持电容元件254的第一端子的电位(保持)。
[0244]因为晶体管262的关态电流极小，所以可以长时间地保持电容元件254的第一端子的电位(或累积在电容元件中的电荷)。
[0245]接着，对数据的读出进行说明。当晶体管262成为导通状态时，处于浮动状态的位线BL与电容元件254彼此电连接，于是，在位线BL与电容元件254之间电荷被再次分配。其结果，位线BL的电位变化。位线BL的电位的变化量根据电容元件254的第一端子的电位(或累积在电容元件254中的电荷)而改变。
[0246]例如，在以V为电容元件254的第一端子的电位，以C为电容元件254的电容，以Cb为位线BL所具有的电容成分(以下也称为位线电容)，并且以Vb。为再次分配电荷之前的位线BL的电位的条件下，再次分配电荷之后的位线BL的电位为(CBXVbo+CXV)/(Cb+C)。因此，作为存储单元250的状态，当电容元件254的第一端子的电位为VjP Vid(V1) V。)的两个状态时，保持电位V-寸的位线BL的电位(=(CBXVffl^CXV1V(CfC))高于保持电位V。时的位线 BL 的电位(=(CBXVBQ+CXVQ)/(CB+C))。
[0247]并且，通过比较位线BL的电位与规定的电位，可以读出数据。
[0248]如上所述，图1OB所示的半导体装置可以利用晶体管262的关态电流极小的特征来长期间保持累积在电容元件254中的电荷。就是说，因为不需要进行刷新工作，或者，可以使刷新工作的频度极低，所以可以充分降低耗电量。另外，即使没有电力供应，也可以在长期间保持存储数据。
[0249]接着，对图1OC所示的半导体装置进行说明。
[0250]图1OC所示的半导体装置在其上部作为存储器电路包括存储单元阵列251a及存储单元阵列251b，该存储单元阵列251a及存储单元阵列251b包括多个图1OB所示的存储单元250，并且在其下部包括用来使存储单元阵列251 (存储单元阵列251a及存储单元阵列251b)工作的外围电路253。注意，外围电路253与存储单元阵列251电连接。
[0251]通过采用图1OC所示的结构，可以直接在存储单元阵列251(存储单元阵列251a及存储单元阵列251b)下设置外围电路253，从而可以实现半导体装置的小型化。
[0252]作为设置在外围电路253中的晶体管，优选使用与晶体管262不同的半导体材料。例如，可以使用硅、锗、硅锗、碳化硅或砷化镓等，优选使用单晶半导体。或者，还可以使用有机半导体材料等。包括这种半导体材料的晶体管能够进行充分的高速工作。因此，通过利用上述晶体管，能够顺利地实现需要高速工作的各种电路(例如逻辑电路、驱动电路等)。
[0253]注意，例如图1OC示出层叠有两个存储单元阵列251(存储单元阵列251a、存储单元阵列251b)的半导体装置，但是所层叠的存储单元阵列的个数不局限于此。也可以层叠有三个以上的存储单元阵列。
[0254]当作为晶体管262使用在沟道形成区中包括氧化物半导体的晶体管，可以在长期间内保持存储数据。就是说，可以实现不需要进行刷新工作的半导体存储装置，或者，刷新工作的频度极少的半导体存储装置，因此可以充分降低耗电量。
[0255]此外，通过对本实施方式所示的半导体装置适用实施方式I所示的使用作沟道区的氧化物半导体层远离氧化物叠层的表面的晶体管，可以实现具有高可靠性并显示稳定的电特性的半导体装置。
[0256]实施方式5
在本实施方式中，参照图11至图14B对将上述实施方式所示的半导体装置应用于移动电话、智能手机、电子书阅读器等移动设备的例子进行说明。
[0257]图11不出电子设备的方框图。图11所不的电子设备具有RF电路901、模拟基带电路902、数字基带电路903、电池904、电源电路905、应用处理器906、快闪存储器910、显示器控制器911、存储器电路912、显示器913、触摸传感器919、声频电路917以及键盘918等。显示器913具有显示部914、源极驱动器915以及栅极驱动器916。应用处理器906具有CPU907、DSP908以及接口(IF)909。存储器电路912 —般包括SRAM或DRAM，通过将上述实施方式所说明的半导体装置用于该部分，能够提供一种电子设备，该电子设备能够以高速进行数据的写入和读出，能够在长期间保持存储内容，能够充分降低耗电量并具有高可靠性。
[0258]图12示出将上述实施方式所说明的半导体装置用于显示器的存储器电路950的例子。图12所示的存储器电路950具有存储器952、存储器953、开关954、开关955以及存储器控制器951。另外，存储器电路连接于:读出并控制从信号线输入的图像数据(输入图像数据)和储存在存储器952及存储器953中的数据(存储图像数据)的显示器控制器956 ;以及根据来自显示器控制器956的信号进行显示的显示器957。
[0259]首先，通过应用处理器(未图示)形成图像数据(输入图像数据A)。该输入图像数据A通过开关954被储存在存储器952中。然后，将储存在存储器952中的图像数据(存储图像数据A)通过开关955及显示器控制器956发送到显示器957而进行显示。
[0260]在输入图像数据A没有变化时，存储图像数据A —般以30Hz至60Hz左右的周期从存储器952通过开关955由显示器控制器956读出。
[0261]接着，例如在使用者进行了改写画面的操作时(即在输入图像数据A有变化时)，应用处理器形成新的图像数据(输入图像数据B)。该输入图像数据B通过开关954被储存在存储器953中。在该期间存储图像数据A也继续定期性地通过开关955从存储器952被读出。在存储器953中储存完新的图像数据(存储图像数据B)后，从显示器957的下一个帧开始读出存储图像数据B，并且将该存储图像数据B通过开关955及显示器控制器956发送到显示器957而进行显示。该读出工作一直持续到下一个新的图像数据储存到存储器952 中。
[0262]如上所述，通过由存储器952及存储器953交替进行图像数据的写入和图像数据的读出，来进行显示器957的显示。注意，存储器952、存储器953不局限于分离的存储器，也可以将一个存储器分割而使用。通过将上述实施方式所说明的半导体装置用于存储器952及存储器953，能够以高速进行数据的写入和读出且在长期间保持数据，还能够充分降低耗电量。此外，可以实现不容易受到来自外部的水、水分等的侵入的影响的可靠性高的半导体装置。
[0263]图13是电子书阅读器的方框图。图13所示的电子书阅读器具有电池1001、电源电路1002、微处理器1003、快闪存储器1004、声频电路1005、键盘1006、存储器电路1007、触摸屏1008、显示器1009、显示器控制器1010。
[0264]在此，可以将上述实施方式所说明的半导体装置用于图13的存储器电路1007。存储器电路1007具有暂时保持书籍内容的功能。例如，当使用者使用高亮功能时，存储器电路1007将使用者所指定的部分的数据储存而保持。注意，高亮功能是指如下功能:在使用者看电子书阅读器时，通过对某个部分做标记，例如通过改变显示颜色；划下划线；将文字改为粗体字；改变文字的字体等，来使该部分与周围不一样而突出表示。为了短期的数据存储，可以将数据存储到存储器电路1007中。为了长期的数据存储，可以将存储器电路1007所保持的数据拷贝到快闪存储器1004中。即使在此情况下也可以通过采用上述实施方式中的任一个所说明的半导体装置，来进行高速的数据写入和读出以及长期间的数据保持，还能够充分地降低耗电量。此外，可以实现不容易受到来自外部的水、水分等的侵入的影响的可靠性高的半导体装置。
[0265]图14A和图14B示出电子设备的具体例子。图14A和图14B是能够进行折叠的平板终端。图14A示出平板终端的打开状态。平板终端包括框体9630、显示部9631a、显示部9631b、显示模式切换开关9034、电源开关9035、省电模式切换开关9036、卡扣9033以及操作开关9038。
[0266]上述实施方式所示的任一个半导体装置都可以应用于显示部9631a及显示部9631b，由此可以实现可靠性高的平板终端。此外，也可以将上述实施方式所示的存储装置应用于本实施方式的半导体装置。
[0267]在显示部9631a中，可以将其一部分用作触摸面板的区域9632a，并且可以通过接触所显示的操作键9638来输入数据。此外，作为一个例子，使显示部9631a的一半区域只具有显示的功能，并且使另一半区域具有触摸面板的功能，但是显示部9631a不局限于该结构。例如，可以在显示部9631a的整个面显示键盘按钮来将其用作触摸面板，并且将显示部9631b用作显不屏蒂。
[0268]此外，显示部9631b与显示部9631a同样，也可以将其一部分用作触摸面板的区域9632b。此外，当使用手指或触屏笔等接触触摸面板上的键盘显示切换按钮9639，可以在显示部9631b上显示键盘。
[0269]此外，也可以对触摸屏的区域9632a和触摸屏的区域9632b同时进行触摸输入。
[0270]例如，显示模式切换开关9034能够切换竖屏显示和横屏显示等显示的方向并选择黑白显示和彩色显示的切换等。根据利用平板终端所内置的光传感器来检测的使用时的外光量，省电模式切换开关9036可以将显示的亮度设定为最合适的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等其他检测装置。
[0271]此外，虽然图14A示出显示部9631b的显示面积与显示部9631a的显示面积相同的例子，但是不局限于此。可以使显示部9631a和显示部9631b的面积或显示质量不同。例如显不部9631a和显不部9631b中的一方也可以是进彳丁比另一方尚清晰的显不的显不面板。
[0272]图14B示出平板终端的合上的状态，并且平板终端包括框体9630、太阳能电池9633、充放电控制电路9634、电池9635以及DCDC转换器9636。此外，在图14B中，作为充放电控制电路9634的一个例子示出具有电池9635和D⑶C转换器9636的结构。
[0273]此外，平板终端能够进行折叠，因此不使用时可以合上框体9630。因此，可以保护显示部9631a和显示部9631b，而可以提供一种具有良好的耐久性且从长期使用的观点来看具有良好的可靠性的平板终端。
[0274]此外，图14A和图14B所示的平板终端还可以具有如下功能:显示各种各样的数据(静态图像、动态图像、文字图像等);将日历、日期或时刻等显示在显示部上；对显示在显示部上的数据进行操作或编辑的触摸输入；以及通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
[0275]本实施方式所示的结构、方法等可以与其他的实施方式所示的结构或方法等适当地组合而使用。
附图标记说明
[0276]100:衬底；102:基底绝缘层；103:栅电极层；104:第一氧化物层；106:氧化物半导体层；106a:沟道形成区；106b:沟道形成区；106c:沟道形成区；108:第二氧化物层；110:氧化物叠层；112a:源电极层；112b:漏电极层；114:栅极绝缘层；116:栅电极层；200:晶体管；210:晶体管；220:晶体管；230:晶体管；250:存储单元；251:存储单元阵列；251a:存储单元阵列；251b:存储单元阵列；253:外围电路；254:电容元件；260:晶体管；262:晶体管；264:电容兀件；801:晶体管；802:晶体管；803:晶体管；804:晶体管；811:晶体管；812:晶体管；813:晶体管；814:晶体管；901:RF电路；902:模拟基带电路；903:数字基带电路;904:电池；905:电源电路；906:应用处理器；907:CPU ；908:DSP ；910:快闪存储器；911:显示器控制器；912:存储器电路；913:显示器；914:显示部；915:源极驱动器；916:栅极驱动器；917:音频电路；918:键盘；919:触摸传感器；950:存储器电路；951:存储器控制器；952:存储器；953:存储器；954:开关；955:开关；956:显示器控制器；957:显示器；1001:电池；1002:电源电路；1003:微处理器；1004:快闪存储器；1005:音频电路；1006:键盘；1007:存储器电路；1008:触摸屏；1009:显示器；1010:显示器控制器；9033:卡扣；9034:开关；9035:电源开关；9036:开关；9038:操作开关；9630:框体；9631a:显示部；9631b:显示部；9632a:区域；9632b:区域；9633:太阳能电池；9634:充放电控制电路；9635:电池；9636:DCDC转换器；9638:操作键；9639:按钮
本申请基于2013年3月13日提交到日本专利局的日本专利申请N0.2013 — 050829，通过引用将其完整内容并入于此。
【主权项】
1.一种半导体装置，包括: 第一氧化物层； 包括第一沟道形成区和第二沟道形成区的氧化物半导体层，该氧化物半导体层与所述第一氧化物层的顶面接触； 与所述氧化物半导体层的顶面接触的第二氧化物层； 与所述氧化物半导体层电连接的源电极层和漏电极层； 覆盖所述第一沟道形成区的侧面和顶面以及所述第二沟道形成区的侧面和顶面的栅电极层；以及 所述氧化物半导体层与所述栅电极层之间的栅极绝缘层。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一氧化物层和所述第二氧化物层都包含所述氧化物半导体层所包含的金属元素中的至少一种。4.根据权利要求1所述的半导体装置， 其中所述第二氧化物层覆盖所述第一沟道形成区的所述侧面和所述顶面以及所述第二沟道形成区的所述侧面和所述顶面， 并且所述第二氧化物层在所述第一沟道形成区与所述第二沟道形成区之间的区域中与所述第一氧化物层接触。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一氧化物层的端部、所述氧化物半导体层的端部和所述第二氧化物层的端部在截面中彼此一致。6.根据权利要求1所述的半导体装置， 其中所述源电极层与所述第一氧化物层的侧面之一以及所述氧化物半导体层的侧面之一和顶面的一部分接触， 并且所述漏电极层与所述第一氧化物层的所述侧面之另一以及所述氧化物半导体层的所述侧面之另一和所述顶面的另一部分接触。7.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括: 位于所述第一氧化物层的下方的基底绝缘层， 其中所述基底绝缘层包含氧， 并且所述基底绝缘层能够将氧供应到所述氧化物半导体层。8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述栅电极层与所述源电极层的端部及所述漏电极层的端部重叠。9.一种半导体装置，包括: 第一栅电极层； 所述第一栅电极层上的第一栅极绝缘层； 所述第一栅极绝缘层上的第一氧化物层； 包括第一沟道形成区和第二沟道形成区的氧化物半导体层，该氧化物半导体层与所述第一氧化物层的顶面接触，其中所述第一沟道形成区和所述第二沟道形成区与所述第一栅电极层重叠； 与所述氧化物半导体层的顶面接触的第二氧化物层； 与所述氧化物半导体层电连接的源电极层和漏电极层； 覆盖所述第一沟道形成区的侧面和顶面以及所述第二沟道形成区的侧面和顶面的第二栅电极层；以及 所述氧化物半导体层与所述第二栅电极层之间的第二栅极绝缘层。10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述氧化物半导体层包含铟、镓和锌。11.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一氧化物层和所述第二氧化物层都包含所述氧化物半导体层所包含的金属元素中的至少一种。12.根据权利要求9所述的半导体装置， 其中所述第二氧化物层覆盖所述第一沟道形成区的所述侧面和所述顶面以及所述第二沟道形成区的所述侧面和所述顶面， 并且所述第二氧化物层在所述第一沟道形成区与所述第二沟道形成区之间的区域中与所述第一氧化物层接触。13.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第一氧化物层的端部、所述氧化物半导体层的端部和所述第二氧化物层的端部在截面中彼此一致。14.根据权利要求9所述的半导体装置， 其中所述源电极层与所述第一氧化物层的侧面之一以及所述氧化物半导体层的侧面之一和顶面的一部分接触， 并且所述漏电极层与所述第一氧化物层的所述侧面之另一以及所述氧化物半导体层的所述侧面之另一和所述顶面的另一部分接触。15.根据权利要求9所述的半导体装置， 其中所述第一栅极绝缘层包含氧， 并且所述第一栅极绝缘层能够将氧供应到所述氧化物半导体层。16.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述第二栅电极层不与所述源电极层及所述漏电极层重叠。
【专利摘要】半导体装置包括包含设置在沟道宽度方向上且彼此平行的多个沟道形成区的氧化物半导体层、以栅极绝缘层位于栅电极层与沟道形成区之间的方式覆盖各沟道形成区的侧面及顶面的栅电极层。通过采用该结构，电场从侧面方向及顶面方向施加到各沟道形成区。由此，可以良好地控制晶体管的阈值电压并改善S值。另外，通过具有多个沟道形成区，可以增加晶体管的有效沟道宽度，由此可以抑制通态电流的下降。
【IPC分类】H01L29/786, H01L29/78, H01L21/336
【公开号】CN105009299
【申请号】CN201480014341
【发明人】山崎舜平
【申请人】株式会社半导体能源研究所
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2014年3月10日
【公告号】DE112014001257T5, US20140264324, WO2014142333A1