JP2022119979A - Battery protection circuit and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to a battery protection circuit, a power storage device, and an electrical device.
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の
技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様
は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マ
ター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様
の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置
、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of the invention disclosed in this specification and the like relates to products, methods, or manufacturing methods. Alternatively, one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. Therefore, the technical field of one embodiment of the present invention disclosed in this specification more specifically includes a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, an imaging device, a memory device, a driving method thereof, or a driving method thereof. A manufacturing method can be mentioned as an example.
蓄電装置(バッテリ、二次電池ともいう)は、小型の電気機器から自動車に至るまで幅
広い分野で利用されるようになっている。電池の応用範囲が広がるにつれて、複数の電池
セルを直列に接続したマルチセル構成のバッテリスタックを使ったアプリケーションが増
えている。
Power storage devices (also referred to as batteries or secondary batteries) have come to be used in a wide range of fields, from small electrical devices to automobiles. As the application range of batteries expands, applications using multi-cell configuration battery stacks in which a plurality of battery cells are connected in series are increasing.
蓄電装置は、過放電、過充電、過電流、または短絡といった充放電時の異常を把握する
ため、通常電池保護回路を備えている。電池保護回路は、充放電時の異常を検知するため
、電圧や電流等のデータを取得する。電池保護回路は、観測されるデータに基づいて、充
放電の停止やセル・バランシングなどの制御を行う。
A power storage device usually has a battery protection circuit in order to detect abnormalities during charging and discharging, such as overdischarge, overcharge, overcurrent, or short circuit. The battery protection circuit acquires data such as voltage and current in order to detect an abnormality during charging and discharging. The battery protection circuit performs control such as stopping charging and discharging and cell balancing based on the observed data.
特許文献1は、電池保護回路として機能する保護ICについて開示している。特許文献
1に記載の保護ICでは、内部に複数のコンパレータ(比較器)を設け、参照電圧と、電
池が接続された端子の電圧と、を比較して充放電時の異常を検出する構成について開示し
ている。
また特許文献2では、二次電池の微小短絡を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵
する電池パックが示されている。
電池保護回路は安全性を高めるため、充放電時の異常検出を常時行う必要がある。例え
ば、電池保護回路内のコンパレータでは、内部の電源回路において参照電圧を生成するた
めの電力、あるいはコンパレータを動作させるための電力が必要となる。
In order to improve the safety of the battery protection circuit, it is necessary to constantly detect abnormalities during charging and discharging. For example, a comparator in a battery protection circuit requires power for generating a reference voltage in an internal power supply circuit or power for operating the comparator.
電池保護回路内のコンパレータは、過放電、過充電、過電流、または短絡といった検出
する機能毎に設ける必要がある。さらに電池保護回路内のコンパレータは、複数の電池セ
ルを備えた組電池に設ける電池保護回路の場合、直接に設けられる電池セル毎に必要とな
るため、必要な数がさらに増加する。
A comparator in the battery protection circuit must be provided for each function to detect overdischarge, overcharge, overcurrent, or short circuit. Furthermore, in the case of a battery protection circuit provided in an assembled battery having a plurality of battery cells, a comparator in the battery protection circuit is required for each battery cell that is directly provided, so the required number of comparators further increases.
しかしながら、電源回路およびコンパレータにおいて、チャネル形成領域にシリコンを
有するトランジスタ(Siトランジスタ)で形成されるトランジスタを用いる場合、温度
上昇時の特性の変動が顕著になるといった問題がある。特に電池セルの充放電等により電
池保護回路が高温環境下に曝されることなると、内部のトランジスタ特性の変動が大きく
なる。この場合、トランジスタを介したリーク電流の増大、さらにはトランジスタ特性の
変動に伴って正常な動作が難しくなるといった問題や、消費電力の増大といった問題が生
じる虞がある。
However, when using a transistor (Si transistor) having silicon in a channel formation region in a power supply circuit and a comparator, there is a problem that the characteristics fluctuate significantly when the temperature rises. In particular, when the battery protection circuit is exposed to a high-temperature environment due to charging/discharging of the battery cell, etc., variations in internal transistor characteristics become large. In this case, problems such as an increase in leakage current through the transistor, difficulty in normal operation due to variations in transistor characteristics, and an increase in power consumption may occur.
本発明の一態様は、新規な電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することを
課題の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規
な構成の電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することを課題の一とする。
An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel battery protection circuit, a power storage device, an electric device, or the like. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a battery protection circuit, a power storage device, an electric device, or the like with a novel structure in which power consumption can be reduced.
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は
、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目
で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び/又は他の課題のうち、少なくとも
一つの課題を解決するものである。
Note that the problem of one embodiment of the present invention is not limited to the problems listed above. The issues listed above do not preclude the existence of other issues. Still other issues are issues not mentioned in this section, which will be described in the following description. Problems not mentioned in this section can be derived from the descriptions in the specification, drawings, or the like by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. One aspect of the present invention is to solve at least one of the above-described problems and/or other problems.
本発明の一態様は、複数の電池セルを備えた組電池の電池保護回路であって、比較回路
と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、比較回路は、第1入力端子
と、第2入力端子と、出力端子と、を有し、第1入力端子は、電池セルのいずれか一の端
子に電気的に接続され、第2入力端子は、記憶回路に電気的に接続され、記憶回路は、第
1トランジスタを有し、当該第1トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成
回路で生成された電圧を保持する機能を有し、制御回路は、出力端子の信号に応じて、組
電池に与える電圧または電流を制御する機能を有する電池保護回路である。
One aspect of the present invention is a battery protection circuit for an assembled battery including a plurality of battery cells, comprising a comparison circuit, a reference voltage generation circuit, a control circuit, and a storage circuit, wherein the comparison circuit comprises: a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal, the first input terminal being electrically connected to one of the terminals of the battery cells, and the second input terminal being connected to the storage circuit; electrically connected, the memory circuit has a first transistor and has a function of holding the voltage generated by the reference voltage generation circuit by making the first transistor non-conductive; , is a battery protection circuit having a function of controlling the voltage or current applied to the assembled battery according to the signal at the output terminal.
本発明の一態様において、第1トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有
する電池保護回路が好ましい。
In one aspect of the present invention, the battery protection circuit preferably includes an oxide semiconductor in a channel formation region of the first transistor.
本発明の一態様において、比較回路は、第2トランジスタを有し、第2トランジスタは
、チャネル形成領域にシリコンを有する電池保護回路が好ましい。
In one aspect of the present invention, it is preferable that the comparison circuit has a second transistor, and the second transistor is a battery protection circuit having silicon in the channel formation region.
本発明の一態様は、複数の電池セルを備えた組電池と、電池保護回路と、を有し、電池
保護回路は、比較回路と、参照電圧生成回路と、制御回路と、記憶回路と、を有し、比較
回路は、第1入力端子と、第2入力端子と、出力端子と、を有し、第1入力端子は、電池
セルのいずれか一の端子に電気的に接続され、第2入力端子は、記憶回路に電気的に接続
され、記憶回路は、第1トランジスタを有し、当該第1トランジスタを非導通状態とする
ことで、参照電圧生成回路で生成された電圧を保持する機能を有し、制御回路は、出力端
子の信号に応じて、組電池に与える電圧または電流を制御する機能を有する蓄電装置であ
る。
One aspect of the present invention includes an assembled battery including a plurality of battery cells, and a battery protection circuit, wherein the battery protection circuit includes a comparison circuit, a reference voltage generation circuit, a control circuit, a storage circuit, and the comparison circuit has a first input terminal, a second input terminal, and an output terminal, the first input terminal being electrically connected to one of the terminals of the battery cells, and the first The two input terminals are electrically connected to a memory circuit, the memory circuit has a first transistor, and holds the voltage generated by the reference voltage generation circuit by turning off the first transistor. function, and the control circuit is a power storage device that has a function of controlling the voltage or current applied to the assembled battery according to the signal of the output terminal.
本発明の一態様において、第1トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有
する蓄電装置が好ましい。
In one embodiment of the present invention, the power storage device preferably includes an oxide semiconductor in a channel formation region of the first transistor.
本発明の一態様において、比較回路は、第2トランジスタを有し、第2トランジスタは
、チャネル形成領域にシリコンを有する蓄電装置が好ましい。
In one embodiment of the present invention, the comparison circuit preferably includes a second transistor, and the second transistor preferably has a power storage device including silicon in a channel formation region.
本発明の一態様は、上記記載の蓄電装置と、筐体と、を有する電気機器である。 One embodiment of the present invention is an electrical device including the power storage device described above and a housing.
なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び
図面に記載されている。
Note that another aspect of the present invention is described in the description and drawings in the following embodiments.
本発明の一態様は、新規な電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することが
できる。または、本発明の一態様は、消費電力の低減を図ることができる、新規な構成の
電池保護回路、蓄電装置、及び電気機器等を提供することができる。
One embodiment of the present invention can provide a novel battery protection circuit, a power storage device, an electric device, and the like. Alternatively, one embodiment of the present invention can provide a battery protection circuit, a power storage device, an electric device, or the like with a novel structure, which can reduce power consumption.
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は
、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目
で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又
は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる
。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び/又は他の効果のうち、少なくとも
一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙し
た効果を有さない場合もある。
Note that the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above. The effects listed above do not preclude the existence of other effects. Still other effects are effects not mentioned in this section that will be described in the following description. Effects not mentioned in this item can be derived from the descriptions in the specification, drawings, etc. by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions. Note that one embodiment of the present invention has at least one of the effects listed above and/or other effects. Accordingly, one aspect of the present invention may not have the effects listed above depending on the case.
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異
なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態
及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は
、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Those skilled in the art will readily appreciate, however, that the embodiments can be embodied in many different forms and that various changes in form and detail can be made therein without departing from the spirit and scope thereof. . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.
なお本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の
混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。
また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の
一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲
において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等
の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは
特許請求の範囲において省略することもありうる。
In this specification and the like, the ordinal numbers "first", "second", and "third" are added to avoid confusion of constituent elements. Therefore, the number of components is not limited.
Also, the order of the components is not limited. Also, for example, the component referred to as "first" in one of the embodiments of this specification etc. is the component referred to as "second" in another embodiment or the scope of claims It is possible. Further, for example, the component referred to as "first" in one of the embodiments of this specification etc. may be omitted in other embodiments or the scope of claims.
なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あ
るいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は
省略する場合がある。
In the drawings, the same elements, elements having similar functions, elements made of the same material, elements formed at the same time, etc. may be denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
(実施の形態1)
電池保護回路、および当該電池保護回路を備えた蓄電装置の構成について、図1乃至図
6を参照して説明する。
(Embodiment 1)
A configuration of a battery protection circuit and a power storage device including the battery protection circuit will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
図1には、蓄電装置100のブロック図の一例について示す。図1に示す蓄電装置10
0は、電池保護回路110、組電池120、セルバランス回路部130、トランジスタ1
40、トランジスタ150を図示している。
FIG. 1 shows an example of a block diagram of a
0 is the
40,
組電池120は、一例として、複数の電池セル121を有する。なお図1では組電池1
20が1つに対して電池保護回路110を1つ備える構成について図示しているが、1つ
の組電池に対して複数の電池保護回路を設ける構成としてもよい。
The assembled
Although one
また電池セル121をリチウムイオン二次電池セルとして説明するが、リチウムイオン
二次電池セルに限定されず、二次電池の正極材料として例えば、元素A、元素X、及び酸
素を有する材料を用いることができる。元素Aは第1族の元素および第2族の元素から選
ばれる一以上である。第1族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等の
アルカリ金属を用いることができる。また、第2族の元素として例えば、カルシウム、ベ
リリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Xとして例えば金属元素、シリコ
ン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Xはコバルト、ニッケ
ル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上である。代表的には、リチウムコ
バルト複合酸化物LiCoO2や、リン酸鉄リチウムLiFePO4が挙げられる。
In addition, although the
セルバランス回路部130は、一例として、複数の抵抗素子131およびトランジスタ
132を有する。セルバランス回路部130は、抵抗素子131に流れる電流量を調整し
、電池保護回路110から出力される制御信号OUT1によってトランジスタ132を導
通状態とすることで電池セル121の放電を行い、充電率を調整する。
The cell
トランジスタ140およびトランジスタ150は、組電池120への充電または放電を
制御する機能を有する。一例としては、トランジスタ140は、制御信号OUT2によっ
て導通状態または非導通状態が制御され、組電池120を放電させるか否かが制御される
。またトランジスタ150は、制御信号OUT3によって導通状態または非導通状態が制
御され、組電池120を充電するか否かが制御される。
電池保護回路110は、組電池120が有する電池セル121の各端子の電圧値(モニ
タ電圧)、および組電池に流れる電流値(モニタ電流)を観測するための回路である。な
お図1では、モニタ電流を測定するために抵抗素子を流れる電流を観測する構成について
図示しているが他の構成、例えばトランジスタ140またはトランジスタ150のオン電
流をモニタ電流として観測する構成としてもよい。
The
また電池保護回路110は、モニタ電圧およびモニタ電流に応じて、制御信号OUT1
乃至OUT3を出力する機能を有する。電池保護回路110は、組電池120内の各電池
セル121の状態推定を行うための演算処理を行う演算回路を有する。電池保護回路11
0は、演算処理によって得られた演算結果に応じてセルバランスを調整するための制御信
号、充電又は放電を制御するための信号を出力する。
Also, the
to OUT3. The
0 outputs a control signal for adjusting the cell balance and a signal for controlling charging or discharging according to the calculation result obtained by the calculation processing.
電池セル121の状態推定を行うための演算手段としては、モニタ電圧およびモニタ電
流等のデータに基づく回帰モデルを用いて充電率を算出する演算が好適である。回帰モデ
ルとしては、状態方程式に基づくカルマンフィルタが好ましい。
As a calculation means for estimating the state of the
カルマンフィルタは、無限インパルス応答フィルタの一種である。また、重回帰分析は
多変量解析の一つであり、回帰分析の独立変数を複数にしたものである。重回帰分析とし
ては、最小二乗法などがある。回帰分析では観測値の時系列が多く必要とされる一方、カ
ルマンフィルタは、ある程度のデータの蓄積さえあれば、逐次的に最適な補正係数が得ら
れるメリットを有する。また、カルマンフィルタは、非定常時系列に対しても適用できる
。
A Kalman filter is a type of infinite impulse response filter. Multiple regression analysis is one of multivariate analyses, and multiple independent variables are used for regression analysis. The multiple regression analysis includes the method of least squares and the like. While regression analysis requires many time series of observed values, the Kalman filter has the advantage of being able to sequentially obtain optimal correction coefficients as long as a certain amount of data is accumulated. The Kalman filter can also be applied to non-stationary time series.
二次電池の内部抵抗及びSOC(State Of Charge)を推定する方法と
して、非線形カルマンフィルタ(具体的には無香料カルマンフィルタ(UKFとも呼ぶ)
)を利用することができる。また、拡張カルマンフィルタ(EKFともよぶ)を用いるこ
ともできる。
As a method of estimating the internal resistance and SOC (State Of Charge) of a secondary battery, a nonlinear Kalman filter (specifically, an unscented Kalman filter (UKF))
) can be used. An extended Kalman filter (also called EKF) can also be used.
本発明の一態様において、電池保護回路110内で観測された電圧値と、比較する電圧
値(参照電圧)と、を比較するコンパレータ(比較回路)において、参照電圧を保持する
記憶回路を備える構成とする。参照電圧は、参照電圧生成回路で生成される電圧である。
記憶回路は、トランジスタおよび容量素子を有する構成とする。記憶回路は、当該トラン
ジスタを非導通状態とすることで、参照電圧生成回路で生成された参照電圧を保持する構
成とする。
In one embodiment of the present invention, a comparator (comparison circuit) that compares a voltage value observed in the
A memory circuit includes a transistor and a capacitor. The memory circuit holds the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit by turning off the transistor.
電池保護回路110内の記憶回路を構成するトランジスタは、チャネル形成領域が酸化
物半導体を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタという)で構成されることが好
ましい。
A transistor included in a memory circuit in the
本発明の一態様の構成では、OSトランジスタを有する記憶回路を用いる構成とするこ
とで、オフ時にソースとドレイン間を流れるリーク電流(以下、オフ電流)が極めて低い
ことを利用して、参照電圧を記憶回路に保持させることができる。
In the structure of one embodiment of the present invention, a memory circuit including an OS transistor has extremely low leakage current (hereinafter referred to as off-state current) flowing between a source and a drain in an off state. can be stored in the memory circuit.
加えてOSトランジスタを用いた記憶回路では、電荷を充電又は放電することによって
参照電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に無制限回のモニタ電圧の
取得および読み出しが可能である。OSトランジスタを用いた記憶回路は、磁気メモリあ
るいは抵抗変化型メモリなどのように原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え
耐性に優れている。またOSトランジスタを用いた記憶回路は、フラッシュメモリのよう
に繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
In addition, in a memory circuit using an OS transistor, the reference voltage can be rewritten and read by charging or discharging, so that the monitor voltage can be obtained and read virtually unlimited times. A memory circuit using an OS transistor does not involve a structural change at the atomic level, unlike a magnetic memory or a resistance change memory, and thus has excellent rewrite resistance. In addition, unlike a flash memory, a memory circuit using an OS transistor does not show instability due to an increase in electron trapping centers even in repeated rewriting operations.
またOSトランジスタを用いた記憶回路は、Siトランジスタを用いた回路上などに積
層することで自由に配置可能であるため、集積化を容易に行うことができる。またOSト
ランジスタは、Siトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるた
め、低コストで作製可能である。
In addition, since a memory circuit using an OS transistor can be freely arranged by being stacked over a circuit using a Si transistor or the like, integration can be easily performed. In addition, since an OS transistor can be manufactured using a manufacturing apparatus similar to that of a Si transistor, it can be manufactured at low cost.
またOSトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バッ
クゲート電極を含むと、4端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバッ
クゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独
立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、LSIと同一思考で回路設
計を行うことができる。加えてOSトランジスタは、高温環境下において、Siトランジ
スタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、、100℃以上200℃以下、好まし
くは125℃以上150℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大き
いため、良好なスイッチング動作を行うことができる。
When the OS transistor includes a back gate electrode in addition to a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, it can be a semiconductor element with four terminals. It can be composed of an electric circuit network capable of independently controlling the input and output of signals flowing between the source and the drain according to the voltage applied to the gate electrode or the back gate electrode. Therefore, the circuit can be designed with the same thinking as the LSI. In addition, OS transistors have better electrical characteristics than Si transistors in high-temperature environments. Specifically, even at a high temperature of 100° C. to 200° C., preferably 125° C. to 150° C., the on-current to off-current ratio is large, so that good switching operation can be performed.
なお図1では、電池保護回路110から出力される制御信号OUT1がセルバランス回
路部130内のトランジスタ132のゲートに与えられる構成について図示しているが、
他の構成としてもよい。例えば図2に図示する蓄電装置100のように、セルバランス回
路130A内にセルバランス制御回路133を設け、制御信号OUT1を当該セルバラン
ス制御回路133に与える構成としてもよい。セルバランス制御回路133は、入力され
る信号に応じてトランジスタ132のゲートに与える信号を生成する回路である。
Note that FIG. 1 illustrates the configuration in which the control signal OUT1 output from the
Other configurations are possible. For example, as in the
なお上述したトランジスタ140およびトランジスタ150についても、OSトランジ
スタで構成することが好適である。上述したようにOSトランジスタは、オフ電流が極め
て低く、高温環境下においてもスイッチング特性が良好といった特性を有する。そのため
、高温環境下においても、組電池120への充電または放電の制御を誤動作なく行うこと
ができる。
Note that the
次いで組電池120の具体的な例を挙げた後、電池保護回路110の構成例について説
明する。
Next, after giving a specific example of the assembled
図3(A)には、図1で説明した組電池120の一例として、6個の電池セル121が
直列に接続された模式図を図示している。また図3(A)では、上述したモニタ電圧を取
得するための端子として7つの端子を図示している。電池保護回路110は、各端子から
電圧VC0乃至VC6を取得する。電池保護回路110は、例えば電圧VC0乃至VC6
から電池セル121間の充電率のばらつきを見積もることができる。
FIG. 3A shows a schematic diagram in which six
, the variation in the charging rate among the
図3(B)には、図1で説明した電池保護回路110のブロック図の一例を図示してい
る。図3(B)では、コンパレータ113および記憶回路114を備えた電圧比較部11
1と、演算回路112、および参照電圧生成回路115を図示している。
FIG. 3B shows an example of a block diagram of the
1, an
電圧比較部111は、各電池セルのモニタ電圧に相当する電圧VC0乃至VC6と、参
照電圧Vref[0]乃至Vref[6]と、比較し、比較結果に相当する電圧レベルを
演算回路112に出力する機能を有する。電圧比較部111が有するコンパレータ113
の第1入力端子は、電圧VC0乃至VC6を与える端子に接続される。また電圧比較部1
11が有するコンパレータ113の第2入力端子は、記憶回路114に接続される。
The
A first input terminal of is connected to terminals providing voltages VC0 to VC6. Also, the
A second input terminal of a
記憶回路114は、上述したようにOSトランジスタを有する記憶回路である。具体的
な回路構成については、後述する図5を用いて説明を行う。なお参照電圧生成回路115
は、参照電圧Vref[0]乃至Vref[6]((図3(B)では図示せず。Vref
[N]ともいう。)のいずれか一の電圧を記憶回路114に与える。記憶回路114は、
参照電圧Vref[0]乃至Vref[6]のいずれか一の電圧に応じた電荷を保持する
。
The
are reference voltages Vref[0] to Vref[6] (not shown in FIG. 3B. Vref
Also called [N]. ) is applied to the
Holds electric charge corresponding to one of the reference voltages Vref[0] to Vref[6].
なおコンパレータ113は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(Si
トランジスタ)で構成することが好適である。Siトランジスタは、pチャネル型および
nチャネル型のトランジスタを備える。コンパレータ113は、相補型のトランジスタで
構成することができる。また、Siトランジスタは、OSトランジスタと積層して設ける
ことができる。そのため、記憶回路を設けることに伴う回路面積の増加分を小さくするこ
とができる。
Note that the
transistor). Si transistors include p-channel and n-channel transistors. The
参照電圧生成回路115は、入力される電圧、例えば電圧VC6をもとに複数の参照電
圧Vref[0]乃至Vref[6]を生成する機能を有する回路である。参照電圧Vr
ef[0]乃至Vref[6]は、電圧VC6を降圧あるいは昇圧して得られる電圧とす
ればよい。つまり参照電圧生成回路115は、レベルシフタ、昇圧回路あるいは降圧回路
として機能する回路である。
The reference
ef[0] to Vref[6] may be voltages obtained by stepping down or stepping up the voltage VC6. That is, the reference
演算回路112は、コンパレータ113の出力端子から得られる信号、およびモニタ電
流などのその他の信号SIに応じて、上述した制御信号OUT1乃至OUT3(図3(B
)では、OUTと図示)を出力する機能を有する。演算回路112は、コンパレータ11
3の出力信号、および信号SIに応じて組電池120内の各電池セル121の状態推定を
行うための演算処理を行い、演算処理結果に応じて制御信号OUTを出力する。制御信号
OUTは、上述した制御信号OUT1乃至OUT3に相当し、組電池120の充放電の制
御、セルバランスを調整する信号である。
The
) has a function of outputting OUT (shown in the figure). The
Arithmetic processing for estimating the state of each
図4(A)、(B)は、図3(B)で説明した電池保護回路110の動作を説明するた
めのブロック図である。
4A and 4B are block diagrams for explaining the operation of the
図4(A)に図示するブロック図では、図3(B)で図示した構成を、説明のため一部
抜き題して図示したものに相当する。図4(A)では、図3(B)に図示した構成に加え
、スイッチPSW、メモリ制御回路116、およびセンサ117を図示している。
The block diagram shown in FIG. 4A corresponds to the configuration shown in FIG. 3B, partly omitted for explanation. FIG. 4A shows a switch PSW, a
スイッチPSWは、参照電圧生成回路115を動作させるための電圧(VC6)を、参
照電圧生成回路115に伝えるか否かを制御するためのスイッチである。スイッチPSW
は、メモリ制御回路116から出力される信号SPGによってオンまたはオフが制御され
る。スイッチPSWは、トランジスタ、例えばOSトランジスタで構成することで、オフ
電流を極めて低くできるため好適である。
The switch PSW is a switch for controlling whether or not to transmit the voltage (VC6) for operating the reference
is controlled to be on or off by a signal SPG output from the
センサ117は、メモリ制御回路116がスイッチPSWおよび記憶回路114を動作
させるための信号を生成するためのトリガーとして機能する。センサ117は、例えば温
度センサあるいはタイマーなどを有する。センサ117は、環境温度の変化あるいは一定
時間経過の後など、メモリ制御回路116がスイッチPSWおよび記憶回路114を間欠
的に動作させるための信号を生成する。
メモリ制御回路116は、スイッチPSWのオンまたはオフを制御するための信号SP
G、および記憶回路の動作を制御するための信号Sm_W、信号Sm_Hを生成する機能
を有する。メモリ制御回路116は、センサ117からの制御に応じて、各種制御信号を
出力する機能を有する。
The
G , and signals S m_W and S m_H for controlling the operation of the memory circuit. The
図4(A)には、メモリ制御回路116が記憶回路114のそれぞれに参照電圧Vre
f[0]乃至Vref[6]を書き込む場合の動作を図示している。当該動作では、スイ
ッチPSWがオンとなるよう信号SPGで制御する。また当該動作では、参照電圧生成回
路115で生成された参照電圧が記憶回路114に書き込まれるよう信号Smで制御する
。
In FIG. 4A,
It illustrates the operation when writing f[0] to Vref[6]. In this operation, the signal SPG is used to turn on the switch PSW . Further, in this operation, the signal Sm is controlled so that the reference voltage generated by the reference
また図4(B)には、メモリ制御回路116が記憶回路のそれぞれで参照電圧Vref
[0]乃至Vref[6]を保持させる動作を図示している。当該動作では、スイッチP
SWがオフとなるよう信号SPGで制御する。また当該動作では、参照電圧生成回路11
5で生成された参照電圧を記憶回路114で保持するよう信号Smで制御する。そのため
、記憶回路114は、参照電圧生成回路115を非動作としても参照電圧Vref[0]
乃至Vref[6]を出力し続けることができる。スイッチPSWがオフの間、参照電圧
生成回路115は非動作とすることができるため、低消費電力化を図ることができる。
Also, in FIG. 4B, the
[0] to Vref[6] are shown. In this operation, the switch P
The signal SPG is controlled so that SW is turned off. Further, in this operation, the reference voltage generation circuit 11
5 is controlled by the signal Sm so that the
to Vref[6] can continue to be output. Since the reference
図4(A)、(B)の構成とすることで、記憶回路114に保持された参照電圧を定期
的にリフレッシュ(元の参照電圧を再書き込みすること)することができる。参照電圧を
保持する記憶回路114にOSトランジスタを用いる構成とすることで、上記リフレッシ
ュの頻度を少なくすることができるため、好適である。
With the structures of FIGS. 4A and 4B, the reference voltage held in the
図5(A)乃至(C)は、図3(B)で説明した記憶回路114に適用可能な記憶回路
114A乃至114Cの構成例について説明する図である。なお図5(A)乃至(C)で
は、説明のため、コンパレータ113を併せて図示している。
FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating configuration examples of
図5(A)に図示する記憶回路114Aは、トランジスタMT1および容量素子C[N
]を有する。トランジスタMT1は、ソース又はドレインの一方に参照電圧Vref[N
]を与える配線が接続される。トランジスタMT1は、ゲートに信号Smを与える配線が
接続される。トランジスタMT1は、ソース又はドレインの他方に容量素子C[N]の一
方の電極、およびコンパレータ113の反転入力端子に接続される。なお図4(A)にお
いて、容量素子C[N]の一方の電極、およびコンパレータ113の反転入力端子が接続
されるノードを、ノードMNと図示している。なおコンパレータ113の非反転入力端子
には、電池セル121からの電圧VC[N]を与える配線に接続される。
A
]. A reference voltage Vref[N] is applied to one of the source and drain of the transistor MT1.
] are connected. A gate of the transistor MT1 is connected to a wiring for applying a signal Sm. The other of the source and the drain of the transistor MT1 is connected to one electrode of the capacitor C[N] and to the inverting input terminal of the
上述したように記憶回路114Aが有するトランジスタMT1は、OSトランジスタと
することが好適である。OSトランジスタはオフ電流が極めて低い。そのためスイッチと
して機能するトランジスタMT1をオフにすることで容量素子C[N]にモニタ電圧に応
じた電荷を保持することができる。つまり、トランジスタMT1乃至MT4をオフ状態と
することで電池セルの出力電圧をノードMNに接続されたコンパレータ113の入力端子
に印加し続けることができる。
As described above, the transistor MT1 included in the
OSトランジスタを有する記憶回路を用いる構成とすることで、オフ電流が極めて低い
ことを利用して、参照電圧を保持させることができるため、参照電圧生成回路の起動を間
欠的に行わせることができる。そのため、消費電力の低減を図ることができる。
With the structure using the memory circuit including the OS transistor, the reference voltage can be held by utilizing extremely low off-state current, so that the reference voltage generation circuit can be activated intermittently. . Therefore, power consumption can be reduced.
図5(B)では、図5(A)で図示した構成において、トランジスタMT1にバックゲ
ート電極を設け、ゲート電極とバックゲート電極の双方に信号を印加する構成を図示して
いる。図5(B)の構成とすることで、ゲート電極とバックゲート電極の双方からチャネ
ル形成領域を制御する電圧を印加することができる。そのため、より確実に、スイッチと
して機能するトランジスタMT1のオンまたはオフの制御を行うことができる。
FIG. 5B shows a structure in which a back gate electrode is provided in the transistor MT1 and a signal is applied to both the gate electrode and the back gate electrode in the structure shown in FIG. 5A. With the structure of FIG. 5B, a voltage for controlling the channel formation region can be applied from both the gate electrode and the back gate electrode. Therefore, the on/off control of the transistor MT1 functioning as a switch can be performed more reliably.
図5(C)では、図5(A)で図示した構成において、トランジスタMT1にバックゲ
ート電極を設け、バックゲート電極に別の電位、例えばバックゲート電位線から別の電位
を与える構成を図示している。図5(C)の構成として、バックゲート電位線にしきい値
電圧を制御可能な電位を与える構成とすることで高温環境下におけるオフ電流を低減可能
な構成とすることができる。そのため、高温環境下においても、スイッチとして機能する
トランジスタMT1のオンまたはオフの制御を行うことができる。
FIG. 5C shows a structure in which a back gate electrode is provided in the transistor MT1 in the structure shown in FIG. ing. As the structure of FIG. 5C, a structure in which a potential capable of controlling the threshold voltage is applied to the back gate potential line, so that off current can be reduced in a high-temperature environment. Therefore, the on/off control of the transistor MT1 functioning as a switch can be performed even in a high-temperature environment.
図6は、図5(A)で説明した記憶回路114Aの動作を説明するためのタイミングチ
ャートである。図6のタイミングチャートでは、図4(A)、図5(A)で図示した信号
Sm、ノードMNの電位、参照電圧Vref[N]を与える配線の電位、スイッチPSW
のオンまたはオフについて図示している。
FIG. 6 is a timing chart for describing the operation of the
is shown for on or off.
時刻T11から時刻T12では、信号SmをHレベルとし、トランジスタMT1をオン
にする。容量素子C[N]の一方の電極、つまりノードMNに参照電圧が印加される。こ
の間、スイッチPSWをオンにし、参照電圧Vref[N]が記憶回路114に供給され
る。
From time T11 to time T12, the signal Sm is set to H level to turn on the transistor MT1. A reference voltage is applied to one electrode of the capacitive element C[N], that is, the node MN. During this time, the switch PSW is turned on and the reference voltage Vref[N] is supplied to the
時刻T12から時刻T13では、信号SmをLレベルとし、トランジスタMT1をオフ
にする。容量素子C[N]の一方の電極、つまりノードMNに参照電圧が保持される。
From time T12 to time T13, the signal Sm is set to L level to turn off the transistor MT1. A reference voltage is held at one electrode of the capacitive element C[N], that is, at the node MN.
時刻T13から時刻T14では、信号SmをLレベルとし、トランジスタMT1をオフ
にする。容量素子C[N]の一方の電極、つまりノードMNに参照電圧が保持され続ける
。この間、スイッチPSWをオフにし、参照電圧生成回路115を休止させる。
From time T13 to time T14, the signal Sm is set to L level to turn off the transistor MT1. The reference voltage continues to be held at one electrode of the capacitive element C[N], that is, at the node MN. During this time, the switch PSW is turned off and the reference
センサ117による所定の時間経過の後、参照電圧のリフレッシュを行う。時刻T14
から時刻T15では、スイッチPSWをオンにし、記憶回路114への参照電圧Vref
[N]の供給を再開する。
The reference voltage is refreshed after a predetermined time elapses according to the
From time T15, the switch PSW is turned on, and the reference voltage Vref to the
Resume supply of [N].
時刻T15から時刻T16では、再び信号SmをHレベルとし、トランジスタMT1を
オンにする。容量素子C[N]の一方の電極、つまりノードMNに参照電圧が再度印加さ
れる。
From time T15 to time T16, the signal Sm is set to H level again to turn on the transistor MT1. The reference voltage is again applied to one electrode of the capacitive element C[N], that is, the node MN.
本発明の一態様の構成では、記憶回路114の参照電圧を保持するためのトランジスタ
としてOSトランジスタを用いる構成とする。そのため、一旦記憶回路114に書き込ま
れた参照電圧に応じた電荷を長期間保持することができる。
In the structure of one embodiment of the present invention, an OS transistor is used as a transistor for holding the reference voltage of the
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電池保護回路、および当該電池保護回路
を備えた蓄電装置の動作例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an operation example of the battery protection circuit described in the above embodiment and a power storage device including the battery protection circuit will be described.
図7では、電池保護回路、および当該電池管理回路を備えた蓄電装置の動作例を説明す
るためのフローチャートを図示する。
FIG. 7 shows a flowchart for explaining an operation example of a battery protection circuit and a power storage device including the battery management circuit.
上述したように電池保護回路は、電池セル毎の電流・電圧を測定する(ステップS00
1)。電池セル毎の電流の測定は、モニタ電流のデータ、電池セル毎の電圧の測定は、モ
ニタ電圧のデータを取得することで行われる。
As described above, the battery protection circuit measures the current/voltage of each battery cell (step S00
1). Measurement of the current of each battery cell is performed by acquiring monitor current data, and measurement of the voltage of each battery cell is performed by acquiring monitor voltage data.
次いで電池保護回路は、ステップS001で測定した各データをもとに、組電池の電池
セルにおけるセルバランスがとれているか(アンバランス判定)を電池保護回路の演算回
路で判断する(ステップS002)。アンバランス判定がなければ充電完了の判断のステ
ップS005に進み、充電完了であれば終了する。充電完了でなければ再度ステップS0
01を行う。
Next, the battery protection circuit determines whether or not the battery cells of the assembled battery are balanced (imbalance determination) by the arithmetic circuit of the battery protection circuit based on each data measured in step S001 (step S002). If there is no imbalance judgment, the process proceeds to step S005 for judgment of charging completion, and if charging is completed, the process ends. If charging is not completed, step S0 again
01.
次いで電池保護回路は、ステップS002でアンバランス判定と判断した場合、演算回
路で制御信号を生成する(ステップS003)。
Next, when the battery protection circuit determines that the battery is unbalanced in step S002, the arithmetic circuit generates a control signal (step S003).
次いで電池保護回路は、セルバランス回路部130に電池セルのアンバランスを解消す
るための制御信号を出力し、セルバランス回路部130を起動する(ステップS004)
。充放電制御用のトランジスタは、充放電を行うための電圧および電流を伝えるための配
線に設けられたトランジスタである。
Next, the battery protection circuit outputs a control signal to the cell
. The charge/discharge control transistor is a transistor provided in a wiring for transmitting voltage and current for charge/discharge.
以上の動作により、電池保護回路はモニタ電圧およびモニタ電流から電池セル間のセル
バランスのバラつきを検知しながら充電することができる。
By the operation described above, the battery protection circuit can charge the battery while detecting variations in the cell balance between the battery cells from the monitor voltage and the monitor current.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態3)
上記実施の形態で説明した電池保護回路に適用可能な半導体装置の構成例について説明
する。
(Embodiment 3)
A configuration example of a semiconductor device that can be applied to the battery protection circuit described in the above embodiment will be described.
図8に示す半導体装置は、トランジスタ300と、トランジスタ500と、容量素子6
00と、を有している。図10(A)はトランジスタ500のチャネル長方向の断面図で
あり、図10(B)はトランジスタ500のチャネル幅方向の断面図であり、図10(C
)はトランジスタ300のチャネル幅方向の断面図である。
The semiconductor device illustrated in FIG. 8 includes a
00 and . 10A is a cross-sectional view of the
) is a cross-sectional view of the
トランジスタ500は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ(OSト
ランジスタ)である。トランジスタ500は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置
が有するOSトランジスタに用いることにより、長期にわたり書き込んだデータを保持す
ることが可能である。
The
本実施の形態で説明する半導体装置は、図8に示すようにトランジスタ300、トラン
ジスタ500、容量素子600を有する。トランジスタ500はトランジスタ300の上
方に設けられ、容量素子600はトランジスタ300、及びトランジスタ500の上方に
設けられている。
A semiconductor device described in this embodiment includes a
トランジスタ300は、基板311上に設けられ、導電体316、絶縁体315、基板
311の一部からなる半導体領域313、ソース領域又はドレイン領域として機能する低
抵抗領域314a、及び低抵抗領域314bを有する。なお、トランジスタ300は、例
えば、上記実施の形態におけるコンパレータが有するトランジスタ等に適用することがで
きる。
The
トランジスタ300は、図10(C)に示すように、半導体領域313の上面及びチャ
ネル幅方向の側面が絶縁体315を介して導電体316に覆われている。このように、ト
ランジスタ300をFin型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによ
りトランジスタ300のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の
寄与を高くすることができるため、トランジスタ300のオフ特性を向上させることがで
きる。
In the
なお、トランジスタ300は、pチャネル型、あるいはnチャネル型のいずれでもよい
。
Note that the
半導体領域313のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、又はド
レイン領域となる低抵抗領域314a、及び低抵抗領域314bなどにおいて、シリコン
系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又
は、Ge(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、GaAs(ガリウムヒ
素)、GaAlAs(ガリウムアルミニウムヒ素)などを有する材料で形成してもよい。
結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用い
た構成としてもよい。又はGaAsとGaAlAs等を用いることで、トランジスタ30
0をHEMT(High Electron Mobility Transistor
)としてもよい。
A region in which a channel of the
A structure using silicon in which the effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing may be used. Alternatively, by using GaAs and GaAlAs, etc., the transistor 30
0 as HEMT (High Electron Mobility Transistor
).
低抵抗領域314a、及び低抵抗領域314bは、半導体領域313に適用される半導
体材料に加え、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する元素、又はホウ素などのp型の
導電性を付与する元素を含む。
In the low-
ゲート電極として機能する導電体316は、ヒ素、リンなどのn型の導電性を付与する
元素、もしくはホウ素などのp型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材
料、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
The
なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択すること
で、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チ
タンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両
立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いるこ
とが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
Note that since the work function is determined by the material of the conductor, the threshold voltage of the transistor can be adjusted by selecting the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Furthermore, in order to achieve both conductivity and embeddability, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and it is particularly preferable to use tungsten from the viewpoint of heat resistance.
なお、図8に示すトランジスタ300は一例であり、その構造に限定されず、回路構成
や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、半導体装置をOSトラ
ンジスタのみで構成する場合、図9に示すとおり、トランジスタ300の構成を、酸化物
半導体を用いているトランジスタ500と同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ
500の詳細については後述する。
Note that the
トランジスタ300を覆って、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁
体326が順に積層して設けられている。
An
絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁体326として、例えば、酸化
シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸
化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
As the
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の
含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含
有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組
成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組
成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
In this specification, silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen, and silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. indicates In this specification, aluminum oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen, and aluminum oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. indicates
絶縁体322は、その下方に設けられるトランジスタ300などによって生じる段差を
平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体322の上面は、
平坦性を高めるために化学機械研磨(CMP)法等を用いた平坦化処理により平坦化され
ていてもよい。
The
It may be planarized by a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like in order to improve planarity.
また、絶縁体324には、基板311、又はトランジスタ300などから、トランジス
タ500が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用
いることが好ましい。
For the
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、CVD法で形成した窒化シリ
コンを用いることができる。ここで、トランジスタ500等の酸化物半導体を有する半導
体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したが
って、トランジスタ500と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を
用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少な
い膜とする。
As an example of a film having a barrier property against hydrogen, silicon nitride formed by a CVD method can be used. Here, diffusion of hydrogen into a semiconductor element including an oxide semiconductor, such as the
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS)などを用いて分析することが
できる。例えば、絶縁体324の水素の脱離量は、TDS分析において、膜の表面温度が
50℃から500℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体324の面積
当たりに換算して、10×1015atoms/cm2以下、好ましくは5×1015a
toms/cm2以下であればよい。
The desorption amount of hydrogen can be analyzed using, for example, thermal desorption spectroscopy (TDS). For example, the amount of hydrogen released from the
Toms/cm 2 or less is sufficient.
なお、絶縁体326は、絶縁体324よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶
縁体326の比誘電率は4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また例えば、絶縁体
326の比誘電率は、絶縁体324の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下
がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低
減することができる。
Note that the
また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁体326には容量素子6
00、又はトランジスタ500と接続する導電体328、及び導電体330等が埋め込ま
れている。なお、導電体328、及び導電体330は、プラグ又は配線としての機能を有
する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一
の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラ
グとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び
導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
00 or a
各プラグ、及び配線(導電体328、導電体330等)の材料としては、金属材料、合
金材料、金属窒化物材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を、単層又は積層して用
いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材
料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウム
や銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いること
で配線抵抗を低くすることができる。
As a material for each plug and wiring (
絶縁体326、及び導電体330上に、配線層を設けてもよい。例えば、図8において
、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354が順に積層して設けられている。また
、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354には、導電体356が形成されている
。導電体356は、トランジスタ300と接続するプラグ、又は配線としての機能を有す
る。なお導電体356は、導電体328、及び導電体330と同様の材料を用いて設ける
ことができる。
A wiring layer may be provided over the
なお、例えば、絶縁体350は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有す
る絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体356は、水素に対するバリア性を有す
る導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体350が有
する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、ト
ランジスタ300とトランジスタ500とは、バリア層により分離することができ、トラ
ンジスタ300からトランジスタ500への水素の拡散を抑制することができる。
Note that for the
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用い
るとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線とし
ての導電性を保持したまま、トランジスタ300からの水素の拡散を抑制することができ
る。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性
を有する絶縁体350と接する構造であることが好ましい。
Note that tantalum nitride or the like may be used as the conductor having a barrier property against hydrogen, for example. Further, by stacking tantalum nitride and tungsten having high conductivity, diffusion of hydrogen from the
絶縁体354、及び導電体356上に、配線層を設けてもよい。例えば、図8において
、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364が順に積層して設けられている。また
、絶縁体360、絶縁体362、及び絶縁体364には、導電体366が形成されている
。導電体366は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体366は、導電体
328、及び導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。
A wiring layer may be provided over the
なお、例えば、絶縁体360は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有す
る絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体366は、水素に対するバリア性を有す
る導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体360が有
する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、ト
ランジスタ300とトランジスタ500とは、バリア層により分離することができ、トラ
ンジスタ300からトランジスタ500への水素の拡散を抑制することができる。
Note that for the
絶縁体364、及び導電体366上に、配線層を設けてもよい。例えば、図8において
、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374が順に積層して設けられている。また
、絶縁体370、絶縁体372、及び絶縁体374には、導電体376が形成されている
。導電体376は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体376は、導電体
328、及び導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。
A wiring layer may be provided over the
なお、例えば、絶縁体370は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有す
る絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体376は、水素に対するバリア性を有す
る導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体370が有
する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、ト
ランジスタ300とトランジスタ500とは、バリア層により分離することができ、トラ
ンジスタ300からトランジスタ500への水素の拡散を抑制することができる。
Note that for the
絶縁体374、及び導電体376上に、配線層を設けてもよい。例えば、図8において
、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384が順に積層して設けられている。また
、絶縁体380、絶縁体382、及び絶縁体384には、導電体386が形成されている
。導電体386は、プラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体386は、導電体
328、及び導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。
A wiring layer may be provided over the
なお、例えば、絶縁体380は、絶縁体324と同様に、水素に対するバリア性を有す
る絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体386は、水素に対するバリア性を有す
る導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体380が有
する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、ト
ランジスタ300とトランジスタ500とは、バリア層により分離することができ、トラ
ンジスタ300からトランジスタ500への水素の拡散を抑制することができる。
Note that for the
上記において、導電体356を含む配線層、導電体366を含む配線層、導電体376
を含む配線層、及び導電体386を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係
る半導体装置はこれに限られるものではない。導電体356を含む配線層と同様の配線層
を3層以下にしてもよいし、導電体356を含む配線層と同様の配線層を5層以上にして
もよい。
In the above, the wiring layer including the
Although the wiring layer including the
絶縁体384上には絶縁体510、絶縁体512、絶縁体514、及び絶縁体516が
、順に積層して設けられている。絶縁体510、絶縁体512、絶縁体514、及び絶縁
体516のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい
。
An
例えば、絶縁体510、及び絶縁体514には、例えば、基板311、又はトランジス
タ300を設ける領域などから、トランジスタ500を設ける領域に、水素や不純物が拡
散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体324
と同様の材料を用いることができる。
For the
can be used.
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、CVD法で形成した窒化シリコンを用
いることができる。ここで、トランジスタ500等の酸化物半導体を有する半導体素子に
、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、ト
ランジスタ500と、トランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いるこ
とが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とす
る。
As an example of a film having a barrier property against hydrogen, silicon nitride formed by a CVD method can be used. Here, diffusion of hydrogen into a semiconductor element including an oxide semiconductor, such as the
また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体510、及び絶縁体5
14には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いる
ことが好ましい。
Further, as the film having a barrier property against hydrogen, for example, the
14 is preferably a metal oxide such as aluminum oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide.
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素
、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸
化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不
純物のトランジスタ500への混入を防止することができる。また、トランジスタ500
を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ5
00に対する保護膜として用いることに適している。
In particular, aluminum oxide has a high shielding effect of preventing the penetration of both oxygen and impurities such as hydrogen and moisture, which cause variations in the electrical characteristics of the transistor. Therefore, aluminum oxide can prevent impurities such as hydrogen and moisture from entering the
It is possible to suppress the release of oxygen from the oxide that constitutes the Therefore, transistor 5
00 as a protective film.
また、例えば、絶縁体512、及び絶縁体516には、絶縁体320と同様の材料を用
いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで
、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体512、及び絶縁体
516として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
Further, for example, the
また、絶縁体510、絶縁体512、絶縁体514、及び絶縁体516には、導電体5
18、及びトランジスタ500を構成する導電体(例えば、導電体503)等が埋め込ま
れている。なお、導電体518は、容量素子600、又はトランジスタ300と接続する
プラグ、又は配線としての機能を有する。導電体518は、導電体328、及び導電体3
30と同様の材料を用いて設けることができる。
In addition, the
18, a conductor (for example, the conductor 503) constituting the
It can be provided using the same material as 30 .
特に、絶縁体510、及び絶縁体514と接する領域の導電体518は、酸素、水素、
及び水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トラン
ジスタ300とトランジスタ500とは、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する
層で、分離することができ、トランジスタ300からトランジスタ500への水素の拡散
を抑制することができる。
In particular, the
and a conductor having barrier properties against water. With this structure, the
絶縁体516の上方には、トランジスタ500が設けられている。
A
図10(A)(B)に示すように、トランジスタ500は、絶縁体514及び絶縁体5
16に埋め込まれるように配置された導電体503と、絶縁体516及び導電体503の
上に配置された絶縁体520と、絶縁体520の上に配置された絶縁体522と、絶縁体
522の上に配置された絶縁体524と、絶縁体524の上に配置された酸化物530a
と、酸化物530aの上に配置された酸化物530bと、酸化物530b上に互いに離れ
て配置された導電体542a及び導電体542bと、導電体542a及び導電体542b
上に配置され、導電体542aと導電体542bの間に重畳して開口が形成された絶縁体
580と、開口の底面及び側面に配置された酸化物530cと、酸化物530cの形成面
に配置された絶縁体550と、絶縁体550の形成面に配置された導電体560と、を有
する。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the
16, an
, an
An
また、図10(A)(B)に示すように、酸化物530a、酸化物530b、導電体5
42a、及び導電体542bと、絶縁体580との間に絶縁体544が配置されることが
好ましい。また、図10(A)(B)に示すように、導電体560は、絶縁体550の内
側に設けられた導電体560aと、導電体560aの内側に埋め込まれるように設けられ
た導電体560bと、を有することが好ましい。また、図10(A)(B)に示すように
、絶縁体580、導電体560、及び絶縁体550の上に絶縁体574が配置されること
が好ましい。
In addition, as shown in FIGS. 10A and 10B, an
42a and
なお、以下において、酸化物530a、酸化物530b、及び酸化物530cをまとめ
て酸化物530という場合がある。
Note that the
なお、トランジスタ500では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸
化物530a、酸化物530b、及び酸化物530cの3層を積層する構成について示し
ているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物530bの単層、酸化
物530bと酸化物530aの2層構造、酸化物530bと酸化物530cの2層構造、
又は4層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ500では、導
電体560を2層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない
。例えば、導電体560が、単層構造であってもよいし、3層以上の積層構造であっても
よい。また、図8、図10(A)に示すトランジスタ500は一例であり、その構造に限
定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
Note that although the
Alternatively, a configuration may be adopted in which a laminated structure of four or more layers is provided. Although the
ここで、導電体560は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体542a及
び導電体542bは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のよう
に、導電体560は、絶縁体580の開口、及び導電体542aと導電体542bに挟ま
れた領域に埋め込まれるように形成される。導電体560、導電体542a及び導電体5
42bの配置は、絶縁体580の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トラ
ンジスタ500において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的
に配置させることができる。よって、導電体560を位置合わせのマージンを設けること
なく形成することができるので、トランジスタ500の占有面積の縮小を図ることができ
る。これにより、半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。
Here, the
The placement of 42b is chosen to be self-aligned with respect to the
さらに、導電体560が、導電体542aと導電体542bの間の領域に自己整合的に
形成されるので、導電体560は、導電体542a又は導電体542bと重畳する領域を
有さない。これにより、導電体560と導電体542a及び導電体542bとの間に形成
される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ500のスイッチング速
度を向上させ、高い周波数特性を有せしめることができる。
Furthermore, since
導電体560は、第1のゲート(トップゲートともいう)電極として機能する場合があ
る。また、導電体503は、第2のゲート(ボトムゲートともいう)電極として機能する
場合がある。その場合、導電体503に印加する電位を、導電体560に印加する電位と
、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ500のしきい値電圧を制御す
ることができる。特に、導電体503に負の電位を印加することにより、トランジスタ5
00のしきい値電圧を0Vより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したが
って、導電体503に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体560
に印加する電位が0Vのときのドレイン電流を小さくすることができる。
00 threshold voltage can be made higher than 0 V, and the off current can be reduced. Therefore, applying a negative potential to the
The drain current can be reduced when the potential applied to is 0V.
導電体503は、酸化物530、及び導電体560と、重なるように配置する。これに
より、導電体560、及び導電体503に電位を印加した場合、導電体560から生じる
電界と、導電体503から生じる電界と、がつながり、酸化物530に形成されるチャネ
ル形成領域を覆うことができる。本明細書等において、第1のゲート電極、及び第2のゲ
ート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、
surrounded channel(S-channel)構造とよぶ。
The
It is called a surrounded channel (S-channel) structure.
また、導電体503は、導電体518と同様の構成であり、絶縁体514及び絶縁体5
16の開口の内壁に接して導電体503aが形成され、さらに内側に導電体503bが形
成されている。なお、トランジスタ500では、導電体503a及び導電体503bを積
層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電
体503は、単層、又は3層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
In addition, the
A
ここで、導電体503aは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散
を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい。)導電性材料を用いることが好ま
しい。又は、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一)の拡散を抑制する
機能を有する(上記酸素が透過しにくい。)導電性材料を用いることが好ましい。なお、
本明細書において、不純物、又は酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、又は上記
酸素のいずれか一又は、すべての拡散を抑制する機能とする。
Here, for the
In this specification, the function of suppressing the diffusion of impurities or oxygen is the function of suppressing the diffusion of one or all of the impurities or oxygen.
例えば、導電体503aが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体503
bが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
For example, since the
It is possible to suppress the decrease in conductivity due to oxidation of b.
また、導電体503が配線の機能を兼ねる場合、導電体503bは、タングステン、銅
、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。
その場合、導電体505は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体503bを単層で
図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との
積層としてもよい。
In the case where the
In that case, the conductor 505 is not necessarily provided. Note that although the
絶縁体520、絶縁体522、絶縁体524、及び絶縁体550は、第2のゲート絶縁
膜としての機能を有する。
The
ここで、酸化物530と接する絶縁体524は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多
くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体524には、過剰酸素領
域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物530に
接して設けることにより、酸化物530中の酸素欠損を低減し、トランジスタ500の信
頼性を向上させることができる。
Here, the
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸
化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、TDS(Th
ermal Desorption Spectroscopy)分析にて、酸素原子に
換算しての酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm3以上、好ましくは1.0
×1019atoms/cm3以上、さらに好ましくは2.0×1019atoms/c
m3、又は3.0×1020atoms/cm3以上である酸化物膜である。なお、上記
TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上700℃以下、又は100℃以
上400℃以下の範囲が好ましい。
Specifically, an oxide material from which part of oxygen is released by heating is preferably used as the insulator having the excess oxygen region. The oxide that desorbs oxygen by heating is TDS (Th
(Ermal Desorption Spectroscopy) analysis shows that the amount of oxygen released in terms of oxygen atoms is 1.0×10 18 atoms/cm 3 or more, preferably 1.0.
×10 19 atoms/cm 3 or more, more preferably 2.0 × 10 19 atoms/c
m 3 , or an oxide film having a density of 3.0×10 20 atoms/cm 3 or more. The surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably in the range of 100° C. or higher and 700° C. or lower, or 100° C. or higher and 400° C. or lower.
また、絶縁体524が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体522は、酸素(例えば、
酸素原子、酸素分子など)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)こ
とが好ましい。
Also, when the
It preferably has a function of suppressing the diffusion of oxygen atoms, oxygen molecules, etc. (it is difficult for the oxygen to permeate).
絶縁体522が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物530が
有する酸素は、絶縁体520側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体503が
、絶縁体524や、酸化物530が有する酸素と反応することを抑制することができる。
Since the
絶縁体522は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフ
ニウムを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チ
タン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、又は(Ba
,Sr)TiO3(BST)などのいわゆるhigh-k材料を含む絶縁体を単層又は積
層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁
膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能
する絶縁体にhigh-k材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動
作時のゲート電位の低減が可能となる。
The
, Sr)TiO 3 (BST) or other so-called high-k materials are preferably used in a single layer or a stack of insulators. As transistors are miniaturized and highly integrated, thinning of gate insulating films may cause problems such as leakage current. By using a high-k material for the insulator that functions as the gate insulating film, it is possible to reduce the gate potential during transistor operation while maintaining the physical film thickness.
特に、不純物、及び酸素などの拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい
)絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用
いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸
化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物(ハフニウ
ムアルミネート)などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体522を
形成した場合、絶縁体522は、酸化物530からの酸素の放出や、トランジスタ500
の周辺部から酸化物530への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
In particular, an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium, which is an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities and oxygen (through which oxygen is difficult to permeate), is preferably used. As the insulator containing oxides of one or both of aluminum and hafnium, aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like is preferably used. When the
It functions as a layer that suppresses entry of impurities such as hydrogen into the
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウ
ム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸
化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶
縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
Alternatively, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide may be added to these insulators. Alternatively, these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be stacked over the above insulator.
また、絶縁体520は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及
び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、high-k材料の
絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ
比誘電率の高い積層構造の絶縁体520や、絶縁体526を得ることができる。
なお、図10(A)(B)のトランジスタ500では、3層の積層構造からなる第2の
ゲート絶縁膜として、絶縁体520、絶縁体522、及び絶縁体524が図示されている
が、第2のゲート絶縁膜は、単層、2層、又は4層以上の積層構造を有していてもよい。
その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよ
い。
Note that in the
In that case, it is not limited to a laminated structure made of the same material, and a laminated structure made of different materials may be used.
トランジスタ500は、チャネル形成領域を含む酸化物530に、酸化物半導体として
機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物530として、In-M-
Zn酸化物(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリ
リウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ラ
ンタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム
などから選ばれた一種、又は複数種)等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物53
0として適用できるIn-M-Zn酸化物は、実施の形態4で説明するCAAC-OS、
CAC-OSであることが好ましい。また、酸化物530として、In-Ga酸化物、I
n-Zn酸化物を用いてもよい。
In the
Zn oxide (element M is aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. It is preferable to use metal oxides such as selected one or more. In particular, the oxide 53
In-M-Zn oxides that can be applied as 0 include CAAC-OS described in Embodiment 4,
CAC-OS is preferred. Further, as the
n-Zn oxide may also be used.
酸化物530においてチャネル形成領域にとして機能する金属酸化物は、バンドギャッ
プが2eV以上、好ましくは2.5eV以上のものを用いることが好ましい。このように
、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減す
ることができる。
A metal oxide that functions as a channel formation region in the
酸化物530は、酸化物530b下に酸化物530aを有することで、酸化物530a
よりも下方に形成された構造物から、酸化物530bへの不純物の拡散を抑制することが
できる。また、酸化物530b上に酸化物530cを有することで、酸化物530cより
も上方に形成された構造物から、酸化物530bへの不純物の拡散を抑制することができ
る。
Impurities can be prevented from diffusing into the
なお、酸化物530は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有す
ることが好ましい。具体的には、酸化物530aに用いる金属酸化物において、構成元素
中の元素Mの原子数比が、酸化物530bに用いる金属酸化物における、構成元素中の元
素Mの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物530aに用いる金属酸化物
において、Inに対する元素Mの原子数比が、酸化物530bに用いる金属酸化物におけ
る、Inに対する元素Mの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物530bに
用いる金属酸化物において、元素Mに対するInの原子数比が、酸化物530aに用いる
金属酸化物における、元素Mに対するInの原子数比より大きいことが好ましい。また、
酸化物530cは、酸化物530a又は酸化物530bに用いることができる金属酸化物
を、用いることができる。
Note that the
また、酸化物530a及び酸化物530cの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物530
bの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物
530a及び酸化物530cの電子親和力が、酸化物530bの電子親和力より小さいこ
とが好ましい。
In addition, the energies of the conduction band bottoms of the
It is preferably higher than the energy of the conduction band bottom of b. In other words, the electron affinities of the
ここで、酸化物530a、酸化物530b、及び酸化物530cの接合部において、伝
導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物530a、酸化物
530b、及び酸化物530cの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的
に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物530
aと酸化物530bとの界面、及び酸化物530bと酸化物530cとの界面において形
成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
Here, the energy level at the bottom of the conduction band changes smoothly at the junction of the
The defect level density of the mixed layers formed at the interface between a and the
具体的には、酸化物530aと酸化物530b、酸化物530bと酸化物530cが、
酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形
成することができる。例えば、酸化物530bがIn-Ga-Zn酸化物の場合、酸化物
530a及び酸化物530cとして、In-Ga-Zn酸化物、Ga-Zn酸化物、酸化
ガリウムなどを用いるとよい。
Specifically, the
A mixed layer with a low defect level density can be formed by having a common element (as a main component) other than oxygen. For example, when the
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物530bとなる。酸化物530a、酸化物5
30cを上述の構成とすることで、酸化物530aと酸化物530bとの界面、及び酸化
物530bと酸化物530cとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そ
のため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ500は高い
オン電流を得られる。
At this time, the main path of carriers is the
By using the structure 30c as described above, the defect level density at the interface between the
酸化物530b上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体542a
、及び導電体542bが設けられる。導電体542a、及び導電体542bとしては、ア
ルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タ
ングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム
、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選
ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合
わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステ
ン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ル
テニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッ
ケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタ
ンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム
、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含
む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料で
あるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素又は酸素に対する
バリア性があるため好ましい。
A
, and a
また、図10では、導電体542a、及び導電体542bを単層構造として示したが、
2層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層する
とよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上に
アルミニウム膜を積層する二層構造、銅-マグネシウム-アルミニウム合金膜上に銅膜を
積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積
層する二層構造としてもよい。
Further, although FIG. 10 shows the
A laminated structure of two or more layers may also be used. For example, a tantalum nitride film and a tungsten film are preferably stacked. Alternatively, a titanium film and an aluminum film may be stacked. A two-layer structure in which an aluminum film is stacked over a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is stacked over a copper-magnesium-aluminum alloy film, a two-layer structure in which a copper film is stacked over a titanium film, a two-layer structure in which a copper film is stacked over a titanium film, A two-layer structure in which copper films are stacked may be used.
また、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミ
ニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構
造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に
重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデ
ン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛を含む透
明導電材料を用いてもよい。
Further, a three-layer structure in which a titanium film or a titanium nitride film is laminated, an aluminum film or a copper film is laminated on the titanium film or the titanium nitride film, and a titanium film or a titanium nitride film is formed thereon, a molybdenum film or a There is a three-layer structure including a molybdenum nitride film, an aluminum film or a copper film laminated on the molybdenum film or the molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film formed thereon. Note that a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used.
また、図10(A)に示すように、酸化物530の、導電体542a(導電体542b
)との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域543a、及び領域543bが形成
される場合がある。このとき、領域543aはソース領域又はドレイン領域の一方として
機能し、領域543bはソース領域又はドレイン領域の他方として機能する。また、領域
543aと領域543bに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
Further, as shown in FIG. 10A, a
) and its vicinity,
酸化物530と接するように上記導電体542a(導電体542b)を設けることで、
領域543a(領域543b)の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域543a(
領域543b)に導電体542a(導電体542b)に含まれる金属と、酸化物530の
成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域543a(領
域543b)のキャリア密度が増加し、領域543a(領域543b)は、低抵抗領域と
なる。
By providing the
The oxygen concentration in the
A metal compound layer containing the metal contained in the
絶縁体544は、導電体542a、及び導電体542bを覆うように設けられ、導電体
542a、及び導電体542bの酸化を抑制する。このとき、絶縁体544は、酸化物5
30の側面を覆い、絶縁体524と接するように設けられてもよい。
The
30 and may be provided so as to be in contact with the
絶縁体544として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニ
ウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタン
又は、マグネシウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いる
ことができる。また、絶縁体544として、窒化酸化シリコン又は窒化シリコンなども用
いることができる。
The
特に、絶縁体544として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を
含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、及びハフニウム
を含む酸化物(ハフニウムアルミネート)などを用いることが好ましい。特に、ハフニウ
ムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱
履歴において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体542a、及び導電体542
bが耐酸化性を有する材料、又は、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶
縁体544は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよ
い。
In particular, as the
The
絶縁体544を有することで、絶縁体580に含まれる水、及び水素などの不純物が酸
化物530c、絶縁体550を介して、酸化物530bに拡散することを抑制することが
できる。また、絶縁体580が有する過剰酸素により、導電体560が酸化するのを抑制
することができる。
The
絶縁体550は、第1のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体550は、酸化物530
cの内側(上面、及び側面)接して配置することが好ましい。絶縁体550は、上述した
絶縁体524と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用
いて形成することが好ましい。
The
It is preferable to dispose in contact with the inner side (upper surface and side surface) of c. The
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、
窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及
び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に
、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
Specifically, silicon oxide with excess oxygen, silicon oxynitride, silicon oxynitride,
Silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and silicon oxide having vacancies can be used. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable against heat.
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体550として、酸化物530cの上面に
接して設けることにより、絶縁体550から、酸化物530cを通じて、酸化物530b
のチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体524と同様
に、絶縁体550中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶
縁体550の膜厚は、1nm以上20nm以下とするのが好ましい。
An insulator from which oxygen is released by heating is provided as the
can effectively supply oxygen to the channel formation region of Further, similarly to the
また、絶縁体550が有する過剰酸素を、効率的に酸化物530へ供給するために、絶
縁体550と導電体560との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁
体550から導電体560への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制す
る金属酸化物を設けることで、絶縁体550から導電体560への過剰酸素の拡散が抑制
される。つまり、酸化物530へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。ま
た、過剰酸素による導電体560の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物として
は、絶縁体544に用いることができる材料を用いればよい。
Further, a metal oxide may be provided between the
なお、絶縁体550は、第2のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トラン
ジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流など
の問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、high-k材
料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トラ
ンジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い
積層構造とすることができる。
Note that the
第1のゲート電極として機能する導電体560は、図10(A)(B)では2層構造と
して示しているが、単層構造でもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。
Although the
導電体560aは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子
(N2O、NO、NO2など)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電
性材料を用いることが好ましい。又は、酸素(例えば、酸素原子、酸素分子などの少なく
とも一)の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体56
0aが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体550に含まれる酸素により
、導電体560bが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散
を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニ
ウム、又は酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体560aとして、
酸化物530に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体560
bをスパタリング法で成膜することで、導電体560aの電気抵抗値を低下させて導電体
にすることができる。これをOC(Oxide Conductor)電極と呼ぶことが
できる。
The
Since 0a has a function of suppressing diffusion of oxygen, oxygen contained in the
An oxide semiconductor that can be applied to the
By depositing b by a sputtering method, the electrical resistance of the
また、導電体560bは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性
材料を用いることが好ましい。また、導電体560bは、配線としても機能するため、導
電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウ
ムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体560bは積層構造と
してもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
A conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component is preferably used for the
絶縁体580は、絶縁体544を介して、導電体542a、及び導電体542b上に設
けられる。絶縁体580は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体58
0として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素
を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化
シリコン、空孔を有する酸化シリコン、又は樹脂などを有することが好ましい。特に、酸
化シリコン、及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリ
コン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することが
できるため好ましい。
The
0, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, silicon oxide having vacancies, or resin etc. is preferable. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable. In particular, silicon oxide and silicon oxide having vacancies are preferable because an excess oxygen region can be easily formed in a later step.
絶縁体580は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される
絶縁体580を、酸化物530cと接して設けることで、絶縁体580中の酸素を、酸化
物530cを通じて、酸化物530へと効率良く供給することができる。なお、絶縁体5
80中の水又は水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
Preferably, the concentration of impurities such as water or hydrogen in 80 is reduced.
絶縁体580の開口は、導電体542aと導電体542bの間の領域に重畳して形成さ
れる。これにより、導電体560は、絶縁体580の開口、及び導電体542aと導電体
542bに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
The opening of the
半導体装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体5
60の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体560の膜厚を大き
くすると、導電体560はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電
体560を絶縁体580の開口に埋め込むように設けるため、導電体560をアスペクト
比の高い形状にしても、工程中に導電体560を倒壊させることなく、形成することがで
きる。
When miniaturizing a semiconductor device, it is required to shorten the gate length.
The conductivity of 60 should not be compromised. Therefore, when the film thickness of the
絶縁体574は、絶縁体580の上面、導電体560の上面、及び絶縁体550の上面
に接して設けられることが好ましい。絶縁体574をスパッタリング法で成膜することで
、絶縁体550、及び絶縁体580へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、
当該過剰酸素領域から、酸化物530中に酸素を供給することができる。
The
Oxygen can be supplied into the
例えば、絶縁体574として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、
ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネ
シウムなどから選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる
。
For example, the
A metal oxide containing one or more selected from zirconium, tungsten, titanium, tantalum, nickel, germanium, magnesium, or the like can be used.
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、0.5nm以上3.0nm以下の薄膜であ
っても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法
で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア
膜としての機能も有することができる。
In particular, aluminum oxide has a high barrier property and can suppress diffusion of hydrogen and nitrogen even in a thin film having a thickness of 0.5 nm or more and 3.0 nm or less. Therefore, the aluminum oxide film formed by the sputtering method can function not only as an oxygen supply source but also as a barrier film against impurities such as hydrogen.
また、絶縁体574の上に、層間膜として機能する絶縁体581を設けることが好まし
い。絶縁体581は、絶縁体524などと同様に、膜中の水又は水素などの不純物濃度が
低減されていることが好ましい。
An
また、絶縁体581、絶縁体574、絶縁体580、及び絶縁体544に形成された開
口に、導電体540a、及び導電体540bを配置する。導電体540a及び導電体54
0bは、導電体560を挟んで対向して設ける。導電体540a及び導電体540bは、
後述する導電体546、及び導電体548と同様の構成である。
In addition,
0b are provided facing each other with the
It has the same structure as a
絶縁体581上には、絶縁体582が設けられている。絶縁体582は、酸素や水素に
対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体582には、絶
縁体514と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体582には、酸化アルミ
ニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
An
特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素
、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸
化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不
純物のトランジスタ500への混入を防止することができる。また、トランジスタ500
を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ5
00に対する保護膜として用いることに適している。
In particular, aluminum oxide has a high shielding effect of preventing the penetration of both oxygen and impurities such as hydrogen and moisture, which cause variations in the electrical characteristics of the transistor. Therefore, aluminum oxide can prevent impurities such as hydrogen and moisture from entering the
It is possible to suppress the release of oxygen from the oxide that constitutes the Therefore, transistor 5
00 as a protective film.
また、絶縁体582上には、絶縁体586が設けられている。絶縁体586は、絶縁体
320と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低
い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶
縁体586として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
An
また、絶縁体520、絶縁体522、絶縁体524、絶縁体544、絶縁体580、絶
縁体574、絶縁体581、絶縁体582、及び絶縁体586には、導電体546、及び
導電体548等が埋め込まれている。
In addition, the
導電体546、及び導電体548は、容量素子600、トランジスタ500、又はトラ
ンジスタ300と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体546、及び
導電体548は、導電体328、及び導電体330と同様の材料を用いて設けることがで
きる。
The
続いて、トランジスタ500の上方には、容量素子600が設けられている。容量素子
600は、導電体610と、導電体620、絶縁体630とを有する。
Next, a
また、導電体546、及び導電体548上に、導電体612を設けてもよい。導電体6
12は、トランジスタ500と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体
610は、容量素子600の電極としての機能を有する。なお、導電体612、及び導電
体610は、同時に形成することができる。
A
12 functions as a plug or wiring connected to the
導電体612、及び導電体610には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン
、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、
又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリ
ブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。又は、インジウム錫酸化物、
酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化
物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジ
ウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用する
こともできる。
For the
Alternatively, a metal nitride film (a tantalum nitride film, a titanium nitride film, a molybdenum nitride film, a tungsten nitride film) containing the above elements as components, or the like can be used. or indium tin oxide,
Indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, indium tin oxide containing silicon oxide, etc. Conductive materials can also be applied.
図8では、導電体612、及び導電体610は単層構造を示したが、当該構成に限定さ
れず、2層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導
電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い
導電体を形成してもよい。
Although the
絶縁体630を介して、導電体610と重畳するように、導電体620を設ける。なお
、導電体620は、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料などの導電性材料を用いる
ことができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を
用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの
他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるCu(銅)やAl(アルミニウ
ム)等を用いればよい。
A
導電体620、及び絶縁体630上には、絶縁体640が設けられている。絶縁体64
0は、絶縁体320と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体640は、
その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
An
0 can be provided using a material similar to that of
It may function as a planarizing film covering the uneven shape thereunder.
本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置におい
て、電気特性の変動を抑制するとともに、信頼性を向上させることができる。又は、酸化
物半導体を有するトランジスタを用いた電池保護回路において、微細化又は高集積化を図
ることができる。
With the use of this structure, variation in electrical characteristics can be suppressed and reliability can be improved in a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor. Alternatively, miniaturization or high integration can be achieved in a battery protection circuit using a transistor including an oxide semiconductor.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態4)
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明し電池保護回路を電子部品とする例につい
て、図11を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example in which the battery protection circuit described in the above embodiment is an electronic component will be described with reference to FIG.
図11(A)では上述の実施の形態で説明し電池制御回路を電子部品とする例について
説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はIC用パッケージともいう。この電
子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そ
こで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。
FIG. 11A illustrates an example in which the battery control circuit described in the above embodiment is an electronic component. The electronic component is also called a semiconductor package or an IC package. This electronic component has a plurality of standards and names depending on the direction of terminal extraction and the shape of the terminal. Therefore, in the present embodiment, an example thereof will be described.
OSトランジスタやSiトランジスタで構成される回路部は、組み立て工程(後工程)
を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。
The circuit part composed of OS transistors and Si transistors is an assembly process (post-process)
After that, it is completed by combining multiple detachable parts on the printed circuit board.
後工程については、図11(A)に示す各工程を経ることで完成させることができる。
具体的には、前工程で得られる素子基板が完成(ステップS1)した後、基板の裏面を研
削する(ステップS2)。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等
を低減し、部品としての小型化を図るためである。
The post-process can be completed through each process shown in FIG.
Specifically, after the element substrate obtained in the preceding process is completed (step S1), the back surface of the substrate is ground (step S2). By thinning the substrate at this stage, it is possible to reduce the warpage of the substrate in the previous process and to reduce the size of the component.
基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして
、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボ
ンディング工程を行う(ステップS3)。このダイボンディング工程におけるチップとリ
ードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適
した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合し
てもよい。
A dicing process is performed in which the back surface of the substrate is ground and the substrate is separated into a plurality of chips. Then, a die bonding process is performed in which the separated chips are individually picked up, mounted on a lead frame, and bonded (step S3). For the bonding between the chip and the lead frame in this die bonding process, a suitable method such as resin bonding or tape bonding is selected according to the product. In addition, the die bonding process may be carried out by mounting on an interposer and bonding.
次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気
的に接続する、ワイヤーボンディングを行う(ステップS4)。金属の細線には、銀線や
金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウ
ェッジボンディングを用いることができる。
Next, wire bonding is performed to electrically connect the leads of the lead frame and the electrodes on the chip with thin metal wires (step S4). A silver wire or a gold wire can be used for the thin metal wire. Ball bonding or wedge bonding can be used for wire bonding.
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が
施される(ステップS5)。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され
、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することがで
き、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。
The wire-bonded chip is subjected to a molding process in which it is sealed with epoxy resin or the like (step S5). By performing the molding process, the inside of the electronic component is filled with resin, making it possible to reduce damage to the built-in circuits and wires due to mechanical external force, and to reduce deterioration of characteristics due to moisture and dust. can.
次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工す
る(ステップS6)。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実
装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。
The leads of the lead frame are then plated. Then, the leads are cut and formed (step S6). This plating treatment prevents the leads from rusting, so that soldering can be performed more reliably when they are later mounted on a printed circuit board.
次いでパッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す(ステップS7)。そして最
終的な検査工程(ステップS8)を経てPLDを含む回路部を有する電子部品が完成する
(ステップS9)。
Next, printing processing (marking) is applied to the surface of the package (step S7). Then, through a final inspection process (step S8), an electronic component having a circuit section including a PLD is completed (step S9).
また、完成した電子部品の斜視模式図を図11(B)に示す。図11(B)では、電子
部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示し
ている。図11(B)に示す電子部品700は、リード701及び回路部703を示して
いる。図11(B)に示す電子部品700は、例えばプリント基板702に実装される。
このような電子部品700が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板702上で電
気的に接続されることで電気機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板70
4は、電気機器等の内部に設けられる。
A schematic perspective view of the completed electronic component is shown in FIG. FIG. 11B shows a schematic perspective view of a QFP (Quad Flat Package) as an example of an electronic component. An
A plurality of such
4 is provided inside the electrical equipment or the like.
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した電池保護回路を備えた電子部品を適用可
能な蓄電装置および蓄電システムの構成について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, configurations of a power storage device and a power storage system to which the electronic component including the battery protection circuit described in the above embodiment can be applied will be described.
[円筒型二次電池]
円筒型の二次電池の例について図12(A)を参照して説明する。円筒型の二次電池4
00は、図12(A)に示すように、上面に正極キャップ(電池蓋)401を有し、側面
及び底面に電池缶(外装缶)402を有している。これら正極キャップ401と電池缶(
外装缶)402とは、ガスケット(絶縁パッキン)410によって絶縁されている。
[Cylindrical secondary battery]
An example of a cylindrical secondary battery is described with reference to FIG. Cylindrical secondary battery 4
00, as shown in FIG. 12A, has a positive electrode cap (battery lid) 401 on the top surface and battery cans (armor cans) 402 on the side and bottom surfaces. These
It is insulated from the exterior can 402 by a gasket (insulation packing) 410 .
図12(B)は蓄電システム415の一例を示す。蓄電システム415は複数の二次電
池400を有する。それぞれの二次電池の正極は、絶縁体425で分離された導電体42
4に接触し、電気的に接続されている。導電体424は配線423を介して、制御回路4
20に電気的に接続されている。また、それぞれの二次電池の負極は、配線426を介し
て制御回路420に電気的に接続されている。制御回路420として、先の実施の形態に
て述べた電池保護回路を用いることができる。
FIG. 12B shows an example of the
4 and are electrically connected. The
20 is electrically connected. A negative electrode of each secondary battery is electrically connected to the
図12(C)は、蓄電システム415の一例を示す。蓄電システム415は複数の二次
電池400を有し、複数の二次電池400は、導電板413及び導電板414の間に挟ま
れている。複数の二次電池400は、配線416により導電板413及び導電板414と
電気的に接続される。複数の二次電池400は、並列接続されていてもよいし、直列接続
されていてもよいし、並列に接続された後さらに直列に接続されていてもよい。複数の二
次電池400を有する蓄電システム415を構成することで、大きな電力を取り出すこと
ができる。
FIG. 12C illustrates an example of the
複数の二次電池400の間に温度制御装置を有していてもよい。二次電池400が過熱
されたときは、温度制御装置により冷却し、二次電池400が冷えすぎているときは温度
制御装置により加熱することができる。そのため蓄電システム415の性能が外気温に影
響されにくくなる。
A temperature control device may be provided between the plurality of
また、図12(C)において、蓄電システム415は制御回路420に配線421及び
配線422を介して電気的に接続されている。制御回路420として、先の実施の形態に
て述べた電池保護回路を用いることができる。配線421は導電板413を介して複数の
二次電池400の正極に、配線422は導電板414を介して複数の二次電池400の負
極に、それぞれ電気的に接続される。
In addition, in FIG. 12C, the
[二次電池パック]
次に本発明の一態様の蓄電システムの例について、図13を用いて説明する。
[Secondary battery pack]
Next, an example of a power storage system of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図13(A)は、二次電池パック531の外観を示す図である。図13(B)は二次電
池パック531の構成を説明する図である。二次電池パック531は、回路基板501と
、二次電池513と、を有する。二次電池513には、ラベル509が貼られている。回
路基板501は、シール515により固定されている。また、二次電池パック531は、
アンテナ517を有する。
FIG. 13A is a diagram showing the appearance of the
It has an
回路基板501は制御回路590を有する。制御回路590は、先の実施の形態に示す
電池保護回路を用いることができる。例えば、図13(B)に示すように、回路基板50
1上に、制御回路590を有する。また、回路基板501は、端子511と電気的に接続
されている。また回路基板501は、アンテナ517、二次電池513の正極リード及び
負極リードの一方551、正極リード及び負極リードの他方552と電気的に接続される
。
The
1 has a
あるいは、図13(C)に示すように、回路基板501上に設けられる回路システム5
90aと、端子511を介して回路基板501に電気的に接続される回路システム590
bと、を有してもよい。例えば、本発明の一態様の制御回路の一部分が回路システム59
0aに、他の一部分が回路システム590bに、それぞれ設けられる。
Alternatively, as shown in FIG. 13C, the circuit system 5 provided on the
90a and a
and b. For example, a portion of the control circuitry of one aspect of the present invention may be circuit system 59
0a and another portion in
なお、アンテナ517はコイル状に限定されず、例えば線状、板状であってもよい。ま
た、平面アンテナ、開口面アンテナ、進行波アンテナ、EHアンテナ、磁界アンテナ、誘
電体アンテナ等のアンテナを用いてもよい。又は、アンテナ914は、平板状の導体でも
よい。この平板状の導体は、電界結合用の導体の一つとして機能することができる。つま
り、コンデンサの有する2つの導体のうちの一つの導体として、アンテナ914を機能さ
せてもよい。これにより、電磁界、磁界だけでなく、電界で電力のやり取りを行うことも
できる。
Note that the
二次電池パック531は、アンテナ517と、二次電池513との間に層519を有す
る。層519は、例えば二次電池513による電磁界を遮蔽することができる機能を有す
る。層519としては、例えば磁性体を用いることができる。
二次電池513は、図13(C)に示すような捲回された電池素子593を有する。電
池素子593は、負極594と、正極595と、セパレータ596と、を有する。電池素
子593は、セパレータ596を挟んで負極594と、正極595とが重なり合って積層
され、該積層シートを捲回したものである。
The
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態6)
本実施の形態では、車両に本発明の一態様である蓄電システムを搭載する例を示す。車
両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。
(Embodiment 6)
In this embodiment, an example in which a vehicle is equipped with a power storage system that is one embodiment of the present invention will be described. Vehicles include, for example, automobiles, two-wheeled vehicles, and bicycles.
蓄電システムを車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、
又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現
できる。
When a power storage system is installed in a vehicle, hybrid vehicles (HEV), electric vehicles (EV),
Alternatively, next-generation clean energy vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHEV) can be realized.
図14において、本発明の一態様である蓄電システムを用いた車両を例示する。図14
(A)に示す自動車8400は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自
動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して
用いることが可能なハイブリッド自動車である。本発明の一態様を用いることで、航続距
離の長い車両を実現することができる。自動車8400は蓄電システムを有する。蓄電シ
ステムは電気モーター8406を駆動するだけでなく、ヘッドライト8401やルームラ
イト(図示せず)などの発光装置に電力を供給することができる。
FIG. 14 illustrates a vehicle using a power storage system that is one embodiment of the present invention. Figure 14
A
また、蓄電システムは、自動車8400が有するスピードメーター、タコメーターなど
の表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車8400が有
するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。
In addition, the power storage system can supply power to display devices such as a speedometer and a tachometer included in the
図14(B)に示す自動車8500は、自動車8500が有する蓄電システム8024
にプラグイン方式や非接触給電方式等により外部の充電設備から電力供給を受けて、充電
することができる。図14(B)に、地上設置型の充電装置8021から自動車8500
に搭載された蓄電システム8024に、ケーブル8022を介して充電を行っている状態
を示す。充電に際しては、充電方法やコネクターの規格等はCHAdeMO(登録商標)
やコンボ等の所定の方式で適宜行えばよい。充電装置8021は、商用施設に設けられた
充電ステーションでもよく、また家庭の電源であってもよい。例えば、プラグイン技術に
よって、外部からの電力供給により自動車8500に搭載された蓄電システム8024を
充電することができる。充電は、ACDCコンバータ等の変換装置を介して、交流電力を
直流電力に変換して行うことができる。
An
The battery can be charged by receiving power supply from an external charging facility by a plug-in system, a contactless power supply system, or the like. In FIG. 14(B), a
It shows a state in which a
or combo, etc., as appropriate. The
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供
給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を
組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給
電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部
に太陽電池を設け、停車時や走行時に蓄電システムの充電を行ってもよい。このような非
接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。
Also, although not shown, the power receiving device can be mounted on a vehicle, and power can be supplied from a power transmission device on the ground in a non-contact manner for charging. In the case of this non-contact power supply system, it is possible to charge the battery not only while the vehicle is stopped but also while the vehicle is running by installing a power transmission device on the road or on the outer wall. In addition, electric power may be transmitted and received between vehicles using this contactless power supply method. Furthermore, a solar battery may be provided on the exterior of the vehicle to charge the power storage system while the vehicle is stopped or running. An electromagnetic induction method or a magnetic resonance method can be used for such contactless power supply.
また、図14(C)は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた二輪車の一例である。
図14(C)に示すスクータ8600は、蓄電システム8602、サイドミラー8601
、方向指示灯8603を備える。蓄電システム8602は、方向指示灯8603に電気を
供給することができる。
FIG. 14C illustrates an example of a two-wheeled vehicle using the power storage system of one embodiment of the present invention.
A
, with turn signal lights 8603 . The
また、図14(C)に示すスクータ8600は、座席下収納8604に、蓄電システム
8602を収納することができる。蓄電システム8602は、座席下収納8604が小型
であっても、座席下収納8604に収納することができる。
Also, in the
また、図15(A)は、本発明の一態様の蓄電システムを用いた電動自転車の一例であ
る。図15(A)に示す電動自転車8700に、本発明の一態様の蓄電システムを適用す
ることができる。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、複数の蓄電池と、保護回路と
、ニューラルネットワークと、を有する。
FIG. 15A illustrates an example of an electric bicycle using the power storage system of one embodiment of the present invention. The power storage system of one embodiment of the present invention can be applied to the
電動自転車8700は、蓄電システム8702を備える。蓄電システム8702は、運
転者をアシストするモーターに電気を供給することができる。また、蓄電システム870
2は、持ち運びができ、図15(B)に自転車から取り外した状態を示している。また、
蓄電システム8702は、本発明の一態様の蓄電システムが有する蓄電池8701が複数
内蔵されており、そのバッテリー残量などを表示部8703で表示できるようにしている
。また蓄電システム8702は、本発明の一態様の制御回路8704を有する。制御回路
8704は、蓄電池8701の正極及び負極と電気的に接続されている。制御回路870
4として、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
The
2 is portable, and is shown removed from the bicycle in FIG. 15(B). again,
A
4, the battery protection circuit shown in the previous embodiment can be used.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態7)
本実施の形態では、先の実施の形態で示した蓄電システムを電子機器に実装する例を説
明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example of mounting the power storage system described in any of the above embodiments to an electronic device will be described.
次に、図16(A)及び図16(B)に、2つ折り可能なタブレット型端末(クラムシ
ェル型端末も含む)の一例を示す。図16(A)及び図16(B)に示すタブレット型端
末9600は、筐体9630a、筐体9630b、筐体9630aと筐体9630bを接
続する可動部9640、表示部9631、表示モード切り替えスイッチ9626、電源ス
イッチ9627、省電力モード切り替えスイッチ9625、留め具9629、操作スイッ
チ9628、を有する。表示部9631には、可撓性を有するパネルを用いることで、よ
り広い表示部を有するタブレット端末とすることができる。図16(A)は、タブレット
型端末9600を開いた状態を示し、図16(B)は、タブレット型端末9600を閉じ
た状態を示している。
Next, FIGS. 16A and 16B show an example of a tablet-type terminal (including a clamshell-type terminal) that can be folded in two. A
また、タブレット型端末9600は、筐体9630a及び筐体9630bの内部に蓄電
体9635を有する。蓄電体9635は、可動部9640を通り、筐体9630aと筐体
9630bに渡って設けられている。
The
表示部9631は、一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キー
にふれることでデータ入力をすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切
り替えボタンが表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部9631
にキーボードボタン表示することができる。
Part of the
On the keyboard buttons can be displayed.
また、表示モード切り替えスイッチ9626は、縦表示又は横表示などの表示の向きを
切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えス
イッチ9625は、タブレット型端末9600に内蔵している光センサで検出される使用
時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末
は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検
出装置を内蔵させてもよい。
A display mode switching switch 9626 can switch the orientation of display such as vertical display or horizontal display, and can select switching between black-and-white display and color display. The power saving mode switching switch 9625 can optimize display luminance according to the amount of external light during use detected by a light sensor incorporated in the
図16(B)は、閉じた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、太陽電池9
633、及び本発明の一態様の蓄電システムを有する。蓄電システムは、制御回路963
4と、蓄電体9635と、を有する。制御回路9634については、先の実施の形態に示
す電池保護回路を用いることができる。
FIG. 16B shows a closed state, and the tablet terminal includes a
633 and a power storage system of one embodiment of the present invention. The power storage system is controlled by the control circuit 963
4 and a
なお、タブレット型端末9600は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630a及
び筐体9630bを重ね合せるように折りたたむことができる。折りたたむことにより、
表示部9631を保護できるため、タブレット型端末9600の耐久性を高めることがで
きる。
Note that since the
Since the
また、この他にも図16(A)及び図16(B)に示したタブレット型端末は、様々な
情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻な
どを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ
入力機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有する
ことができる。
In addition, the tablet terminals shown in FIGS. 16(A) and 16(B) have a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.), a calendar, a date or time, and the like. It can have a function of displaying on the display unit, a touch input function of performing a touch input operation or editing information displayed on the display unit, a function of controlling processing by various software (programs), and the like.
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル
、表示部、又は映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、
筐体9630の片面又は両面に設けることができ、蓄電体9635の充電を効率的に行う
構成とすることができる。
A
It can be provided on one side or both sides of the
なお図16(A)(B)では、2つ折り可能なタブレット型端末に先の実施の形態に示
す電池保護回路を用いた制御回路を適用する構成について説明したが、他の構成でもよい
。例えば、図16(C)に図示するように、クラムシェル型端末であるノート型パーソナ
ルコンピュータへの適用も可能である。図16(C)では、筐体9630aに表示部96
31、筐体9630Bにキーボード部9640を備えたノート型パーソナルコンピュータ
9601を図示している。ノート型パーソナルコンピュータ9601内には、図16(A
)(B)で説明した制御回路9634と、蓄電体9635と、を有する。制御回路963
4については、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
Note that FIGS. 16A and 16B describe the structure in which the control circuit using the battery protection circuit described in the above embodiment is applied to the tablet terminal that can be folded in two, but other structures may be used. For example, as shown in FIG. 16C, application to a notebook personal computer, which is a clamshell terminal, is also possible. In FIG. 16C, the display unit 96 is mounted on the
31, illustrates a notebook
) includes the
4, the battery protection circuit shown in the previous embodiment can be used.
図17に、他の電子機器の例を示す。図17において、表示装置8000は、本発明の
一態様の蓄電システムを実装する電子機器の一例である。具体的に、表示装置8000は
、TV放送受信用の表示装置に相当し、筐体8001、表示部8002、スピーカ部80
03、二次電池8004等を有する。本発明の一態様に係る検出システムは、筐体800
1の内部に設けられている。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受けること
もできるし、二次電池8004に蓄積された電力を用いることもできる。
FIG. 17 shows an example of another electronic device. In FIG. 17, a
03, a
1 is provided inside. The
表示部8002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発
光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Dev
ice)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field
Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
The
ice), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field
A semiconductor display device such as an emission display) can be used.
また、音声入力デバイス8005も二次電池を用いる。音声入力デバイス8005は、
先の実施の形態に示す蓄電システムを有する。音声入力デバイス8005は、無線通信素
子の他、マイクを含むセンサ(光学センサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、照度
センサ、モーションセンサなど)を複数有し、使用者の命令する言葉によって他のデバイ
ス、例えば表示装置8000の電源操作、照明装置8100の光量調節などを行うことが
できる。音声入力デバイス8005は音声で周辺機器の操作が行え、手動リモコンの代わ
りとなる。
A
The power storage system described in any of the above embodiments is provided. The
また、音声入力デバイス8005は、車輪や機械式移動手段を有しており、使用者の発
声が聞こえる方向に移動し、内蔵されているマイクで正確に命令を聞き取るとともに、そ
の内容を表示部8008に表示する、または表示部8008のタッチ入力操作が行える構
成としている。
In addition, the
また、音声入力デバイス8005は、スマートフォンなどの携帯情報端末8009の充
電ドックとしても機能させることができる。携帯情報端末8009と音声入力デバイス8
005は、有線または無線で電力の授受を可能としている。携帯情報端末8009は、室
内においては、特に持ち運ぶ必要がなく、必要な容量を確保しつつ、二次電池に負荷がか
かり劣化することを回避したいため、音声入力デバイス8005によって二次電池の管理
、メンテナンスなどを行えることが望ましい。また、音声入力デバイス8005はスピー
カ8007及びマイクを有しているため、携帯情報端末8009が充電中であってもハン
ズフリーで会話することもできる。また、音声入力デバイス8005の二次電池の容量が
低下すれば、矢印の方向に移動し、外部電源と接続された充電モジュール8010から無
線充電によって充電を行えばよい。
The
005 enables transmission and reception of electric power in a wired or wireless manner. The
また、音声入力デバイス8005を台に載せてもよい。また、音声入力デバイス800
5を車輪や機械式移動手段を設けて所望の位置に移動させてもよく、或いは台や車輪を設
けず、音声入力デバイス8005を所望の位置、例えば床の上などに固定してもよい。
Alternatively, the
5 may be moved to a desired position by providing wheels or mechanical moving means, or the
なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用な
ど、全ての情報表示用表示装置が含まれる。
The display device includes all display devices for information display, such as for TV broadcast reception, personal computer, advertisement display, and the like.
図17において、据え付け型の照明装置8100は、充電を制御するマイクロプロセッ
サ(APSを含む)で制御される二次電池8103を用いた電子機器の一例である。具体
的に、照明装置8100は、筐体8101、光源8102、二次電池8103等を有する
。図17では、二次電池8103が、筐体8101及び光源8102が据え付けられた天
井8104の内部に設けられている場合を例示しているが、二次電池8103は、筐体8
101の内部に設けられていても良い。照明装置8100は、商用電源から電力の供給を
受けることもできるし、二次電池8103に蓄積された電力を用いることもできる。
In FIG. 17, a
It may be provided inside 101 . The
なお、図17では天井8104に設けられた据え付け型の照明装置8100を例示して
いるが、二次電池8103は、天井8104以外、例えば側壁8105、床8106、窓
8107等に設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装
置などに用いることもできる。
Note that FIG. 17 illustrates a
また、光源8102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることがで
きる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発
光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
For the
図17において、室内機8200及び室外機8204を有するエアコンディショナーは
、二次電池8203を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機8200は、筐体
8201、送風口8202、二次電池8203等を有する。図17では、二次電池820
3が、室内機8200に設けられている場合を例示しているが、二次電池8203は室外
機8204に設けられていても良い。或いは、室内機8200と室外機8204の両方に
、二次電池8203が設けられていても良い。エアコンディショナーは、商用電源から電
力の供給を受けることもできるし、二次電池8203に蓄積された電力を用いることもで
きる。
An air conditioner having an
3 is provided in the
図17において、電気冷凍冷蔵庫8300は、二次電池8304を用いた電子機器の一
例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫8300は、筐体8301、冷蔵室用扉8302、
冷凍室用扉8303、二次電池8304等を有する。図17では、二次電池8304が、
筐体8301の内部に設けられている。電気冷凍冷蔵庫8300は、商用電源から電力の
供給を受けることもできるし、二次電池8304に蓄積された電力を用いることもできる
。
In FIG. 17, an electric refrigerator-
It has a
It is provided inside the
また、電子機器が使用されない時間帯、特に、商用電源の供給元が供給可能な総電力量
のうち、実際に使用される電力量の割合(電力使用率と呼ぶ)が低い時間帯において、二
次電池に電力を蓄えておくことで、上記時間帯以外において電力使用率が高まるのを抑え
ることができる。例えば、電気冷凍冷蔵庫8300の場合、気温が低く、冷蔵室用扉83
02、冷凍室用扉8303の開閉が行われない夜間において、二次電池8304に電力を
蓄える。そして、気温が高くなり、冷蔵室用扉8302、冷凍室用扉8303の開閉が行
われる昼間において、二次電池8304を補助電源として用いることで、昼間の電力使用
率を低く抑えることができる。
In addition, during times when electronic equipment is not used, especially during times when the ratio of the amount of power actually used to the total power that can be supplied by commercial power supply sources (called the power usage rate) is low, By storing electric power in the secondary battery, it is possible to suppress an increase in the electric power usage rate during periods other than the above time period. For example, in the case of the electric freezer-
02, power is stored in the
上述の電子機器の他、二次電池はあらゆる電子機器に搭載することができる。本発明の
一態様により、二次電池のサイクル特性が良好となる。そのため、本発明の一態様である
充電を制御するマイクロプロセッサ(APSを含む)を本実施の形態で説明した電子機器
に搭載することで、より長寿命の電子機器とすることができる。本実施の形態は、他の実
施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
In addition to the electronic devices described above, the secondary battery can be mounted in any electronic device. According to one embodiment of the present invention, cycle characteristics of a secondary battery are improved. Therefore, by incorporating a microprocessor (including an APS) that controls charging, which is one embodiment of the present invention, in the electronic device described in this embodiment, the electronic device can have a longer life. This embodiment can be implemented in appropriate combination with other embodiments.
本発明の一態様の蓄電システムを電子機器に実装する例を図18(A)乃至(E)に示
す。本発明の一態様の蓄電システムを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装
置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタ
ルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携
帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機など
の大型ゲーム機などが挙げられる。
FIGS. 18A to 18E show examples in which the power storage system of one embodiment of the present invention is implemented in electronic devices. Examples of electronic devices to which the power storage system of one embodiment of the present invention is applied include television devices (also referred to as television sets or television receivers), computer monitors, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, and mobile phones. Examples include telephones (also called mobile phones and mobile phone devices), portable game machines, personal digital assistants, sound reproducing devices, and large game machines such as pachinko machines.
図18(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体740
1に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、
スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、本
発明の一態様の蓄電システムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池
7407と、先の実施の形態に示す電池保護回路と、を有する。
FIG. 18A shows an example of a mobile phone. A
1, an
A
図18(B)は、携帯電話機7400を湾曲させた状態を示している。携帯電話機74
00を外部の力により変形させて全体を湾曲させると、その内部に設けられている蓄電池
7407も湾曲される場合がある。このような場合には、蓄電池7407として、可撓性
を有する蓄電池を用いることが好ましい。可撓性を有する蓄電池の曲げられた状態を図1
8(C)に示す。蓄電池には制御回路7408が電気的に接続されている。制御回路74
08として、先の実施の形態に示す電池保護回路を用いることができる。
FIG. 18B shows a state in which the
00 is deformed by an external force and bent as a whole, the
8(C). A
As 08, the battery protection circuit shown in the previous embodiment can be used.
また、フレキシブルな形状を備える蓄電池を、家屋やビルの内壁または外壁や、自動車
の内装または外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
It is also possible to incorporate the storage battery having a flexible shape along the inner or outer wall of a house or building, or along the curved surface of the interior or exterior of an automobile.
図18(D)は、バングル型の表示装置の一例を示している。携帯表示装置7100は
、筐体7101、表示部7102、操作ボタン7103、及び本発明の一態様の蓄電シス
テムを有する。本発明の一態様の蓄電システムは例えば、蓄電池7104と、先の実施の
形態に示す電池保護回路と、を有する。
FIG. 18D illustrates an example of a bangle-type display device. A
図18(E)は、腕時計型の携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末7200
は、筐体7201、表示部7202、バンド7203、バックル7204、操作ボタン7
205、入出力端子7206などを備える。
FIG. 18E shows an example of a wristwatch-type portable information terminal.
, a
205, an input/
携帯情報端末7200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、イン
ターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することがで
きる。
Personal
表示部7202はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行う
ことができる。また、表示部7202はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面
に触れることで操作することができる。例えば、表示部7202に表示されたアイコン7
207に触れることで、アプリケーションを起動することができる。
The
An application can be launched by touching 207 .
操作ボタン7205は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オ
フ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を
持たせることができる。例えば、携帯情報端末7200に組み込まれたオペレーティング
システムにより、操作ボタン7205の機能を自由に設定することもできる。
The
また、携帯情報端末7200は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能
である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリー
で通話することもできる。
In addition, the
また、携帯情報端末7200は入出力端子7206を備え、他の情報端末とコネクター
を介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7206を介して充
電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子7206を介さずに無線給電により
行ってもよい。
In addition, the
携帯情報端末7200は、本発明の一態様の蓄電システムを有する。該蓄電システムは
、蓄電池と、先の実施の形態に示す電池保護回路と、を有する。
A
携帯情報端末7200はセンサを有することが好ましい。センサとして例えば、指紋セ
ンサ、脈拍センサ、体温センサ等の人体センサや、タッチセンサ、加圧センサ、加速度セ
ンサ、等が搭載されることが好ましい。
Personal
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(本明細書等の記載に関する付記)
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
(Additional remarks regarding descriptions in this specification, etc.)
Description of the above embodiment and each configuration in the embodiment will be added below.
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の
一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場
合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
The structure described in each embodiment can be combined with any structure described in another embodiment as appropriate to be one embodiment of the present invention. Moreover, when a plurality of configuration examples are shown in one embodiment, the configuration examples can be combined as appropriate.
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の
形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実
施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)に対して、適用、組み合わせ、又は置き換
えなどを行うことが出来る。
In addition, the content (may be part of the content) described in one embodiment may be another content (may be part of the content) described in the embodiment, and/or one or more The contents described in another embodiment (or part of the contents) can be applied, combined, or replaced.
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用い
て述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
The content described in the embodiments means the content described using various drawings or the text described in the specification in each embodiment.
なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分
、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複
数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることによ
り、さらに多くの図を構成させることが出来る。
It should be noted that a drawing (may be a part) described in one embodiment refers to another part of the drawing, another drawing (may be a part) described in the embodiment, and/or one or more By combining the figures (or part of them) described in another embodiment, more figures can be configured.
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立し
たブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎
に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわた
って一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で
説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
Also, in this specification and the like, in block diagrams, constituent elements are classified by function and shown as blocks independent of each other. However, in an actual circuit or the like, it is difficult to separate the constituent elements according to their functions, and there may be cases where one circuit is associated with a plurality of functions or a single function is associated with a plurality of circuits. As such, the blocks in the block diagrams are not limited to the components described in the specification and may be interchanged as appropriate depending on the context.
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示
したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期
すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば
、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信
号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
In the drawings, sizes, layer thicknesses, and regions are shown as arbitrary sizes for convenience of explanation. Therefore, it is not necessarily limited to that scale. Note that the drawings are shown schematically for clarity, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, variations in signal, voltage, or current due to noise, or variations in signal, voltage, or current due to timing shift can be included.
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの
一方」(又は第1電極、又は第1端子)、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレ
インの他方」(又は第2電極、又は第2端子)という表記を用いる。これは、トランジス
タのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである
。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、
ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
In this specification and the like, when describing the connection relationship of a transistor, "one of the source or the drain" (or the first electrode or the first terminal) and the other of the source and the drain are referred to as the "other of the source or the drain" (or The notation “second electrode or second terminal” is used. This is because the source and drain of a transistor change depending on the structure or operating conditions of the transistor. Regarding the names of the source and drain of a transistor, the source (drain) terminal,
Source (drain) electrode or the like can be appropriately rephrased depending on the situation.
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
In addition, the terms “electrode” and “wiring” in this specification and the like do not functionally limit these constituent elements. For example, an "electrode" may be used as part of a "wiring" and vice versa. Furthermore, the terms "electrode" and "wiring" are used to refer to multiple "electrodes" and "
It also includes the case where "wiring" is integrally formed.
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基
準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧(接地
電圧)とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも0V
を意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、
配線等に与える電位を変化させる場合がある。
In this specification and the like, voltage and potential can be interchanged as appropriate. A voltage is a potential difference from a reference potential. For example, if the reference potential is a ground voltage, the voltage can be translated into a potential. Ground potential is not always 0V
does not necessarily mean The potential is relative, and depending on the reference potential,
In some cases, the potential applied to wiring or the like is changed.
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状
況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「
導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」と
いう用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
Note that in this specification and the like, terms such as “film” and “layer” can be interchanged depending on the case or situation. For example, the term "conductive layer" may be defined as "
It may be possible to change the term to "conductive film". Or, for example, it may be possible to change the term "insulating film" to the term "insulating layer".
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オ
フ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、
スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
In this specification and the like, a switch has a function of being in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state) and controlling whether or not current flows. or,
A switch has a function of selecting and switching a path through which a current flows.
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導
体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲートと
が重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距
離をいう。
In this specification and the like, the channel length means, for example, a region in which a semiconductor (or a portion of the semiconductor in which current flows when the transistor is on) overlaps with a gate in a top view of a transistor, or a channel is formed. The distance between the source and the drain in the area where the
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状
態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネ
ルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう
。
In this specification and the like, the channel width refers to, for example, a region where a semiconductor (or a portion of the semiconductor in which current flows when the transistor is on) overlaps with a gate electrode, or a region where a channel is formed. is the length of the part where the drain and the drain face each other.
本明細書等において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されてい
るものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的
に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在する
とき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
In this specification and the like, "A and B are connected" includes not only direct connection between A and B, but also electrical connection. Here, A and B are electrically connected means that when there is an object having some kind of electrical action between A and B, it is possible for A and B to transmit and receive electrical signals. What to say.
100 蓄電装置
110 電池保護回路
111 電圧比較部
112 演算回路
113 コンパレータ
114 記憶回路
114A 記憶回路
114C 記憶回路
115 参照電圧生成回路
116 メモリ制御回路
117 センサ
120 組電池
121 電池セル
130 セルバランス回路部
130A セルバランス回路
131 抵抗素子
132 トランジスタ
133 セルバランス制御回路
140 トランジスタ
150 トランジスタ
100
Claims (3)
トランジスタを有し、前記トランジスタを非導通状態とすることで、参照電圧を保持する機能と、
前記電池セルの端子の電圧と、前記参照電圧とが入力され、比較した結果を出力する機能と、
前記出力に応じて、前記組電池に供給する電圧または電流を制御する機能と、を有する、電池保護回路。 A battery protection circuit for an assembled battery comprising a plurality of battery cells,
a function of holding a reference voltage by having a transistor and turning off the transistor;
a function of inputting the terminal voltage of the battery cell and the reference voltage and outputting a comparison result;
and a function of controlling the voltage or current supplied to the assembled battery according to the output.
前記トランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する、電池保護回路。 In claim 1,
The battery protection circuit, wherein the transistor includes an oxide semiconductor in a channel formation region.
前記組電池と前記電池保護回路とを有する蓄電装置。 In claim 1 or claim 2,
A power storage device including the assembled battery and the battery protection circuit.
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