[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

所公开的发明涉及一种使用半导体元件的半导体装置及该半导体装置的制造方法。 

背景技术

使用半导体元件的存储装置可以粗分为两类：当停止电力供给时丢失存储数据的易失性存储装置和即使没有电力供给也存储存储数据的非易失性存储装置。 

易失性存储装置的典型例子是DRAM(动态随机存取存储器)。DRAM以以下这种方式来存储数据：选择存储元件中的晶体管并将电荷存储在电容器中。 

根据上述原理，当从DRAM读取数据时电容器的电荷丢失；因此无论何时读出数据时另一写入操作是必要的。另外，因为在存储元件中包括的晶体管具有漏电流，并且即使晶体管未被选择电荷也流出或流入电容器，使得数据存储时间较短。为此，按预定间隔进行另一写入操作(刷新操作)是必要的，并且难以充分降低功耗。另外，因为当停止电力供给时存储数据丢失，所以需要使用磁性材料或光学材料的附加存储装置以长期间存储数据。 

易失性存储装置的另一例子是SRAM(静态随机存取存储器)。SRAM通过使用如触发器等电路来存储存储数据，并且因此不需要刷新操作。这意味着SRAM优于DRAM。但是，因为使用如触发器等电路，所以增加了每存储容量的成本。另外，如在DRAM中一样，当停止电力供给时SRAM中的存储数据丢失。 

非易失性存储装置的典型例子是闪速存储器。闪速存储器在晶体管中的栅电极和沟道形成区域之间包括浮动栅极，并且通过在该浮动栅极中保持电荷来存储数据。因此，闪速存储器具有数据存储时间极长(几乎永久)以及不需要易失性存储装置中必要的刷新操作的优点(例如，参照专利文献1)。 

但是，由于当进行写入时流动的隧道电流会引起存储元件中包括的栅极绝缘层的劣化，使得在预定数量的写入操作之后存储元件停止其功能。为了降低这个问题的不利影响，例如，采用使存储元件的写入操作次数均衡的方法，但是，为了实现该方法，另外需要复杂的外围电路。另外，即使采用这种方法，也不能从根本上解决寿命的问题。就是说，闪速存储器不合适于频繁重写数据的应用。 

另外，为了在浮动栅极中保持电荷或者去除电荷，高电压是必要的，并且用于生成高电压的电路也是必要的。再者，保持或去除电荷花费较长时间并且难以更高速执行写入和擦除。 

【引用】 

【专利文献】 

【专利文献1】日本专利申请公开昭57-105889号公报。 

发明内容

鉴于上述问题，所公开的发明的一个实施例的目的是提供一种即使在数据存储时间中没有电力供给也能够存储存储数据并且对写入次数也没有限制的半导体装置。 

在所公开的发明中，使用高纯度化了的氧化物半导体来形成半导体装置。因为使用高纯度化了的氧化物半导体来形成的晶体管具有极小漏电流；因此可以长时间存储数据。 

根据所公开的发明的一个实施例，一种半导体装置，包括：包括第一源电极以及第一漏电极、与第一源电极以及第一漏电极电连接且使用氧化物半导体材料的第一沟道形成区域、第一沟道形成区域上的第一栅极绝缘层以及第一栅极绝缘层上的第一栅电极的第一晶体管；以及电容元件。第一晶体管的第一源电极和第一漏电极之一与电容元件的一个电极彼此电连接。 

另外，在上述结构中，电容器可以包括：第一源电极或第一漏电极、第一栅极绝缘层以及第一栅极绝缘层上的电容器用电极。 

在上述结构中，半导体装置也可以包括：包括第二源电极以及第二漏电极、与第二源电极以及第二漏电极电连接且使用氧化物半导体材料的第二沟道形成区域、第二沟道形成区域上的第二栅极绝缘层、以及第二栅极绝缘层上的第二栅电极的第二晶体管；源极线；位线；字线；第一信号线；以及第二信号线。第二栅电极、第一源电极和第一漏电极之一以及电容器的一个电极可以彼此电连接。源极线与第二源电极可以彼此电连接。位线与第二漏电极可以彼此电连接。第一信号线与第一源电极和第一漏电极中的另一个可以彼此电连接。第二信号线与第一栅电极可以彼此电连接。字线与电容器的另一电极可以彼此电连接。 

注意，在本说明书等中，如“上”或“下”的术语不一定意味着构成要素“直接放置在另一构成要素之上”或“直接放置在另一构成要素之下”。例如，表达“栅极绝缘层上的栅电极”不排除在栅极绝缘层和栅电极之间放置构成要素的情况。另外，如“上”或“下”的术语只是为了便于说明而使用的，并且除非另外指定，其可以包括构成要素的位置关系倒转的情况。