JPWO2016020802A1 - Semiconductor device, conversion circuit and electronic device - Google Patents

Semiconductor device, conversion circuit and electronic device Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016020802A1
JPWO2016020802A1 JP2016539680A JP2016539680A JPWO2016020802A1 JP WO2016020802 A1 JPWO2016020802 A1 JP WO2016020802A1 JP 2016539680 A JP2016539680 A JP 2016539680A JP 2016539680 A JP2016539680 A JP 2016539680A JP WO2016020802 A1 JPWO2016020802 A1 JP WO2016020802A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
switch
oxide
oxide semiconductor
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2016539680A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
熱海 知昭
知昭 熱海
黒川 義元
義元 黒川
池田 隆之
隆之 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Publication of JPWO2016020802A1 publication Critical patent/JPWO2016020802A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/34Analogue value compared with reference values
    • H03M1/36Analogue value compared with reference values simultaneously only, i.e. parallel type

Abstract

新規な半導体装置、または消費電力の低減が可能な半導体装置、または高速な動作が可能な半導体装置、または面積の縮小が可能な半導体装置を提供することを目的の一とする。第1の蓄電回路と、第2の蓄電回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチと、を有し、第1のスイッチの導通状態は、第1の信号により制御され、第2のスイッチの導通状態は、第2の信号により制御され、第1の蓄電回路から、第1のスイッチを介して第1の電位を出力する機能と、第2の蓄電回路から、第2のスイッチを介して第2の電位を出力する機能と、直列に接続された第1の蓄電回路及び第2の蓄電回路から、第2のスイッチを介して第3の電位が出力される。An object is to provide a novel semiconductor device, a semiconductor device capable of reducing power consumption, a semiconductor device capable of high-speed operation, or a semiconductor device capable of reducing the area. A first power storage circuit, a second power storage circuit, a first switch, and a second switch, wherein a conduction state of the first switch is controlled by the first signal; The conduction state of the switch is controlled by the second signal, the function of outputting the first potential from the first power storage circuit via the first switch, and the second switch from the second power storage circuit. The third potential is output via the second switch from the function of outputting the second potential through the first power storage circuit and the second power storage circuit connected in series.

Description

本発明の一態様は、半導体装置、変換回路及び電子機器に関する。One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a conversion circuit, and an electronic 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一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。または、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.

電子デバイスにおいて信号の変換を行う回路として、デジタル信号をアナログ信号に変換する回路(DA変換回路)や、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路(AD変換回路)が広く用いられている。また、DA変換回路としてはバイナリ型やデコーダ型などが知られている。As a circuit that converts a signal in an electronic device, a circuit that converts a digital signal into an analog signal (DA conversion circuit) and a circuit that converts an analog signal into a digital signal (AD conversion circuit) are widely used. Further, binary type and decoder type are known as DA conversion circuits.

DA変換回路やAD変換回路を用いて信号の変換を行う際、参照電位の生成が必要となる。例えば、バイナリ型やデコーダ型のDA変換回路においては、抵抗素子を用いて参照電位を生成する手法が用いられている。特許文献1には、直列に接続された複数の抵抗素子を用いて、基準電圧の生成を行うDA変換回路が記載されている。When signal conversion is performed using a DA conversion circuit or an AD conversion circuit, it is necessary to generate a reference potential. For example, in a binary type or decoder type DA converter circuit, a method of generating a reference potential using a resistance element is used. Patent Document 1 describes a DA conversion circuit that generates a reference voltage using a plurality of resistance elements connected in series.

特開2009−288526号公報JP 2009-288526 A

抵抗素子を用いて参照電位の生成を行う場合、抵抗素子には常に電流が流れるため、変換回路における消費電力が増大してしまう。また、バイナリ型のDA変換回路などにおいて、容量を用いて参照電位の生成を行う場合、容量の充電を行うために所定の時間が必要となり、変換回路の動作速度が低下してしまう。When a reference potential is generated using a resistance element, current always flows through the resistance element, so that power consumption in the conversion circuit increases. In addition, when a reference potential is generated using a capacitor in a binary DA converter circuit or the like, a predetermined time is required to charge the capacitor, and the operation speed of the converter circuit is reduced.

上記の技術背景の下、本発明の一態様は、新規な半導体装置または変換回路の提供を課題の一つとする。または、本発明の一態様は、消費電力の低減が可能な半導体装置または変換回路の提供を課題の一つとする。または、本発明の一態様は、高速な動作が可能な半導体装置または変換回路の提供を課題の一つとする。または、本発明の一態様は、面積の縮小が可能な半導体装置または変換回路の提供を課題の一つとする。In view of the above technical background, an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or a conversion circuit. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or a conversion circuit that can reduce power consumption. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or a conversion circuit that can operate at high speed. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device or a conversion circuit whose area can be reduced.

なお、本発明の一態様は、必ずしも上記の課題の全てを解決する必要はなく、少なくとも一の課題を解決できるものであればよい。また、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of the problems described above, and may be one that can solve at least one problem. Further, the description of the above problem does not disturb the existence of other problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract other issues from the description of the specification, drawings, claims, etc. .

本発明の一態様にかかる半導体装置は、第1の蓄電回路と、第2の蓄電回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチと、を有し、第1のスイッチの導通状態は、第1の信号により制御され、第2のスイッチの導通状態は、第2の信号により制御され、第1の蓄電回路から、第1のスイッチを介して第1の電位を出力する機能と、第2の蓄電回路から、第2のスイッチを介して第2の電位を出力する機能と、直列に接続された第1の蓄電回路及び第2の蓄電回路から、第2のスイッチを介して第3の電位を出力する機能を有する。A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first power storage circuit, a second power storage circuit, a first switch, and a second switch, and the conduction state of the first switch is: The conduction state of the second switch controlled by the first signal is controlled by the second signal, and outputs a first potential from the first power storage circuit via the first switch; The function of outputting the second potential from the second power storage circuit via the second switch, and the third power from the first power storage circuit and the second power storage circuit connected in series via the second switch. It has a function of outputting the potential.

さらに、本発明の一態様にかかる半導体装置において、第1の蓄電回路又は第2の蓄電回路は、複数のバッテリーを有し、複数のバッテリーは、直列に接続されていてもよい。Furthermore, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the first power storage circuit or the second power storage circuit may include a plurality of batteries, and the plurality of batteries may be connected in series.

さらに、本発明の一態様にかかる半導体装置において、第1の蓄電回路又は第2の蓄電回路は、複数のバッテリーと、第3のスイッチと、を有し、第3のスイッチは、複数のバッテリーの間に接続され、複数のバッテリーは、第3のスイッチを介して直列に接続され、第3のスイッチは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタであってもよい。Furthermore, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the first power storage circuit or the second power storage circuit includes a plurality of batteries and a third switch, and the third switch includes a plurality of batteries. The plurality of batteries are connected in series via a third switch, and the third switch may be a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region.

さらに、本発明の一態様にかかる半導体装置において、複数のバッテリーは、トランジスタの上方に設けられていてもよい。Further, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the plurality of batteries may be provided above the transistor.

さらに、本発明の一態様にかかる半導体装置において、複数のバッテリーの充電は、複数のバッテリーを並列に接続した後、複数のバッテリーの第1の電極に第4の電位を、複数のバッテリーの第2の電極に第5の電位を、それぞれ供給することにより行ってもよい。Furthermore, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the charging of the plurality of batteries is performed by connecting the plurality of batteries in parallel, then applying the fourth potential to the first electrodes of the plurality of batteries, and Alternatively, the fifth potential may be supplied to each of the two electrodes.

また、本発明の一態様にかかる変換回路は、上記半導体装置を有していてもよい。A conversion circuit according to one embodiment of the present invention may include the above semiconductor device.

また、本発明の一態様にかかる電子機器は、上記半導体装置又は上記変換回路と、表示装置、スピーカー、又はマイクロフォンホンと、を有していてもよい。Further, an electronic device according to one embodiment of the present invention may include the semiconductor device or the conversion circuit, and a display device, a speaker, or a microphone.

本発明の一態様により、新規な半導体装置または変換回路を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力の低減が可能な半導体装置または変換回路を提供することができる。または、本発明の一態様により、高速な動作が可能な半導体装置または変換回路を提供することができる。または、本発明の一態様により、面積の縮小が可能な半導体装置または変換回路を提供することができる。According to one embodiment of the present invention, a novel semiconductor device or a conversion circuit can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or a conversion circuit capable of reducing power consumption can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or a conversion circuit capable of high-speed operation can be provided. Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or a conversion circuit whose area can be reduced can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する回路図。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of a structure of a semiconductor device. AD変換回路の構成の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a structure of an AD conversion circuit. 位相同期回路の構成の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a configuration of a phase synchronization circuit. 記憶装置の構成の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a structure of a storage device. 列選択ドライバの構成の一例を説明する図。The figure explaining an example of a structure of a column selection driver. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. 半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device. バッテリーの構成の一例を説明する図。The figure explaining an example of a structure of a battery. バッテリーの構成の一例を説明する図。The figure explaining an example of a structure of a battery. バッテリーの構成の一例を説明する図。The figure explaining an example of a structure of a battery. バッテリーの構成の一例を説明する図。The figure explaining an example of a structure of a battery. トランジスタの構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a transistor. トランジスタの構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a transistor. トランジスタの構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a transistor. 電子機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electronic device. 電子機器を説明する図。10A and 10B each illustrate an electronic device.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態における説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、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 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the description in the following embodiments, and those skilled in the art can easily understand that the forms and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the following embodiments.

また、本発明の一態様は、変換回路の他、RF(Radio Frequency)タグ、表示装置、撮像装置、集積回路を含むあらゆる装置が、その範疇に含まれる。また、表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)など、集積回路を有する表示装置が、その範疇に含まれる。One embodiment of the present invention includes, in addition to the conversion circuit, any device including an RF (Radio Frequency) tag, a display device, an imaging device, and an integrated circuit. In addition, the display device includes a liquid crystal display device, a light-emitting device including a light-emitting element typified by an organic light-emitting element in each pixel, electronic paper, DMD (Digital Micromirror Device), PDP (Plasma Display Panel), FED (Field Emission). Display) including an integrated circuit such as Display) is included in the category.

なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いることがある。Note that in describing the structure of the invention with reference to the drawings, the same reference numerals may be used in common in different drawings.

また、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。そのため、例えば、能動素子(トランジスタなど)、配線、受動素子(容量素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、「Aは、B、C、D、E、または、Fを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Aは、BとEとを有する」、「Aは、EとFとを有する」、「Aは、CとEとFとを有する」、または、「Aは、BとCとDとEとを有する」などの発明の一態様を構成することは可能である。Further, in this specification and the like, a part of the drawings or texts described in one embodiment can be extracted to constitute one embodiment of the invention. Therefore, when a figure or a sentence describing a certain part is described, the content of the extracted part of the figure or the sentence is also disclosed as one aspect of the invention and may constitute one aspect of the invention. It shall be possible. And it can be said that one aspect of the invention is clear. Therefore, for example, drawings or texts in which one or more active elements (transistors, etc.), wiring, passive elements (capacitance elements, etc.), conductive layers, insulating layers, semiconductor layers, components, devices, operating methods, manufacturing methods, etc. are described. In the above, it is possible to take out a part thereof to constitute one embodiment of the invention. For example, from a circuit diagram having N (N is an integer) circuit elements (transistors, capacitors, etc.), M (M is an integer, M <N) circuit elements (transistors, capacitors) Etc.) can be extracted to constitute one embodiment of the invention. As another example, some elements are arbitrarily extracted from a sentence that states that “A has B, C, D, E, or F”, and “A is B and E. , “A has E and F”, “A has C, E and F”, or “A has B, C, D and E” It is possible to constitute one aspect.

また、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。Further, in this specification and the like, when at least one specific example is described in a diagram or text described in one embodiment, it is easy for those skilled in the art to derive a superordinate concept of the specific example. To be understood. Therefore, in the case where at least one specific example is described in a drawing or text described in one embodiment, the superordinate concept of the specific example is also disclosed as one aspect of the invention. Aspects can be configured. One embodiment of the invention is clear.

また、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容(図の中の一部でもよい)は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は明確であると言える。Further, in this specification and the like, at least the contents described in the drawings (may be part of the drawings) are disclosed as one embodiment of the invention and can constitute one embodiment of the invention. It is. Therefore, if a certain content is described in the figure, even if it is not described using sentences, the content is disclosed as one aspect of the invention and may constitute one aspect of the invention. Is possible. Similarly, a drawing obtained by extracting a part of the drawing is also disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention. And it can be said that one aspect of the invention is clear.

また、明細書の中の文章や図面において規定されていない内容について、その内容を除くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内に入らないことを規定することができる。In addition, it is possible to constitute one aspect of the invention that stipulates that the contents not specified in the text and drawings in the specification are excluded. Or, when a numerical value range indicated by an upper limit value and a lower limit value is described for a certain value, the range is unified by arbitrarily narrowing the range or by removing one point in the range. One aspect of the invention excluding a part can be defined. Thus, for example, it can be defined that the prior art does not fall within the technical scope of one embodiment of the present invention.

また、本明細書等においては、能動素子(トランジスタなど)、受動素子(容量素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなくても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先の候補が複数存在する場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。したがって、能動素子(トランジスタなど)、受動素子(容量素子など)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。Further, in this specification and the like, those skilled in the art will understand that the present invention can be applied to any terminal of an active element (such as a transistor) and passive element (such as a capacitor) without specifying the connection destination. It may be possible to configure aspects. That is, it can be said that one aspect of the invention is clear without specifying the connection destination. And, when the content specifying the connection destination is described in this specification etc., it is possible to determine that one aspect of the invention that does not specify the connection destination is described in this specification etc. There is. In particular, when there are a plurality of terminal connection destination candidates, it is not necessary to limit the terminal connection destination to a specific location. Therefore, it may be possible to configure one embodiment of the invention by specifying the connection destination of only some terminals of an active element (such as a transistor) and a passive element (such as a capacitor).

また、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定された発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。したがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。Further, in this specification and the like, it may be possible for those skilled in the art to specify the invention when at least the connection destination of a circuit is specified. Alternatively, it may be possible for those skilled in the art to specify the invention when at least the function of a circuit is specified. That is, if the function is specified, it can be said that one aspect of the invention is clear. Then, it may be possible to determine that one embodiment of the invention whose function is specified is described in this specification and the like. Therefore, if a connection destination is specified for a certain circuit without specifying a function, the circuit is disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention. Alternatively, if a function is specified for a certain circuit without specifying a connection destination, the circuit is disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention.

また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。In addition, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, X and Y are electrically connected, and X and Y function. And the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and anything other than the connection relation shown in the figure or text is also described in the figure or text.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。Here, X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であり、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに、XとYとが、接続されている場合である。As an example of the case where X and Y are directly connected, an element that enables electrical connection between X and Y (for example, a switch, a transistor, a capacitor, an inductor, a resistor, a diode, a display, etc.) Element, light emitting element, load, etc.) are not connected between X and Y, and elements (for example, switches, transistors, capacitive elements, inductors) that enable electrical connection between X and Y X and Y are not connected via a resistor element, a diode, a display element, a light emitting element, a load, or the like.

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、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している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合を含むものとする。As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables electrical connection between X and Y is shown. More than one element, light emitting element, load, etc.) can be connected between X and Y. Note that the switch has a function of controlling on / off. That is, the switch is in a conductive state (on state) or a non-conductive state (off state), and has a function of controlling whether or not to pass a current. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching a path through which a current flows. Note that the case where X and Y are electrically connected includes the case where X and Y are directly connected.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとYとが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit (for example, a logic circuit (an inverter, a NAND circuit, a NOR circuit, etc.) that enables a functional connection between X and Y, signal conversion, etc. Circuit (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching Circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc.) One or more can be connected between them. As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, X and Y are functionally connected. To do. Note that the case where X and Y are functionally connected includes the case where X and Y are directly connected and the case where X and Y are electrically connected.

なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。In addition, when it is explicitly described that X and Y are electrically connected, a case where X and Y are electrically connected (that is, there is a separate connection between X and Y). And X and Y are functionally connected (that is, they are functionally connected with another circuit between X and Y). And the case where X and Y are directly connected (that is, the case where another element or another circuit is not connected between X and Y). It shall be disclosed in the document. In other words, when it is explicitly described that it is electrically connected, the same contents as when it is explicitly described only that it is connected are disclosed in this specification and the like. It is assumed that

なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。Note that for example, the source (or the first terminal) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Z2. Through (or without), Y is electrically connected, or the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z1, and another part of Z1 Is directly connected to X, and the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. Then, it can be expressed as follows.

例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。For example, “X and Y, and the source (or the first terminal or the like) and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor are electrically connected to each other. The drain of the transistor (or the second terminal, etc.) and the Y are electrically connected in this order. ” Or “the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X, the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y, and X or the source ( Or the first terminal or the like, the drain of the transistor (or the second terminal, or the like) and Y are electrically connected in this order. Or “X is electrically connected to Y through the source (or the first terminal) and the drain (or the second terminal) of the transistor, and X is the source of the transistor (or the first terminal). Terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are provided in this connection order. By using the same expression method as in these examples and defining the order of connection in the circuit configuration, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are separated. Apart from that, the technical scope can be determined.

または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前記第3の接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の電気的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)からトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)への電気的パスであり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の電気的パスは、前記第4の電気的パスを有しておらず、前記第4の電気的パスは、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)からトランジスタのソース(又は第1の端子など)への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。Alternatively, as another expression method, for example, “a source (or a first terminal or the like of a transistor) is electrically connected to X through at least a first connection path, and the first connection path is The second connection path does not have a second connection path, and the second connection path includes a transistor source (or first terminal or the like) and a transistor drain (or second terminal or the like) through the transistor. The first connection path is a path through Z1, and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to Y through at least the third connection path. The third connection path is connected and does not have the second connection path, and the third connection path is a path through Z2. " Or, “the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X via Z1 by at least a first connection path, and the first connection path is a second connection path. The second connection path has a connection path through the transistor, and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor is at least connected to Z2 by the third connection path. , Y, and the third connection path does not have the second connection path. Or “the source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X through Z1 by at least a first electrical path, and the first electrical path is a second electrical path Does not have an electrical path, and the second electrical path is an electrical path from the source (or first terminal or the like) of the transistor to the drain (or second terminal or the like) of the transistor; The drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y through Z2 by at least a third electrical path, and the third electrical path is connected to the fourth electrical path. There is no path, and the fourth electrical path is an electrical path from the drain (or second terminal or the like) of the transistor to the source (or first terminal or the like) of the transistor. Can be expressed. Using the same expression method as those examples, by defining the connection path in the circuit configuration, the source (or the first terminal or the like) of the transistor and the drain (or the second terminal or the like) are distinguished. The technical scope can be determined.

なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。In addition, these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods. Here, it is assumed that X, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).

なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。In addition, even when the components shown in the circuit diagram are electrically connected to each other, even when one component has the functions of a plurality of components. There is also. For example, in the case where a part of the wiring also functions as an electrode, one conductive film has both the functions of the constituent elements of the wiring function and the electrode function. Therefore, the term “electrically connected” in this specification includes in its category such a case where one conductive film has functions of a plurality of components.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の構成例について説明する。具体的には、複数のバッテリーによって構成され、DA変換回路として用いることが可能な半導体装置の構成例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described. Specifically, a configuration example of a semiconductor device including a plurality of batteries and usable as a DA conversion circuit will be described.

図1に、本発明の一態様に係る半導体装置10の構成例を示す。半導体装置10は、複数の蓄電回路20、複数のスイッチSを有する。なお、図1では、半導体装置10が3個の蓄電回路20(蓄電回路20_1乃至20_3)と3個のスイッチS(スイッチS1乃至S3)を有する構成を示すが、蓄電回路20とスイッチSの個数はこれに限られず、任意の個数(n個(nは自然数))とすることができる。FIG. 1 illustrates a configuration example of a semiconductor device 10 according to one embodiment of the present invention. The semiconductor device 10 includes a plurality of power storage circuits 20 and a plurality of switches S. Note that FIG. 1 illustrates a configuration in which the semiconductor device 10 includes three power storage circuits 20 (power storage circuits 20_1 to 20_3) and three switches S (switches S1 to S3). Is not limited to this, and can be an arbitrary number (n (n is a natural number)).

蓄電回路20は、電荷を蓄積する機能を有する回路である。蓄電回路20はバッテリー21を有する。バッテリー21は、充電を行うことにより連続使用時間を回復することが可能な二次バッテリーである。バッテリー21には、無線充電を行うための回路や、バッテリー21に入力される電圧または電流を常に一定に保つためのレギュレータなどが接続されていてもよい。また、蓄電回路20は、バッテリー21の他、スイッチや容量素子など他の素子を有していてもよい。なお、各蓄電回路20が有する複数のバッテリー21は、同一工程で作製することができる。The power storage circuit 20 is a circuit having a function of accumulating charges. The power storage circuit 20 has a battery 21. The battery 21 is a secondary battery that can recover the continuous use time by charging. The battery 21 may be connected to a circuit for performing wireless charging, a regulator for always keeping a voltage or current input to the battery 21 constant, and the like. In addition to the battery 21, the power storage circuit 20 may include other elements such as a switch and a capacitor. Note that the plurality of batteries 21 included in each power storage circuit 20 can be manufactured in the same process.

蓄電回路20に設けられるバッテリー21の個数は自由に設定することができる。また、バッテリー21の個数は、各蓄電回路20で異なっていてもよい。ここでは一例として、蓄電回路20_1に1個のバッテリー21が設けられ、蓄電回路20_2に2個のバッテリー21が設けられ、蓄電回路20_3に4個のバッテリー21が設けられた構成を示す。The number of batteries 21 provided in the power storage circuit 20 can be freely set. Further, the number of the batteries 21 may be different in each power storage circuit 20. Here, as an example, a structure is shown in which one battery 21 is provided in the power storage circuit 20_1, two batteries 21 are provided in the power storage circuit 20_2, and four batteries 21 are provided in the power storage circuit 20_3.

複数のバッテリー21が設けられた蓄電回路20においては、各バッテリー21は直列に接続されている。図1では、蓄電回路20_2が有する2個のバッテリー21、蓄電回路20_3が有する4個のバッテリー21が、それぞれ直列に接続されている。そのため、蓄電回路20_2の両端子間の電圧V2は、蓄電回路20_1の両端子間の電圧V1の2倍となり、蓄電回路20_3の両端子間の電圧V3はV1の4倍となる。よって、蓄電回路20_1乃至20_3は、バッテリー21の個数に応じて、それぞれ異なる電位を出力する機能を有する。In the power storage circuit 20 provided with a plurality of batteries 21, the batteries 21 are connected in series. In FIG. 1, two batteries 21 included in the power storage circuit 20_2 and four batteries 21 included in the power storage circuit 20_3 are connected in series. Therefore, the voltage V2 between both terminals of the power storage circuit 20_2 is twice the voltage V1 between both terminals of the power storage circuit 20_1, and the voltage V3 between both terminals of the power storage circuit 20_3 is four times V1. Therefore, the power storage circuits 20_1 to 20_3 each have a function of outputting different potentials depending on the number of the batteries 21.

スイッチS1の第1の端子は電源線と接続され、第2の端子は蓄電回路20_1の第1の端子と接続され、第3の端子はスイッチS2の第1の端子及び蓄電回路20_2の第2の端子と接続されている。スイッチS2の第1の端子はスイッチS1の第3の端子と接続され、第2の端子は蓄電回路20_2の第1の端子と接続され、第3の端子はスイッチS3の第1の端子及び蓄電回路20_3の第2の端子と接続されている。スイッチS3の第1の端子はスイッチS2の第3の端子と接続され、第2の端子は蓄電回路20_3の第1の端子と接続され、第3の端子は端子OUTと接続されている。また、蓄電回路20_1の第2の端子は電源線と接続されている。なお、電源線は、所定の電位を伝える機能を有する配線であり、高電位電源線でも低電位電源線でもよい。ここでは、電源線として低電位電源線である接地線を用いている。The first terminal of the switch S1 is connected to the power supply line, the second terminal is connected to the first terminal of the power storage circuit 20_1, and the third terminal is the first terminal of the switch S2 and the second terminal of the power storage circuit 20_2. Is connected to the terminal. The first terminal of the switch S2 is connected to the third terminal of the switch S1, the second terminal is connected to the first terminal of the power storage circuit 20_2, and the third terminal is connected to the first terminal and the power storage of the switch S3. The second terminal of the circuit 20_3 is connected. The first terminal of the switch S3 is connected to the third terminal of the switch S2, the second terminal is connected to the first terminal of the power storage circuit 20_3, and the third terminal is connected to the terminal OUT. The second terminal of the power storage circuit 20_1 is connected to the power supply line. Note that the power supply line is a wiring having a function of transmitting a predetermined potential, and may be a high potential power supply line or a low potential power supply line. Here, a ground line which is a low potential power line is used as the power line.

なお、蓄電回路20及びスイッチSを4個以上設ける場合には、4個目以降の蓄電回路20及びスイッチSを、スイッチS3と端子OUTとの間に上記と同様の接続関係で設置すればよい。When four or more power storage circuits 20 and switches S are provided, the fourth and subsequent power storage circuits 20 and switches S may be installed between the switch S3 and the terminal OUT in the same connection relationship as described above. .

スイッチS1は、蓄電回路20_1と蓄電回路20_2との導通/非導通を制御する機能を有し、スイッチS2は、蓄電回路20_2と蓄電回路20_3との導通/非導通を制御する機能を有し、スイッチS3は、蓄電回路20_3と端子OUTとの導通/非導通を制御する機能を有する。スイッチS1乃至S3の導通状態は、外部から入力されるデジタル信号Vdata(Vdata1乃至Vdata3)によって制御される。The switch S1 has a function of controlling conduction / non-conduction between the storage circuit 20_1 and the storage circuit 20_2, and the switch S2 has a function of controlling conduction / non-conduction between the storage circuit 20_2 and the storage circuit 20_3. The switch S3 has a function of controlling conduction / non-conduction between the power storage circuit 20_3 and the terminal OUT. The conduction states of the switches S1 to S3 are controlled by a digital signal Vdata (Vdata1 to Vdata3) input from the outside.

図2に、半導体装置10の動作の例を示す。ここでは、半導体装置10に3ビットのデジタル信号(Vdata1乃至Vdata3)が入力される例について説明する。この場合、スイッチS1の導通状態はVdata1によって制御され、スイッチS2の導通状態はVdata2によって制御され、スイッチS3の導通状態はVdata3によって制御される。FIG. 2 shows an example of the operation of the semiconductor device 10. Here, an example in which a 3-bit digital signal (Vdata1 to Vdata3) is input to the semiconductor device 10 will be described. In this case, the conduction state of the switch S1 is controlled by Vdata1, the conduction state of the switch S2 is controlled by Vdata2, and the conduction state of the switch S3 is controlled by Vdata3.

まず、図2(A)に、3ビットのデジタル信号”000”(Vdata1=Vdata2=Vdata3=”0”)が入力された場合の構成を示す。スイッチS1に”0”(ローレベルの信号)が入力されると、スイッチS1は蓄電回路20_1の第1の端子と蓄電回路20_2の第2の端子が非導通状態となるように動作し、電源線とスイッチS2の第1の端子とが導通状態となる。また、スイッチS2に”0”(ローレベルの信号)が入力されると、スイッチS2は蓄電回路20_2の第1の端子と蓄電回路20_3の第2の端子が非導通状態となるように動作し、スイッチS2の第1の端子とスイッチS3の第1の端子とが導通状態となる。また、スイッチS3に”0”(ローレベルの信号)が入力されると、スイッチS3は蓄電回路20_3の第1の端子と端子OUTが非導通状態となるように動作し、スイッチS3の第1の端子と端子OUTとが導通状態となる。よって、端子OUTには、出力電位Vout=0(接地線の電位)が出力される。このように、スイッチSに入力されるデータが”0”であるときは、蓄電回路20から端子OUTへの電位の供給が行われない。First, FIG. 2A shows a configuration when a 3-bit digital signal “000” (Vdata1 = Vdata2 = Vdata3 = “0”) is input. When “0” (low level signal) is input to the switch S1, the switch S1 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_1 and the second terminal of the power storage circuit 20_2 are in a non-conductive state. The line and the first terminal of the switch S2 become conductive. Further, when “0” (low level signal) is input to the switch S2, the switch S2 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_2 and the second terminal of the power storage circuit 20_3 are in a non-conduction state. The first terminal of the switch S2 and the first terminal of the switch S3 become conductive. In addition, when “0” (a low-level signal) is input to the switch S3, the switch S3 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_3 and the terminal OUT are in a non-conductive state, and the first switch S3 The terminal and the terminal OUT become conductive. Therefore, the output potential Vout = 0 (the potential of the ground line) is output to the terminal OUT. As described above, when the data input to the switch S is “0”, the potential is not supplied from the power storage circuit 20 to the terminal OUT.

次に、図2(B)に、3ビットのデジタル信号”111”(Vdata1=Vdata2=Vdata3=”1”)が入力された場合の構成を示す。スイッチS1に”1”(ハイレベルの信号)が入力されると、スイッチS1は蓄電回路20_1の第1の端子と蓄電回路20_2の第2の端子が導通状態となるように動作し、蓄電回路20_1と蓄電回路20_2とが直列に接続される。また、スイッチS2に”1”(ハイレベルの信号)が入力されると、スイッチS2は蓄電回路20_2の第1の端子と蓄電回路20_3の第2の端子が導通状態となるように動作し、蓄電回路20_2と蓄電回路20_3とが直列に接続される。また、スイッチS3に”1”(ハイレベルの信号)が入力されると、スイッチS3は蓄電回路20_3の第1の端子と端子OUTが導通状態となるように動作する。従って、端子OUTには、出力電位Vout=V1+V2+V3が出力される。このように、スイッチSに入力されるデータが”1”であるときは、蓄電回路20から端子OUTへの電位の供給が行われる。Next, FIG. 2B shows a configuration when a 3-bit digital signal “111” (Vdata1 = Vdata2 = Vdata3 = “1”) is input. When “1” (a high-level signal) is input to the switch S1, the switch S1 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_1 and the second terminal of the power storage circuit 20_2 are in a conductive state. 20_1 and power storage circuit 20_2 are connected in series. Further, when “1” (a high level signal) is input to the switch S2, the switch S2 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_2 and the second terminal of the power storage circuit 20_3 are in a conductive state. The power storage circuit 20_2 and the power storage circuit 20_3 are connected in series. Further, when “1” (a high-level signal) is input to the switch S3, the switch S3 operates so that the first terminal of the power storage circuit 20_3 and the terminal OUT are brought into conduction. Therefore, the output potential Vout = V1 + V2 + V3 is output to the terminal OUT. As described above, when the data input to the switch S is “1”, the potential is supplied from the power storage circuit 20 to the terminal OUT.

また、Vdataが”000”及び”111”以外の場合にも、端子OUTにはVdataに対応した出力電位Voutが出力される。例えば、Vdataとして”010”が入力された場合は、Vout=V2となる。また、Vdataとして”101”が入力された場合は、蓄電回路20_1と蓄電回路20_3が直列に接続され、Vout=V1+V3となる。このように、図2に示す半導体装置10は、スイッチS1乃至S3に入力されるVdata1乃至Vdata3に応じて、8値の電位を端子OUTに出力することができる。すなわち、3ビットのデジタル信号をアナログ信号に変換することができる。従って、半導体装置10はDA変換回路として用いることができる。Further, even when Vdata is other than “000” and “111”, the output potential Vout corresponding to Vdata is output to the terminal OUT. For example, when “010” is input as Vdata, Vout = V2. When “101” is input as Vdata, the power storage circuit 20_1 and the power storage circuit 20_3 are connected in series, and Vout = V1 + V3. As described above, the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 2 can output eight potentials to the terminal OUT in accordance with Vdata1 to Vdata3 input to the switches S1 to S3. That is, a 3-bit digital signal can be converted into an analog signal. Therefore, the semiconductor device 10 can be used as a DA conversion circuit.

なお、図2においては3ビットのデジタル信号が入力される例を示したが、4ビット以上のデジタル信号が入力される構成とすることもできる。例えば、nビットのデジタル信号をアナログ信号に変換する場合は、n個の蓄電回路20(蓄電回路20_1乃至20_n)及びn個のスイッチS(S1乃至Sn)を設け、蓄電回路20_k(kは1≦k≦nを満たす自然数)には直列に接続された2k−1個のバッテリー21を設ければよい。Note that although an example in which a 3-bit digital signal is input is shown in FIG. 2, a configuration in which a 4-bit or more digital signal is input may be employed. For example, in the case of converting an n-bit digital signal to an analog signal, n power storage circuits 20 (power storage circuits 20_1 to 20_n) and n switches S (S1 to Sn) are provided, and the power storage circuit 20_k (k is 1). (Natural number satisfying ≦ k ≦ n) may be provided with 2 k−1 batteries 21 connected in series.

以上のように、本発明の一態様においては、蓄電回路20に含まれるバッテリー21の個数に応じて、異なる複数の電位を生成することができる。また、外部から入力されるデジタル信号に基づいて蓄電回路20の直列接続を制御し、デジタル信号をアナログ信号に変換することができる。As described above, in one embodiment of the present invention, a plurality of different potentials can be generated depending on the number of the batteries 21 included in the power storage circuit 20. In addition, the series connection of the storage circuits 20 can be controlled based on a digital signal input from the outside, and the digital signal can be converted into an analog signal.

次に、本発明の一態様に係る半導体装置のより具体的な構成例について説明する。図3(A)に、半導体装置10の構成例である半導体装置11の構成を示す。なお、以下に説明する以外の構成については、図1における半導体装置10と同様である。また、ここでは図1と同様に3個の蓄電回路20と3個のスイッチSが設けられた構成例を示すが、蓄電回路20及びスイッチSの個数はこれに限定されない。Next, a more specific structural example of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is described. FIG. 3A illustrates a configuration of a semiconductor device 11 which is a configuration example of the semiconductor device 10. The configurations other than those described below are the same as those of the semiconductor device 10 in FIG. In addition, here, a configuration example in which three power storage circuits 20 and three switches S are provided as in FIG. 1 is shown, but the number of power storage circuits 20 and switches S is not limited to this.

蓄電回路20_1は、バッテリー21、スイッチ51を有する。スイッチ51の第1の端子はバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。The power storage circuit 20_1 includes a battery 21 and a switch 51. The first terminal of the switch 51 is connected to the first electrode of the battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line).

蓄電回路20_2は、第1及び第2のバッテリー21、スイッチ31、スイッチ32、スイッチ41、スイッチ42、第1及び第2のスイッチ51を有する。スイッチ31の第1の端子は第1のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチS1の第3の端子と接続されている。スイッチ32の第1の端子は第2のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチ42の第1の端子と接続されている。スイッチ41の第1の端子はスイッチS1の第2の端子と接続され、第2の端子は第1のバッテリー21の第2の電極と接続されている。スイッチ42の第1の端子はスイッチ41の第2の端子と接続され、第2の端子は第2のバッテリー21の第2の電極及びスイッチS2の第2の端子と接続されている。第1のスイッチ51の第1の端子は第1のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。第2のスイッチ51の第1の端子は第2のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。The power storage circuit 20_2 includes the first and second batteries 21, the switch 31, the switch 32, the switch 41, the switch 42, and the first and second switches 51. The first terminal of the switch 31 is connected to the first electrode of the first battery 21, and the second terminal is connected to the third terminal of the switch S1. The first terminal of the switch 32 is connected to the first electrode of the second battery 21, and the second terminal is connected to the first terminal of the switch 42. The first terminal of the switch 41 is connected to the second terminal of the switch S 1, and the second terminal is connected to the second electrode of the first battery 21. The first terminal of the switch 42 is connected to the second terminal of the switch 41, and the second terminal is connected to the second electrode of the second battery 21 and the second terminal of the switch S2. The first terminal of the first switch 51 is connected to the first electrode of the first battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line). The first terminal of the second switch 51 is connected to the first electrode of the second battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line).

蓄電回路20_3は、第1乃至第4のバッテリー21、スイッチ33乃至36、スイッチ43乃至46、第1乃至第4のスイッチ51を有する。スイッチ33の第1の端子は第1のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチS2の第3の端子と接続されている。スイッチ34の第1の端子は第2のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチ44の第1の端子と接続されている。スイッチ35の第1の端子は第3のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチ45の第1の端子と接続されている。スイッチ36の第1の端子は第4のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子はスイッチ46の第1の端子と接続されている。スイッチ43の第1の端子はスイッチS2の第2の端子と接続され、第2の端子は第1のバッテリー21の第2の電極と接続されている。スイッチ44の第1の端子はスイッチ43の第2の端子と接続され、第2の端子は第2のバッテリー21の第2の電極と接続されている。スイッチ45の第1の端子はスイッチ44の第2の端子と接続され、第2の端子は第3のバッテリー21の第2の電極と接続されている。スイッチ46の第1の端子はスイッチ45の第2の端子と接続され、第2の端子は第4のバッテリー21の第2の電極及びスイッチS3の第2の端子と接続されている。第1のスイッチ51の第1の端子は第1のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。第2のスイッチ51の第1の端子は第2のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。第3のスイッチ51の第1の端子は第3のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。第4のスイッチ51の第1の端子は第4のバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。The power storage circuit 20_3 includes first to fourth batteries 21, switches 33 to 36, switches 43 to 46, and first to fourth switches 51. The first terminal of the switch 33 is connected to the first electrode of the first battery 21, and the second terminal is connected to the third terminal of the switch S2. The first terminal of the switch 34 is connected to the first electrode of the second battery 21, and the second terminal is connected to the first terminal of the switch 44. The first terminal of the switch 35 is connected to the first electrode of the third battery 21, and the second terminal is connected to the first terminal of the switch 45. The first terminal of the switch 36 is connected to the first electrode of the fourth battery 21, and the second terminal is connected to the first terminal of the switch 46. The first terminal of the switch 43 is connected to the second terminal of the switch S <b> 2, and the second terminal is connected to the second electrode of the first battery 21. The first terminal of the switch 44 is connected to the second terminal of the switch 43, and the second terminal is connected to the second electrode of the second battery 21. The first terminal of the switch 45 is connected to the second terminal of the switch 44, and the second terminal is connected to the second electrode of the third battery 21. The first terminal of the switch 46 is connected to the second terminal of the switch 45, and the second terminal is connected to the second electrode of the fourth battery 21 and the second terminal of the switch S3. The first terminal of the first switch 51 is connected to the first electrode of the first battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line). The first terminal of the second switch 51 is connected to the first electrode of the second battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line). The first terminal of the third switch 51 is connected to the first electrode of the third battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line). The first terminal of the fourth switch 51 is connected to the first electrode of the fourth battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line).

スイッチ31、32の導通状態はVdata2によって制御され、スイッチ33乃至36の導通状態はVdata3によって制御される。スイッチ31、32が導通状態のとき、蓄電回路20_2において2個のバッテリー21が直列に接続され、スイッチ33乃至36が導通状態のとき、蓄電回路20_3において4個のバッテリー21が直列に接続される。The conduction states of the switches 31 and 32 are controlled by Vdata2, and the conduction states of the switches 33 to 36 are controlled by Vdata3. When the switches 31 and 32 are conductive, the two batteries 21 are connected in series in the power storage circuit 20_2, and when the switches 33 to 36 are conductive, the four batteries 21 are connected in series in the power storage circuit 20_3. .

スイッチ41乃至46、51の導通状態は、端子CCに供給される電位Vccによって制御される。スイッチ41乃至46が導通状態となると、端子Cに供給された電位Vcがバッテリー21の第2の電極に供給される。また、スイッチ51が導通状態となると、スイッチ51と接続された電源線の電位がバッテリー21の第1の電極に供給される。そのため、バッテリー21の第1の電極と第2の電極の間には所定の電圧が印加され、バッテリー21が充電される。The conduction states of the switches 41 to 46 and 51 are controlled by the potential Vcc supplied to the terminal CC. When the switches 41 to 46 are turned on, the potential Vc supplied to the terminal C is supplied to the second electrode of the battery 21. When the switch 51 is turned on, the potential of the power line connected to the switch 51 is supplied to the first electrode of the battery 21. Therefore, a predetermined voltage is applied between the first electrode and the second electrode of the battery 21, and the battery 21 is charged.

スイッチ31乃至36、41乃至46、51は、トランジスタなどを用いて構成することができる。スイッチ31乃至36、41乃至46、51として用いることができるトランジスタの材料や構造は特に限定されないが、特に、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタともいう)を用いることが好ましい。The switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 can be configured using transistors or the like. There is no particular limitation on the material or structure of the transistor that can be used as the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51; in particular, a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region (hereinafter also referred to as an OS transistor) is used. preferable.

酸化物半導体はシリコンなどの他の半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度が低いため、OSトランジスタのオフ電流は極めて小さい。従って、OSトランジスタを用いることにより、長期間にわたって電荷を保持することが可能な半導体装置を構成することができる。Since an oxide semiconductor has a wider band gap and lower intrinsic carrier density than other semiconductors such as silicon, the off-state current of an OS transistor is extremely small. Therefore, by using an OS transistor, a semiconductor device that can hold charge for a long time can be formed.

なお、本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタが非導通状態(オフ、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。非導通状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。Note that in this specification, unless otherwise specified, off-state current refers to drain current when a transistor is in a non-conduction state (also referred to as an off state or a cut-off state). Unless otherwise specified, the non-conducting state is a state where the voltage Vgs between the gate and the source is lower than the threshold voltage Vth in the n-channel transistor, and the voltage between the gate and the source in the p-channel transistor. A state in which Vgs is higher than the threshold voltage Vth. For example, the off-state current of an n-channel transistor sometimes refers to a drain current when the voltage Vgs between the gate and the source is lower than the threshold voltage Vth.

トランジスタのオフ電流は、Vgsに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、トランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のVgsにおけるオフ状態、所定の範囲内のVgsにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるVgsにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。The off-state current of the transistor may depend on Vgs. Therefore, the off-state current of the transistor being I or less sometimes means that there exists a value of Vgs at which the off-state current of the transistor is I or less. The off-state current of a transistor may refer to an off-state current in an off state at a predetermined Vgs, an off state in a Vgs within a predetermined range, or an off state in Vgs at which a sufficiently reduced off current is obtained.

一例として、しきい値電圧Vthが0.5Vであり、Vgsが0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−9Aであり、Vgsが0.1Vにおけるドレイン電流が1×10−13Aであり、Vgsが−0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19Aであり、Vgsが−0.8Vにおけるドレイン電流が1×10−22Aであるようなnチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Vgsが−0.5Vにおいて、または、Vgsが−0.5V乃至−0.8Vの範囲において、1×10−19A以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は1×10−19A以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が1×10−22A以下となるVgsが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は1×10−22A以下である、と言う場合がある。As an example, when the threshold voltage Vth is 0.5 V, the drain current when Vgs is 0.5 V is 1 × 10 −9 A, and the drain current when Vgs is 0.1 V is 1 × 10 −13 A. Assume that the n-channel transistor has a drain current of 1 × 10 −19 A when Vgs is −0.5 V and a drain current of 1 × 10 −22 A when Vgs is −0.8 V. Since the drain current of the transistor is 1 × 10 −19 A or less when Vgs is −0.5 V or Vgs is in the range of −0.5 V to −0.8 V, the off-state current of the transistor is 1 It may be said that it is below x10 <-19> A. Since there is Vgs at which the drain current of the transistor is 1 × 10 −22 A or less, the off-state current of the transistor may be 1 × 10 −22 A or less.

本明細書では、チャネル幅Wを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Wあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元を持つ単位(例えば、A/μm)で表される場合がある。In this specification, the off-state current of a transistor having the channel width W may be represented by a current value flowing around the channel width W. In some cases, the current value flows around a predetermined channel width (for example, 1 μm). In the latter case, the unit of off-current may be represented by a unit having a dimension of current / length (for example, A / μm).

トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、または125℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。The off-state current of a transistor may depend on temperature. In this specification, off-state current may represent off-state current at room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., or 125 ° C. unless otherwise specified. Alternatively, at a temperature at which reliability of the semiconductor device or the like including the transistor is guaranteed, or a temperature at which the semiconductor device or the like including the transistor is used (for example, any one of 5 ° C. to 35 ° C.). May represent off-state current. The off-state current of a transistor is I or less means that room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., 125 ° C., a temperature at which the reliability of the semiconductor device including the transistor is guaranteed, or the transistor is included. There may be a case where there is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor is equal to or lower than I at a temperature at which the semiconductor device or the like is used (for example, any one temperature of 5 ° C. to 35 ° C.).

トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Vdsに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V,2.5V,3V、3.3V、10V、12V、16V、または20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V,2.5V,3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVds、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。The off-state current of the transistor may depend on the voltage Vds between the drain and the source. In this specification, the off-state current is Vds of 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V unless otherwise specified. Or an off-current at 20V. Alternatively, Vds in which reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is guaranteed, or an off-current in Vds used in the semiconductor device or the like including the transistor may be represented. The off-state current of the transistor is equal to or less than I. Vds is 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 20V There is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor is less than or equal to Vds at which Vds guarantees the reliability of the semiconductor device including the transistor or Vds used in the semiconductor device or the like including the transistor. May be pointed to.

上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。In the description of the off-state current, the drain may be read as the source. That is, the off-state current sometimes refers to a current that flows through the source when the transistor is off.

本明細書では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。In this specification, the term “leakage current” may be used to mean the same as off-state current.

本明細書において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。In this specification, off-state current may refer to current that flows between a source and a drain when a transistor is off, for example.

図3(B)に、スイッチ31、41、51として、それぞれトランジスタ31a、41a、51aを用いた構成を示す。図中「OS」の記号が付されたトランジスタは、OSトランジスタであることを示す。なお、ここではスイッチ31、41、51の全てをOSトランジスタとした構成を示すが、スイッチ31、41、51のうちいずれか1つ、又はいずれか2つのトランジスタのみをOSトランジスタとしてもよい。また、図3(A)に示すスイッチ32乃至36、42乃至46も、同様にOSトランジスタによって構成することができる。また、スイッチS1乃至S3も、同様にOSトランジスタによって構成することができる。FIG. 3B illustrates a structure in which transistors 31a, 41a, and 51a are used as the switches 31, 41, and 51, respectively. In the figure, a transistor with the symbol “OS” indicates an OS transistor. Note that, here, a configuration in which all of the switches 31, 41, and 51 are OS transistors is shown, but any one or only two of the switches 31, 41, and 51 may be OS transistors. Similarly, the switches 32 to 36 and 42 to 46 illustrated in FIG. 3A can also be formed using OS transistors. Similarly, the switches S1 to S3 can be configured by OS transistors.

トランジスタ31aのソースまたはドレインの一方はバッテリー21の第1の電極と接続され、トランジスタ41aのソースまたはドレインの一方はバッテリー21の第2の電極と接続され、トランジスタ51aのソースまたはドレインの一方はバッテリー21の第1の電極と接続されている。そして、トランジスタ31aのゲートにはVdataが入力され、トランジスタ41aのゲート及びトランジスタ51aのゲートには端子CCから供給される電位Vccが入力される。One of the source and the drain of the transistor 31a is connected to the first electrode of the battery 21, one of the source and the drain of the transistor 41a is connected to the second electrode of the battery 21, and one of the source and the drain of the transistor 51a is the battery. 21 is connected to the first electrode. Vdata is input to the gate of the transistor 31a, and the potential Vcc supplied from the terminal CC is input to the gate of the transistor 41a and the gate of the transistor 51a.

ここで、OSトランジスタのオフ電流は極めて小さいため、トランジスタ31a、トランジスタ41a又はトランジスタ51aをOSトランジスタによって構成することにより、トランジスタ31a、トランジスタ41a、トランジスタ51aが非導通状態である期間において、バッテリー21の第1の電極又は第2の電極に蓄積された電荷のリークを極めて小さく抑えることができる。Here, since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the transistor 31a, the transistor 41a, or the transistor 51a is formed of the OS transistor, so that the battery 21 can Leakage of charges accumulated in the first electrode or the second electrode can be suppressed extremely small.

また、スイッチ31乃至36、41乃至46、51の全てをOSトランジスタとすると、半導体装置10に含まれるスイッチを同一工程で作製することができるため、工程の削減を図ることができる。Further, when all of the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 are OS transistors, the switches included in the semiconductor device 10 can be manufactured in the same process, so that the number of processes can be reduced.

なお、スイッチ31乃至36、41乃至46、51として用いるトランジスタは、OSトランジスタに限定されない。例えば、チャネル形成領域が単結晶半導体を有する基板の一部に形成されるトランジスタとすることできる。単結晶半導体を有する基板としては、単結晶シリコン基板や単結晶ゲルマニウム基板などを用いることができる。チャネル形成領域に単結晶半導体を有するトランジスタは電流供給能力が高いため、このようなトランジスタを用いてスイッチ31乃至36、41乃至46、51を構成することにより、半導体装置10の動作速度を向上させることができる。Note that transistors used as the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 are not limited to OS transistors. For example, a transistor in which a channel formation region is formed in part of a substrate including a single crystal semiconductor can be used. As the substrate having a single crystal semiconductor, a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or the like can be used. Since a transistor including a single crystal semiconductor in a channel formation region has high current supply capability, the operation speed of the semiconductor device 10 is improved by forming the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 using such a transistor. be able to.

また、スイッチ31乃至36、41乃至46、51として用いるトランジスタは、半導体膜にチャネル形成領域が形成される、OSトランジスタ以外のトランジスタにより構成することもできる。例えば、チャネル形成領域に非単結晶半導体を有するトランジスタによって構成することができる。非単結晶半導体としては、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどの非単結晶シリコンや、非晶質ゲルマニウム、微結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウムなどの非単結晶ゲルマニウムなどを用いることができる。The transistors used as the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 can also be formed using transistors other than OS transistors in which a channel formation region is formed in a semiconductor film. For example, a transistor including a non-single-crystal semiconductor in a channel formation region can be used. As the non-single-crystal semiconductor, non-single-crystal silicon such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, or polycrystalline silicon, or non-single-crystal germanium such as amorphous germanium, microcrystalline germanium, or polycrystalline germanium may be used. it can.

また、図3(C)に、スイッチS1の構成例を示す。スイッチS1は、トランジスタ52、トランジスタ53を有する。ここでは、トランジスタ52をpチャネル型トランジスタ、トランジスタ53をnチャネル型トランジスタとしている。FIG. 3C shows a configuration example of the switch S1. The switch S1 includes a transistor 52 and a transistor 53. Here, the transistor 52 is a p-channel transistor and the transistor 53 is an n-channel transistor.

トランジスタ52のゲート及びトランジスタ53のゲートには、Vdataが入力される。Vdataとして”0”(ローレベル)が入力されると、トランジスタ52が導通状態となり、電源線とスイッチ31が導通状態となる。一方、Vdataとして”1”(ハイレベル)が入力されると、トランジスタ53が導通状態となり、バッテリー21とスイッチ31が導通状態となる。Vdata is input to the gate of the transistor 52 and the gate of the transistor 53. When “0” (low level) is input as Vdata, the transistor 52 is turned on, and the power supply line and the switch 31 are turned on. On the other hand, when “1” (high level) is input as Vdata, the transistor 53 is turned on, and the battery 21 and the switch 31 are turned on.

トランジスタ52、トランジスタ53としては、スイッチ31乃至36、41乃至46、51と同様のトランジスタを用いることができる。また、ここではスイッチS1がpチャネル型トランジスタとnチャネル型トランジスタを有する構成を示したが、スイッチS1が有するトランジスタが全て同一の極性を有する構成とすることもできる。As the transistors 52 and 53, transistors similar to the switches 31 to 36, 41 to 46, and 51 can be used. Although the switch S1 includes a p-channel transistor and an n-channel transistor here, all the transistors included in the switch S1 may have the same polarity.

なお、図3(C)に示す構成は、スイッチS2、S3にも用いることができる。Note that the structure illustrated in FIG. 3C can also be used for the switches S2 and S3.

次に、半導体装置11の動作の一例を図4に示す。図4(A)は、デジタル信号”000”が入力された際の構成であり、図4(B)は、デジタル信号”111”が入力された際の構成であり、図4(C)は、バッテリー21の充電を行う際の構成である。Next, an example of the operation of the semiconductor device 11 is shown in FIG. 4A shows a configuration when a digital signal “000” is input, FIG. 4B shows a configuration when a digital signal “111” is input, and FIG. In this configuration, the battery 21 is charged.

図4(A)において、端子CCから供給される電位Vccにより、スイッチ41乃至46、51は非導通状態となる。ここで、Vdata1乃至Vdata3として”0”(ローレベルの信号)が入力されると、スイッチS1乃至S3の第1の端子と第3の端子が導通状態となる。これにより、端子OUTとスイッチS1の第1の端子と接続された電源線とが導通状態となり、端子OUTにはデジタル信号”000”に対応するアナログ信号Vout=0Vが出力される。なお、スイッチ31、32は、Vdata2により非導通状態に制御され、スイッチ33乃至36は、Vdata3により非導通状態に制御される。In FIG. 4A, the switches 41 to 46 and 51 are turned off by the potential Vcc supplied from the terminal CC. Here, when “0” (low level signal) is input as Vdata1 to Vdata3, the first terminal and the third terminal of the switches S1 to S3 are brought into conduction. As a result, the terminal OUT and the power supply line connected to the first terminal of the switch S1 become conductive, and the analog signal Vout = 0V corresponding to the digital signal “000” is output to the terminal OUT. The switches 31 and 32 are controlled to be non-conductive by Vdata2, and the switches 33 to 36 are controlled to be non-conductive by Vdata3.

一方、図4(B)に示すように、Vdata1乃至Vdata3として”1”(ハイレベルの信号)が入力されると、スイッチS1乃至S3の第3の端子と第2の端子が導通状態となる。これにより、蓄電回路20_1乃至20_3が直列に接続された状態となる。また、スイッチ31、32は、Vdata2により導通状態に制御され、スイッチ33乃至36は、Vdata3により導通状態に制御される。これにより、蓄電回路20_1乃至20_3が有するバッテリー21が直列に接続された状態となる。従って、端子OUTには、デジタル信号”111”に対応するアナログ信号Vout=V1+V2+V3が出力される。On the other hand, as shown in FIG. 4B, when “1” (high-level signal) is input as Vdata1 to Vdata3, the third terminals and the second terminals of the switches S1 to S3 become conductive. . Accordingly, the storage circuits 20_1 to 20_3 are connected in series. The switches 31 and 32 are controlled to be in a conductive state by Vdata2, and the switches 33 to 36 are controlled to be in a conductive state by Vdata3. Accordingly, the batteries 21 included in the power storage circuits 20_1 to 20_3 are connected in series. Therefore, the analog signal Vout = V1 + V2 + V3 corresponding to the digital signal “111” is output to the terminal OUT.

また、Vdataが”000”及び”111”以外の場合にも、端子OUTにはVdataに対応した出力電位Voutが出力される。例えば、Vdataとして”010”が入力された場合は、蓄電回路20_2が有するバッテリー21が直列に接続され、Vout=V2となる。また、Vdataとして”101”が入力された場合は、蓄電回路20_1と蓄電回路20_3が直列に接続されるとともに、蓄電回路20_1が有するバッテリー21と蓄電回路20_3が有するバッテリー21が直列に接続され、Vout=V1+V3となる。従って、半導体装置11を用いることにより、3ビットのデジタル信号をアナログ信号に変換することができる。Further, even when Vdata is other than “000” and “111”, the output potential Vout corresponding to Vdata is output to the terminal OUT. For example, when “010” is input as Vdata, the battery 21 included in the power storage circuit 20_2 is connected in series and Vout = V2. When “101” is input as Vdata, the power storage circuit 20_1 and the power storage circuit 20_3 are connected in series, and the battery 21 included in the power storage circuit 20_1 and the battery 21 included in the power storage circuit 20_3 are connected in series. Vout = V1 + V3. Therefore, by using the semiconductor device 11, a 3-bit digital signal can be converted into an analog signal.

また、バッテリー21の充電を行う際は、図4(C)に示すように、端子CCから電位Vccが供給され、スイッチ41乃至46、51が導通状態となる。これにより、バッテリー21の第1の電極は電源線(接地線)と接続され、第2の電極は端子Cと接続される。すなわち、蓄電回路20_1乃至20_3が有するバッテリー21が並列に接続される。そして、端子Cからハイレベルの電位Vcを供給することにより、バッテリー21の第1の電極と第2の電極の間に電圧を印加し、バッテリー21の充電を行うことができる。このように、全てのバッテリー21を並列に接続し、一括で充電を行うことにより、バッテリー21の高速な充電が可能となる。従って、半導体装置11の動作速度を向上させることができる。Further, when the battery 21 is charged, as shown in FIG. 4C, the potential Vcc is supplied from the terminal CC, and the switches 41 to 46 and 51 are turned on. Thereby, the first electrode of the battery 21 is connected to the power supply line (ground line), and the second electrode is connected to the terminal C. That is, the batteries 21 included in the power storage circuits 20_1 to 20_3 are connected in parallel. Then, by supplying a high-level potential Vc from the terminal C, a voltage can be applied between the first electrode and the second electrode of the battery 21 to charge the battery 21. In this way, by connecting all the batteries 21 in parallel and charging them in a batch, the batteries 21 can be charged at high speed. Therefore, the operation speed of the semiconductor device 11 can be improved.

なお、バッテリー21の充電時、スイッチS1乃至S3は、第1の端子と第3の端子が導通状態となっていることが好ましい。これにより、端子OUTと電源線が導通状態となり、端子OUTと接続された配線の電位が固定される。従って、端子OUTと接続された配線の電位の変動による、他の素子や配線への影響を抑制することができる。Note that when the battery 21 is charged, it is preferable that the switches S1 to S3 have the first terminal and the third terminal in a conductive state. Accordingly, the terminal OUT and the power supply line are brought into conduction, and the potential of the wiring connected to the terminal OUT is fixed. Therefore, the influence on the other elements and the wiring due to the fluctuation of the potential of the wiring connected to the terminal OUT can be suppressed.

以上のように、本発明の一態様においては、直列に接続されたバッテリーを用いて複数の電位を生成することができる。そのため、所定の電位を生成する際、抵抗素子を用いた場合のように不要な電流が流れることを防止でき、消費電力を低減することができる。また、バッテリーに接続されたスイッチとしてOSトランジスタを用いることにより、バッテリーに蓄積された電荷のリークを極めて小さく抑えることができ、消費電力をさらに低減することができる。As described above, in one embodiment of the present invention, a plurality of potentials can be generated using batteries connected in series. Therefore, when a predetermined potential is generated, unnecessary current can be prevented from flowing as in the case of using a resistance element, and power consumption can be reduced. In addition, by using an OS transistor as a switch connected to the battery, leakage of charges accumulated in the battery can be suppressed to be extremely small, and power consumption can be further reduced.

また、本発明の一態様においては、バッテリーを並列に接続することにより、複数のバッテリーの充電を一括で行うことができる。従って、バッテリーを充電するための期間を短縮することができ、半導体装置の動作速度を向上させることができる。In one embodiment of the present invention, a plurality of batteries can be charged at once by connecting the batteries in parallel. Accordingly, the period for charging the battery can be shortened, and the operation speed of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。よって、本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できる。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。また、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できる。これは、以下の実施の形態においても同様である。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments. Therefore, the contents described in this embodiment (may be a part of contents) may be different from the contents described in the embodiment (may be a part of contents) and / or one or more other contents. Application, combination, replacement, or the like can be performed on the contents described in the embodiment (may be part of the contents). Note that the contents described in the embodiments are the contents described using various drawings or the contents described in the specification in each embodiment. In addition, a drawing (or a part) described in one embodiment may include another part of the drawing, another drawing (may be a part) described in the embodiment, and / or one or more. More diagrams can be formed by combining the diagrams (may be a part) described in another embodiment. The same applies to the following embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の別の構成例について説明する。具体的には、複数のバッテリーによって構成され、AD変換回路として用いることが可能な半導体装置の構成例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, another example of the structure of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described. Specifically, a configuration example of a semiconductor device that includes a plurality of batteries and can be used as an AD conversion circuit will be described.

図5に、本発明の一態様にかかる半導体装置60の構成例を示す。FIG. 5 illustrates a configuration example of the semiconductor device 60 according to one embodiment of the present invention.

半導体装置60は、複数のバッテリー21、複数のコンパレータ101、エンコーダ102を有する。なお、ここではバッテリー21及びコンパレータ101がそれぞれ7個設けられた構成を示すが、バッテリー21及びコンパレータ101の個数はこれに限定されない。The semiconductor device 60 includes a plurality of batteries 21, a plurality of comparators 101, and an encoder 102. Note that, here, a configuration in which seven batteries 21 and seven comparators 101 are provided is shown, but the number of the batteries 21 and the comparators 101 is not limited thereto.

複数のバッテリー21は直列に接続されており、バッテリー21と接続されたノードN1乃至N7の電位はバッテリー21の容量に応じて決定される。なお、端子Cにはハイレベルの電位Vcが供給され、ノードN1乃至N7の電位は端子Cに近いほど高電位となる。そして、ノードN1乃至N7の電位がそれぞれ参照電位Vref1乃至Vref7として、コンパレータ101に出力される。このように、直列に接続されたバッテリー21を用いて複数の参照電位を生成することができる。この場合、抵抗素子を用いて参照電位を生成する場合に生じ得る不要な電流の発生を防止することができる。従って、半導体装置60の消費電力を削減することができる。The plurality of batteries 21 are connected in series, and the potentials of the nodes N1 to N7 connected to the battery 21 are determined according to the capacity of the battery 21. Note that a high-level potential Vc is supplied to the terminal C, and the potentials of the nodes N1 to N7 become higher as they are closer to the terminal C. Then, the potentials of the nodes N1 to N7 are output to the comparator 101 as reference potentials Vref1 to Vref7, respectively. Thus, a plurality of reference potentials can be generated using the battery 21 connected in series. In this case, it is possible to prevent generation of unnecessary current that may occur when a reference potential is generated using a resistance element. Therefore, the power consumption of the semiconductor device 60 can be reduced.

コンパレータ101は、アナログ信号であるVaと、参照電位Vref1乃至Vref7との大小を比較し、Vaの大きさを判定する機能を有する。具体的には、複数のコンパレータ101には、それぞれVaと参照電位Vref1乃至Vref7のいずれか一が入力され、Vaと参照電位の大小を比較する。そして、その比較結果に対応するハイレベル又はローレベルの信号が、コンパレータ101から出力される。このように、Vaと全ての参照電位Vref1乃至Vref7との大小を比較することにより、Vaの電位を判定する。なお、ここでは7種類の参照電位Vref1乃至Vref7と大小を比較するため、8値のVaを判定することができる。The comparator 101 has a function of comparing the magnitude of Va, which is an analog signal, with the reference potentials Vref1 to Vref7 and determining the magnitude of Va. Specifically, Va and any one of the reference potentials Vref1 to Vref7 are input to the plurality of comparators 101, and Va and the reference potential are compared in magnitude. A high level or low level signal corresponding to the comparison result is output from the comparator 101. In this way, the potential of Va is determined by comparing the magnitudes of Va and all the reference potentials Vref1 to Vref7. Here, since seven types of reference potentials Vref1 to Vref7 are compared in magnitude, 8-value Va can be determined.

エンコーダ102は、複数のコンパレータ101から出力される信号をもとに複数ビットのデジタル信号を生成し、端子OUTに出力する機能を有する回路である。具体的には、複数のコンパレータ101それぞれから出力されるハイレベル又はローレベルの信号をもとに符号化を行い、デジタル信号を生成する機能を有する。半導体装置60はエンコーダ102を備えることで、アナログ信号であるVaをデジタル値のデータに変換することができる。従って、半導体装置60をAD変換回路として用いることができる。The encoder 102 is a circuit having a function of generating a multi-bit digital signal based on signals output from the plurality of comparators 101 and outputting the digital signal to a terminal OUT. Specifically, it has a function of generating a digital signal by performing encoding based on a high level or low level signal output from each of the plurality of comparators 101. Since the semiconductor device 60 includes the encoder 102, the analog signal Va can be converted into digital value data. Therefore, the semiconductor device 60 can be used as an AD conversion circuit.

次に、半導体装置60の具体的な構成例について説明する。図6に、半導体装置60の構成例である半導体装置61の構成を示す。なお、以下に説明する以外の構成については、図5における半導体装置60と同様である。また、ここではバッテリー21及びコンパレータ101がそれぞれ7個設けられた構成を示すが、バッテリー21及びコンパレータ101の個数はこれに限定されない。Next, a specific configuration example of the semiconductor device 60 will be described. FIG. 6 illustrates a configuration of a semiconductor device 61 that is a configuration example of the semiconductor device 60. The configurations other than those described below are the same as those of the semiconductor device 60 in FIG. In addition, here, a configuration in which seven batteries 21 and seven comparators 101 are provided is shown, but the number of the batteries 21 and comparators 101 is not limited to this.

半導体装置61は、複数のバッテリー21、複数のスイッチ71、複数のスイッチ72、複数のスイッチ73を有する。The semiconductor device 61 includes a plurality of batteries 21, a plurality of switches 71, a plurality of switches 72, and a plurality of switches 73.

スイッチ71は、隣接する2つのバッテリー21の間に設けられている。すなわち、スイッチ71の第1の端子は、隣接するバッテリー21の一方の第1の電極と接続され、第2の端子は、隣接するバッテリー21の他方の第2の電極と接続されている。スイッチ71は、隣接するバッテリー21の導通状態を制御する機能を有する。The switch 71 is provided between two adjacent batteries 21. That is, the first terminal of the switch 71 is connected to one first electrode of the adjacent battery 21, and the second terminal is connected to the other second electrode of the adjacent battery 21. The switch 71 has a function of controlling the conduction state of the adjacent batteries 21.

スイッチ72の第1の端子はバッテリー21の第2の電極と接続され、第2の端子は端子Cと接続されている。スイッチ72は、端子Cの電位Vcをバッテリー21の第2の電極に供給するか否かを制御する機能を有する。The first terminal of the switch 72 is connected to the second electrode of the battery 21, and the second terminal is connected to the terminal C. The switch 72 has a function of controlling whether or not the potential Vc of the terminal C is supplied to the second electrode of the battery 21.

スイッチ73の第1の端子はバッテリー21の第1の電極と接続され、第2の端子は電源線(ここでは接地線とする)と接続されている。スイッチ73は、電源線の電位をバッテリー21の第1の電極に供給するか否かを制御する機能を有する。The first terminal of the switch 73 is connected to the first electrode of the battery 21, and the second terminal is connected to a power supply line (here, a ground line). The switch 73 has a function of controlling whether or not the potential of the power supply line is supplied to the first electrode of the battery 21.

なお、スイッチ71乃至73は、実施の形態1で説明した各種トランジスタなどを用いて構成することができる。ここで、バッテリー21と接続されたスイッチ71乃至73のうち少なくとも一のスイッチは、OSトランジスタによって構成することが好ましい。OSトランジスタを用いることにより、バッテリーに蓄積された電荷のリークを極めて小さく抑えることができる。Note that the switches 71 to 73 can be formed using the various transistors described in Embodiment 1. Here, it is preferable that at least one of the switches 71 to 73 connected to the battery 21 is formed of an OS transistor. By using the OS transistor, the leakage of the charge accumulated in the battery can be suppressed extremely small.

スイッチ71乃至73をトランジスタによって構成する場合は、スイッチ71乃至73の第1の端子をトランジスタのソースまたはドレインの一方とし、第2の端子をトランジスタのソースまたはドレインの他方とすればよい。また、トランジスタのゲートには端子CCから供給される電位Vccが入力される構成とし、電位Vccによってトランジスタの導通状態が制御される構成とすればよい。In the case where the switches 71 to 73 are formed using transistors, the first terminals of the switches 71 to 73 may be one of the source and the drain of the transistor, and the second terminal may be the other of the source and the drain of the transistor. In addition, a potential Vcc supplied from the terminal CC may be input to the gate of the transistor, and a conduction state of the transistor may be controlled by the potential Vcc.

なお、半導体装置61の動作において、スイッチ71の導通状態とスイッチ72、73の導通状態が異なる場合がある。そのため、スイッチ71乃至73を極性が同一のトランジスタによって構成する場合、スイッチ71に対応するトランジスタのゲートには、スイッチ72、73に対応するトランジスタのゲートに入力される信号の反転信号が入力される構成とすることが好ましい。例えば、スイッチ71に対応するトランジスタのゲート、又は、スイッチ72、73に対応するトランジスタのゲートの一方には、端子CCから供給される電位Vccがインバータを介して供給される構成とすることが好ましい。この場合、当該インバータを、スイッチ71乃至73を構成するトランジスタと同様の材料を用いたトランジスタによって形成することにより、スイッチ71乃至73とインバータを同一工程で作製することができる。In the operation of the semiconductor device 61, the conduction state of the switch 71 may be different from the conduction state of the switches 72 and 73. Therefore, when the switches 71 to 73 are configured by transistors having the same polarity, an inverted signal of the signal input to the gates of the transistors corresponding to the switches 72 and 73 is input to the gate of the transistor corresponding to the switch 71. A configuration is preferable. For example, it is preferable that the potential Vcc supplied from the terminal CC is supplied to one of the gate of the transistor corresponding to the switch 71 or the gate of the transistor corresponding to the switches 72 and 73 via an inverter. . In this case, the switches 71 to 73 and the inverter can be manufactured in the same process by forming the inverter with a transistor using a material similar to that of the transistors included in the switches 71 to 73.

コンパレータ101およびエンコーダ102の構成及び機能は図5におけるエンコーダ102と同様であるため、説明は省略する。The configurations and functions of the comparator 101 and the encoder 102 are the same as those of the encoder 102 in FIG.

ラッチ回路103は、エンコーダ102から入力されたデジタル信号を一時的に記憶する機能を有する。ラッチ回路103は、外部から入力されたラッチ信号LATに従って、記憶したデータをバッファ104に出力する機能を有するフリップフロップなどによって構成することができる。半導体装置61はラッチ回路103を有することにより、任意のタイミングでデータの出力を行うことができる。なお、ラッチ回路103は省略することもできる。The latch circuit 103 has a function of temporarily storing the digital signal input from the encoder 102. The latch circuit 103 can be configured by a flip-flop having a function of outputting stored data to the buffer 104 in accordance with a latch signal LAT input from the outside. Since the semiconductor device 61 includes the latch circuit 103, data can be output at an arbitrary timing. Note that the latch circuit 103 can be omitted.

バッファ104は、ラッチ回路103より出力されたデータを増幅して、端子OUTに出力信号Voutとして出力する機能を有する。バッファ104は、インバータを偶数段設けた回路などによって構成することができる。半導体装置61は、バッファ104を備えることで、ノイズが低減されたデジタル信号を出力することができる。なお、バッファ104は省略することもできる。The buffer 104 has a function of amplifying the data output from the latch circuit 103 and outputting the data to the terminal OUT as the output signal Vout. The buffer 104 can be configured by a circuit having an even number of inverters. By providing the buffer 104, the semiconductor device 61 can output a digital signal with reduced noise. Note that the buffer 104 can be omitted.

このように、半導体装置61は、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。従って、半導体装置61はAD変換回路として用いることができる。As described above, the semiconductor device 61 has a function of converting an analog signal into a digital signal. Therefore, the semiconductor device 61 can be used as an AD conversion circuit.

次に、半導体装置61の動作の例について説明する。Next, an example of the operation of the semiconductor device 61 will be described.

まず、アナログ信号からデジタル信号への変換を行う場合は、端子CCに供給される電位Vccを制御することにより、スイッチ71を導通状態とし、スイッチ72及びスイッチ73を非導通状態とする。これにより、バッテリー21が直列に接続され、ノードN1乃至N7の電位が所定の電位に設定される。そして、ノードN1乃至N7の電位がそれぞれ参照電位Vref1乃至Vref7となり、コンパレータ101に出力される。このように、参照電位をバッテリー21によって生成することにより、抵抗素子を用いて参照電位を生成する場合に生じ得る不要な電流の発生を防止することができる。そして、アナログ信号として入力されたVaと参照電位Vref1乃至Vref7の大小を比較することによりVaの電位を判別した後、エンコーダ102によってVaをデジタル信号に変換する。First, when conversion from an analog signal to a digital signal is performed, the switch 71 is turned on and the switch 72 and the switch 73 are turned off by controlling the potential Vcc supplied to the terminal CC. Thereby, the battery 21 is connected in series, and the potentials of the nodes N1 to N7 are set to a predetermined potential. Then, the potentials of the nodes N1 to N7 become reference potentials Vref1 to Vref7, respectively, and are output to the comparator 101. In this way, by generating the reference potential by the battery 21, it is possible to prevent generation of unnecessary current that may occur when the reference potential is generated using the resistance element. Then, Va is determined by comparing the Va inputted as an analog signal and the reference potentials Vref1 to Vref7, and the encoder 102 converts Va into a digital signal.

一方、バッテリー21の充電を行う場合は、端子CCに供給される電位Vccを制御することにより、スイッチ71を非導通状態とし、スイッチ72及びスイッチ73を導通状態とする。これにより、バッテリー21が並列に接続される。そして、バッテリー21の第1の電極には電源線の電位が供給され、第2の電極には端子Cに供給される電位Vcが供給され、全てのバッテリー21の充電が行われる。このように、全てのバッテリー21を並列に接続し、一括で充電を行うことにより、バッテリー21の高速な充電が可能となる。On the other hand, when charging the battery 21, by controlling the potential Vcc supplied to the terminal CC, the switch 71 is turned off, and the switch 72 and the switch 73 are turned on. Thereby, the battery 21 is connected in parallel. Then, the potential of the power supply line is supplied to the first electrode of the battery 21, and the potential Vc supplied to the terminal C is supplied to the second electrode, so that all the batteries 21 are charged. In this way, by connecting all the batteries 21 in parallel and charging them in a batch, the batteries 21 can be charged at high speed.

以上の通り、本発明の一態様においては、直列に接続されたバッテリーを用いて複数の電位を生成することができる。そのため、所定の電位を生成する際、抵抗素子を用いた場合のように不要な電流が流れることを防止でき、消費電力を低減することができる。また、バッテリーに接続されたスイッチとしてOSトランジスタを用いることにより、バッテリーに蓄積された電荷のリークを極めて小さく抑えることができ、消費電力をさらに低減することができる。As described above, in one embodiment of the present invention, a plurality of potentials can be generated using batteries connected in series. Therefore, when a predetermined potential is generated, unnecessary current can be prevented from flowing as in the case of using a resistance element, and power consumption can be reduced. In addition, by using an OS transistor as a switch connected to the battery, leakage of charges accumulated in the battery can be suppressed to be extremely small, and power consumption can be further reduced.

また、本発明の一態様においては、バッテリーを並列に接続することにより、複数のバッテリーの充電を一括で行うことができる。従って、バッテリーの充電するための期間を短縮することができ、半導体装置の動作速度を向上させることができる。In one embodiment of the present invention, a plurality of batteries can be charged at once by connecting the batteries in parallel. Accordingly, the period for charging the battery can be shortened, and the operation speed of the semiconductor device can be improved.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1に示す半導体装置を用いた電子回路の構成例について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a structure of an electronic circuit using the semiconductor device described in Embodiment 1 will be described.

<AD変換回路>
図7(A)は、実施の形態1において説明した半導体装置を用いたAD変換回路200の構成例である。
<AD converter circuit>
FIG. 7A illustrates a configuration example of the AD conversion circuit 200 using the semiconductor device described in Embodiment 1.

AD変換回路200は、サンプルホールド回路210と、比較回路220と、逐次変換レジスタ230と、DA変換回路240と、を有する。比較回路220、逐次変換レジスタ230、DA変換回路240を用いて逐次比較型のAD変換回路が構成される。また、逐次変換レジスタ230及びDA変換回路240を用いて参照データ生成回路が構成される。The AD conversion circuit 200 includes a sample hold circuit 210, a comparison circuit 220, a successive approximation register 230, and a DA conversion circuit 240. A successive approximation type AD converter circuit is configured by using the comparison circuit 220, the successive approximation register 230, and the DA conversion circuit 240. Further, a reference data generation circuit is configured by using the successive approximation register 230 and the DA conversion circuit 240.

AD変換回路200は、アナログ信号Vinをデジタル信号Voutに変換する機能を有する。The AD conversion circuit 200 has a function of converting the analog signal Vin into a digital signal Vout.

サンプルホールド回路210は、入力されたVinを保持し、比較回路220に出力する機能を有する。The sample hold circuit 210 has a function of holding the input Vin and outputting it to the comparison circuit 220.

図7(B)に、サンプルホールド回路210の構成例を示す。サンプルホールド回路210は、トランジスタ211、容量素子212、オペアンプ213を有する。トランジスタ211のゲートは配線214と接続され、ソースまたはドレインの一方は入力信号Vinが供給される配線と接続され、ソースまたはドレインの他方は容量素子212の一方の電極及びオペアンプ213の非反転入力端子と接続されている。容量素子212の他方の電極は配線215と接続されている。オペアンプ213の出力端子は、オペアンプ213の反転入力端子及び比較回路220と接続されている。トランジスタ211のソースまたはドレインの他方、容量素子212の一方の電極、及びオペアンプ213の非反転入力端子と接続されたノードを、ノードAとする。FIG. 7B illustrates a configuration example of the sample hold circuit 210. The sample hold circuit 210 includes a transistor 211, a capacitor 212, and an operational amplifier 213. The gate of the transistor 211 is connected to the wiring 214, one of the source and the drain is connected to the wiring to which the input signal Vin is supplied, and the other of the source and the drain is one electrode of the capacitor 212 and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 213. Connected with. The other electrode of the capacitor 212 is connected to the wiring 215. The output terminal of the operational amplifier 213 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 213 and the comparison circuit 220. A node connected to the other of the source and the drain of the transistor 211, one electrode of the capacitor 212, and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 213 is a node A.

トランジスタ211は、配線214に供給される電位により、導通/非導通が制御される。トランジスタ211が導通状態となると、ノードAにVinに対応する電位が供給され、トランジスタ211が非導通状態となると、ノードAの電位が保持される。ここで、トランジスタ211をOSトランジスタとすることにより、ノードAの電位を長期間保持することが可能になる。The transistor 211 is controlled to be on / off by a potential supplied to the wiring 214. When the transistor 211 is turned on, a potential corresponding to Vin is supplied to the node A, and when the transistor 211 is turned off, the potential of the node A is held. Here, when the transistor 211 is an OS transistor, the potential of the node A can be held for a long time.

オペアンプ213は、ノードAの電位を増幅して比較回路220に出力する機能を有する。なお、オペアンプ213がなくてもトランジスタ211が非導通状態の期間においてノードAの電位を保持できる場合は、オペアンプ213を省略することができる。また、オペアンプ213に代えて他の素子を用いてもよい。The operational amplifier 213 has a function of amplifying the potential of the node A and outputting the amplified potential to the comparison circuit 220. Note that the operational amplifier 213 can be omitted in the case where the potential of the node A can be held in a period in which the transistor 211 is off even without the operational amplifier 213. Further, another element may be used instead of the operational amplifier 213.

比較回路220は、サンプルホールド回路210から入力されたアナログ信号と、DA変換回路240から入力された参照データと、を逐次比較する機能を有する。The comparison circuit 220 has a function of sequentially comparing the analog signal input from the sample hold circuit 210 and the reference data input from the DA conversion circuit 240.

逐次変換レジスタ230は、比較回路220の逐次比較の結果に従い、デジタル信号の値をビット毎に逐次設定する機能を有する。The successive approximation register 230 has a function of sequentially setting the value of the digital signal for each bit according to the result of the successive comparison of the comparison circuit 220.

DA変換回路240は、逐次変換レジスタ230から出力されたデジタル信号をアナログ信号に逐次変換し、参照データとして比較回路220に出力する機能を有する。The DA conversion circuit 240 has a function of sequentially converting the digital signal output from the successive conversion register 230 into an analog signal and outputting the analog signal to the comparison circuit 220 as reference data.

DA変換回路240には、図1の半導体装置10、図3の半導体装置11を用いることができる。この場合、DA変換回路240の消費電力を低減し、また、動作速度を向上させることができるため、低消費電力で高速な動作が可能な逐次比較型AD変換回路を構成することができる。For the DA converter circuit 240, the semiconductor device 10 of FIG. 1 and the semiconductor device 11 of FIG. 3 can be used. In this case, since the power consumption of the DA converter circuit 240 can be reduced and the operation speed can be improved, a successive approximation AD converter circuit capable of high-speed operation with low power consumption can be configured.

<位相同期回路>
図8は、実施の形態1において説明した半導体装置を用いた位相同期回路(PLL)300の構成例である。
<Phase synchronization circuit>
FIG. 8 illustrates a configuration example of a phase locked loop (PLL) 300 using the semiconductor device described in Embodiment 1.

図8に示す位相同期回路300は、位相比較器310、制御回路320、DA変換回路330、電圧制御発振回路(VCO)340、分周器350を有する。位相同期回路300は、発振周波数がfoutの信号Soutを出力する機能を有する。信号Soutは、クロック信号として他の回路に入力される。A phase synchronization circuit 300 illustrated in FIG. 8 includes a phase comparator 310, a control circuit 320, a DA conversion circuit 330, a voltage controlled oscillation circuit (VCO) 340, and a frequency divider 350. The phase locked loop 300 has a function of outputting a signal Sout having an oscillation frequency of fout . The signal Sout is input to another circuit as a clock signal.

位相比較器310は、2つの入力信号の位相差を検出し、検出結果を電圧信号cmpとして出力する機能を有する。図8の例では、位相比較器310は周波数finの信号と周波数fout/Nの信号(Nは整数)との位相差を電圧信号cmpとして出力する機能を有する。The phase comparator 310 has a function of detecting a phase difference between two input signals and outputting a detection result as a voltage signal cmp. In the example of FIG. 8, the phase comparator 310 has a function of outputting a phase difference between a signal of frequency f in and a signal of frequency f out / N (N is an integer) as a voltage signal cmp.

制御回路320は、位相比較器310の出力信号cmpに基づき、Kビットのデジタル信号D[K−1:0]および電圧制御発振回路340の制御信号slctを生成することができる。The control circuit 320 can generate the K-bit digital signal D [K−1: 0] and the control signal slct of the voltage controlled oscillation circuit 340 based on the output signal cmp of the phase comparator 310.

DA変換回路330は、アナログ電位信号Scnfを生成する機能を有する。具体的には、DA変換回路330は、制御回路320から入力されるデジタル信号D[K−1:0]を信号Scnfに変換する機能を有する。Kは2以上の整数である。信号Scnfは、電圧制御発振回路340に入力される。The DA conversion circuit 330 has a function of generating the analog potential signal Scnf . Specifically, the DA conversion circuit 330 has a function of converting the digital signal D [K−1: 0] input from the control circuit 320 into a signal Scnf . K is an integer of 2 or more. The signal S cnf is input to the voltage controlled oscillation circuit 340.

電圧制御発振回路340は、信号Scnfの電圧値に応じた発振周波数foutの信号Soutを出力する機能を有する。Voltage controlled oscillator circuit 340 has a function of outputting a signal S out of the oscillation frequency f out according to the voltage value of the signal S cnf.

分周器350は入力される交流信号の周波数を1/N倍にした信号を生成する機能を有する。図8の例では、分周器350は周波数fout/Nの信号を出力する。The frequency divider 350 has a function of generating a signal obtained by multiplying the frequency of the input AC signal by 1 / N. In the example of FIG. 8, the frequency divider 350 outputs a signal having a frequency f out / N.

図8において、DA変換回路330には、図1の半導体装置10、図3の半導体装置11を用いることができる。この場合、DA変換回路330の消費電力を低減し、また、動作速度を向上させることができるため、低消費電力で高速な位相同期回路を構成することができる。In FIG. 8, the semiconductor device 10 of FIG. 1 and the semiconductor device 11 of FIG. 3 can be used for the DA conversion circuit 330. In this case, since the power consumption of the DA converter circuit 330 can be reduced and the operation speed can be improved, a high-speed phase synchronization circuit with low power consumption can be configured.

なお、実施の形態1に示す半導体装置を用いた電子回路は、上記に限られず、表示装置、イメージセンサ、記憶装置などに含まれる駆動回路など、様々な回路に用いることができる。Note that an electronic circuit including the semiconductor device described in Embodiment 1 is not limited to the above, and can be used for a variety of circuits such as a driver circuit included in a display device, an image sensor, a memory device, or the like.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る記憶装置の構成例について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a structural example of a memory device according to one embodiment of the present invention will be described.

図9は、実施の形態1、2において説明した半導体装置を用いた記憶装置400の構成例である。FIG. 9 illustrates a configuration example of the memory device 400 using the semiconductor device described in Embodiments 1 and 2.

記憶装置400は、メモリセル410が複数設けられたメモリセルアレイ420、行選択ドライバ430、列選択ドライバ440、及びAD変換回路450を有する。なお記憶装置400は、m行n列のマトリクス状に設けられたメモリセル410を有する。The memory device 400 includes a memory cell array 420 provided with a plurality of memory cells 410, a row selection driver 430, a column selection driver 440, and an AD conversion circuit 450. Note that the memory device 400 includes memory cells 410 provided in a matrix of m rows and n columns.

メモリセルアレイ420は、マトリクス状に設けられたメモリセル410を有する。また、メモリセル410は、トランジスタ411と、トランジスタ412と、容量素子413と、を有する。The memory cell array 420 includes memory cells 410 provided in a matrix. In addition, the memory cell 410 includes a transistor 411, a transistor 412, and a capacitor 413.

トランジスタ411は、ゲートに、書き込みワード線WWLが接続される。また、トランジスタ411は、ソースまたはドレインの一方に、ビット線BLが接続される。また、トランジスタ411は、ソースまたはドレインの他方に、フローティングノードFNが接続される。The transistor 411 has a gate connected to the write word line WWL. In the transistor 411, the bit line BL is connected to one of a source and a drain. In the transistor 411, the floating node FN is connected to the other of the source and the drain.

トランジスタ412は、ゲートに、フローティングノードFNが接続される。また、トランジスタ412は、ソースまたはドレインの一方に、ビット線BLが接続される。また、トランジスタ412は、ソースまたはドレインの他方に、電源線SLが接続される。The transistor 412 has a gate connected to the floating node FN. In the transistor 412, the bit line BL is connected to one of a source and a drain. In the transistor 412, the power supply line SL is connected to the other of the source and the drain.

容量素子413は、一方の電極に、フローティングノードFNが接続される。また、容量素子413は、他方の電極に、読み出しワード線RWLが接続される。In the capacitor 413, the floating node FN is connected to one electrode. In the capacitor 413, the read word line RWL is connected to the other electrode.

書き込みワード線WWLには、ワード信号が与えられる。A word signal is applied to the write word line WWL.

ワード信号は、ビット線BLの電圧をフローティングノードFNに与えるために、トランジスタ411を導通状態とする信号である。The word signal is a signal for turning on the transistor 411 in order to apply the voltage of the bit line BL to the floating node FN.

書き込みワード線WWLに与えられるワード信号を制御し、フローティングノードFNの電位を、ビット線BLの電圧に応じた電位することにより、メモリセルにデータを書き込むことができる。また、読み出しワード線RWLに与えられる読み出し信号を制御し、ビット線BLの電圧を、フローティングノードFNの電位に応じた電圧とすることにより、メモリセルからのデータを読み出すことができる。By controlling a word signal applied to the write word line WWL and setting the potential of the floating node FN to a potential corresponding to the voltage of the bit line BL, data can be written to the memory cell. Further, data from the memory cell can be read by controlling a read signal applied to the read word line RWL and setting the voltage of the bit line BL to a voltage corresponding to the potential of the floating node FN.

ビット線BLには、多値のデータが与えられる。またビット線BLには、データを読み出すための、プリチャージ電圧Vprecharge及び初期化電圧Vinitialが与えられる。Multi-value data is given to the bit line BL. The bit line BL is supplied with a precharge voltage V precharge and an initialization voltage V initial for reading data.

多値のデータは、kビット(kは2以上の自然数)のデータである。具体的には、2ビットのデータであれば4値のデータであり、4段階の電圧のいずれか一を有する信号である。Multi-value data is k-bit data (k is a natural number of 2 or more). Specifically, if it is 2-bit data, it is quaternary data, and is a signal having any one of four voltage levels.

プリチャージ電圧Vprechargeは、データを読み出すために、ビット線BLに与えられる電圧である。また、プリチャージ電圧Vprechargeが与えられた後、ビット線BLは電気的に浮遊状態となる。Precharge voltage V Precharge, in order to read data, a voltage applied to the bit line BL. Further, after the pre-charge voltage V Precharge is applied, the bit line BL becomes electrically floating state.

初期化電圧Vinitialは、ビット線BLの電圧を初期化するために、与えられる電圧である。The initialization voltage V initial is a voltage that is applied to initialize the voltage of the bit line BL.

読み出しワード線RWLには、読み出し信号が与えられる。A read signal is supplied to the read word line RWL.

読み出し信号は、メモリセルからデータを選択的に読み出すために、容量素子413の他方の電極に与えられる信号である。The read signal is a signal given to the other electrode of the capacitor 413 in order to selectively read data from the memory cell.

フローティングノードFNは、容量素子413の一方の電極、トランジスタ411のソースまたはドレインの他方の電極、及びトランジスタ412のゲートと接続された配線上のいずれかのノードに相当する。The floating node FN corresponds to any node on a wiring connected to one electrode of the capacitor 413, the other source or drain electrode of the transistor 411, and the gate of the transistor 412.

なおフローティングノードFNの電位は、ビット線BLに与えられる、多値のデータに基づく電位である。また、フローティングノードFNは、トランジスタ411を非導通状態とすることで、電気的に浮遊状態となる。そのため、読み出しワード線RWLに与えられる読み出し信号の電圧を変化させた場合、フローティングノードFNの電位は、元の電位に読み出し信号の電圧の変化分が加わった電位となる。この電位の変化は、読み出しワード線RWLに与えられる読み出し信号が変化することで生じる、容量素子413の容量結合によるものである。Note that the potential of the floating node FN is a potential based on multi-value data supplied to the bit line BL. In addition, the floating node FN is electrically floated when the transistor 411 is turned off. Therefore, when the voltage of the read signal applied to the read word line RWL is changed, the potential of the floating node FN is a potential obtained by adding the change in the voltage of the read signal to the original potential. This change in potential is due to capacitive coupling of the capacitor 413, which occurs when the read signal applied to the read word line RWL changes.

電源線SLには、ビット線BLに与えられるプリチャージ電圧Vprechargeよりも低いディスチャージ電圧Vdischargeが与えられる。The power supply line SL is supplied with a discharge voltage V discharge that is lower than the precharge voltage V precharge applied to the bit line BL.

電源線SLに与えられるディスチャージ電圧Vdischargeは、ビット線BLに与えられる電圧を、トランジスタ412を介した放電により変化させる電圧である。The discharge voltage V discharge applied to the power supply line SL is a voltage that changes the voltage applied to the bit line BL by discharging through the transistor 412.

トランジスタ411は、導通状態と非導通状態とを切り換えることで、データの書き込みを制御するスイッチとしての機能を有する。また、非導通状態を保持することで、書き込んだデータに基づく電位を保持する機能を有する。なおトランジスタ411は、第1のトランジスタともいう。また、トランジスタ411は、nチャネル型のトランジスタとして、説明を行うものとする。The transistor 411 functions as a switch that controls writing of data by switching between a conductive state and a non-conductive state. In addition, it has a function of holding a potential based on written data by holding the non-conduction state. Note that the transistor 411 is also referred to as a first transistor. The transistor 411 is described as an n-channel transistor.

トランジスタ411が非導通状態のとき、書き込んだデータに対応する電位がフローティングノードFNに保持される。そのため、フローティングノードFNの電位の変動を抑えるため、トランジスタ411は、オフ電流が低いトランジスタであることが好適である。従って、トランジスタ411にはOSトランジスタを用いることが好ましい。When the transistor 411 is off, the potential corresponding to the written data is held in the floating node FN. Therefore, the transistor 411 is preferably a transistor with low off-state current in order to suppress a change in potential of the floating node FN. Therefore, an OS transistor is preferably used as the transistor 411.

トランジスタ411にOSトランジスタを用いることにより、メモリセル410を不揮発性のメモリとすることができる。よって、一旦、メモリセル410に書き込まれたデータは、再度、トランジスタ411を導通状態とするまで、フローティングノードFNに保持し続けることができる。By using an OS transistor as the transistor 411, the memory cell 410 can be a nonvolatile memory. Thus, data once written in the memory cell 410 can be kept in the floating node FN until the transistor 411 is turned on again.

トランジスタ412は、フローティングノードFNの電位に従って、ソースとドレインとの間に電流Idを流す機能を有する。トランジスタ412のソースとドレインとの間に流れる電流Idは、ビット線BLと電源線SLとの間に流れる電流である。なおトランジスタ412は、第2のトランジスタともいう。また、トランジスタ412は、pチャネル型のトランジスタとして、説明を行うものとする。The transistor 412 has a function of flowing a current Id between the source and the drain in accordance with the potential of the floating node FN. A current Id flowing between the source and the drain of the transistor 412 is a current flowing between the bit line BL and the power supply line SL. Note that the transistor 412 is also referred to as a second transistor. The transistor 412 is described as a p-channel transistor.

なおトランジスタ412には、閾値電圧のばらつきの小さいトランジスタが用いられることが好ましい。ここで、閾値電圧のばらつきが小さいトランジスタとは、トランジスタが同一プロセスで作製される際に、許容される閾値電圧の差が20mV以内で形成されうるトランジスタのことをいう。例えば、トランジスタ412には、チャネル形成領域に単結晶半導体を有するトランジスタなどを用いることができる。なお、トランジスタ412にはOSトランジスタを用いることもできる。Note that a transistor with small variation in threshold voltage is preferably used as the transistor 412. Here, a transistor having a small variation in threshold voltage refers to a transistor that can be formed with an allowable threshold voltage difference within 20 mV when the transistors are manufactured in the same process. For example, the transistor 412 can be a transistor including a single crystal semiconductor in a channel formation region. Note that an OS transistor can be used as the transistor 412.

なお、図9では、書き込みワード線WWL、読み出しワード線RWL、ビット線BL、電源線SLとして、(m−1)行目の書き込みワード線WWL[m−1]、読み出しワード線RWL[m−1]、m行目の書き込みワード線WWL[m]、読み出しワード線RWL[m]、(n−1)列目のビット線BL[n−1]、n列目のビット線BL[n]、及び電源線SLを示している。In FIG. 9, as the write word line WWL, the read word line RWL, the bit line BL, and the power supply line SL, the write word line WWL [m−1] in the (m−1) th row and the read word line RWL [m− 1], write word line WWL [m] in the m-th row, read word line RWL [m], bit line BL [n−1] in the (n−1) th column, bit line BL [n] in the nth column , And a power line SL.

なお、メモリセルアレイ420では、隣り合うメモリセルで、電源線SLを共有化した構成としている。該構成を採用することにより、電源線SLが占めていた分の面積の縮小が図られる。そのため該構成を採用する半導体装置では、単位面積あたりの記憶容量の向上を図ることができる。Note that the memory cell array 420 has a configuration in which the power supply line SL is shared by adjacent memory cells. By adopting this configuration, the area occupied by the power supply line SL can be reduced. Therefore, in a semiconductor device employing this configuration, the storage capacity per unit area can be improved.

行選択ドライバ430は、メモリセル410の各行におけるトランジスタ411を選択的に導通状態とする機能、及びメモリセル410の各行におけるフローティングノードFNの電位を選択的に変化させる機能、を備えた回路である。具体的には、書き込みワード線WWLにワード信号を与え、読み出しワード線RWLに読み出し信号を与える回路である。行選択ドライバ430を備えることで、記憶装置400は、メモリセル410へのデータの書き込み及び読み出しを行毎に選択して行うことができる。The row selection driver 430 is a circuit having a function of selectively turning on the transistors 411 in each row of the memory cells 410 and a function of selectively changing the potential of the floating node FN in each row of the memory cells 410. . Specifically, it is a circuit that gives a word signal to the write word line WWL and gives a read signal to the read word line RWL. With the row selection driver 430, the memory device 400 can select and write data to and from the memory cell 410 for each row.

列選択ドライバ440は、メモリセル410の各列におけるフローティングノードFNに選択的にデータを書き込む機能、ビット線BLの電位をプリチャージする機能、ビット線BLの電位を初期化する機能、及びビット線BLを電気的に浮遊状態とする機能、を備えた回路である。具体的には、ビットBLに多値のデータに対応する電位、ビットBLにプリチャージ電圧Vprecharge、または初期化電圧Vinitialを与える回路である。列選択ドライバ440を備えることで、記憶装置400は、メモリセル410へのデータの書き込み及び読み出しを列毎に選択して行うことができる。The column selection driver 440 has a function of selectively writing data to the floating node FN in each column of the memory cells 410, a function of precharging the potential of the bit line BL, a function of initializing the potential of the bit line BL, and a bit line. This is a circuit having a function of bringing BL into an electrically floating state. Specifically, a circuit for providing potential, the precharge voltage V Precharge the bit BL or initializing voltage V initial, corresponding to multilevel data bit BL. With the column selection driver 440, the memory device 400 can select and write data to and from the memory cell 410 for each column.

AD変換回路450は、アナログ値であるビット線BLの電位を、デジタル値に変換して外部に出力する機能を備えた回路である。AD変換回路450を備えることで、記憶装置400は、メモリセル410より読み出されたデータに対応するビット線BLの電位を外部に出力することができる。The AD conversion circuit 450 is a circuit having a function of converting the potential of the bit line BL, which is an analog value, into a digital value and outputting the digital value to the outside. With the AD conversion circuit 450, the memory device 400 can output the potential of the bit line BL corresponding to the data read from the memory cell 410 to the outside.

なお、AD変換回路450としては、フラッシュ型、マルチスロープ型、デルタシグマ型の各種AD変換回路を用いることができるが、特に、図5の半導体装置60、または図6の半導体装置61を用いることが好ましい。この場合、AD変換回路450の消費電力を低減し、また、動作速度を向上させることができるため、低消費電力で高速な動作が可能な記憶装置を構成することができる。Note that various AD conversion circuits of a flash type, a multi-slope type, and a delta sigma type can be used as the AD conversion circuit 450. In particular, the semiconductor device 60 in FIG. 5 or the semiconductor device 61 in FIG. 6 is used. Is preferred. In this case, the power consumption of the AD conversion circuit 450 can be reduced and the operation speed can be improved, so that a memory device that can operate at high speed with low power consumption can be formed.

図10に、列選択ドライバ440の構成例を示す。FIG. 10 shows a configuration example of the column selection driver 440.

図10に示す列選択ドライバ440は、デコーダ441、ラッチ回路442、DA変換回路443、スイッチ回路444、トランジスタ445、及びトランジスタ446を有する。上記の各回路及びトランジスタは、列毎に設けられる。また各列のスイッチ回路444、トランジスタ445、及びトランジスタ446は、ビット線BLに接続される。A column selection driver 440 illustrated in FIG. 10 includes a decoder 441, a latch circuit 442, a DA conversion circuit 443, a switch circuit 444, a transistor 445, and a transistor 446. The above circuits and transistors are provided for each column. In addition, the switch circuit 444, the transistor 445, and the transistor 446 in each column are connected to the bit line BL.

デコーダ441は、ビット線BLが設けられる列を選択し、入力されるデータを振り分けて出力する機能を備えた回路である。具体的には、アドレス信号Address及びデータDataが入力され、該アドレス信号Addressに従っていずれかの行のラッチ回路442にデータDataを出力する回路である。デコーダ441を備えることで、列選択ドライバ440は、任意の列を選択して、データの書き込みを行うことができる。The decoder 441 is a circuit having a function of selecting a column in which the bit line BL is provided, and sorting and outputting input data. Specifically, the address signal Address and the data Data are input, and the data Data is output to the latch circuit 442 in any row in accordance with the address signal Address. By including the decoder 441, the column selection driver 440 can select an arbitrary column and write data.

なおデコーダ441に入力されるデータDataは、kビットのデジタルデータである。kビットのデジタルデータは、ビット毎に”1”又は”0”の2値のデータで表される信号である。具体的には、2ビットのデジタルデータであれば、”00”、”01”、”10”、”11”で表されるデータである。Note that the data Data input to the decoder 441 is k-bit digital data. The k-bit digital data is a signal represented by binary data of “1” or “0” for each bit. Specifically, in the case of 2-bit digital data, the data is represented by “00”, “01”, “10”, “11”.

ラッチ回路442は、入力されるデータDataを一時的に記憶する機能を備えた回路である。具体的には、ラッチ信号W_LATが入力され、該ラッチ信号W_LATに従って記憶したデータDataをDA変換回路443に出力するフリップフロップ回路である。ラッチ回路442を備えることで、列選択ドライバ440は、任意のタイミングでデータの書き込みを行うことができる。The latch circuit 442 is a circuit having a function of temporarily storing input data Data. Specifically, it is a flip-flop circuit that receives a latch signal W_LAT and outputs data Data stored in accordance with the latch signal W_LAT to the DA converter circuit 443. With the latch circuit 442, the column selection driver 440 can write data at an arbitrary timing.

DA変換回路443は、入力されるデジタル値のデータDataを、アナログ値のデータVdataに変換する機能を備えた回路である。具体的にDA変換回路443は、データDataのビット数が3ビットであれば、8段階の電位に変換してスイッチ回路444に出力する回路である。DA変換回路443を備えることで、列選択ドライバ440は、メモリセル100に書き込むデータを、多値のデータに対応する電位とすることができる。The DA conversion circuit 443 is a circuit having a function of converting input digital value data Data into analog value data V data . Specifically, the DA conversion circuit 443 is a circuit that converts the data Data into eight potentials and outputs the potential to the switch circuit 444 if the number of bits of the data Data is three. By including the DA conversion circuit 443, the column selection driver 440 can set the data written to the memory cell 100 to a potential corresponding to multi-value data.

なお、DA変換回路443から出力されるVdataは、異なる電圧値で表されるデータである。2ビットのデータでいえば、0.5V、1.0V、1.5V、2.0Vの4値のデータとなり、いずれかの電圧値で表されるデータということができる。Note that V data output from the DA conversion circuit 443 is data represented by different voltage values. Speaking of 2-bit data, it becomes four-value data of 0.5 V, 1.0 V, 1.5 V, and 2.0 V, and can be said to be data represented by any voltage value.

ここで、DA変換回路443として、図1の半導体装置10、または図3の半導体装置11を用いることが好ましい。この場合、DA変換回路443の消費電力を低減し、また、動作速度を向上させることができるため、低消費電力で高速動作が可能な記憶装置を構成することができる。Here, it is preferable to use the semiconductor device 10 in FIG. 1 or the semiconductor device 11 in FIG. 3 as the DA conversion circuit 443. In this case, since the power consumption of the DA converter circuit 443 can be reduced and the operation speed can be improved, a memory device that can operate at high speed with low power consumption can be configured.

スイッチ回路444は、入力されるデータVdataをビット線BLに与える機能、及びビット線BLを電気的に浮遊状態とする機能を備えた回路である。具体的には、アナログスイッチとインバータを備え、スイッチ制御信号Write_SWによる制御により、データVdataをビット線BLに与え、その後アナログスイッチをオフにすることで電気的に浮遊状態とする回路である。スイッチ回路444を備えることで、列選択ドライバ440は、データVdataをビット線BLに与えた後、ビット線BLを電気的に浮遊状態に保持することができる。The switch circuit 444 is a circuit having a function of supplying input data V data to the bit line BL and a function of electrically floating the bit line BL. Specifically, this is a circuit that includes an analog switch and an inverter, and is electrically floated by applying data V data to the bit line BL under control by the switch control signal Write_SW and then turning off the analog switch. By providing the switch circuit 444, the column selection driver 440 can hold the bit line BL in an electrically floating state after supplying the data V data to the bit line BL.

トランジスタ445は、プリチャージ電圧Vprechargeをビット線BLに与える機能、及びビット線BLを電気的に浮遊状態とする機能を備えた回路である。具体的には、プリチャージ制御信号Pre_ENによる制御でプリチャージ電圧Vprechargeをビット線BLに与え、その後ビット線BLを電気的に浮遊状態とするスイッチである。トランジスタ445を備えることで、列選択ドライバ440は、プリチャージ電圧Vprechargeをビット線BLに与えた後、ビット線BLを電気的に浮遊状態に保持することができる。The transistor 445 is a circuit having a function of applying the precharge voltage V precharge to the bit line BL and a function of electrically floating the bit line BL. Specifically, the switch is a switch that applies the precharge voltage V precharge to the bit line BL under the control of the precharge control signal Pre_EN, and then causes the bit line BL to be in an electrically floating state. By including the transistor 445, the column selection driver 440 can hold the bit line BL in an electrically floating state after applying the precharge voltage V precharge to the bit line BL.

トランジスタ446は、初期化電圧Vinitialをビット線BLに与える機能、及びビット線BLを電気的に浮遊状態とする機能を備えた回路である。具体的には、初期化制御信号Init_ENによる制御で初期化電圧Vinitialをビット線BLに与え、その後ビット線BLを電気的に浮遊状態とするスイッチである。トランジスタ446を備えることで、列選択ドライバ440は、初期化電圧Vinitialをビット線BLに与えた後、ビット線BLを電気的に浮遊状態に保持することができる。The transistor 446 is a circuit having a function of applying the initialization voltage V initial to the bit line BL and a function of electrically floating the bit line BL. Specifically, it is a switch that applies an initialization voltage V initial to the bit line BL under the control of the initialization control signal Init_EN, and then makes the bit line BL electrically floating. With the transistor 446, the column selection driver 440 can hold the bit line BL in an electrically floating state after applying the initialization voltage V initial to the bit line BL.

以上のように、本発明の一態様に係る半導体装置を記憶装置400に用いることにより、低消費電力で高速動作が可能な記憶装置を構成することができる。As described above, by using the semiconductor device according to one embodiment of the present invention for the memory device 400, a memory device that can operate at high speed with low power consumption can be formed.

なお、実施の形態1、2に示す半導体装置は、上記の記憶装置に限られず、表示装置、イメージセンサなどに含まれる駆動回路など、様々な回路に用いることができる。Note that the semiconductor device described in Embodiments 1 and 2 is not limited to the above memory device, and can be used for various circuits such as a driver circuit included in a display device, an image sensor, or the like.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置に用いることができるトランジスタ及びバッテリーの構造について説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, structures of a transistor and a battery that can be used for the semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described.

<構成例1>
図11は、同一基板上に作製された、第1のトランジスタ720と、第2のトランジスタ730と、バッテリー740と、を含む半導体装置1000の断面図を示している。第1のトランジスタ720は基板700に設けられ、第2のトランジスタ730は第1のトランジスタ720の上に設けられ、バッテリー740は第2のトランジスタ730の上に設けられている。
<Configuration example 1>
FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device 1000 including a first transistor 720, a second transistor 730, and a battery 740 manufactured over the same substrate. The first transistor 720 is provided over the substrate 700, the second transistor 730 is provided over the first transistor 720, and the battery 740 is provided over the second transistor 730.

半導体装置1000は、基板700と、第1のトランジスタ720と、素子分離層727と、絶縁膜731と、第2のトランジスタ730と、絶縁膜732と、絶縁膜741と、バッテリー740と、絶縁膜742と、プラグ701、703、704及び706と、配線702及び705と、配線707と、を有し、第1のトランジスタ720は、ゲート電極726と、ゲート絶縁膜724と、側壁絶縁層725と、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域721と、LDD(Lightly Doped Drain)領域やエクステンション領域として機能する不純物領域722と、チャネル形成領域723と、を有する。The semiconductor device 1000 includes a substrate 700, a first transistor 720, an element isolation layer 727, an insulating film 731, a second transistor 730, an insulating film 732, an insulating film 741, a battery 740, and an insulating film. 742, plugs 701, 703, 704, and 706, wirings 702 and 705, and a wiring 707. The first transistor 720 includes a gate electrode 726, a gate insulating film 724, a sidewall insulating layer 725, and the like. , An impurity region 721 that functions as a source region or a drain region, an impurity region 722 that functions as an LDD (Lightly Doped Drain) region or an extension region, and a channel formation region 723.

トランジスタ720および730は、実施の形態1乃至3におけるスイッチやトランジスタとして用いることができる。また、バッテリー740は、実施の形態1、2におけるバッテリー21として用いることができる。The transistors 720 and 730 can be used as switches and transistors in Embodiments 1 to 3. The battery 740 can be used as the battery 21 in the first and second embodiments.

不純物領域721の不純物濃度は、不純物領域722よりも高い。ゲート電極726および側壁絶縁層725をマスクとして用いて、不純物領域721及び不純物領域722を自己整合的に形成することができる。The impurity concentration of the impurity region 721 is higher than that of the impurity region 722. With the use of the gate electrode 726 and the sidewall insulating layer 725 as a mask, the impurity region 721 and the impurity region 722 can be formed in a self-aligned manner.

基板700としては、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムを材料とした化合物半導体基板や、SOI(Silicon on Insulator)基板などを用いることができる。半導体基板を用いて形成されたトランジスタは、高速動作が容易である。なお、基板700としてp型の単結晶シリコン基板を用いた場合、基板700の一部にn型を付与する不純物元素を添加してn型のウェルを形成し、n型のウェルが形成された領域にp型のトランジスタを形成することも可能である。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)、砒素(As)等を用いることができる。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)等を用いることができる。As the substrate 700, a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate made of silicon germanium, an SOI (Silicon on Insulator) substrate, or the like can be used. A transistor formed using a semiconductor substrate can easily operate at high speed. Note that in the case where a p-type single crystal silicon substrate is used as the substrate 700, an n-type well is formed by adding an impurity element imparting n-type to part of the substrate 700, whereby the n-type well is formed. It is also possible to form a p-type transistor in the region. As the impurity element imparting n-type conductivity, phosphorus (P), arsenic (As), or the like can be used. As the impurity element imparting p-type conductivity, boron (B) or the like can be used.

また、基板700は、導電体基板、又は絶縁基板上に半導体膜を設けたものでもよい。該導電体基板としては、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板などが挙げられる。該絶縁基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどが挙げられる。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。The substrate 700 may be a conductor substrate or an insulating substrate provided with a semiconductor film. Examples of the conductive substrate include a metal substrate, a stainless steel / still substrate, a substrate having stainless steel / still foil, a tungsten substrate, and a substrate having tungsten / foil. Examples of the insulating substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a flexible substrate, a bonded film, paper containing a fibrous material, or a base film. Examples of the glass substrate include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass. As an example of the flexible substrate, there are plastics typified by polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone (PES), or a synthetic resin having flexibility such as acrylic. Examples of the laminated film include polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, and polyvinyl chloride. Examples of the base film include polyester, polyamide, polyimide, aramid, epoxy, inorganic vapor deposition film, and papers.

なお、ある基板を用いて半導体素子を形成し、その後、別の基板に半導体素子を転置してもよい。半導体素子が転置される基板の一例としては、上述した基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。Note that a semiconductor element may be formed using a certain substrate, and then the semiconductor element may be transferred to another substrate. Examples of substrates on which semiconductor elements are transferred include paper substrates, cellophane substrates, aramid film substrates, polyimide film substrates, stone substrates, wood substrates, cloth substrates (natural fibers (silk, cotton, hemp)) , Synthetic fibers (nylon, polyurethane, polyester) or recycled fibers (including acetate, cupra, rayon, recycled polyester), leather substrate, rubber substrate, and the like. By using these substrates, it is possible to form a transistor with good characteristics, a transistor with low power consumption, manufacture a device that is not easily broken, impart heat resistance, reduce weight, or reduce thickness.

第1のトランジスタ720は素子分離層727により、基板700に形成される他のトランジスタと分離されている。The first transistor 720 is separated from other transistors formed on the substrate 700 by an element isolation layer 727.

第1のトランジスタ720としてシリサイド(サリサイド)を有するトランジスタや、側壁絶縁層を有さないトランジスタを用いてもよい。シリサイド(サリサイド)を有する構造であると、ソース領域およびドレイン領域がより低抵抗化でき、半導体装置の高速化が可能である。また、低電圧で動作できるため、半導体装置の消費電力を低減することが可能である。A transistor having silicide (salicide) or a transistor having no sidewall insulating layer may be used as the first transistor 720. When the structure has silicide (salicide), the resistance of the source region and the drain region can be further reduced, and the speed of the semiconductor device can be increased. In addition, since the semiconductor device can operate at a low voltage, power consumption of the semiconductor device can be reduced.

第2のトランジスタ730は、OSトランジスタである。第2のトランジスタ730の詳細については、後述する実施の形態7で説明を行う。The second transistor 730 is an OS transistor. Details of the second transistor 730 will be described in Embodiment 7 to be described later.

ここで、下層に設けられる第1のトランジスタ720にシリコン系半導体材料を用いた場合、第1のトランジスタ720の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素はシリコンのダングリングボンドを終端し、第1のトランジスタ720の信頼性を向上させる効果がある。一方、上層に設けられる第2のトランジスタ730に酸化物半導体を用いた場合、第2のトランジスタ730の半導体膜の近傍に設けられる絶縁膜中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の一つとなるため、第2のトランジスタ730の信頼性を低下させる要因となる場合がある。したがって、シリコン系半導体材料を用いた第1のトランジスタ720の上層に酸化物半導体を用いた第2のトランジスタ730を積層して設ける場合、これらの間に水素の拡散を防止する機能を有する絶縁膜731を設けることは特に効果的である。絶縁膜731により、下層に水素を閉じ込めることで第1のトランジスタ720の信頼性が向上することに加え、下層から上層に水素が拡散することが抑制されることで第2のトランジスタ730の信頼性も同時に向上させることができる。Here, in the case where a silicon-based semiconductor material is used for the first transistor 720 provided in the lower layer, hydrogen in the insulating film provided in the vicinity of the semiconductor film of the first transistor 720 terminates a dangling bond of silicon, There is an effect of improving the reliability of the first transistor 720. On the other hand, in the case where an oxide semiconductor is used for the second transistor 730 provided in the upper layer, hydrogen in the insulating film provided in the vicinity of the semiconductor film of the second transistor 730 is a factor that generates carriers in the oxide semiconductor. Therefore, the reliability of the second transistor 730 may be reduced. Accordingly, in the case where the second transistor 730 using an oxide semiconductor is stacked over the first transistor 720 using a silicon-based semiconductor material, an insulating film having a function of preventing diffusion of hydrogen therebetween Providing 731 is particularly effective. In addition to improving the reliability of the first transistor 720 by confining hydrogen in the lower layer by the insulating film 731, the reliability of the second transistor 730 is suppressed by suppressing diffusion of hydrogen from the lower layer to the upper layer. Can be improved at the same time.

絶縁膜731としては、例えば酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。As the insulating film 731, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, yttria-stabilized zirconia (YSZ), or the like can be used.

また、酸化物半導体膜を含んで構成される第2のトランジスタ730を覆うように、第2のトランジスタ730上に水素の拡散を防止する機能を有する絶縁膜732を形成することが好ましい。絶縁膜732としては、絶縁膜731と同様の材料を用いることができ、特に酸化アルミニウムを適用することが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物および酸素の双方に対して膜を透過させない遮断(ブロッキング)効果が高い。したがって、第2のトランジスタ730を覆う絶縁膜732として酸化アルミニウム膜を用いることで、第2のトランジスタ730に含まれる酸化物半導体膜からの酸素の脱離を防止するとともに、酸化物半導体膜への水および水素の混入を防止することができる。In addition, an insulating film 732 having a function of preventing hydrogen diffusion is preferably formed over the second transistor 730 so as to cover the second transistor 730 including an oxide semiconductor film. As the insulating film 732, a material similar to that of the insulating film 731 can be used, and aluminum oxide is particularly preferably used. The aluminum oxide film has a high blocking effect that prevents the film from permeating both impurities such as hydrogen and moisture and oxygen. Therefore, by using an aluminum oxide film as the insulating film 732 that covers the second transistor 730, oxygen is prevented from being released from the oxide semiconductor film included in the second transistor 730, and the oxide semiconductor film Mixing of water and hydrogen can be prevented.

プラグ701、703、704及び706並びに配線702、705及び707は、銅(Cu)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)の低抵抗材料からなる単体、もしくは合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜の単層または積層とすることが好ましい。特に、プラグ701、703、704及び706並びに配線702、705及び707に、Cu−Mn合金を用いると、酸素を含む絶縁体との界面に酸化マンガンを形成し、該酸化マンガンがCuの拡散を抑制する機能を持つので好ましい。Plugs 701, 703, 704 and 706 and wirings 702, 705 and 707 are made of copper (Cu), tungsten (W), molybdenum (Mo), gold (Au), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti ), Tantalum (Ta), nickel (Ni), chromium (Cr), lead (Pb), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), or a simple substance or an alloy thereof, or these A single layer or a stacked layer of a conductive film containing a compound as a main component is preferable. In particular, when a Cu—Mn alloy is used for the plugs 701, 703, 704, and 706 and the wirings 702, 705, and 707, manganese oxide is formed at the interface with the insulator containing oxygen, and the manganese oxide diffuses Cu. Since it has the function to suppress, it is preferable.

バッテリー740は、充電することで連続使用時間を回復することが可能な二次バッテリーであり、且つ、固体電解質を含む全固体電池である。また、バッテリー740は無線充電が可能となるように、レギュレータとスイッチを介して無線受信部と接続されていてもよい。The battery 740 is a secondary battery capable of recovering continuous use time by charging, and is an all-solid battery including a solid electrolyte. Further, the battery 740 may be connected to a wireless reception unit via a regulator and a switch so that wireless charging is possible.

また、バッテリー740は、半導体製造プロセスを用いて作製することができる。なお、半導体製造プロセスとは、成膜工程、結晶化工程、メッキ工程、洗浄工程、リソグラフィ工程、エッチング工程、研磨工程、不純物注入工程、熱処理工程など、半導体デバイスを製造するときに用いられる手法全般を表す。The battery 740 can be manufactured using a semiconductor manufacturing process. The semiconductor manufacturing process is a general method used when manufacturing semiconductor devices such as a film forming process, a crystallization process, a plating process, a cleaning process, a lithography process, an etching process, a polishing process, an impurity implantation process, and a heat treatment process. Represents.

なお、バッテリー740の詳細については、後述する実施の形態6で説明を行う。The details of the battery 740 will be described in Embodiment 6 described later.

絶縁膜741は、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、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化セシウム、酸化タンタルまたは酸化マグネシウムの一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。The insulating film 741 is formed using silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, hafnium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, gallium oxide, lanthanum oxide, cesium oxide, tantalum oxide, or One or more kinds of magnesium oxide may be selected and used in a single layer or a stacked layer.

バッテリー740がリチウムを含む場合、絶縁膜741はリチウムの拡散を防ぐ(ブロックする)機能を有することが好ましい。バッテリー740に含まれるリチウムが、可動イオンとして半導体素子(第1のトランジスタ720または第2のトランジスタ730)へ侵入すると、半導体素子の劣化を引き起こす。絶縁膜741がリチウムイオンをブロックすることで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。In the case where the battery 740 contains lithium, the insulating film 741 preferably has a function of preventing (blocking) diffusion of lithium. When lithium contained in the battery 740 enters the semiconductor element (the first transistor 720 or the second transistor 730) as movable ions, the semiconductor element is deteriorated. When the insulating film 741 blocks lithium ions, a highly reliable semiconductor device can be provided.

バッテリー740がリチウムを含む場合、絶縁膜741は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンを含むことが好ましい。絶縁膜741がハロゲンを含むことで、アルカリ金属であるリチウムと容易に結合し、リチウムが絶縁膜741の中で固定化され、リチウムが絶縁膜741の外へ拡散することを防ぐことができる。In the case where the battery 740 contains lithium, the insulating film 741 preferably contains a halogen such as fluorine, chlorine, bromine, or iodine. When the insulating film 741 contains a halogen, it can be easily bonded to lithium that is an alkali metal, lithium can be fixed in the insulating film 741, and lithium can be prevented from diffusing out of the insulating film 741.

例えば、絶縁膜741として、窒化シリコンをCVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜した場合、原料ガス中に体積比で3%から6%、例えば5%ほどのハロゲンを含むガスを混入させておくと、得られる窒化シリコン膜中にハロゲンが取り込まれる。絶縁膜741に含まれるハロゲン元素は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度を、1×1017atoms/cm以上、好ましくは1×1018atoms/cm以上、より好ましくは1×1019atoms/cm以上とする。For example, in the case where silicon nitride is formed as the insulating film 741 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a gas containing halogen of 3% to 6%, for example, about 5% by volume is mixed in the source gas. Then, halogen is taken into the obtained silicon nitride film. The halogen element contained in the insulating film 741 has a concentration obtained by secondary ion mass spectrometry (SIMS) of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more, preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3. As described above, more preferably, 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more.

絶縁膜742は、バッテリー740を保護する機能を有する。絶縁膜742としては、例えば樹脂(ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など)、ガラス、アモルファス化合物、セラミックス等の絶縁性材料を用いることができる。また、樹脂の層間に、吸水層としてフッ化カルシウムなどを有する層を設けてもよい。絶縁膜742は、スピンコート法、インクジェット法などによって形成する事ができる。また、絶縁膜742は、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、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ガリウム、酸化ランタン、酸化セシウム、酸化タンタルまたは酸化マグネシウムの一種以上を選択して、単層または積層で作製してもよい。The insulating film 742 has a function of protecting the battery 740. As the insulating film 742, for example, an insulating material such as resin (polyimide resin, polyamide resin, acrylic resin, siloxane resin, epoxy resin, phenol resin, or the like), glass, an amorphous compound, or ceramics can be used. Further, a layer having calcium fluoride or the like as a water absorption layer may be provided between resin layers. The insulating film 742 can be formed by a spin coating method, an inkjet method, or the like. The insulating film 742 includes silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, hafnium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, gallium oxide, lanthanum oxide, cesium oxide, and oxide. One or more of tantalum or magnesium oxide may be selected to produce a single layer or a stacked layer.

半導体装置1000は、バッテリー740の上に、さらに半導体素子を有していてもよい。この場合、絶縁膜741と同様に、絶縁膜742にリチウムの拡散を防ぐ(ブロックする)機能を有することが好ましい。絶縁膜742がリチウムをブロックすることで、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。The semiconductor device 1000 may further include a semiconductor element on the battery 740. In this case, like the insulating film 741, the insulating film 742 preferably has a function of preventing (blocking) diffusion of lithium. With the insulating film 742 blocking lithium, a highly reliable semiconductor device can be provided.

バッテリー740の上に半導体素子を作製する場合、絶縁膜742は、絶縁膜741と同様に、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンを含むことが好ましい。絶縁膜742がハロゲンを含むことで、アルカリ金属であるリチウムと容易に結合し、リチウムが絶縁膜742の外へ拡散することを防ぐことができる。In the case where a semiconductor element is manufactured over the battery 740, the insulating film 742 preferably contains a halogen such as fluorine, chlorine, bromine, or iodine, like the insulating film 741. When the insulating film 742 contains a halogen, it can be easily bonded to lithium which is an alkali metal, and lithium can be prevented from diffusing out of the insulating film 742.

なお、図11において、符号及びハッチングパターンが与えられていない領域は絶縁体で構成された領域を表している。該領域には、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上含む絶縁体を用いることができる。また、該領域には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂を用いることもできる。Note that, in FIG. 11, a region to which no sign or hatching pattern is given represents a region made of an insulator. The region includes aluminum oxide, aluminum nitride oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, An insulator including one or more selected from tantalum oxide and the like can be used. In addition, an organic resin such as a polyimide resin, a polyamide resin, an acrylic resin, a siloxane resin, an epoxy resin, or a phenol resin can be used for the region.

図11の半導体装置1000は、バッテリー740の上部に、ヒートシンク、水冷クーラー、冷却ファンなどの冷却装置を有することが好ましい。冷却装置を設けることで、バッテリー740の発熱による、半導体装置1000の誤動作を防ぐことができる。The semiconductor device 1000 in FIG. 11 preferably has a cooling device such as a heat sink, a water-cooled cooler, or a cooling fan above the battery 740. By providing the cooling device, malfunction of the semiconductor device 1000 due to heat generation of the battery 740 can be prevented.

図11の半導体装置1000は、バッテリー740と第1のトランジスタ720及び第2のトランジスタ730との間に、エアギャップ(真空層の隙間)を有していてもよい。エアギャップを設けることで、バッテリー740から発熱した熱が、第1のトランジスタ720及び第2のトランジスタ730まで伝わるのを防ぐことができ、熱による第1のトランジスタ720及び第2のトランジスタ730の誤動作を防ぐことができる。The semiconductor device 1000 in FIG. 11 may have an air gap (vacuum layer gap) between the battery 740 and the first transistor 720 and the second transistor 730. By providing the air gap, heat generated from the battery 740 can be prevented from being transmitted to the first transistor 720 and the second transistor 730, and malfunction of the first transistor 720 and the second transistor 730 due to heat can be prevented. Can be prevented.

図11は、バッテリー740を、第1のトランジスタ720及び第2のトランジスタ730の上に設けているが、バッテリー740を、第1のトランジスタ720と第2のトランジスタ730の間に設けてもよい。その場合、第1のトランジスタ720、バッテリー740、第2のトランジスタ730の順に素子が形成されることになる。特に、バッテリー740を作製する際に、第2のトランジスタ730を破壊するほどの高温な熱処理が必要な場合、バッテリー740を形成してから第2のトランジスタ730を形成することが好ましい。Although the battery 740 is provided over the first transistor 720 and the second transistor 730 in FIG. 11, the battery 740 may be provided between the first transistor 720 and the second transistor 730. In that case, elements are formed in the order of the first transistor 720, the battery 740, and the second transistor 730. In particular, when the battery 740 is manufactured, in the case where heat treatment at such a high temperature that the second transistor 730 is broken is necessary, it is preferable that the second transistor 730 be formed after the battery 740 is formed.

第1のトランジスタ720及び第2のトランジスタ730を図1、3、6等におけるスイッチに用い、バッテリー740を図1、3、6等におけるバッテリー21に用いることにより、スイッチとバッテリーが積層された半導体装置を構成することができる。これにより、半導体装置の面積の縮小が可能となる。また、スイッチとバッテリーを同一基板上に形成することにより、半導体装置を小型化又は薄膜化することが可能になる。A semiconductor in which a switch and a battery are stacked by using the first transistor 720 and the second transistor 730 for the switch in FIGS. 1, 3, 6 and the like and the battery 740 for the battery 21 in FIGS. A device can be configured. Thereby, the area of the semiconductor device can be reduced. Further, by forming the switch and the battery on the same substrate, the semiconductor device can be downsized or thinned.

<構成例2>
図11では、第1のトランジスタ720がプレーナ型のトランジスタの場合を示したが、第1のトランジスタ720の形状はこれに限定されない。例えば、第1のトランジスタ720をFIN(フィン)型、TRI−GATE(トライゲート)型などのトランジスタとすることができる。その場合の断面図の例を、図12に示す。
<Configuration example 2>
Although FIG. 11 illustrates the case where the first transistor 720 is a planar transistor, the shape of the first transistor 720 is not limited thereto. For example, the first transistor 720 can be a FIN (fin) transistor, a TRI-GATE (trigate) transistor, or the like. An example of a cross-sectional view in that case is shown in FIG.

図12に示す半導体装置1100は、基板700に設けられたFIN型のトランジスタ750を有する点で、図11の半導体装置1000と相違する。図12において、左側に示したトランジスタ750は、トランジスタのチャネル長方向の断面図を示し、右側に示したトランジスタ750は、トランジスタのチャネル幅方向の断面図を示している。A semiconductor device 1100 illustrated in FIG. 12 is different from the semiconductor device 1000 in FIG. 11 in that the semiconductor device 1100 includes a FIN transistor 750 provided over a substrate 700. In FIG. 12, a transistor 750 illustrated on the left side is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor, and a transistor 750 illustrated on the right side is a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor.

図12では、基板700の上に、絶縁膜757が設けられている。基板700は、先端の細い凸部(フィンともいう)を有する。なお、凸部の上には、絶縁膜が設けられていてもよい。その絶縁膜は、凸部を形成するときに、基板700がエッチングされないようにするためのマスクとして機能するものである。なお、凸部は、先端が細くなくてもよく、例えば、略直方体の凸部であってもよいし、先端が太い凸部であってもよい。基板700の凸部の上には、ゲート絶縁膜754が設けられ、その上には、ゲート電極756及び側壁絶縁層755が設けられている。基板700には、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域751と、LDD領域やエクステンション領域として機能する不純物領域752と、チャネル形成領域753が形成されている。なお、ここでは、基板700が、凸部を有する例を示したが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。例えば、SOI基板を加工して、凸部を有する半導体領域を形成しても構わない。In FIG. 12, an insulating film 757 is provided over the substrate 700. The substrate 700 has a protruding portion (also referred to as a fin) with a thin tip. Note that an insulating film may be provided on the convex portion. The insulating film functions as a mask for preventing the substrate 700 from being etched when the convex portion is formed. In addition, the convex part does not need to have a thin tip, for example, it may be a substantially rectangular parallelepiped convex part or a thick convex part. A gate insulating film 754 is provided over the convex portion of the substrate 700, and a gate electrode 756 and a sidewall insulating layer 755 are provided thereon. In the substrate 700, an impurity region 751 functioning as a source region or a drain region, an impurity region 752 functioning as an LDD region or an extension region, and a channel formation region 753 are formed. Note that although the example in which the substrate 700 includes a convex portion is described here, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, an SOI substrate may be processed to form a semiconductor region having a convex portion.

半導体装置1100のその他の構成要素に関しては、半導体装置1000と同様である。Other components of the semiconductor device 1100 are the same as those of the semiconductor device 1000.

<構成例3>
図13に示す半導体装置1200は、第1のトランジスタ720とバッテリー740が同一の階層に設けられている(第1のトランジスタ720とバッテリー740が重ならない)という点で、図11の半導体装置1000と相違する。
<Configuration example 3>
A semiconductor device 1200 illustrated in FIG. 13 is different from the semiconductor device 1000 in FIG. 11 in that the first transistor 720 and the battery 740 are provided in the same level (the first transistor 720 and the battery 740 do not overlap with each other). Is different.

半導体装置1200は、図13に示した構成にすることで、第1のトランジスタ720と、バッテリー740に接続されるプラグ及び配線を同時に作製することができ、工程を簡略化することができる。また、バッテリー740を作製する際に、プラグ701または配線702が破壊される程の高温処理が必要な場合は、バッテリー740を形成してから、プラグ701及び配線702を形成する必要がある。その場合、図13のように、第1のトランジスタ720とバッテリー740を同一の階層に設ける方が好ましい。The semiconductor device 1200 can have the structure illustrated in FIG. 13, whereby the first transistor 720 and the plug and the wiring connected to the battery 740 can be manufactured at the same time, so that the process can be simplified. Further, when the battery 740 is manufactured, if a high-temperature treatment that destroys the plug 701 or the wiring 702 is necessary, it is necessary to form the plug 701 and the wiring 702 after the battery 740 is formed. In that case, it is preferable to provide the first transistor 720 and the battery 740 in the same layer as shown in FIG.

なお、図13では、第1のトランジスタ720を形成した後に、バッテリー740を形成しているが、バッテリー740を先に形成してから、第1のトランジスタ720を形成してもよい。特に、バッテリー740を形成する際に、第1のトランジスタ720が破壊される程の高温処理が必要な場合は、先にバッテリー740を形成してから、第1のトランジスタ720を形成した方が好ましい。Note that in FIG. 13, the battery 740 is formed after the first transistor 720 is formed; however, the first transistor 720 may be formed after the battery 740 is formed first. In particular, in the case where the battery 740 is formed, in the case where high temperature treatment is required to destroy the first transistor 720, it is preferable to form the battery 740 first and then form the first transistor 720. .

半導体装置1200のその他の構成要素に関しては、半導体装置1000と同様である。る。Other components of the semiconductor device 1200 are the same as those of the semiconductor device 1000. The

<構成例4>
図14に示す半導体装置1300は、トランジスタ720を有しない点において、図11の半導体装置1000と相違する。
<Configuration example 4>
A semiconductor device 1300 illustrated in FIG. 14 is different from the semiconductor device 1000 in FIG. 11 in that the transistor 720 is not provided.

図1、3、6等に示されるスイッチを全てOSトランジスタによって構成する場合、第1のトランジスタ720を形成することなく半導体装置を構成することができる。この場合、図14に示すように、半導体装置は第2のトランジスタ730とバッテリー740の積層構造によって構成され、第1のトランジスタ720を形成する工程を削減することができる。従って、半導体装置の作製工程及びコストの削減を実現することができる。In the case where all the switches illustrated in FIGS. 1, 3, 6, and the like are formed using OS transistors, a semiconductor device can be formed without forming the first transistor 720. In this case, as illustrated in FIG. 14, the semiconductor device is formed using a stacked structure of the second transistor 730 and the battery 740, and the number of steps for forming the first transistor 720 can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the manufacturing process and cost of the semiconductor device.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態で示したバッテリーの構成例について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, structural examples of the battery described in the above embodiment will be described.

<構成例1>
図15(A)は、バッテリー800の上面図であり、図15(A)における一点鎖線X−Yにおける断面図を図15(B)に示す。なお、図15(A)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
<Configuration example 1>
FIG. 15A is a top view of the battery 800, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line XY in FIG. Note that in FIG. 15A, some elements are enlarged, reduced, or omitted for clarity of illustration.

図15に示すバッテリー800は、絶縁膜801と、絶縁膜801上に形成された正極集電体層802と、正極集電体層802上に形成された正極活物質層803と、正極活物質層803上に形成された固体電解質層804と、固体電解質層804上に形成された負極活物質層805と、負極活物質層805上に形成された負極集電体層806と、を有し、正極集電体層802及び正極活物質層803は正極として機能し、負極集電体層806及び負極活物質層805は負極として機能する。さらに、少なくとも負極集電体層806上に、絶縁膜807が成膜され、絶縁膜807の開口部には、配線808が形成され、配線808は、正極集電体層802又は負極集電体層806と接続されている。A battery 800 illustrated in FIG. 15 includes an insulating film 801, a positive electrode current collector layer 802 formed over the insulating film 801, a positive electrode active material layer 803 formed over the positive electrode current collector layer 802, and a positive electrode active material. A solid electrolyte layer 804 formed on the layer 803, a negative electrode active material layer 805 formed on the solid electrolyte layer 804, and a negative electrode current collector layer 806 formed on the negative electrode active material layer 805. The positive electrode current collector layer 802 and the positive electrode active material layer 803 function as a positive electrode, and the negative electrode current collector layer 806 and the negative electrode active material layer 805 function as a negative electrode. Further, an insulating film 807 is formed over at least the negative electrode current collector layer 806, and a wiring 808 is formed in the opening of the insulating film 807. The wiring 808 is formed using the positive electrode current collector layer 802 or the negative electrode current collector. Connected to the layer 806.

また、図示していないが、固体電解質層804と正極活物質層803の界面、または固体電解質層804と負極活物質層805の界面に、リチウム層が形成されていてもよい。このリチウム層は、バッテリー800において、キャリアとなるリチウムを正極活物質層または負極活物質層へ供給する(プレドープともいう)ための層である。なお、上記リチウム層は、被形成面全てに形成されていてもよい。また、リチウム層と接して、銅層またはニッケル層が形成されてもよい。該銅層またはニッケル層の形状は、リチウム層と略同一であればよい。該銅層またはニッケル層は、リチウム層から、正極活物質層または負極活物質層へリチウムのプレドープを行う際に、集電体として機能することができる。Although not shown, a lithium layer may be formed at the interface between the solid electrolyte layer 804 and the positive electrode active material layer 803 or at the interface between the solid electrolyte layer 804 and the negative electrode active material layer 805. This lithium layer is a layer for supplying lithium serving as a carrier to the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer (also referred to as pre-doping) in the battery 800. Note that the lithium layer may be formed on the entire formation surface. Further, a copper layer or a nickel layer may be formed in contact with the lithium layer. The shape of the copper layer or nickel layer may be substantially the same as that of the lithium layer. The copper layer or nickel layer can function as a current collector when lithium is pre-doped from the lithium layer to the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer.

なお、上記プレドープによってリチウム層の全てのリチウムが正極活物質層または負極活物質層へドープされてもよいし、リチウム層が残っていてもよい。このようにプレドープ後もリチウム層が残っていることによって、その後、バッテリーの充放電による不可逆容量で消失したリチウムを補充するために用いることができる。Note that all lithium in the lithium layer may be doped into the positive electrode active material layer or the negative electrode active material layer by the pre-doping, or the lithium layer may remain. Since the lithium layer remains after pre-doping in this way, it can be used to replenish lithium that has disappeared due to irreversible capacity due to charging / discharging of the battery.

絶縁膜801の詳細は、実施の形態5における絶縁膜741に関する記載を参照すればよい。For the details of the insulating film 801, the description of the insulating film 741 in Embodiment 5 may be referred to.

正極集電体層802、正極活物質層803、負極活物質層805および負極集電体層806は、スパッタリング法、CVD法、ナノインプリント法、蒸着法などにより形成することができる。スパッタリング法を用いた場合、RFではなくDC電源を用いて成膜することが好ましい。DC電源を用いたスパッタリング法は、成膜レートが大きく、そのためタクトが短くなり、好ましい。正極集電体層802、正極活物質層803、負極活物質層805および負極集電体層806の膜厚は、例えば100nm以上100μm以下とすればよい。The positive electrode current collector layer 802, the positive electrode active material layer 803, the negative electrode active material layer 805, and the negative electrode current collector layer 806 can be formed by a sputtering method, a CVD method, a nanoimprint method, a vapor deposition method, or the like. When the sputtering method is used, it is preferable to form a film using a DC power source instead of RF. The sputtering method using a DC power source is preferable because the film forming rate is high and the tact time is shortened. The film thicknesses of the positive electrode current collector layer 802, the positive electrode active material layer 803, the negative electrode active material layer 805, and the negative electrode current collector layer 806 may be, for example, 100 nm or more and 100 μm or less.

正極集電体層802は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)および白金(Pt)の一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。また、上記金属の合金またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜を、単層または積層で用いてもよい。As the positive electrode current collector layer 802, one or more of titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), and platinum (Pt) may be selected and used in a single layer or a stacked layer. Alternatively, the metal alloy or the conductive film containing a compound containing these as a main component may be used as a single layer or a stacked layer.

正極活物質層803は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウムおよび酸化バナジウムの一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。As the positive electrode active material layer 803, one or more of lithium cobaltate, lithium iron phosphate, lithium manganate, lithium nickelate, and vanadium oxide may be selected and used in a single layer or a stacked layer.

また正極活物質層803はオリビン型構造のリチウム含有複合リン酸塩を用いることができる。リチウム含有複合リン酸塩(一般式LiMPO(Mは、Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))の代表例としては、LiFePO、LiNiPO、LiCoPO、LiMnPO、LiFeNiPO、LiFeCoPO、LiFeMnPO、LiNiCoPO、LiNiMnPO(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFeNiCoPO、LiFeNiMnPO、LiNiCoMnPO(c+d+eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFeNiCoMnPO(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等がある。For the positive electrode active material layer 803, a lithium-containing composite phosphate having an olivine structure can be used. As representative examples of lithium-containing composite phosphates (general formula LiMPO 4 (M is one or more of Fe (II), Mn (II), Co (II), Ni (II))), LiFePO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , LiMnPO 4 , LiFe a Ni b PO 4 , LiFe a Co b PO 4 , LiFe a Mn b PO 4 , LiNi a Co b PO 4 , LiNi a Mn b PO 4 (a + b is 1 or less, 0 <a <1,0 <b <1), LiFe c Ni d Co e PO 4, LiFe c Ni d Mn e PO 4, LiNi c Co d Mn e PO 4 (c + d + e ≦ 1, 0 <c <1,0 < d <1,0 <e <1) , LiFe f Ni g Co h Mn i PO 4 (f + g + h + i is 1 or less, 0 <f <1,0 <g <1,0 <h <1,0 <i <1 And the like.

固体電解質層804は、スパッタ法、蒸着法、CVD法で形成することのできる無機系固体電解質を用いる。無機系固体電解質は、硫化物系固体電解質や酸化物系固体電解質を用いることができる。As the solid electrolyte layer 804, an inorganic solid electrolyte that can be formed by sputtering, vapor deposition, or CVD is used. As the inorganic solid electrolyte, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte can be used.

硫化物系固体電解質としては、例えば、Li11、Li3.250.95、Li10GeP12、Li3.25Ge0.250.75、LiS−P、LiS−GeS、LiS−SiS−LiPO、LiS−SiS−Ga、LiS−SiS−LiSiO、LiI−LiS−P、LiI−LiS−B、LiI−LiS−SiS、等のリチウム複合硫化物材料が挙げられる。Examples of the sulfide-based solid electrolyte include Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , Li 2 S-P 2 S 5 , Li 2 S-GeS 2, Li 2 S-SiS 2 -Li 3 PO 4, Li 2 S-SiS 2 -Ga 2 S 3, Li 2 S-SiS 2 -Li 4 SiO 4, LiI-Li 2 S- P 2 S 5, LiI-Li 2 S-B 2 S 3, LiI-Li 2 S-SiS 2, and lithium composite sulfide material such as is.

また、酸化物系固体電解質としては、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO、LiSiO−LiBO、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.4、Li1.5Al0.5Ge1.6(PO、LiO、LiCO、LiMoO、LiPO、LiVO、LiSiO、LLT(La2/3−xLi3xTiO)、LLZ(LiLaZr12)等のリチウム複合酸化物および酸化リチウム材料が挙げられる。In addition, as the oxide-based solid electrolyte, Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 4 SiO 4 -Li 3 BO 3, Li 2.9 PO 3.3 N 0.46, Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4, Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.6 (PO 4) 3 , Li 2 O, Li 2 CO 3 , Li 2 MoO 4 , Li 3 PO 4 , Li 3 VO 4 , Li 4 SiO 4 , LLT (La 2 / 3-x Li 3x TiO 3 ), LLZ (Li 7 La And lithium composite oxides such as 3 Zr 2 O 12 ) and lithium oxide materials.

また、固体電解質層804には、塗布法等により形成するPEO(ポリエチレンオキシド)等の高分子系固体電解質を用いてもよい。さらに、上述した無機系固体電解質と高分子系固体電解質を含む複合的な固体電解質を用いてもよい。Further, for the solid electrolyte layer 804, a polymer solid electrolyte such as PEO (polyethylene oxide) formed by a coating method or the like may be used. Furthermore, you may use the composite solid electrolyte containing the inorganic type solid electrolyte and polymer solid electrolyte mentioned above.

負極活物質層805は、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、リチウム(Li)、チタン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ケイ素の一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。The negative electrode active material layer 805 includes carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), aluminum (Al), lithium (Li), lithium titanate, lithium niobate, niobium oxide, and tantalum oxide. One or more types of silicon oxide may be selected and used in a single layer or a stacked layer.

負極集電体層806は、チタン(Ti)、銅(Cu)、ステンレス、鉄(Fe)、金(Au)、白金(Pt)およびニッケル(Ni)の一種以上を選択して、単層または積層で用いればよい。また、上記金属の合金またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜を、単層または積層で用いてもよい。The negative electrode current collector layer 806 is selected from one or more of titanium (Ti), copper (Cu), stainless steel, iron (Fe), gold (Au), platinum (Pt), and nickel (Ni). What is necessary is just to use it by lamination | stacking. Alternatively, the metal alloy or the conductive film containing a compound containing these as a main component may be used as a single layer or a stacked layer.

なお、正極活物質層、及び負極活物質層は、必要に応じて、活物質の密着性を高めるための結着剤(バインダ)、を有してもよい。Note that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may include a binder (binder) for improving the adhesion of the active material, as necessary.

バインダとしては、例えば水溶性の高分子を含むことが好ましい。水溶性の高分子としては、例えば多糖類などを用いることができる。多糖類としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースおよびジアセチルセルロース、再生セルロースなどのセルロース誘導体や、澱粉、などを用いることができる。For example, the binder preferably contains a water-soluble polymer. For example, polysaccharides can be used as the water-soluble polymer. As the polysaccharide, carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, cellulose derivatives such as regenerated cellulose, starch, and the like can be used.

また、バインダとしては、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などのゴム材料を用いることが好ましい。これらのゴム材料は、前述の水溶性高分子と併用して用いると、さらに好ましい。The binder is preferably a rubber material such as styrene-butadiene rubber (SBR), styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile / butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer. These rubber materials are more preferably used in combination with the water-soluble polymer described above.

または、バインダとしては、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソブチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、等の材料を用いることが好ましい。Or as binder, polystyrene, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate (PMMA), sodium polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide, polyimide, polyvinyl chloride, polytetrafluoro It is preferable to use materials such as ethylene, polyethylene, polypropylene, isobutylene, polyethylene terephthalate, nylon, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), and the like.

バインダは上記のうち二種類以上を組み合わせて使用してもよい。You may use a binder in combination of 2 or more types among the above.

また、正極活物質層、及び負極活物質層は、活物質層の導電性を高めるための導電助剤等を有してもよい。In addition, the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer may have a conductive auxiliary agent for increasing the conductivity of the active material layer.

導電助剤としては、例えば天然黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ等の人造黒鉛、炭素繊維などを用いることができる。炭素繊維としては、例えばメソフェーズピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維を用いることができる。また炭素繊維として、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブなどを用いることができる。カーボンナノチューブは、例えば気相成長法などで作製することができる。また、導電助剤として、例えばカーボンブラック(アセチレンブラック(AB)など)又はグラフェンなどの炭素材料を用いることができる。また、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金などの金属粉末や金属繊維、導電性セラミックス材料等を用いることができる。As the conductive assistant, for example, artificial graphite such as natural graphite or mesocarbon microbeads, carbon fiber, or the like can be used. As the carbon fibers, for example, carbon fibers such as mesophase pitch-based carbon fibers and isotropic pitch-based carbon fibers can be used. Moreover, carbon nanofiber, a carbon nanotube, etc. can be used as carbon fiber. Carbon nanotubes can be produced by, for example, a vapor phase growth method. Further, as the conductive assistant, for example, a carbon material such as carbon black (acetylene black (AB) or the like) or graphene can be used. Further, for example, metal powder such as copper, nickel, aluminum, silver, gold, metal fiber, conductive ceramic material, or the like can be used.

薄片状のグラフェンは、高い導電性を有するという優れた電気特性、及び柔軟性並びに機械的強度という優れた物理特性を有する。そのため、グラフェンを、導電助剤として用いることにより、活物質同士の接触点や、接触面積を増大させることができる。Flaky graphene has excellent electrical properties such as high electrical conductivity, and excellent physical properties such as flexibility and mechanical strength. Therefore, by using graphene as a conductive additive, the contact point and the contact area between the active materials can be increased.

なお、本明細書において、グラフェンは、単層のグラフェン、又は2層以上100層以下の多層グラフェンを含む。単層グラフェンとは、π結合を有する1原子層の炭素分子のシートのことをいう。また、酸化グラフェンとは、上記グラフェンが酸化された化合物のことをいう。なお、酸化グラフェンを還元してグラフェンを形成する場合、酸化グラフェンに含まれる酸素は全て脱離されずに、一部の酸素はグラフェンに残存する。グラフェンに酸素が含まれる場合、酸素の割合は、XPS(X線光電子分光法)で測定した場合にグラフェン全体の2%以上20%以下、好ましくは3%以上15%以下である。Note that in this specification, graphene includes single-layer graphene or multilayer graphene of two to 100 layers. Single-layer graphene refers to a sheet of one atomic layer of carbon molecules having a π bond. The graphene oxide refers to a compound obtained by oxidizing the graphene. Note that in the case of reducing graphene oxide to form graphene, all oxygen contained in the graphene oxide is not desorbed and part of oxygen remains in the graphene. When oxygen is contained in graphene, the proportion of oxygen is 2% or more and 20% or less, preferably 3% or more and 15% or less of the entire graphene when measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).

また、必要に応じて、固体電解質層の中に、正極と負極が短絡しないように、セパレータを設けてもよい。セパレータは、空孔が設けられた絶縁体を用いることが好ましい。例えば、セルロース、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン(ポリアミド)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。Moreover, you may provide a separator so that a positive electrode and a negative electrode may not short-circuit in a solid electrolyte layer as needed. As the separator, an insulator provided with holes is preferably used. For example, cellulose, glass fiber, ceramics, nylon (polyamide), vinylon (polyvinyl alcohol fiber), polyester, acrylic, polyolefin, synthetic fiber using polyurethane, or the like can be used.

絶縁膜807の詳細は、実施の形態5における絶縁膜742に関する記載を参照すればよい。For the details of the insulating film 807, the description of the insulating film 742 in Embodiment 5 may be referred to.

配線808の詳細は、実施の形態5における配線707に関する記載を参照すればよい。For the details of the wiring 808, the description of the wiring 707 in Embodiment 5 may be referred to.

なお、バッテリー800は、図15(B)に示す正極と負極の上下関係を入れ替えてもよい。つまり、下から順に、負極集電体層806、負極活物質層805、固体電解質層804、正極活物質層803、正極集電体層802を作製してもよい。Note that the battery 800 may interchange the vertical relationship between the positive electrode and the negative electrode illustrated in FIG. That is, you may produce the negative electrode collector layer 806, the negative electrode active material layer 805, the solid electrolyte layer 804, the positive electrode active material layer 803, and the positive electrode collector layer 802 in order from the bottom.

例えば、正極活物質層803に膜厚が1μmのLiFePOを用いた場合、バッテリー800の容量を計算すると、およそ60μAh/cmの容量が得られる。For example, when LiFePO 4 having a thickness of 1 μm is used for the positive electrode active material layer 803, a capacity of approximately 60 μAh / cm 2 is obtained when the capacity of the battery 800 is calculated.

例えば、正極活物質層803に膜厚が1μmのLiCoOを用いた場合、バッテリー800の容量を計算すると、およそ70μAh/cmの容量が得られる。For example, when LiCoO 2 having a thickness of 1 μm is used for the positive electrode active material layer 803, when the capacity of the battery 800 is calculated, a capacity of approximately 70 μAh / cm 2 is obtained.

例えば、正極活物質層803に膜厚が1μmのiMnを用いた場合、バッテリー800の容量を計算すると、およそ60μAh/cmの容量が得られる。For example, when iMn 2 O 4 having a thickness of 1 μm is used for the positive electrode active material layer 803, a capacity of approximately 60 μAh / cm 2 is obtained when the capacity of the battery 800 is calculated.

なお、上記の計算は全て、負極活物質層805にリチウムを仮定し、それぞれの正極活物質の理論容量値(LiFePOは170mAh/g、LiCoOは137mAh/g、LiMnは148mAh/g)を用いて計算を行った。Note that all the above calculations assume lithium in the negative electrode active material layer 805, and the theoretical capacity values of the respective positive electrode active materials (LiFePO 4 is 170 mAh / g, LiCoO 2 is 137 mAh / g, LiMn 2 O 4 is 148 mAh / Calculations were made using g).

バッテリー800は、接続される半導体装置または電子機器に必要な電力量に応じて、バッテリー800の面積及び容量を決定すればよい。例えば、正極活物質層803にLiFePOを用いた場合、上記計算結果を用いると、バッテリー800の面積(正極活物質層803と負極活物質層805が重なる部分の面積)を、1cm以上、100cm以下に収めることで、バッテリー800の容量を60μAh以上、6mAh以下にすることができる。The area and capacity of the battery 800 may be determined in accordance with the amount of power necessary for the semiconductor device or electronic device to be connected. For example, when LiFePO 4 is used for the positive electrode active material layer 803, the area of the battery 800 (the area where the positive electrode active material layer 803 and the negative electrode active material layer 805 overlap) is 1 cm 2 or more when the above calculation result is used. By accommodating it in 100 cm 2 or less, the capacity of the battery 800 can be set to 60 μAh or more and 6 mAh or less.

また、バッテリーに接続される半導体装置または電子機器に必要な電力量に応じて、複数のバッテリー800を、直列および/または並列に接続してもよい。特に、積層された複数のバッテリー800を直列および/または並列に接続することで、バッテリーのエネルギー密度を大きくし、且つ占有面積を小さくできるので好ましい。In addition, a plurality of batteries 800 may be connected in series and / or in parallel depending on the amount of power required for the semiconductor device or electronic device connected to the battery. In particular, it is preferable to connect a plurality of stacked batteries 800 in series and / or in parallel so that the energy density of the battery can be increased and the occupied area can be reduced.

<構成例2>
図16に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図16(A)は、バッテリー810の上面図であり、図16(A)における一点鎖線X−Yにおける断面図を、図16(B)に示す。なお、図16(A)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
<Configuration example 2>
FIG. 16 illustrates an example of a battery included in one embodiment of the present invention. FIG. 16A is a top view of the battery 810, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the dashed-dotted line X-Y in FIG. Note that in FIG. 16A, some elements are enlarged, reduced, or omitted for clarity.

図16(B)に示すバッテリー810は、絶縁膜801と、絶縁膜801上の同一平面上に形成された正極集電体層802および負極集電体層806と、正極集電体層802上の正極活物質層803と、負極集電体層806上の負極活物質層805と、少なくとも正極活物質層803および負極活物質層805と接する固体電解質層804と、を有し、正極集電体層802および正極活物質層803は正極として機能し、負極集電体層806および負極活物質層805は負極として機能する。さらに、少なくとも固体電解質層804上に絶縁膜807が形成され、絶縁膜807の開口部には配線808が形成され、配線808は、正極集電体層802または負極集電体層806と、接続されている。A battery 810 illustrated in FIG. 16B includes an insulating film 801, a positive electrode current collector layer 802 and a negative electrode current collector layer 806 which are formed on the same plane over the insulating film 801, and the positive electrode current collector layer 802. A positive electrode active material layer 803, a negative electrode active material layer 805 on the negative electrode current collector layer 806, and a solid electrolyte layer 804 in contact with at least the positive electrode active material layer 803 and the negative electrode active material layer 805. The body layer 802 and the positive electrode active material layer 803 function as a positive electrode, and the negative electrode current collector layer 806 and the negative electrode active material layer 805 function as a negative electrode. Further, an insulating film 807 is formed at least on the solid electrolyte layer 804, and a wiring 808 is formed in the opening of the insulating film 807. The wiring 808 is connected to the positive electrode current collector layer 802 or the negative electrode current collector layer 806. Has been.

バッテリー810は、正極集電体層802と負極集電体層806が同一平面上に形成され、図16(B)のXY方向に正極と負極が存在する点で、図15のバッテリー800と異なる。バッテリー810を図16(B)に示す構成にすることで、正極と負極の間にある一定の距離を設けることが可能になり、正極と負極の短絡を防ぐことができる。A battery 810 is different from the battery 800 in FIG. 15 in that the positive electrode current collector layer 802 and the negative electrode current collector layer 806 are formed on the same plane, and the positive electrode and the negative electrode are present in the XY directions in FIG. . When the battery 810 has the structure illustrated in FIG. 16B, a certain distance can be provided between the positive electrode and the negative electrode, and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be prevented.

バッテリー810のそれぞれの構成要素に関する詳細は、図15のバッテリー800の記載を参照すればよい。For details on each component of the battery 810, the description of the battery 800 in FIG. 15 may be referred to.

なお、バッテリー810の正極集電体層802と負極集電体層806を、同一材料で同時に形成してもよい。正極と負極の集電体層を同一材料で同時に形成することで、製造工程を簡略化することができる。Note that the positive electrode current collector layer 802 and the negative electrode current collector layer 806 of the battery 810 may be formed using the same material at the same time. By simultaneously forming the current collector layers of the positive electrode and the negative electrode with the same material, the manufacturing process can be simplified.

<構成例3>
図17に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図17(A)は、バッテリー820の上面図であり、図17(A)における一点鎖線X−Yにおける断面図を、図17(B)に示す。なお、図17(A)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
<Configuration example 3>
FIG. 17 illustrates an example of a battery included in one embodiment of the present invention. FIG. 17A is a top view of the battery 820, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line XY in FIG. Note that in FIG. 17A, some elements are enlarged, reduced, or omitted for clarity.

図17(B)に示すバッテリー820は、絶縁膜801と、絶縁膜801上の同一平面上に形成された正極集電体層802および負極集電体層806と、正極集電体層802上に形成された正極活物質層803と、少なくとも正極活物質層803、絶縁膜801及び負極集電体層806の上に形成された固体電解質層804と、固体電解質層804を介して正極活物質層803の一部と重なり、固体電解質層804及び負極集電体層806上に形成された負極活物質層805と、を有し、正極集電体層802および正極活物質層803は正極として機能し、負極集電体層806および負極活物質層805は負極として機能する。さらに、少なくとも負極活物質層805上に絶縁膜807が形成され、絶縁膜807の開口部には配線808が形成され、配線808は、正極集電体層802または負極集電体層806と接続されている。A battery 820 illustrated in FIG. 17B includes an insulating film 801, a positive electrode current collector layer 802 and a negative electrode current collector layer 806 that are formed on the same plane over the insulating film 801, and the positive electrode current collector layer 802. A positive electrode active material layer 803, a solid electrolyte layer 804 formed on at least the positive electrode active material layer 803, the insulating film 801, and the negative electrode current collector layer 806, and a positive electrode active material via the solid electrolyte layer 804 And a negative electrode active material layer 805 formed over the solid electrolyte layer 804 and the negative electrode current collector layer 806. The positive electrode current collector layer 802 and the positive electrode active material layer 803 serve as a positive electrode. The negative electrode current collector layer 806 and the negative electrode active material layer 805 function as a negative electrode. Further, an insulating film 807 is formed at least over the negative electrode active material layer 805, and a wiring 808 is formed in the opening of the insulating film 807. The wiring 808 is connected to the positive electrode current collector layer 802 or the negative electrode current collector layer 806. Has been.

図17(B)に示すバッテリー820は、負極活物質層805が、固体電解質層804の上に形成されている点で、図16(B)に示すバッテリー810と異なる。バッテリー820を図17(B)に示す構成にすることで、短絡を防ぐために正極集電体層802と負極集電体層806との間に、ある一定の距離を設けることができ、イオンの移動を効率よく行うために、正極活物質層803と負極活物質層805の距離を近づけることができる。A battery 820 illustrated in FIG. 17B is different from the battery 810 illustrated in FIG. 16B in that a negative electrode active material layer 805 is formed over the solid electrolyte layer 804. With the structure of the battery 820 illustrated in FIG. 17B, a certain distance can be provided between the positive electrode current collector layer 802 and the negative electrode current collector layer 806 in order to prevent a short circuit. In order to efficiently move, the distance between the positive electrode active material layer 803 and the negative electrode active material layer 805 can be reduced.

バッテリー820のそれぞれの構成要素に関する詳細は、図15のバッテリー800の記載を参照すればよい。Details regarding each component of the battery 820 may be referred to the description of the battery 800 in FIG.

なお、バッテリー820は、正極と負極の上下関係を入れ替えてもよい。つまり、下から順に、負極活物質層805、固体電解質層804、正極活物質層803を形成してもよい。Note that the battery 820 may interchange the vertical relationship between the positive electrode and the negative electrode. That is, the negative electrode active material layer 805, the solid electrolyte layer 804, and the positive electrode active material layer 803 may be formed sequentially from the bottom.

また、バッテリー820の正極集電体層802と負極集電体層806を、同一材料で同時に形成してもよい。正極と負極の集電体層を同一材料で同時に形成することで、製造工程を簡略化することができる。Alternatively, the positive electrode current collector layer 802 and the negative electrode current collector layer 806 of the battery 820 may be formed using the same material at the same time. By simultaneously forming the current collector layers of the positive electrode and the negative electrode with the same material, the manufacturing process can be simplified.

<構成例4>
図18に、本発明の一態様に含まれるバッテリーの一例を示す。図18(A)は、バッテリー830の断面図である。
<Configuration example 4>
FIG. 18 illustrates an example of a battery included in one embodiment of the present invention. FIG. 18A is a cross-sectional view of the battery 830.

図18(A)に示すバッテリー830は、絶縁膜801と、絶縁膜801上に形成された正極集電体層802と、正極集電体層802上に形成された正極活物質層803と、正極活物質層803上に形成された固体電解質層804と、固体電解質層804上に形成された絶縁膜811と、固体電解質層804および絶縁膜811上に形成された負極活物質層805と、負極活物質層805上に形成された負極集電体層806と、を有し、正極集電体層802及び正極活物質層803は正極として機能し、負極集電体層806及び負極活物質層805は負極として機能する。さらに、少なくとも負極集電体層806の上に、絶縁膜807が形成されている。また、図示されていないが、正極集電体層802及び負極集電体層806は、配線を介して外部と接続されている。A battery 830 illustrated in FIG. 18A includes an insulating film 801, a positive electrode current collector layer 802 formed over the insulating film 801, a positive electrode active material layer 803 formed over the positive electrode current collector layer 802, A solid electrolyte layer 804 formed on the positive electrode active material layer 803; an insulating film 811 formed on the solid electrolyte layer 804; a negative electrode active material layer 805 formed on the solid electrolyte layer 804 and the insulating film 811; A negative electrode current collector layer 806 formed on the negative electrode active material layer 805, the positive electrode current collector layer 802 and the positive electrode active material layer 803 function as a positive electrode, and the negative electrode current collector layer 806 and the negative electrode active material The layer 805 functions as a negative electrode. Further, an insulating film 807 is formed over at least the negative electrode current collector layer 806. Although not shown, the positive electrode current collector layer 802 and the negative electrode current collector layer 806 are connected to the outside through wiring.

図18(A)に示すバッテリー830は、固体電解質層804と負極活物質層805が接する領域が電池として機能し、電池として機能しない領域は、絶縁膜811が固体電解質層804と負極活物質層805の間に存在することで、正極と負極の短絡を防ぐことができる。In the battery 830 illustrated in FIG. 18A, a region where the solid electrolyte layer 804 and the negative electrode active material layer 805 are in contact functions as a battery, and a region where the solid electrolyte layer 804 does not function as the battery is an insulating film 811 formed of the solid electrolyte layer 804 and the negative electrode active material layer. By being between 805, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be prevented.

絶縁膜811は、例えば、有機樹脂又は無機絶縁材料を用いることができる。有機樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。無機絶縁材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。絶縁膜811の作製が容易となるため、特に感光性の樹脂を用いることが好ましい。絶縁膜811の形成方法は、特に限定されず、例えば、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。For the insulating film 811, for example, an organic resin or an inorganic insulating material can be used. As the organic resin, for example, polyimide resin, polyamide resin, acrylic resin, siloxane resin, epoxy resin, phenol resin, or the like can be used. As the inorganic insulating material, silicon oxide, silicon oxynitride, or the like can be used. In particular, a photosensitive resin is preferably used because the insulating film 811 can be easily manufactured. The formation method of the insulating film 811 is not particularly limited, and for example, a photolithography method, a sputtering method, a vapor deposition method, a droplet discharge method (inkjet method or the like), a printing method (screen printing, offset printing, or the like) may be used. .

バッテリー830のその他の構成要素に関する詳細は、図15のバッテリー800の記載を参照すればよい。For details regarding other components of the battery 830, the description of the battery 800 in FIG. 15 may be referred to.

なお、バッテリー830は図18(B)に示すように、正極活物質層803の上に、絶縁膜811を有してもよい。Note that the battery 830 may include an insulating film 811 over the positive electrode active material layer 803 as illustrated in FIG.

なお、図18(A)及び(B)に示すバッテリー830は、正極と負極の上下関係を入れ替えてもよい。つまり、下から順に、負極集電体層806、負極活物質層805、固体電解質層804、正極活物質層803、正極集電体層802を作製してもよい。Note that in the battery 830 illustrated in FIGS. 18A and 18B, the vertical relationship between the positive electrode and the negative electrode may be interchanged. That is, you may produce the negative electrode collector layer 806, the negative electrode active material layer 805, the solid electrolyte layer 804, the positive electrode active material layer 803, and the positive electrode collector layer 802 in order from the bottom.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態7)
本実施の形態では、上記実施の形態で示したOSトランジスタの構造の例について説明する。なお、本実施の形態に示すOSトランジスタは一例であり、本発明に用いることができるトランジスタの形状はこれに限定されない。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example of the structure of the OS transistor described in the above embodiment will be described. Note that the OS transistor described in this embodiment is an example, and the shape of the transistor that can be used in the present invention is not limited thereto.

<OSトランジスタの構成例>
図19(A)乃至図19(D)は、トランジスタ900の上面図および断面図である。図19(A)は上面図であり、図19(A)に示す一点鎖線Y1−Y2方向の断面が図19(B)に相当し、図19(A)に示す一点鎖線X1−X2方向の断面が図19(C)に相当し、図19(A)に示す一点鎖線X3−X4方向の断面が図19(D)に相当する。なお、図19(A)乃至図19(D)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。また、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル長方向、一点鎖線X1−X2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
<Configuration example of OS transistor>
19A to 19D are a top view and a cross-sectional view of the transistor 900. FIG. 19A is a top view, a cross section in the direction of dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG. 19A corresponds to FIG. 19B, and the direction in dashed-dotted line X1-X2 in FIG. A cross section corresponds to FIG. 19C, and a cross section in the direction of dashed-dotted line X3-X4 in FIG. 19A corresponds to FIG. Note that in FIGS. 19A to 19D, some elements are illustrated in an enlarged, reduced, or omitted manner for clarity. The direction of the alternate long and short dash line Y1-Y2 may be referred to as a channel length direction, and the direction of the alternate long and short dash line X1-X2 may be referred to as a channel width direction.

なお、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(ソース領域またはソース電極)とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。Note that the channel length means, for example, in a top view of a transistor, a region where a semiconductor (or a portion where current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap, or a region where a channel is formed , The distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode). Note that in one transistor, the channel length is not necessarily the same in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.

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。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。The channel width is, for example, that a source and a drain face each other in a region where a semiconductor (or a portion where a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap, or a region where a channel is formed. The length of the part. Note that in one transistor, the channel width is not necessarily the same in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。Note that depending on the structure of the transistor, the channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter referred to as an effective channel width) and the channel width shown in a top view of the transistor (hereinafter, apparent channel width). May be different). For example, in a transistor having a three-dimensional structure, the effective channel width is larger than the apparent channel width shown in the top view of the transistor, and the influence may not be negligible. For example, in a transistor having a fine and three-dimensional structure, the ratio of the channel region formed on the side surface of the semiconductor may be larger than the ratio of the channel region formed on the upper surface of the semiconductor. In that case, the effective channel width in which the channel is actually formed is larger than the apparent channel width shown in the top view.

ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。By the way, in a transistor having a three-dimensional structure, it may be difficult to estimate an effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, it is difficult to accurately measure the effective channel width when the shape of the semiconductor is not accurately known.

そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。Therefore, in this specification, in the top view of a transistor, an apparent channel width which is a length of a portion where a source and a drain face each other in a region where a semiconductor and a gate electrode overlap with each other is referred to as an “enclosed channel width (SCW : Surrounded Channel Width) ”. In this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, in the case where the term “channel width” is simply used, it may denote an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, and the like can be determined by obtaining a cross-sectional TEM image and analyzing the image. it can.

なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。Note that in the case where the field-effect mobility of a transistor, the current value per channel width, and the like are calculated and calculated, the calculation may be performed using the enclosed channel width. In that case, the value may be different from that calculated using the effective channel width.

トランジスタ900は、基板940上の絶縁膜952と、絶縁膜952上に、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962の順で形成された積層と、該積層の一部と接続されたソース電極971およびドレイン電極972と、該積層の一部、ソース電極971の一部、およびドレイン電極972の一部を覆う第3の酸化物半導体963と、該積層の一部、ソース電極971の一部、ドレイン電極972の一部、第3の酸化物半導体963と重なるゲート絶縁膜953およびゲート電極973と、ソース電極971およびドレイン電極972、ならびにゲート電極973上の絶縁膜954と、絶縁膜954上の絶縁膜955を有する。なお、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962および第3の酸化物半導体963をまとめて、酸化物半導体960と呼称する。The transistor 900 includes an insulating film 952 over a substrate 940, a stack in which the first oxide semiconductor 961 and the second oxide semiconductor 962 are formed in this order over the insulating film 952, and a part of the stack is connected to the transistor 900. Source electrode 971 and drain electrode 972, part of the stack, part of source electrode 971, part of drain electrode 972, third oxide semiconductor 963 covering the part of stack, part of stack, source electrode 971, part of drain electrode 972, gate insulating film 953 and gate electrode 973 overlapping with third oxide semiconductor 963, source electrode 971 and drain electrode 972, and insulating film 954 over gate electrode 973; An insulating film 955 over the insulating film 954 is provided. Note that the first oxide semiconductor 961, the second oxide semiconductor 962, and the third oxide semiconductor 963 are collectively referred to as an oxide semiconductor 960.

なお、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)に設けられている。Note that at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed from a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , Surface, side surface, upper surface, and / or at least part (or all) of the lower surface.

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)と、接触している。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の少なくとも一部(又は全部)と、接触している。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , Surface, side surface, upper surface, and / or at least part (or all) of the lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). At least a part (or all) is in contact.

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)と接続されている。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の一部(又は全部)と接続されている。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , The front surface, the side surface, the upper surface, and / or at least a part (or all) of the lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). Some (or all) are connected.

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)に、近接して配置されている。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の一部(又は全部)に、近接して配置されている。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , Surface, side surface, upper surface, and / or at least part (or all) of the lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). Some (or all) of them are arranged close to each other.

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)の横側に配置されている。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の一部(又は全部)の横側に配置されている。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , The surface, the side surface, the upper surface, and / or the lateral surface of at least a part (or all) of the lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). It is arranged on the side of some (or all).

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)の斜め上側に配置されている。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の一部(又は全部)の斜め上側に配置されている。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , At least a part (or all) of the front surface, side surface, upper surface, and / or lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). It is arranged on a part (or all) of the diagonally upper side.

または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の、表面、側面、上面、および/又は、下面の少なくとも一部(又は全部)の上側に配置されている。または、ソース電極971(および/又は、ドレイン電極972)の、少なくとも一部(又は全部)は、第2の酸化物半導体962(および/又は、第1の酸化物半導体961)などの半導体層の一部(又は全部)の上側に配置されている。Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). , The surface, the side surface, the upper surface, and / or the upper surface of at least a part (or all) of the lower surface. Alternatively, at least part (or all) of the source electrode 971 (and / or the drain electrode 972) is formed of a semiconductor layer such as the second oxide semiconductor 962 (and / or the first oxide semiconductor 961). It is arranged on a part (or all) of the upper side.

なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。Note that the functions of the “source” and “drain” of the transistor may be interchanged when a transistor with a different polarity is used or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.

本発明の一態様のトランジスタは、チャネル長が10nm以上1000nm以下、好ましくはチャネル長が20nm 以上500nm以下、より好ましくはチャネル長が30nm以上300nm以下のトップゲート型構造である。The transistor of one embodiment of the present invention has a top-gate structure with a channel length of 10 nm to 1000 nm, preferably a channel length of 20 nm to 500 nm, more preferably a channel length of 30 nm to 300 nm.

以下に、本実施の形態の半導体装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。Hereinafter, components included in the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail.

<基板>
基板940は、単なる支持材料に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成された基板であってもよい。この場合、トランジスタ900のゲート電極973、ソース電極971、およびドレイン電極972の一つは、上記の他のデバイスと接続されていてもよい。
<Board>
The substrate 940 is not limited to a simple support material, and may be a substrate on which other devices such as transistors are formed. In this case, one of the gate electrode 973, the source electrode 971, and the drain electrode 972 of the transistor 900 may be connected to the other device.

<下地絶縁膜>
絶縁膜952は、基板940からの不純物の拡散を防止する役割を有するほか、酸化物半導体960に酸素を供給する役割を担うことができる。したがって、絶縁膜952は酸素を含む絶縁膜であることが好ましく、化学量論組成よりも多い酸素を含む絶縁膜であることがより好ましい。例えば、TDS法(Thermal Desorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)にて、酸素原子に換算しての酸素の放出量が1.0×1019atoms/cm以上である膜とする。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、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。また、上述のように基板940が他のデバイスが形成された基板である場合、絶縁膜952は、表面が平坦になるようにCMP(Chemical Mechanical Polishing)法等で平坦化処理を行うことが好ましい。
<Base insulating film>
The insulating film 952 can serve to prevent diffusion of impurities from the substrate 940 and can supply oxygen to the oxide semiconductor 960. Therefore, the insulating film 952 is preferably an insulating film containing oxygen, and more preferably an insulating film containing oxygen larger than the stoichiometric composition. For example, a film having an oxygen release amount of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more converted to oxygen atoms by a TDS method (Thermal Desorption Spectroscopy). The surface temperature of the film at the time of the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. to 700 ° C., or 100 ° C. to 500 ° C. In addition, in the case where the substrate 940 is a substrate on which another device is formed as described above, the insulating film 952 is preferably subjected to planarization treatment by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like so that the surface becomes flat. .

絶縁膜952は、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化物絶縁膜、または上記材料を混合した膜を用いて形成することができる。The insulating film 952 includes oxide insulating materials such as aluminum oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide. It can be formed using a film, a nitride insulating film such as silicon nitride, silicon nitride oxide, or aluminum nitride oxide, or a film in which the above materials are mixed.

<酸化物半導体>
酸化物半導体960は、代表的には、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)がある。とくに、酸化物半導体960としては、In−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)を用いると好ましい。
<Oxide semiconductor>
The oxide semiconductor 960 typically includes an In—Ga oxide, an In—Zn oxide, an In—M—Zn oxide (where M is Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, Sn, or Hf). In particular, an In-M-Zn oxide (M is Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, Sn, or Hf) is preferably used as the oxide semiconductor 960.

ただし、酸化物半導体960は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体960は、例えば、Zn−Sn酸化物、Ga−Sn酸化物であっても構わない。Note that the oxide semiconductor 960 is not limited to the oxide containing indium. The oxide semiconductor 960 may be, for example, a Zn—Sn oxide or a Ga—Sn oxide.

酸化物半導体960がスパッタリング法で作製されたIn−M−Zn酸化物(Mは、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、SnまたはHf)の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=2:1:3が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体960の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。In-M-Zn oxide in which the oxide semiconductor 960 is an In-M-Zn oxide manufactured by a sputtering method (M is Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, Sn, or Hf) It is preferable that the atomic ratio of the metal element of the target used for forming the film satisfies In ≧ M and Zn ≧ M. As the atomic ratio of the metal element of such a target, In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 1.2, In: M: Zn = 3: 1: 2 In: M: Zn = 2: 1: 3 is preferable. Note that the atomic ratio of the oxide semiconductor 960 to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target as an error.

次に、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962、および第3の酸化物半導体963の積層により構成される酸化物半導体960の機能およびその効果について、図20(B)に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図20(A)は、図19(B)に示すトランジスタ900のチャネル部分を拡大した図で、図20(B)は、図20(A)にA1−A2の鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。また、図20(B)は、トランジスタ900のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。Next, FIG. 20B illustrates functions and effects of the oxide semiconductor 960 including the stack of the first oxide semiconductor 961, the second oxide semiconductor 962, and the third oxide semiconductor 963. This will be described using the energy band structure diagram shown. 20A is an enlarged view of the channel portion of the transistor 900 illustrated in FIG. 19B, and FIG. 20B is an energy band of the portion indicated by the chain line A1-A2 in FIG. 20A. The structure is shown. FIG. 20B illustrates an energy band structure of a channel formation region of the transistor 900.

図20(B)中、Ec952、Ec961、Ec962、Ec963、Ec953は、それぞれ、絶縁膜952、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962、第3の酸化物半導体963、ゲート絶縁膜953の伝導帯下端のエネルギーを示している。In FIG. 20B, Ec952, Ec961, Ec962, Ec963, and Ec953 are an insulating film 952, a first oxide semiconductor 961, a second oxide semiconductor 962, a third oxide semiconductor 963, and a gate insulating film, respectively. The energy at the lower end of the conduction band of the film 953 is shown.

ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差(「電子親和力」ともいう。)は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(イオン化ポテンシャルともいう。)からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータ(HORIBA JOBIN YVON社 UT−300)を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)装置(PHI社 VersaProbe)を用いて測定できる。Here, the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band (also referred to as “electron affinity”) is defined as the energy gap based on the difference between the vacuum level and the energy at the top of the valence band (also referred to as ionization potential). Subtracted value. The energy gap can be measured using a spectroscopic ellipsometer (HORIBA JOBIN YVON UT-300). The energy difference between the vacuum level and the upper end of the valence band can be measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) apparatus (PHI VersaProbe).

なお、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:2のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:4のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.4eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:6のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.3eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:2のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.9eV、電子親和力は約4.3eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:8のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.4eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:10のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.2eV、電子親和力は約4.7eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2のスパッタリングターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約2.8eV、電子親和力は約5.0eVである。Note that an In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 2 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.5 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 4 has an energy gap of about 3.4 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 3: 6 has an energy gap of about 3.3 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 2 has an energy gap of about 3.9 eV and an electron affinity of about 4.3 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 8 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.4 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 6: 10 has an energy gap of about 3.5 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 has an energy gap of about 3.2 eV and an electron affinity of about 4.7 eV. . An In—Ga—Zn oxide formed using a sputtering target with an atomic ratio of In: Ga: Zn = 3: 1: 2 has an energy gap of about 2.8 eV and an electron affinity of about 5.0 eV. .

絶縁膜952とゲート絶縁膜953は絶縁体であるため、Ec953とEc952は、Ec961、Ec962、およびEc963よりも真空準位に近い(電子親和力が小さい)。Since the insulating film 952 and the gate insulating film 953 are insulators, Ec953 and Ec952 are closer to the vacuum level (having a lower electron affinity) than Ec961, Ec962, and Ec963.

また、Ec961は、Ec962よりも真空準位に近い。具体的には、Ec961は、Ec962よりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下または0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。Ec961 is closer to the vacuum level than Ec962. Specifically, Ec961 is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less than Ec962. It is preferable that it is close to.

また、Ec963は、Ec962よりも真空準位に近い。具体的には、Ec963は、Ec962よりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下または0.4eV以下真空準位に近いことが好ましい。Ec963 is closer to the vacuum level than Ec962. Specifically, Ec963 is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less than Ec962. It is preferable that it is close to.

また、第1の酸化物半導体961と第2の酸化物半導体962との界面近傍、および、第2の酸化物半導体962と第3の酸化物半導体963との界面近傍では、混合領域が形成されるため、伝導帯下端のエネルギーは連続的に変化する。即ち、これらの界面において、準位は存在しないか、ほとんどない。In addition, mixed regions are formed in the vicinity of the interface between the first oxide semiconductor 961 and the second oxide semiconductor 962 and in the vicinity of the interface between the second oxide semiconductor 962 and the third oxide semiconductor 963. Therefore, the energy at the lower end of the conduction band changes continuously. That is, there are almost no levels at these interfaces.

従って、当該エネルギーバンド構造を有する積層構造において、電子は第2の酸化物半導体962を主として移動することになる。そのため、第1の酸化物半導体961と絶縁膜952との界面、または、第3の酸化物半導体963とゲート絶縁膜953との界面に準位が存在したとしても、当該準位は電子の移動にほとんど影響しない。また、第1の酸化物半導体961と第2の酸化物半導体962との界面、および第3の酸化物半導体963と第2の酸化物半導体962との界面に準位が存在しないか、ほとんどないため、当該領域において電子の移動を阻害することもない。従って、上記酸化物半導体の積層構造を有するトランジスタ900は、高い電界効果移動度を実現することができる。Accordingly, electrons move mainly in the second oxide semiconductor 962 in the stacked structure having the energy band structure. Therefore, even if a level exists at the interface between the first oxide semiconductor 961 and the insulating film 952 or the interface between the third oxide semiconductor 963 and the gate insulating film 953, the level does not move electrons. Hardly affected. In addition, there are no or almost no levels at the interface between the first oxide semiconductor 961 and the second oxide semiconductor 962 and the interface between the third oxide semiconductor 963 and the second oxide semiconductor 962. Therefore, movement of electrons in the region is not hindered. Therefore, the transistor 900 having the stacked structure of the oxide semiconductor can achieve high field effect mobility.

なお、図20に示すように、第1の酸化物半導体961と絶縁膜952の界面、および第3の酸化物半導体963とゲート絶縁膜953の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位Et900が形成され得るものの、第1の酸化物半導体961、および第3の酸化物半導体963があることにより、第2の酸化物半導体962と当該トラップ準位とを遠ざけることができる。Note that as illustrated in FIG. 20, in the vicinity of the interface between the first oxide semiconductor 961 and the insulating film 952 and in the vicinity of the interface between the third oxide semiconductor 963 and the gate insulating film 953, trap states caused by impurities and defects are present. Although the position Et900 can be formed, the presence of the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963 enables the second oxide semiconductor 962 and the trap level to be separated from each other.

特に、本実施の形態に例示するトランジスタ900は、チャネル幅方向において、第2の酸化物半導体962の上面と側面が第3の酸化物半導体963と接し、第2の酸化物半導体962の下面が第1の酸化物半導体961と接して形成されている(図19(C)参照)。このように、第2の酸化物半導体962を第1の酸化物半導体961と第3の酸化物半導体963で覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。In particular, in the transistor 900 illustrated in this embodiment, the top surface and the side surface of the second oxide semiconductor 962 are in contact with the third oxide semiconductor 963 in the channel width direction, and the bottom surface of the second oxide semiconductor 962 is It is formed in contact with the first oxide semiconductor 961 (see FIG. 19C). In this manner, with the structure in which the second oxide semiconductor 962 is covered with the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963, the influence of the trap states can be further reduced.

ただし、Ec961またはEc963と、Ec962とのエネルギー差が小さい場合、第2の酸化物半導体962の電子が該エネルギー差を越えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁膜の界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。従って、Ec961、およびEc963と、Ec962とのエネルギー差を、それぞれ0.1eV以上、好ましくは0.15eV以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができるため、好ましい。However, in the case where the energy difference between Ec961 or Ec963 and Ec962 is small, the electrons of the second oxide semiconductor 962 may reach the trap level exceeding the energy difference. By trapping electrons in the trap level, negative fixed charges are generated at the interface of the insulating film, and the threshold voltage of the transistor is shifted in the positive direction. Therefore, when the energy difference between Ec961, Ec963, and Ec962 is 0.1 eV or more, preferably 0.15 eV or more, variation in the threshold voltage of the transistor is reduced, and the electrical characteristics of the transistor are good. Therefore, it is preferable.

また、第1の酸化物半導体961、および第3の酸化物半導体963のバンドギャップは、第2の酸化物半導体962のバンドギャップよりも広いほうが好ましい。The band gaps of the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963 are preferably wider than the band gap of the second oxide semiconductor 962.

第1の酸化物半導体961および第3の酸化物半導体963には、例えば、Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHfを第2の酸化物半導体962よりも高い原子数比で含む材料を用いることができる。具体的には、当該原子数比を1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物半導体に生じることを抑制する機能を有する。すなわち、第1の酸化物半導体961および第3の酸化物半導体963は、第2の酸化物半導体962よりも酸素欠損が生じにくいということができる。For the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963, for example, Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, or Hf is higher than the second oxide semiconductor 962 A material containing an atomic ratio can be used. Specifically, the atomic ratio is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more. The above element is strongly bonded to oxygen and thus has a function of suppressing generation of oxygen vacancies in the oxide semiconductor. That is, it can be said that the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963 are less likely to have oxygen vacancies than the second oxide semiconductor 962.

なお、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962、第3の酸化物半導体963が、少なくともインジウム、亜鉛およびM(Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物であるとき、第1の酸化物半導体961をIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]、第2の酸化物半導体962をIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]、第3の酸化物半導体963をIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]とすると、y/xおよびy/xがy/xよりも大きくなることが好ましい。y/xおよびy/xはy/xよりも1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上とする。このとき、第2の酸化物半導体962において、yがx以上であるとトランジスタの電気特性を安定させることができる。ただし、yがxの3倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、yはxの3倍未満であることが好ましい。Note that the first oxide semiconductor 961, the second oxide semiconductor 962, and the third oxide semiconductor 963 include at least indium, zinc, and M (Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, In the case of an In-M-Zn oxide containing a metal such as Ce or Hf, the first oxide semiconductor 961 is formed of In: M: Zn = x 1 : y 1 : z 1 [atomic ratio], second The oxide semiconductor 962 of In: M: Zn = x 2 : y 2 : z 2 [atomic ratio] and the third oxide semiconductor 963 is In: M: Zn = x 3 : y 3 : z 3 [atomic Number ratio], y 1 / x 1 and y 3 / x 3 are preferably larger than y 2 / x 2 . y 1 / x 1 and y 3 / x 3 are 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more than y 2 / x 2 . At this time, in the second oxide semiconductor 962, when y 2 is greater than or equal to x 2 , the electrical characteristics of the transistor can be stabilized. However, when y 2 is 3 times or more of x 2 , the field-effect mobility of the transistor is lowered. Therefore, y 2 is preferably less than 3 times x 2 .

第1の酸化物半導体961および第3の酸化物半導体963のZnおよびOを除いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75atomic%より高くする。また、第2の酸化物半導体962のZnおよびOを除いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくはInが25atomic%より高く、Mが75atomic%未満、さらに好ましくはInが34atomic%より高く、Mが66atomic%未満とする。The atomic ratio of In and M excluding Zn and O in the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963 is preferably that In is less than 50 atomic%, M is higher than 50 atomic%, and more preferably In is less than 25 atomic% and M is higher than 75 atomic%. The atomic ratio of In and M excluding Zn and O in the second oxide semiconductor 962 is preferably that In is higher than 25 atomic%, M is lower than 75 atomic%, and more preferably In is higher than 34 atomic%. , M is less than 66 atomic%.

第1の酸化物半導体961および第3の酸化物半導体963の厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の酸化物半導体962の厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、第2の酸化物半導体962は、第1の酸化物半導体961および第3の酸化物半導体963より厚い方が好ましい。The thicknesses of the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963 are 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. The thickness of the second oxide semiconductor 962 is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50 nm. The second oxide semiconductor 962 is preferably thicker than the first oxide semiconductor 961 and the third oxide semiconductor 963.

なお、酸化物半導体をチャネルとするトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体のキャリア密度が、1×1017/cm未満であること、好ましくは1×1015/cm未満であること、さらに好ましくは1×1013/cm未満であることを指す。Note that in order to impart stable electrical characteristics to a transistor including an oxide semiconductor as a channel, it is effective to reduce the impurity concentration in the oxide semiconductor so that the oxide semiconductor is intrinsic or substantially intrinsic. . Here, substantially intrinsic means that the carrier density of the oxide semiconductor is less than 1 × 10 17 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 15 / cm 3 , and more preferably 1 × 10 10. It indicates less than 13 / cm 3 .

また、酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。また、シリコンは酸化物半導体中で不純物準位の形成に寄与する。当該不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。したがって、第1の酸化物半導体961、第2の酸化物半導体962および第3の酸化物半導体963の層中や、それぞれの界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。In the oxide semiconductor, hydrogen, nitrogen, carbon, silicon, and metal elements other than main components are impurities. For example, hydrogen and nitrogen contribute to the formation of donor levels and increase the carrier density. Silicon contributes to the formation of impurity levels in an oxide semiconductor. The impurity level becomes a trap and may deteriorate the electrical characteristics of the transistor. Therefore, it is preferable to reduce the impurity concentration in the layers of the first oxide semiconductor 961, the second oxide semiconductor 962, and the third oxide semiconductor 963 and at the respective interfaces.

酸化物半導体を真性または実質的に真性とするためには、SIMS分析において、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、シリコン濃度を1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする。また、水素濃度は、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atoms/cm以下とする。また、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。In order to make an oxide semiconductor intrinsic or substantially intrinsic, in SIMS analysis, for example, at a certain depth of the oxide semiconductor or in a certain region of the oxide semiconductor, the silicon concentration is set to 1 × 10 19 atoms / Less than cm 3 , preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 . The hydrogen concentration is, for example, 2 × 10 20 atoms / cm 3 or less, preferably 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less at a certain depth of the oxide semiconductor or in a region where the oxide semiconductor is present. It is preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less. The nitrogen concentration is, for example, less than 5 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less at a certain depth of the oxide semiconductor or in a region where the oxide semiconductor is present. It is preferably 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, more preferably 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

また、酸化物半導体が結晶を含む場合、シリコンや炭素が高濃度で含まれると、酸化物半導体の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体の結晶性を低下させないためには、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、シリコン濃度を1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする部分を有していればよい。また、例えば、酸化物半導体のある深さにおいて、または、酸化物半導体のある領域において、炭素濃度を1×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする部分を有していればよい。In addition, in the case where the oxide semiconductor includes crystals, the crystallinity of the oxide semiconductor may be reduced if silicon or carbon is included at a high concentration. In order not to decrease the crystallinity of the oxide semiconductor, for example, the silicon concentration is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 at a certain depth of the oxide semiconductor or in a certain region of the oxide semiconductor. It suffices to have a portion that is less than × 10 18 atoms / cm 3 , more preferably less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 . In addition, for example, at a certain depth of the oxide semiconductor or in a certain region of the oxide semiconductor, the carbon concentration is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , preferably less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 , and more preferably May have a portion less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

また、上述のように高純度化された酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオフ電流は極めて小さい。例えば、ソースとドレインとの間の電圧を0.1V、5V、または、10V程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流を数yA/μmから数zA/μmにまで低減することが可能となる。Further, the off-state current of the transistor in which the oxide semiconductor purified as described above is used for a channel formation region is extremely small. For example, when the voltage between the source and the drain is about 0.1 V, 5 V, or 10 V, the off-current normalized by the channel width of the transistor is reduced from several yA / μm to several zA / μm. It becomes possible.

本実施の形態に例示するトランジスタ900は、酸化物半導体960のチャネル幅方向を電気的に取り囲むようにゲート電極973が形成されているため、酸化物半導体960に対しては垂直方向からのゲート電界に加えて、側面方向からのゲート電界が印加される。すなわち、酸化物半導体の全体的にゲート電界が印加させることとなり、電流はチャネルとなる第2の酸化物半導体962全体に流れるようになり、さらにオン電流を高められる。In the transistor 900 exemplified in this embodiment, the gate electrode 973 is formed so as to electrically surround the channel width direction of the oxide semiconductor 960; thus, the gate electric field from the vertical direction with respect to the oxide semiconductor 960 is formed. In addition, a gate electric field from the side surface direction is applied. That is, a gate electric field is applied to the entire oxide semiconductor, so that current flows through the entire second oxide semiconductor 962 serving as a channel, and the on-state current can be further increased.

<酸化物半導体の結晶構造>
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。
<Crystal structure of oxide semiconductor>
Hereinafter, the structure of the oxide semiconductor film is described.

酸化物半導体膜は、例えば、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに分けられる。または、酸化物半導体は、例えば、結晶性酸化物半導体と非晶質酸化物半導体とに分けられる。An oxide semiconductor film is classified into, for example, a non-single-crystal oxide semiconductor film and a single-crystal oxide semiconductor film. Alternatively, an oxide semiconductor is classified into, for example, a crystalline oxide semiconductor and an amorphous oxide semiconductor.

なお、非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。Note that examples of the non-single-crystal oxide semiconductor include a CAAC-OS (C Axis Crystallized Oxide Semiconductor), a polycrystalline oxide semiconductor, a microcrystalline oxide semiconductor, and an amorphous oxide semiconductor. As a crystalline oxide semiconductor, a single crystal oxide semiconductor, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, a microcrystalline oxide semiconductor, or the like can be given.

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。In this specification, “parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. Further, “substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30 ° to 30 °. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° to 120 °. In this specification, when a crystal is trigonal or rhombohedral, it is represented as a hexagonal system.

<CAAC−OS>
CAAC−OS膜は、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
<CAAC-OS>
The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of c-axis aligned crystal parts.

透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって、CAAC−OS膜の明視野像および回折パターンの複合解析像(高分解能TEM像ともいう。)を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一方、高分解能TEM像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。Confirming a plurality of crystal parts by observing a bright field image of a CAAC-OS film and a combined analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a CAAC-OS film with a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope). Can do. On the other hand, a clear boundary between crystal parts, that is, a crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed even by a high-resolution TEM image. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is unlikely to decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

試料面と略平行な方向から、CAAC−OS膜の断面の高分解能TEM像を観察すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。When a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS film is observed from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting unevenness of a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface on which the CAAC-OS film is formed, and is arranged in parallel with the formation surface or the upper surface of the CAAC-OS film. .

一方、試料面と略垂直な方向から、CAAC−OS膜の平面の高分解能TEM像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。On the other hand, when a high-resolution TEM image of a plane of the CAAC-OS film is observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape in a crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。When structural analysis is performed on a CAAC-OS film using an X-ray diffraction (XRD) apparatus, for example, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by an out-of-plane method, A peak may appear when the diffraction angle (2θ) is around 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the crystal of the CAAC-OS film has c-axis orientation, and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. Can be confirmed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。Note that when the CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal is analyzed by an out-of-plane method, a peak may also appear when 2θ is around 36 ° in addition to the peak where 2θ is around 31 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS film. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

CAAC−OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(または分子半径)が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low impurity concentration. The impurity is an element other than the main component of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, or a transition metal element. In particular, an element such as silicon, which has a stronger bonding force with oxygen than the metal element included in the oxide semiconductor film, disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor film by depriving the oxide semiconductor film of oxygen, and has crystallinity. It becomes a factor to reduce. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, carbon dioxide, and the like have large atomic radii (or molecular radii). Therefore, if they are contained inside an oxide semiconductor film, the atomic arrangement of the oxide semiconductor film is disturbed, resulting in crystallinity. It becomes a factor to reduce. Note that the impurity contained in the oxide semiconductor film might serve as a carrier trap or a carrier generation source.

また、CAAC−OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low density of defect states. For example, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film can serve as carrier traps or can generate carriers by capturing hydrogen.

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。A low impurity concentration and a low density of defect states (small number of oxygen vacancies) is called high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic. A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has few carrier generation sources, and thus can have a low carrier density. Therefore, a transistor including the oxide semiconductor film is unlikely to have electrical characteristics (also referred to as normally-on) in which the threshold voltage is negative. A highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor film has few carrier traps. Therefore, a transistor including the oxide semiconductor film has a small change in electrical characteristics and has high reliability. Note that the charge trapped in the carrier trap of the oxide semiconductor film takes a long time to be released, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high density of defect states may have unstable electrical characteristics.

また、CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。In addition, a transistor including a CAAC-OS film has little variation in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light.

<微結晶酸化物半導体膜>
微結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
<Microcrystalline oxide semiconductor film>
The microcrystalline oxide semiconductor film includes a region where a crystal part can be confirmed and a region where a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. In most cases, a crystal part included in the microcrystalline oxide semiconductor film has a size of 1 nm to 100 nm, or 1 nm to 10 nm. In particular, an oxide semiconductor film including a nanocrystal (nc) that is a microcrystal of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm is referred to as an nc-OS (nanocrystalline Oxide Semiconductor) film. In the nc-OS film, for example, a crystal grain boundary may not be clearly confirmed in a high-resolution TEM image.

nc−OS膜は、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。The nc-OS film has periodicity in atomic arrangement in a very small region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). In addition, the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS film may not be distinguished from an amorphous oxide semiconductor film depending on an analysis method. For example, when structural analysis is performed on the nc-OS film using an XRD apparatus using X-rays having a diameter larger than that of the crystal part, a peak indicating a crystal plane is not detected in the analysis by the out-of-plane method. Further, when electron diffraction (also referred to as limited-field electron diffraction) using an electron beam with a probe diameter larger than that of the crystal part (eg, 50 nm or more) is performed on the nc-OS film, a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. Is done. On the other hand, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film using an electron beam having a probe diameter that is close to or smaller than the size of the crystal part, spots are observed. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a region with high luminance may be observed so as to draw a circle (in a ring shape). Further, when nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped region.

nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。The nc-OS film is an oxide semiconductor film that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor film. Therefore, the nc-OS film has a lower density of defect states than the amorphous oxide semiconductor film. Note that the nc-OS film does not have regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, the nc-OS film has a higher density of defect states than the CAAC-OS film.

<非晶質酸化物半導体膜>
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
<Amorphous oxide semiconductor film>
An amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having an irregular atomic arrangement in the film and having no crystal part. An oxide semiconductor film having an amorphous state such as quartz is an example.

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において結晶部を確認することができない。In the amorphous oxide semiconductor film, a crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image.

非晶質酸化物半導体膜に対し、XRD装置を用いた構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。When structural analysis using an XRD apparatus is performed on an amorphous oxide semiconductor film, a peak indicating a crystal plane is not detected by analysis using an out-of-plane method. Further, when electron diffraction is performed on the amorphous oxide semiconductor film, a halo pattern is observed. Further, when nanobeam electron diffraction is performed on an amorphous oxide semiconductor film, no spot is observed and a halo pattern is observed.

なお、酸化物半導体膜は、nc−OS膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。Note that the oxide semiconductor film may have a structure having physical properties between the nc-OS film and the amorphous oxide semiconductor film. An oxide semiconductor film having such a structure is particularly referred to as an amorphous-like oxide semiconductor (a-like OS) film.

a−like OS膜は、高分解能TEM像において鬆(ボイドともいう。)が観察される場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。a−like OS膜は、TEMによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なnc−OS膜であれば、TEMによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。In the a-like OS film, a void (also referred to as a void) may be observed in a high-resolution TEM image. Moreover, in a high-resolution TEM image, it has the area | region which can confirm a crystal part clearly, and the area | region which cannot confirm a crystal part. In some cases, the a-like OS film is crystallized by a small amount of electron irradiation as observed by a TEM, and a crystal part is grown. On the other hand, in the case of a good-quality nc-OS film, crystallization due to a small amount of electron irradiation comparable to that observed by TEM is hardly observed.

なお、a−like OS膜およびnc−OS膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能TEM像を用いて行うことができる。例えば、InGaZnOの結晶は層状構造を有し、In−O層の間に、Ga−Zn−O層を2層有する。InGaZnOの結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。そのため、高分解能TEM像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所においては、それぞれの格子縞がInGaZnOの結晶のa−b面に対応する。Note that the crystal part size of the a-like OS film and the nc-OS film can be measured using high-resolution TEM images. For example, a crystal of InGaZnO 4 has a layered structure, and two Ga—Zn—O layers are provided between In—O layers. The unit cell of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which a total of nine layers including three In—O layers and six Ga—Zn—O layers are stacked in the c-axis direction. Therefore, the distance between these adjacent layers is approximately the same as the lattice spacing (also referred to as d value) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm from crystal structure analysis. Therefore, paying attention to the lattice fringes in the high-resolution TEM image, each lattice fringe corresponds to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal in a portion where the interval between the lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less.

また、酸化物半導体膜は、構造ごとに密度が異なる場合がある。例えば、ある酸化物半導体膜の組成がわかれば、該組成と同じ組成における単結晶の密度と比較することにより、その酸化物半導体膜の構造を推定することができる。例えば、単結晶の密度に対し、a−like OS膜の密度は78.6%以上92.3%未満となる。また、例えば、単結晶の密度に対し、nc−OS膜の密度およびCAAC−OS膜の密度は92.3%以上100%未満となる。なお、単結晶の密度に対し密度が78%未満となる酸化物半導体膜は、成膜すること自体が困難である。In addition, the oxide semiconductor film may have a different density for each structure. For example, if the composition of a certain oxide semiconductor film is known, the structure of the oxide semiconductor film can be estimated by comparing with the density of a single crystal having the same composition as the composition. For example, the density of the a-like OS film is 78.6% or more and less than 92.3% with respect to the density of the single crystal. For example, the density of the nc-OS film and the density of the CAAC-OS film are 92.3% or more and less than 100% with respect to the density of the single crystal. Note that it is difficult to form an oxide semiconductor film whose density is lower than 78% with respect to that of a single crystal.

上記について、具体例を用いて説明する。例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体膜において、菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnOの密度は6.357g/cmとなる。よって、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体膜において、a−like OS膜の密度は5.0g/cm以上5.9g/cm未満となる。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体膜において、nc−OS膜の密度およびCAAC−OS膜の密度は5.9g/cm以上6.3g/cm未満となる。The above will be described using a specific example. For example, in an oxide semiconductor film satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g / cm 3 . Therefore, for example, in an oxide semiconductor film satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the a-like OS film is 5.0 g / cm 3 or more and less than 5.9 g / cm 3. It becomes. For example, in the oxide semiconductor film satisfying In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio], the density of the nc-OS film and the density of the CAAC-OS film are 5.9 g / cm 3 or more 6 Less than 3 g / cm 3 .

なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成の単結晶に相当する密度を算出することができる。所望の組成の単結晶の密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて算出すればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて算出することが好ましい。Note that there may be no single crystal having the same composition. In that case, a density corresponding to a single crystal having a desired composition can be calculated by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio. What is necessary is just to calculate the density of the single crystal of a desired composition using a weighted average with respect to the ratio which combines the single crystal from which a composition differs. However, the density is preferably calculated by combining as few kinds of single crystals as possible.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、a−like OS膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, an a-like OS film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example. .

また、CAAC−OS膜をスパッタリング法で成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。In addition, in order to form the CAAC-OS film by a sputtering method, it is preferable to apply the following conditions.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、処理室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素、および窒素など)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) existing in the treatment chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状又はペレット状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. When the substrate heating temperature at the time of film formation is increased, when the flat or pellet-like sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume.

ターゲットの一例として、In−Ga−Zn系酸化物ターゲットについて以下に示す。As an example of the target, an In—Ga—Zn-based oxide target is described below.

InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末を所定のmol数比で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn系酸化物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3、1:4:4、3:1:2または2:1:3である。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するターゲットによって適宜変更すればよい。In-Ga-Zn which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder at a predetermined mol number ratio, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C. to 1500 ° C. A system oxide target is used. X, Y and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3, 1: 4: 4, 3: 1: 2 or 2: 1: 3. In addition, what is necessary is just to change suitably the kind of powder, and the mol number ratio to mix with the target to produce.

<ゲート電極>
ゲート電極973は、クロム(Cr)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)から選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、ゲート電極973は、一層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造、Cu−Mn合金膜の単層構造、Cu−Mn合金膜上にCu膜を積層する二層構造、Cu−Mn合金膜上にCu膜を積層し、さらにその上にCu−Mn合金膜を積層する三層構造等がある。特にCu−Mn合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸素を含む絶縁膜との界面に酸化マンガンを形成し、Cuの拡散を防ぐことができるため好ましい。
<Gate electrode>
The gate electrode 973 includes chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), Metal element selected from tungsten (W), manganese (Mn), nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), ruthenium (Ru), an alloy containing the above metal element as a component, or the above metal It can be formed using an alloy or the like combining elements. The gate electrode 973 may have a single-layer structure or a stacked structure including two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on a titanium nitride film, and a two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a titanium nitride film Layer structure, two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a tantalum nitride film or tungsten nitride film, a three-layer structure in which a titanium film and an aluminum film are stacked on the titanium film, and a titanium film is further formed thereon, Cu Single layer structure of -Mn alloy film, two layer structure in which Cu film is laminated on Cu-Mn alloy film, Cu film is laminated on Cu-Mn alloy film, and Cu-Mn alloy film is further laminated thereon There are three-layer structures. In particular, a Cu—Mn alloy film is preferable because it has low electric resistance and can form manganese oxide at an interface with an insulating film containing oxygen to prevent Cu from diffusing.

また、ゲート電極973には、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、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。The gate electrode 973 includes 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, and indium zinc oxide. Alternatively, a light-transmitting conductive material such as an indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used. Alternatively, a stacked structure of the above light-transmitting conductive material and the above metal element can be employed.

<ゲート絶縁膜>
ゲート絶縁膜953には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、ゲート絶縁膜953は上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁膜953に、ランタン(La)、窒素、ジルコニウム(Zr)などを、不純物として含んでいてもよい。
<Gate insulation film>
The gate insulating film 953 includes aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide. An insulating film containing one or more of them can be used. The gate insulating film 953 may be a stacked layer of the above materials. Note that the gate insulating film 953 may contain lanthanum (La), nitrogen, zirconium (Zr), or the like as an impurity.

また、ゲート絶縁膜953の積層構造の一例について説明する。ゲート絶縁膜953は、例えば、酸素、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、酸化ハフニウム、および酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。An example of a stacked structure of the gate insulating film 953 is described. The gate insulating film 953 includes, for example, oxygen, nitrogen, silicon, hafnium, or the like. Specifically, it preferably contains hafnium oxide and silicon oxide or silicon oxynitride.

酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化シリコンや酸化窒化シリコンを用いた場合と比べて、ゲート絶縁膜953の膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。即ち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。さらに、結晶構造を有する酸化ハフニウムは、非晶質構造を有する酸化ハフニウムと比べて高い比誘電率を備える。したがって、オフ電流の小さいトランジスタとするためには、結晶構造を有する酸化ハフニウムを用いることが好ましい。結晶構造の例としては、単斜晶系や立方晶系などが挙げられる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。Hafnium oxide has a higher dielectric constant than silicon oxide or silicon oxynitride. Accordingly, since the thickness of the gate insulating film 953 can be increased as compared with the case where silicon oxide or silicon oxynitride is used, leakage current due to a tunnel current can be reduced. That is, a transistor with a small off-state current can be realized. Further, hafnium oxide having a crystal structure has a higher dielectric constant than hafnium oxide having an amorphous structure. Therefore, in order to obtain a transistor with low off-state current, it is preferable to use hafnium oxide having a crystal structure. Examples of the crystal structure include a monoclinic system and a cubic system. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto.

<ソース電極およびドレイン電極>
ソース電極971およびドレイン電極972は、ゲート電極973と同様の材料で作製することができる。特にCu−Mn合金膜は、電気抵抗が低く、且つ、酸化物半導体960との界面に酸化マンガンを形成し、Cuの拡散を防ぐことができるため好ましい。
<Source electrode and drain electrode>
The source electrode 971 and the drain electrode 972 can be formed using a material similar to that of the gate electrode 973. In particular, a Cu—Mn alloy film is preferable because it has low electrical resistance and can form manganese oxide at the interface with the oxide semiconductor 960 to prevent diffusion of Cu.

<保護絶縁膜>
絶縁膜954は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングできる機能を有する。絶縁膜954を設けることで、酸化物半導体960からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体960への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。絶縁膜954としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
<Protective insulating film>
The insulating film 954 has a function of blocking oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, and the like. By providing the insulating film 954, diffusion of oxygen from the oxide semiconductor 960 to the outside and entry of hydrogen, water, and the like into the oxide semiconductor 960 from the outside can be prevented. As the insulating film 954, for example, a nitride insulating film can be used. Examples of the nitride insulating film include silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, and aluminum nitride oxide. Note that an oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, or the like may be provided instead of the nitride insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like. Examples of the oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, and the like include aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, and hafnium oxynitride.

酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高いので絶縁膜954に適用するのに好ましい。したがって、酸化アルミニウム膜は、トランジスタの作製工程中および作製後において、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酸化物半導体960への混入防止、酸化物半導体960を構成する主成分材料である酸素の酸化物半導体からの放出防止、絶縁膜952からの酸素の不必要な放出防止の効果を有する保護膜として用いることに適している。また、酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体中に拡散させることもできる。The aluminum oxide film is preferable to be applied to the insulating film 954 because it has a high blocking effect of preventing permeation of both hydrogen, moisture and other impurities, and oxygen. Therefore, the aluminum oxide film prevents the entry of impurities such as hydrogen and moisture, which cause variation in the electrical characteristics of the transistor, into the oxide semiconductor 960 during and after the manufacturing process of the transistor, and constitutes the oxide semiconductor 960. It is suitable for use as a protective film having an effect of preventing release of oxygen as a component material from an oxide semiconductor and preventing unnecessary release of oxygen from the insulating film 952. In addition, oxygen contained in the aluminum oxide film can be diffused into the oxide semiconductor.

<層間絶縁膜>
また、絶縁膜954上には絶縁膜955が形成されていることが好ましい。当該絶縁膜には、酸化マグネシウム、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、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、当該酸化物絶縁膜は上記材料の積層であってもよい。
<Interlayer insulation film>
In addition, an insulating film 955 is preferably formed over the insulating film 954. The insulating film contains one or more of magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide. An insulating film can be used. The oxide insulating film may be a stack of the above materials.

<第2のゲート電極>
なお、図19において、トランジスタにゲート電極が1つ設けられている場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。トランジスタに複数のゲート電極が設けられていてもよい。一例として、図19に示したトランジスタ900に、第2のゲート電極として導電膜974が設けられている例を、図21(A)乃至図21(D)に示す。図21(A)は上面図であり、図21(A)に示す一点鎖線Y1−Y2方向の断面が図21(B)に相当し、図21(A)に示す一点鎖線X1−X2方向の断面が図21(C)に相当し、図21(A)に示す一点鎖線X3−X4方向の断面が図21(D)に相当する。なお、図21(A)乃至図21(D)では、図の明瞭化のために一部の要素を拡大、縮小、または省略して図示している。
<Second gate electrode>
Note that FIG. 19 illustrates an example in which one gate electrode is provided in a transistor; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto. A plurality of gate electrodes may be provided in the transistor. As an example, FIGS. 21A to 21D illustrate an example in which the transistor 900 illustrated in FIGS. 19A and 19B is provided with a conductive film 974 as the second gate electrode. 21A is a top view, and a cross section in the direction of dashed-dotted line Y1-Y2 in FIG. 21A corresponds to FIG. 21B, and is in the direction of dashed-dotted line X1-X2 in FIG. A cross section corresponds to FIG. 21C, and a cross section in the direction of dashed-dotted line X3-X4 in FIG. 21A corresponds to FIG. Note that in FIGS. 21A to 21D, some elements are illustrated in an enlarged, reduced, or omitted manner for clarity.

導電膜974は、ゲート電極973において述べた材料や、積層構造を適用することが出来る。導電膜974は、ゲート電極層としての機能を有する。なお、導電膜974は、一定の電位が供給されていてもよいし、ゲート電極973と同じ電位や、同じ信号が供給されていてもよい。The conductive film 974 can be formed using the materials described for the gate electrode 973 or a stacked structure. The conductive film 974 functions as a gate electrode layer. Note that the conductive film 974 may be supplied with a constant potential, or may be supplied with the same potential or the same signal as the gate electrode 973.

なお、図21におけるトランジスタ900のように、あるトランジスタTが、半導体膜を間に挟んで存在する一対のゲートを有している場合、一方のゲートには信号Aが、他方のゲートには固定電位Vbが与えられてもよい。また、一方のゲートには信号Aが、他方のゲートには信号Bが与えられてもよい。また、一方のゲートには固定電位Vaが、他方のゲートには固定電位Vbが与えられてもよい。Note that as in the transistor 900 in FIG. 21, when a certain transistor T includes a pair of gates with a semiconductor film interposed therebetween, a signal A is fixed to one gate and the other gate is fixed. The potential Vb may be applied. Further, the signal A may be given to one gate, and the signal B may be given to the other gate. One gate may be supplied with a fixed potential Va and the other gate may be supplied with a fixed potential Vb.

信号Aは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Aは、電位V1、または電位V2(V1>V2とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V1を高電源電位とし、電位V2を低電源電位とすることができる。信号Aは、アナログ信号であってもよい。The signal A is a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state, for example. The signal A may be a digital signal that takes two kinds of potentials, that is, the potential V1 or the potential V2 (V1> V2). For example, the potential V1 can be a high power supply potential and the potential V2 can be a low power supply potential. The signal A may be an analog signal.

固定電位Vbは、例えば、トランジスタTの一方のゲートに対応するしきい値電圧VthAを制御するための電位である。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2であってもよい。この場合、固定電位Vbを生成するための電位発生回路を設ける必要がなく好ましい。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2と異なる電位であってもよい。固定電位Vbを低くすることで、しきい値電圧VthAを高くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧Vgsが0Vのときのドレイン電流を低減し、トランジスタTを有する回路のリーク電流を低減できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも低くしてもよい。固定電位Vbを高くすることで、しきい値電圧VthAを低くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧VgsがVDDのときのドレイン電流を向上させ、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも高くしてもよい。The fixed potential Vb is a potential for controlling the threshold voltage VthA corresponding to one gate of the transistor T, for example. The fixed potential Vb may be the potential V1 or the potential V2. In this case, it is not necessary to provide a potential generation circuit for generating the fixed potential Vb, which is preferable. The fixed potential Vb may be a potential different from the potential V1 or the potential V2. In some cases, the threshold voltage VthA can be increased by lowering the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is 0 V can be reduced, and the leakage current of the circuit including the transistor T can be reduced in some cases. For example, the fixed potential Vb may be set lower than the low power supply potential. In some cases, the threshold voltage VthA can be lowered by increasing the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is VDD may be improved, and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. For example, the fixed potential Vb may be higher than the low power supply potential.

信号Bは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Bは、電位V3、または電位V4(V3>V4とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V3を高電源電位とし、電位V4を低電源電位とすることができる。信号Bは、アナログ信号であってもよい。The signal B is a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state, for example. The signal B may be a digital signal that takes two kinds of potentials, that is, the potential V3 or the potential V4 (V3> V4). For example, the potential V3 can be a high power supply potential and the potential V4 can be a low power supply potential. The signal B may be an analog signal.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと同じデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタTのオン電流を向上し、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。このとき、信号Aにおける電位V1及び電位V2は、信号Bにおける電位V3及び電位V4と、異なっていても良い。例えば、信号Bが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜が、信号Aが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜よりも厚い場合、信号Bの電位振幅(V3−V4)を、信号Aの電位振幅(V1−V2)より大きくしても良い。そうすることで、トランジスタTの導通状態または非導通状態に対して、信号Aが与える影響と、信号Bが与える影響と、を同程度とすることができる場合がある。When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may be a signal having the same digital value as the signal A. In this case, the on-state current of the transistor T may be improved and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. At this time, the potential V1 and the potential V2 in the signal A may be different from the potential V3 and the potential V4 in the signal B. For example, when the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal B is input is thicker than the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal A is input, the potential amplitude (V3 to V4) of the signal B is It may be larger than the potential amplitude (V1-V2). By doing so, the influence of the signal A and the influence of the signal B on the conduction state or non-conduction state of the transistor T may be almost the same.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと異なるデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタTの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。例えば、トランジスタTがnチャネル型である場合、信号Aが電位V1であり、かつ、信号Bが電位V3である場合のみ導通状態となる場合や、信号Aが電位V2であり、かつ、信号Bが電位V4である場合のみ非導通状態となる場合には、一つのトランジスタでNAND回路やNOR回路等の機能を実現できる場合がある。また、信号Bは、しきい値電圧VthAを制御するための信号であってもよい。例えば、信号Bは、トランジスタTを有する回路が動作している期間と、当該回路が動作していない期間と、で電位が異なる信号であっても良い。信号Bは、回路の動作モードに合わせて電位が異なる信号であってもよい。この場合、信号Bは信号Aほど頻繁には電位が切り替わらない場合がある。When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may be a signal having a digital value different from that of the signal A. In this case, the transistor T can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized. For example, when the transistor T is an n-channel transistor, the transistor A is in a conductive state only when the signal A is the potential V1 and the signal B is the potential V3, or the signal A is the potential V2 and the signal B In the case where the transistor is non-conductive only when the potential is V4, the function of a NAND circuit, a NOR circuit, or the like may be realized with one transistor. The signal B may be a signal for controlling the threshold voltage VthA. For example, the signal B may be a signal having a different potential between a period in which a circuit including the transistor T is operating and a period in which the circuit is not operating. The signal B may be a signal having a different potential according to the operation mode of the circuit. In this case, the potential of the signal B may not be switched as frequently as the signal A.

信号Aと信号Bが共にアナログ信号である場合、信号Bは、信号Aと同じ電位のアナログ信号、信号Aの電位を定数倍したアナログ信号、または、信号Aの電位を定数だけ加算もしくは減算したアナログ信号等であってもよい。この場合、トランジスタTのオン電流を向上し、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。信号Bは、信号Aと異なるアナログ信号であってもよい。この場合、トランジスタTの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。When both the signal A and the signal B are analog signals, the signal B is an analog signal having the same potential as the signal A, an analog signal obtained by multiplying the potential of the signal A by a constant, or the potential of the signal A is added or subtracted by a constant. An analog signal or the like may be used. In this case, the on-state current of the transistor T may be improved and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. The signal B may be an analog signal different from the signal A. In this case, the transistor T can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized.

信号Aがデジタル信号、信号Bがアナログ信号であってもよい。信号Aがアナログ信号、信号Bがデジタル信号であってもよい。The signal A may be a digital signal and the signal B may be an analog signal. The signal A may be an analog signal and the signal B may be a digital signal.

トランジスタTの両方のゲートに固定電位を与える場合、トランジスタTを、抵抗素子と同等の素子として機能させることができる場合がある。例えば、トランジスタTがnチャネル型である場合、固定電位Vaまたは固定電位Vbを高く(低く)することで、トランジスタの実効抵抗を低く(高く)することができる場合がある。固定電位Va及び固定電位Vbを共に高く(低く)することで、一つのゲートしか有さないトランジスタによって得られる実効抵抗よりも低い(高い)実効抵抗が得られる場合がある。When a fixed potential is applied to both gates of the transistor T, the transistor T may function as an element equivalent to a resistance element. For example, in the case where the transistor T is an n-channel transistor, the effective resistance of the transistor may be decreased (increased) by increasing (decreasing) the fixed potential Va or the fixed potential Vb. By making both the fixed potential Va and the fixed potential Vb higher (lower), an effective resistance lower (higher) than that obtained by a transistor having only one gate may be obtained.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図22を用いて説明を行う。
(Embodiment 8)
In this embodiment, electronic devices of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図22(A)乃至図22(F)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカー5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することができる。22A to 22F illustrate electronic devices. These electronic devices include a housing 5000, a display portion 5001, a speaker 5003, an LED lamp 5004, operation keys 5005 (including a power switch or an operation switch), a connection terminal 5006, and a sensor 5007 (force, displacement, position, speed, Measure acceleration, angular velocity, number of rotations, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell or infrared A microphone 5008, and the like.

図22(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図22(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図22(C)はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、イヤホン5013、等を有することができる。図22(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図22(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図22(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。FIG. 22A illustrates a mobile computer which can include a switch 5009, an infrared port 5010, and the like in addition to the above components. FIG. 22B illustrates a portable image reproducing device (eg, a DVD reproducing device) including a recording medium, which includes a second display portion 5002, a recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above components. it can. FIG. 22C illustrates a goggle type display which can include a second display portion 5002, a support portion 5012, an earphone 5013, and the like in addition to the above components. FIG. 22D illustrates a portable game machine that can include the memory medium reading portion 5011 and the like in addition to the above objects. FIG. 22E illustrates a digital camera with a television receiving function, which can include an antenna 5014, a shutter button 5015, an image receiving portion 5016, and the like in addition to the above objects. FIG. 22F illustrates a portable game machine that can include the second display portion 5002, the recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above objects.

図22(A)乃至図22(F)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図22(A)乃至図22(F)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。The electronic devices illustrated in FIGS. 22A to 22F can have a variety of functions. For example, a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function for displaying a calendar, date or time, a function for controlling processing by various software (programs), Wireless communication function, function for connecting to various computer networks using the wireless communication function, function for transmitting or receiving various data using the wireless communication function, and reading and displaying programs or data recorded on the recording medium It can have a function of displaying on the section. Further, in an electronic device having a plurality of display units, one display unit mainly displays image information and another one display unit mainly displays character information, or the plurality of display units consider parallax. It is possible to have a function of displaying a three-dimensional image, etc. by displaying the obtained image. Furthermore, in an electronic device having an image receiving unit, a function for capturing a still image, a function for capturing a moving image, a function for correcting a captured image automatically or manually, and a captured image on a recording medium (externally or incorporated in a camera) A function of saving, a function of displaying a photographed image on a display portion, and the like can be provided. Note that the functions of the electronic devices illustrated in FIGS. 22A to 22F are not limited to these, and the electronic devices can have various functions.

また、図23(A)は眼鏡型デバイス5500の上面図、図23(B)はその斜視図である。FIG. 23A is a top view of the eyeglass-type device 5500, and FIG. 23B is a perspective view thereof.

眼鏡型デバイス5500は、装着時に使用者の側頭部に沿って配置される部分(以下テンプル部ともいう)に複数のバッテリー5501を有する。The eyeglass-type device 5500 includes a plurality of batteries 5501 in a portion (hereinafter also referred to as a temple portion) disposed along the user's temporal region when worn.

また眼鏡型デバイス5500は、端子部5504を有していてもよい。端子部5504からバッテリー5501に充電をすることができる。また、複数のバッテリー5501同士は接続されていることが好ましい。これにより、端子部5504から供給される電力を用いて複数のバッテリー5501を同時に充電することができる。The eyeglass device 5500 may include a terminal portion 5504. The battery 5501 can be charged from the terminal portion 5504. A plurality of batteries 5501 are preferably connected to each other. Accordingly, a plurality of batteries 5501 can be charged at the same time using the power supplied from the terminal portion 5504.

また、眼鏡型デバイス5500は、表示部5502を有していてもよい。また、制御部5503を有していてもよい。制御部5503により、バッテリー5501の充放電を制御し、また、表示部5502に表示する画像データを生成することができる。また、制御部5503に無線通信機能を有するチップを搭載することで、外部とデータの送受信を行うことができる。Further, the eyeglass-type device 5500 may include a display portion 5502. Further, a control unit 5503 may be included. The controller 5503 can control charging / discharging of the battery 5501 and can generate image data to be displayed on the display portion 5502. In addition, by mounting a chip having a wireless communication function on the controller 5503, data can be transmitted / received to / from the outside.

また、図23(C)に示すように、表示部5502を有さない眼鏡型デバイス5510としてもよい。眼鏡型デバイス5510には、外付けの表示部5512を取り付けてもよい。眼鏡型デバイス5510に外付けの表示部5512を取り付けることで、使用者の目と表示部5512との距離を調整することが容易となる。Alternatively, as illustrated in FIG. 23C, a glasses-type device 5510 that does not include the display portion 5502 may be used. An external display portion 5512 may be attached to the glasses-type device 5510. By attaching an external display portion 5512 to the eyeglass-type device 5510, the distance between the user's eyes and the display portion 5512 can be easily adjusted.

また、眼鏡型デバイス5510と、外付けの表示部5512との間で無線通信および無線給電を行ってもよい。Further, wireless communication and wireless power feeding may be performed between the glasses-type device 5510 and the external display portion 5512.

なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせることができる。Note that the structure and method described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures and methods described in the other embodiments.

S スイッチ
S1 スイッチ
S2 スイッチ
S3 スイッチ
10 半導体装置
11 半導体装置
20 蓄電回路
20_1 蓄電回路
20_2 蓄電回路
20_3 蓄電回路
21 バッテリー
31 スイッチ
31a トランジスタ
32 スイッチ
33 スイッチ
34 スイッチ
35 スイッチ
36 スイッチ
41 スイッチ
41a トランジスタ
42 スイッチ
43 スイッチ
44 スイッチ
45 スイッチ
46 スイッチ
51 スイッチ
51a トランジスタ
52 トランジスタ
53 トランジスタ
60 半導体装置
61 半導体装置
63 スイッチ
71 スイッチ
72 スイッチ
73 スイッチ
100 メモリセル
101 コンパレータ
102 エンコーダ
103 ラッチ回路
104 バッファ
200 AD変換回路
210 サンプルホールド回路
211 トランジスタ
212 容量素子
213 オペアンプ
214 配線
215 配線
220 比較回路
230 逐次変換レジスタ
240 DA変換回路
300 位相同期回路
310 位相比較器
320 制御回路
330 DA変換回路
340 電圧制御発振回路
350 分周器
400 記憶装置
410 メモリセル
411 トランジスタ
412 トランジスタ
413 容量素子
420 メモリセルアレイ
430 行選択ドライバ
440 列選択ドライバ
441 デコーダ
442 ラッチ回路
443 DA変換回路
444 スイッチ回路
445 トランジスタ
446 トランジスタ
450 AD変換回路
700 基板
701 プラグ
702 配線
703 プラグ
704 プラグ
705 配線
707 配線
720 トランジスタ
721 不純物領域
722 不純物領域
723 チャネル形成領域
724 ゲート絶縁膜
725 側壁絶縁層
726 ゲート電極
727 素子分離層
730 トランジスタ
731 絶縁膜
732 絶縁膜
740 バッテリー
741 絶縁膜
742 絶縁膜
750 トランジスタ
751 不純物領域
752 不純物領域
753 チャネル形成領域
754 ゲート絶縁膜
755 側壁絶縁層
756 ゲート電極
757 絶縁膜
800 バッテリー
801 絶縁膜
802 正極集電体層
803 正極活物質層
804 固体電解質層
805 負極活物質層
806 負極集電体層
807 絶縁膜
808 配線
810 バッテリー
811 絶縁膜
820 バッテリー
830 バッテリー
900 トランジスタ
940 基板
952 絶縁膜
953 ゲート絶縁膜
954 絶縁膜
955 絶縁膜
960 酸化物半導体
961 酸化物半導体
962 酸化物半導体
963 酸化物半導体
971 ソース電極
972 ドレイン電極
973 ゲート電極
974 導電膜
1000 半導体装置
1100 半導体装置
1200 半導体装置
1300 半導体装置
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカー
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5500 眼鏡型デバイス
5501 バッテリー
5502 表示部
5503 制御部
5504 端子部
5510 眼鏡型デバイス
5512 表示部
S switch S1 switch S2 switch S3 switch 10 semiconductor device 11 semiconductor device 20 power storage circuit 20_1 power storage circuit 20_2 power storage circuit 20_3 power storage circuit 21 battery 31 switch 31a transistor 32 switch 33 switch 34 switch 35 switch 36 switch 41 switch 41a transistor 42 switch 43 switch 44 switch 45 switch 46 switch 51 switch 51a transistor 52 transistor 53 transistor 60 semiconductor device 61 semiconductor device 63 switch 71 switch 72 switch 73 switch 100 memory cell 101 comparator 102 encoder 103 latch circuit 104 buffer 200 AD conversion circuit 210 sample hold circuit 211 transistor 212 Capacitor element 213 Operan 214 wiring 215 wiring 220 comparison circuit 230 successive approximation register 240 DA conversion circuit 300 phase synchronization circuit 310 phase comparator 320 control circuit 330 DA conversion circuit 340 voltage control oscillation circuit 350 frequency divider 400 storage device 410 memory cell 411 transistor 412 transistor 413 Capacitance element 420 Memory cell array 430 Row selection driver 440 Column selection driver 441 Decoder 442 Latch circuit 443 DA conversion circuit 444 Switch circuit 445 Transistor 446 Transistor 450 AD conversion circuit 700 Substrate 701 Plug 702 Wiring 703 Plug 704 Plug 705 Wiring 707 Wiring 720 Transistor 721 Impurity region 722 Impurity region 723 Channel formation region 724 Gate insulating film 725 Side wall insulating layer 726 Gate electrode 72 Element isolation layer 730 Transistor 731 Insulating film 732 Insulating film 740 Battery 741 Insulating film 742 Insulating film 750 Transistor 751 Impurity region 752 Impurity region 753 Channel forming region 754 Gate insulating film 755 Side wall insulating layer 756 Gate electrode 757 Insulating film 800 Battery 801 Insulating film 802 Positive electrode current collector layer 803 Positive electrode active material layer 804 Solid electrolyte layer 805 Negative electrode active material layer 806 Negative electrode current collector layer 807 Insulating film 808 Wiring 810 Battery 811 Insulating film 820 Battery 830 Battery 900 Transistor 940 Substrate 952 Insulating film 953 Gate insulation Film 954 Insulating film 955 Insulating film 960 Oxide semiconductor 961 Oxide semiconductor 962 Oxide semiconductor 963 Oxide semiconductor 971 Source electrode 972 Drain electrode 973 Gate electrode 974 Electrode 1000 Semiconductor device 1100 Semiconductor device 1200 Semiconductor device 1300 Semiconductor device 5000 Housing 5001 Display unit 5002 Display unit 5003 Speaker 5004 LED lamp 5005 Operation key 5006 Connection terminal 5007 Sensor 5008 Microphone 5009 Switch 5010 Infrared port 5011 Recording medium reading unit 5012 Support Unit 5013 earphone 5014 antenna 5015 shutter button 5016 image receiving unit 5500 glasses-type device 5501 battery 5502 display unit 5503 control unit 5504 terminal unit 5510 glasses-type device 5512 display unit

Claims (8)

第1の蓄電回路と、第2の蓄電回路と、第1のスイッチと、第2のスイッチと、を有し、
前記第1のスイッチの導通状態は、第1の信号により制御され、
前記第2のスイッチの導通状態は、第2の信号により制御され、
前記第1の蓄電回路から、前記第1のスイッチを介して第1の電位を出力する機能と、
前記第2の蓄電回路から、前記第2のスイッチを介して第2の電位を出力する機能と、
直列に接続された前記第1の蓄電回路及び前記第2の蓄電回路から、前記第2のスイッチを介して第3の電位を出力する機能を有する半導体装置。
A first power storage circuit, a second power storage circuit, a first switch, and a second switch;
The conduction state of the first switch is controlled by a first signal;
The conduction state of the second switch is controlled by a second signal;
A function of outputting a first potential from the first power storage circuit via the first switch;
A function of outputting a second potential from the second power storage circuit via the second switch;
A semiconductor device having a function of outputting a third potential from the first power storage circuit and the second power storage circuit connected in series through the second switch.
請求項1において、
前記第1の蓄電回路又は前記第2の蓄電回路は、複数のバッテリーを有し、
前記複数のバッテリーは、直列に接続されている半導体装置。
In claim 1,
The first power storage circuit or the second power storage circuit has a plurality of batteries,
The plurality of batteries are semiconductor devices connected in series.
請求項1において、
前記第1の蓄電回路又は前記第2の蓄電回路は、複数のバッテリーと、第3のスイッチと、を有し、
前記第3のスイッチは、前記複数のバッテリーの間に接続され、
前記複数のバッテリーは、第3のスイッチを介して直列に接続され、
前記第3のスイッチは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタである半導体装置。
In claim 1,
The first power storage circuit or the second power storage circuit includes a plurality of batteries and a third switch,
The third switch is connected between the plurality of batteries;
The plurality of batteries are connected in series via a third switch,
The third switch is a semiconductor device which is a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region.
請求項3において、
前記複数のバッテリーは、前記トランジスタの上方に設けられている半導体装置。
In claim 3,
The plurality of batteries are semiconductor devices provided above the transistors.
請求項2乃至4のいずれか一項において、
前記複数のバッテリーの充電は、前記複数のバッテリーを並列に接続した後、前記複数のバッテリーの第1の電極に第4の電位を、前記複数のバッテリーの第2の電極に第5の電位を、それぞれ供給することにより行う半導体装置。
In any one of Claims 2 thru | or 4,
The plurality of batteries are charged by connecting the plurality of batteries in parallel, then applying a fourth potential to the first electrode of the plurality of batteries and a fifth potential to the second electrode of the plurality of batteries. , A semiconductor device that performs by supplying each of them.
請求項1に記載の半導体装置を有する変換回路。  A conversion circuit comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項1に記載の半導体装置と、
表示部、操作キー、又はセンサと、を有する電子機器。
A semiconductor device according to claim 1;
An electronic device having a display portion, operation keys, or a sensor.
請求項6に記載の変換回路と、
表示部、操作キー、又はセンサと、を有する電子機器。
A conversion circuit according to claim 6;
An electronic device having a display portion, operation keys, or a sensor.
JP2016539680A 2014-08-08 2015-07-30 Semiconductor device, conversion circuit and electronic device Withdrawn JPWO2016020802A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014162795 2014-08-08
JP2014162795 2014-08-08
PCT/IB2015/055750 WO2016020802A1 (en) 2014-08-08 2015-07-30 Semiconductor device, conversion circuit, and electronic instrument

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2016020802A1 true JPWO2016020802A1 (en) 2017-06-15

Family

ID=55263232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016539680A Withdrawn JPWO2016020802A1 (en) 2014-08-08 2015-07-30 Semiconductor device, conversion circuit and electronic device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2016020802A1 (en)
WO (1) WO2016020802A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6739150B2 (en) 2014-08-08 2020-08-12 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, oscillator circuit, phase locked loop circuit, and electronic device
JP6553444B2 (en) 2014-08-08 2019-07-31 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3321511B2 (en) * 1995-09-14 2002-09-03 新日本無線株式会社 Current output type A / D converter
US6140799A (en) * 1999-06-29 2000-10-31 Thomasson; Mark J. Switched battery-bank assembly for providing incremental voltage control
JP2004296535A (en) * 2003-03-25 2004-10-21 Seiko Epson Corp Semiconductor device, its fabricating process, ferroelectric memory, and electronic apparatus
US20060092583A1 (en) * 2004-10-01 2006-05-04 Alahmad Mahmoud A Switch array and power management system for batteries and other energy storage elements
KR101743620B1 (en) * 2009-12-18 2017-06-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Display device including optical sensor and driving method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016020802A1 (en) 2016-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6739150B2 (en) Semiconductor device, oscillator circuit, phase locked loop circuit, and electronic device
JP6634124B2 (en) Driving method of semiconductor device
JP7173710B2 (en) semiconductor equipment
JP6619559B2 (en) Semiconductor device
TWI545587B (en) Semiconductor device and method for driving semiconductor device
JP5779275B2 (en) Semiconductor device
TWI662792B (en) Semiconductor device, electronic component, and electronic device
JP6352070B2 (en) Semiconductor device
JP2016149546A (en) Semiconductor device and manufacturing method for the same
JP6526452B2 (en) Semiconductor device
TW201447883A (en) Method for driving semiconductor device and semiconductor device
TWI574382B (en) Semiconductor device
JP2017121051A (en) Circuit, semiconductor device, processor, electronic component, and electronic equipment
JP2016038930A (en) Semiconductor device and electronic apparatus
JP6333028B2 (en) Memory device and semiconductor device
JP2018181890A (en) Semiconductor device
TW201547202A (en) Holding circuit, driving method of the holding circuit, and semiconductor device including the holding circuit
WO2016020802A1 (en) Semiconductor device, conversion circuit, and electronic instrument
US20200006328A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2017041877A (en) Semiconductor device, electronic component, and electronic apparatus
WO2021059074A1 (en) Memory device
JP2015170749A (en) semiconductor device
JP2017153073A (en) Data comparison circuit and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20180723