[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

这里公开的发明涉及使用半导体元件的半导体装置以及用于制造该半导体装置的方法。

背景技术

使用半导体元件的存储装置被宽泛地分成两类：当供电停止时丢失所存储的数据的易失性存储器装置，以及即使在不供电时仍保持所存储的数据的非易失性存储器装置。

易失性存储装置的典型示例是DRAM（动态随机存取存储器）。DRAM以如下方式存储数据：选择存储元件中包括的晶体管并且将电荷存储在电容器中。

当从DRAM读取数据时，基于上述原理电容器中的电荷丢失；因此，在读取数据之后当再次存储数据时需要另一写入操作。即使在未选择晶体管时，由于截止态下源极和漏极之间的泄漏电流（截止态电流）等，电荷流出/流入形成存储器元件的晶体管，因此数据存储时间短。出于该原因，必要按预定间隔的另一写入操作（刷新操作），并且难于充分降低功耗。此外，由于当供电停止时存储的数据丢失，因此需要包括磁材料或光学材料的另外的存储装置以便长时间地保持数据。

易失性存储装置的另一示例是SRAM（静态随机存取存储器）。SRAM通过使用诸如触发器的电路来保持存储的数据，并因此不需要刷新操作；在这一点上，SRAM具有优于DRAM的优点。然而，由于使用诸如触发器的电路，因此单位存储容量的成本增加。而且，如DRAM中的那样，当供电停止时SRAM中存储的数据丢失。

非易失性存储装置的典型示例是闪存存储器。闪存存储器包括在晶体管的栅极电极和沟道形成区域之间的浮栅，并且通过将电荷保持在浮栅中来存储数据。因此，闪存存储器具有如下优点：数据存储时间极长（几乎是永久性的），并且不需要在易失性存储装置中所必需的刷新操作（参看，例如专利文献1）。

然而，存储器元件中包括的栅极绝缘层因在写入操作中流动的隧穿电流而劣化，使得存储器元件在许多次写入操作之后停止其功能。为了避免该问题，例如使用了其中使对于多个存储器元件的写入操作的次数相等的技术。然而，另外需要复杂的外围电路来实现该方法。而且，使用该方法没有解决基本的寿命问题。换言之，闪存存储器不适用于其中频繁重写数据的应用。

此外，需要高电压以向浮栅注入电荷或者去除电荷。此外，耗用相对长的时间来注入或去除电荷，并且不易以较高的速度执行写入和擦除。

[参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本公布专利申请第S57-105889号

发明内容

考虑到前述问题，所公开的本发明的一个实施例的目的在于提供一种具有新型结构的半导体装置，其中即使在不供电时仍能够保持所存储的数据，并且对写入操作次数没有限制。

在所公开的本发明中，使用高度纯化的氧化物半导体形成半导体装置。包括高度纯化的氧化物半导体的晶体管的泄漏电流极低，由此能够长时间地存储数据。

所公开的本发明的一个实施例是一种半导体装置，包括：多个源极位线，在列方向上延伸；多个第一信号线，在列方向上延伸；多个第二信号线，在行方向上延伸；多个字线，在行方向上延伸；多个存储器单元，并联连接在源极位线之间；第一驱动器电路，电连接到源极位线；第二驱动器电路，电连接到第一信号线；第三驱动器电路，电连接到第二信号线；以及第四驱动器电路，电连接到字线。在该半导体装置中，同一行中的彼此相邻的两个存储器单元共用源极位线中的一个。存储器单元中的一个包括：第一晶体管，包括第一栅极电极、第一源极电极和第一漏极电极；第二晶体管，包括第二栅极电极、第二源极电极和第二漏极电极；以及电容器。第二晶体管被形成为包括氧化物半导体材料。第一栅极电极、第二源极和漏极电极中的一个、以及电容器的一个电极彼此电连接。源极位线中的一个与第一源极电极彼此电连接。与源极位线中的所述的一个相邻的另一源极位线与第一漏极电极彼此电连接。第一信号线中的一个与第二源极和漏极电极中的另一个彼此电连接。第二信号线中的一个与第二栅极电极彼此电连接。字线中的一个与电容器的另一电极彼此电连接。

注意，优选的是，存在（n+1）（n是自然数）个源极位线、n个第一信号线、m（m是自然数）个第二信号线、m个字线、（m×n）个存储器单元。