 「第 1ゲート」 、 他方を 「第 2ゲート」 という場合がある。

[0106] \¥02020/174299 卩(:17132020/051042 バックゲートは、 ゲートと同電位としてもよいし、 接地電位や、 任意の電位としてもよい。 また、 バックゲートの電位をゲートと連動させず独 立して変化させることで、 トランジスタのしきい値電 圧を変化させることができる。

[0 1 07]

バックゲートを設けることで、 更には、 ゲートとバックゲートを同電位とすることで 、 半導体層に おいてキャリアの流れる領域が膜厚方向にお いてより大きくなるため、 キャリアの移動量が増加す る。 この結果、 トランジスタのオン電流が大きくなると共に 、 電界効果移動度が高くなる。

[0108]

したがって、 トランジスタを占有面積に対して大きいオン 電流を有する トランジスタにすることが できる。 すなわち、 求められるオン電流に対して、 トランジスタの占有面積を小さくすることが で きる。 よって、 集積度の高い半導体装置を実現することがで きる。 トランジスタ 1^1のバックゲートに電位を印加するための配 線として機能する。 配 線 8〇乙に任意の電位を印加することによって トランジスタ N41のしきレ、値電圧を増減すること ができる。

[01 10]

データの書き込みおよび読み出しは、 配線 乙に高レベル電位を印加し、 トランジスタ N41を導通 状態にし、 配線 3乙とノード N0を電気的に接続することによって行われる

[01 1 1]

配線〇八 は、 容量素子〇八の第 2端子に所定の電位を印加するための配線と て機能する。 配線 匚八乙には、 固定電位を印加するのが好ましい。

[0112]

図 73に示す記憶素子 420は、 記憶素子 4 1 0の変形例である。 記憶素子 420では、 トランジ スタ N41のバックゲートが、 配線 乙と電気的に接続される。 このような構成にすることによって、 トランジスタ N41のバックゲートに、 トランジスタ N41のゲートと同じ電位を印加することができ る。 よって、 トランジスタ N41が導通状態のときにおいて、 トランジスタ N41に流れる電流を増加 することができる。

[0 1 1 3]

また、 図 7匚に示す記憶素子 430のように、 トランジスタ N41をシングルゲート構造のトランジ スタ (バックゲートを有さないトランジスタ) としてもよい。 記憶素子 430は、 記憶素子 4 1 0 および記憶素子 420のトランジスタ N41からバックゲートを除いた構成となってい る。 よって、 記憶素子 4 30は、 記憶素子 4 1 0、 および記憶素子 420よりも作製工程を短縮することができ る。

[0 1 1 4]

記憶素子 4 1 0、 記憶素子 420、 および記憶素子 430は、 〇尺八 型の記憶素子である。

[0 1 1 5]

トランジスタ IV! 1のチャネルが形成される半導体層には、 酸化物半導体を用いることが好ましい。 本明細書などでは、 チャネルが形成される半導体層に酸化物半導 体を含むトランジスタを 「〇 卜 ランジスタ」 或いは 「〇 FET」 ともいう。

[0 1 1 6] 例えば、 酸化物半導体として、 インジウム、 元素 M (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、 また はマグネシウムなどから選ばれた一種、 または複数種) 、 亜鉛のいずれか一っを有する酸化物半導 体を用いることができる。 特に、 酸化物半導体は、 インジウム、 ガリウム、 亜鉛を含む酸化物半導 体であることが好ましい。

[01 1 7]

OS トランジスタは、 オフ電流が極めて少ないという特性を有して いる。 トランジスタ Mlとして OS トランジスタを用いることによって、 トランジスタ Mlのリーク電流を非常に低くすることが できる。 っまり、 書き込んだデータをトランジスタ Mlによって長時間保持することができる。 よ って、 記憶素子のリフレッシュの頻度を少なくする ことができる。 また、 記憶素子のリフレッシュ 動作を不要にすることができる。 また、 リーク電流が非常に低いため、 記憶素子 4 10、 記憶素子 420、 記憶素子 430において多値データ、 またはアナログデータを保持することができ る。

[01 18]

本明細書などでは、 OS トランジスタを用いた DRAMを、 DO SRAM (Dyn am i c Ox i d e s em i c o n d u c t o r Ra n d om Ac c e s s Memo r y) と V、つ。

[01 1 9]

図 7 Dに、 2っのトランジスタと 1っの容量素子で構成するゲインセル型の記 素子の回路構成例 を示す。 記憶素子 440は、 トランジスタ Mlと、 トランジスタ M2と、 容量素子 CAと、 を有す る。

[0120]

トランジスタ Mlの第 1端子は、 容量素子 C Aの第 1端子と接続され、 トランジスタ Mlの第 2端 子は、 配線 WBLと接続され、 トランジスタ Mlのゲートは、 配線 WWLと接続されている。 容量 素子 C Aの第 2端子は、 配線 C A Lと接続されている。 トランジスタ M2の第 1端子は、 配線 RB Lと接続され、 トランジスタ M2の第 2端子は、 配線 RWLと接続され、 トランジスタ M2のゲー 卜は、 容量素子 CAの第 1端子と接続されている。 トランジスタ Mlの第 1端子と、 容量素子 CA の第 1端子と、 トランジスタ M2のゲートと、 が電気的に接続される節点をノード NDという。

[0121]

ビット線 WB Lは、 書き込みビット線として機能し、 ビット線 RB Lは、 読み出しビット線として 機能し、 ワード線 WWLは、 書き込みワード線として機能し、 ワード線 RWLは、 読み出しワード 線として機能する。 トランジスタ Mlは、 ノード NDとビット線 WBLとを、 導通または非導通と するスイッチとしての機能を有する。

[0122]

トランジスタ Mlに OS トランジスタを用いることが好ましい。 前述したとおり、 OS トランジス 夕はオフ電流が非常に少ないため、 トランジスタ M 1に〇 S トランジスタを用いることで、 ノード NDに書き込んだ電位を長時間保持することが きる。 っまり、 記憶素子に書き込んだデータを長 時間保持することができる。

[0123]

トランジスタ M2に用いるトランジスタに特段の限定は無い トランジスタ M2として、 OS トラ ンジスタ、 S i トランジスタ (半導体層にシリコンを用いたトランジスタ 。 ) 、 またはその他の卜 ランジスタを用いてもよい。

[0124]

なお、 トランジスタ M2に S i トランジスタを用いる場合、 半導体層に用いるシリコンは、 非晶質 シリコン、 多結晶シリコン、 低温ポリシリコン (LTPS : L ow Temp e r a t u r e P o l y— S i 1 i c o n) 、 または単結晶シリコンとすればよい。 S i トランジスタは、 OS トラ ンジスタよりも電界効果移動度が高くなる場 合があるため、 読み出しトランジスタとして、 S i 卜 ランジスタを用いると、 読み出し時の動作速度を高めることができる 。

[0125]

トランジスタ Mlに OS トランジスタを用い、 トランジスタ M2に S i トランジスタを用いる場合、 両者を異なる層に積層して設けてもよい。 OS トランジスタは、 S i トランジスタと同様の製造装 置および同様のプロセスで作製することが可 能である。 よって、 OS トランジスタと S i トランジ スタの混載 (ハイブリッド化) が容易であり、 高集積化も容易である。 OS トランジスタと S i 卜 ランジスタの混載とは、 シリコンウェハに形成された S iの FETを有する回路の上方に OS トラ ンジスタを有する回路が設けられた 1つのチップ構成を指している。

[0126]

また、 トランジスタ M2に〇 S トランジスタを用いると、 非選択時のリーク電流を極めて少なくす ることができるため、 読み出し精度を高めることができる。 トランジスタ M 1およびトランジスタ M2の両方に OS トランジスタを用いることで、 半導体装置の作製工程が低減され、 生産性を高め ることができる。 例えば、 400°C以下のプロセス温度で半導体装置を作製 することもできる。

[0127]

トランジスタ Mlおよびトランジスタ M2にバックゲートを有するトランジスタ (4端子型のトラ ンジスタ。 「4端子素子」 ともいう。 ) を用いる場合の回路構成例を図 7 E乃至図 7 Gに示す。 図 7 Eに不す記憶素子 450、 図 7 Fに不す記憶素子 460、 および図 7 Gに不す記憶素子 470は、 記憶素子 440の変形例である。

[0128]

図 7 Eに示す記憶素子 450では、 トランジスタ M 1のゲートとバックゲートが電気的に接続さ ている。 また、 トランジスタ M2のゲートとバックゲートが電気的に接続さ ている。

[0129]

図 7 Fに示す記憶素子 460では、 トランジスタ M 1のバックゲート、 およびトランジスタ M2の バックゲートを配線 BGLと電気的に接続している。 配線 BGLを介して、 トランジスタ Mlおよ びトランジスタ M2のバックゲートに所定の電位を印加するこ ができる。

[0130]

図 7 Gに示す記憶素子 470では、 トランジスタ Mlのバックゲートが配線 WBGLと電気的に接 続され、 トランジスタ M2のバックゲートが配線 RBGLと電気的に接続されている。 トランジス 夕 M 1のバックゲートと トランジスタ M 2のバックゲートをそれぞれ異なる配線に接 することで、 それぞれ独立してしきい値電圧を変化させる ことができる。

[0131]

記憶素子 440乃至記憶素子 470は、 2T r 1 C型のメモリセルである。 本明細書などにおいて、 トランジスタ M 1に〇 S トランジスタを用いて、 2 T r 1 C型のメモリセルを構成した記憶装置を N〇 S R AM (N o n— v o l a t i l e Ox i d e S em i c o n d u c t o r Ra n d o m Ac c e s s Memo r y) という。 また、 記憶素子 440乃至記憶素子 470は、 ノー ド NDの電位をトランジスタ M2で増幅して読みだすことができる。 また、 OS トランジスタは才 フ電流が非常に少ないため、 ノード NDの電位を長期間保持することができる。 また、 読み出し動 作を行ってもノード NDの電位が保持される非破壊読み出しを行う とができる。

[0132]

記憶素子に保持されている情報は、 書き換え頻度が少ない情報である。 よって、 記憶素子としては、 情報の非破壊読み出しが可能かつ長期保持が 可能である NO S RAMを用いることが好ましい。

[0133]

また、 図 7A、 図 7 B、 図 7 E乃至図 7 Gに示したトランジスタは、 4端子素子であるため、 MT J (M a g n e t i c Tunn e l J u n c t i o n) 特性を利用した MR AM (M a g n e t o r e s i s t i v e Ra n d om Ac c e s s Memo r y) 、 Re RAM (Re s i s t i v e Ra n d om Ac c e s s Memo r y) 、 相変イ匕メモリ (Ph a s e— c h a n g e memo r y) などに代表される 2端子素子と比較して、 入出力の独立制御が簡便に行う ことができるといった特徴を有する。

[01 34]

(実施の形態 5 )

本実施の形態では、 上記実施の形態で説明した記憶素子の構成に 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メモリ回路が有する各 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。

[0135]

図 8に示す半導体装置は、 トランジスタ 300と、 トランジスタ 500と、 容量素子 600と、 を 有している。 図 10 Aはトランジスタ 500のチャネル長方向の断面図であり、 図 10Bはトラン ジスタ 500のチャネル幅方向の断面図であり、 図 10 Cはトランジスタ 300のチャネル幅方向 の断面図である。

[0136]

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。 こ のため、 ノード NHに長期間電位を保持することができる。 これにより、 ノード NHへの電位の書 き込みの頻度が少なくなるため、 半導体装置の消費電力を低減することができ る。

[0137]

本実施の形態で説明する半導体装置は、 図 8に示すようにトランジスタ 300、 トランジスタ 50 0、 及び容量素子 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。

[0138]

トランジスタ 300は、 基板 31 1上に設けられ、 導電体 3 1 6、 絶縁体 3 1 5、 基板 31 1の一 部からなる半導体領域 31 3、 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 314 a、 及び低抵抗領域 314 bを有する。

[0139]

トランジスタ 300は、 図 10Cに示すように、 半導体領域 31 3の上面、 及びチャネル幅方向の 側面が絶縁体 31 5を介して導電体 31 6に覆われている。 このように、 トランジスタ 300を F i n型とすることにより、 実効上のチャネル幅が増大する。 これにより、 トランジスタ 300の才 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。

[0140]

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。

[0141]

半導体領域 31 3のチャネルが形成される領域及びその近傍 領域、 並びにソース領域又はドレイ ン領域となる低抵抗領域 3 14 a及び低抵抗領域 3 14 b等において、 シリコン系半導体等の半導 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) 、 S i Ge (シリコンゲルマニウム) 、 G a A s (ガリウムヒ素) 、 G a A 1 A s (ガリウムアルミ ニウムヒ素) 等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 G a A sと G a A 1 A s等を用 いることで、 トランジスタ 300を HEMT (H i g h E l e c t r o n Mo b i l i t y T r a n s i s t o r) としてもよ V、。

[0142]

低抵抗領域 314 a、 及び低抵抗領域 314 bは、 半導体領域 31 3に適用される半導体材料に加 え、 ヒ素、 リン等の n型の導電性を付与する元素、 又はホウ素等の p型の導電性を付与する元素を 含む。

[0143]

ゲート電極として機能する導電体 3 1 6は、 ヒ素、 リン等の n型の導電性を付与する元素、 もしく はホウ素等の p型の導電性を付与する元素を含むシリコン の半導体材料、 金属材料、 合金材料、 又は金属酸化物材料等の導電性材料を用いる ことができる。

[0144]

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 等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等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。

[0145]

なお、 図 8に示すトランジスタ 300は一例であり、 その構造に限定されず、 回路構成や駆動方法 に応じて適切なトランジスタを用いればよい 。 例えば、 半導体装置を OS トランジスタのみの単極 性回路とする場合、 図 9に示すとおり、 トランジスタ 300の構成を、 OS トランジスタである卜 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。

[0146]

本明細書等において、 単極性回路とは、 例えば全てのトランジスタが同極性のトラン ジスタである 回路を示す。 例えば、 全てのトランジスタが nチャネル型トランジスタである回路は、 単極性回路 であるということができる。

[0147] 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 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 32 6が 順に積層して設けられている。

[0 148]

絶縁体 320、 絶縁体 32 2、 絶縁体 324、 及び絶縁体 3 26として、 例えば、 酸化シリコン、 酉爱化窒化シリコン、 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、 窒化アルミニウム等を用いればよい。

[0 149]

なお、 本明細書等において、 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、 本明細書等において、 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。

[0 1 50]

絶縁体 32 2は、 その下方に設けられる トランジスタ 300等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 3 22の上面は、 平坦性を高めるために 化学機械研磨 (0 ?) 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。

[0 1 5 1]

また、 絶縁体 324には、 基板 3 1 1、 又はトランジスタ 300等から、 トランジスタ 50〇が設 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。

[0 1 52]

水素に対するバリア性を有する膜の一例と して、 例えば、 〇 〇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。

[0 1 53]

水素の脱離量は、 例えば、 昇温脱離ガス分析法 (丁〇 ) 等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、 丁〇 分析において、 膜の表面温度が 50°〇から 500°〇の 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、 1 0 X 1 0 15 3 1: 01X18 / 以下、 好ましくは 5 1 0 15 3 1: 01X18 / 以下であればよい。

[0 1 54]

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 3 26 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 32 6の比誘電率は、 絶縁体 324の比誘電率の〇. 7倍以下が好ましく、 〇. 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。

[0 1 55]

また、 絶縁体 320、 絶縁体 322、 絶縁体 324、 及び絶縁体 32 6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 3 30等が埋め込まれている。 なお、 導 電体 328、 及び導電体 3 30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、 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042 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。

[ 0 1 5 6 ]

各プラグ、 及び配線 (導電体 3 2 8、 導電体 3 3 0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等の導電性材料を、 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 ブデン等の高融点材料を用いることが好まし く、 タン ダステンを用いることが好ましい。 又は、 アルミニウムや銅等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。

[ 0 1 5 7 ]

絶縁体 3 2 6、 及び導電体 3 3 0上に、 配線層を設けてもよい。 例えば、 図 8において、 絶縁体 3 5 0、 絶縁体 3 5 2、 及び絶縁体 3 5 4が順に積層して設けられている。 また、 絶縁体 3 5 0、 絶 縁体 3 5 2、 及び絶縁体 3 5 4には、 導電体 3 5 6が形成されている。 導電体 3 5 6は、 トランジ スタ 3 0 0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 3 5 6は、 導電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材料を用いて設けることができる

[ 0 1 5 8 ]

なお、 例えば、 絶縁体 3 5 0は、 絶縁体 3 2 4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 3 5 6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 3 5 0に設けられる開口部に、 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 3 0 0と トランジスタ

5 0 0とは、 バリア層により分離することができ、 トランジスタ 3 0 0から トランジスタ 5 0 0へ の水素の拡散を抑制することができる。

[ 0 1 5 9 ]

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 3 0 0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 3 5 0と接する構造で あることが好ましい。

[ 0 1 6 0 ]

絶縁体 3 5 4、 及び導電体 3 5 6上に、 配線層を設けてもよい。 例えば、 図 8において、 絶縁体 3

6 0、 絶縁体 3 6 2、 及び絶縁体 3 6 4が順に積層して設けられている。 また、 絶縁体 3 6 0、 絶 縁体 3 6 2、 及び絶縁体 3 6 4には、 導電体 3 6 6が形成されている。 導電体 3 6 6は、 プラグ又 は配線としての機能を有する。 なお導電体 3 6 6は、 導電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材 料を用いて設けることができる。

[ 0 1 6 1 ]

なお、 例えば、 絶縁体 3 6 0は、 絶縁体 3 2 4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 3 6 6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 3 6 0に設けられる開口部に、 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 3 0 0と トランジスタ 5 0 0とは、 バリア層により分離することができ、 トランジスタ 3 0 0から トランジスタ 5 0 0へ の水素の拡散を抑制することができる。 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042

[ 0 1 6 2 ]

絶縁体 3 6 4、 及び導電体 3 6 6上に、 配線層を設けてもよい。 例えば、 図 8において、 絶縁体 3

7 0、 絶縁体 3 7 2、 及び絶縁体 3 7 4が順に積層して設けられている。 また、 絶縁体 3 7 0、 絶 縁体 3 7 2、 及び絶縁体 3 7 4には、 導電体 3 7 6が形成されている。 導電体 3 7 6は、 プラグ又 は配線としての機能を有する。 なお導電体 3 7 6は、 導電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材 料を用いて設けることができる。

[ 0 1 6 3 ]

なお、 例えば、 絶縁体 3 7 0は、 絶縁体 3 2 4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 3 7 6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 3 7 0に設けられる開口部に、 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 3 0 0と トランジスタ 5 0 0とは、 バリア層により分離することができ、 トランジスタ 3 0 0から トランジスタ 5 0 0へ の水素の拡散を抑制することができる。

[ 0 1 6 4 ]

絶縁体 3 7 4、 及び導電体 3 7 6上に、 配線層を設けてもよい。 例えば、 図 8において、 絶縁体 3

8 0、 絶縁体 3 8 2、 及び絶縁体 3 8 4が順に積層して設けられている。 また、 絶縁体 3 8 0、 絶 縁体 3 8 2、 及び絶縁体 3 8 4には、 導電体 3 8 6が形成されている。 導電体 3 8 6は、 プラグ又 は配線としての機能を有する。 なお導電体 3 8 6は、 導電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材 料を用いて設けることができる。

[ 0 1 6 5 ]

なお、 例えば、 絶縁体 3 8 0は、 絶縁体 3 2 4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 3 8 6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 3 8 0に設けられる開口部に、 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 3 0 0と トランジスタ 5 0 0とは、 バリア層により分離することができ、 トランジスタ 3 0 0から トランジスタ 5 0 0へ の水素の拡散を抑制することができる。

[ 0 1 6 6 ]

上記において、 導電体 3 5 6を含む配線層、 導電体 3 6 6を含む配線層、 導電体 3 7 6を含む配線 層、 及び導電体 3 8 6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 3 5 6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 3 5 6を含む配線層と同様の配線層を 5層以上にしてもよい。

[ 0 1 6 7 ]

絶縁体 3 8 4上には絶縁体 5 1 0、 絶縁体 5 1 2、 絶縁体 5 1 4、 及び絶縁体 5 1 6が、 順に積層 して設けられている。 絶縁体 5 1 0、 絶縁体 5 1 2、 絶縁体 5 1 4、 及び絶縁体 5 1 6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。

[ 0 1 6 8 ]

例えば、 絶縁体 5 1 0及び絶縁体 5 1 4には、 基板 3 1 1等から、 又はトランジスタ 3 0 0を設け る領域等からトランジスタ 5 0 0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 3 2 4と同様の材料を用いることが好ましい。

[ 0 1 6 9 ] \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042 水素に対するバリア性を有する膜の一例とし て、 〇 〇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 5 0 0等の酸化物半導体を有する半導体素子に水 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 5 0 0と、 トランジ スタ 3 0 0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である。

[ 0 1 7 0 ]

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 5 1 0、 及び絶縁体 5 1 4には、 酸化アルミニウム、 酸化ハフニウム、 酸化タンタル等の金属酸化物を用いることが 好ましい。

[ 0 1 7 1 ]

特に、 酸化アルミニウムは、 酸素と、 トランジスタの電気特性の変動要因となる水 素、 水分等の不 純物と、 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、 卜 ランジスタの作製工程中及び作製後において 、 水素、 水分等の不純物のトランジスタ 5 0 0への混 入を防止することができる。 また、 トランジスタ 5 0 0を構成する金属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 5 0 0に対する保護膜として用いることに適して いる。

[ 0 1 7 2 ]

また、 例えば、 絶縁体 5 1 2、 及び絶縁体 5 1 6には、 絶縁体 3 2 0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 5 1 2、 及び絶縁体 5 1 6として、 酸化シリコン 膜や酸化窒化シリコン膜等を用いることがで きる。

[ 0 1 7 3 ]

また、 絶縁体 5 1 0、 絶縁体 5 1 2、 絶縁体 5 1 4、 及び絶縁体 5 1 6には、 導電体 5 1 8、 及び トランジスタ 5 0 0を構成する導電体 (例えば、 導電体 5 0 3) 等が埋め込まれている。 なお、 導 電体 5 1 8は、 容量素子 6 0 0、 又はトランジスタ 3 0 0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 5 1 8は、 導電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材料を用いて設けること ができる。

[ 0 1 7 4 ]

特に、 絶縁体 5 1 0、 及び絶縁体 5 1 4と接する領域の導電体 5 1 8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 3 0 0と トラ ンジスタ 5 0 0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、 卜 ランジスタ 3 0 0からトランジスタ 5 0 0への水素の拡散を抑制することができる。

[ 0 1 7 5 ]

絶縁体 5 1 6の上方には、 トランジスタ 5 0 0が設けられている。

[ 0 1 7 6 ]

図 1 0八、 図 1 0 8に示すように、 トランジスタ 5 0 0は、 絶縁体 5 1 4及び絶縁体 5 1 6に埋め 込まれるように配置された導電体 5 0 3と、 絶縁体 5 1 6及び導電体 5 0 3の上に配置された絶縁 体 5 2 0と、 絶縁体 5 2 0の上に配置された絶縁体 5 2 2と、 絶縁体 5 2 2の上に配置された絶縁 体 5 2 4と、 絶縁体 5 2 4の上に配置された酸化物 5 3 0 3 と、 酸化物 5 3 0 3の上に配置された 酸化物 5 3 0 13と、 酸化物 5 3 0 13上に互いに離れて配置された導電体 5 4 2 3及び導電体 5 4 2 13と、 導電体 5 4 2 3及び導電体 5 4 2 13上に配置され、 導電体 5 4 2 3と導電体 5 4 2 の間に 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 重畳して開口が形成された絶縁体 5 8 0と、 開口の底面及び側面に配置された酸化物 5 3 0 と、 酸化物 5 3 0 〇の形成面に配置された絶縁体 5 5 0と、 絶縁体 5 5 0の形成面に配置された導電体 5 6 0と、 を有する。

[ 0 1 7 7 ]

また、 図 1 0八、 図 1 0 8に示すように、 酸化物 5 3 0 3、 酸化物 5 3 0 13、 導電体 5 4 2 3、 及 び導電体 5 4 2 13と、 絶縁体 5 8 0との間に絶縁体 5 4 4を配置することが好ましい。 また、 図 1 0八、 図 1 0 8に示すように、 導電体 5 6 0は、 絶縁体 5 5 0の内側に設けられた導電体 5 6 0 3 と、 導電体 5 6 0 3の内側に埋め込まれるように設けられた導 体 5 6 0 13と、 を有することが好 ましい。 また、 図 1 0八、 図 1 0 8に示すように、 絶縁体 5 8 0、 導電体 5 6 0、 及び絶縁体 5 5 0の上に絶縁体 5 7 4が配置されることが好ましい。

[ 0 1 7 8 ]

なお、 以下において、 酸化物 5 3 0 3、 酸化物 5 3 0 13、 及び酸化物 5 3 0 をまとめて酸化物 5 3 0という場合がある。

[ 0 1 7 9 ]

なお、 トランジスタ 5 0 0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 5 3 0 3、 酸化物 5 3 0 13、 及び酸化物 5 3 0 〇の 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 5 3 0 13の単層、 酸化物 5 3 0 bと酸化物 5 3 0 3 の 2層構造、 酸化物 5 3 0 bと酸化物 5 3 0 〇の 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 5 0 0では、 導電体 5 6 0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 5 6 0が単層構造であってもよいし、

3層以上の積層構造であってもよい。 また、 図 8、 図 9、 図 1 0八、 図 1 0 8に示すトランジスタ

5 0 0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。

[ 0 1 8 0 ]

ここで、 導電体 5 6 0は、 トランジスタ 5 0 0のゲート電極として機能し、 導電体 5 4 2 3及び導 電体 5 4 2 13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 5

6 0は、 絶縁体 5 8 0の開口、 及び導電体 5 4 2 3 と導電体 5 4 2 b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 5 6 0、 導電体 5 4 2 3、 及び導電体 5 4 2 13の配置は、 絶縁体 5 8 0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 5 0 0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 5 6 0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 5 0 0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。

[ 0 1 8 1 ]

さらに、 導電体 5 6 0が、 導電体 5 4 2 &と導電体 5 4 2 13の間の領域に自己整合的に形成される ので、 導電体 5 6 0は、 導電体 5 4 2 &又は導電体 5 4 2 bと重畳する領域を有さない。 これによ り、 導電体 5 6 0と、 導電体 5 4 2 &及び導電体 5 4 2 13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 5 0 0のスイッチング速度が向上し、 高い周波数特性を有 することができる。

[ 0 1 8 2 ]

導電体 5 6 0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 さる。

[0183]

導電体 503は、 酸化物 530、 及び導電体 560と重なる領域を有するように配置する。 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、 s u r r o un d e d c h a n n e 1 (s— c h a nn e l) 構造という。

[0184]

また、 導電体 503は、 導電体 51 8と同様の構成であり、 絶縁体 5 14及び絶縁体 51 6の開口 の内壁に接して導電体 503 aが形成され、 さらに内側に導電体 503 bが形成されている。 なお、 トランジスタ 500では、 導電体 503 a及び導電体 503 b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 構造としてもよい。

[0185]

ここで、 導電体 503 aは、 水素原子、 水素分子、 水分子、 銅原子等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、 酸素分子等の少なくとも一) 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、 本明細書等において、 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、 又は全ての拡散を抑制する機 能とする。

[0186]

例えば、 導電体 503 aが酸素の拡散を抑制する機能を有すること より、 導電体 503 b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。

[0187]

また、 導電体 503が配線の機能を兼ねる場合、 導電体 503 b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 5 03 aは、 必ずしも設けなくともよい。 なお、 導電体 503 b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。

[0188]

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。

[0189]

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。

[0190]

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 (Th e rma l D e s o r p t i o n S p e c t r o s c o p y) 分析にて、 酸素原子に換算しての酸素の脱離量が 1. 0 X 1 0 18 a t oms / c m 3 以上、 好ましくは 1. 0 X 10 19 a t om s / c m 3 以上、 さらに 好ましくは 2. 0 X 10 19 a t om s/cm 3 以上、 又は 3. 〇 X 10 20 a t om s/cm 3 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 1 00°C以上 70 0°C以下、 又は 100°C以上 400°C以下の範囲が好ましい。

[0191]

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、 又は RF処理のいずれか一又は複数の処理を行って よい。 当該処理を行うことで、 酸化物 530 中の水、 又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 「V〇H V〇 + H」 という反応が起きることにより、 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 H 2 0として、 酸化物 530、 又は酸化物 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 拡散又は捕獲 (ゲッタリングともいう) される場合がある。

[0192]

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、 又は、 基 板側に RFを印加する電源を有する装置を用いると好 である。 例えば、 酸素を含むガスを用い、 目.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 る。 また、 基 板側に R F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、 又は酸化物 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 1 33 P a以上、 好ましくは 200 P a以上、 さらに好ましくは 400 P a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、 例えば酸素及びアルゴンを 用い、 酸素流量比 (0 2 / (〇 2 + Ar) ) は 50%以下、 好ましくは 10%以上 30%以下とする とよい。

[0193]

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、 1 00°C以上 450°C以下、 より好ましくは 35 0°C以上 400°C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、 又は酸化性ガスを 1 0 p p m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 (V〇) 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。 又は、 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 10 p pm以上、 1%以上、 又は 10 %以上含む雰囲気で行ってもよい。 又は、 酸化性 ガスを 10 p pm以上、 1%以上、 又は 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 を行ってもよい。

[0194] \¥02020/174299 卩(:17132020/051042 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 「 〇 + 0 1111 1 1」 という反応を促進させることができる。 さ らに、 酸化物 530中に残存した水素と、 酸化物 530に供給された酸素と、 が反応することで、 当該水素を H 2 0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 V 0 Hが形成されるのを抑制することができ 。

[0195]

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 素分子等) 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。

[0196]

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 が絶縁体 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。

[0197]

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 ( å丁) 、 チタン酸ストロンチウム (31 ~ 丁 10 3 ) 、 又は (83, !·) 丁 10 3 (83丁) 等 のいわゆる 11 1 § 11— 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、 リーク電流等の問題が生じる場 合がある。 ゲート絶縁膜として機能する絶縁体に 11 1 § 11一 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。

[0198]

特に、 不純物、 及び酸素等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、 又は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) 等を用いることが 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。

[0199]

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、 酸化二 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。

[0200]

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、 11 1 § 11— 材料の絶縁体を酸化シリコン、 又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 5 20を得ることができる。

[0201]

なお、 図 1 0八、 図 108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。

[0202]

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、 I n— 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、 又はマグネシウム等から選ばれた一種、 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 I n— M— Z n酸化物は、 CAAC—〇 s V C— A X 1 s A l i g n e d C r y s t a l Ox i d e s em i c o n d u c t o r) 、 CAC— OS (C l o u d— A l i g n e d C omp o s i t e Ox i d e S em i c o n d u c t o r) であることが好ましい。 また、 酉爱化物 530として、 I n— G a酉爱化物、 I n— Z n酸化物を用いてもよい。 C AAC— OS及び CAC— OSについては後述する。

[0203]

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 _位密度の低いことを高純度 真性又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。

[0204]

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 V〇Hを形成する場合がある。 V〇H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。 したがって、 水素が多く含まれている金属酸化物を用いた 卜 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、 電界等のス 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 V〇Hをできる限り低減し、 高純度真性又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、 V〇H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、 水素等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。 V〇H等の不純物が十分に低減された金属酸化 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。

[0205]

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。

[0206]

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 (S IMS : S e c o n d a r y I o n Ma s s S p e c t r ome t r y) により得られる水素濃度を、 1 X 1 0 2 〇 a t oms/c m 3 未満、 好ましくは l X 10 19 a t om s / c m 3 未満、 より好ましくは 5 X 1 0 18 a t oms / c m 3 未満、 さらに好ましくは 1 X 1 0 18 a t oms / c m 3 未満とする。 水素等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†生を付与することができる 。

[0207]

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 X 10 18 c m一 3 以下であることが好ましく、 1 X 10 17 c m一 3 未満であることがより好ましく、 1 X 10 16 c m一 3 未満であることがさらに好ましく、 l X 10 13 c m一 3 未満であることがさらに 好ましく、 1 X 10 12 c m - 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 X 10— 9 cm - 3 とするこ とができる。

[0208]

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 542 a、 及び導電体 54 2 b) 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。

[0209]

また、 酸化物 530中の酸素が導電体 542 (導電体 542 a、 及び導電体 542 b) へ拡散する ことで、 導電体 542 aと酸化物 530 bとの間、 及び導電体 542 bと酸化物 530 b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 530 bとの 3層 構造は、 金属一絶縁体一半導体からなる 3層構造とみなすことができ、 M I S (Me t a 1 - I n s u l a t o r— S em i c o n d u c t o r) 構造という、 又は M I S構造を主としたダイオー ド接合構造という場合がある。

[0210]

なお、 上記異層は、 導電体 542と酸化物 530 bとの間に形成されることに限られない。 例えば、 異層が、 導電体 542と酸化物 530 cとの間に形成される場合がある。 又は、 導電体 542と酸 化物 530 bとの間、 及び導電体 542と酸化物 530 cとの間に形成される場合がある。

[021 1]

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 2 eV以上、 好ましくは 2. 5 eV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。

[021 2]

酸化物 530は、 酸化物 530 b下に酸化物 530 aを有することで、 酸化物 530 aよりも下方 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 に形成された構造物から、 酸化物 5 3013へ不純物が拡散することを抑制すること できる。 また、 酸化物 530 b上に酸化物 530 〇を有することで、 酸化物 530 。よりも上方に形成された構造 物から、 酸化物 53013へ不純物が拡散することを抑制すること できる。

[02 1 3]

なお、 酸化物 530は、 各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物 層の積層構造を有することが 好ましい。 具体的には、 酸化物 5303に用いる金属酸化物において、 構成元素中の元素 IV!の原子 数比が、 酸化物 53013に用いる金属酸化物における、 構成元素中の元素 N4の原子数比より大きい ことが好ましい。 また、 酸化物 530 &に用いる金属酸化物において、 I 11に対する元素 N4の原子 数比が、 酸化物 53013に用いる金属酸化物における、 I 11に対する元素 N4の原子数比より大きい ことが好ましい。 また、 酸化物 53013に用いる金属酸化物において、 元素 に対する 1 11の原子 数比が、 酸化物 530 &に用いる金属酸化物における、 元素 に対する I 11の原子数比より大きい ことが好ましい。 また、 酸化物 530 〇は、 酸化物 5303又は酸化物 53013に用いることがで きる金属酉爱化物を用いることができる。

[02 1 4]

具体的には、 酸化物 5 3 0 8 として、 1 11 : 03 : 211= 1 : 3 : 4 [原子数比] 、 または 1 : 1 : 0. 5 [原子数比] の金属酸化物を用いればよい。 また、 酸化物 5 3013 として、 1 11 : 〇 3 : å 11= 4 : 2 : 3 [原子数比] 、 または 1 : 1 : 1 [原子数比] の金属酸化物を用いればよい。 また、 酸化物 530 として、 1 11 : 03 : 211= 1 : 3 : 4 [原子数比] 、 〇 & : å 11 = 2 : 1 [原子数比] 、 または : å 11= 2 : 5 [原子数比] の金属酸化物を用いればよい。 また、 酸化 物 5 30 〇を積層構造とする場合の具体例としては、 I 11 : : å 11 = 4 : 2 : 3 [原子数比] と、 1 11 : 03 : 211= 1 : 3 : 4 [原子数比] との積層構造、 〇 8 : å 11 = 2 : 1 [原子数比] と、 1 11 : 03 : 211 = 4 : 2 : 3 [原子数比] との積層構造、 〇 8 : å 11 = 2 : 5 [原子数比] と、 1 11 : 03 : 211 = 4 : 2 : 3 [原子数比] との積層構造、 酸化ガリウムと、

11 = 4 : 2 : 3 [原子数比] との積層構造などが挙げられる。

[02 1 5]

また、 酸化物 530 3及び酸化物 5 30 〇の伝導帯下端のエネルギーが、 酸化物 5 30 b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 5303及び酸化物 530。の電子親和力が、 酸化物 530 bの電子親和力より小さいことが好ましい。

[02 1 6]

ここで、 酸化物 5303、 酸化物 5 3013、 及び酸化物 530 〇の接合部において、 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 5303、 酸化物 53013、 及び酸化 物 5 30 〇の接合部における伝導帯下端のエネルギー ,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 530 3と酸化物 53013との界面、 及び酸 化物 530 bと酸化物 530 〇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。

[02 1 7]

具体的には、 酸化物 530 3と酸化物 53013、 及び酸化物 530 bと酸化物 530 。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 _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 酸化物 5 303及び酸化物 53 0 。として、 1 11— 0 酸化物、 0 酸化物、 酸化ガリウム等を用いるとよい。 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[ 0 2 1 8 ]

このとき、 キャリアの主たる経路は酸化物 5 3 0 13となる。 酸化物 5 3 0 3、 及び酸化物 5 3 0 。 を上述の構成とすることで、 酸化物 5 3 0 3 と酸化物 5 3 0 13との界面、 及び酸化物 5 3 0 13と酸 化物 5 3 0 〇との界面における欠陥 _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 5 0 0は高いオン電流を得られる。

[ 0 2 1 9 ]

なお、 酸化物 5 3 0に用いることができる半導体材料は、 上述の金属酸化物に限られない。 酸化物 5 3 0として、 バンドギャップを有する半導体材料 (ゼロギャップ半導体ではない半導体材料) を 用いてもよい。 例えば、 シリコンなどの単体元素の半導体、 ヒ化ガリウムなどの化合物半導体、 半 導体として機能する層状物質 (原子層物質、 2次元材料などともいう。 ) などを半導体材料に用い ることが好ましい。 特に、 半導体として機能する層状物質を半導体材料 に用いると好適である。

[ 0 2 2 0 ]

ここで、 本明細書等において、 層状物質とは、 層状の結晶構造を有する材料群の総称である 。 層状 の結晶構造は、 共有結合やイオン結合によって形成される層 が、 ファンデルワールスカのような、 共有結合やイオン結合よりも弱い結合を介し て積層している構造である。 層状物質は、 単位層内に おける電気伝導性が高く、 つまり、 2次元電気伝導性が高い。 半導体として機能し、 かつ、 2次元 電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に 用いることで、 オン電流の大きいトランジスタを提供 することができる。

[ 0 2 2 1 ]

層状物質として、 グラフエン、 シリセン、 カルコゲン化物などがある。 カルコゲン化物は、 カルコ ゲンを含む化合物である。 また、 カルコゲンは、 第 1 6族に属する元素の総称であり、 酸素、 硫黄、 セレン、 テルル、 ポロニウム、 リバモリウムが含まれる。 また、 カルコゲン化物として、 遷移金属 カルコゲナイ ド、 1 3族カルコゲナイ ドなどが挙げられる。

[ 0 2 2 2 ]

酸化物 5 3 0として、 例えば、 半導体として機能する遷移金属カルコゲナイ ドを用いることが好ま しい。 酸化物 5 3 0として適用可能な遷移金属カルコゲナイ ドとして、 具体的には、 硫化モリブデ ン (代表的には 1^〇 £ 2 ) セレン化モリブデン (代表的には 1^〇 £ 6 2 ) モリブデンテルル (代 表的には ]^〇丁6 2 ) 硫化タングステン (代表的には 3 2 ) セレン化タングステン (代表的に は £ 6 2 ) タングステンテルル (代表的には 丁 6 2 ) 硫化ハフニウム (代表的には H £ £ 2 ) セレン化ハフニウム (代表的には H £ 6 2 ) 硫化ジルコニウム (代表的には Z r S 2 ) セレン化ジルコニウム (代表的には å £ 6 2 ) などが挙げられる。

[ 0 2 2 3 ]

酸化物 5 3 0 13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 5 4 2 3 , 及び導電 体 5 4 2 13が設けられる。 導電体 5 4 2 3、 及び導電体 5 4 2 13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 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042 タンとニッケルを含む酸化物等を用いること 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 化タンタル等の金属窒化物膜は、 水素又は酸素に対するバリア性があるため好 ましい。

[ 0 2 2 4 ]

また、 図 1 0では、 導電体 5 4 2 3、 及び導電体 5 4 2 13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、 銅ーマグネシウムー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。

[ 0 2 2 5 ]

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。

[ 0 2 2 6 ]

また、 図 1 〇八に示すように、 酸化物 5 3 0の、 導電体 5 4 2 3 (導電体 5 4 2 13) との界面とそ の近傍には、 低抵抗領域として領域 5 4 3 3 , 及び領域 5 4 3 13が形成される場合がある。 このと き、 領域 5 4 3 3はソース領域又はドレイン領域の一方とし 機能し、 領域 5 4 3 b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 5 4 3 3と領域 5 4 3 bに挟まれる領域にチ ャネル形成領域が形成される。

[ 0 2 2 7 ]

酸化物 5 3 0と接するように上記導電体 5 4 2 & (導電体 5 4 2 13) を設けることで、 領域 5 4 3 3 (領域 5 4 3 13) の酸素濃度が低減する場合がある。 また、 領域 5 4 3 & (領域 5 4 3 13) に導 電体 5 4 2 3 (導電体 5 4 2 13) に含まれる金属と、 酸化物 5 3 0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 5 4 3 & (領域 5 4 3 13) のキャリア濃度が増加し、 領域 5 4 3 3 (領域 5 4 3 13) は、 低抵抗領域となる。

[ 0 2 2 8 ]

絶縁体 5 4 4は、 導電体 5 4 2 3 , 及び導電体 5 4 2 13を覆うように設けられ、 導電体 5 4 2 3 , 及び導電体 5 4 2 13の酸化を抑制する。 このとき、 絶縁体 5 4 4は、 酸化物 5 3 0の側面を覆い、 絶縁体 5 2 4と接するように設けられてもよい。

[ 0 2 2 9 ]

絶縁体 5 4 4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、 マグネシウム等か 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 5 4 4 として、 窒化酸化シリコン又は窒化シリコン等も用い ることができる。

[ 0 2 3 0 ]

特に、 絶縁体 5 4 4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 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042 である、 酸化アルミニウム、 酸化ハフニウム、 又は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) 等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 5 4 2 3、 及び導電体 5 4 2 13が耐酸化性を有する、 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 5 4 4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。

[ 0 2 3 1 ]

絶縁体 5 4 4を有することで、 絶縁体 5 8 0に含まれる水、 及び水素等の不純物が、 酸化物 5 3 0 〇及び絶縁体 5 5 0を介して酸化物 5 3 0 bに拡散することを抑制することができる。 また、 絶縁 体 5 8 0が有する過剰酸素により、 導電体 5 6 0が酸化することを抑制することができる。

[ 0 2 3 2 ]

絶縁体 5 5 0は、 第 1のゲート絶縁膜として機能する。 絶縁体 5 5 0は、 酸化物 5 3 0 〇の内側 (上面、 及び側面) と接するように配置することが好ましい。 絶縁体 5 5 0は、 上述した絶縁体 5 2 4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。

[ 0 2 3 3 ]

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。

[ 0 2 3 4 ]

加熱により酸素が放出される絶縁体を、 絶縁体 5 5 0として酸化物 5 3 0 〇の上面に接して設ける ことにより、 酸化物 5 3 0 <:を通じて、 絶縁体 5 5 0から酸化物 5 3 0 13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 5 2 4と同様に、 絶縁体 5 5 0中の水又は水素 等の不純物濃度が低減されていることが好ま しい。 絶縁体 5 5 0の膜厚は、 以上 2〇 11 111以 下とすることが好ましい。

[ 0 2 3 5 ]

また、 絶縁体 5 5 0が有する過剰酸素を効率的に酸化物 5 3 0へ供給するために、 絶縁体 5 5 0と 導電体 5 6 0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 5 5 0から導電体 5 6 0への酸素拡散を抑制する機能を有すること 好ましい。 酸素の拡散を抑制する機能を有する金 属酸化物を設けることで、 絶縁体 5 5 0から導電体 5 6 0への過剰酸素の拡散が抑制される。 つま り、 酸化物 5 3 0へ供給する過剰酸素量の減少を抑制するこ ができる。 また、 過剰酸素による導 電体 5 6 0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 5 4 4に用いること ができる材料を用いればよい。

[ 0 2 3 6 ]

なお、 絶縁体 5 5 0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、 リーク電流等の問題が生じる場合が ある。 このため、 ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、 11 1 § 11— 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を低 減することが可能となる。 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。 第 1のゲート電極として機能する導電体 5 6 0は、 図 1 0 A、 図 1 0 Bでは 2層構造として示して いるが、 単層構造でもよいし、 3層以上の積層構造であってもよい。

[ 0 2 3 8 ]

導電体 5 6 0 a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 (N 2 0、 N O、 N O 2 等) 、 銅原子等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、 酸素分子等の少なくとも一) 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 5 6 0 aが酸素の拡散を抑制する機能を有するこ とで、 絶縁体 5 5 0に含まれる酸素により導電体 5 6 0 b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等を用いることが好まし い。 また、 導電体 5 6 0 aとして、 酸化物 5 3 0に適用できる酸化物半導体を用いることが きる。 その場合、 導電体 5 6 O bをスパッタリング法で成膜することで、 導電体 5 6 0 a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 O C (O x i d e C o n d u c t o r) 電極ということができる。

[ 0 2 3 9 ]

また、 導電体 5 6 0 b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 5 6 0 b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 5 6 0 b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。

[ 0 2 4 0 ]

絶縁体 5 8 0は、 絶縁体 5 4 4を介して、 導電体 5 4 2 a、 及び導電体 5 4 2 b上に設けられる。 絶縁体 5 8 0は、 過剰酸素領域を有することが好ましい。 例えば、 絶縁体 5 8 0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、 又は樹脂等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、 及び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。

[ 0 2 4 1 ]

絶縁体 5 8 0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 5 8 0を、 酸化物 5 3 0 cと接する領域を有するように設けることで 絶縁体 5 8 0中の酸素を、 酸化 物 5 3 0 cを通じて、 酸化物 5 3 0 a及び酸化物 5 3 0 bへと効率良く供給することができる。 な お、 絶縁体 5 8 0中の水又は水素等の不純物濃度が低減され いることが好ましい。

[ 0 2 4 2 ]

絶縁体 5 8 0の開口は、 導電体 5 4 2 aと導電体 5 4 2 bの間の領域に重畳して形成される。 これ により、 導電体 5 6 0は、 絶縁体 5 8 0の開口、 及び導電体 5 4 2 aと導電体 5 4 2 bに挟まれた 領域に埋め込まれるように形成される。

[ 0 2 4 3 ]

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 5 6 0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 5 6 0の膜厚を大きくすると、 導電体 5 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042

6 0はアスぺク ト比が高い形状となり うる。 本実施の形態では、 導電体 5 6 0を絶縁体 5 8 0の開 口に埋め込むように設けるため、 導電体 5 6 0をアスペク ト比の高い形状にしても、 工程中に導電 体 5 6 0を倒壊させることなく導電体 5 6 0を形成することができる。

[ 0 2 4 4 ]

絶縁体 5 7 4は、 絶縁体 5 8 0の上面、 導電体 5 6 0の上面、 及び絶縁体 5 5 0の上面に接して設 けられることが好ましい。 絶縁体 5 7 4をスパッタリング法で成膜することで、 絶縁体 5 5 0、 及 び絶縁体 5 8 0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 5 3 0中に酸素を供給することができる。

[ 0 2 4 5 ]

例えば、 絶縁体 5 7 4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、 又はマグネシウム等から選ばれ 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。

[ 0 2 4 6 ]

特に、 酸化アルミニウムはバリア性が高く、 〇. 5 11 111以上 3 . 0 11111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、 水素等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。

[ 0 2 4 7 ]

また、 絶縁体 5 7 4の上に、 層間膜として機能する絶縁体 5 8 1を設けることが好ましい。 絶縁体 5 8 1は、 絶縁体 5 2 4等と同様に、 膜中の水又は水素等の不純物濃度が低減され ていることが好 ましい。

[ 0 2 4 8 ]

また、 絶縁体 5 8 1、 絶縁体 5 7 4、 絶縁体 5 8 0、 及び絶縁体 5 4 4に形成された開口に、 導電 体 5 4 0 3、 及び導電体 5 4 0 を配置する。 導電体 5 4 0 3及び導電体 5 4 0 13は、 導電体 5 6 0を挟んで対向して設ける。 導電体 5 4 0 &及び導電体 5 4 0 13は、 後述する導電体 5 4 6、 及び 導電体 5 4 8と同様の構成である。

[ 0 2 4 9 ]

絶縁体 5 8 1上には、 絶縁体 5 8 2が設けられている。 絶縁体 5 8 2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 5 8 2には、 絶縁体 5 1 4と同様の 材料を用いることができる。 例えば、 絶縁体 5 8 2には、 酸化アルミニウム、 酸化ハフニウム、 酸 化タンタル等の金属酸化物を用いることが好 ましい。

[ 0 2 5 0 ]

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、 水分等の 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、 卜 ランジスタの作製工程中及び作製後において 、 水素、 水分等の不純物のトランジスタ 5 0 0への混 入を防止することができる。 また、 トランジスタ 5 0 0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 5 0 0に対する保護膜として用いることに適して る, [ 0 2 5 1 ]

また、 絶縁体 5 8 2上には、 絶縁体 5 8 6が設けられている。 絶縁体 5 8 6は、 絶縁体 3 2 0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 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042 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 5 8 6として、 酸化シリ コン膜や酸化窒化シリコン膜等を用いること ができる。

[ 0 2 5 2 ]

また、 絶縁体 5 2 0、 絶縁体 5 2 2、 絶縁体 5 2 4、 絶縁体 5 4 4、 絶縁体 5 8 0、 絶縁体 5 7 4、 絶縁体 5 8 1、 絶縁体 5 8 2、 及び絶縁体 5 8 6には、 導電体 5 4 6、 及び導電体 5 4 8等が埋め 込まれている。

[ 0 2 5 3 ]

導電体 5 4 6、 及び導電体 5 4 8は、 容量素子 6 0 0、 トランジスタ 5 0 0、 又はトランジスタ 3 0 0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 5 4 6、 及び導電体 5 4 8は、 導 電体 3 2 8、 又は導電体 3 3 0と同様の材料を用いて設けることができる

[ 0 2 5 4 ]

なお、 トランジスタ 5 0 0の形成後、 トランジスタ 5 0 0を囲むように開口を形成し、 当該開口を 覆うように、 水素、 又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 5 0 0を包み込むことで、 外部から水分、 及び水素が侵入することを防止 することができる。 又は、 複数のトランジスタ 5 0 0をまとめて、 水素、 又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 5 0 0を囲むように開口を形成する場合、 例えば、 絶縁体 5 1 4又は絶縁体 5 2 2に達する開口を形成し、 絶縁体 5 1 4又は絶縁体 5 2 2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 5 0 0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、 又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 5 2 2と同様の材料を用いればよい。

[ 0 2 5 5 ]

続いて、 トランジスタ 5 0 0の上方には、 容量素子 6 0 0が設けられている。 容量素子 6 0 0は、 導電体 6 1 0、 導電体 6 2 0、 及び絶縁体 6 3 0を有する。

[ 0 2 5 6 ]

また、 導電体 5 4 6、 及び導電体 5 4 8上に、 導電体 6 1 2を設けてもよい。 導電体 6 1 2は、 卜 ランジスタ 5 0 0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 6 1 0は、 容量素子 6 0 0の電極としての機能を有する。 なお、 導電体 6 1 2、 及び導電体 6 1 0は、 同時に形成する ことができる。

[ 0 2 5 7 ]

導電体 6 1 2、 及び導電体 6 1 0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 化物等の導電性材料を適用することもできる 。

[ 0 2 5 8 ]

図 8では、 導電体 6 1 2、 及び導電体 6 1 0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( / ヽ導電体に対して密着性が高( / ヽ導電体を形成してもよい。 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042

[0259]

絶縁体 630を介して導電体 6 10と重畳するように、 導電体 620を設ける。 なお、 導電体 62 0は、 金属材料、 合金材料、 又は金属酸化物材料等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 等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、 導電体等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 011 (銅) や八 1 (アルミニウム) 等を用いればよい。

[0260]

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。

[026 1 ]

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。

[0262]

図 1 1八、 図 1 18は、 図 10八、 図 108に示すトランジスタ 500の変形例である。 なお、 図 1 1八、 図 1 13に示す構成は、 トランジスタ 300等にも適用することができる。

[0263]

図 1 1八は、 トランジスタ 500のチャネル長方向の断面図であり、 図 1 18は、 トランジスタ 5 00のチャネル幅方向の断面図である。 図 1 1八、 図 1 18に示すトランジスタ 500は、 絶縁体 402及び絶縁体 404を有する点が、 図 1 0八、 図 108に示すトランジスタ 500と異なる。 また、 導電体 5403の側面に接して絶縁体 552が設けられ、 導電体 540 bの側面に接して絶 縁体 552が設けられる点が、 図 1 0八、 図 103に示すトランジスタ 500と異なる。 さらに、 絶縁体 520を有さない点が、 図 10八、 図 108に示すトランジスタ 500と異なる。

[0264]

図 1 1八、 図 1 18に示すトランジスタ 500は、 絶縁体 5 1 2上に絶縁体 402が設けられる。 また、 絶縁体 574上、 及び絶縁体 402上に絶縁体 404が設けられる。

[0265]

図 1 1八、 図 1 18に示すトランジスタ 500では、 絶縁体 514、 絶縁体 51 6、 絶縁体 522、 絶縁体 524、 絶縁体 544、 絶縁体 580、 及び絶縁体 574がパターニングされており、 絶縁 体 404がこれらを覆う構造になっている。 つまり、 絶縁体 404は、 絶縁体 574の上面、 絶縁 体 574の側面、 絶縁体 580の側面、 絶縁体 544の側面、 絶縁体 524の側面、 絶縁体 522 の側面、 絶縁体 51 6の側面、 絶縁体 514の側面、 絶縁体 402の上面とそれぞれ接する。 これ により、 酸化物 530等は、 絶縁体 404と絶縁体 402によって外部から隔離される。

[0266]

絶縁体 402及び絶縁体 404は、 水素 (例えば、 水素原子、 水素分子などの少なくとも一) 又は 水分子の拡散を抑制する機能が高いことが好 ましい。 例えば、 絶縁体 402及び絶縁体 404とし て、 水素バリア性が高い材料である、 窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを用いる ことが好ましい。 これにより、 酸化物 530に水素等が拡散することを抑制することが できるので、 トランジスタ 5 00の特 1 '生が低下することを抑制することができる

[0267] \¥02020/174299 卩(:17132020/051042 絶縁体 552は、 絶縁体 58 1、 絶縁体 404、 絶縁体 574、 絶縁体 580、 及び絶縁体 544 に接して設けられる。 絶縁体 552は、 水素又は水分子の拡散を抑制する機能を有す るが好ましい。 たとえば、 絶縁体 552として、 水素バリア性が高い材料である、 窒化シリコン、 酸化アルミニウ ム、 又は窒化酸化シリコン等の絶縁体を用いるこ とが好ましい。 特に、 窒化シリコンは水素バリア 性が高い材料であるので、 絶縁体 552として用いると好適である。 絶縁体 552として水素バリ ア性が高い材料を用いることにより、 水又は水素等の不純物が、 絶縁体 580等から導電体 540 3及び導電体 54013を通じて酸化物 530に拡散することを抑制することができる。 また、 絶縁 体 580に含まれる酸素が導電体 540 &及び導電体 54013に吸収されることを抑制することが できる。

[0268]

図 1 2は、 トランジスタ 500及びトランジスタ 300を図 1 1八、 図 1 18に示す構成とした場 合における、 半導体装置の構成例を示す断面図である。 導電体 546の側面に、 絶縁体 552が設 けられている。

[0269]

図 1 3八、 図 1 38は、 図 1 1八、 図 1 18に示すトランジスタの変形例である。 図 1 3八はトラ ンジスタのチャネル長方向の断面図であり、 図 1 38はトランジスタのチャネル幅方向の断面図 ある。 図 1 3八、 図 1 38に示すトランジスタは、 酸化物 530〇が酸化物 530〇 1及び酸化物 530〇 2の 2層構造である点が、 図 1 1八、 図 1 18に示すトランジスタと異なる。

[0270]

酸化物 530。 1は、 絶縁体 524の上面、 酸化物 5303の側面、 酸化物 530 bの上面及び側 面、 導電体 5423及び導電体 542 の側面、 絶縁体 544の側面、 及び絶縁体 580の側面と 接する。 酸化物 530〇 2は、 絶縁体 550と接する。

[0271 ]

酸化物 として、 例えば I 11— å 11酸化物を用いることができる。 また、 酸化物 530〇 2として、 酸化物 530。が 1層構造である場合に酸化物 530。に用いることができる材料と同 様の材料を用いることができる。 例えば、 酸化物 530〇 2として、 11 : 03 : 211= 1 : 3 : 4 [原子数比] 、 : 211 = 2 : 1 [原子数比] 、 または〇 8 : 211 = 2 : 5 [原子数比] の金属 酸化物を用いることができる。

[0272]

酸化物 530〇を酸化物 530〇 1及び酸化物 530〇 2の 2層構造とすることにより、 酸化物 5 30。を 1層構造とする場合より、 トランジスタのオン電流を高めることができ る。 よって、 トラ ンジスタを、 例えばパワー 1^03 トランジスタとすることができる。 なお、 図 10八、 図 108に 示すトランジスタが有する酸化物 530〇も、 酸化物 530〇 1と酸化物 530〇 2の 2層構造と することができる。

[0273]

なお、 図 1 3八、 図 1 38に示す構成は、 トランジスタ 500、 トランジスタ 300以外のトラン ジスタにも適用することができる。

[0274]

図 14は、 トランジスタ 500を図 10八、 図 108に示す構成とし、 トランジスタ 300を図 1 3八、 図 1 38に示す構成とした場合における、 半導体装置の構成例を示す断面図である。 なお、 図 1 2と同様に、 導電体 546の側面に絶縁体 55 2を設ける構成としている。 図 1 4に示すよう に、 トランジスタ 300と トランジスタ 500を両方とも〇 S トランジスタとしつつ、 トランジス 夕 300と トランジスタ 500のそれぞれを異なる構成にすることができ る。

[0275]

本実施の形態は、 他の実施の形態等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。

[0276]

(実施の形態 6)

円筒型の二次電池の例について図 1 6 A及び図 1 6 Bを参照して説明する。 円筒型の二次電池 6 1 6は、 図 1 6 Bに示すように、 上面に正極キャップ (電池蓋) 60 1を有し、 側面および底面に電 池缶 (外装缶) 60 2を有している。 これら正極キャップと電池缶 (外装缶) 60 2とは、 ガスケ ット (絶縁パッキン) 6 1 0によって絶縁されている。

[0277]

図 1 6 Bは、 円筒型の二次電池の断面を模式的に示した図 である。 中空円柱状の電池缶 602の内 側には、 帯状の正極 604と負極 6 06とがセパレータ 60 5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 6 02 は、 一端が閉じられ、 他端が開いている。 電池缶 6 02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 6 08、 6 09により挟まれている。 また、 電池 素子が設けられた電池缶 6 02の内部は、 非水電解液 (図示せず) が注入されている。 二次電池は、 コバルト酸リチウム (L i C o0 2 ) やリン酸鉄リチウム (L i F e PCU) などの活物質を含む正 極と、 リチウムイオンの吸蔵 .放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負 と、 エチレンカーボネ ートやジエチルカーボネートなどの有機溶媒 に、 L i BF 4 や L i PF 6 等のリチウム塩からなる電 解質を溶解させた非水電解液などにより構成 される。

[0278]

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) 60 3が接続され、 負極 6 06には負極端 子 (負極集電リード) 60 7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 6 03は安全弁機構 6 1 7に、 負極端子 60 7は電池缶 60 2の底にそれぞれ抵抗溶接される。 安全弁機構 6 1 7は、 PTC素子 (P〇 s l t i v e Temp e r a t u r e C o e f f i c i e n t) 6 1 1を介して正極 ヤツフ 6 0 1 と電気的に接続されている。 安全弁機構 6 1 7は電池の内圧の上昇が所定の閾値を超えた 合 に、 正極キャップ 6 0 1 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 6 1 1は温度が上昇した場合に抵抗が増大する熱 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 (B aT i 0 3 ) 系半 導体セラミックス等を用いることができる。

[0279]

電解液を用いるリチウムイオンニ次電池は 、 正極と、 負極と、 セパレータと、 電解液と、 外装体と を有する。 なお、 リチウムイオンニ次電池では、 充電と放電でアノード (陽極) とカソード (陰極) 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 が入れ替わり、 酸化反応と還元反応とが入れ替わることにな るため、 反応電位が高い電極を正極と 呼び、 反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。 したがって、 本明細書においては、 充電中であっても、 放電中であっても、 逆パルス電流を流す場合であっても、 充電電流を流す場合であっても、 正極は 「正極」 または 「+極 (プラス極) 」 と呼び、 負極は 「負極」 または 「一極 (マイナス極) 」 と呼 ぶこととする。 酸化反応や還元反応に関連したアノード (陽極) やカソード (陰極) という用語を 用いると、 充電時と放電時とでは、 逆になってしまい、 混乱を招く可能性がある。 したがって、 ア ノード (陽極) やカソード (陰極) という用語は、 本明細書においては用いないこととする。 仮に アノード (陽極) やカソード (陰極) という用語を用いる場合には、 充電時か放電時かを明記し、 正極 (プラス極) と負極 (マイナス極) のどちらに対応するものかも併記することと する。

[ 0 2 8 0 ]

図 1 6(3に示す 2つの端子には充電器が接続され、 蓄電池 1 4 0 0が充電される。 なお、 蓄電池 1 4 0 0は、 正極 1 4 0 2と負極 1 4 0 4の間に、 セパレータ 1 4 0 8と電解液 1 4 0 6を有してい る。 蓄電池 1 4 0 0の充電が進めば、 電極間の電位差は大きくなる。 図 1 6(3では、 蓄電池 1 4 0 0の外部の端子から、 正極 1 4 0 2の方へ流れ、 蓄電池 1 4 0 0の中において、 正極 1 4 0 2から 負極 1 4 0 4の方へ流れ、 負極から蓄電池 1 4 0 0の外部の端子の方へ流れる電流の向きを正 向 きとしている。 つまり、 充電電流の流れる向きを電流の向きとしてい る。

[ 0 2 8 1 ]

本実施の形態では、 リチウムイオンニ次電池の例を示すが、 リチウムイオンニ次電池に限定されず、 二次電池の正極材料として例えば、 元素八、 元素 X、 及び酸素を有する材料を用いることができる 。 元素八は第 1族の元素および第 2族の元素から選ばれる一以上であることが ましい。 第 1族の元 素として例えば、 リチウム、 ナトリウム、 カリウム等のアルカリ金属を用いることがで きる。 また、 第 2族の元素として例えば、 カルシウム、 ベリ リウム、 マグネシウム等を用いることができる。 元 素 Xとして例えば金属元素、 シリコン及びリンから選ばれる一以上を用い ることができる。 また、 元素 はコバルト、 ニッケル、 マンガン、 鉄、 及びバナジウムから選ばれる一以上であるこ とが好 ましい。 代表的には、 リチウムコバルト複合酸化物 (乙 1 〇〇 0 2 ) や、 リン酸鉄リチウム (乙 1 F 6 ? 0 4 ) が挙げられる。

[ 0 2 8 2 ]

負極は、 負極活物質層および負極集電体を有する。 また、 負極活物質層は、 導電助剤およびバイン ダを有していてもよい。

[ 0 2 8 3 ]

負極活物質として、 リチウムとの合金化 ·脱合金化反応により充放電反応を行うこと 可能な元素 を用いることができる。 例えば、 シリコン、 スズ、 ガリウム、 アルミニウム、 ゲルマニウム、 鉛、 アンチモン、 ビスマス、 銀、 亜鉛、 カドミウム、 インジウム等のうち少なく とも一つを含む材料を 用いることができる。 このような元素は炭素と比べて容量が大きく 、 特にシリコンは理論容量が 4 と高い。

また、 二次電池は、 セパレータを有することが好ましい。 セパレータとしては、 例えば、 紙をはじ めとするセルロースを有する繊維、 不織布、 ガラス繊維、 セラミックス、 或いはナイロン (ポリア ミ ド) 、 ビニロン (ポリビニルアルコール系繊維) 、 ポリエステル、 アクリル、 ポリオレフイン、 ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成され たものを用いることができる。 \¥0 2020/174299 卩(:17132020/051042

[ 0 2 8 5 ]

図 1 5において、 本発明の一態様である二次電池の異常検知シ ステムを用いた車両を例示する。 図 1 5八に示す自動車 8 4 0 0の二次電池モジュールパック 8 0 2 4は、 電気モーター 8 4 0 6を 駆動するだけでなく、 へッドライ ト 8 4 0 1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。 自動車 8 4 0 0の二次電池モジュールパック 8 0 2 4は、 図 1 6 8に示し た円筒形の二次電池 6 1 6を複数並べ、 第 1の導電板および第 2の導電板の間に挟んで電池パック としたものを用いてもよい。

[ 0 2 8 6 ]

複数の二次電池 6 1 6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 6 1 6を有する二次電池モジュ ールパック 8 0 2 4を構成することで、 大きな電力を取り出すことができる。 [ 0 2 8 7 ] 車載の二次電池において、 複数の二次電池からの電力を遮断するため、 工具を使わずに高電圧を遮 断できるサービスプラグまたはサーキットブ レーカを有している。 例えば、 2個から 1 0個のセル を有する電池モジュールパックを 4 8個直列に接続する場合には、 2 4個目と 2 5個目の間にサー ビスプラグまたはサーキットブレーカを有し ている。

[ 0 2 8 8 ]

図 1 5 8に示す自動車 8 5 0 0は、 自動車 8 5 0 0が有する二次電池にプラグイン方式や非接 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 1 5 8に、 地 上設置型の充電装置 8 0 2 1から自動車 8 5 0 0に搭載された二次電池モジュールパック 8 0 2 4 に、 ケーブル 8 0 2 2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 C H A d (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

8 0 2 1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 8 5 0 0に搭載された二次電 池モジュールパック 8 0 2 4を充電することができる。 充電は、 八〇〇〇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。

[ 0 2 8 9 ]

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 に二次電池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。

[ 0 2 9 0 ]

また、 図 1 5 ¢は、 本発明の一態様の二次電池の異常検知システ ムを用いた二輪車の一例である。 図 1 5(3に示すスクータ 8 6 0 0は、 二次電池モジュールパック 8 6 0 2、 サイ ドミラー 8 6 0 1、 方向指示灯 8 6 0 3を備える。 二次電池モジュールパック 8 6 0 2は、 方向指示灯 8 6 0 3に電気 を供給することができる。

[ 0 2 9 1 ]

また、 図 1 5(3に示すスクータ 8 6 0 0は、 座席下収納 8 6 0 4に、 二次電池モジュールパック 8 6 0 2を収納することができる。 二次電池モジュールパック 8 6 0 2は、 座席下収納 8 6 0 4が 〇 2020/174299 卩(:17132020 /051042 小型であっても、 座席下収納 8604に収納することができる。 また、 スクータに代えてスノーモ ービルや水上バイクの動力源にも本実施の形 態を適用することができる。 二次電池モジュールパッ ク 8602の異常を保護回路モジュールが早期に検 し、 使用者に警告することにより、 安全性を 確保することができる。

[0292]

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。

[符号の説明]

[0293]

1 1 :保護回路、 1 2 :遮断用スイッチ、 1 3 :保護回路、 14 :充電制御回路、 1 5 :遮断用ス イッチ、 1 6 :制御回路、 1 7 :制御回路、 18 :比較回路、 1 9 : 八〇コンバータ、 21 :保護 回路、 22 :遮断用スイッチ、 26 :制御回路、 28 :比較回路、 30 :ニューラルネットワーク 部、 31 :状態推定部、 32 :挙動推定部、 50 :二次電池、 51 :電源 £ 、

11、 53 : 6X03, 54 :電池パック、 55 : 八0(3、 56 :八0(3、 100 :保護回路、 1 02 :比較回路、 1 03 : メモリ、 104 : メモリ、 105 :電源遮断スイッチ、 106 :制御回 路、 300 : トランジスタ、 31 1 :基板、 31 3 :半導体領域、 3 143 :低抵抗領域、 3 14 13 :低抵抗領域、 3 1 5 :絶縁体、 31 6 :導電体、 320 :絶縁体、 322 :絶縁体、 324 : 絶縁体、 326 :絶縁体、 328 :導電体、 330 :導電体、 350 :絶縁体、 352 :絶縁体、

354 :絶縁体、 356 :導電体、 360 :絶縁体、 362 :絶縁体、 364 :絶縁体、 366 : 導電体、 370 :絶縁体、 372 :絶縁体、 374 :絶縁体、 376 :導電体、 380 :絶縁体、

382 :絶縁体、 384 :絶縁体、 386 :導電体、 402 :絶縁体、 404 :絶縁体、 41 0 : 記憶素子、 420 :記憶素子、 430 :記憶素子、 440 :記憶素子、 450 :記憶素子、 46 0 :記憶素子、 470 :記憶素子、 500 : トランジスタ、 503 :導電体、 5033 :導電体、

50313 :導電体、 5 1 0 :絶縁体、 5 1 2 :絶縁体、 5 14 :絶縁体、 5 1 6 :絶縁体、 5 1 8 :導電体、 520 :絶縁体、 522 :絶縁体、 524 :絶縁体、 526 :絶縁体、 530 :酸化 物、 5303 :酸化物、 53013 :酸化物、 530 〇 :酸化物、 530〇 1 :酸化物、 530 〇 2 :酸化物、 5403 :導電体、 54013 :導電体、 542 :導電体、 5423 :導電体、 542 13 :導電体、 5433 :領域、 54313 :領域、 544 :絶縁体、 546 :導電体、 548 :導電 体、 550 :絶縁体、 552 :絶縁体、 560 :導電体、 5603 :導電体、 56013 :導電体、

574 :絶縁体、 580 :絶縁体、 58 1 :絶縁体、 582 :絶縁体、 586 :絶縁体、 600 : 容量素子、 601 :正極キヤップ、 602 :電池伤 \ 603 :正極端子、 604 :正極、 605 : セパレータ、 606 :負極、 607 :負極端子、 608 :絶縁板、 609 :絶縁板、 6 10 :導電 体、 6 1 1 : 丁 0素子、 6 1 2 :導電体、 6 1 6 :二次電池、 6 1 7 :安全弁機構、 620 :導 電体、 630 :絶縁体、 640 :絶縁体、 1400 :蓄電池、 1402 :正極、 1404 :負極、

8021 :充電装置、 8022 :ケーブル、 8024 :二次電池モジュールパック、 8400 : 自 動車、 8401 :へッドライ ト、 8406 :電気モーター、 8500 : 自動車、 8600 :スクー 夕、 860 1 :サイ ドミラー、 8602 :二次電池モジュールパック、 8603 :方向指示灯、 8 604 :座席下収納