本发明专利技术的一个实施例的目的在于提供一种在数据存储期间中即使当没有电力供给时也可以存储所存储数据且对写入次数没有制限的新颖结构的半导体装置。该半导体装置包括：包含使用氧化物半导体以外的半导体材料的第一沟道形成区域的第一晶体管；包含使用氧化物半导体材料的第二沟道形成区域的第二晶体管；以及电容器，其中，第二晶体管的第二源电极和第二漏电极中的一个与电容器的一个电极电连接。
【技术实现步骤摘要】
所公开的专利技术涉及一种利用半导体元件的半导体装置及该。
技术介绍
利用半导体元件的存储装置可以粗分为两个类别:当电力供给停止时，所存储的数据消失的易失性存储装置，和即使没有电力供给也存储所存储的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 (Dynamic Random Access Memory:动态随机存取存储器)。DRAM以选择包含于存储元件的晶体管并将电荷存储在电容器中的方式存储数据。根据上述原理，因为当从DRAM读出数据时电容器的电荷消失，所以每次读出数据时都需要进行另一写入操作。另外，因为包含于存储元件的晶体管存在泄漏电流，而当晶体管未被选择时电荷也流出或流入电容器，使得数据的存储时间较短。为此，需要按预定的间隔进行另一写入操作(刷新操作)，由此，难以充分降低耗电量。另外，因为当电力供给停止时所存储的数据消失，所以需要利用磁性材料或光学材料的其他存储装置以实现较长期间的存储数据。易失性存储装置的另一例子是SRAM (Static Random Access Memory:静态随机存取存储器)。SRAM使用触发器等电路存储所存储的数据，从而不需要进行刷新操作。这意味着SRAM优越于DRAM。但是，因为SRAM使用触发器等电路，所以存储容量的单价变高。另夕卜，如DRAM那样，在当电力供给停止时SRAM中所存储的数据消失。非易失性存储装置的典型例子是快闪存储器。快闪存储器在晶体管的栅电极与沟道形成区域之间包含浮动栅，在该浮动栅保持电荷而存储数据。因此，快闪存储器具有数据存储时间极长(几乎永久)、不需要进行易失性存储装置所需要的刷新操作的优点(例如，参照专利文献I)。但是，由于在写入时流动的隧道电流会引起包含于存储元件的栅极绝缘层的退化，使得在预定次数的写入操作后存储元件停止其功能。为了缓和上述问题的负面影响，例如，使用使各存储元件的写入操作的次数均等的方法。但是，为了使用该方法，另外需要复杂的外围电路。另外，即使使用了上述方法，也不能解决使用寿命的根本问题。就是说，快闪存储器不合适于数据频繁重写的应用。另外，为了在浮动栅保持电荷或者去除该电荷，需要高电压，还需要用于产生高电压的电路。再者，电荷的保持或去除需要较长时间，并且难以以更高速度进行写入和擦除。 专利文献1:日本专利申请公开S57-105889号。
技术实现思路
鉴于上述问题，所公开的专利技术的一个实施方式的目的之一就是提供一种即使在数据存储期间中没有电力供给时也能够存储所存储的数据并且对写入次数也没有限制的新颖结构的半导体装置。在所公开的专利技术中，使用高纯度化的氧化物半导体形成半导体装置。由于使用高纯度化的氧化物半导体形成的晶体管的泄漏电流非常小，所以可以长时间地存储数据。所公开的专利技术的一个实施方式是一种半导体装置，该半导体装置包括:第一晶体管，该第一晶体管包括:使用氧化物半导体以外的半导体材料的第一沟道形成区域、以夹着第一沟道形成区域的方式设置的杂质区域、第一沟道形成区域上的第一栅极绝缘层、第一栅极绝缘层上的第一栅电极、以及与杂质区域电连接的第一源电极及第一漏电极；第二晶体管，该第二晶体管包括:第一晶体管上第二源电极及第二漏电极、与第二源电极及第二漏电极电连接并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；以及电容器。第二晶体管的第二源电极和第二漏电极中的一个与电容器的一个电极彼此电连接。在上述结构中，电容器可以包含第二源电极或第二漏电极、第二栅极绝缘层及第二栅极绝缘层上的用于电容器的电极。另外，上述半导体装置还可以包括:第三晶体管，该第三晶体管包括第一晶体管上的第三源电极及第三漏电极、与第三源电极及第三漏电极电连接并且使用氧化物半导体材料的第三沟道形成区域、第三沟道形成区域上的第三栅极绝缘层、以及第三栅极绝缘层上的第三栅电极；源极线；位线；字线；第一信号线以及第二信号线。第三栅电极与第二源电极和第二漏电极中的一个及电容器的一个电极彼此电连接，源极线与第三源电极可以彼此电连接，位线与第三漏电极可以彼此电连接，第一信号线与第二源电极和第二漏电极中的另一个可以彼此电连接，第二信号线与第二栅电极可以彼此电连接，并且字线与电容器的另一个电极可以彼此电连接。另外，在上述结构中，逻辑电路(算术电路)或驱动电路可以包含第一晶体管。注意，在本说明书等中，“上”或“下”等术语不必意味着部件放置在另一部件的“直接之上”或“直接之下”。例如，“栅极绝缘层上的栅电极”的表达不排除在栅极绝缘层和栅电极之间包含部件的情况。另外，“上”和“下”等术语只是为了便于描述而使用的，在没有特别的说明时，其可以包括部件的位置关系倒转的情况。另外，在本说明书等中，“电极”或“线”等术语不限定部件的功能。例如，有时将“电极”用作“线”的一部分，反之亦然。再者，术语“电极”或“线”还包括以集成方式形成多个“电极”或“线”的情况。“源极”和“漏极”的功能在使用极性相反的晶体管或电路操作的电流流动方向变化时，有时互相调换。因此，在本说明书等中，术语“源极”和“漏极”可以互相调换。注意，在本说明书等中，术语“电连接”包括通过“具有任何电功能的对象”连接的情况。“具有任何电功能的对象”只要可以进行通过该对象连接的部件之间的电信号的传送和接收，就对其没有特别的限制。“具有任何电功能的对象”的例子不仅包括电极和线，而且还包括晶体管等开关元件、电阻器、电感器、电容器、以及具有各种功能的元件等。在本专利技术的一个实施方式中，提供一种具有使用氧化物半导体以外的材料的晶体管及使用氧化物半导体的晶体管的分层结构的半导体装置。因为使用氧化物半导体的晶体管的截止电流极小，所以通过使用该晶体管而可以在极长期间内存储所存储的数据。就是说，因为不再需要进行刷新操作，或者，可以将刷新操作的频率降低到极低，所以可以充分降低耗电量。另外，即使当电力供给停止时，也可以在较长期间内存储所存储的数据。另外，在根据所公开的专利技术的一个实施方式的半导体装置中，数据的写入不需要高电压，而且也没有元件退化的问题。例如，不像现有的非易失性存储器的情况那样，不需要对浮动栅注入电子或从浮动栅抽出电子，所以不会发生栅极绝缘层的退化等的问题。就是说，根据本专利技术的半导体装置一个实施方式对写入次数没有限制，这是现有的非易失性存储器所存在的问题，所以可以显著提高其可靠性。再者，因为是根据晶体管的导通状态或截止状态而进行数据的写入，所以容易实现高速操作。另外，还有不需要用于擦除数据的操作的另一优点。另外，由于包含氧化物半导体以外的材料的晶体管能够以非常高的速度操作，因此，通过利用该晶体管可以顺利地实现要求高速操作的各种电路(例如，逻辑电路或驱动电路)。通过包含使用氧化物半导体以外的材料的晶体管和使用氧化物半导体的晶体管，可以实现具有新颖的特征的半导体装置。【附图说明】在附图中: 图1是半导体装置的示意图； 图2A和2B是半导体装置的截面图； 图3A和3B是半导体装置的截面图； 图4A至4C是半导体装置的截面图； 图5A1、5A2及5B是半导体装置的电路图； 图6A至6E是有关半导体装置的制造工序的截面图； 图7A至7E是有关半导体装置的制造工序本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，包括：包括第一晶体管的驱动电路；在所述第一晶体管上的第一绝缘层；以及在所述第一绝缘层上的存储单元，所述存储单元包括： 在所述第一绝缘层上的第二晶体管；和 在所述第一绝缘层上的电容器，其中，所述第一晶体管的沟道形成区域包括单晶硅，其中，所述第二晶体管的沟道形成区域包括氧化物半导体，其中，所述第二晶体管的源极和漏极中之一电连接到第一线，其中，所述第二晶体管的所述源极和所述漏极中的另一个电连接到所述电容器的一个电极，其中，所述第二晶体管的栅极电连接到第二线，并且其中，所述驱动电路配置成驱动所述存储单元。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，小山润，加藤清，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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