CN113169382A - 半导体装置及电池组 - Google Patents

半导体装置及电池组 Download PDF

Info

Publication number
CN113169382A
CN113169382A CN201980077100.5A CN201980077100A CN113169382A CN 113169382 A CN113169382 A CN 113169382A CN 201980077100 A CN201980077100 A CN 201980077100A CN 113169382 A CN113169382 A CN 113169382A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
semiconductor device
oxide
insulator
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980077100.5A
Other languages
English (en)
Inventor
高橋圭
冈本佑树
伊藤港
石津贵彦
井上广树
山崎舜平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Publication of CN113169382A publication Critical patent/CN113169382A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4264—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing with capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0027—Measuring means of, e.g. currents through or voltages across the switch
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0072—Low side switches, i.e. the lower potential [DC] or neutral wire [AC] being directly connected to the switch and not via the load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/023—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of differential amplifiers or comparators, with internal or external positive feedback
    • H03K3/0231—Astable circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

提供一种功耗低的半导体装置。该半导体装置包括节点ND1、节点ND2、电阻器、电容器及比较电路，电阻器在二次电池的正极及负极中的一个与第一端子之间以串联连接的方式电连接。电阻器具有将流过二次电池的正极及负极中的一个与第一端子之间的电流转换为第一电压的功能。第一电压通过电容器加入节点ND2的电压。比较电路具有比较节点ND1的电压与节点ND2的电压的功能。当节点ND2的电压大于节点ND1的电压时，比较电路输出通知检测出过电流的信号。

Description

半导体装置及电池组
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置及半导体装置的工作方法。此外，本发明的一个方式涉及一种电池控制电路、电池保护电路、蓄电装置及电子设备。
此外，本发明的一个方式不限定于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的技术领域涉及一种物体、工作方法或制造方法。此外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition ofmatter)。因此，具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子可以举出显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、存储装置、它们的驱动方法、它们的制造方法。
在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。因此，晶体管或二极管等半导体元件和半导体电路是半导体装置。此外，显示装置、发光装置、照明装置、电光装置及电子设备等有时包括半导体元件或半导体电路。因此，显示装置、发光装置、照明装置、电光装置、摄像装置及电子设备等也有时被称为半导体装置。
背景技术
近年来，对锂离子二次电池等二次电池、锂离子电容器及空气电池等各种蓄电装置积极地进行了开发。尤其是，随着手机或智能手机、平板、笔记本个人计算机等便携式信息终端、游戏装置、便携式音乐播放机、数码相机、医疗设备、混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车、电动摩托车等的半导体产业的发展，对高输出、高能量密度的锂离子二次电池的需求剧增，作为能够充电的能量供应源，锂离子二次电池成为现代信息化社会的必需品。
专利文献1公开了通过检测过电流控制二次电池的充放电的半导体装置。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2014-166071号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所示的结构中，使用恒流源检测过电流，由此功耗容易增加。此外，在专利文献1所示的结构中，当检测过电流时，受到用于放电的晶体管及用于充电的晶体管的各自电阻值不均匀的影响，由此难以提高检测精度。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗低的半导体装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种过电流的检测精度高的半导体装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种工作稳定的半导体装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种生产性高的半导体装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。除上述目的外的目的从说明书、附图、权利要求书等的描述中是显而易见的，并且可以从所述描述中抽出。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种半导体装置，包括节点ND1、节点ND2、电阻器、电容器及比较电路，电阻器在二次电池的正极及负极中的一个与第一端子之间以串联连接的方式电连接。电阻器具有将流过二次电池的正极及负极中的一个与第一端子之间的电流转换为第一电压的功能。第一电压通过电容器加入节点ND2的电压。比较电路具有比较节点ND1的电压与节点ND2的电压的功能。当节点ND2的电压大于节点ND1的电压时，比较电路输出通知检测出过电流的信号。
本发明的另一个方式是一种半导体装置，包括第一至第四晶体管、比较器，第一晶体管的源极及漏极中的一个与比较器的非反相输入端子电连接，第二晶体管的源极及漏极中的一个与比较器的反相输入端子电连接，第三晶体管的源极及漏极中的一个与第四晶体管的源极及漏极中的一个电连接，并且在第三晶体管的源极及漏极中的另一个与第四晶体管的源极及漏极中的另一个之间含有电阻器。
电阻器的电阻值可以为1mΩ以上且10Ω以下。此外，第一晶体管的源极及漏极中的一个可以包含第一电容器。第一电容器的电容值可以为0.01fF以上且100pF以下。此外，也可以在第二晶体管的源极及漏极中的一个与第三晶体管的源极及漏极中的一个之间含有第二电容器。第二电容器的电容值可以为0.01fF以上且100pF以下。
第一及第二晶体管优选在半导体层中含有氧化物半导体。第三及第四晶体管优选在半导体层中含有氧化物半导体。
第一至第四晶体管中的至少一个也可以为多栅型晶体管。
为第一晶体管的源极及漏极中的另一个供给的电位优选低于为第二晶体管的源极及漏极中的另一个供给的电位。
本发明的另一个方式是一种半导体装置，包括第一晶体管、第二晶体管及比较器，第一晶体管的源极及漏极中的一个与比较器的非反相输入端子电连接，第一晶体管的源极及漏极中的一个包含第一电容器，第二晶体管的源极及漏极中的一个与比较器的反相输入端子电连接，并且在第二晶体管的源极及漏极中的一个与电阻器之间含有第二电容器。
此外，本发明的另一个方式是一种电池组，包括设置在柔性衬底上的半导体装置、绝缘薄片及二次电池。
上述电池组也可以包括第一二极管、第二二极管、第二电阻器及第三电容器。第一二极管的阴极与二次电池的正极电连接，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极电连接，第二二极管的阳极与二次电池的负极电连接。此外，第二电阻器设置在第一二极管的阳极与比较器的输出端子之间，第三电容器与第二二极管并联连接。
第一二极管及第二二极管中的一个或两个也可以由晶体管构成。
发明效果
根据本发明的一个方式，可以提供一种功耗低的半导体装置等。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种过电流的检测精度高的半导体装置等。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种工作稳定的半导体装置等。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种可靠性高的半导体装置等。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种生产性高的半导体装置等。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。注意，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。除上述效果外的效果从说明书、附图、权利要求书等的描述中是显而易见的，并且可以从所述描述中抽出。
附图简要说明
图1是示出半导体装置的结构例子的图。
图2A及图2B是示出半导体装置的工作例子的图。
图3A及图3B是示出半导体装置的工作例子的图。
图4A及图4B是示出半导体装置的结构例子的图。
图5A至图5D是示出晶体管的电路图符号的图。
图6是示出半导体装置的结构例子的图。
图7A及图7B是示出半导体装置的工作例子的图。
图8A及图8B是示出半导体装置的工作例子的图。
图9是示出半导体装置的结构例子的图。
图10A及图10B是示出半导体装置的工作例子的图。
图11A及图11B是示出半导体装置的工作例子的图。
图12是示出半导体装置的结构例子的图。
图13A及图13B是示出半导体装置的工作例子的图。
图14A及图14B是示出半导体装置的工作例子的图。
图15是示出半导体装置的结构例子的图。
图16是示出半导体装置的结构例子的图。
图17是示出半导体装置的结构例子的图。
图18A至图18D是示出保护装置的等效电路的图。
图19A及图19B是示出保护装置的等效电路的图。
图20A及图20B是示出保护装置的等效电路的图。
图21A至图21C是示出保护装置的等效电路的图。
图22是示出半导体装置的结构例子的图。
图23A至图23C是示出保护装置的等效电路的图。
图24是示出半导体装置的结构例子的图。
图25是示出保护装置的等效电路的图。
图26是示出半导体装置的结构例子的图。
图27是示出半导体装置的结构例子的图。
图28是示出保护装置的等效电路的图。
图29是示出半导体装置的结构例子的图。
图30是示出半导体装置的结构例子的图。
图31A至图31C是示出晶体管的结构例子的图。
图32A至图32C是示出晶体管的结构例子的图。
图33A至图33C是示出晶体管的结构例子的图。
图34A至图34C是示出二次电池的结构例子的图。
图35A至图35C是示出二次电池的结构例子的图。
图36A及图36B是示出卷绕体及二次电池的结构例子的图。
图37是示出电子设备的例子的图。
实施发明的方式
参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，而所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在以下说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的符号来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。
此外，为了便于对发明的理解，附图等示出的各结构的位置、大小和范围等有时不表示实际上的位置、大小和范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图等所公开的位置、大小、范围等。例如，在实际的制造工序中，有时由于蚀刻等处理而抗蚀剂掩模等被非意图性地蚀刻，但是为了便于理解有时省略图示。
此外，尤其在俯视图(也称为平面图)或立体图等中，为了易于理解附图，有时省略部分构成要素的记载。
此外，在本说明书等中，“电极”或“布线”不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
此外，在本说明书等中，电子电路中的“端子”是指进行电流的输入或输出、电压的输入或输出或者信号的接收或发送的部分。因此，布线或电极的一部分有时被用作端子。
此外，在本说明书等中，“上”或“下”不局限于构成要素的位置关系为“正上”或“正下”且直接接触的情况。例如，“绝缘层A上的电极B”不需要在绝缘层A上直接接触地形成有电极B，也可以包括在绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。
此外，由于“源极”及“漏极”的功能，例如在采用不同极性的晶体管时或在电路工作中电流的方向变化时等，根据工作条件等而相互调换，因此很难限定哪个是“源极”，哪个是“漏极”。因此，在本说明书中，“源极”及“漏极”可以互相调换。
在本说明书等中，“电连接”包括直接连接的情况及通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。因此，即便记载为“电连接”，在实际电路中有时存在没有物理连接的部分而只是布线延伸的情况。
此外，在本说明书中，“平行”例如是指在-10°以上且10°以下的角度的范围中配置两条直线的状态。因此，也包括角度为-5°以上且5°以下的情况。此外，“垂直”或“正交”例如是指在80°以上且100°以下的角度的范围中配置两条直线的状态。因此，也包括角度为85°以上且95°以下的情况。
此外，在本说明书等中，除非特别叙述，关于计数值或计量值提到“同一”、“相同”、“相等”或“均匀”等的情况下，包括±20％的变动作为误差。
此外，在本说明书中，当在形成抗蚀剂掩模之后进行蚀刻处理时，在没有特别说明的情况下，在蚀刻处理结束之后去除该抗蚀剂掩模。
此外，电压多指某个电位与基准电位(例如，接地电位或源电位等)之间的电位差。因此，有时也可以互换“电压”与“电位”的称谓。在本说明书等中，除非特别叙述，电压和电位是可以互换的。
注意，例如当导电性充分低时，即使表示为“半导体”也具有“绝缘体”的特性。因此，也可以使用“绝缘体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“绝缘体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“绝缘体”。
此外，例如当导电性充分高时，即使表示为“半导体”也具有“导电体”的特性。因此，也可以使用“导电体”代替“半导体”。此时，“半导体”和“导电体”的境界模糊，因此难以精确地区别。由此，有时可以将本说明书所记载的“半导体”换称为“导电体”。
本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混同而使用的，其并不表示工序顺序或者层叠顺序等的顺序或次序。此外，关于本说明书等中不附加序数词的用词，为了避免构成要素的混同在权利要求书中有时对该用词附加序数词。注意，关于本说明书等中附加序数词的用词，在权利要求书中有时对该用词附加其他序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的用词，在权利要求书等中有时省略其序数词。
注意，在本说明书等中，晶体管的“开启状态”是指晶体管的源极和漏极电短路的状态(也称为“导通状态”)。此外，晶体管的“关闭状态”是指晶体管的源极和漏极电断开的状态(也称为“非导通状态”)。
此外，在本说明书等中，“通态电流(on-state current)”有时是指在晶体管处于开启状态时流过源极和漏极之间的电流。此外，“关态电流(off-state current)”有时是指在晶体管处于关闭状态时流过源极和漏极之间的电流。
此外，在本说明书等中，高电源电位VDD(也称为“VDD”或“H电位”)是指其电位比低电源电位VSS高的电源电位。此外，低电源电位VSS(也称为“VSS”或“L电位”)是指其电位比高电源电位VDD低的电源电位。此外，也可以将接地电位用作VDD或VSS。例如，在VDD是接地电位时，VSS是低于接地电位的电位，在VSS是接地电位时，VDD是高于接地电位的电位。
此外，在本说明书等中，栅极是指栅电极及栅极布线的一部分或全部。栅极布线是指用来电连接至少一个晶体管的栅电极与其他电极或其他布线的布线。
此外，在本说明书等中，源极是指源区域、源电极及源极布线的一部分或全部。源区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。源电极是指导电层中的连接到源区域的部分。源极布线是指用来电连接至少一个晶体管的源电极与其他电极或其他布线的布线。
此外，在本说明书等中，漏极是指漏区域、漏电极及漏极布线的一部分或全部。漏区域是指半导体层中的电阻率为一定值以下的区域。漏电极是指导电层中的连接到漏区域的部分。漏极布线是指用来电连接至少一个晶体管的漏电极与其他电极或其他布线的布线。
(实施方式1)
以下参照附图说明本发明的一个方式的半导体装置。
<半导体装置200A的结构例子>
图1示出半导体装置200A的结构例子。半导体装置200A包括端子201至端子204、半导体装置100C、控制电路210、电位生成电路220、电阻器211、电容器212、晶体管213、晶体管214、二极管215及二极管216。
半导体装置100C包括端子R、端子RFN、端子SH、端子SHB及端子OUT。此外，半导体装置100C包括比较器101、晶体管111至晶体管114、电容器102、电容器103及电阻器121。
控制电路210包括端子221至端子225。电阻器211的一个端子与端子201及端子203电连接，另一个端子与端子221电连接。电容器212的一个端子与端子221电连接，另一个端子与端子222及端子204电连接。
晶体管213的源极及漏极中的一个与端子222及端子204电连接，栅极与端子223电连接。二极管215的阳极与晶体管213的源极及漏极中的一个电连接。二极管215的阴极与晶体管213的源极及漏极中的另一个电连接。
晶体管214的源极及漏极中的一个与晶体管213的源极及漏极中的另一个电连接，晶体管214的源极及漏极中的另一个与电阻器121的一个端子电连接。晶体管214的栅极与端子224电连接。二极管216的阴极与晶体管214的源极及漏极中的一个电连接。二极管216的阳极与晶体管214的源极及漏极中的另一个电连接。电阻器121的另一个端子与端子202电连接。
电位生成电路220具有为端子R供给电位VR的功能及为端子RFN供给电位VRFN的功能。控制电路210具有控制电位生成电路220的工作的功能。
比较器101具有非反相输入端子、反相输入端子及输出端子。比较器101具有在非反相输入端子的电位高于反相输入端子的电位时将H电位作为电位VOUT输出到输出端子的功能。此外，比较器101具有在非反相输入端子的电位低于反相输入端子的电位时将L电位作为电位VOUT输出到输出端子的功能。比较器101被用作比较电路。比较器101的输出端子与端子OUT电连接。此外，端子OUT通过布线122电连接于控制电路210的端子225。
晶体管111的源极及漏极中的一个与端子R电连接，晶体管111的源极及漏极中的另一个与比较器101的非反相输入端子电连接。晶体管111的栅极与端子SH电连接。
电容器102的一个电极与比较器101的非反相输入端子电连接。电容器102的另一个电极被供给标准电位或固定电位。
晶体管111的源极及漏极中的另一个、比较器101的非反相输入端子以及电容器102的一个电极电连接的节点被称为节点ND1。
晶体管112的源极及漏极中的一个与端子RFN电连接，晶体管112的源极及漏极中的另一个与比较器101的反相输入端子电连接。晶体管112的栅极与端子SH电连接。
电容器103的一个电极与比较器101的反相输入端子电连接。
晶体管112的源极及漏极中的另一个、比较器101的反相输入端子以及电容器103的一个电极电连接的节点被称为节点ND2。
晶体管113的源极及漏极中的一个与电阻器121的一个端子电连接，晶体管113的源极及漏极中的另一个与电容器103的另一个电极电连接。晶体管113的栅极与端子SH电连接。
晶体管114的源极及漏极中的一个与电阻器121的另一个端子电连接，晶体管114的源极及漏极中的另一个与电容器103的另一个电极电连接。晶体管114的栅极与端子SHB电连接。
此外，为端子SHB供给端子SH的反相电位。例如，当为端子SH供给H电位时，为端子SHB供给L电位。同样，当为端子SH供给L电位时，为端子SHB供给H电位。但是，有时根据电路工作而可能在某一特定期间端子SHB的电位与端子SH的电位相等。
晶体管113的源极及漏极中的另一个、晶体管114的源极及漏极中的另一个以及电容器103的另一个电极电连接的节点被称为节点ND3。
晶体管214的源极及漏极中的另一个、晶体管113的源极及漏极中的一个以及电阻器121的一个端子电连接的节点被称为节点NDA。晶体管114的源极及漏极中的一个、电阻器121的另一个端子以及端子202电连接的节点被称为节点NDB。
此外，二次电池300的正极与端子203电连接，负极与端子204电连接。
晶体管111至晶体管114优选使用在形成沟道的半导体层中利用金属氧化物之一的氧化物半导体的晶体管(也称为“OS晶体管”)。尤其是，晶体管111及晶体管112优选使用OS晶体管。
OS晶体管的关态电流可以减少到极小。具体而言，室温下的每沟道宽度1μm的关态电流可以小于1×10-20A，优选小于1×10-22A，更优选小于1×10-24A。
此外，即使在高温环境下，OS晶体管的关态电流也几乎不增加。具体而言，即使在室温以上且200℃以下的环境温度下，关态电流也几乎不增加。通过将OS晶体管用作构成半导体装置的晶体管，可以实现即使在高温环境下也稳定工作且可靠性高的半导体装置。
通过将OS晶体管用作晶体管111，可以缩小电容器102。或者，可以不设置电容器102而使用晶体管等的寄生电容代替电容器102。其结果是，可以缩小半导体装置100C的占有面积。由此，可以缩小半导体装置200A的占有面积。
一般来说，电容器具有两个电极夹着介电质相对的结构。电容值与相对两个电极重叠的面积及介电质的相对介电常数成比而与两个电极间的距离成反比。当设置电容器102时，如果电容值过大，则半导体装置200A的占有面积容易增加，因此这不是优选的。此外，如果电容器102的电容值大，则电容器102的充电及放电中的功耗变大。
当设置电容器102时，电容器102的电容值优选为0.01fF以上且100pF以下，更优选为0.05fF以上且10pF以下，进一步优选为0.1fF以上且1pF以下。
同样，通过使用OS晶体管作为晶体管112，可以缩小电容器103。或者，可以不设置电容器103而使用晶体管等的寄生电容代替电容器103。
当设置电容器103时，如果电容值过大，则半导体装置200A的占有面积容易增加，因此这不是优选的。此外，如果电容器103的电容值大，则电容器103的充电及放电中的功耗变大。
当设置电容器103时，电容器103的电容值优选为0.01fF以上且100pF以下，更优选为0.05fF以上且10pF以下，进一步优选为0.1fF以上且1pF以下。
此外，即使在高温环境下(例如在50℃以上且150℃以下的环境下)，OS晶体管的关态电流也不容易增加。因此，即使在高温环境下，也可以长期保持供给到节点ND1及节点ND2的电位(电荷)。
像这样，存储元件151由晶体管111及电容器102构成。此外，存储元件152由晶体管112及电容器103构成。有时将使用OS晶体管作为构成存储元件的晶体管的存储元件称为“OS存储器”。
此外，OS晶体管的源极与漏极间的绝缘耐压性高。由此，可以使用OS晶体管作为晶体管213及晶体管214。通过使用OS晶体管，可以提供高可靠性半导体装置等。
此外，有时将使用OS晶体管的充电控制电路、放电控制电路、过电流检测电路、异常检测电路或二次电池控制系统等称为BTOS(Battery operating system或Batteryoxide semiconductor)。
<半导体装置200A的工作例子>
控制电路210具有选择晶体管213的开启状态或关闭状态的功能。此外，控制电路210具选择晶体管214的开启状态或关闭状态的功能。
通过将用于充电的外部电源的正极连接到端子201并将该电源的负极连接到端子202，进行二次电池300的充电。此外，充电工作在晶体管214处于开启状态的状态下进行。通过使从外部电源供给的电流经端子203及端子204从端子201向端子202流过，可以进行二次电池300的充电。
通过将负载连接在端子201与端子202间，进行二次电池300的放电。放电工作在晶体管213处于开启状态的状态下进行。当进行放电工作时，电流经端子204及端子203从端子202向端子201流过。充电工作与放电工作的流过电阻器121的电流的方向相反。
此外，控制电路210具有检测二次电池300的充电电压、温度等二次电池300的状态的功能。此外，控制电路210具有检测二次电池300的状态控制充电工作及放电工作的执行或停止的功能。
具体而言，控制电路210可以通过使晶体管213成为关闭状态停止二次电池300的放电工作。此外，控制电路210可以通过使晶体管214成为关闭状态停止二次电池300的充电工作。通过使晶体管213及晶体管214中的任一个成为关闭状态，可以停止二次电池300的充电工作及放电工作中的任一个。
半导体装置100C具有在充电工作中规定以上的电流(也称为“过电流”)流过电阻器121时检测出该电流的功能。具体而言，半导体装置100C在充电工作中检测出过电流时输出H电位。半导体装置100C的输出(电位VOUT)通过布线122供给到控制电路210的端子225。半导体装置100C被用作充电工作中的过电流检测电路。
半导体装置200A的控制电路210在端子225被供给H电位时使晶体管214成为关闭状态，以停止充电工作。通过避免利用过电流的充电，可以防止二次电池300的特性急剧劣化。因此，可以延长二次电池300的电池寿命。此外，可以提高二次电池300的可靠性。此外，可以提高二次电池300的安全性。
[半导体装置100C的工作例子]
半导体装置100C被用作过电流检测电路。以下参照图2及图3说明半导体装置100C的工作例子。图2及图3示出半导体装置100C的工作状态。
在附图等中，为了容易理解布线及电极的电位，有时在与布线及电极相邻的位置附上表示H电位的“H”或者表示L电位的“L”。此外，有时对发生电位变化的布线及电极以带框的形式附上“H”或“L”。此外，在晶体管处于关闭状态下，有时在该晶体管上重叠地附上符号“×”。
如上所述，为端子R供给电位VR，为端子RFN供给电位VRFN。在本实施方式中，电位VR为1.1V，电位VRFN为1.25V。
首先，在开始充电前，为端子SH供给H电位，为端子SHB供给L电位(参照图2A)。由此，晶体管111成为开启状态，节点ND1的电位成为1.1V。此外，晶体管112成为开启状态，节点ND2的电位成为1.25V。由此，从比较器101输出的电位VOUT成为L电位。
此时，电流不流过电阻器121，由此节点NDA及节点NDB的电位为0V(标准电位)。当为端子SH供给H电位时，晶体管113成为开启状态，节点ND3的电位成为0V。
接着，为端子SH供给L电位，为端子SHB供给H电位(参照图2B)。由此，晶体管111成为关闭状态，节点ND1的电位被保持。同样，晶体管112成为关闭状态，节点ND2的电位被保持。此外，晶体管113也成为关闭状态。
接着，开始充电工作。当开始充电时，电流IC流过电阻器121(参照图3A)。电流IC从节点NDA向节点NDB流过，由此在开始充电时节点NDB的电位低于0V。因此，节点ND3的电位也低于0V。
电阻器121的电阻值优选为1mΩ以上且10Ω以下，更优选为5mΩ以上且5Ω以下，进一步优选为10mΩ以上且1Ω以下即可。通过改变电阻器121的电阻值，可以改变半导体装置100C所检测的过电流的值。此外，也可以将布线的一部分用作电阻器121。换言之，也可以将布线电阻用作电阻器121。
用来将电流值Ith(A)以上的值作为过电流检测的电阻器121的电阻值RD(Ω)可以根据算式1而取得。
[算式1]
Figure BDA0003077854560000171
例如，在将电流Ith的值设定为1mA的情况下，电位VRFN为1.25V，电位VR为1.1V，因此根据算式1可知将电阻值RD设定为150Ω即可。
图3A示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时0.8mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为-0.12V。因此，节点ND3的电位也成为-0.12V。此外，节点ND3与节点ND2通过电容器103得到电容耦合。由此，节点ND2的电位成为1.13V。节点ND2的电位持续大于节点ND1的电位。由此，电位VOUT持续为L电位。
图3B示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时1.1mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为-0.165V。因此，节点ND3的电位也成为-0.165V。基于上述同样的理由，节点ND2的电位成为1.085V。由此，节点ND2的电位小于节点ND1的电位，使得电位VOUT成为H电位。
像这样，可以检测出充电工作时的过电流。本发明的一个方式的半导体装置100C具有使用与端子202、晶体管213及晶体管214串联连接的电阻器121检测过电流的结构。因此，不受到晶体管213及晶体管214的电阻值不均匀的影响而可以以高精度检测过电流。
此外，电阻器121不局限于固定电阻器。如图4A所示，电阻器121也可以为可变电阻器。通过使用可变电阻器作为电阻器121，可以任意改变电流值Ith。例如，电流值Ith可以根据二次电池300的表面温度而变为最合适的值。
此外，晶体管111至晶体管114、晶体管213及晶体管214被用作开关。开关具有切换端子间的导通状态(ON)和非导通状态(OFF)的功能，并具有控制是否使电流流过的功能。晶体管的源极相当于开关的一端，晶体管的漏极相当于开关的另一端。因此，例如，如图4B所示，包括在半导体装置100C中的晶体管111至晶体管114可以表示为开关111s至开关114s。
此外，晶体管111至晶体管114、晶体管213及晶体管214的每一个也可以为双栅型晶体管。图5A示出双栅型晶体管150A的电路图符号例子。
晶体管150A具有晶体管Tr1及晶体管Tr2串联连接的结构。图5A示出如下状态：晶体管Tr1的源极和漏极中的一个与端子S电连接，晶体管Tr1的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr2的源极和漏极中的一个电连接，晶体管Tr2的源极和漏极中的另一个与端子D电连接。此外，图5A还示出晶体管Tr1及晶体管Tr2的栅极彼此电连接并与端子G电连接的状态。
图5A所示的晶体管150A具有通过改变端子G的电位来切换端子S和端子D间的导通状态和非导通状态的功能。因此，作为双栅型晶体管的晶体管150A被用作包括晶体管Tr1及晶体管Tr2的一个晶体管。也就是说，可以说，在图5A中，晶体管150A的源极和漏极中的一个与端子S电连接，源极和漏极中的另一个与端子D电连接，栅极与端子G电连接。
此外，晶体管111至晶体管114、晶体管213及晶体管214的每一个也可以为三栅型晶体管。图5B示出三栅型晶体管150B的电路图符号例子。
晶体管150B具有晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr3串联连接的结构。图5B示出如下状态：晶体管Tr1的源极和漏极中的一个与端子S电连接，晶体管Tr1的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr2的源极和漏极中的一个电连接，晶体管Tr2的源极和漏极中的另一个与晶体管Tr3的源极和漏极中的一个电连接，晶体管Tr3的源极和漏极中的另一个与端子D电连接。此外，图5B还示出晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr3的栅极电连接并与端子G电连接的状态。
图5B所示的晶体管150B具有通过改变端子G的电位来切换端子S和端子D间的导通状态和非导通状态的功能。因此，作为三栅型晶体管的晶体管150B被用作包括晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr3的一个晶体管。也就是说，在图5B中，晶体管150B的源极和漏极中的一个与端子S电连接，源极和漏极中的另一个与端子D电连接，栅极与端子G电连接。
有时将如晶体管150A及晶体管150B那样的包括多个栅极并多个栅极电连接而成晶体管称为“多栅型晶体管”或“多栅晶体管”。
此外，晶体管111至晶体管114、晶体管213及晶体管214的每一个也可以为具有背栅极的晶体管。图5C示出具有背栅极的晶体管150C的电路图符号例子。此外，图5D示出具有背栅极的晶体管150D的电路图符号例子。
晶体管150C具有栅极和背栅极电连接的结构。晶体管150D具有背栅极和端子BG电连接的结构。背栅极以与栅极夹着半导体层的沟道形成区域的方式而配置。背栅极可以起到与栅极同样的作用。
通过电连接栅极和背栅极，可以增加晶体管的通态电流。此外，通过独立地改变背栅极的电位，可以改变晶体管的阈值电压。
<变形例子>
图6示出作为半导体装置200A的变形例子的半导体装置200Aa的结构例子。在本实施方式中，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200Aa和半导体装置200A的不同点。半导体装置200Aa包括半导体装置100Ca代替半导体装置100C，这一点与半导体装置200A不同。
半导体装置100Ca具有从半导体装置100C去除晶体管113、晶体管114、端子SHB的结构。在半导体装置100Ca中，电容器103的另一个电极与电阻器121的另一个端子电连接。因此，在半导体装置200Aa中，电容器103的另一个电极与电阻器121的另一个端子电连接的节点被称为节点NDB。此外，在半导体装置200Aa中，晶体管214的源极及漏极中的另一个与电阻器121的一个端子电连接的节点被称为节点NDA。
半导体装置100Ca的构成要素比半导体装置100C少，由此可以缩小占有面积。此外，半导体装置100Ca没有端子SHB，由此可以从半导体装置200Aa所具有的控制电路210去除端子227。
[半导体装置100Ca的工作例子]
半导体装置100Ca与半导体装置100C同样被用作过电流检测电路。以下参照图7及图8说明半导体装置100Ca的工作例子。图7及图8示出半导体装置100Ca的工作状态。
首先，在开始充电前，为端子SH供给H电位(参照图7A)。由此，晶体管111成为开启状态，节点ND1的电位成为1.1V。此外，晶体管112成为开启状态，节点ND2的电位成为1.25V。由此，从比较器101输出的电位VOUT成为L电位。
此时，电流不流过电阻器121，由此节点NDB的电位为0V(标准电位)。
接着，为端子SH供给L电位(参照图7B)。由此，晶体管111成为关闭状态，节点ND1的电位被保持。同样，晶体管112成为关闭状态，节点ND2的电位被保持。
接着，开始充电工作。当开始充电时，电流IC流过电阻器121(参照图8A)。电流IC从节点NDA向节点NDB流过，由此在开始充电时节点NDB的电位低于0V。图8A示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时0.8mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为-0.12V。此外，节点NDB与节点ND2通过电容器103得到电容耦合。由此，节点ND2的电位成为1.13V。节点ND2的电位持续大于节点ND1的电位。由此，电位VOUT持续为L电位。
图8B示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时1.1mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为-0.165V。基于上述同样的理由，节点ND2的电位成为1.085V。由此，节点ND2的电位小于节点ND1的电位，使得电位VOUT成为H电位。
像这样，可以检测出充电工作时的过电流。本发明的一个方式的半导体装置200Aa的构成要素比半导体装置200A少，由此可以进一步缩小占有面积。
此外，本发明的一个方式的半导体装置不应该被解释为仅局限于本实施方式所示的电路图。本发明的一个方式的半导体装置包括与本实施方式所示的电路结构等同的电路结构。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的半导体装置的其他结构例子等。
<半导体装置200B的结构例子>
图9示出半导体装置200B的结构例子。半导体装置200B是半导体装置200A的变形例子。因此，为了减少反复说明，本实施方式主要说明半导体装置200B和半导体装置200A的不同点。
半导体装置200B包括半导体装置100D代替半导体装置100C，这一点与半导体装置200A不同。与半导体装置100C同样，半导体装置100D包括端子R、端子RFN、端子SH、端子SHB及端子OUT。此外，半导体装置100D包括比较器101、晶体管111至晶体管114、电容器102、电容器103及电阻器121。
在半导体装置100D中，晶体管111的源极及漏极中的一个与端子RFN电连接，晶体管111的源极及漏极中的另一个与比较器101的反相输入端子电连接。晶体管111的栅极与端子SH电连接。
电容器102的一个电极与比较器101的反相输入端子电连接。电容器102的另一个电极被供给标准电位或固定电位。
晶体管111的源极及漏极中的另一个、比较器101的反相输入端子以及电容器102的一个电极电连接的节点被称为节点ND1。
晶体管112的源极及漏极中的一个与端子R电连接，晶体管112的源极及漏极中的另一个与比较器101的非反相输入端子电连接。晶体管112的栅极与端子SH电连接。
电容器103的一个电极与比较器101的非反相输入端子电连接。
晶体管112的源极及漏极中的另一个、比较器101的非反相输入端子以及电容器103的一个电极电连接的节点被称为节点ND2。
晶体管113的源极及漏极中的一个与电阻器121的一个端子电连接，晶体管113的源极及漏极中的另一个与电容器103的另一个电极电连接。晶体管113的栅极与端子SH电连接。
晶体管114的源极及漏极中的一个与电阻器121的另一个端子电连接，晶体管114的源极及漏极中的另一个与电容器103的另一个电极电连接。晶体管114的栅极与端子SHB电连接。
晶体管113的源极及漏极中的另一个、晶体管114的源极及漏极中的另一个以及电容器103的另一个电极电连接的节点被称为节点ND3。
<半导体装置200B的工作例子>
半导体装置200B所包括的半导体装置100D具有在放电工作中规定以上的电流(也称为“过电流”)流过电阻器121时检测出该电流的功能。具体而言，半导体装置100D在放电工作中检测出过电流时输出H电位。半导体装置100D被用作放电工作中的过电流检测电路。半导体装置100D的输出(电位VOUT)通过布线122供给到控制电路210的端子225。
控制电路210在端子225被供给H电位时使晶体管213成为关闭状态，以停止放电工作。通过避免利用过电流的放电，可以防止二次电池300的特性急剧劣化。因此，可以延长二次电池300的电池寿命。此外，可以提高二次电池300的可靠性。此外，可以提高二次电池300的安全性。
[半导体装置100D的工作例子]
半导体装置100D被用作过电流检测电路。以下参照图10及图11说明半导体装置100D的工作例子。图10及图11示出半导体装置100D的工作状态。如上所述，在本实施方式中，电位VR为1.1V，电位VRFN为1.25V。
首先，在开始放电前，为端子SH供给H电位，为端子SHB供给L电位(参照图10A)。由此，晶体管112成为开启状态，节点ND2的电位成为1.1V。此外，晶体管111成为开启状态，节点ND1的电位成为1.25V。由此，从比较器101输出的电位VOUT成为L电位。
此时，电流不流过电阻器121，由此节点NDA及节点NDB的电位为0V(标准电位)。当为端子SH供给H电位时，晶体管113成为开启状态，节点ND3的电位成为0V。
接着，为端子SH供给L电位，为端子SHB供给H电位(参照图10B)。由此，晶体管111成为关闭状态，节点ND1的电位被保持。同样，晶体管112成为关闭状态，节点ND2的电位被保持。此外，晶体管113也成为关闭状态。
接着，开始放电工作。当开始放电时，电流IC流过电阻器121(参照图11A)。电流IC从节点NDB向节点NDA流过，由此在开始放电时节点NDB的电位高于0V。因此，节点ND3的电位也高于0V。
通过改变电阻器121的电阻值，可以改变半导体装置100D所检测的过电流的值。此外，电阻器121也可以为可变电阻器。
图11A示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时0.8mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为0.12V。因此，节点ND3的电位也成为0.12V。此外，节点ND3与节点ND2通过电容器103得到电容耦合。由此，节点ND2的电位成为1.22V。节点ND1的电位持续大于节点ND2的电位。由此，电位VOUT持续为L电位。
图11B示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时1.1mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为0.165V。因此，节点ND3的电位也成为0.165V。基于上述同样的理由，节点ND2的电位成为1.265V。由此，节点ND1的电位小于节点ND2的电位，使得电位VOUT成为H电位。
像这样，可以检测出放电工作时的过电流。本发明的一个方式的半导体装置100D具有使用与端子202、晶体管213及晶体管214串联连接的电阻器121检测过电流的结构。因此，不受到晶体管213及晶体管214的电阻值不均匀的影响而可以以高精度检测过电流。
<变形例子>
图12示出作为半导体装置200B的变形例子的半导体装置200Ba的结构例子。在本实施方式中，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200Ba和半导体装置200B的不同点。半导体装置200Ba包括半导体装置100Da代替半导体装置100D，这一点与半导体装置200B不同。
半导体装置100Da具有从半导体装置100D去除晶体管113、晶体管114、端子SHB的结构。在半导体装置100Da中，电容器103的另一个电极与电阻器121的另一个端子电连接。因此，在半导体装置200Ba中，电容器103的另一个电极与电阻器121的另一个端子电连接的节点被称为节点NDB。此外，在半导体装置200Ba中，晶体管214的源极及漏极中的另一个与电阻器121的一个端子电连接的节点被称为节点NDA。
半导体装置100Da的构成要素比半导体装置100D少，由此可以缩小占有面积。此外，半导体装置100Da没有端子SHB，由此可以从半导体装置200Ba所具有的控制电路210去除端子227。
[半导体装置100Da的工作例子]
半导体装置100Da与半导体装置100D同样被用作过电流检测电路。以下参照图13及图14说明半导体装置100Da的工作例子。图13及图14示出半导体装置100Da的工作状态。
首先，在开始放电前，为端子SH供给H电位(参照图13A)。由此，晶体管112成为开启状态，节点ND2的电位成为1.1V。此外，晶体管111成为开启状态，节点ND1的电位成为1.25V。由此，从比较器101输出的电位VOUT成为L电位。
此时，电流不流过电阻器121，由此节点NDA及节点NDB的电位为0V(标准电位)。
接着，为端子SH供给L电位(参照图13B)。由此，晶体管111成为关闭状态，节点ND1的电位被保持。同样，晶体管112成为关闭状态，节点ND2的电位被保持。
接着，开始放电工作。当开始放电时，电流IC流过电阻器121(参照图14A)。电流IC从节点NDB向节点NDA流过，由此在开始放电时节点NDB的电位高于0V。
图14A示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时0.8mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为0.12V。因此，节点ND3的电位也成为0.12V。此外，节点NDB与节点ND2通过电容器103得到电容耦合。由此，节点ND2的电位成为1.22V。节点ND1的电位持续大于节点ND2的电位。由此，电位VOUT持续为L电位。
图14B示出在电阻器121的电阻值RD为150Ω时1.1mA的电流IC流过的状态。在此情况下，节点NDB的电位成为0.165V。基于上述同样的理由，节点ND2的电位成为1.265V。由此，节点ND1的电位小于节点ND2的电位，使得电位VOUT成为H电位。
像这样，可以检测出放电工作时的过电流。本发明的一个方式的半导体装置200Ba的构成要素比半导体装置200B少，由此可以进一步缩小占有面积。
此外，本发明的一个方式的半导体装置不应该被解释为仅局限于本实施方式所示的电路图。本发明的一个方式的半导体装置包括与本实施方式所示的电路结构等同的电路结构。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的半导体装置的其他结构例子等。
<半导体装置200C的结构例子>
图15示出半导体装置200C的结构例子。半导体装置200C是半导体装置200A及半导体装置200B的变形例子。因此，为了减少反复说明，本实施方式主要说明半导体装置200C和半导体装置200A或半导体装置200B的不同点。
半导体装置200C包括控制电路210A代替控制电路210。此外，半导体装置200C包括半导体装置100C及半导体装置100D的双方。控制电路210A为控制电路210的变形例子，不仅具有与控制电路210等同的功能，而且还具有控制半导体装置100C及半导体装置100D的功能。
控制电路210A包括作为端子225的端子225a及端子225b、作为端子226的端子226a及端子226b、作为端子227的端子227a及端子227b。
端子225a通过布线122a电连接于半导体装置100C的端子OUT。端子225b通过布线122b电连接于半导体装置100D的端子OUT。端子226a与半导体装置100C的端子SH电连接。端子226b与半导体装置100D的端子SH电连接。端子227a与半导体装置100C的端子SHB电连接。端子227b与半导体装置100D的端子SHB电连接。
电位生成电路220具有为半导体装置100C的端子R及半导体装置100D的端子R供给电位VR的功能及为半导体装置100C的端子RFN及半导体装置100D的端子RFN供给电位VRFN的功能。
控制电路210A具有控制半导体装置100C及半导体装置100D的功能。因此，半导体装置200C具有检测出充电工作时的过电流的功能及检测出放电工作时的过电流的功能。通过使用半导体装置200C,可以进一步延长二次电池300的电池寿命。此外,可以进一步提高二次电池300的可靠性。此外,可以进一步提高二次电池300的安全性。
此外，如图16所示，可以在半导体装置200C中共享用于半导体装置100C的电阻器121及用于半导体装置100D的电阻器121。因此，可以减少半导体装置200C的构成要素。换言之，可以减少构成半导体装置200C的零部件个数。
此外，在半导体装置200C中，也可以使用半导体装置100Ca代替半导体装置100C。同样，也可以使用半导体装置100Da代替半导体装置100D。通过在半导体装置200C中使用半导体装置100Ca及半导体装置100Da的一方或双方，可以进一步减少半导体装置200C的构成要素。换言之，可以进一步减少构成半导体装置200C的零部件个数。
此外，本发明的一个方式的半导体装置不应该被解释为仅局限于本实施方式所示的电路图。本发明的一个方式的半导体装置包括与本实施方式所示的电路结构等同的电路结构。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式4)
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的半导体装置的其他结构例子等进行说明。
<半导体装置200Ad的结构例子>
图17示出半导体装置200Ad的结构例子。半导体装置200Ad是半导体装置200A的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200Ad和半导体装置200A的不同点。
半导体装置200Ad具有对半导体装置200A附加保护装置250的结构。保护装置250包括端子VP、端子VN及端子SIG。端子VP与端子201电连接，端子VN与端子202电连接。由此，端子VP与二次电池300正极电连接，端子VN与二次电池300负极电连接。此外，端子SIG与半导体装置100C的端子OUT电连接。此外，端子SIG与控制电路210的端子225电连接。
[保护装置250]
保护装置250具有防止由静电放电(ESD)等高电压噪声导致的控制电路210及半导体装置100C的损伤及错误工作等以提高半导体装置200Ad的可靠性的功能。
图18A示出保护装置250的等效电路图的一个例子。图18A所示的保护装置250包括二极管251a、二极管251b、电阻器252及电容器253。电阻器252的一个端子与端子SIG电连接，另一个端子与二极管251a的阳极电连接。此外，二极管251a的阴极与端子VP电连接。
电容器253的一个电极与电阻器252的另一个端子电连接，电容器253的另一个电极与端子VN电连接。二极管251b的阳极与端子VN电连接，阴极与二极管251a的阳极电连接。也就是说，电容器253的一个电极与二极管251b的阴极电连接，电容器253的另一个电极与二极管251b的阳极电连接。电容器253与二极管251b并联连接。
因为在定态下端子VP位于高电位一侧而端子VN位于低电位一侧，所以二极管251a及二极管251b被施加反偏压。由此，在保护装置250中电流不从端子VP向端子VN流过。但是，如果由于ESD现象等端子VN的电位意外高于端子VP的电位，则端子VP与端子VN成为开启状态，由此可以防止半导体装置200Ad的损伤及错误工作。
此外，端子SIG被供给从端子OUT输出的信号，该信号在定态下的电位为端子VN的电位以上且端子VP的电位以下。因此，在定态下，在保护装置250中电流不从端子SIG流过端子VP及端子VN。但是，如果由于ESD现象等端子SIG意外被施加高于端子VP的电位或低于端子VN的电位，则端子VP及端子VN中的一个与端子SIG成为开启状态，由此可以防止半导体装置200Ad的损伤及错误工作。
此外，电阻器252及电容器253串联连接，由此被用作高通滤波器。施加到端子SIG的高频高电压噪声通过电阻器252及电容器253释放到端子VN。
电阻器252的电阻值优选为10Ω以上且1kΩ以下，更优选为50Ω以上且500Ω以下。电容器253的电容值优选为0.1pF以上且100pF以下，更优选为1pF以上且10pF以下。
此外，如图19A所示，也可以在电阻器252的另一个端子与端子VP之间设置电容器254。电容器254的电容值与电容器253大致相同即可。
此外，也可以使用晶体管代替二极管251a及二极管251b。图18B是分别使用晶体管251aT及晶体管251bT代替二极管251a及二极管251b而成的保护装置250的等效电路图。晶体管251aT的栅极与源极及漏极中的一个电连接，由此晶体管251aT可以被用作二极管。在此情况下，与栅极电连接的源极及漏极中的一个被用作阳极，源极及漏极中的另一个被用作阴极。
晶体管251aT及晶体管251bT优选使用OS晶体管。氧化物半导体的带隙为2eV以上，由此关态电流极小，并且源极与漏极间的绝缘耐压性高。也就是说，从二极管来看，反向电流少，并且不容易发生击穿现象。
此外，晶体管251aT及晶体管251bT也可以使用具有背栅极的晶体管。在使用具有背栅极的晶体管的情况下，可以电连接栅极与背栅极(参照图18C)。或者，也可以电连接背栅极与端子VN(参照图18D)。
此外，如图19B所示，多个二极管251a也可以并联连接。同样，多个二极管251b也可以并联连接。通过并联连接二极管251a及二极管251b，可以进一步使保护装置250发挥电流旁路作用。此外，即使二极管251a及二极管251b的一部分破损，也可以保持保护装置250的功能。因此，可以提高保护装置250的冗余度。
此外，如图20A所示，多个二极管251a也可以串联连接。同样，多个二极管251b也可以串联连接。图20A示出两个二极管251a与两个二极管251b串联连接的例子。因为多个二极管251a及多个二极管251b分别串联连接，所以可以减轻每个二极管的反偏压，由此可以提高保护装置250的绝缘耐压性。因此，可以提高保护装置250的可靠性。
图21A是分别使用晶体管251aT及晶体管251bT代替二极管251a及二极管251b而成的图20A所示的保护装置250的等效电路图。图21B及图21C是使用具有背栅极的晶体管作为晶体管251aT及晶体管251bT时的图20A所示的保护装置250的等效电路图。图21B示出栅极与背栅极电连接的例子。图21C示出背栅极与端子VN电连接的例子。
此外，如图20B所示，多个二极管251a也可以串联连接且并联连接。同样，多个二极管251b也可以串联连接且并联连接。图20B示出两个二极管251a串联连接且并联连接为三列而两个二极管251b串联连接且并联连接为三列的例子。因为多个二极管串联连接且并联连接，所以可以提高保护装置250的冗余度及绝缘耐压性。因此，可以提高保护装置250的可靠性。
<半导体装置200AdA的结构例子>
图22示出半导体装置200AdA的结构例子。半导体装置200AdA是半导体装置200Ad的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200AdA和半导体装置200Ad的不同点。半导体装置200AdA包括保护装置250A代替半导体装置200Ad的保护装置250。
此外，例如，有时控制电路210及/或半导体装置100C由具有背栅极的晶体管构成，该背栅极被供给低于负极电位的电位。在此情况下，可以使用保护装置250A代替保护装置250。
图23A是保护装置250A的等效电路图。图23A所示的保护装置250A对图20A所示的保护装置250附加了两个二极管251c、电容器255及电阻器256。电容器255的一个电极与端子VN电连接，另一个电极与第一个二极管251c的阳极电连接。第一个二极管251c的阴极与第二个二极管251c的阳极电连接。第二个二极管251c的阴极与端子VN电连接。电阻器256的一个端子与端子VBG电连接，另一个端子与第一个二极管251c的阳极电连接。例如，端子VBG与包括在控制电路210及/或半导体装置100C中的晶体管的背栅极电连接。
虽然图23A示出两个二极管251a、两个二极管251b及两个二极管251c分别串联连接的结构，但是也可以分别串联连接三个以上的二极管。二极管251a、二极管251b及二极管251c的个数也可以分别为一个。
图23B及图23C是分别使用晶体管251aT、晶体管251bT及晶体管251cT代替二极管251a、二极管251b及二极管251c的保护装置250A的等效电路图。图23B及图23C示出具有背栅极的晶体管251aT、晶体管251bT及晶体管251cT，但是这些晶体管也可以不具有背栅极。图23B示出栅极与背栅极电连接的例子。图23C示出背栅极与端子VN电连接的例子。
<半导体装置200AdB的结构例子>
图24示出半导体装置200AdB的结构例子。半导体装置200AdB是半导体装置200Ad的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200AdB和半导体装置200Ad的不同点。半导体装置200AdB包括保护装置250B代替半导体装置200Ad的保护装置250。
保护装置250B是保护装置250的变形例子。保护装置250B包括端子SIG_in及端子SIG_out代替保护装置250的端子SIG。端子SIG_in与半导体装置100C的端子OUT电连接。端子SIG_out通过布线122电连接于端子225。
[保护装置250B]
图25示出保护装置250B的等效电路图的一个例子。保护装置250B具有对图18A所示的保护装置250附加电阻器262的结构。电阻器262的一个端子与电阻器252的另一个端子电连接，电阻器262的另一个端子与端子SIG_out电连接。
电阻器262的电阻值可以与电阻器252同样设定。从端子OUT输出的信号在经过保护装置250B之后被供给到端子225。像这样，也可以在信号路径的途中设置保护装置。
<半导体装置200Bd的结构例子>
图26示出半导体装置200Bd的结构例子。半导体装置200Bd是半导体装置200Ad的变形例子。此外，半导体装置200Bd也是半导体装置200B的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200Bd和半导体装置200Ad的不同点。同样，主要说明半导体装置200Bd和半导体装置200B的不同点。
半导体装置200Bd包括半导体装置100D代替半导体装置200Ad的半导体装置100C。因此，端子SIG与半导体装置100D的端子OUT电连接。
只要参照半导体装置200Ad及半导体装置200B，就可以理解半导体装置200Bd的结构等。因此，在此不详细说明。
<半导体装置200Cd的结构例子>
图27示出半导体装置200Cd的结构例子。半导体装置200Cd是半导体装置200Ad的变形例子。此外，半导体装置200Cd也是半导体装置200C的变形例子。因此，为了减少反复说明，主要说明半导体装置200Cd和半导体装置200Ad的不同点。同样，主要说明半导体装置200Cd和半导体装置200C的不同点。
半导体装置200Cd具有对半导体装置200C附加保护装置250C的结构。保护装置250C是保护装置250的变形例子。保护装置250C包括端子SIG1及端子SIG2代替保护装置250的端子SIG。端子SIG1与半导体装置100C的端子OUT电连接。此外，端子SIG1与控制电路210A的端子225a电连接。端子SIG2与半导体装置100D的端子OUT电连接。此外，端子SIG2与控制电路210A的端子225b电连接。
[保护装置250C]
图28示出保护装置250C的等效电路图的一个例子。保护装置250C包括二极管251a_1、二极管251b_1、二极管251a_2、二极管251b_2、电阻器252_1、电阻器252_2、电容器253_1及电容器253_2。
电阻器252_1的一个端子与端子SIG1电连接，另一个端子与二极管251a_1的阳极电连接。此外，二极管251a_1的阴极与端子VP电连接。
电容器253_1的一个电极与电阻器252_1的另一个端子电连接，电容器253_1的另一个电极与端子VN电连接。二极管251b_1的阳极与端子VN电连接，阴极与二极管251a_1的阳极电连接。
电阻器252_2的一个端子与端子SIG2电连接，另一个端子与二极管251a_2的阳极电连接。此外，二极管251a_2的阴极与端子VP电连接。
电容器253_2的一个电极与电阻器252_2的另一个端子电连接，电容器253_2的另一个电极与端子VN电连接。二极管251b_1的阳极与端子VN电连接，阴极与二极管251a_2的阳极电连接。
保护装置250C具有实质上两个保护装置250并联连接的结构。因此，上述保护装置250的变形例子也可以应用于保护装置250C。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式5)
在本实施方式中，说明可应用于上述实施方式所说明的半导体装置的晶体管结构。具体而言，说明层叠具有不同的电特性的晶体管的结构。通过采用该结构，可以提高半导体装置的设计自由度。此外，通过层叠具有不同的电特性的晶体管，可以提高半导体装置的集成度。
图29所示的半导体装置包括晶体管400、晶体管500及电容器600。图31A是晶体管500的沟道长度方向上的截面图，图31B是晶体管500的沟道宽度方向上的截面图，图31C是晶体管400的沟道宽度方向上的截面图。
晶体管500为OS晶体管。因此，由于晶体管500的关态电流极小，所以通过将该晶体管500用于半导体装置所包括的晶体管，可以长期间保持被写入的数据电压或电荷。换言之，刷新工作的频率低或者不需要刷新工作，所以可以减小半导体装置的功耗。
如图29所示，本实施方式所说明的半导体装置包括晶体管400、晶体管500及电容器600。晶体管500设置在晶体管400的上方，电容器600设置在晶体管400及晶体管500的上方。
晶体管400设置在衬底311上，并包括：导电体316；绝缘体315；由衬底311的一部分构成的半导体区域313；以及被用作源区域或漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b。例如，晶体管400可以应用于上述实施方式中的比较器101所包括的晶体管等。
如图31C所示，在晶体管400中，导电体316隔着绝缘体315覆盖半导体区域313的顶面及沟道宽度方向的侧面。如此，通过使晶体管400具有Fin型结构，实效沟道宽度增加，从而可以提高晶体管400的通态特性。此外，由于可以增强栅电极的电场的作用，所以可以提高晶体管400的关态特性。
此外，晶体管400既可为p沟道晶体管又可为n沟道晶体管。
半导体区域313的沟道形成区域或其附近的区域、被用作源区域或漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b等优选包含硅类半导体等半导体，更优选包含单晶硅。此外，也可以使用包含Ge(锗)、SiGe(硅锗)、GaAs(砷化镓)、GaAlAs(镓铝砷)等的材料形成。可以使用使晶格受到应力，以改变晶面间距来控制有效质量的硅。此外，晶体管400也可以是使用GaAs和GaAlAs等的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。
在低电阻区域314a及低电阻区域314b中，除了应用于半导体区域313的半导体材料之外，还包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素。
作为被用作栅电极的导电体316，可以使用包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素的硅等半导体材料、金属材料、合金材料或金属氧化物材料等导电材料。
此外，由于导电体的材料决定功函数，所以通过选择导电体的材料，可以调整晶体管的阈值电压。具体而言，作为导电体优选使用氮化钛或氮化钽等材料。为了兼具导电性和嵌入性，作为导电体优选使用钨或铝等金属材料的叠层，尤其在耐热性方面优选使用钨。
注意，图29所示的晶体管400的结构只是一个例子，不局限于上述结构，根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管即可。例如，当半导体装置为只有OS晶体管的单极性电路(是指只有n沟道型晶体管的情况等相同极性的晶体管)时，如图30所示，使晶体管400具有与使用氧化物半导体的晶体管500同样的结构，即可。此外，下面描述晶体管500的详细内容。
以覆盖晶体管400的方式依次层叠有绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326。
作为绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326，例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氮氧化铝及氮化铝等。
注意，在本说明书中，氧氮化硅是指在其组成中氧含量多于氮含量的材料，而氮氧化硅是指在其组成中氮含量多于氧含量的材料。注意，在本说明书中，氧氮化铝是指氧含量多于氮含量的材料，“氮氧化铝”是指氮含量多于氧含量的材料。
绝缘体322也可以被用作用来使因设置在其下方的晶体管400等而产生的台阶平坦化的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体322的顶面的平坦性，其顶面也可以通过利用化学机械抛光(CMP)法等的平坦化处理被平坦化。
作为绝缘体324，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或晶体管400等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，例如可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管500与晶体管400之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
氢的脱离量例如可以利用热脱附谱分析法(TDS)等测量。例如，在TDS分析中的膜表面温度为50℃至500℃的范围内，当将换算为氢原子的脱离量换算为绝缘体324的每单位面积的量时，绝缘体324中的氢的脱离量为10×1015atoms/cm2以下，优选为5×1015atoms/cm2以下，即可。
注意，绝缘体326的介电常数优选比绝缘体324低。例如，绝缘体326的相对介电常数优选低于4，更优选低于3。例如，绝缘体326的相对介电常数优选为绝缘体324的相对介电常数的0.7倍以下，更优选为0.6倍以下。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。
此外，在绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326中嵌入与电容器600或晶体管500连接的导电体328、导电体330等。此外，导电体328及导电体330具有插头或布线的功能。注意，有时使用同一符号表示具有插头或布线的功能的多个导电体。此外，在本说明书等中，布线、与布线连接的插头也可以是一个构成要素。就是说，导电体的一部分有时被用作布线，并且导电体的一部分有时被用作插头。
作为各插头及布线(导电体328、导电体330等)的材料，可以使用金属材料、合金材料、金属氮化物材料或金属氧化物材料等导电材料的单层或叠层。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，优选使用钨。或者，优选使用铝或铜等低电阻导电材料。通过使用低电阻导电材料，可以降低布线电阻。
此外，也可以在绝缘体326及导电体330上设置布线层。例如，在图29中，依次层叠有绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354。此外，在绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354中形成有导电体356。导电体356具有与晶体管400连接的插头或布线的功能。此外，导电体356可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体350例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体356优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体350所具有的开口部中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管400与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管400扩散到晶体管500中。
注意，作为对氢具有阻挡性的导电体，例如优选使用氮化钽等。此外，通过层叠氮化钽和导电性高的钨，不但可以保持作为布线的导电性而且可以抑制氢从晶体管400扩散。此时，对氢具有阻挡性的氮化钽层优选与对氢具有阻挡性的绝缘体350接触。
此外，也可以在绝缘体354及导电体356上设置布线层。例如，在图29中，依次层叠有绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364。此外，在绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364中形成有导电体366。导电体366具有插头或布线的功能。此外，导电体366可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体360例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体366优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体360所具有的开口部中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管400与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管400扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体364及导电体366上设置布线层。例如，在图29中，依次层叠有绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374。此外，在绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374中形成有导电体376。导电体376具有插头或布线的功能。此外，导电体376可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体370例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体376优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体370所具有的开口部中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管400与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管400扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体374及导电体376上设置布线层。例如，在图29中，依次层叠有绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384。此外，在绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384中形成有导电体386。导电体386具有插头或布线的功能。此外，导电体386可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体380例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体386优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体380所具有的开口部中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管400与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管400扩散到晶体管500中。
在上面说明包括导电体356的布线层、包括导电体366的布线层、包括导电体376的布线层及包括导电体386的布线层，但是根据本实施方式的半导体装置不局限于此。与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为三层以下，与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为五层以上。
在绝缘体384上依次层叠有绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516。作为绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中的任一个，优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。
例如，作为绝缘体510及绝缘体514，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或设置有晶体管400的区域等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。因此，绝缘体510及绝缘体514可以使用与绝缘体324同样的材料。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管400与晶体管500之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
例如，作为对氢具有阻挡性的膜，绝缘体510及绝缘体514优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过对上述绝缘体使用介电常数较低的材料，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用氧化硅膜和氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中嵌入导电体518、构成晶体管500的导电体(例如，导电体503)等。此外，导电体518被用作与电容器600或晶体管400连接的插头或布线。导电体518可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
尤其是，与绝缘体510及绝缘体514接触的区域的导电体518优选为对氧、氢及水具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以利用对氧、氢及水具有阻挡性的层将晶体管400与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管400扩散到晶体管500中。
在绝缘体516的上方设置有晶体管500。
如图31A和图31B所示，晶体管500包括以嵌入绝缘体514及绝缘体516的方式配置的导电体503、配置在绝缘体516及导电体503上的绝缘体520、配置在绝缘体520上的绝缘体522、配置在绝缘体522上的绝缘体524、配置在绝缘体524上的氧化物530a、配置在氧化物530a上的氧化物530b、彼此分开地配置在氧化物530b上的导电体542a及导电体542b、配置在导电体542a及导电体542b上并以重叠于导电体542a和导电体542b之间的方式形成开口的绝缘体580、配置在开口的底面及侧面的氧化物530c、配置在氧化物530c的形成面上的绝缘体550以及配置在绝缘体550的形成面上的导电体560。
此外，如图31A和图31B所示，优选在氧化物530a、氧化物530b、导电体542a及导电体542b与绝缘体580之间配置有绝缘体544。此外，如图31A和图31B所示，导电体560优选包括设置在绝缘体550的内侧的导电体560a及以嵌入导电体560a的内侧的方式设置的导电体560b。此外，如图31A和图31B所示，优选在绝缘体580、导电体560及绝缘体550上配置有绝缘体574。
注意，在本说明书等中，有时将氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c统称为氧化物530。
在晶体管500中，在形成沟道的区域及其附近层叠有氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以设置氧化物530b的单层、氧化物530b与氧化物530a的两层结构、氧化物530b与氧化物530c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在晶体管500中，导电体560具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体560也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。注意，图29、图31A所示的晶体管500的结构只是一个例子而不局限于上述结构，可以根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管。
在此，导电体560被用作晶体管的栅电极，导电体542a及导电体542b被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体560以嵌入绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域的方式设置。导电体560、导电体542a及导电体542b的配置根据绝缘体580的开口而自对准地被选择。换言之，在晶体管500中，可以在源电极与漏电极之间自对准地配置栅电极。由此，可以在不设置用于对准的余地的方式形成导电体560，所以可以实现晶体管500的占有面积的缩小。由此，可以实现半导体装置的微型化及高集成化。
再者，导电体560自对准地形成在导电体542a与导电体542b之间的区域，所以导电体560不包括与导电体542a及导电体542b重叠的区域。由此，可以降低形成在导电体560与导电体542a及导电体542b之间的寄生电容。因此，可以提高晶体管500的开关速度，从而晶体管500可以具有高频率特性。
导电体560有时被用作第一栅(也称为顶栅极)电极。导电体503有时被用作第二栅(也称为底栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体503的电位而不使其与供应到导电体560的电位联动，可以控制晶体管500的阈值电压。尤其是，通过对导电体503供应负电位，可以使晶体管500的阈值电压大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体503施加负电位时相比，在对导电体503施加负电位的情况下，可以减小对导电体560施加的电位为0V时的漏极电流。
导电体503以与氧化物530及导电体560重叠的方式配置。由此，在对导电体560及导电体503供应电位的情况下，从导电体560产生的电场和从导电体503产生的电场连接，可以覆盖形成在氧化物530中的沟道形成区域。
在本说明书等中，将由一对栅电极(第一栅电极和第二栅电极)的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构称为surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。此外，在本说明书等中，surrounded channel(S-channel)结构具有如下特征，即与沟道形成区域相同，接触于被用作源电极及漏电极的导电体542a及导电体542b的氧化物530的侧面及周边为I型。此外，因为接触于导电体542a及导电体542b的氧化物530的侧面及周边与绝缘体544接触，所以与沟道形成区域相同，有可能成为I型。注意，在本说明书等中，I型可以说与后面说明的高纯度本征相同。此外，本说明书等中公开的S-channel结构与Fin型结构及平面型结构不同。通过采用S-channel结构，可以提高对于短沟道效应的耐性，换言之，可以实现不容易发生短沟道效应的晶体管。
此外，导电体503具有与导电体518相同的结构，以与绝缘体514及绝缘体516的开口的内壁接触的方式形成有导电体503a，其内侧形成有导电体503b。此外，在晶体管500中，叠层有导电体503a与导电体503b，但是本发明不局限于此。例如，导电体503可以具有单层结构，也可以具有三层以上的叠层结构。
在此，作为导电体503a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的导电材料。在本说明书中，抑制杂质或氧的扩散的功能是指抑制上述杂质和上述氧中的任一个或全部的扩散的功能。
例如，通过使导电体503a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因导电体503b氧化而导致导电率的下降。
此外，在导电体503还具有布线的功能的情况下，作为导电体503b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电性高的导电材料。此外，虽然在本实施方式中示出由导电体503a及导电体503b的叠层构成的导电体503，但是导电体503也可以具有单层结构。
绝缘体520、绝缘体522及绝缘体524被用作第二栅极绝缘膜。
在此，与氧化物530接触的绝缘体524优选使用包含超过化学计量组成的氧的绝缘体。换言之，优选在绝缘体524中形成有过剩氧区域。通过以与氧化物530接触的方式设置上述包含过剩氧的绝缘体，可以减少氧化物530中的氧空位(VO：oxygen vacancy)，从而可以提高晶体管500的可靠性。此外，在氢进入氧化物530的氧空位中的情况下，有时该缺陷(以下，有时称为VOH)被用作供体而产生作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含多量的氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。此外，由于氧化物半导体中的氢容易因热、电场等的应力而移动，因此当氧化物半导体包含多量的氢时，也有晶体管的可靠性会下降的忧虑。在本发明的一个方式中，优选尽量降低氧化物530中的VOH而成为高纯度本征或实质上高纯度本征。为了得到这种VOH被充分减少的氧化物半导体，重要的是：去除氧化物半导体中的水分、氢等杂质(有时称为脱水、脱氢化处理)；以及对氧化物半导体供应氧来填补氧空位(有时称为加氧化处理)。通过将VOH等杂质被充分减少的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
具体而言，作为具有过剩氧区域的绝缘体，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，更优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。此外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
此外，也可以以使上述具有过剩氧区域的绝缘体和氧化物530彼此接触的方式进行加热处理、微波处理或RF处理中的任一个或多个处理。通过进行该处理，可以去除氧化物530中的水或氢。例如，在氧化物530中发生VOH键合被切断的反应，换言之，发生“VOH→VO+H”的反应而可以进行脱氢化。此时产生的氢的一部分有时与氧键合并从氧化物530或氧化物530附近的绝缘体被去除作为H2O。此外，氢的一部分有时被导电体542吸杂。
此外，作为上述微波处理，例如优选使用包括产生高密度等离子体的电源的装置或包括对衬底一侧施加RF的电源的装置。例如，通过使用包含氧的气体及高密度等离子体，可以生成高密度的氧自由基，并且通过对衬底一侧施加RF，可以将由高密度等离子体生成的氧自由基高效地导入氧化物530或氧化物530附近的绝缘体中。此外，在上述微波处理中，压力为133Pa以上，优选为200Pa以上，更优选为400Pa以上。此外，作为对进行微波处理的装置内导入的气体，例如使用氧及氩，并且氧流量比(O2/(O2+Ar))为50％以下，优选为10％以上且30％以下。
此外，在晶体管500的制造工序中，优选在氧化物530的表面露出的状态下进行加热处理。该加热处理例如以100℃以上且450℃以下，更优选以350℃以上且400℃以下进行，即可。此外，加热处理在氮气体或惰性气体的气氛或包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行。例如，加热处理优选在氧气氛下进行。由此，可以对氧化物530供应氧来减少氧空位(VO)。此外，加热处理也可以在减压状态下进行。或者，也可以在氮气体或惰性气体的气氛下进行加热处理，然后为了填补脱离的氧而在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行加热处理。或者，也可以在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行加热处理，然后在氮气体或惰性气体的气氛下连续进行加热处理。
此外，通过对氧化物530进行加氧化处理，可以由被供应的氧填补氧化物530中的氧空位，换言之，可以促进“VO+O→null”的反应。再者，通过使残留在氧化物530中的氢与被供应的氧起反应，可以去除该氢作为H2O(脱水化)。由此，可以抑制残留在氧化物530中的氢与氧空位键合而形成VOH。
当绝缘体524具有过剩氧区域时，绝缘体522优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。
当绝缘体522具有抑制氧或杂质的扩散的功能时，氧化物530所包含的氧不扩散到绝缘体520一侧，所以是优选的。此外，可以抑制导电体503与绝缘体524或氧化物530所包含的氧起反应。
作为绝缘体522，例如优选使用包含氧化铝、氧化铪、含有铝及铪的氧化物(铝酸铪)、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)等所谓的high-k材料的绝缘体的单层或叠层。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘膜的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘膜的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
尤其是，优选使用作为具有抑制杂质及氧等的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从氧化物530释放或氢等杂质从晶体管500的周围部进入氧化物530的层。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。此外，还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
绝缘体520优选具有热稳定性。例如，因为氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。此外，通过组合high-k材料的绝缘体与氧化硅或氧氮化硅，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构的绝缘体520。
此外，在图31A和图31B的晶体管500中，作为由三层的叠层结构而成的第二栅极绝缘膜示出绝缘体520、绝缘体522及绝缘体524，但是第二栅极绝缘膜也可以具有单层结构、两层结构或四层以上的叠层结构。此时，不局限于采用由相同材料而成的叠层结构，也可以采用由不同材料而成的叠层结构。
在晶体管500中，优选将起到氧化物半导体作用的金属氧化物用作包含沟道形成区域的氧化物530。例如，作为氧化物530优选使用In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种)等金属氧化物。尤其是，可用作氧化物530的In-M-Zn氧化物优选为CAAC-OS(c-axis alignedcrystalline oxide semiconductor)。此外，优选为CAC-OS(Cloud-Aligned Compositeoxide semiconductor)。注意，CAAC是指结晶结构的一个例子，CAC是指功能或材料构成的一个例子。此外,作为氧化物530,也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。
CAC-OS有时被称为CAC-metal oxide。CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为材料的整个部分具有半导体的功能。此外，在将CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的沟道形成区域的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metaloxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。此外，在材料中，导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。此外，导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外，有时观察到其边缘模糊而以云状连接的导电性区域。
此外，在CAC-OS或CAC-metal oxide中，导电性区域和绝缘性区域有时以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分构成。在该构成中，当使载流子流过时，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外，具有窄隙的成分通过与具有宽隙的成分的互补作用，与具有窄隙的成分联动而使载流子流过具有宽隙的成分。因此，在将上述CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的沟道形成区域时，在晶体管的导通状态中可以得到高电流驱动力，即大通态电流及高场效应迁移率。
就是说，也可以将CAC-OS或CAC-metal oxide称为基质复合材料(matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
此外，用作氧化物半导体的金属氧化物被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体例如有CAAC-OS、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxidesemiconductor)及非晶氧化物半导体等。
CAAC-OS具有c轴取向性，其多个纳米晶在a-b面方向上连结而结晶结构具有畸变。注意，畸变是指在多个纳米晶连结的区域中晶格排列一致的区域与其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。
虽然纳米晶基本上是六角形，但是并不局限于正六角形，有不是正六角形的情况。此外，在畸变中有时具有五角形或七角形等晶格排列。此外，在CAAC-OS中，即使在畸变附近也难以观察到明确的晶界(grain boundary)。就是说，可知由于晶格排列畸变，可抑制晶界的形成。这是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。
CAAC-OS有具有层状结晶结构(也称为层状结构)的倾向，在该层状结晶结构中层叠有包含铟及氧的层(下面称为In层)和包含元素M、锌及氧的层(下面称为(M,Zn)层)。此外，铟和元素M彼此可以取代，在用铟取代(M,Zn)层中的元素M的情况下，也可以将该层表示为(In,M,Zn)层。此外，在用元素M取代In层中的铟的情况下，也可以将该层表示为(In,M)层。
CAAC-OS是结晶性高的金属氧化物。另一方面，在CAAC-OS中不容易观察明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。此外，金属氧化物的结晶性有时因杂质的进入或缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质或缺陷(氧空位等)少的金属氧化物。因此，包含CAAC-OS的金属氧化物的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的金属氧化物具有高耐热性及高可靠性。
在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。此外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-likeOS或非晶氧化物半导体没有差别。
此外，在包含铟、镓和锌的金属氧化物的一种的In-Ga-Zn氧化物(也称为“IGZO”)有时在由上述纳米晶构成时具有稳定的结构。尤其是，IGZO有在大气中不容易进行晶体生长的倾向，所以有时与在IGZO由大结晶(在此，几mm的结晶或者几cm的结晶)形成时相比在IGZO由小结晶(例如，上述纳米结晶)形成时在结构上稳定。
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的金属氧化物。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。
氧化物半导体(金属氧化物)具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
此外，作为晶体管500优选使用载流子浓度低的金属氧化物。在降低金属氧化物的载流子浓度时，只要降低金属氧化物中的杂质浓度及缺陷态密度即可。在本说明书等中，杂质浓度低且缺陷态密度低的情况是指高纯度本征或实质上高纯度本征。此外，作为金属氧化物中的杂质，例如有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
特别是，由于金属氧化物所包含的氢与键合于金属原子的氧起反应而成为水，因此有时在金属氧化物中形成氧空位。在金属氧化物中的沟道形成区域包含氧空位的情况下,晶体管有时具有常开启特性。此外,氢进入氧空位的缺陷被用作供体,有时生成作为载流子的电子。此外，有时氢的一部分与键合于金属原子的氧而生成作为载流子的电子。因此，使用包含多量的氢的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。
氢进入了氧空位的缺陷可能被用作金属氧化物的供体。然而，定量地评价该缺陷是困难的。于是，在金属氧化物中，有时不以供体浓度而以载流子浓度进行评价。因此，在本说明书等中，有时作为金属氧化物的参数，不采用供体浓度而采用假定不施加电场的状态的载流子浓度。也就是说，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时可以称为“供体浓度”。
因此，在将金属氧化物用作氧化物530时，优选尽量减少金属氧化物中的氢。具体而言，在金属氧化物中，通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion MassSpectrometry)得到的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分降低的金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
此外，在将金属氧化物用作氧化物530时，沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度优选为1×1018cm-3以下，更优选低于1×1017cm-3，进一步优选低于1×1016cm-3，进一步优选低于1×1013cm-3，进一步优选低于1×1012cm-3。注意，对沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度的下限值没有特别的限制，例如可以为1×10-9cm-3。
此外,在将金属氧化物用作氧化物530时，通过导电体542(导电体542a及导电体542b)和氧化物530接触而氧化物530中的氧扩散到导电体542中,由此导电体542有时被氧化。导电体542的导电率因导电体542的氧化而下降的可能性变高。注意，也可以将氧化物530中的氧向导电体542扩散的情况称为导电体542吸收氧化物530中的氧。
此外，当氧化物530中的氧扩散到导电体542(导电体542a及导电体542b)时，导电体542a和氧化物530b的界面及导电体542b和氧化物530b的界面可能会形成另一层。因为该另一层包含比导电体542多的氧，所以推测该另一层的具有绝缘性。此时，可以认为导电体542、该另一层和氧化物530b的三层结构是由金属-绝缘体-半导体构成的三层结构，有时也将其称为MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)结构或以MIS结构为主的二极管连接结构。
注意，上述另一层不局限于形成在导电体542与氧化物530b间，例如，有时另一层形成在导电体542与氧化物530c间或者导电体542与氧化物530b间及导电体542与氧化物530c间。
此外，作为在氧化物530中被用作沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。如此，通过使用带隙较宽的金属氧化物，可以减小晶体管的关态电流。
在氧化物530中，当在氧化物530b之下设置有氧化物530a时，可以抑制杂质从形成在氧化物530a下的结构物扩散到氧化物530b。当在氧化物530b之上设置有氧化物530c时，可以抑制杂质从形成在氧化物530c的上方的结构物扩散到氧化物530b。
此外，氧化物530优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物的叠层结构。具体而言，用于氧化物530a的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。此外，用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比。此外，用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比优选大于用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比。此外，氧化物530c可以使用可用于氧化物530a或氧化物530b的金属氧化物。
优选的是，使氧化物530a及氧化物530c的导带底的能量高于氧化物530b的导带底的能量。换言之，氧化物530a及氧化物530c的电子亲和势优选小于氧化物530b的电子亲和势。
在此，在氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物530a与氧化物530b的界面以及氧化物530b与氧化物530c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使氧化物530a与氧化物530b以及氧化物530b与氧化物530c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在氧化物530b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为氧化物530a及氧化物530c优选使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。
此时，载流子的主要路径为氧化物530b。通过使氧化物530a及氧化物530c具有上述结构，可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面及氧化物530b与氧化物530c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，可以提高晶体管500的通态电流。
在氧化物530b上设置有被用作源电极及漏电极的导电体542a及导电体542b。作为导电体542a及导电体542b，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。氮化钽等的金属氮化物膜对氢或氧具有阻挡性，所以是更优选的。
此外，虽然在图31示出导电体542a及导电体542b的单层结构，但是也可以采用两层以上的叠层结构。例如，优选层叠氮化钽膜及钨膜。此外，也可以层叠钛膜及铝膜。此外，也可以采用在钨膜上层叠铝膜的两层结构、在铜-镁-铝合金膜上层叠铜膜的两层结构、在钛膜上层叠铜膜的两层结构、在钨膜上层叠铜膜的两层结构。
此外，也可以使用：在钛膜或氮化钛膜上层叠铝膜或铜膜并在其上形成钛膜或氮化钛膜的三层结构、在钼膜或氮化钼膜上层叠铝膜或铜膜并在其上形成钼膜或氮化钼膜的三层结构等。此外，也可以使用包含氧化铟、氧化锡或氧化锌的透明导电材料。
此外，如图31A所示，有时在氧化物530与导电体542a(导电体542b)的界面及其附近作为低电阻区域形成有区域543a及区域543b。此时，区域543a被用作源区域和漏区域中的一个，区域543b被用作源区域和漏区域中的另一个。此外，沟道形成区域形成在夹在区域543a和区域543b之间的区域中。
通过以与氧化物530接触的方式设置上述导电体542a(导电体542b)，区域543a(区域543b)的氧浓度有时降低。此外，在区域543a(区域543b)中有时形成含有包含在导电体542a(导电体542b)中的金属及氧化物530的成分的金属化合物层。在此情况下，区域543a(区域543b)的载流子浓度增加，区域543a(区域543b)成为低电阻区域。
绝缘体544以覆盖导电体542a及导电体542b的方式设置，抑制导电体542a及导电体542b的氧化。此时，绝缘体544也可以以覆盖氧化物530的侧面且与绝缘体524接触的方式设置。
作为绝缘体544，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗、钕、镧或镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。此外，作为绝缘体544也可以使用氮氧化硅或氮化硅等。
尤其是，作为绝缘体544，优选使用作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。尤其是，铝酸铪的耐热性比氧化铪膜高。因此，在后面的工序的热处理中不容易晶化，所以是优选的。此外，在导电体542a及导电体542b是具有耐氧化性的材料或者吸收氧也其导电性不会显著降低的情况下，不需要必须设置绝缘体544。根据所需要的晶体管特性，适当地设计即可。
通过包括绝缘体544，可以抑制绝缘体580所包含的水、氢等杂质经过氧化物530c、绝缘体550扩散到氧化物530b。此外，可以抑制绝缘体580所包含的过剩氧使导电体560氧化。
绝缘体550被用作第一栅极绝缘膜。绝缘体550优选以接触于氧化物530c的内侧(顶面及侧面)的方式配置。绝缘体550优选与上述绝缘体524同样地使用包含过剩的氧并通过加热而释放氧的绝缘体形成。
具体而言，可以使用包含过剩氧的氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
通过作为绝缘体550以与氧化物530c的顶面接触的方式设置通过加热而释放氧的绝缘体，可以高效地从绝缘体550通过氧化物530c对氧化物530b的沟道形成区域供应氧。此外，与绝缘体524同样，优选降低绝缘体550中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体550的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
此外，为了将绝缘体550所包含的过剩氧高效地供应到氧化物530，也可以在绝缘体550与导电体560之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制从绝缘体550到导电体560的氧扩散。通过设置抑制氧的扩散的金属氧化物，从绝缘体550到导电体560的过剩氧的扩散受到抑制。换言之，可以抑制供应到氧化物530的过剩氧量减少。此外，可以抑制因过剩氧导致的导电体560的氧化。作为该金属氧化物，可以使用可用于绝缘体544的材料。
此外，与第二栅极绝缘膜同样，绝缘体550也可以具有叠层结构。由于当进行晶体管的微型化及高集成化时，有时栅极绝缘膜的薄膜化导致泄漏电流等问题，因此通过使被用作栅极绝缘膜的绝缘体具有high-k材料与具有热稳定性的材料的叠层结构，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。此外，可以实现具有热稳定性及高相对介电常数的叠层结构。
在图31A及图31B中，被用作第一栅电极的导电体560具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体560a，优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。通过使导电体560a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因绝缘体550所包含的氧导致导电体560b氧化而导电率下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。此外，作为导电体560a可以使用可应用于氧化物530的氧化物半导体。在此情况下，通过采用溅射法形成导电体560b，可以降低导电体560a的电阻值来使其成为导电体。其可以称为OC(Oxide Conductor)电极。
作为导电体560b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。由于导电体560b还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。导电体560b也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
绝缘体580优选隔着绝缘体544设置在导电体542a及导电体542b上。绝缘体580优选具有过剩氧区域。例如，绝缘体580优选包含氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。尤其是，氧化硅和具有空孔的氧化硅容易在后面的工序中形成过剩氧区域，所以是优选的。
绝缘体580优选具有过剩氧区域。通过以与氧化物530c接触的方式设置通过加热而释放氧的绝缘体580，可以将绝缘体580中的氧通过氧化物530c高效地供应给氧化物530。此外，优选降低绝缘体580中的水或氢等杂质的浓度。
绝缘体580的开口以与导电体542a和导电体542b之间的区域重叠的方式形成。由此，导电体560以嵌入绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域的方式设置。
在进行半导体装置的微型化时，需要缩短栅极长度，但是需要防止导电体560的导电性的下降。为此，在增大导电体560的厚度的情况下，导电体560有可能具有纵横比高的形状。在本实施方式中，由于将导电体560以嵌入绝缘体580的开口的方式设置，所以即使导电体560具有纵横比高的形状，在工序中也不发生导电体560的倒塌。
绝缘体574优选以与绝缘体580的顶面、导电体560的顶面及绝缘体550的顶面接触的方式设置。通过利用溅射法形成绝缘体574，可以在绝缘体550及绝缘体580中形成过剩氧区域。由此，可以将氧从该过剩氧区域供应到氧化物530中。
例如，作为绝缘体574，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。
尤其是，氧化铝具有高阻挡性，即使是0.5nm以上且3.0nm以下的薄膜，也可以抑制氢及氮的扩散。由此，通过利用溅射法形成的氧化铝可以在被用作氧供应源的同时还具有氢等杂质的阻挡膜的功能。
此外，优选在绝缘体574上设置被用作层间膜的绝缘体581。与绝缘体524等同样，优选降低绝缘体581中的水或氢等杂质的浓度。
此外，在形成于绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体544中的开口配置导电体540a及导电体540b。导电体540a及导电体540b以隔着导电体560彼此对置的方式设置。导电体540a及导电体540b具有与后面说明的导电体546及导电体548同样的结构。
在绝缘体581上设置有绝缘体582。绝缘体582优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。因此，作为绝缘体582可以使用与绝缘体514同样的材料。例如，作为绝缘体582优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
此外，在绝缘体582上设置有绝缘体586。作为绝缘体586可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过作为这些绝缘体应用介电常数较低的材料，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体586，可以使用氧化硅膜及氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体520、绝缘体522、绝缘体524、绝缘体544、绝缘体580、绝缘体574、绝缘体581、绝缘体582及绝缘体586中嵌入导电体546及导电体548等。
导电体546及导电体548被用作与电容器600、晶体管500或晶体管400连接的插头或布线。导电体546及导电体548可以使用与导电体328及导电体330同样的材料。
此外，也可以在形成晶体管500之后，以围绕晶体管500的方式形成开口，并以覆盖该开口的方式形成对氢或水具有高阻挡性的绝缘体。通过由上述高阻挡性的绝缘体包裹晶体管500，可以防止水分及氢从外部进入。或者，多个晶体管500都可以由对氢或水具有高阻挡性的绝缘体包裹。此外，在围绕晶体管500地形成开口的情况下，例如，当形成到达绝缘体522或绝缘体514的开口并接触于绝缘体522或绝缘体514地形成上述高阻挡性的绝缘体时可以兼作晶体管500的制造工序的一部分，所以是优选的。此外，作为对氢或水具有高阻挡性的绝缘体，例如使用与绝缘体522或绝缘体514同样的材料即可。
接着，在晶体管500的上方设置有电容器600。电容器600包括导电体610、导电体620及绝缘体630。
此外，也可以在导电体546及导电体548上设置导电体612。导电体612被用作与晶体管500连接的插头或者布线。导电体610被用作电容器600的电极。此外，可以同时形成导电体612及导电体610。
作为导电体612及导电体610可以使用包含选自钼、钛、钽、钨、铝、铜、铬、钕、钪中的元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜(氮化钽膜、氮化钛膜、氮化钼膜、氮化钨膜)等。或者，也可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等导电材料。
在本实施方式中，导电体612及导电体610具有单层结构，但是不局限于此，也可以具有两层以上的叠层结构。例如，也可以在具有阻挡性的导电体与导电性高的导电体之间形成对具有阻挡性的导电体及导电性高的导电体具有高紧密性的导电体。
以隔着绝缘体630重叠于导电体610的方式设置导电体620。作为导电体620可以使用金属材料、合金材料、金属氧化物材料等导电材料。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，尤其优选使用钨。当与导电体等其他构成要素同时形成导电体620时，使用低电阻金属材料的Cu(铜)或Al(铝)等即可。
在导电体620及绝缘体630上设置有绝缘体640。绝缘体640可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，绝缘体640可以被用作覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。
通过采用本结构，可以实现使用包含氧化物半导体的晶体管的半导体装置的微型化或高集成化。
作为可用于本发明的一个方式的半导体装置的衬底，可以使用玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、陶瓷衬底、金属衬底(例如，不锈钢衬底、包含不锈钢箔的衬底、钨衬底、包含钨箔的衬底等)、半导体衬底(例如，单晶半导体衬底、多晶半导体衬底或化合物半导体衬底)、绝缘体上硅(SOI)衬底等。此外，也可以使用可承受本实施方式的处理温度的耐热性的塑料衬底。作为玻璃衬底的一个例子，可以举出钡硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃等。此外，也可以使用晶化玻璃等。
此外，作为衬底可以使用柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状材料的纸或基材薄膜等。作为柔性衬底、贴合薄膜、基材薄膜等，可以举出如下例子。例如可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料。或者，作为一个例子，可以举出丙烯酸树脂等合成树脂等。或者，作为一个例子，可以举出聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯或聚氯乙烯等。或者，作为例子，可以举出聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺树脂、环氧树脂、无机蒸镀薄膜、纸类等。尤其是，通过使用半导体衬底、单晶衬底或SOI衬底等制造晶体管，能够制造特性、尺寸或形状等的偏差小、电流能力高且尺寸小的晶体管。当利用上述晶体管构成电路时，可以实现电路的低功耗化或电路的高集成化。
此外，也可以作为衬底使用柔性衬底，并在柔性衬底上直接形成晶体管、电阻器及/或电容器等。或者，也可以在衬底与晶体管、电阻器及/或电容器等之间设置剥离层。剥离层可以在如下情况下使用，即在剥离层上制造半导体装置的一部分或全部，然后将其从衬底分离并转置到其他衬底上的情况。此时，也可以将晶体管、电阻器及/或电容器等转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。此外，作为上述剥离层，例如可以使用钨膜与氧化硅膜的无机膜的叠层结构、衬底上形成有聚酰亚胺等有机树脂膜的结构或含有氢的硅膜等。
就是说，也可以在于一个衬底上形成半导体装置之后将该半导体装置转置到其他衬底上。作为半导体装置被转置的衬底，不仅可以使用上述可以形成晶体管的衬底，还可以使用纸衬底、玻璃纸衬底、芳族聚酰胺薄膜衬底、聚酰亚胺薄膜衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(丝、棉、麻)、合成纤维(尼龙、聚氨酯、聚酯)或再生纤维(醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚酯)等)、皮革衬底、橡皮衬底等。通过使用这种衬底，可以实现具有柔性的半导体装置的制造、不易损坏的半导体装置的制造、耐热性的提高、轻量化或薄型化。
通过在具有柔性的衬底上设置半导体装置，例如可以在二次电池300具有弯曲形状或弯折形状的情况下也可以沿二次电池的外形设置半导体装置。例如，在二次电池300具有圆筒形状的情况下，可以以卷绕该二次电池的侧面的方式设置半导体装置。
<晶体管的变形例子1>
图32A及图32B所示的晶体管500A是图31A及图31B所示的晶体管500的变形例子。图32A是晶体管500A的沟道长度方向上的截面图，图32B是晶体管500A的沟道宽度方向上的截面图。注意，图32A及图32B所示的结构也可以用于如晶体管400等本发明的一个方式的半导体装置所包括的其他晶体管。
图32A及图32B所示的结构的晶体管500A与图31A及图31B所示的结构的晶体管500的不同之处在于包括绝缘体552、绝缘体402及绝缘体404，并且氧化物530c由氧化物530c1及氧化物530c2的叠层构成。此外，与图31A及图31B所示的结构的晶体管500的不同之处在于与导电体540a的侧面接触地设置绝缘体552，且与导电体540b的侧面接触地设置绝缘体552。再者，与图31A及图31B所示的结构的晶体管500的不同之处在于不包括绝缘体520。
在图32A及图32B所示的结构的晶体管500A中，绝缘体512上设置有绝缘体402。此外，绝缘体574上及绝缘体402上设置有绝缘体404。
在图32A及图32B所示的结构的晶体管500A中，绝缘体514、绝缘体516、绝缘体522、绝缘体524、绝缘体544、绝缘体580及绝缘体574被图案化，绝缘体404覆盖它们。也就是说，绝缘体404分别与绝缘体574的顶面、绝缘体574的侧面、绝缘体580的侧面、绝缘体544的侧面、绝缘体524的侧面、绝缘体522的侧面、绝缘体516的侧面、绝缘体514的侧面、绝缘体402的顶面接触。由此，氧化物530等被绝缘体404及绝缘体402与外部隔开。
绝缘体402及绝缘体404优选高效地抑制氢(例如，氢原子、氢分子等中的至少一个)或水分子的扩散。例如，作为绝缘体402及绝缘体404，优选使用作为氢阻挡性高的材料的氮化硅或氮氧化硅。由此，由于可以抑制氢等扩散到氧化物530中，因此可以抑制晶体管500A的特性下降。因此，可以提高本发明的一个方式的半导体装置的可靠性。
绝缘体552以与绝缘体581、绝缘体404、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体544接触的方式设置。绝缘体552优选具有抑制氢或水分子的扩散的功能。例如，作为绝缘体552优选使用作为氢阻挡性高的材料的氮化硅、氧化铝或氮氧化硅等的绝缘体。尤其是，氮化硅为氢阻挡性高的材料，因此优选用于绝缘体552。通过作为绝缘体552使用氢阻挡性高的材料，可以抑制水或氢等的杂质从绝缘体580等通过导电体540a及导电体540b扩散到氧化物530。此外，可以抑制包含在绝缘体580中的氧被导电体540a及导电体540b吸收。如此，可以提高本发明的一个方式的半导体装置的可靠性。
氧化物530c1与绝缘体524的顶面、氧化物530a的侧面、氧化物530b的顶面及侧面、导电体542a及导电体542b的侧面、绝缘体544的侧面及绝缘体580的侧面接触(参照图32B)。氧化物530c2与绝缘体550接触。
作为氧化物530c1，例如可以使用In-Zn氧化物。此外，作为氧化物530c2，可以使用与氧化物530c具有单层结构时能够用于氧化物530c的材料相同的材料。例如，作为氧化物530c2，可以使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的金属氧化物。
通过氧化物530c具有氧化物530c1及氧化物530c2的两层结构，与氧化物530c具有单层结构的情况相比，可以提高晶体管的通态电流。因此，晶体管例如可以作为功率MOS晶体管使用。
<晶体管的变形例子2>
参照图33A、图33B及图33C说明晶体管500B的结构例子。图33A是晶体管500B的俯视图。图33B是在图33A中以点划线L1-L2表示的部分的截面图。图33C是在图33A中以点划线W1-W2表示的部分的截面图。在图33A的俯视图中，为了明确起见，省略构成要素的一部分。
晶体管500B是晶体管500的变形例子，并可以代替晶体管500。由此，为了防止重复说明，主要对与晶体管500不同之处进行说明。
被用作第一栅电极的导电体560包括导电体560a及导电体560a上的导电体560b。作为导电体560a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
当导电体560a具有抑制氧的扩散的功能时，可以提高导电体560b的材料的选择性。也就是说，通过包括导电体560a，可以抑制导电体560b的氧化，而可以防止导电率的下降。
此外，优选以覆盖导电体560的顶面及侧面、绝缘体550的侧面及氧化物530c的侧面的方式设置绝缘体544。作为绝缘体544优选使用具有抑制水或氢等杂质及氧的扩散的功能的绝缘材料。例如优选使用氧化铝或氧化铪等。此外，例如，可以使用氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕或氧化钽等金属氧化物、氮氧化硅或氮化硅等。
通过设置绝缘体544，可以抑制导电体560的氧化。此外，通过包括绝缘体544，可以抑制绝缘体580所包含的水、氢等杂质扩散到晶体管500B。
因为在晶体管500B中，导电体542a的一部分及导电体542b的一部分与导电体560重叠，所以与晶体管500相比，晶体管500B的寄生电容容易变大。因此，与晶体管500相比具有工作频率低的倾向。但是，晶体管500B不需要在绝缘体580等中设置开口而嵌入导电体560或绝缘体550等的工序，所以与晶体管500相比具有高生产率。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式6)
在本实施方式中，参照附图说明可以用于二次电池300的电池的结构例子。在本实施方式中，虽然示出锂离子二次电池的例子，但是可以用于二次电池300的电池不局限于锂离子二次电池。
[圆筒型二次电池]
图34A是圆筒型二次电池715的外观图。图34B是示意性地示出圆筒型二次电池715的截面的图。在中空圆柱状电池罐702的内侧设置有电池元件，在该电池元件中，带状正极704和带状负极706夹着隔离体705被卷绕。虽然未图示，但是电池元件以中心销为中心被卷绕。电池罐702的一端关闭且另一端开着。作为电池罐702可以使用对电解液具有抗腐蚀性的镍、铝、钛等金属、它们的合金或者它们和其他金属的合金(例如不锈钢等)。此外，为了防止电解液所引起的腐蚀，电池罐702优选被镍或铝等覆盖。在电池罐702的内侧，正极、负极及隔离体被卷绕的电池元件由对置的一对绝缘板708和绝缘板709夹着。此外，在设置有电池元件的电池罐702的内部中注入有非水电解液(未图示)。二次电池由包括钴酸锂(LiCoO2)及磷酸铁锂(LiFePO4)等的活性物质的正极、由能够进行锂离子的吸留及释放的石墨等碳材料构成的负极以及将由LiBF4、LiPF6等锂盐构成的支持电解质溶解于碳酸亚乙酯或碳酸二乙酯等有机溶剂中的非水电解液等构成。
因为用于圆筒型二次电池的正极及负极被卷绕，从而活性物质优选形成在集流体的两个表面。正极704与正极端子(正极集电引线)703连接，而负极706与负极端子(负极集电引线)707连接。正极端子703及负极端子707都可以使用铝等金属材料。将正极端子703电阻焊接到安全阀机构712，而将负极端子707电阻焊接到电池罐702底。安全阀机构712与正极盖701通过PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)元件711电连接。当电池的内压上升到超过指定的阈值时，安全阀机构712切断正极盖701与正极704的电连接。此外，PTC元件711是在温度上升时其电阻增大的热敏感电阻器，并通过电阻的增大来限制电流量以防止异常发热。PTC元件可以使用钛酸钡(BaTiO3)类半导体陶瓷等。
使用电解液的锂离子二次电池包括正极、负极、隔离体、电解液以及外包装体。注意，在锂离子二次电池中，由于阳极及阴极根据充电或放电调换，氧化反应及还原反应调换，所以将反应电位高的电极称为正极，而将反应电位低的电极称为负极。由此，在本说明书中，即使在充电、放电、反向偏压电流流过以及充电电流流过时也将正极称为“正极”或“+极”，而将负极称为“负极”或“-极”。如果使用与氧化反应及还原反应有关的阳极及阴极的术语，则充电时和放电时的阳极与阴极是相反的，这有可能引起混乱。因此，在本说明书中，不使用阳极及阴极的术语。当使用阳极及阴极的术语时，明确表示是充电时还是放电时，并示出是对应正极(+极)还是负极(-极)。
在本实施方式中，示出锂离子二次电池的例子，但是不局限于锂离子二次电池。作为二次电池的正极材料，例如可以使用包含元素A、元素X及氧的材料。元素A优选为选自第一族元素及第二族元素中的一个以上的元素。作为第一族元素，例如可以使用锂、钠、钾等碱金属。此外，作为第二族元素，例如可以使用钙、铍、镁等。作为元素X，例如可以使用选自金属元素、硅和磷中的一个以上的元素。此外，元素X优选为选自钴、镍、锰、铁和钒中的一个以上的元素。典型的例子是锂钴复合氧化物(LiCoO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。
负极包括负极活性物质层及负极集流体。此外，负极活性物质层也可以包含导电助剂及粘合剂。
作为负极活性物质，可以使用能够通过与锂的合金化/脱合金化反应进行充放电反应的元素。例如，可以使用包含硅、锡、镓、铝、锗、铅、锑、铋、银、锌、镉和铟等中的至少一个的材料。这种元素的电容比碳大，尤其是硅的理论电容大，为4700mAh/g。
此外，二次电池优选包括隔离体。作为隔离体，例如可以使用如下材料：纸等具有纤维素的纤维、无纺布、玻璃纤维、陶瓷或包含尼龙(聚酰胺)、维尼纶(聚乙烯醇类纤维)、聚酯、丙烯酸树脂、聚烯烃、聚氨酯的合成纤维等。
图34C示出形成或者固定在柔性衬底720上的充电控制电路724沿二次电池715的侧面而设置的情况。作为充电控制电路724，可以使用上述实施方式所示的半导体装置200等。通过在柔性衬底720上设置充电控制电路724，可以沿圆筒型二次电池715的曲面设置充电控制电路724。由此，可以缩小充电控制电路724的占有空间。因此，可以实现包括二次电池715及充电控制电路724的电子设备等的小型化。
[扁平型二次电池]
图35A是包括扁平型二次电池913的电池组901的外观图。图35A所示的二次电池913与充电控制电路914及连接端子911组合而用作电池组901。图35B示出二次电池913与充电控制电路914分开的状态。
充电控制电路914形成或者固定在柔性衬底910上。作为充电控制电路914，可以使用上述实施方式所示的半导体装置200等。充电控制电路914也可以具有检测微短路等异常的功能。
二次电池913包括端子951及端子952。充电控制电路914与端子951及端子952电连接。连接端子911通过充电控制电路914与端子951及端子952电连接。注意，也可以设置多个连接端子911，将多个连接端子911分别用作控制信号输入端子、电源端子等。
电池组901在充电控制电路914与二次电池913之间含有绝缘片916。绝缘片916例如具有防止二次电池913与充电控制电路914间额外电接触的功能。作为绝缘片916例如可以使用有机树脂薄膜或粘合薄片。
此外，如图35C所示，还可以在电池组901上设置天线917及接收电路918。此外，也可以使用天线以非接触对二次电池913进行充电。天线不局限于线圈状，例如也可以为线状、板状。此外，还可以使用平面天线、口径天线、行波天线、EH天线、磁场天线或介质天线等天线。天线例如具有能够与外部设备进行数据通信的功能。作为数据通信方式，可以适当地使用NFC等在电池组与其他设备间使用的响应方式等。
以下说明二次电池913的内部结构例子。
图36A示出配置在二次电池913内部的卷绕体950的结构。卷绕体950包括负极931、正极932和隔离体933。卷绕体950通过使负极931和正极932夹着隔离体933彼此重叠来形成叠层片并将该叠层片卷绕而形成。此外，也可以还层叠多个负极931、正极932和隔离体933的叠层。
负极931通过端子951及端子952中的一个与图35A所示的连接端子911连接。正极932通过端子951及端子952中的另一个与图35A所示的连接端子911连接。
在图36B中，作为二次电池913，在框体930(也称为“外包装体”)内部包括设置有端子951和端子952的卷绕体950。卷绕体950在框体930的内部浸渗在电解液中。端子952与框体930接触，端子951由于使用绝缘材料等而不与框体930接触。注意，虽然在图36B中示出分离的框体930，但是实际上卷绕体950被框体930覆盖，端子951及端子952延伸在框体930的外侧。作为框体930，可以使用金属材料(例如铝等)或树脂材料。
框体930可以使用金属材料、有机树脂等绝缘材料。有时框体930由薄膜构成，在此情况下，有时在该薄膜上安装形成在柔性衬底上的充电控制电路。
在图35A中示出在外壳表面设置绝缘片916，以设置有充电控制电路的面向内侧的方式固定柔性衬底的例子，但是也可以以形成有充电控制电路的面向外侧的方式与端子951及端子952连接。注意，此时连接部分露出，有静电破坏或短路的危险，因此对这些危险给以注意进行装配。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式7)
在本实施方式中，说明可以应用根据本发明的一个方式的半导体装置的电子设备。
本发明的一个方式的半导体装置可以安装到各种电子设备。作为电子设备的例子，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌(Digital Signage)、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。此外，汽车、二轮车、船只及飞机等移动体也可以说是电子设备。本发明的一个方式的半导体装置可以被用于安装在这些电子设备中的电池的充放电控制装置等。
电子设备也可以包括天线。通过由天线接收信号，可以在显示部上显示图像或信息等。此外，在电子设备包括天线及二次电池的情况下，可以将天线用于非接触电力传送。
电子设备也可以包括传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)。
电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触控面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
接着，参照图37对安装有本发明的一个方式的半导体装置的电子设备的例子进行说明。
机器人7100包括照度传感器、麦克风、照相机、扬声器、显示器、各种传感器(红外线传感器、超声波传感器、加速度传感器、压电传感器、光传感器、陀螺仪传感器等)及移动机构等。
麦克风具有检测使用者的声音及周围的声音等音频信号的功能。此外，扬声器具有发出声音及警告音等音频信号的功能。机器人7100可以分析通过麦克风输入的音频信号，从扬声器发出所需要的音频信号。机器人7100可以通过使用麦克风及扬声器与使用者交流。
照相机具有拍摄机器人7100的周围的图像的功能。此外，机器人7100具有使用移动机构移动的功能。机器人7100可以通过使用照相机拍摄周围的图像而分析该图像，判断移动时的障碍物的有无等。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于机器人7100的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高机器人7100的可靠性及安全性。
飞行物7120包括螺旋桨、照相机、电池、存储装置及运算装置等，并具有自主飞行功能。
例如，用照相机拍摄的图像数据储存至存储装置。飞行物7120可以通过分析图像数据，判断移动时的障碍物的有无等。此外，可以利用运算装置根据电池的蓄电电容器的变化推测电池的剩余电量。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于飞行物7120的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高飞行物7120的可靠性及安全性。
扫地机器人7140包括配置在顶面的显示器、配置在侧面的多个照相机、刷子、操作按钮及各种传感器等。虽然未图示，但是扫地机器人7140安装有轮胎、吸入口等。扫地机器人7140可以自动行走，检测垃圾，可以从底面的吸入口吸引垃圾。
例如，机器人7140可以通过分析照相机所拍摄的图像，判断墙壁、家具或台阶等障碍物的有无。此外，在通过图像分析检测出布线等可能会缠绕在刷子上的物体的情况下，可以停止刷子的旋转。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于扫地机器人7140的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高扫地机器人7140的可靠性及安全性。
作为移动体的一个例子示出电动汽车7160。电动汽车7160包括引擎、轮胎、制动器、转向装置、照相机等。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于电动汽车7160的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高电动汽车7160的可靠性及安全性。
注意，虽然在上述例子中作为移动体的一个例子说明了电动汽车，但是移动体不局限于电动汽车。例如，移动体也可以是电车、单轨铁路、船舶、飞行物(直升机、无人驾驶飞机(无人机)、飞机、火箭)等。通过将本发明的一个方式的半导体装置用于这些移动体的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高这些移动体的可靠性及安全性。
包括本发明的一个方式的半导体装置的电池可以安装在电视接收(TV)装置7200、智能手机7210、PC(个人计算机)7220、7230、游戏机7240、游戏机7260等中。
智能手机7210是便携式信息终端的一个例子。智能手机7210包括麦克风、照相机、扬声器、各种传感器及显示部。
PC7220、PC7230分别是笔记本型PC、桌上型PC的例子。键盘7232及显示器装置7233可以以无线或有线连接到PC7230。游戏机7240是便携式游戏机的例子。游戏机7260是固定式游戏机的例子。游戏机7260以无线或有线与控制器7262连接。
通过将本发明的一个方式的半导体装置用于电子设备的电池，可以检测充电工作或放电工作时的过电流。由此，可以提高电子设备的可靠性及安全性。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
[符号说明]
101：比较器、102：电容器、103：电容器、111：晶体管、112：晶体管、113：晶体管、114：晶体管、121：电阻器、122：布线、200：半导体装置、201：端子、202：端子、203：端子、204：端子、210：控制电路、211：电阻器、212：电容器、213：晶体管、214：晶体管、215：二极管、216：二极管、220：电位生成电路、221：端子、222：端子、223：端子、224：端子、225：端子、226：端子、227：端子、100C：半导体装置、100D：半导体装置、300：二次电池。

Claims (28)

1.一种电池组，包括：
第一至第四晶体管及比较器；
与所述第一至所述第四晶体管的栅电极电连接的控制电路；以及
与所述控制电路电连接的二次电池，
其中，所述第一晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的非反相输入端子电连接，
所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的反相输入端子电连接，
所述第三晶体管的源极及漏极中的一个与所述第四晶体管的源极及漏极中的一个电连接，
在所述第三晶体管的源极及漏极中的另一个与所述第四晶体管的源极及漏极中的另一个之间含有第一电阻器，
含有与所述第一晶体管的源极及漏极中的一个电连接的第一电容器，
在所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述第三晶体管的源极及漏极中的一个之间含有第二电容器，
并且，所述第一及所述第二晶体管在半导体层中含有氧化物半导体。
2.一种电池组，包括：
第一晶体管、第二晶体管及比较器；
与所述第一及所述第二晶体管的栅电极电连接的控制电路；以及
与所述控制电路电连接的二次电池，
其中，所述第一晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的非反相输入端子电连接，
含有与所述第一晶体管的源极及漏极中的一个电连接的第一电容器，
所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的反相输入端子电连接，
在所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与第一电阻器之间含有第二电容器，
并且，所述第一及所述第二晶体管在半导体层中含有氧化物半导体。
3.一种半导体装置，包括：
第一至第四晶体管；以及
比较器，
其中，所述第一晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的非反相输入端子电连接，
所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的反相输入端子电连接，
所述第三晶体管的源极及漏极中的一个与所述第四晶体管的源极及漏极中的一个电连接，
并且，在所述第三晶体管的源极及漏极中的另一个与所述第四晶体管的源极及漏极中的另一个之间含有第一电阻器。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，
其中所述第一电阻器的电阻值为1mΩ以上且10Ω以下。
5.根据权利要求3或4所述的半导体装置，
其中所述第一电阻器为可变电阻器。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一晶体管的源极及漏极中的一个包含第一电容器。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一电容器的电容值为0.01fF以上且100pF以下。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，
其中在所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述第三晶体管的源极及漏极中的一个之间含有第二电容器。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的半导体装置，
其中所述第二电容器的电容值为0.01fF以上且100pF以下。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一及所述第二晶体管在半导体层中含有氧化物半导体。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的半导体装置，
其中所述第三及所述第四晶体管在半导体层中含有氧化物半导体。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一至第四晶体管中的至少一个为多栅型晶体管。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的半导体装置，
其中为所述第一晶体管的源极及漏极中的另一个供给的电位低于为所述第二晶体管的源极及漏极中的另一个供给的电位。
14.根据权利要求3至13中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一至所述第三晶体管的栅极电连接。
15.根据权利要求3至14中任一项所述的半导体装置，
其中在所述第一至所述第三晶体管处于开启状态时使所述第四晶体管成为关闭状态，
并且在所述第一至所述第三晶体管处于关闭状态时使所述第四晶体管成为开启状态。
16.一种电池组，包括：
柔性衬底上的权利要求3至15中任一项所述的半导体装置；以及
二次电池。
17.根据权利要求16所述的电池组，包括：
第一二极管、第二二极管、第二电阻器及第三电容器，
其中所述第一二极管的阴极与所述二次电池的正极电连接，
所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极电连接，
所述第二二极管的阳极与所述二次电池的负极电连接，
所述第二电阻器位于所述第一二极管的阳极与所述比较器的输出端子之间，
并且所述第三电容器与所述第二二极管并联连接。
18.根据权利要求17所述的电池组，
其中所述第一二极管及所述第二二极管中的一个或两个使用晶体管。
19.一种半导体装置，包括：
第一晶体管、第二晶体管以及比较器，
其中，所述第一晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的非反相输入端子电连接，
所述第一晶体管的源极及漏极中的一个包含第一电容器，
所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述比较器的反相输入端子电连接，
并且，在所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与第一电阻器之间含有第二电容器。
20.根据权利要求19所述的半导体装置，
其中所述第一电阻器的电阻值为1mΩ以上且10Ω以下。
21.根据权利要求19或20所述的半导体装置，
其中所述第一电阻器为可变电阻器。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一电容器的电容值为0.01fF以上且100pF以下。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的半导体装置，
其中所述第二电容器的电容值为0.01fF以上且100pF以下。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一及所述第二晶体管在半导体层中含有氧化物半导体。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的半导体装置，
其中所述第一及所述第二晶体管中的一个或两个为多栅型晶体管。
26.一种电池组，包括：
柔性衬底上的权利要求19至25中任一项所述的半导体装置；以及
二次电池。
27.根据权利要求26所述的电池组，包括：
第一二极管、第二二极管、第二电阻器及第三电容器，
其中所述第一二极管的阴极与所述二次电池的正极电连接，
所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极电连接，
所述第二二极管的阳极与所述二次电池的负极电连接，
所述第二电阻器位于所述第一二极管的阳极与所述比较器的输出端子之间，
并且所述第三电容器与所述第二二极管并联连接。
28.根据权利要求27所述的电池组，
其中所述第一二极管及所述第二二极管中的一个或两个使用晶体管。
CN201980077100.5A 2018-11-22 2019-11-12 半导体装置及电池组 Pending CN113169382A (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018219232 2018-11-22
JP2018-219232 2018-11-22
JP2018227040 2018-12-04
JP2018-227040 2018-12-04
JP2018-237055 2018-12-19
JP2018237055 2018-12-19
PCT/IB2019/059679 WO2020104890A1 (ja) 2018-11-22 2019-11-12 半導体装置および電池パック

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113169382A true CN113169382A (zh) 2021-07-23

Family

ID=70773349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980077100.5A Pending CN113169382A (zh) 2018-11-22 2019-11-12 半导体装置及电池组

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220006309A1 (zh)
JP (2) JP7345497B2 (zh)
KR (1) KR20210093273A (zh)
CN (1) CN113169382A (zh)
WO (1) WO2020104890A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11714138B2 (en) 2018-11-22 2023-08-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, power storage device, and electronic device
CN116646351B (zh) * 2021-03-29 2024-02-09 新唐科技日本株式会社 半导体装置、电池保护电路及电源管理电路

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW399214B (en) * 1996-03-22 2000-07-21 Sharp Kk Semiconductor storage device
JP2012138870A (ja) * 2010-12-28 2012-07-19 Renesas Electronics Corp 半導体装置
CN102904534A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 瑞昱半导体股份有限公司 功率放大器及控制功率放大器的方法
JP2013149609A (ja) * 2011-12-23 2013-08-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd リチウム二次電池の充電方法及び充電装置
JP2013233072A (ja) * 2012-04-06 2013-11-14 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 保護回路モジュールおよび電池パック
JP2013251891A (ja) * 2012-05-02 2013-12-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 信号処理回路および制御回路
JP2014030191A (ja) * 2012-07-06 2014-02-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその駆動方法
JP2015046580A (ja) * 2013-07-31 2015-03-12 株式会社半導体エネルギー研究所 マルチゲート構造のトランジスタ
CN107111985A (zh) * 2014-12-29 2017-08-29 株式会社半导体能源研究所 半导体装置以及包括该半导体装置的显示装置
JP2017198546A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、電池監視システム、及び検出方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6143492B2 (ja) 2013-02-26 2017-06-07 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 充放電制御回路、充放電制御装置及びバッテリ装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW399214B (en) * 1996-03-22 2000-07-21 Sharp Kk Semiconductor storage device
JP2012138870A (ja) * 2010-12-28 2012-07-19 Renesas Electronics Corp 半導体装置
CN102904534A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 瑞昱半导体股份有限公司 功率放大器及控制功率放大器的方法
JP2013149609A (ja) * 2011-12-23 2013-08-01 Semiconductor Energy Lab Co Ltd リチウム二次電池の充電方法及び充電装置
JP2013233072A (ja) * 2012-04-06 2013-11-14 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 保護回路モジュールおよび電池パック
JP2013251891A (ja) * 2012-05-02 2013-12-12 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 信号処理回路および制御回路
JP2014030191A (ja) * 2012-07-06 2014-02-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその駆動方法
JP2015046580A (ja) * 2013-07-31 2015-03-12 株式会社半導体エネルギー研究所 マルチゲート構造のトランジスタ
CN107111985A (zh) * 2014-12-29 2017-08-29 株式会社半导体能源研究所 半导体装置以及包括该半导体装置的显示装置
JP2017198546A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ラピスセミコンダクタ株式会社 半導体装置、電池監視システム、及び検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7345497B2 (ja) 2023-09-15
JPWO2020104890A1 (zh) 2020-05-28
WO2020104890A1 (ja) 2020-05-28
KR20210093273A (ko) 2021-07-27
US20220006309A1 (en) 2022-01-06
JP2024008933A (ja) 2024-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7399857B2 (ja) 二次電池の保護回路
JP2024008933A (ja) 電池パック
KR20220143061A (ko) 반도체 장치, 축전 장치, 전지 제어 회로, 전자 부품, 차량, 및 전자 기기
JP7463290B2 (ja) 半導体装置
KR20210080425A (ko) 축전 장치 및 축전 장치의 동작 방법
US20220085427A1 (en) Semiconductor device
JP2023181187A (ja) 電池パック
KR20210119462A (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 동작 방법
WO2020128743A1 (ja) 半導体装置および電池パック
WO2020128722A1 (ja) ヒステリシスコンパレータ、半導体装置、及び蓄電装置
WO2020109901A1 (ja) 半導体装置、二次電池システム
WO2020026079A1 (ja) 二次電池の異常検知システム
JP7327927B2 (ja) 半導体装置
JP7222657B2 (ja) 二次電池の残量計測回路
CN114303315A (zh) 半导体装置及半导体装置的工作方法
KR20210078485A (ko) 이차 전지의 충전 제어 회로 및 이상 검지 시스템
US20220246596A1 (en) Display Device
WO2020254914A1 (ja) 酸化物半導体を用いる記憶回路
CN113544879A (zh) 固态二次电池及其制造方法
WO2020128702A1 (ja) 二次電池の過放電防止回路及び二次電池モジュール
CN113950740A (zh) 半导体装置
CN115668757A (zh) 半导体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination