JP2018161049A - 保護回路モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
、保護回路と、他の半導体素子(トランジスタなど)により形成される。電池パックは、
保護回路モジュール及び二次電池を有する。
態にあると、副反応が起こることによる劣化が生じ、寿命が短くなる。さらに、内部短絡
による発火などの恐れがある。そのため、過充電電圧以上または過放電電圧以下において
電源を遮断する保護回路モジュールが用いられる。
するためのスイッチ等により構成される。保護回路は、二次電池の異常を検出したときに
、電流遮断用のスイッチを制御して電池パックにおける電力の入出力を遮断する機能を有
する。
断用のスイッチにより、外部の負荷に流れ込む放電電流を遮断することで、二次電池の過
放電を防止する。
スイッチにより、二次電池に流れ込む充電電流を遮断することで、二次電池の過充電を防
止する(例えば特許文献1参照。)。
チを制御して二次電池と外部との電気的な経路を遮断することによって、過放電および過
充電を防止する。
的に遮断されているわけではないため、例えばスイッチに用いられているトランジスタの
オフ電流が流れてしまう。
した場合でも、二次電池と外部の負荷が接続されている状態では、徐々に放電が進んでし
まう。それによって、過放電が徐々に進行し、二次電池の劣化または破損などを引き起こ
すことが懸念される。
ジスタのオフ電流により、徐々に過充電が進行し、二次電池の破損などを引き起こすこと
が懸念される。
スイッチに用いるトランジスタのリーク電流を低減させ、安全かつ高寿命な保護回路モジ
ュールおよび電池パックを提供することを課題とする。
、充電制御用スイッチおよび放電制御用スイッチは保護回路に電気的に接続され、保護回
路は、二次電池の電圧を検出し所定の電圧と比較して、その比較結果に応じた制御信号を
充電制御用スイッチまたは放電制御用スイッチに出力して、充電制御用スイッチまたは放
電制御用スイッチを導通または非導通とし、充電制御用スイッチおよび放電制御用スイッ
チは、酸化物半導体を有するトランジスタと、酸化物半導体を有するトランジスタと並列
に接続するダイオードと、を有する保護回路モジュールである。
護回路モジュールである。
ましい。
元素を含むことを特徴とする保護回路モジュールである。
が形成される保護回路モジュールである。
スイッチおよび放電制御用スイッチは、直列に接続される電池パックである。
ウム二次電池とは、キャリアイオンとしてリチウムイオンを用いる二次電池をいう。また
、リチウムイオンの代わりに用いることが可能なキャリアイオンとしては、ナトリウム、
カリウム等のアルカリ金属イオン、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ
土類金属イオン、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオン等がある。
ランジスタのリーク電流を低減させ、安全かつ高寿命な保護回路モジュールおよび電池パ
ックを提供することができる。
明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様
々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実
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。なお、以下に説明する本発明の
構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には、同一の符号を異なる図面間
で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない
。
に付したものであり、数的に限定するものではない。そのため、例えば、「第1の」を「
第2の」または「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
き他方をソースとする。すなわち、電位の高低によって、それらを区別しない。従って、
本明細書において、ソースとされている部分をドレインと読み替えることもできる。
れらを区別しない。さらにトランジスタのソースとドレインを、ソース及びドレイン、ソ
ース領域及びドレイン領域、またはソース電極及びドレイン電極と呼び、それらを区別し
ない。
図1に、本発明の一態様に係る電池パック500の構成について、一例として回路図を示
す。
10によって構成されている。なお、図1(B)は、図1(A)に示す保護回路モジュー
ル100におけるダイオード204およびダイオード304について代用可能である別形
態の回路図を示す。
制御用スイッチ300によって構成される。保護回路102は、二次電池110と並列に
接続されており、VDD端子およびVSS端子により二次電池の電位を検出し、その結果
に応じて放電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300を制御する。さらに
、保護回路102は、二次電池110の充電時において、二次電池110に供給される電
流(充電電流)を検出する機能を有していても良い。また、二次電池110の放電時にお
いて、二次電池110から流れる電流(放電電流)を検出する機能を有していても良い。
、燃料電池、空気電池、リチウム二次電池等を用いることができる。また、二次電池の代
わりに、キャパシタ(例えばリチウムイオンキャパシタなど。)を用いてもよい。
110を直列に接続させて用いてもよく、それぞれの二次電池110の電位を検出するよ
うに、保護回路102と接続させればよい。
して形成される。また、充電制御用スイッチ300は、トランジスタ302およびダイオ
ード304が並列に接続して形成される。
直列に接続されている。放電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300は外
部との充放電経路上に設けられており、放電制御用スイッチ200または充電制御用スイ
ッチ300を電気的に遮断することによって、過放電または過充電を防止する機能を有す
る。
チ200を制御することによって、外部と二次電池110との経路が遮断される。
300を制御することによって、外部と二次電池110との経路が遮断される。
だし、放電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300は、それぞれトランジ
スタとダイオードによって構成されており、保護回路102からの制御信号によってトラ
ンジスタ202またはトランジスタ302をオフ状態とすることによって、放電制御用ス
イッチ200および充電制御用スイッチ300を切断しても、トランジスタ202または
トランジスタ302のオフ状態におけるリーク電流(オフリーク電流ともいう。)が流れ
ることによって、徐々に過放電または過充電が進行してしまう。
イッチ300を構成するトランジスタに、酸化物半導体を有するトランジスタを用いるこ
とによって、オフリーク電流を低減させることができるため、二次電池の過充電および過
放電による劣化を抑制することができる。
ドにも、酸化物半導体を有するダイオードを用いることが好ましい。例えば、p型のシリ
コンウェハと、n型の酸化物半導体を用いることによって、ダイオードを形成することが
できる。
き、このような酸化物半導体は、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5e
V以上、より好ましくは3eV以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化
物半導体を用いることで、トランジスタおよびダイオードのオフリーク電流を低減するこ
とができる。
オードを形成することができる。
200および充電制御用スイッチ300に用いることによって、放電制御用スイッチ20
0および充電制御用スイッチ300におけるオフリーク電流を低減させることができるた
め、二次電池の過充電および過放電による劣化を抑制することができる。
に限らず、ダイオード特性を示す素子であればよい。例えば図1(B)に示すように、ダ
イオード204の代わりにダイオード接続したトランジスタ206を、ダイオード304
の代わりにダイオード接続したトランジスタ306を、それぞれ用いることができる。
放電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300の作製工程を簡略化すること
ができるため好ましい。また、酸化物半導体をダイオード接続したトランジスタ206お
よびダイオード接続したトランジスタ306に用いることによって、オフリーク電流を低
減させることができるため、二次電池の過充電および過放電による劣化を抑制することが
できる。
ことができ、特に高温プロセスを必要としないため、薄膜の酸化物半導体膜を用いたトラ
ンジスタを積層させることによる多層化を、容易に行うことができる。
続したトランジスタ206およびダイオード接続したトランジスタ306は、n型のトラ
ンジスタを示したが、これに限定されるものではなく、p型のトランジスタを用いてもよ
い。
いう。)または非晶質などの状態をとる。
ystalline Oxide Semiconductor)膜とする。
Axis Aligned Crystal)、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。
非晶質部は、微結晶、CAACよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、CAACよ
りも欠陥準位密度が高い。なお、CAACを有する酸化物半導体を、CAAC−OS(C
Axis Aligned Crystalline Oxide Semicond
uctor)と呼ぶ。
c軸配向し、a軸または/およびb軸はマクロに揃っていない。
、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未
満のサイズの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を膜中に含む。
体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序
であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質
であり、結晶部を有さない。
混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物
半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質
酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、CAAC−OSの領域と、の積層
構造を有してもよい。
たは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部
間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜
の一例としては、CAAC−OS膜がある。
。また、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron M
icroscope)による観察像では、CAAC−OS膜に含まれる非晶質部と結晶部
との境界、結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、TEMによってCAAC−O
S膜には明確な粒界(グレインバウンダリーともいう。)は確認できない。そのため、C
AAC−OS膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。
線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつab面に垂直
な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、c軸に垂直な方向から見て
金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部
間で、それぞれa軸およびb軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂
直と記載する場合、80°以上100°以下、好ましくは85°以上95°以下の範囲も
含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−10°以上10°以下、好まし
くは−5°以上5°以下の範囲も含まれることとする。
C−OS膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形
成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、CA
AC−OS膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部が非晶
質化することもある。
ルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、CAAC−OS膜の形
状(被形成面の断面形状または表面の断面形状)によっては互いに異なる方向を向くこと
がある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行
ったときに形成される。従って、結晶部のc軸は、CAAC−OS膜が形成されたときの
被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。
が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
電流の小さいトランジスタを形成することができる。
た場合の動作について説明する。図2(A)は、図1(A)に示した電池パックに、外部
負荷150が接続された電池パック600である。なお、図2(A)では外部負荷150
として抵抗素子を示したが、これに限らず、二次電池110からの電力を消費するもので
あればよい。
電力を供給し、二次電池110の電圧が放電禁止電圧以下となった場合、放電制御用スイ
ッチ200におけるトランジスタ202に対して保護回路102から制御信号を出力する
ことによって、トランジスタ202をオフ状態とする。それによって二次電池110から
の放電経路が遮断され、過放電を防止することができる。また、その後、二次電池110
が充電されて二次電池110の電位が上昇すると、該電位を保護回路102で検出して、
トランジスタ202へ制御信号を出力し、トランジスタ202をオン状態とする。
た場合の動作について説明する。図2(B)は、図1(A)に示した電池パックに、充電
用電源160が接続された電池パック700である。なお、図2(B)に示す充電用電源
160以外に、二次電池110へ電力を供給するものを接続してもよい。
によって、二次電池110を充電させ、二次電池110の電圧が満充電電圧以上となった
場合、充電制御用スイッチ300におけるトランジスタ302に対して保護回路102か
ら制御信号を出力することによって、トランジスタ302をオフ状態とする。それによっ
て充電用電源160からの充電経路が遮断され、過充電を防止することができる。また、
その後、二次電池110が放電されて二次電池110の電位が低下すると、該電位を保護
回路102で検出して、トランジスタ302へ制御信号を出力し、トランジスタ302を
オン状態とする。
いるトランジスタに酸化物半導体、好ましくはCAAC−OS膜を用いることによって、
トランジスタのオフリーク電流を低減させ、それによって安全かつ高寿命な保護回路モジ
ュールおよび電池パックを提供することができる。
次に、実施の形態1に示した電池パック500と異なる電池パックの回路構成について、
図3を用いて説明する。
らに保護抵抗165、ヒューズ170およびサーミスタ180を備えた保護回路モジュー
ル101を有する電池パック800である。なお、図3では保護抵抗165、ヒューズ1
70およびサーミスタ180を備えた保護回路モジュール101を示したが、保護抵抗1
65、ヒューズ170およびサーミスタ180のいずれか一以上を備えた構成でも構わな
い。
いて、充放電経路に流れる電流を検出する。保護抵抗165は、二次電池110と接続す
る充放電経路において、異常な大電流が流れることによる電池パック800の破損を防止
するための抵抗である。例えば、電池パックの正極および負極が短絡した場合において、
大電流が回路内を流れることによって二次電池の劣化や、保護回路の破壊が発生するのを
防止する。異常な電流を検出した場合、放電制御用スイッチ200および充電制御用スイ
ッチ300をともに遮断する。
と接続する充放電経路において、異常な大電流が流れることによる電池パック800の破
損を防ぐための素子である。保護抵抗165を用いて異常電流を検出し、それによって放
電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300を電気的に遮断するのとは異な
り、ヒューズ170は、充放電経路内に設けられており、異常な電流がヒューズ170に
流れることによるジュール熱の発生でヒューズが溶けることによって、充放電経路を物理
的に遮断する。
を検出することによって温度を測定するセンサとして機能する。サーミスタ180を設け
ることによって、充放電時に二次電池110の温度が許容温度を超えないように監視する
ことができる。また、サーミスタ180を保護回路102に接続し、保護回路においてサ
ーミスタ180の抵抗値から温度を検出するための回路を設ける構成としても構わない。
それによって、サーミスタ180によって検出した温度が異常な温度となった場合、保護
回路102から放電制御用スイッチ200および充電制御用スイッチ300へ制御信号を
出力し、充放電経路を遮断させることができる。
いて電流遮断用のスイッチに用いるトランジスタに酸化物半導体、好ましくはCAAC−
OS膜を用いることによって、トランジスタのオフリーク電流を低減させ、それによって
安全かつ高寿命な保護回路モジュールおよび電池パックを提供することができる。
本実施の形態では、図4を用いて、実施の形態1に示す保護回路102を構成している素
子であるトランジスタ900と、放電制御用スイッチ200におけるトランジスタ202
(充電制御用スイッチ300におけるトランジスタ302も同様。)の構成を、断面図で
一例として示す。
、トランジスタ202は酸化物半導体を有するトランジスタを示しているが、これに限定
されるものではない。また、トランジスタ900上に積層させてトランジスタ202が形
成された構成を示すが、積層順は逆でもよく、また同一平面状にトランジスタが形成され
ていてもよい。
縁膜902と、半導体基板901上のゲート絶縁膜904と、ゲート絶縁膜904上のゲ
ート電極905と、半導体基板901においてゲート電極905と重畳しない領域に形成
されたソース領域およびドレイン領域903と、層間絶縁膜906と、層間絶縁膜を加工
して形成したコンタクトホールにおいてゲート電極905およびソース領域およびドレイ
ン領域903と接続する配線907と、を有する。
9と、酸化物半導体膜909と接するソース電極およびドレイン電極910と、ソース電
極およびドレイン電極910上のゲート絶縁膜911と、ゲート絶縁膜911上において
、酸化物半導体膜909と重畳するゲート電極912と、ゲート電極912およびゲート
絶縁膜911上の層間絶縁膜913と、を有する。
を介してバックゲート電極920が形成されていてもよい。バックゲート電極920は、
図4のように配線907と同一層によって形成してもよく、また別に設けても構わない。
バックゲート電極920を設けることによって、トランジスタ202の閾値電圧を容易に
制御することができる。
構わない。
(SiC基板、GaN基板等)を用いることができ、本実施の形態においては、p型のシ
リコン基板を用いた場合について説明する。
r)基板として、鏡面研磨ウェハに酸素イオンを注入した後、高温加熱することにより、
表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠陥を消滅させて作
られた所謂SIMOX(Separation by IMplanted OXyge
n)基板や、水素イオン注入により形成された微小ボイドの熱処理による成長を利用して
半導体基板を劈開するスマートカット法や、ELTRAN法(Epitaxial La
yer Transfer:キャノン社の登録商標)等を用いて形成したSOI基板を用
いてもよい。
icon)法またはSTI(Shallow Trench Isolation)法等
を用いて形成する。
901の表面を酸化させて酸化シリコン膜を形成することができる。また、熱酸化法によ
り酸化シリコン膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化シリコン膜の表面を
窒化させることにより、酸化シリコン膜と酸素と窒素を有するシリコン膜(酸化窒化シリ
コン膜)との積層構造で形成してもよい。また、プラズマCVD法などの堆積法を用いて
成膜してもよい。
ム、酸化ハフニウムシリケート、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、などの金属酸化
物、または酸化ランタンなどの希土類酸化物等を、CVD法、スパッタリング法等により
形成してもよい。
から選択された金属、またはこれらの金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を
用いることができる。また、リン等の不純物元素を添加した多結晶シリコンを用いること
ができる。また、金属窒化物膜と上記の金属膜の積層構造でゲート電極905を形成して
もよい。金属窒化物としては、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタンを用いる
ことができる。金属窒化物膜を設けることにより、金属膜の密着性を向上させることがで
き、剥離を防止することができる。
ドウォール絶縁膜を設けることによって、トランジスタのソースおよびドレイン間におけ
る電界を緩和することができ、素子の信頼性を向上させることができる。
901に、導電性を付与する不純物元素を添加することによって形成することができる。
このようにゲート電極905をマスクにすることによって、セルフアラインでソース領域
およびドレイン領域903を形成することができる。本実施の形態では、p型のシリコン
基板に対して、n型の導電性を付与するリン(P)を添加することによって、n型のシリ
コンからなるソース領域およびドレイン領域903を形成すればよい。
ン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ムなどを用いればよく、積層または単層で設ければよい。なお、層間絶縁膜906に窒化
シリコンをCVD法により形成することで、層間絶縁膜906に水素を多く含んだ膜を形
成させることができる。このような層間絶縁膜906を用いて加熱処理を行うことによっ
て、半導体基板へ水素を拡散させ、この水素により半導体基板におけるダングリングボン
ドを終端させ、それによって半導体基板中の欠陥を低減させることができる。
icate Glass)などの無機材料、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材
料を用いて形成することで、層間絶縁膜906の平坦性を高めることができる。
ウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを
主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアル
ミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン
膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を
積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さら
にその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。なお、酸化インジウム、酸化錫また
は酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
る。
ン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イ
ットリウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化セシウム、酸化タンタル及び酸化マグネ
シウムの一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。
さ(Ra)が1nm以下、好ましくは0.3nm以下、さらに好ましくは0.1nm以下
となるように下地絶縁膜を設ける。上述の数値以下のRaとすることで、酸化物半導体膜
に結晶領域が形成されやすくなる。なお、Raは、JIS B 0601:2001(I
SO4287:1997)で定義されている算術平均粗さを曲面に対して適用できるよう
三次元に拡張したものであり、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」で
表現でき、数式(1)にて定義される。
y1)),(x1,y2,f(x1,y2)),(x2,y1,f(x2,y1)),(
x2,y2,f(x2,y2))の4点で表される四角形の領域とし、指定面をxy平面
に投影した長方形の面積をS0、指定面の平均高さをZ0とする。Raは原子間力顕微鏡
(AFM:Atomic Force Microscope)にて測定可能である。
例えば、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下
、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0原子%以上10原子%以下の範囲
で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコンとは、その組成において、酸素よりも窒
素の含有量が多いものを示し、例えば、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20
原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子
%以上25原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後
方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spect
rometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward s
cattering Spectrometry)を用いて測定した場合のものである。
また、構成元素の組成は、その合計が100原子%を超えない値をとる。
n Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析にて、酸素原子に換算しての
酸素の放出量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは3.0×1020
atoms/cm3以上であることをいう。
に説明する。
したスペクトルの積分値と標準試料の基準値との比により、気体の放出量を計算すること
ができる。標準試料の基準値は、所定の原子を含む試料の、スペクトルの積分値に対する
原子の密度の割合である。
絶縁膜のTDS分析結果から、絶縁膜の酸素分子の放出量(NO2)は、数式2で求める
ことができる。ここで、TDS分析で得られる質量数32で検出されるスペクトルの全て
が酸素分子由来と仮定する。質量数32のものとしてほかにCH3OHがあるが、存在す
る可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数1
7の酸素原子及び質量数18の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在
比率が極微量であるため考慮しない。
料をTDS分析したときのスペクトルの積分値である。ここで、標準試料の基準値を、N
H2/SH2とする。SO2は、絶縁膜をTDS分析したときのスペクトルの積分値であ
る。αは、TDS分析におけるスペクトル強度に影響する係数である。数式2の詳細に関
しては、特開平6−275697公報を参照する。なお、上記絶縁膜の酸素の放出量は、
電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置EMD−WA1000S/Wを用い、標準試料と
して1×1016atoms/cm2の水素原子を含むシリコンウェハを用いて測定する
。
子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分
子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量につ
いても見積もることができる。
の放出量の2倍となる。
給されることで、酸化物半導体膜と下地絶縁膜との界面準位密度を低減できる。この結果
、トランジスタの動作などに起因して、酸化物半導体膜と下地絶縁膜との界面にキャリア
が捕獲されることを抑制することができ、信頼性の高いトランジスタを得ることができる
。
導体膜の酸素欠損は、一部がドナーとなりキャリアである電子を放出する。この結果、ト
ランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そこで、下地絶縁膜から
酸化物半導体膜に酸素が十分に供給され、好ましくは酸化物半導体膜に酸素が過剰に含ま
れていることにより、しきい値電圧がマイナス方向へシフトする要因である、酸化物半導
体膜の酸素欠損密度を低減することができる。
鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化
物半導体膜909を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライ
ザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビラ
イザーとしてスズ(Sn)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti
)またはジルコニウム(Zr)を有することが好ましい。
Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム
(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホル
ミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ル
テチウム(Lu)のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
n−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、S
n−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、In−Ga−Zn系酸化
物(IGZOとも表記する。)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物
、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、
In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、I
n−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In
−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−
Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−T
m−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn
−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸
化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf
−Al−Zn系酸化物を用いることができる。
減することができる。さらに、表面の平坦性を高めることによって、アモルファス状態の
酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な
表面上に酸化物半導体を形成することが好ましく、具体的には、平均面粗さ(Ra)が1
nm以下、好ましくは0.3nm以下、より好ましくは0.1nm以下の表面上に形成す
るとよい。
Epitaxy)法、CVD法、パルスレーザ堆積法、ALD(Atomic Laye
r Deposition)法等を適宜用いることができる。また、酸化物半導体膜90
9は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた
状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて成膜してもよい。
含まれない高純度化されたものであることが望ましい。トランジスタの製造工程において
、これらの不純物が混入または酸化物半導体膜909表面に付着する恐れのない工程を適
宜選択することが好ましく、酸化物半導体膜909表面に付着した場合には、シュウ酸や
希フッ酸などに曝す、またはプラズマ処理(N2Oプラズマ処理など)を行うことにより
、酸化物半導体膜909表面の不純物を除去することが好ましい。具体的には、酸化物半
導体膜909の銅濃度は1×1018atoms/cm3以下、好ましくは1×1017
atoms/cm3以下とする。また酸化物半導体膜909のアルミニウム濃度は1×1
018atoms/cm3以下とする。また、酸化物半導体膜909の塩素濃度は2×1
018atoms/cm3以下とする。
Cu)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)
から選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜(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。また、Al
、Cuなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属
膜またはそれらの金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜
等)を積層させた構成としても良い。また、導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電
性の金属酸化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜
鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ(In2O3−SnO2)、酸化インジウム酸化
亜鉛(In2O3−ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたも
のを用いることができる。
でき、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸
化ハフニウム、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸
化ジルコニウム、酸化ランタン及び酸化ネオジムを含む材料から一種以上選択して、単層
または積層して用いればよい。
シリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケ
ート(HfSiOxNy(x>0、y>0))、ハフニウムアルミネート(HfAlxO
y(x>0、y>0))、酸化ランタンなどのhigh−k材料を用いることでゲートリ
ーク電流を低減できる。また、ゲート絶縁膜911をキャパシタに用いる場合、容量を増
加させることができるため好ましい。また、ゲート絶縁膜911は、単層構造としても良
いし、積層構造としても良い。
、クロム、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合金材料を
用いて形成することができる。また、ゲート電極912としてリン等の不純物元素をドー
ピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜、ニッケルシリサイドなどのシリサイ
ド膜を用いてもよい。ゲート電極912は、単層構造としてもよいし、積層構造としても
よい。
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、酸化インジウム酸化亜鉛、酸化ケイ素を
添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
物、具体的には、窒素を含むIn−Ga−Zn−O膜や、窒素を含むIn−Sn−O膜や
、窒素を含むIn−Ga−O膜や、窒素を含むIn−Zn−O膜や、窒素を含むSn−O
膜や、窒素を含むIn−O膜や、金属窒化膜(InN、SnNなど)を用いることができ
る。これらの膜は5eV(電子ボルト)以上、好ましくは5.5eV(電子ボルト)以上
の仕事関数を有し、ゲート電極層として用いた場合、トランジスタの電気特性のしきい値
電圧をプラスにすることができる。
比誘電率が3.8程度である酸化シリコン膜を用い、300nm以上1000nm以下の
厚さとすればよい。層間絶縁膜913の表面は、大気成分などの影響でわずかに固定電荷
を有し、その影響により、トランジスタのしきい値電圧が変動することがある。そのため
、層間絶縁膜913は、表面に生じる電荷の影響が十分に小さくなるような範囲の比誘電
率及び厚さとすることが好ましい。
ることができる。また、このようにトランジスタ900とトランジスタ202を積層させ
て形成させることができるため、必要な占有面積を縮小することができる。
本発明の一態様に係る保護回路モジュールまたは電池パックは、表示機器、パーソナルコ
ンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Ve
rsatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを
有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る保護回路モジュー
ルまたは電池パックを用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲー
ム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディ
スプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カ
ーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンター
、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる
。これら電子機器の具体例を図5に示す。
示部5004、マイクロホン5005、スピーカー5006、操作キー5007、スタイ
ラス5008等を有する。なお、図5(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5
003と表示部5004とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これ
に限定されない。
603、第2表示部5604、接続部5605、操作キー5606等を有する。第1表示
部5603は第1筐体5601に設けられており、第2表示部5604は第2筐体560
2に設けられている。そして、第1筐体5601と第2筐体5602とは、接続部560
5により接続されており、第1筐体5601と第2筐体5602の間の角度は、接続部5
605により変更できる。第1表示部5603における映像の切り替えを、接続部560
5における第1筐体5601と第2筐体5602との間の角度に従って、切り替える構成
としても良い。また、第1表示部5603及び第2表示部5604の少なくとも一方に、
位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置
入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる
。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示
装置の画素部に設けることでも、付加することができる。
キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。
303等を有する。
3、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。操作キー5804
及びレンズ5805は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体5
802に設けられている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部5
806により接続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接続
部5806により変更できる。表示部5803における映像の切り替えを、接続部580
6における第1筐体5801と第2筐体5802との間の角度に従って行う構成としても
良い。
、ライト5104等を有する。
101 保護回路モジュール
102 保護回路
110 二次電池
150 外部負荷
160 充電用電源
165 保護抵抗
170 ヒューズ
180 サーミスタ
200 放電制御用スイッチ
202 トランジスタ
204 ダイオード
206 トランジスタ
300 充電制御用スイッチ
302 トランジスタ
304 ダイオード
306 トランジスタ
500 電池パック
600 電池パック
700 電池パック
800 電池パック
900 トランジスタ
901 半導体基板
902 素子分離絶縁膜
903 ソース領域およびドレイン領域
904 ゲート絶縁膜
905 ゲート電極
906 層間絶縁膜
907 配線
908 下地絶縁膜
909 酸化物半導体膜
910 ソース電極およびドレイン電極
911 ゲート絶縁膜
912 ゲート電極
913 層間絶縁膜
920 バックゲート電極
5001 筐体
5002 筐体
5003 表示部
5004 表示部
5005 マイクロホン
5006 スピーカー
5007 操作キー
5008 スタイラス
5101 車体
5102 車輪
5103 ダッシュボード
5104 ライト
5301 筐体
5302 冷蔵室用扉
5303 冷凍室用扉
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5601 筐体
5602 筐体
5603 表示部
5604 表示部
5605 接続部
5606 操作キー
5801 筐体
5802 筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
Claims (2)
- 保護回路と、充電制御用スイッチと、放電制御用スイッチと、を有し、
前記保護回路は、二次電池の電圧を検出する機能と、検出した前記電圧を所定の電圧と比較し、その比較の結果に応じて制御信号を生成する機能と、を有し、
前記充電制御用スイッチは、前記制御信号に従って導通または非導通となり、
前記放電制御用スイッチは、前記制御信号に従って導通または非導通となり、
前記充電制御用スイッチ及び前記放電制御用スイッチは、前記保護回路上に積層されており、
前記充電制御用スイッチ及び前記放電制御用スイッチは、酸化物半導体膜を有する第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタに電気的に接続されたダイオードと、をそれぞれ有し、
前記第1のトランジスタは、バックゲート電極を有し、
前記保護回路が有する第2のトランジスタは、ソース領域またはドレイン領域が配線に電気的に接続されており、
前記バックゲート電極と、前記配線とは、同一の層に位置することを特徴とする保護回路モジュール。 - 請求項1において、
前記酸化物半導体膜は、In、Ga、Sn及びZnから選ばれた一種以上の元素を含むことを特徴とする保護回路モジュール。
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