(57)【要約】新規な記憶装置を提供する。複数のメモリセルを有する第１セルアレイと、複数のメモリセルを有する第２セルアレイを重ねて設ける。第１ビット線対に含まれる２つのビット線は、それぞれが第１セルアレイに含まれるメモリセルの一部と第２セルアレイに含まれるメモリセルの一部と電気的に接続する。第２ビット線対に含まれる２つのビット線は、それぞれが第１セルアレイに含まれるメモリセルの一部と第２セルアレイに含まれるメモリセルの一部と電気的に接続する。第１セルアレイにおいて、第２ビット線対に含まれるビット線の一方は、第１ビット線対の一部と重なる領域を有し、第２セルアレイにおいて、第２ビット線対に含まれるビット線の他方は、第１ビット線対の一部と重なる領域を有する。
2019162802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１セルアレイと、第２セルアレイと、
第１ビット線対と、第２ビット線対と、を有し、
前記第１セルアレイと前記第２セルアレイは互いに重なる領域を有し、
前記第１セルアレイは、
Ａａ個（Ａａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｂａ個（Ｂａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｃａ個（Ｃａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｄａ個（Ｄａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｅａ個（Ｅａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｆａ個（Ｆａは１以上の整数）の第１メモリセルと、を有し、
前記第２セルアレイは、
Ａｂ個（Ａｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｂｂ個（Ｂｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｃｂ個（Ｃｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｄｂ個（Ｄｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｅｂ個（Ｅｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｆｂ個（Ｆｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、を有し、
前記第１ビット線対の一方のビット線は、
前記Ａａ個の第１メモリセル、前記Ｃａ個の第１メモリセル、および前記Ｃｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、
前記第１ビット線対の他方のビット線は、
前記Ｂａ個の第１メモリセル、前記Ａｂ個の第２メモリセル、および前記Ｂｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、
前記第２ビット線対の一方のビット線は、
前記Ｄａ個の第１メモリセル、前記Ｆａ個の第１メモリセル、および前記Ｆｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、
前記第２ビット線対の他方のビット線は、
前記Ｅａ個の第１メモリセル、前記Ｄｂ個の第２メモリセル、および前記Ｅｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、
前記Ｄａ個の第１メモリセルの一部は前記Ｂａ個の第１メモリセルと隣接し、
前記Ｄａ個の第１メモリセルの他の一部は前記Ｃａ個の第１メモリセルと隣接し、
前記Ｄｂ個の第１メモリセルの一部は前記Ｂｂ個の第１メモリセルと隣接し、
前記Ｄｂ個の第１メモリセルの他の一部は前記Ｃｂ個の第１メモリセルと隣接する記憶装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１ビット線対と前記第２ビット線対を
それぞれ複数有する記憶装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１メモリセルは、第１トランジスタと、第１容量素子と、
を有し、
前記第２メモリセルは、第２トランジスタと、第２容量素子と、
を有する記憶装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタは、
半導体層に酸化物半導体を含む記憶装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記Ｃａは前記Ｂａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記Ｃａは前記Ｂａと同じである記憶装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記Ａｂは前記Ａａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記Ｂａと前記Ｃａの合計は、前記Ａａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項９】
第１セルアレイと、第２セルアレイと、
第１乃至第４ＢＬｆビット線と、第１乃至第４ＢＬｓビット線と、第１乃至第４ＢＬＢｆビット線と、第１乃至第４ＢＬＢｓビット線と、を有し、
前記第１セルアレイと前記第２セルアレイは互いに重なる領域を有し、
前記第１セルアレイは、
Ａａ個（Ａａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｂａ個（Ｂａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｃａ個（Ｃａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｄａ個（Ｄａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｅａ個（Ｅａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｆａ個（Ｆａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｇａ個（Ｇａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｈａ個（Ｈａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｉａ個（Ｉａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｊａ個（Ｊａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｋａ個（Ｋａは１以上の整数）の第１メモリセルと、
Ｌａ個（Ｌａは１以上の整数）の第１メモリセルと、を有し、
前記第２セルアレイは、
Ａｂ個（Ａｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｂｂ個（Ｂｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｃｂ個（Ｃｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｄｂ個（Ｄｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｅｂ個（Ｅｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｆｂ個（Ｆｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｇｂ個（Ｇｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｈｂ個（Ｈｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｉｂ個（Ｉｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｊｂ個（Ｊｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｋｂ個（Ｋｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、
Ｌｂ個（Ｌｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、を有し、
前記第１ＢＬｆビット線は、前記Ｂａ個の第１メモリセルと、前記Ｂｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第１ＢＬｓビット線は、前記Ａｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、
前記第１ＢＬＢｆビット線は、前記Ｃａ個の第１メモリセルと、前記Ｃｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第１ＢＬＢｓビット線は、前記Ａａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、
前記第２ＢＬｆビット線は、前記Ｆａ個の第１メモリセルと、前記Ｆｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第２ＢＬｓビット線は、前記Ｄｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、
前記第２ＢＬＢｆビット線は、前記Ｅａ個の第１メモリセルと、前記Ｅｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第２ＢＬＢｓビット線は、前記Ｄａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、
前記第３ＢＬｆビット線は、前記Ｉａ個の第１メモリセルと、前記Ｉｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第３ＢＬｓビット線は、前記Ｇｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、
前記第３ＢＬＢｆビット線は、前記Ｈａ個の第１メモリセルと、前記Ｈｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第３ＢＬＢｓビット線は、前記Ｇａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、
前記第４ＢＬｆビット線は、前記Ｋａ個の第１メモリセルと、前記Ｋｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第４ＢＬｓビット線は、前記Ｊｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、
前記第４ＢＬＢｆビット線は、前記Ｌａ個の第１メモリセルと、前記Ｌｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、
前記第４ＢＬＢｓビット線は、前記Ｊａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、
前記Ｂａ個の第１メモリセルと、前記Ｉａ個の第１メモリセルは、前記Ｄａ個の第１メモリセルの一部と隣接し、
前記Ｃａ個の第１メモリセルと、前記Ｈａ個の第１メモリセルは、前記Ｄａ個の第１メモリセルの他の一部と隣接し、
前記Ｊａ個の第１メモリセルの一部は前記Ｉａ個の第１メモリセルと隣接し、
前記Ｊａ個の第１メモリセルの他の一部は前記Ｈａ個の第１メモリセルと隣接し、
前記Ｂｂ個の第２メモリセルと、前記Ｉｂ個の第２メモリセルは、前記Ｄｂ個の第２メモリセルの一部と隣接し、
前記Ｃｂ個の第２メモリセルと、前記Ｈｂ個の第２メモリセルは、前記Ｄｂ個の第２メモリセルの他の一部と隣接し、
前記Ｊｂ個の第２メモリセルの一部は前記Ｉｂ個の第２メモリセルと隣接し、
前記Ｊｂ個の第２メモリセルの他の一部は前記Ｈｂ個の第２メモリセルと隣接する記憶装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第１メモリセルは、第１トランジスタと、第１容量素子と、
を有し、
前記第２メモリセルは、第２トランジスタと、第２容量素子と、
を有する記憶装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタは、
半導体層に酸化物半導体を含む記憶装置。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１のいずれか一項において、
第１センスアンプと、第１１乃至第１４スイッチと、を有し、
前記第１ＢＬｆビット線は、前記第１１スイッチを介して前記第１センスアンプと電気的に接続され、
前記第１ＢＬｓビット線は、前記第１２スイッチを介して前記第１センスアンプと電気的に接続され、
前記第１ＢＬＢｆビット線は、前記第１３スイッチを介して前記第１センスアンプと電気的に接続され、
前記第１ＢＬＢｓビット線は、前記第１４スイッチを介して前記第１センスアンプと電気的に接続される記憶装置。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
第２センスアンプと、第２１乃至第２４スイッチと、を有し、
前記第２ＢＬｆビット線は、前記第２１スイッチを介して前記第２センスアンプと電気的に接続され、
前記第２ＢＬｓビット線は、前記第２２スイッチを介して前記第２センスアンプと電気的に接続され、
前記第２ＢＬＢｆビット線は、前記第２３スイッチを介して前記第２センスアンプと電気的に接続され、
前記第２ＢＬＢｓビット線は、前記第２４スイッチを介して前記第２センスアンプと電気的に接続される記憶装置。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１３のいずれか一項において、
第３センスアンプと、第３１乃至第３４スイッチと、を有し、
前記第３ＢＬｆビット線は、前記第３１スイッチを介して前記第３センスアンプと電気的に接続され、
前記第３ＢＬｓビット線は、前記第３２スイッチを介して前記第３センスアンプと電気的に接続され、
前記第３ＢＬＢｆビット線は、前記第３３スイッチを介して前記第３センスアンプと電気的に接続され、
前記第３ＢＬＢｓビット線は、前記第３４スイッチを介して前記第３センスアンプと電気的に接続される記憶装置。
【請求項１５】
請求項９乃至請求項１４のいずれか一項において、
第４センスアンプと、第４１乃至第４４スイッチと、を有し、
前記第４ＢＬｆビット線は、前記第４１スイッチを介して前記第４センスアンプと電気的に接続され、
前記第４ＢＬｓビット線は、前記第４２スイッチを介して前記第４センスアンプと電気的に接続され、
前記第４ＢＬＢｆビット線は、前記第４３スイッチを介して前記第４センスアンプと電気的に接続され、
前記第４ＢＬＢｓビット線は、前記第４４スイッチを介して前記第４センスアンプと電気的に接続される記憶装置。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれか一項において、
前記Ｃａは前記Ｂａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項１７】
請求項９乃至請求項１６のいずれか一項において、
前記Ｃａは前記Ｂａと同数である記憶装置。
【請求項１８】
請求項９乃至請求項１７のいずれか一項において、
前記Ａｂは前記Ａａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項１９】
請求項９乃至請求項１８のいずれか一項において、
前記Ｂａと前記Ｃａの合計は、前記Ａａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項２０】
請求項９乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記Ｂａと前記Ｃａの合計は、前記Ａａと同数である記憶装置。
【請求項２１】
請求項９乃至請求項２０のいずれか一項において、
前記Ｉａは前記Ｂａの０．８倍以上１．２倍以下である記憶装置。
【請求項２２】
請求項９乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記Ｉａは前記Ｂａと同数である記憶装置。
【請求項２３】
第１メモリセルと、第２メモリセルと、
第１ビット線と、第２ビット線と、
センスアンプと、を有し、
前記第１メモリセルは、第１トランジスタと、第１容量素子と、を有し、
前記第２メモリセルは、第２トランジスタと、第２容量素子と、を有し、
前記第１トランジスタと前記第２トランジスタは、それぞれの半導体層に酸化物半導体を含み、
前記第１メモリセルは前記第１ビット線を介して前記センスアンプと電気的に接続され、前記第２メモリセルは前記第２ビット線を介して前記センスアンプと電気的に接続されている記憶装置の動作方法であって、
前記第１トランジスタのゲートに第１電位を供給して、前記第１容量素子に保持されている電荷を前記第１ビット線に供給する第１動作を有し、
前記第１動作の期間中、
前記第２トランジスタのゲートに第２電位を供給する記憶装置の動作方法。
【請求項２４】
請求項２３において、
前記第１動作終了後、前記第１トランジスタのゲートに第３電位を供給する記憶装置の動作方法。
【請求項２５】
請求項２３または請求項２４において、
前記第１トランジスタのゲートに第１電位を供給して、前記第１ビット線の電荷を第１容量素子に供給する第２動作を有し、
前記第２動作の期間中、
前記第２トランジスタのゲートに第２電位を供給する記憶装置の動作方法。
【請求項２６】
請求項２５において、
前記第２動作終了後、前記第１トランジスタのゲートに第３電位を供給する記憶装置の動作方法。
【請求項２７】
請求項２３乃至請求項２６のいずれか一項において、
前記第１電位は、前記第１トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも高い電位である記憶装置の動作方法。
【請求項２８】
請求項２３乃至請求項２７のいずれか一項において、
前記第２電位は、前記第２トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも低い電位である記憶装置の動作方法。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記第３電位は、前記第１トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも低い電位である記憶装置の動作方法。
【請求項３０】
請求項２３乃至請求項２９のいずれか一項において、
前記半導体層は、インジウムまたは亜鉛の少なくとも一方を含む記憶装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一形態は、記憶装置、半導体装置またはこれらを用いた電子機器に関する。【０００２】ただし、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されるものではない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本明細書等で開示する発明の一態様は、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。【０００３】なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置と言える場合がある。もしくは、これらは半導体装置を有すると言える場合がある。
【背景技術】
【０００４】トランジスタに適用可能な半導体薄膜として、シリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ。）に関する研究が盛んに行われている。【０００５】ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照。）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献４および非特許文献５に示されている。【０００６】さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照。）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（非特許文献７および非特許文献８参照。）。【０００７】また、記憶装置の一つとしてＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が知られている。ＤＲＡＭは、複数のメモリセルがマトリクス状に設けられたセルアレイと、複数のビット線と、複数のワード線とを有する。メモリセルは、複数のビット線のいずれか一つ、および、複数のワード線のいずれか一つと電気的に接続される。ワード線には、情報の書き込み読み出しが行なわれるメモリセルを選択するための選択信号が供給される。メモリセルに対する情報の書き込み、および読み出しは、ビット線を介して行なわれる。【０００８】よって、例えば、ビット線Ａを介してメモリセルＸに情報を書き込む際に、ビット線Ａの電位変動に起因するノイズが、ビット線Ａに隣接するビット線Ｂにノイズとして伝播する場合がある。すると、ビット線Ｂと電気的に接続しているメモリセルＹの保持情報が意図せず書き変わってしまう場合がある。このようなノイズの影響を抑える方法の一つとして、交差ビット線対方式が提案されている（特許文献１参照）。【０００９】また、ＤＲＡＭには、折り返しビット線方式（フォールデッドビット線方式）と開放型ビット線方式（オープンビット線方式）の２つの方式がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−２４４４８５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，“ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ  ４３，ｉｓｓｕｅ  １，ｐ．１８３−１８６
【非特許文献２】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ  ５３，Ｎｕｍｂｅｒ  ４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８−１−０４ＥＤ１８−１０
【非特許文献３】Ｓ．Ｉｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｔｈｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＡＭ−ＦＰＤ’１３  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，２０１３，ｐ．１５１−１５４
【非特許文献４】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，“ＥＣＳ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ  ３，ｉｓｓｕｅ  ９，ｐ．Ｑ３０１２−Ｑ３０２２
【非特許文献５】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ，“ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ  ６４，ｉｓｓｕｅ  １０，ｐ．１５５−１６４
【非特許文献６】Ｋ．Ｋａｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ  ５１，ｐ．０２１２０１−１−０２１２０１−７
【非特許文献７】Ｓ．Ｍａｔｓｕｄａ  ｅｔ  ａｌ．，“２０１５  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，２０１５，ｐ．Ｔ２１６−Ｔ２１７
【非特許文献８】Ｓ．Ａｍａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．，“ＳＩＤ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ”，２０１０，ｖｏｌｕｍｅ  ４１，ｉｓｓｕｅ  １，ｐ．６２６−６２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】交差ビット線対方式は、フォールデッドビット線方式の記憶装置に適用できるが、メモリセルの集積度が高いオープンビット線方式の記憶装置への適用が出来ない。よって、セルアレイの高集積化が困難であった。【００１３】また、交差ビット線対方式では、一対のビット線の少なくとも一部に交差部を設ける必要があり、当該交差部にメモリセルを配置できない。【００１４】本発明の一態様は、集積度の高い記憶装置を提供することを課題の一とする。または、ノイズの影響を受けにくい記憶装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い記憶装置を提供することを課題の一とする。または、消費電力の少ない記憶装置を提供することを課題の一とする。または、新規な記憶装置を提供することを課題の一とする。または、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。【００１５】なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】複数のメモリセルを有する第１セルアレイと、複数のメモリセルを有する第２セルアレイを重ねて設ける。第１ビット線対に含まれる２つのビット線は、それぞれが第１セルアレイに含まれるメモリセルの一部と第２セルアレイに含まれるメモリセルの一部と電気的に接続する。第２ビット線対に含まれる２つのビット線は、それぞれが第１セルアレイに含まれるメモリセルの一部と第２セルアレイに含まれるメモリセルの一部と電気的に接続する。第１セルアレイにおいて、第２ビット線対に含まれるビット線の一方は、第１ビット線対の一部と重なる領域を有し、第２セルアレイにおいて、第２ビット線対に含まれるビット線の他方は、第１ビット線対の一部と重なる領域を有する。【００１７】本発明の一態様は、第１セルアレイと、第２セルアレイと、第１ビット線対と、第２ビット線対と、を有し、第１セルアレイと第２セルアレイは互いに重なる領域を有し、第１セルアレイは、Ａａ個（Ａａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｂａ個（Ｂａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｃａ個（Ｃａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｄａ個（Ｄａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｅａ個（Ｅａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｆａ個（Ｆａは１以上の整数）の第１メモリセルと、を有し、第２セルアレイは、Ａｂ個（Ａｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｂｂ個（Ｂｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｃｂ個（Ｃｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｄｂ個（Ｄｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｅｂ個（Ｅｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｆｂ個（Ｆｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、を有し、第１ビット線対の一方のビット線は、Ａａ個の第１メモリセル、Ｃａ個の第１メモリセル、およびＣｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、第１ビット線対の他方のビット線は、Ｂａ個の第１メモリセル、Ａｂ個の第２メモリセル、およびＢｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、第２ビット線対の一方のビット線は、Ｄａ個の第１メモリセル、Ｆａ個の第１メモリセル、およびＦｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、第２ビット線対の他方のビット線は、Ｅａ個の第１メモリセル、Ｄｂ個の第２メモリセル、およびＥｂ個の第２メモリセルと電気的に接続し、Ｄａ個の第１メモリセルの一部はＢａ個の第１メモリセルと隣接し、Ｄａ個の第１メモリセルの他の一部はＣａ個の第１メモリセルと隣接し、Ｄｂ個の第１メモリセルの一部はＢｂ個の第１メモリセルと隣接し、Ｄｂ個の第１メモリセルの他の一部はＣｂ個の第１メモリセルと隣接する記憶装置である。【００１８】第１ビット線対および第２ビット線対は、それぞれ複数有してもよい。第１メモリセルは、第１トランジスタと、第１容量素子と、を有し、第２メモリセルは、第２トランジスタと、第２容量素子と、を有してもよい。第１トランジスタおよび第２トランジスタは、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いることが好ましい。【００１９】また、本発明の別の一態様は、第１セルアレイと、第２セルアレイと、第１乃至第４ＢＬｆビット線と、第１乃至第４ＢＬｓビット線と、第１乃至第４ＢＬＢｆビット線と、第１乃至第４ＢＬＢｓビット線と、を有し、第１セルアレイと第２セルアレイは互いに重なる領域を有し、第１セルアレイは、Ａａ個の第１メモリセルと、Ｂａ個の第１メモリセルと、Ｃａ個の第１メモリセルと、Ｄａ個の第１メモリセルと、Ｅａ個の第１メモリセルと、Ｆａ個の第１メモリセルと、Ｇａ個（Ｇａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｈａ個（Ｈａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｉａ個（Ｉａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｊａ個（Ｊａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｋａ個（Ｋａは１以上の整数）の第１メモリセルと、Ｌａ個（Ｌａは１以上の整数）の第１メモリセルと、を有し、第２セルアレイは、Ａｂ個の第２メモリセルと、Ｂｂ個の第２メモリセルと、Ｃｂ個の第２メモリセルと、Ｄｂ個の第２メモリセルと、Ｅｂ個の第２メモリセルと、Ｆｂ個の第２メモリセルと、Ｇｂ個（Ｇｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｈｂ個（Ｈｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｉｂ個（Ｉｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｊｂ個（Ｊｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｋｂ個（Ｋｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、Ｌｂ個（Ｌｂは１以上の整数）の第２メモリセルと、を有し、第１ＢＬｆビット線は、Ｂａ個の第１メモリセルと、Ｂｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第１ＢＬｓビット線は、Ａｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、第１ＢＬＢｆビット線は、Ｃａ個の第１メモリセルと、Ｃｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第１ＢＬＢｓビット線は、Ａａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、第２ＢＬｆビット線は、Ｆａ個の第１メモリセルと、Ｆｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第２ＢＬｓビット線は、Ｄｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、第２ＢＬＢｆビット線は、Ｅａ個の第１メモリセルと、Ｅｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第２ＢＬＢｓビット線は、Ｄａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、第３ＢＬｆビット線は、Ｉａ個の第１メモリセルと、Ｉｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第３ＢＬｓビット線は、Ｇｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、第３ＢＬＢｆビット線は、Ｈａ個の第１メモリセルと、Ｈｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第３ＢＬＢｓビット線は、Ｇａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、第４ＢＬｆビット線は、Ｋａ個の第１メモリセルと、Ｋｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第４ＢＬｓビット線は、Ｊｂ個の第２メモリセルと電気的に接続され、第４ＢＬＢｆビット線は、Ｌａ個の第１メモリセルと、Ｌｂ個の第２メモリセルと、電気的に接続され、第４ＢＬＢｓビット線は、Ｊａ個の第１メモリセルと電気的に接続され、Ｂａ個の第１メモリセルと、Ｉａ個の第１メモリセルは、Ｄａ個の第１メモリセルの一部と隣接し、Ｃａ個の第１メモリセルと、Ｈａ個の第１メモリセルは、Ｄａ個の第１メモリセルの他の一部と隣接し、Ｊａ個の第１メモリセルの一部はＩａ個の第１メモリセルと隣接し、Ｊａ個の第１メモリセルの他の一部はＨａ個の第１メモリセルと隣接し、Ｂｂ個の第２メモリセルと、Ｉｂ個の第２メモリセルは、Ｄｂ個の第２メモリセルの一部と隣接し、Ｃｂ個の第２メモリセルと、Ｈｂ個の第２メモリセルは、Ｄｂ個の第２メモリセルの他の一部と隣接し、Ｊｂ個の第２メモリセルの一部はＩｂ個の第２メモリセルと隣接し、Ｊｂ個の第２メモリセルの他の一部はＨｂ個の第２メモリセルと隣接する記憶装置である。【００２０】また、上記記憶装置において、第１センスアンプと、第１１乃至第１４スイッチと、を有し、第１ＢＬｆビット線は、第１１スイッチを介して第１センスアンプと電気的に接続され、第１ＢＬｓビット線は、第１２スイッチを介して第１センスアンプと電気的に接続され、第１ＢＬＢｆビット線は、第１３スイッチを介して第１センスアンプと電気的に接続され、第１ＢＬＢｓビット線は、第１４スイッチを介して第１センスアンプと電気的に接続してもよい。【００２１】また、上記記憶装置において、第２センスアンプと、第２１乃至第２４スイッチと、を有し、第２ＢＬｆビット線は、第２１スイッチを介して第２センスアンプと電気的に接続され、第２ＢＬｓビット線は、第２２スイッチを介して第２センスアンプと電気的に接続され、第２ＢＬＢｆビット線は、第２３スイッチを介して第２センスアンプと電気的に接続され、第２ＢＬＢｓビット線は、第２４スイッチを介して第２センスアンプと電気的に接続してもよい。【００２２】また、上記記憶装置において、第３センスアンプと、第３１乃至第３４スイッチと、を有し、第３ＢＬｆビット線は、第３１スイッチを介して第３センスアンプと電気的に接続され、第３ＢＬｓビット線は、第３２スイッチを介して第３センスアンプと電気的に接続され、第３ＢＬＢｆビット線は、第３３スイッチを介して第３センスアンプと電気的に接続され、第３ＢＬＢｓビット線は、第３４スイッチを介して第３センスアンプと電気的に接続してもよい。【００２３】また、上記記憶装置において、第４センスアンプと、第４１乃至第４４スイッチと、を有し、第４ＢＬｆビット線は、第４１スイッチを介して第４センスアンプと電気的に接続され、第４ＢＬｓビット線は、第４２スイッチを介して第４センスアンプと電気的に接続され、第４ＢＬＢｆビット線は、第４３スイッチを介して第４センスアンプと電気的に接続され、第４ＢＬＢｓビット線は、第４４スイッチを介して第４センスアンプと電気的に接続してもよい。【００２４】ＣａはＢａの０．８倍以上１．２倍以下が好ましく、ＣａとＢａが同数であるとより好ましい。ＡｂはＡａの０．８倍以上１．２倍以下が好ましく、ＡｂとＡａが同数であるとより好ましい。ＢａとＣａの合計は、Ａａの０．８倍以上１．２倍以下が好ましく、ＢａとＣａの合計がＡａと同数であるとより好ましい。ＩａはＢａの０．８倍以上１．２倍以下が好ましく、ＩａとＢａが同数であるとより好ましい。【００２５】本発明の別の一態様は、第１メモリセルと、第２メモリセルと、第１ビット線と、第２ビット線と、センスアンプと、を有し、第１メモリセルは、第１トランジスタと、第１容量素子と、を有し、第２メモリセルは、第２トランジスタと、第２容量素子と、を有し、第１トランジスタと第２トランジスタは、それぞれの半導体層に酸化物半導体を含み、第１メモリセルは第１ビット線を介してセンスアンプと電気的に接続され、第２メモリセルは第２ビット線を介してセンスアンプと電気的に接続されている記憶装置の動作方法であって、第１トランジスタのゲートに第１電位を供給して、第１容量素子に保持されている電荷を第１ビット線に供給する第１動作を有し、第１動作の期間中、第２トランジスタのゲートに第２電位を供給する記憶装置の動作方法である。【００２６】第１動作終了後、第１トランジスタのゲートに第３電位を供給してもよい。また、第１トランジスタのゲートに第１電位を供給して、第１ビット線の電荷を第１容量素子に供給する第２動作を有してもよい。第２動作の期間中、第２トランジスタのゲートに第２電位を供給する。第２動作終了後、第１トランジスタのゲートに第３電位を供給してもよい。【００２７】第１電位は、第１トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも高い電位である。第２電位は、第２トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも低い電位である。第３電位は、第１トランジスタのソース電位およびドレイン電位よりも低い電位である。
【発明の効果】
【００２８】本発明の一態様によれば、ノイズの影響を受けにくい記憶装置を提供することができる。または、集積度の高い記憶装置を提供することができる。または、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。または、消費電力の少ない記憶装置を提供することができる。または、新規な記憶装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。【００２９】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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】記憶装置の構成例を示す図。
【図２】記憶ブロックの構成例を示す図。
【図３】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図４】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図５】ビット線対の配置例を示す図。
【図６】メモリセルの回路構成例を示す図。
【図７】トランジスタの電気特性を示す図。
【図８】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図９】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１０】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１１】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１２】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１３】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１４】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１５】メモリセル群の配列を示す図。
【図１６】ビット線対の配置例を示す図。
【図１７】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１８】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図１９】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図２０】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図２１】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図２２】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図２３】センスアンプとメモリセルの接続関係を示す図。
【図２４】メモリセル群の配列を示す図。
【図２５】ビット線対の配置例を示す図。
【図２６】折り返しビット線方式の記憶装置と開放ビット線方式の記憶装置を示す図。
【図２７】ビット線とセンスアンプを説明する図、およびビット線の電位変化を示す図。
【図２８】センスアンプの回路構成例を示す図。
【図２９】センスアンプの動作例を示す図。
【図３０】センスアンプの動作例を示す図。
【図３１】センスアンプの動作例を示す図。
【図３２】センスアンプの回路構成例を示す図。
【図３３】センスアンプの動作例を示す図。
【図３４】センスアンプの動作例を示す図。
【図３５】センスアンプの動作例を示す図。
【図３６】半導体装置の構成例を示す図。
【図３７】半導体装置の構成例を示す図。
【図３８】トランジスタの構成例を説明する図。
【図３９】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４０】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４１】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４２】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４３】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４４】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４５】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４６】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４７】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４８】トランジスタの構成例を説明する図。
【図４９】トランジスタの構成例を説明する図。
【図５０】トランジスタの構成例を説明する図。
【図５１】トランジスタの構成例を説明する図。
【図５２】製品イメージを説明する図。
【図５３】電子部品の一例を説明する図。
【図５４】電子機器の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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。従って、本発明は以下に示す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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００３２】また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするため、図に反映しないことがある。
【００３３】また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００３４】本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００３５】また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【００３６】なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００３７】また、ソースおよびドレインの機能は、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、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００３８】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、図または文章に開示されているものとする。
【００３９】また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
【００４０】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）とゲート電極とが互いに重なる領域、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。
【００４１】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）とゲート電極とが互いに重なる領域、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。
【００４２】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」ともいう。）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」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、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、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネルの割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００４３】このような場合、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。
【００４４】そこで、本明細書では、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像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
【００４５】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。
【００４６】なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅｓ）が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００４７】また、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。従って、−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」および「直交」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。従って、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。
【００４８】なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００４９】また、本明細書等において、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、その後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、当該レジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。
【００５０】また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう。）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう。）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位（「ＧＮＤ」または「ＧＮＤ電位」ともいう。）をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
【００５１】なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００５２】また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、エンハンスメント型（ノーマリーオフ型）の電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、ｎチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧（「Ｖｔｈ」ともいう。）は、明示されている場合を除き、０Ｖよりも大きいものとする。
【００５３】（実施の形態１）
本発明の一態様の記憶装置について図面を用いて説明する。
【００５４】はじめに、折り返しビット線方式の記憶装置と、開放ビット線方式の記憶装置について説明しておく。
【００５５】図２６（Ａ）は折り返しビット線方式の記憶装置９０１を説明するブロック図である。記憶装置９０１は、マトリクス状に配置されたメモリセル９１１を含むセルアレイ９２１と、複数のワード線と、複数のビット線と、複数のセンスアンプＳＡと、を有する。記憶装置９０１では、複数のビット線が行方向（または列方向）に延在して設けられ、複数のワード線が列方向（または行方向）に延在して設けられている。
【００５６】複数のワード線は、それぞれが複数のビット線対と交差する。複数のビット線は、複数のビット線ＢＬと複数のビット線ＢＬＢを含む。図２６（Ａ）では、３本のビット線ＢＬ（ビット線ＢＬ１乃至ビット線ＢＬ３）と３本のビット線ＢＬＢ（ビット線ＢＬＢ１乃至ビット線ＢＬＢ３）を示している。
【００５７】折り返しビット線方式の記憶装置９０１では、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢが交互に設けられている。また、１つのビット線ＢＬと１つのビット線ＢＬＢで、１つのビット線対を構成する。記憶装置９０１では、ビット線ＢＬ１とビット線ＢＬＢ１で構成されたビット線対と、ビット線ＢＬ２とビット線ＢＬＢ２で構成されたビット線対と、ビット線ＢＬ３とビット線ＢＬＢ３で構成されたビット線対と、を示している。また、一つのセンスアンプＳＡは、一つのビット線対と電気的に接続される。
【００５８】メモリセル９１１はワード線とビット線の交点近傍に設けられる。ただし、１つのビット線対において、ビット線ＢＬと電気的に接続するメモリセル９１１と、ビット線ＢＬＢと電気的に接続するメモリセル９１１は、同じワード線と電気的に接続することはできない。よって、折り返しビット線方式の記憶装置では、全ての交点近傍にメモリセルを設けることが出来ない。よって、メモリセルの高集積化が難しい。
【００５９】図２６（Ｂ）は開放ビット線方式の記憶装置９０２を説明するブロック図である。開放ビット線方式の記憶装置９０２では、ビット線ＢＬがセルアレイ９２１ａに設けられ、ビット線ＢＬＢがセルアレイ９２１ｂに設けられている。また、セルアレイ９２１ａとセルアレイ９２１ｂのそれぞれに、複数のワード線が設けられている。
【００６０】開放ビット線方式の記憶装置９０２では、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢが異なるセルアレイに設けられ、セルアレイ毎にワード線が設けられているため、全ての交点近傍にメモリセルを設けることが出来る。よって、セルアレイの高集積化が容易となる。
【００６１】メモリセル９１１が保持している情報の読み出しは、センスアンプＳＡで行なわれる。ワード線によって特定のメモリセル９１１が選択されると、選択されたメモリセル９１１の情報がビット線（ビット線ＢＬまたはビット線ＢＬＢ）に供給され、当該ビット線の電位が変動する。センスアンプＳＡは、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢの電位差を増幅して出力する。
【００６２】図２７（Ａ１）に記憶装置９０１のビット線とセンスアンプＳＡを示す。図２７（Ａ２）は、ビット線の電位変化を示すタイミングチャートである。
【００６３】それぞれのビット線は寄生容量を介して容量結合している。例えば、ビット線ＢＬＢ１とビット線ＢＬ２の間には寄生容量ＣｐＡが存在する。このため、情報の書き込みによりビット線ＢＬＢ１の電位が反転すると、隣接するビット線ＢＬ２の電位も変動する場合がある。
【００６４】図２７（Ａ２）を用いて記憶装置９０１の誤動作について説明する。期間Ｔ０において、ビット線ＢＬ１およびビット線ＢＬＢ２がＨ電位よりも少し低い電位であり、ビット線ＢＬＢ１およびビット線ＢＬ２がＬ電位よりも少し高い電位であるとする。期間Ｔ１において、ビット線ＢＬＢ１にＨ電位が供給されると、寄生容量ＣｐＡを介して容量結合しているビット線ＢＬ２の電位も上昇し、ビット線ＢＬＢ２の電位よりも高くなる場合がある。センスアンプＳＡは僅かな電位差も増幅するため、ビット線ＢＬ２を含むビット線対では間違った情報が読み出される。すなわち、ビット線ＢＬＢ１の電位変動がノイズとしてビット線ＢＬ２に作用する。
【００６５】ビット線ＢＬ２とビット線ＢＬＢ２を交差させることで、ノイズの影響を軽減することができる。本明細書等では、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢの交差部を有するビット線対を「交差ビット線対」という。図２７（Ｂ１）は、交差ビット線対を有する記憶装置９０１のビット線とセンスアンプＳＡを示す図である。また、図２７（Ｂ２）は、交差ビット線対の電位変化を示すタイミングチャートである。
【００６６】図２７（Ｂ１）は、ビット線ＢＬ２とビット線ＢＬＢ２を含むビット線対が交差ビット線対である。図２７（Ｂ１）に示す交差ビット線対は３つの交差部９３１を有し、ビット線ＢＬ２の一部と、ビット線ＢＬＢ２の一部がビット線ＢＬＢ１と隣接している。具体的には、ビット線ＢＬ２の領域Ｄ１および領域Ｄ２と、ビット線ＢＬＢ２の領域ＤＢ１および領域ＤＢ２がビット線ＢＬＢ１と隣接している。
【００６７】前述した通り、ビット線ＢＬＢ１とビット線ＢＬ２の間には寄生容量ＣｐＡが存在する。同様に、ビット線ＢＬＢ１とビット線ＢＬＢ２の間の寄生容量を寄生容量ＣｐＢとする。寄生容量ＣｐＡの容量値は、例えば、領域Ｄ１の長さと領域Ｄ２の長さの合計に比例する。同様に、寄生容量ＣｐＢの容量値は、領域ＤＢ１の長さと領域ＤＢ２の長さの合計に比例する。寄生容量ＣｐＡの容量値と寄生容量ＣｐＢの容量値は、同じであることが好ましい。よって、ビット線ＢＬ２のビット線ＢＬＢ１と隣接する領域の長さの合計（領域Ｄ１および領域Ｄ２の長さの合計）と、ビット線ＢＬＢ２のビット線ＢＬＢ１と隣接する領域の長さの合計（領域ＤＢ１および領域ＤＢ２の長さの合計）は同じであることが好ましい。
【００６８】なお、寄生容量ＣｐＡの容量値は、領域Ｄ１に接続するメモリセルの数と領域Ｄ２に接続するメモリセルの数の合計にも比例する。同様に寄生容量ＣｐＢの容量値は、領域ＤＢ１に接続するメモリセルの数と領域ＤＢ２に接続するメモリセルの数の合計にも比例する。よって、領域Ｄ１に接続するメモリセルの数と領域Ｄ２に接続するメモリセルの数の合計と、領域ＤＢ１に接続するメモリセルの数と領域ＤＢ２に接続するメモリセルの数の合計は同じであることが好ましい。
【００６９】図２７（Ｂ２）を用いて交差ビット線対の電位変化を説明する。期間Ｔ０において、ビット線ＢＬ１およびビット線ＢＬＢ２がＨ電位よりも少し低い電位であり、ビット線ＢＬＢ１およびビット線ＢＬ２がＬ電位よりも少し高い電位であるとする。期間Ｔ１において、ビット線ＢＬＢ１にＨ電位が供給されると、寄生容量ＣｐＡを介して容量結合しているビット線ＢＬ２の電位が上昇する。また、寄生容量ＣｐＢを介して容量結合しているビット線ＢＬＢ２の電位も上昇する。このように、交差ビット線対では、ビット線ＢＬ２およびビット線ＢＬＢ２共に電位が上昇する。よって、両者の電位差は、ノイズの影響を受けてもほとんど変わらない。
【００７０】折り返しビット線方式の記憶装置では、交差ビット線対と非交差ビット線対を交互に設けることで、ノイズによる誤動作を防ぎ、記憶装置の信頼性を高めることができる。一方で、開放ビット線（オープンビット線）方式の記憶装置では、１つのビット線対に含まれるビット線ＢＬとビット線ＢＬＢが同一平面上の異なるセルアレイに存在するため、交差ビット線対を実現できない。
【００７１】＜＜記憶装置１００＞＞
図１は、本発明の一態様である記憶装置１００の構成例を示すブロック図である。
【００７２】記憶装置１００は、入出力回路１１１（ＩＯ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、制御回路１１２（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、Ｉ２Ｃレシーバ１１３（Ｉ２Ｃ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）、設定レジスタ１１４（Ｓｅｔｔｉｎｇ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）、ＬＶＤＳ回路１１５、ＬＶＤＳ回路１１６、デコーダ１１７（Ｄｅｃｏｄｅｒ）、記憶ブロックアレイ２１０（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｂｌｏｃｋ  Ａｒｒａｙ）を有する。
【００７３】また、制御回路１１２は、レジスタ１１８（Ｒｅｇ＿ｒ）、およびレジスタ１１９（Ｒｅｇ＿ｗ）を有する。また、記憶ブロックアレイ２１０は、ｎ個（ｎは１以上の整数。）の記憶ブロック２１１（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｂｌｏｃｋ）を有する。本明細書等では、１個目の記憶ブロック２１１を記憶ブロック２１１＿１と示し、ｉ個目（ｉは１以上ｎ以下の整数。）の記憶ブロック２１１を記憶ブロック２１１＿ｉと示している。
【００７４】入出力回路１１１は、外部機器と信号の受け渡しを行なう機能を有する。記憶装置１００の動作条件などは、設定レジスタ１１４に記憶されている設定パラメータにより決定される。設定パラメータは、入出力回路１１１およびＩ２Ｃレシーバ１１３を介して設定レジスタ１１４に書き込まれる。なお、目的または用途などに応じてＩ２Ｃレシーバ１１３は省略してもよい。
【００７５】設定パラメータの一例として、リフレッシュ動作の実行間隔や回路動作の動作タイミングなどの指定情報などがある。制御回路１１２は設定パラメータおよび外部からのコマンド信号を処理して記憶装置１００の動作モードを決定する機能を有する。制御回路１１２は、色々な制御信号を生成して、記憶装置１００全体の動作を制御する機能を有する。
【００７６】また、外部から入出力回路１１１を介して制御回路１１２に、リセット信号ｒｅｓ、アドレス信号ＡＤＤＲ［１６：０］、行アドレス識別信号ＲＡＳ（Ｒｏｗ  Ａｄｄｒｅｓｓ  Ｓｔｒｏｂｅ）、列アドレス識別信号ＣＡＳ（Ｃｏｌｕｍｎ  Ａｄｄｒｅｓｓ  Ｓｔｒｏｂｅ）、書き込み制御信号ＷＥ（Ｗｒｉｔｅ  Ｅｎａｂｌｅ）、データ書き込み用クロック信号ｃｌｋ＿ｔ、書き込みデータＷＤＡＴＡ［７：０］などが供給される。データ書き込み用クロック信号ｃｌｋ＿ｔは、転送回路ＬＶＤＳ＿ｒｘを介して制御回路１１２に供給される。
【００７７】また、制御回路１１２から入出力回路１１１に、データ読み出し用クロック信号ｃｌｋ＿ｗ、読み出しデータＲＤＡＴＡ［７：０］が供給される。データ読み出し用クロック信号ｃｌｋ＿ｗは、転送回路ＬＶＤＳ＿ｔｘを介して入出力回路１１１に供給される。転送回路ＬＶＤＳ＿ｒｘおよび転送回路ＬＶＤＳ＿ｔｘは、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）規格で動作する転送回路である。なお、目的または用途などに応じて、転送回路ＬＶＤＳ＿ｒｘおよび転送回路ＬＶＤＳ＿ｔｘの一方または双方を省略してもよい。
【００７８】書き込みデータＷＤＡＴＡ［７：０］は、データ書き込み用クロック信号ｃｌｋ＿ｔに同期して転送され、制御回路１１２内のレジスタ１１９に保持される。制御回路１１２はレジスタ１１９に保持されているデータを記憶ブロックアレイ２１０に供給する機能を有する。
【００７９】また、記憶ブロックアレイ２１０から読み出されたデータは、読み出しデータＲＤＡＴＡ［７：０］として制御回路１１２内のレジスタ１１８に保持される。制御回路１１２は、読み出しデータＲＤＡＴＡ［７：０］をデータ読み出し用クロック信号ｃｌｋ＿ｗに同期して入出力回路１１１に転送する機能を有する。
【００８０】また、制御回路１１２は、列アドレス信号Ｃ＿ＡＤＤＲ、列選択イネーブル信号ＣＳＥＬ＿ＥＮ、データラッチ信号ＤＬＡＴ、グローバル書き込み許可信号ＧＷ＿ＥＮ、グローバル読み出し許可信号ＧＲ＿ＥＮ、グローバルセンスアンプ許可信号ＧＳＡ＿ＥＮ、グローバルイコライズ許可信号ＧＥＱ＿ＥＮＢ、ローカルセンスアンプ許可信号ＬＳＡ＿ＥＮ、ローカルイコライズ許可信号ＬＥＱ＿ＥＮＢ、およびワード線アドレス選択信号ＷＬ＿ＡＤＤＲ［７：０］などを出力する機能を有する。
【００８１】列アドレス信号Ｃ＿ＡＤＤＲおよび列選択イネーブル信号ＣＳＥＬ＿ＥＮはデコーダ１１７に供給される。
【００８２】＜記憶ブロック＞
図２（Ａ）は記憶ブロック２１１＿ｉ（Ｍｅｍｏｒｙ  Ｂｌｏｃｋ）の構成例を示すブロック図である。図２（Ｂ）は、記憶ブロック２１１＿ｉに含まれる、ローカルセンスアンプアレイ２１４、セルアレイ２２１ａ、およびセルアレイ２２１ｂの構成例を示す斜視ブロック図である。また、図２（Ｂ）などに、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示す矢印を付している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、それぞれが互いに直交する方向である。
【００８３】記憶ブロック２１１＿ｉは、ワード線ドライバ２１２（ＷＬ  Ｄｒｉｖｅｒ）、ローカルセンスアンプドライバ２１３（ＬＳＡ  Ｄｒｉｖｅｒ）、ローカルセンスアンプアレイ２１４、グローバルセンスアンプ２１５（Ｇｌｏｂａｌ  ＳＡ）、読み出し書き込みセレクタ２１６（Ｒ／Ｗ  Ｓｅｌｅｃｔｏｒ）、セルアレイ２２１ａ（Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｙ）、およびセルアレイ２２１ｂ（Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｙ）を有する。
【００８４】データラッチ信号ＤＬＡＴ、グローバル書き込み許可信号ＧＷ＿ＥＮ、およびグローバル読み出し許可信号ＧＲ＿ＥＮは、読み出し書き込みセレクタ２１６に供給される。グローバルセンスアンプ許可信号ＧＳＡ＿ＥＮおよびグローバルイコライズ許可信号ＧＥＱ＿ＥＮＢは、グローバルセンスアンプ２１５に供給される。ローカルセンスアンプ許可信号ＬＳＡ＿ＥＮおよびローカルイコライズ許可信号ＬＥＱ＿ＥＮＢはローカルセンスアンプアレイ２１４に供給される。ワード線アドレス選択信号ＷＬ＿ＡＤＤＲ［７：０］は、ワード線ドライバ２１２に供給される。
【００８５】ローカルセンスアンプアレイ２１４（Ｌｏｃａｌ  Ｓｅｎｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  Ａｒｒａｙ）は、ｆ行ｇ列（ｆおよびｇは、共に１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数のセンスアンプ１２７（Ｓｅｎｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を有する。本明細書などでは、１行１列目のセンスアンプ１２７をセンスアンプ１２７［１，１］と示す。また、ｋ行ｈ列目（ｋは１以上ｆ以下の整数。ｈは１以上ｇ以下の整数。）のセンスアンプ１２７をセンスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と示す。
【００８６】セルアレイ２２１ａはローカルセンスアンプアレイ２１４の上方に重ねて設けられ、セルアレイ２２１ｂはセルアレイ２２１ａの上方に重ねて設けられている。セルアレイ２２１ａおよびセルアレイ２２１ｂをローカルセンスアンプアレイ２１４の上方に重ねて設けることで、ビット線の配線長を短くすることが出来る。また、セルアレイ２２１ａとセルアレイ２２１ｂを重ねて設けることで、メモリセルの実装密度を高めることができる。
【００８７】セルアレイ２２１ａは、ｐ行ｑ列（ｐおよびｑは、共に１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数のメモリセル１０ａを有する。セルアレイ２２１ｂは、ｐ行ｑ列のマトリクス状に配置された複数のメモリセル１０ｂを有する。また、セルアレイ２２１ａは、Ｘ方向（行方向）に延在するｐ本のワード線ＷＬａを有する（図２（Ｂ）に図示せず。）。また、セルアレイ２２１ｂは、Ｘ方向（行方向）に延在するｐ本のワード線ＷＬｂを有する（図２（Ｂ）に図示せず。）。なお、本明細書などでは、ｊ本目（ｊは１以上ｐ以下の整数。）のワード線ＷＬａをワード線ＷＬａ［ｊ］と示し、ｊ本目のワード線ＷＬｂをワード線ＷＬｂ［ｊ］と示す。
【００８８】１つのメモリセル１０ａは、ワード線ＷＬａのいずれか１つと電気的に接続される。また、１つのメモリセル１０ｂは、ワード線ＷＬｂのいずれか１つと電気的に接続される。
【００８９】図３および図４は、センスアンプ１２７、メモリセル１０ａ、およびメモリセル１０ｂの接続関係を示す斜視ブロック図である。図３および図４では、記憶ブロック２１１に含まれる、ローカルセンスアンプアレイ２１４の一部、セルアレイ２２１ａの一部、およびセルアレイ２２１ｂの一部を示している。図３および図４に示すセンスアンプ１２７は、２セル幅型のセンスアンプである。本明細書等において、「２セル幅型のセンスアンプ」とは、Ｘ方向の長さが、おおよそメモリセル２つ分に相当するセンスアンプのことを言う。
【００９０】図３は、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］、センスアンプ１２７［ｋ−１，ｈ］、およびセンスアンプ１２７［ｋ＋１，ｈ］と、これらのセンスアンプ１２７と電気的に接続するメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂを示している。なお、図３では、一例として、１つのセンスアンプ１２７に、１２個のメモリセル１０ａと１２個のメモリセル１０ｂが電気的に接続される場合を示している。ただし、１つのセンスアンプ１２７と電気的に接続するメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂの数はこれに限定されない。
【００９１】図４は、センスアンプ１２７とメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂの接続関係を示す斜視ブロック図である。図４では、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセルと、センスアンプ１２７［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続するメモリセルと、を示している。なお、図４では、ワード線ＷＬａとワード線ＷＬｂの記載を省略している。また、図５は、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］およびセンスアンプ１２７［ｋ＋１，ｈ］と、それぞれに対応するビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢを示した図である。
【００９２】１つのセンスアンプ１２７は、１つのビット線対と電気的に接続される。ビット線対に含まれるビット線ＢＬとビット線ＢＬＢのうち、ビット線ＢＬはセンスアンプ１２７のノードＮＤと電気的に接続され、ビット線ＢＬＢはセンスアンプ１２７のノードＮＤＢと電気的に接続される。センスアンプ１２７は、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢの電位差を増幅する機能を有する。
【００９３】本明細書などでは、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するビット線ＢＬをビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と示す。また、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するビット線ＢＬＢをビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と示す。また、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］のノードＮＤをノードＮＤ［ｋ，ｈ］と示す。また、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］のノードＮＤＢをノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と示す。
【００９４】１つのメモリセル１０ａは、ビット線ＢＬのいずれか１つもしくはビット線ＢＬＢのいずれか１つと電気的に接続する。また、１つのメモリセル１０ｂは、ビット線ＢＬのいずれか１つまたはビット線ＢＬＢのいずれか１つと電気的に接続する。
【００９５】セルアレイ２２１ａは、Ａ個（Ａは１以上の整数）のメモリセル１０ａを有するメモリセル群５１ａと、Ｂ個（Ｂは１以上の整数）のメモリセル１０ａを有するメモリセル群５２ａと、Ｃ個（Ｃは１以上の整数）のメモリセル１０ａを有するメモリセル群５３ａと、を有する。
【００９６】セルアレイ２２１ｂは、Ｄ個（Ｄは１以上の整数）のメモリセル１０ｂを有するメモリセル群５１ｂと、Ｅ個（Ｅは１以上の整数）のメモリセル１０ｂを有するメモリセル群５２ｂと、Ｆ個（Ｆは１以上の整数）のメモリセル１０ｂを有するメモリセル群５３ｂと、を有する。
【００９７】メモリセル群５１ａおよびメモリセル群５３ａに含まれるメモリセル１０ａ、ならびにメモリセル群５３ｂに含まれるメモリセル１０ｂは、それぞれがビット線ＢＬＢと電気的に接続される。
【００９８】メモリセル群５１ｂおよびメモリセル群５２ｂに含まれるメモリセル１０ｂ、ならびにメモリセル群５２ａに含まれるメモリセル１０ａは、それぞれがビット線ＢＬと電気的に接続される。
【００９９】よって、ビット線ＢＬは、セルアレイ２２１ａにおいてメモリセル１０ａと電気的に接続する領域と、セルアレイ２２１ｂにおいてメモリセル１０ｂと電気的に接続する領域と、を有する。同様に、ビット線ＢＬＢは、セルアレイ２２１ａにおいてメモリセル１０ａと電気的に接続する領域と、セルアレイ２２１ｂにおいてメモリセル１０ｂと電気的に接続する領域と、を有する。
【０１００】また、本明細書などでは、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］またはビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］を介して、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群５１ａをメモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］と示す。また、メモリセル群５２ａ、メモリセル群５３ａ、メモリセル群５１ｂ、メモリセル群５２ｂ、およびメモリセル群５３ｂも同様に示す。
【０１０１】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１０２】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０１０３】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１０４】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１０５】ビット線ＢＬの寄生容量およびビット線ＢＬＢの寄生容量は、それぞれのビット線に電気的に接続するメモリセルの数によって変化する。
【０１０６】また、セルアレイ２２１ａにおいて、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］とビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］の間に生じる寄生容量Ｃｐａ１と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］とビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］の間に生じる寄生容量Ｃｐａ２の容量値は、同じであることが好ましい（図５参照。）。具体的には、寄生容量Ｃｐａ１の容量値が寄生容量Ｃｐａ２の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。寄生容量Ｃｐａ１と寄生容量Ｃｐａ２の容量値を同じにする、もしくは、近づけることで、ノイズの影響をより受けにくくすることが出来る。
【０１０７】よって、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＢと、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＣは、同じであることが好ましい。具体的には、ＣはＢの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１０８】この場合、寄生容量Ｃｐａ１は、図２７（Ｂ１）に示した寄生容量ＣｐＡまたは寄生容量ＣｐＢの一方に相当し、寄生容量Ｃｐａ２が他方に相当する。
【０１０９】また、セルアレイ２２１ｂにおいて、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］とビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］の間に生じる寄生容量Ｃｐｂ１と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］とビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］の間に生じる寄生容量Ｃｐｂ２の容量値は、同じであることが好ましい。具体的には、寄生容量Ｃｐｂ１の容量値が寄生容量Ｃｐｂ２の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。寄生容量Ｃｐｂ１と寄生容量Ｃｐｂ２の容量値を同じにする、もしくは、近づけることで、ノイズの影響をより受けにくくすることが出来る。
【０１１０】よって、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＥと、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＦは、同じであることが好ましい。具体的には、ＦはＥの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１１１】この場合、寄生容量Ｃｐｂ１は、図２７（Ｂ１）に示した寄生容量ＣｐＡまたは寄生容量ＣｐＢの一方に相当し、寄生容量Ｃｐｂ２が他方に相当する。
【０１１２】また、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］がビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］及びビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］からノイズの影響を受ける場合がある。この場合、寄生容量Ｃｐａ１と寄生容量Ｃｐｂ１との容量値は、同じであることが好ましい。具体的には、寄生容量Ｃｐａ１の容量値が寄生容量Ｃｐｂ１の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。寄生容量Ｃｐａ１と寄生容量Ｃｐｂ１の容量値を同じにする、もしくは、近づけることで、ノイズの影響をより受けにくくすることが出来る。
【０１１３】よって、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＢと、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＥは、同じであることが好ましい。具体的には、ＥはＢの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１１４】この場合、寄生容量Ｃｐａ１は、図２７（Ｂ１）に示した寄生容量ＣｐＡまたは寄生容量ＣｐＢの一方に相当し、寄生容量Ｃｐｂ１が他方に相当する。
【０１１５】また、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］がビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］及びビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］からノイズの影響を受ける場合がある。この場合、寄生容量Ｃｐａ２と寄生容量Ｃｐｂ２との容量値は、同じであることが好ましい。具体的には、寄生容量Ｃｐａ２の容量値が寄生容量Ｃｐｂ２の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。寄生容量Ｃｐａ２と寄生容量Ｃｐｂ２の容量値を同じにする、もしくは、近づけることで、ノイズの影響をより受けにくくすることが出来る。
【０１１６】よって、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＣと、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＦは、同じであることが好ましい。具体的には、ＦはＣの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１１７】この場合、寄生容量Ｃｐａ２は、図２７（Ｂ１）に示した寄生容量ＣｐＡまたは寄生容量ＣｐＢの一方に相当し、寄生容量Ｃｐｂ２が他方に相当する。
【０１１８】メモリセル群５１ａ［ｋ＋１，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＡは、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＢと、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＣの合計と同じであることが好ましい。具体的には、ＢとＣの合計がＡの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１１９】また、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＢと、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ａの数であるＣは、同じもしくは同程度であることが好ましい。具体的には、ＢはＣの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１２０】また、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＥと、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＦは、同じもしくは同程度であることが好ましい。具体的には、ＥはＦの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１２１】また、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＤは、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＥと、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］が有するメモリセル１０ｂの数であるＦの合計と同じであることが好ましい。具体的には、ＥとＦの合計がＤの０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０１２２】本発明の一態様によれば、交差ビット線対方式で生じる交差部を設けることなく、交差ビット線対方式と同様のノイズ低減効果が得られる。すなわち、記憶装置１００の信頼性とメモリセルの実装密度を共に高めることができる。
【０１２３】〔メモリセル〕
図６（Ａ）に、メモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂに用いることができる回路構成例を示す。メモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂは、トランジスタＭ１と、容量素子ＣＡと、を有する。なお、トランジスタＭ１は、フロントゲート（単にゲートと呼ぶ場合がある。）、およびバックゲートを有する。バックゲートは、ゲートとバックゲートで半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲートの電位を変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。バックゲートの電位はゲートと同電位としてもよく、接地電位ＧＮＤなど任意の固定電位としてもよい。
【０１２４】トランジスタＭ１のソースまたはドレインの一方は、容量素子ＣＡの一方の電極と電気的に接続され、トランジスタＭ１のソースまたはドレインの他方は、ビット線ＢＬまたはビット線ＢＬＢの一方と電気的に接続され、トランジスタＭ１のゲートは、ワード線ＷＬａまたはワード線ＷＬｂの一方と電気的に接続され、トランジスタＭ１のバックゲートは、配線ＢＧＬと電気的に接続されている。容量素子ＣＡの他方の電極は、配線ＣＡＬと電気的に接続されている。
【０１２５】配線ＣＡＬは、容量素子ＣＡの他方の電極に所定の電位を印加するための配線として機能する。データの書き込み時、および読み出し時において、配線ＣＡＬには、低レベル電位（基準電位という場合がある。）を印加するのが好ましい。
【０１２６】配線ＢＧＬは、トランジスタＭ１のバックゲートに電位を印加するための配線として機能する。配線ＢＧＬに任意の電位を印加することによって、トランジスタＭ１のしきい値電圧を増減することができる。
【０１２７】データの書き込みおよび読み出しは、ワード線ＷＬａおよび／またはワード線ＷＬｂにトランジスタＭ１を導通状態（オン状態）とする電位を供給し、トランジスタＭ１を導通状態にして、ビット線ＢＬまたはビット線ＢＬＢと容量素子ＣＡの一方の電極を電気的に接続することによって行われる。
【０１２８】また、図６（Ｂ）に示す回路構成例をメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂに用いてもよい。図６（Ｂ）に示す回路構成例では、トランジスタＭ１のバックゲートが、配線ＢＧＬでなく、ワード線ＷＬａまたはワード線ＷＬｂと電気的に接続されている。このような構成にすることによって、トランジスタＭ１のバックゲートに、トランジスタＭ１のゲートと同じ電位を印加することができるため、トランジスタＭ１がオン状態の時にトランジスタＭ１のソースとドレインの間に流れる電流（オン電流）を増加することができる。
【０１２９】また、トランジスタＭ１は、シングルゲート構造のトランジスタ、つまりバックゲートを有さないトランジスタであってもよい。トランジスタＭ１にシングルゲート構造のトランジスタを用いた場合の回路構成例を図６（Ｃ）に示す。図６（Ｃ）に示すトランジスタＭ１はバックゲートを有さないため、メモリセルの作製工程を短縮することができる。
【０１３０】なお、トランジスタＭ１として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）を用いることが好ましい。例えば、チャネルが形成される半導体層として、インジウム、元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ）、亜鉛のいずれか一を有する酸化物半導体を用いることができる。特に、ＯＳトランジスタの半導体層として、インジウム、ガリウム、亜鉛からなる酸化物半導体を用いることが好ましい。
【０１３１】インジウム、ガリウム、亜鉛を含む酸化物半導体を適用したＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて小さいという特性を有している。トランジスタＭ１としてＯＳトランジスタを用いることによって、トランジスタＭ１のリーク電流を非常に低くすることができる。つまり、書き込んだデータをトランジスタＭ１によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、メモリセルに対して多値データ、またはアナログデータを保持することができる。
【０１３２】ここで、トランジスタの電気特性の１つであるＩｄ−Ｖｇ特性の温度依存性について説明しておく。図７（Ａ）および図７（Ｂ）に、トランジスタの電気特性の１つであるＩｄ−Ｖｇ特性の一例を示す。Ｉｄ−Ｖｇ特性は、ゲート電圧（Ｖｇ）の変化に対するドレイン電流（Ｉｄ）の変化を示す。図７（Ａ）および図７（Ｂ）の横軸は、Ｖｇをリニアスケールで示している。また、図７（Ａ）および図７（Ｂ）の縦軸は、Ｉｄをログスケールで示している。
【０１３３】図７（Ａ）は、ＯＳトランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性を示している。図７（Ｂ）は、チャネルが形成される半導体層にシリコンを用いたトランジスタ（「Ｓｉトランジスタ」ともいう。）のＩｄ−Ｖｇ特性を示している。なお、図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、どちらもｎチャネル型トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性である。
【０１３４】ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタともに、Ｖｔｈは高温になるほどマイナス方向にシフトし、サブスレッショルド係数は高温になるほど増大するという性質を有する。その結果、高温になるほどＶｇが０Ｖの時のＩｄ（「カットオフ電流」ともいう）が増加する。
【０１３５】ＯＳトランジスタは高温下の動作においてもオフ電流が増加しにくい（図７（Ａ）参照。）。また、ＯＳトランジスタは、動作温度の上昇とともにオン電流が増加する。一方で、Ｓｉトランジスタは、温度の上昇とともに、オフ電流が増加し、オン電流が低下する（図７（Ｂ）参照。）。
【０１３６】図７（Ａ）に示すように、ＯＳトランジスタは、Ｖｇを負電圧にすることで高温下においてもオフ電流を低減することができる。よって、トランジスタＭ１としてＯＳトランジスタを用いることで、高温下の動作においてもトランジスタＭ１を含む半導体装置全体の消費電力を下げることができる。
【０１３７】本明細書等において、ＯＳトランジスタを用いたＤＲＡＭを、ＤＯＳＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）呼ぶ。トランジスタＭ１としてＯＳトランジスタを適用することにより、ＤＯＳＲＡＭを構成することができる。
【０１３８】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１３９】（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した記憶ブロック２１１の変形例を説明する。本実施の形態に無い説明については、上記実施の形態を参酌すればよい。
【０１４０】前述したように、セルアレイ２２１ａとセルアレイ２２１ｂを積層することで、メモリセルの実装密度を２倍にすることができる。ただし、センスアンプ１２７と電気的に接続するメモリセルの総数も２倍になるため、ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢに生じる寄生容量も増加する。該寄生容量はセンスアンプ１２７の負荷になるため、該寄生容量の増加は、センスアンプ１２７の不安定動作や、記憶装置１００の動作速度低下の一因となりえる。
【０１４１】＜構成例＞
本実施の形態では、ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢに生じる寄生容量を低減する構成を、図８を用いて説明する。図８では、ローカルセンスアンプアレイ２１４の一部、セルアレイ２２１ａの一部、およびセルアレイ２２１ｂの一部を抜粋して示している。
【０１４２】図８に示す構成では、ビット線ＢＬに換えて、第１ビット線ＢＬｆと第２ビット線ＢＬｓを設け、ビット線ＢＬＢに換えて、第１ビット線ＢＬＢｆと第２ビット線ＢＬＢｓを設けている。すなわち、ビット線ＢＬを第１ビット線ＢＬｆと第２ビット線ＢＬｓに分割し、ビット線ＢＬＢを第１ビット線ＢＬＢｆと第２ビット線ＢＬＢｓに分割して設ける。
【０１４３】本実施の形態などでは、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続する第１ビット線ＢＬｆを第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と示す。第２ビット線ＢＬｓ、第１ビット線ＢＬＢｆ、および第２ビット線ＢＬＢｓも同様に示す。
【０１４４】また、センスアンプ１２７にスイッチ２３１乃至スイッチ２３４を設ける。本実施の形態などでは、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］が有するスイッチ２３１をスイッチ２３１［ｋ，ｈ］と示す。スイッチ２３２乃至スイッチ２３４も同様に示す。
【０１４５】第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。なお、図８ではメモリセル群を明示していないが、メモリセル群については図４を参酌すればよい。
【０１４６】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０１４７】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０１４８】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０１４９】スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとしては、例えば電気的スイッチまたは機械的なスイッチなどを用いることができる。例えば、スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとして、トランジスタ、ＭＥＭＳなどを用いることができる。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、該トランジスタの極性は特に限定されない。
【０１５０】スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとしては、複数のトランジスタを組み合わせた論理回路を用いてもよい。例えば、論理回路として相補型の論理回路（Ｎチャネル型トランジスタ及びＰチャネル型トランジスタを用いた論理回路）を用いてもよい。
【０１５１】＜動作例＞
例えば、メモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａおよびメモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂのいずれかにデータの書き込みまたは読み出しを行なう場合、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をオフ状態（非導通状態）とし、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ，ｈ］をオン状態（導通状態）とする（図９参照。）。
【０１５２】言い換えると、ワード線ＷＬａ［ｊ−６］乃至ワード線ＷＬａ［ｊ−１］およびワード線ＷＬｂ［ｊ−６］乃至ワード線ＷＬｂ［ｊ−１］のいずれかが選択される場合は、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をオフ状態とし、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ，ｈ］をオン状態とする。
【０１５３】また、例えば、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａ、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂ、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａ、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂのいずれかにデータの書き込みまたは読み出しを行なう場合、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ，ｈ］をオフ状態とし、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をオン状態とする（図１０参照。）。
【０１５４】言い換えると、ワード線ＷＬａ［ｊ］乃至ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］およびワード線ＷＬｂ［ｊ］乃至ワード線ＷＬｂ［ｊ＋５］のいずれかが選択される場合は、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ，ｈ］をオフ状態とし、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をオン状態とする。
【０１５５】なお、実際には、選択されたワード線ＷＬ（ワード線ＷＬａおよびワード線ＷＬｂのいずれか一つ。）と電気的に接続する全てのメモリセルのデータを保存するため、これらのメモリセルと電気的に接続するセンスアンプ１２７は全て動作させる必要がある。本実施の形態では、ワード線ＷＬａ［ｊ］乃至ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］およびワード線ＷＬｂ［ｊ］乃至ワード線ＷＬｂ［ｊ＋５］のいずれかが選択された場合に、ｋ行目に配置された全てのセンスアンプ１２７と、ｋ＋１行目に配置された全てのセンスアンプ１２７を動作させる必要がある。
【０１５６】図１１では、ワード線ＷＬａ［ｊ］乃至ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］およびワード線ＷＬｂ［ｊ］乃至ワード線ＷＬｂ［ｊ＋５］のいずれかが選択された場合に、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と同時にセンスアンプ１２７［ｋ＋１，ｈ］も動作させる様子を示している。具体的には、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］が有するスイッチ２３２［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ，ｈ］をオフ状態、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をオン状態とし、センスアンプ１２７［ｋ＋１，ｈ］が有するスイッチ２３１［ｋ＋１，ｈ］およびスイッチ２３３［ｋ＋１，ｈ］をオフ状態、スイッチ２３２［ｋ＋１，ｈ］およびスイッチ２３４［ｋ＋１，ｈ］をオン状態とする。
【０１５７】ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢを分割して設け、選択するワード線ＷＬ（ワード線ＷＬａおよびワード線ＷＬｂ）のアドレスに応じてスイッチ２３１乃至スイッチ２３４のオン状態とオフ状態を制御することで、センスアンプ１２７の負荷である寄生容量を低減することができる。本実施の形態では、センスアンプ１２７の負荷である寄生容量を半減させることができる。
【０１５８】なお、スイッチ２３１乃至スイッチ２３４の動作は、ローカルセンスアンプドライバ２１３によって制御される。
【０１５９】本発明の一態様によれば、センスアンプ動作の安定性を高めることができる。よって、記憶装置１００の信頼性を高めることができる。または、本発明の一態様によれば、センスアンプ１２７の動作速度を高めることができる。よって、記憶装置１００の動作速度を高めることができる。
【０１６０】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１６１】（実施の形態３）
本実施の形態では、記憶ブロック２１１の変形例として、４セル幅型のセンスアンプ１２７であるセンスアンプ１２７Ａ、メモリセル１０ａ、およびメモリセル１０ｂの接続例について説明する。本明細書等において、「４セル幅型のセンスアンプ」とは、Ｘ方向の長さが、おおよそメモリセル４つ分に相当するセンスアンプのことを言う。
【０１６２】また、説明の繰り返しを減らすため、主に上記実施の形態と異なる事柄について説明する。本実施の形態に無い説明については、上記実施の形態を参酌すればよい。
【０１６３】〔構成例〕
図１２および図１３は、センスアンプ１２７Ａ、メモリセル１０ａ、およびメモリセル１０ｂの接続関係を示す斜視ブロック図である。なお、センスアンプ１２７と同様に、ｋ行ｈ列目のセンスアンプ１２７Ａをセンスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］と示す。
【０１６４】図１２は、センスアンプ１２７Ａ［ｋ−２，ｈ］、センスアンプ１２７Ａ［ｋ−１，ｈ］、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］、およびセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］と、これらのセンスアンプ１２７Ａのいずれかと電気的に接続するメモリセルと、を示した図である。
【０１６５】なお、図１２では、一例として、１つのセンスアンプ１２７Ａに、１２個のメモリセル１０ａと１２個のメモリセル１０ｂが電気的に接続される場合を示している。ただし、１つのセンスアンプ１２７Ａと電気的に接続するメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂの数はこれに限定されない。
【０１６６】図１３は、センスアンプ１２７Ａとメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂの接続関係を示すための斜視ブロック図である。図１３は、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］乃至センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］のいずれかと電気的に接続するメモリセルを示した図である。なお、図１３では、ワード線ＷＬａとワード線ＷＬｂの記載を省略している。図１４は、図１３に示す部位２８１の拡大図である。図１５は、セルアレイ２２１ｂの一部をＺ方向から見た図である。また、図１６は、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］乃至センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］と、それぞれに対応するビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢを示した図である。
【０１６７】１つのセンスアンプ１２７Ａは、１つのビット線対と電気的に接続される。ビット線対に含まれるビット線ＢＬとビット線ＢＬＢのうち、ビット線ＢＬはセンスアンプ１２７ＡのノードＮＤと電気的に接続され、ビット線ＢＬＢはセンスアンプ１２７ＡのノードＮＤＢと電気的に接続される。センスアンプ１２７Ａは、ビット線ＢＬとビット線ＢＬＢの電位差を増幅する機能を有する。
【０１６８】なお、上記実施の形態と同様に本実施の形態においても、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］またはビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］を介して、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群５１ａをメモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］と示す。また、メモリセル群５２ａ、メモリセル群５３ａ、メモリセル群５１ｂ、メモリセル群５２ｂ、およびメモリセル群５３ｂも同様に示す。
【０１６９】また、図１３および図１４において、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７０】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋３，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７１】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７２】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７３】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０１７４】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋３，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０１７５】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。また、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。
【０１７６】また、図１３および図１４において、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７７】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬ［ｋ＋３，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７８】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１７９】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０１８０】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０１８１】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬ［ｋ＋３，ｈ］は、ビット線ＢＬ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０１８２】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。また、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。
【０１８３】図１５（Ａ）および（Ｂ）は、セルアレイ２２１ｂの一部をＺ方向から見た図である。図１５（Ａ）は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋２，ｈ］、ならびに、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋３，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋３，ｈ］を示している。図１５（Ｂ）は、メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］、ならびに、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］を示している。また、その他のメモリセル１０ｂを破線で示している。
【０１８４】本実施の形態では、メモリセル群５１ｂ、メモリセル群５２ｂ、およびメモリセル群５３ｂは、Ｘ方向に沿って全て同じ方向に配列される。具体的には、図１５（Ａ）および（Ｂ）において、Ｘ方向を横軸と見て図面に向かって左から順にメモリセル群５１ｂ、メモリセル群５２ｂ、およびメモリセル群５３ｂが配列される。なお、図示していないが、メモリセル群５１ａ、メモリセル群５２ａ、およびメモリセル群５３ａも同様に配列される。
【０１８５】ビット線ＢＬの寄生容量およびビット線ＢＬＢの寄生容量は、それぞれのビット線に電気的に接続するメモリセルの数によって変化する。上記実施の形態で説明したように、ビット線ＢＬの寄生容量およびビット線ＢＬＢの寄生容量は同じであることが好ましい。双方の容量値を同じにする、もしくは、近づけることで、ノイズの影響をより受けにくくすることが出来る。なお、より詳細な説明については、上記実施の形態を参酌すればよい。
【０１８６】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１８７】（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３に示した記憶ブロック２１１の変形例を説明する。本実施の形態に無い説明については、上記実施の形態を参酌すればよい。
【０１８８】上記実施の形態で説明したように、セルアレイ２２１ａとセルアレイ２２１ｂを積層することで、メモリセルの実装密度を２倍にすることができる。ただし、センスアンプ１２７Ａと電気的に接続するメモリセルの総数も２倍になるため、ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢに生じる寄生容量も増加する。該寄生容量はセンスアンプ１２７Ａの負荷になるため、該寄生容量の増加は、センスアンプ１２７Ａの不安定動作や、記憶装置１００の動作速度低下の一因となりえる。
【０１８９】＜構成例＞
本実施の形態では、ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢに生じる寄生容量を低減する構成を、図１７および図１８を用いて説明する。図１７では、ローカルセンスアンプアレイ２１４の一部、セルアレイ２２１ａの一部、およびセルアレイ２２１ｂの一部を抜粋して示している。図１８は、図１７に示す部位２８２の拡大図である。
【０１９０】図１７に示すように、ビット線ＢＬに換えて、第１ビット線ＢＬｆと第２ビット線ＢＬｓを設け、ビット線ＢＬＢに換えて、第１ビット線ＢＬＢｆと第２ビット線ＢＬＢｓを設ける。すなわち、ビット線ＢＬを第１ビット線ＢＬｆと第２ビット線ＢＬｓに分割し、ビット線ＢＬＢを第１ビット線ＢＬＢｆと第２ビット線ＢＬＢｓに分割して設ける。
【０１９１】なお、上記実施の形態と同様に本実施の形態においても、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］と電気的に接続する第１ビット線ＢＬｆを第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と示す。第２ビット線ＢＬｓ、第１ビット線ＢＬＢｆ、および第２ビット線ＢＬＢｓも同様に示す。
【０１９２】また、センスアンプ１２７Ａにスイッチ２３１乃至スイッチ２３４を設ける。上記実施の形態と同様に、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］が有するスイッチ２３１をスイッチ２３１［ｋ，ｈ］と示す。スイッチ２３２乃至スイッチ２３４も同様に示す。
【０１９３】第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１７および図１８ではメモリセル群を明示していないが、メモリセル群については図１３および図１４を参酌すればよい。
【０１９４】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０１９５】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１７および図１８ではスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］中に設けても構わない。
【０１９６】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０１９７】また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０１９８】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０１９９】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２００】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０１】第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０２】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０３】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１７および図１８ではスイッチ２３３［ｋ＋２，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］中に設けても構わない。
【０２０４】また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋３，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ＋３，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋３，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０５】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋３，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ＋３，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋３，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０６】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋３，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ＋３，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋３，ｈ］と電気的に接続される。
【０２０７】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋３，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋３，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋３，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ＋３，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋３，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１７ではスイッチ２３４［ｋ＋３，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］中に設けても構わない。
【０２０８】スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとしては、例えば電気的スイッチまたは機械的なスイッチなどを用いることができる。例えば、スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとして、トランジスタ、ＭＥＭＳなどを用いることができる。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、該トランジスタの極性は特に限定されない。
【０２０９】スイッチ２３１乃至スイッチ２３４などのスイッチとしては、複数のトランジスタを組み合わせた論理回路を用いてもよい。例えば、論理回路として相補型の論理回路（Ｎチャネル型トランジスタ及びＰチャネル型トランジスタを用いた論理回路）を用いてもよい。
【０２１０】データの書き込みまたは読み出しを行なうために行なわれるメモリセル選択動作については、実施の形態２を参酌して理解できる。よって、本実施の形態での詳細な説明は省略する。
【０２１１】ビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢを分割して設け、選択するワード線ＷＬ（ワード線ＷＬａおよびワード線ＷＬｂ）のアドレスに応じてスイッチ２３１乃至スイッチ２３４のオン状態とオフ状態を制御することで、センスアンプ１２７の負荷である寄生容量を低減することができる。本実施の形態では、センスアンプ１２７の負荷である寄生容量を半減させることができる。
【０２１２】本発明の一態様によれば、センスアンプ動作の安定性を高めることができる。よって、記憶装置１００の信頼性を高めることができる。または、本発明の一態様によれば、センスアンプ１２７の動作速度を高めることができる。よって、記憶装置１００の動作速度を高めることができる。
【０２１３】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２１４】（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４に示した記憶ブロック２１１の変形例を説明する。なお、本実施の形態に無い説明については、上記実施の形態を参酌すればよい。
【０２１５】＜構成例＞
図１９は、ローカルセンスアンプアレイ２１４の一部、セルアレイ２２１ａの一部、およびセルアレイ２２１ｂの一部を抜粋して示している。図２０は、図１９に示す部位２８３の拡大図である。また、図２１は、図１９に示す部位２８４の拡大図である。
【０２１６】また、図２２は、センスアンプ１２７Ａとメモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂの接続関係を示すための斜視ブロック図である。図２２は、図１９からワード線ＷＬａとワード線ＷＬｂの記載を省略した図である。図２３は、図２２に示す部位２８５の拡大図である。また、図２４は、セルアレイ２２１ｂの一部をＺ方向から見た図である。また、図２５は、センスアンプ１２７Ａ［ｋ−１，ｈ］乃至センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］と、それぞれに対応するビット線ＢＬおよびビット線ＢＬＢを示した図である。
【０２１７】第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１９、図２０、および図２１ではメモリセル群を明示していないが、メモリセル群については図２２および図２３を参酌すればよい。
【０２１８】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０２１９】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１９および図２０ではスイッチ２３３［ｋ，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］中に設けても構わない。
【０２２０】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２１】また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１９および図２０ではスイッチ２３１［ｋ＋１，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］中に設けても構わない。
【０２２２】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２３】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２４】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋１，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋１，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ＋１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２５】第１ビット線ＢＬｆ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ−１，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ−１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２６】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ−１，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ−１，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ−１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２７】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５３ｂ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ−１，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ−１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ−１，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１９および図２１ではスイッチ２３３［ｋ−１，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ−２，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ−１，ｈ］中に設けても構わない。
【０２２８】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ−１，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ−１，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ−１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２２９】また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬｆ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３１［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。なお、図１９ではスイッチ２３１［ｋ＋２，ｈ］をセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋３，ｈ］中に設けているが、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］中に設けても構わない。
【０２３０】第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３２［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。
【０２３１】第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａならびにメモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ｂと電気的に接続される。また、第１ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３３［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続される。
【０２３２】第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］に含まれるメモリセル１０ａと電気的に接続される。また、第２ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋２，ｈ］は、スイッチ２３４［ｋ＋２，ｈ］を介してノードＮＤＢ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続される。
【０２３３】また、図２２および図２３において、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２３４】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２３５】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２３６】また、セルアレイ２２１ａをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２３７】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０２３８】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ａ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０２３９】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５３ａ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５２ａ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。メモリセル群５２ａ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５３ａ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ａ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。
【０２４０】また、図２２および図２３において、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２４１】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２４２】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２４３】また、セルアレイ２２１ｂをＸ方向（行方向）から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］およびメモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と重なる領域と、を有する。
【０２４４】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］は、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬｓ［ｋ＋２，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０２４５】また、セルアレイ２２１ａをＺ方向から見ると、メモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］は、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。すなわち、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、ビット線ＢＬＢｓ［ｋ−１，ｈ］は、ビット線ＢＬｆ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、ビット線ＢＬＢｆ［ｋ＋１，ｈ］と隣接する領域と、を有する。
【０２４６】また、セルアレイ２２１ｂをＺ方向から見ると、メモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］とメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］を介して隣接する。
【０２４７】図２４（Ａ）および（Ｂ）は、セルアレイ２２１ｂの一部をＺ方向から見た図である。図２４（Ａ）は、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋２，ｈ］、ならびに、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋３，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋３，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋３，ｈ］を示している。図２４（Ｂ）は、メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］、ならびに、メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］を示している。また、その他のメモリセル１０ｂを破線で示している。
【０２４８】本実施の形態では、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群（メモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］）と、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群（メモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋２，ｈ］）は、同じ方向に配列されている。
【０２４９】具体的には、図２４（Ａ）および（Ｂ）において、Ｘ方向を横軸と見て図面に向かって左から順にメモリセル群５１ｂ［ｋ，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ，ｈ］が配列される。同様に、左から順にメモリセル群５１ｂ［ｋ＋２，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋２，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋２，ｈ］が配列される。
【０２５０】また、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群（メモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］）と、センスアンプ１２７Ａ［ｋ−１，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群（メモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ−１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ−１，ｈ］）は、同じ方向に配列されている。
【０２５１】具体的には、図２４（Ａ）および（Ｂ）において、Ｘ方向を横軸と見て図面に向かって右から順にメモリセル群５１ｂ［ｋ＋１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ＋１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ＋１，ｈ］が配列される。同様に、右から順にメモリセル群５１ｂ［ｋ−１，ｈ］、メモリセル群５２ｂ［ｋ−１，ｈ］、およびメモリセル群５３ｂ［ｋ−１，ｈ］が配列される。
【０２５２】よって、センスアンプ１２７Ａ［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群およびセンスアンプ１２７Ａ［ｋ＋２，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群と、センスアンプ１２７Ａ［ｋ＋１，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群およびセンスアンプ１２７Ａ［ｋ−１，ｈ］と電気的に接続するメモリセル群で、メモリセル群の配列方向が異なる。なお、図示していないが、メモリセル群５１ａ、メモリセル群５２ａ、およびメモリセル群５３ａについても同様である。
【０２５３】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２５４】（実施の形態６）
本実施の形態では、ローカルセンスアンプアレイ２１４に含まれるセンスアンプ１２７の回路構成例と、記憶装置１００の動作例について図面を用いて説明する。
【０２５５】＜回路構成例＞
図２８にセンスアンプ１２７［ｋ，ｈ］の回路構成例を示す。図２８に示すセンスアンプ１２７［ｋ，ｈ］は、プリチャージ回路１３２、増幅回路１３３、および入出力回路１３４を有する。なお、本実施の形態などでは、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］に含まれるプリチャージ回路１３２、増幅回路１３３、および入出力回路１３４を、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］、および入出力回路１３４［ｋ，ｈ］と示す。
【０２５６】また、図２８では、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］を介してセンスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル１０ａと、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］を介してセンスアンプ１２７［ｋ，ｈ］と電気的に接続するメモリセル１０ａを示している。図２８では、メモリセル１０ａとして、図６（Ｃ）に示したメモリセルを用いる例を示している。
【０２５７】〔プリチャージ回路１３２〕
プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］は、ｎチャネル型のトランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３を有する。なお、トランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３は、ｐチャネル型であってもよい。
【０２５８】トランジスタＴｒ２１のソースまたはドレインの一方は配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＰＲＥと電気的に接続されている。トランジスタＴｒ２１のソースまたはドレインの一方と、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の節点がノードＮＤ［ｋ，ｈ］である。
【０２５９】トランジスタＴｒ２２のソースまたはドレインの一方は配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＰＲＥと電気的に接続されている。トランジスタＴｒ２２のソースまたはドレインの一方と、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の節点がノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］である。
【０２６０】トランジスタＴｒ２３のソースまたはドレインの一方はノードＮＤ［ｋ，ｈ］を介して配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］を介して配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続されている。トランジスタＴｒ２１のゲート、トランジスタＴｒ２２のゲート、及びトランジスタＴｒ２３のゲートは、配線ＰＬと電気的に接続されている。
【０２６１】プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］は、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する機能を有する。
【０２６２】〔増幅回路１３３〕
増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は、ｐチャネル型のトランジスタＴｒ３１およびトランジスタＴｒ３２と、ｎチャネル型のトランジスタＴｒ３３およびトランジスタＴｒ３４を有する。
【０２６３】トランジスタＴｒ３１のソースまたはドレインの一方は配線ＳＰと電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はトランジスタＴｒ３２のゲート、トランジスタＴｒ３４のゲート、ノードＮＤ［ｋ，ｈ］、および配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続されている。
【０２６４】トランジスタＴｒ３３のソースまたはドレインの一方はトランジスタＴｒ３２のゲート、トランジスタＴｒ３４のゲート、ノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］、および配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＮと電気的に接続されている。
【０２６５】トランジスタＴｒ３２のソースまたはドレインの一方は配線ＳＰと電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方はトランジスタＴｒ３１のゲート、トランジスタＴｒ３３のゲート、ノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］、および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続されている。
【０２６６】トランジスタＴｒ３４のソースまたはドレインの一方はトランジスタＴｒ３１のゲート、トランジスタＴｒ３３のゲート、ノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］、および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＮと電気的に接続されている。
【０２６７】増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を増幅する機能を有する。なお、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は、ラッチ型のセンスアンプとして機能する。
【０２６８】〔入出力回路１３４〕
入出力回路１３４［ｋ，ｈ］は、ｎチャネル型のトランジスタＴｒ４１およびトランジスタＴｒ４２を有する。なお、トランジスタＴｒ４１およびトランジスタＴｒ４２は、ｐチャネル型であってもよい。
【０２６９】トランジスタＴｒ４１のソースまたはドレインの一方は、ノードＮＤ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＡＬａ［ｋ］と電気的に接続されている。トランジスタＴｒ４２のソースまたはドレインの一方はノードＮＤＢ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＡＬｂ［ｋ］と電気的に接続されている。トランジスタＴｒ４１のゲートおよびトランジスタＴｒ４２のゲートは、配線ＣＳＥＬと電気的に接続されている。
【０２７０】入出力回路１３４［ｋ，ｈ］は、配線ＣＳＥＬに供給される電位に基づいて、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と配線ＳＡＬａ［ｋ］の導通状態、および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と配線ＳＡＬｂ［ｋ］の導通状態を制御する機能を有する。すなわち、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］によって、配線ＳＡＬａ［ｋ］および配線ＳＡＬｂ［ｋ］に電位を出力するか否かを選択できる。
【０２７１】配線ＳＰ、配線ＳＮ、配線ＣＳＥＬ、配線ＰＲＥ、配線ＰＬは、プリチャージ回路１３２、増幅回路１３３、および入出力回路１３４の動作を制御するための信号を伝える機能を有する。配線ＳＰ、配線ＳＮ、配線ＣＳＥＬ、配線ＰＲＥ、配線ＰＬは、図１に示す制御回路１１２と接続されている。制御回路１１２は、配線ＳＰ、配線ＳＮ、配線ＣＳＥＬ、配線ＰＲＥ、配線ＰＬに制御信号を供給する機能を有する。
【０２７２】＜動作例＞
続いて、記憶装置１００の動作例について説明する。本実施の形態では、図２８に示すセンスアンプ１２７およびメモリセル１０ａの動作例について説明する。本実施の形態では、４つの動作モード（読み出しモード、書き込みモード、リフレッシュモード、保持モード）について説明する。また、メモリセル１０ａおよびメモリセル１０ｂは、それぞれが１ビットの情報を記憶可能な記憶素子とする。
【０２７３】〔読み出しモード〕
読み出しモードとは、メモリセル１０ａまたはメモリセル１０ｂに記憶されている情報を読み出す時に行なう動作モードである。図２９に示したタイミングチャートを用いて、読み出しモードの動作例について説明する。一例として、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに記憶されている情報を読み出す動作について説明する。
【０２７４】［期間Ｔ１１］
期間Ｔ１１において、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］を動作させ、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。具体的には、配線ＰＬの電位をＶＤＤとし、トランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３をオン状態にする。これにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］に、配線ＰＲＥの電位Ｖｐｒｅ（「Ｖｐｒｅ」ともいう。）が供給される。なお、電位Ｖｐｒｅは、ＶＳＳを越えてＶＤＤ未満の電位である。本実施の形態では、電位Ｖｐｒｅを（ＶＤＤ＋ＶＳＳ）／２とする。本実施の形態では、ＶＤＤを１．５Ｖ、ＶＳＳを０Ｖ、Ｖｐｒｅを０．７５Ｖとする。
【０２７５】なお、期間Ｔ１１において、配線ＣＳＥＬの電位はＶＳＳであり、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２はオフ状態である。また、期間Ｔ１１において、配線ＣＳＥＬの電位を、後述する電位ＶＮＮとしてもよい。
【０２７６】また、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位は電位ＶＮＮであり、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１はオフ状態である。本実施の形態において、メモリセル１０ａは１ビットの記憶素子であるため、メモリセル１０ａにはＶＤＤまたはＶＳＳが保持される。電位ＶＮＮ（「ＶＮＮ」ともいう。）はトランジスタＭ１をオフ状態にする電位である。よって、ＶＮＮはＶＳＳ以下の電位であることが好ましい。また、ＶＮＮはＶＳＳよりも低い電位であることがより好ましい。
【０２７７】ＶＳＳを基準電位（０Ｖ）とすると、ＶＳＳよりも低い電位を「負電位」、「負電圧」、または「負バイアス」と呼ぶ場合がある。前述したように、ＶＮＮは負電位であることが好ましい。言い換えると、ＶＮＮはトランジスタＭ１のソース電位およびドレイン電位よりも低い電位であることが好ましい。本実施の形態では、ＶＮＮを−０．５Ｖとする。
【０２７８】ワード線ＷＬａ［ｊ］に供給するＶＮＮを負電位とすることにより、トランジスタＭ１をより確実にオフ状態とすることができる。特に、高温動作下においてもデータの保持時間が長い記憶装置を提供することができる。
【０２７９】ワード線ＷＬａ［ｊ］と同様に、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］の電位はＶＮＮであり、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］と電気的に接続するメモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１はオフ状態である。
【０２８０】また、配線ＳＰおよび配線ＳＮの電位は電位Ｖｐｒｅであり、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は停止状態である。
【０２８１】［期間Ｔ１２］
期間Ｔ１２において、配線ＰＬの電位をＶＳＳまたはＶＮＮとし、トランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３をオフ状態にする。この場合、ＶＮＮはトランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３のソース電位およびドレイン電位よりも低い電位であることが好ましい。すなわち、ＶＮＮは負電位であることが好ましい。
【０２８２】また、期間Ｔ１２において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＰＰとすることにより、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。
【０２８３】電位ＶＰＰ（「ＶＰＰ」ともいう。）はトランジスタＭ１をオン状態にする電位であるため、ＶＰＰはＶＤＤ以上の電位であることが好ましい。また、ＶＰＰはＶＤＤよりも高い電位であると、より好ましい。特に、ＶＰＰがＶＤＤよりもトランジスタＭ１のＶｔｈ以上高い電位であると、さらに好ましい。本実施の形態では、ＶＰＰを３．０Ｖとする。
【０２８４】これにより、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａにおいて、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と容量素子ＣＡがトランジスタＭ１を介して導通状態となり、容量素子ＣＡに保持されている電荷量に応じて配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が変動する。
【０２８５】図２９では、当該メモリセル１０ａにデータ“１”が格納され、容量素子ＣＡに蓄積されている電荷の量が多い場合を例示している。容量素子ＣＡに蓄積されている電荷の量が多い場合、容量素子ＣＡから配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］へ電荷が放出されることにより、電位ＶｐｒｅからΔＶ１だけ配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が上昇する。一方、当該メモリセル１０ａにデータ“０”が格納され、容量素子ＣＡに蓄積されている電荷の量が少ない場合は、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］から容量素子ＣＡへ電荷が流入することにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位はΔＶ２だけ下降する（図示せず。）。
【０２８６】なお、期間Ｔ１２において、配線ＣＳＥＬの電位はＶＳＳまたはＶＮＮであり、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２はオフ状態である。この場合、ＶＮＮはトランジスタＴｒ４１およびトランジスタＴｒ４２のソース電位およびドレイン電位よりも低い電位であることが好ましい。すなわち、ＶＮＮは負電位であることが好ましい。
【０２８７】また、配線ＳＰおよび配線ＳＮの電位は電位Ｖｐｒｅである。増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は停止状態を維持する。
【０２８８】［期間Ｔ１３］
期間Ｔ１３において、配線ＳＰの電位をＶＤＤまで変化させ、配線ＳＮの電位をＶＳＳまで変化させる。すると、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態になる。増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位差（図２９においてはΔＶ１）を増幅させる機能を有する。
【０２８９】増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態になることにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が、Ｖｐｒｅ＋ΔＶ１からＶＤＤになる。また、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位が、ＶｐｒｅからＶＳＳになる。
【０２９０】なお、期間Ｔ１３の初期において、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位がＶｐｒｅ−ΔＶ２である場合は、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態になることにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が、Ｖｐｒｅ−ΔＶ２からＶＳＳになる。また、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位が、電位ＶｐｒｅからＶＤＤになる。
【０２９１】また、期間Ｔ１３において配線ＰＬの電位はＶＳＳまたはＶＮＮであり、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３はオフ状態である。
【０２９２】また、配線ＣＳＥＬの電位はＶＳＳまたはＶＮＮであり、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２はオフ状態である。また、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位はＶＰＰであり、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１はオン状態である。よって、当該メモリセル１０ａでは、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位（ＶＤＤ）に応じた電荷量が、容量素子ＣＡに蓄積される。
【０２９３】［期間Ｔ１４］
期間Ｔ１４において、配線ＣＳＥＬの電位を制御することにより、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］をオン状態にする。具体的には、配線ＣＳＥＬの電位をＶＤＤまたはＶＰＰとすることにより、トランジスタＴｒ４１とトランジスタＴｒ４２をオン状態にする。これにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が配線ＳＡＬａ［ｋ］に供給され、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位が配線ＳＡＬｂ［ｋ］に供給される。
【０２９４】なお、期間Ｔ１４において、配線ＰＬの電位はＶＳＳまたはＶＮＮであり、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３はオフ状態である。また、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位はＶＰＰであり、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１はオン状態である。また、配線ＳＰの電位はＶＤＤであり、配線ＳＮの電位はＶＳＳであり、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］は動作状態である。よって、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａでは、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位（ＶＤＤ）に応じた電荷が、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］を介して容量素子ＣＡに供給され、蓄積される。
【０２９５】［期間Ｔ１５］
期間Ｔ１５において、配線ＣＳＥＬの電位を制御することにより、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］をオフ状態にする。具体的には、配線ＣＳＥＬの電位をＶＳＳまたはＶＮＮとすることにより、トランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２をオフ状態にする。
【０２９６】また、期間Ｔ１５において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態とする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＮＮとする。すると、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａが有するトランジスタがオフ状態になる。これにより、ＶＤＤに応じた電荷量が、当該メモリセル１０ａが有する容量素子ＣＡに保持される。よって、データの読み出しが行われた後も、データがメモリセル１０ａに保持される。
【０２９７】ワード線ＷＬａ［ｊ］に供給するＶＮＮを負電位とすることにより、トランジスタＭ１をより確実にオフ状態とすることができる。特に、高温動作下においてもデータの保持時間が長い記憶装置を提供することができる。
【０２９８】なお、期間Ｔ１５において入出力回路１３４［ｋ，ｈ］をオフ状態にしても、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態であれば、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位は増幅回路ＡＣにより保持される。そのため、センスアンプ１２７［ｋ，ｈ］はメモリセル１０ａから読み出した情報を一時的に保持する機能を有する。
【０２９９】上記の動作により、メモリセル１０ａから情報を読み出すことができる。読み出されたデータは、配線ＳＡＬａ［ｋ］および／または配線ＳＡＬｂ［ｋ］を介して制御回路１１２（図１参照。）に供給される。なお、他のメモリセルからのデータの読み出しも、当該メモリセル１０ａと同様に行うことができる。
【０３００】〔書き込みモード〕
書き込みモードとは、記憶させる情報をメモリセル１０ａまたはメモリセル１０ｂに書き込む時に行なう動作モードである。図３０に示したタイミングチャートを用いて書き込みモードの動作例を説明する。一例として、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに情報を書き込む動作について説明する。
【０３０１】［期間Ｔ２１］
期間Ｔ２１において、期間Ｔ１１と同様の動作を行い、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。具体的には、配線ＰＬの電位をＶＤＤとし、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位をＶｐｒｅにする。
【０３０２】［期間Ｔ２２］
期間Ｔ２２において、配線ＰＬの電位をＶＳＳまたはＶＮＮとし、トランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３をオフ状態にする。また、データの書き込みを行うメモリセル１０ａと電気的に接続されたワード線ＷＬａ［ｊ］を選択する。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＰＰとし、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。これにより、当該メモリセル１０ａにおいて配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と容量素子ＣＡがトランジスタＭ１を介して導通状態になる。
【０３０３】この時、既にメモリセル１０ａにデータ“１”が格納されている場合、容量素子ＣＡから配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］へ電荷が放出されることにより、ＶｐｒｅからΔＶ１だけ配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が上昇する。
【０３０４】［期間Ｔ２３］
期間Ｔ２３において、配線ＳＰの電位をＶＤＤとし、配線ＳＮの電位をＶＳＳとし、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］を動作状態にする。
【０３０５】［期間Ｔ２４］
期間Ｔ２４において、配線ＣＳＥＬの電位を制御することにより、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］を動作状態にする。これにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と配線ＳＡＬａ［ｋ］が導通状態となる。また、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］と配線ＳＡＬｂ［ｋ］が導通状態となる。
【０３０６】データ信号ＷＤＡＴＡは、配線ＳＡＬａ［ｋ］および配線ＳＡＬｂ［ｋ］を介して入出力回路１３４［ｋ，ｈ］に供給される。配線ＳＡＬａ［ｋ］および配線ＳＡＬｂ［ｋ］に、データ信号ＷＤＡＴＡに相当する書き込み電位を供給することにより、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］を介して配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］に書き込み電位が供給される。例えば、メモリセル１０ａにデータ“０”を格納する場合、配線ＳＡＬａ［ｋ］にＶＳＳを供給し、配線ＳＡＬｂ［ｋ］にＶＤＤを供給する。
【０３０７】すると、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が有するトランジスタＴｒ３１乃至トランジスタＴｒ３４のオンオフ状態が反転し、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］に配線ＳＮの電位（ＶＳＳ）が供給され、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］に配線ＳＰの電位（ＶＤＤ）が供給される。よって、データ“０”を示す電位（ＶＳＳ）に応じた電荷量が配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］を介して容量素子ＣＡに供給され、蓄積される。このような動作により、メモリセル１０ａにデータを書き込むことができる。
【０３０８】［期間Ｔ２５］
期間Ｔ２５において、ワード線ＷＬａ［ｊ］にＶＮＮを供給し、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態とする。これにより、メモリセル１０ａに書き込まれた電荷が保持される。
【０３０９】また、配線ＣＳＥＬの電位をＶＳＳまたはＶＮＮとすることにより、トランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２をオフ状態にする。
【０３１０】なお、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］に配線ＳＡＬａ［ｋ］の電位が供給された後は、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］においてトランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２をオフ状態にしても、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態であれば、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位は増幅回路１３３［ｋ，ｈ］により保持される。よって、トランジスタＴｒ４１、トランジスタＴｒ４２をオン状態からオフ状態に変更するタイミングは、ワード線ＷＬａ［ｊ］を選択する前であっても後であってもよい。
【０３１１】上記の動作により、メモリセル１０ａにデータを書き込むことができる。なお、他のメモリセルへのデータの書き込みも、当該メモリセル１０ａと同様に行うことができる。
【０３１２】ワード線ＷＬａ［ｊ］に供給するＶＮＮを負電位とすることにより、トランジスタＭ１をより確実にオフ状態とすることができる。特に、高温動作下においてもデータの保持時間が長い記憶装置を提供することができる。
【０３１３】〔リフレッシュモード〕
リフレッシュモードモードとは、メモリセル１０ａに書き込まれたデータを維持するため、一定期間毎にリフレッシュ動作（再書き込み動作）を行なうための動作モードである。図３１に示したタイミングチャートを用いてリフレッシュモードモードの動作について説明する。一例として、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに記憶されている情報を、再度書き込む動作について説明する。なお、リフレッシュ動作も上記動作モードと同様の原理で行うことができる。
【０３１４】［期間Ｔ３１］
期間Ｔ３１において、期間Ｔ１１と同様の動作を行い、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。具体的には、配線ＰＬの電位をＶＤＤとし、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位をＶｐｒｅにする。
【０３１５】［期間Ｔ３２］
期間Ｔ３２において、配線ＰＬの電位をＶＳＳまたはＶＮＮとし、トランジスタＴｒ２１乃至トランジスタＴｒ２３をオフ状態にする。また、データの書き込みを行うメモリセル１０ａと電気的に接続されたワード線ＷＬａ［ｊ］を選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＰＰとし、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。これにより、メモリセル１０ａにおいて配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］と容量素子ＣＡがトランジスタＭ１を介して導通状態になる。
【０３１６】この時、既にメモリセル１０ａにデータ“１”が格納されている場合、容量素子ＣＡから配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］へ電荷が放出されることにより、ＶｐｒｅからΔＶ１だけ配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位が上昇する。
【０３１７】［期間Ｔ３３］
期間Ｔ３３において、配線ＳＰの電位をＶＤＤとし、配線ＳＮの電位をＶＳＳとし、増幅回路１３３［ｋ，ｈ］を動作状態にする。増幅回路１３３［ｋ，ｈ］が動作状態になることにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位は、Ｖｐｒｅ＋ΔＶ１から配線ＳＰの電位（ＶＤＤ）になる。また、配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位は、Ｖｐｒｅから配線ＳＮの電位（ＶＳＳ）になる。
【０３１８】［期間Ｔ３４］
期間Ｔ３４において、ワード線ＷＬａ［ｊ］にＶＮＮを供給し、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態とする。これにより、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］の電位（ＶＤＤ）に応じた電荷量が、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］を介してメモリセル１０ａが有する容量素子ＣＡに供給され、蓄積される。
【０３１９】ワード線ＷＬａ［ｊ］に供給するＶＮＮを負電位とすることにより、トランジスタＭ１をより確実にオフ状態とすることができる。特に、高温動作下においてもデータの保持時間が長い記憶装置を提供することができる。
【０３２０】リフレッシュモードでは、データの読み出しまたは書き込みを行なわないため、入出力回路１３４［ｋ，ｈ］はオフ状態のままでよい。よって、リフレッシュモードは、読み出しモードおよび書き込みモードよりも短期間で行なうことができる。なお、他のメモリセルのリフレッシュモードも、当該メモリセル１０ａと同様に行うことができる。
【０３２１】また、トランジスタＭ１にはＯＳトランジスタを用いることが好ましい。上記実施の形態で説明したように、ＯＳトランジスタはオフ電流が著しく少ないトランジスタである。トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることにより、一定期間当たりのリフレッシュ動作回数を低減することができる。または、リフレッシュ動作を無くすことこができる。
【０３２２】〔保持モード〕
保持モードとは、メモリセル１０ａに書き込まれたデータを保持する動作モードである。読み出しモード、書き込みモード、およびリフレッシュモードのいずれの動作モードにも関与しないメモリセルは、保持モードで動作していると言える。
【０３２３】例えば、上記動作説明において、記憶装置１００が、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに対して、読み出しモード、書き込みモード、またはリフレッシュモードのいずれかで動作している期間中、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］と電気的に接続するメモリセル１０ａは保持モードで動作している（図２９乃至図３１参照）。
【０３２４】より具体的には、記憶装置１００が、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに対して、読み出しモード、書き込みモード、またはリフレッシュモードのいずれかで動作している期間中、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］の電位はＶＮＮである。よって、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］と電気的に接続するメモリセル１０ａに含まれるトランジスタＭ１はオフ状態が維持されている。すなわち、保持モード動作期間中は当該メモリセル１０ａに記憶されている情報が保持される。
【０３２５】トランジスタＭ１をより確実にオフ状態とするため、ＶＮＮは負電位であることが好ましい。ＶＮＮを負電位とすることにより、誤書き込みや誤読み出しを生じにくくすることができる。ＶＮＮを負電位とすることにより、記憶装置１００の信頼性を高めることができる。
【０３２６】＜変形例＞
続いて、図２８に示した回路構成の変形例を図３２に示す。図３２は、メモリセル１０ａとして、図６（Ａ）に示したメモリセルを用いた場合の回路構成例である。よって、図３２に示すメモリセル１０ａは、バックゲートを有するトランジスタＭ１を含む。トランジスタＭ１のバックゲートは、配線ＢＧＬａと電気的に接続する。
【０３２７】配線ＢＧＬａは、セルアレイ２２１ａ中でＸ方向（行方向）に延在してｐ本設けられている（図示せず。）。また、セルアレイ２２１ｂは、Ｘ方向（行方向）に延在するｐ本の配線ＢＧＬｂを有する（図示せず。）。なお、本明細書などでは、ｊ本目（ｊは１以上ｐ以下の整数。）の配線ＢＧＬａを配線ＢＧＬａ［ｊ］と示し、ｊ本目の配線ＢＧＬｂを配線ＢＧＬｂ［ｊ］と示す。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］はワード線ＷＬａ［ｊ］と並行して設けられ、配線ＢＧＬｂ［ｊ］はワード線ＷＬｂ［ｊ］と並行して設けられている。
【０３２８】図３２において、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａは、配線ＢＧＬａ［ｊ］と電気的に接続される。配線ＢＧＬａ［ｊ］は、当該メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１のバックゲートと電気的に接続される。なお、メモリセル１０ａ以外の回路構成は図２８と同じである。
【０３２９】次に、図３２に示す回路構成の動作例を図３３乃至図３５を用いて説明する。当該回路構成においても、図２８に示した回路構成と同様に、４つの動作モード（読み出しモード、書き込みモード、リフレッシュモード、保持モード）で動作できる。説明の繰り返しを減らすため、主に上記動作モードと異なる点について説明する。なお、図３３乃至図３５では、配線ＣＳＥＬ、配線ＳＡＬａ［ｋ］、および配線ＳＡＬｂ［ｋ］の電位変化の記載を省略している。
【０３３０】〔読み出しモード〕
図３３に示したタイミングチャートを用いて、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに記憶されている情報を読み出す動作について説明する。
【０３３１】［期間Ｔ１１］
期間Ｔ１１において、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］を動作させ、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＢＬ（「ＶＢＬ」ともいう。）とする。ＶＢＬは、ＶＳＳよりも低い電位である。よって、ＶＢＬは負電位である。ＶＢＬの大きさは、バックゲート電極側のゲート絶縁層の厚さによっても変わる。バックゲート電極側のゲート絶縁層の厚さが、フロントゲート電極側のゲート絶縁層よりも厚い場合、ＶＢＬはＶＮＮよりも大きくなる場合がある。本実施の形態では、ＶＢＬを−３Ｖとする。
【０３３２】配線ＢＧＬａ［ｊ］のみに負電位を供給することによっても、トランジスタＭ１をオフ状態とすることができる。しかしながら、ワード線ＷＬａ［ｊ］および配線ＢＧＬａ［ｊ］の双方に負電位を供給することが好ましい。特に、バックゲート電極側のゲート絶縁層の厚さが、フロントゲート電極側のゲート絶縁層よりも厚い場合、ワード線ＷＬａ［ｊ］および配線ＢＧＬａ［ｊ］の双方に負電位を供給することによって、配線ＢＧＬａ［ｊ］のみに負電位を供給する場合よりも小さいＶＢＬで同等の効果が実現できる。すなわち、トランジスタＭ１に加わる電界強度を低減することができる。よって、トランジスタＭ１の信頼性を高めることができる。さらに、トランジスタＭ１の消費電力を低減することができる。よって、記憶装置１００の信頼性を高め、消費電力を低減することができる。
【０３３３】［期間Ｔ１２］
期間Ｔ１２において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＰＰとすることにより、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＳＳ以上にする。本実施の形態では、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＳＳ（０Ｖ）としているが、電位ＶＳＳよりも高くてもよい。例えば、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＰＰとしてもよい。
【０３３４】［期間Ｔ１３、期間Ｔ１４］
期間Ｔ１３および期間Ｔ１４において、当該メモリセル１０ａに記憶されている情報を読み出す。
【０３３５】［期間Ｔ１５］
【０３３６】期間Ｔ１５において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＮＮとする。また、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位がＶＮＮになるのに合わせて、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位をＶＢＬにする。
【０３３７】なお、読み出しモードで動作している間、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を変化させずに一定電位を維持してもよい。例えば、配線ＢＧＬａ［ｊ］に負電位を供給してトランジスタＭ１のＶｔｈをプラス方向にシフトさせることができる。これにより、カットオフ電流を低減することができる。
【０３３８】また一方で、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位上昇に合わせて配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を上昇させることにより、トランジスタＭ１の動作速度を高めることができる。よって、読み出し動作に必要な時間を短縮することができる。すなわち、記憶装置１００の動作速度を高めることができる。
【０３３９】また、ワード線ＷＬａ［ｊ］および配線ＢＧＬａ［ｊ］の双方の電位を上昇させることで、一方のみの電位を上昇させる場合よりも少ない電位上昇で同等の動作速度が実現できる。よって、トランジスタＭ１に加わる電界強度を低減することができるため、トランジスタＭ１の信頼性を高めることができる。さらに、トランジスタＭ１の消費電力を低減することができる。すなわち、記憶装置１００の信頼性を高め、消費電力を低減することができる。
【０３４０】〔書き込みモード〕
図３４に示したタイミングチャートを用いて、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに情報を書き込む動作について説明する。
【０３４１】［期間Ｔ２１］
期間Ｔ２１において、プリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］を動作させ、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＢＬとする。
【０３４２】［期間Ｔ２２］
【０３４３】期間Ｔ２２において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＰＰとすることにより、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＳＳ以上にする。
【０３４４】［期間Ｔ２３、期間Ｔ２４］
期間Ｔ２３および期間Ｔ２４において、当該メモリセル１０ａに情報を書き込む。
【０３４５】［期間Ｔ２５］
【０３４６】期間Ｔ２５において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＮＮとする。また、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位がＶＮＮになるのに合わせて、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位をＶＢＬにする。
【０３４７】なお、書き込みモードで動作している間、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を変化させずに一定電位のままとしてもよい。例えば、配線ＢＧＬａ［ｊ］を負電位とすることで、トランジスタＭ１のＶｔｈをプラス方向にシフトさせ、カットオフ電流を低減することができる。一方で、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位上昇に合わせて配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を上昇させることにより、トランジスタＭ１の動作速度を高めることができる。よって、書き込み動作に必要な時間を短縮することができる。すなわち、記憶装置１００の動作速度を高めることができる。
【０３４８】〔リフレッシュモード〕
図３５に示したタイミングチャートを用いて、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］およびワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに記憶されている情報を、再度書き込む動作について説明する。
【０３４９】［期間Ｔ３１］
期間Ｔ３１において、ブリチャージ回路１３２［ｋ，ｈ］を動作させ、配線ＢＬｆ［ｋ，ｈ］および配線ＢＬＢｆ［ｋ，ｈ］の電位を初期化する。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＢＬとする。
【０３５０】［期間Ｔ３２］
【０３５１】期間Ｔ３２において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＰＰとすることにより、メモリセル１０ａが有するトランジスタＭ１をオン状態にする。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を電位ＶＳＳ以上にする。
【０３５２】［期間Ｔ３３］
期間Ｔ３３において、当該メモリセル１０ａに書き込まれた情報を、再度書き込む。
【０３５３】［期間Ｔ３４］
【０３５４】期間Ｔ３４において、ワード線ＷＬａ［ｊ］を非選択状態にする。具体的には、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位をＶＮＮとする。また、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位をＶＢＬにする。
【０３５５】なお、リフレッシュモードで動作している間、配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を変化させずに一定電位のままとしてもよい。例えば、配線ＢＧＬａ［ｊ］を負電位とすることで、トランジスタＭ１のＶｔｈをプラス方向にシフトさせ、カットオフ電流を低減することができる。一方で、ワード線ＷＬａ［ｊ］の電位上昇に合わせて配線ＢＧＬａ［ｊ］の電位を上昇させることにより、トランジスタＭ１の動作速度を高めることができる。よって、リフレッシュ動作に必要な時間を短縮することができる。すなわち、記憶装置１００の動作速度を高めることができる。
【０３５６】〔保持モード〕
前述した通り、保持モードとは、メモリセル１０ａに書き込まれたデータを保持する動作モードである。読み出しモード、書き込みモード、およびリフレッシュモードのいずれの動作モードにも関与しないメモリセルは、保持モードで動作していると言える。
【０３５７】例えば、上記動作説明において、記憶装置１００が、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに対して、読み出しモード、書き込みモード、またはリフレッシュモードのいずれかで動作している期間中、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］と電気的に接続するメモリセル１０ａは保持モードで動作している（図３３乃至図３５参照）。
【０３５８】より具体的には、記憶装置１００が、ワード線ＷＬａ［ｊ］と電気的に接続するメモリセル１０ａに対して、読み出しモード、書き込みモード、またはリフレッシュモードのいずれかで動作している期間中、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］の電位はＶＮＮであり、配線ＢＧＬａ［ｊ＋５］の電位はＶＢＬである。よって、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］と電気的に接続するメモリセル１０ａに含まれるトランジスタＭ１はオフ状態が維持される。すなわち、保持モード動作期間中は当該メモリセル１０ａに記憶されている情報が保持される。
【０３５９】配線ＢＧＬａ［ｊ＋５］のみに負電位を供給することによっても、トランジスタＭ１をオフ状態とすることができる。しかしながら、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］および配線ＢＧＬａ［ｊ＋５］の双方に負電位を供給することが好ましい。特に、バックゲート電極側のゲート絶縁層の厚さが、フロントゲート電極側のゲート絶縁層よりも厚い場合、ワード線ＷＬａ［ｊ＋５］および配線ＢＧＬａ［ｊ＋５］の双方に負電位を供給することによって、配線ＢＧＬａ［ｊ＋５］のみに負電位を供給する場合よりも小さいＶＢＬで同等の効果が実現できる。すなわち、トランジスタＭ１に加わる電界強度を低減することができる。よって、トランジスタＭ１の信頼性を高めることができる。さらに、トランジスタＭ１の消費電力を低減することができる。よって、記憶装置１００の信頼性を高め、消費電力を低減することができる。
【０３６０】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３６１】（実施の形態７）
本実施の形態では、記憶装置１００の断面構成例について図面を用いて説明する。
【０３６２】＜記憶装置の構造例＞
図３６に、記憶装置１００の一部の断面を示す。図３６に示す記憶装置１００は、基板２９１上に、ローカルセンスアンプアレイ２１４、セルアレイ２２１ａ、およびセルアレイ２２１ｂを積層している。なお、セルアレイ２２１ａおよびセルアレイ２２１ｂ以外の回路は、ローカルセンスアンプアレイ２１４と同様に基板２９１上に設けられる。図３６では、基板２９１として単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板）を用いる場合を示している。ローカルセンスアンプアレイ２１４に含まれるトランジスタは、ソース、ドレイン、およびチャネルが、基板２９１の一部に形成される。また、セルアレイ２２１ａおよびセルアレイ２２１ｂには薄膜トランジスタ（例えば、ＯＳトランジスタ）が含まれる。
【０３６３】〔ローカルセンスアンプアレイ２１４〕
図３６において、ローカルセンスアンプアレイ２１４は、基板２９１上にトランジスタ２３３ａ、トランジスタ２３３ｂ、およびトランジスタ２３３ｃを有する。図３６では、トランジスタ２３３ａ、トランジスタ２３３ｂ、およびトランジスタ２３３ｃのチャネル長方向の断面を示している。
【０３６４】前述した通り、トランジスタ２３３ａ、トランジスタ２３３ｂ、およびトランジスタ２３３ｃのチャネルは、基板２９１の一部に形成される。集積回路に高速動作が求められる場合は、基板２９１として単結晶半導体基板を用いることが好ましい。
【０３６５】トランジスタ２３３ａ、トランジスタ２３３ｂ、およびトランジスタ２３３ｃは、素子分離層２９２によって他のトランジスタと電気的に分離される。素子分離層の形成は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法や、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法などを用いることができる。
【０３６６】また、トランジスタ２３３ａ、トランジスタ２３３ｂ、およびトランジスタ２３３ｃ上に絶縁層２９３、絶縁層２３５、絶縁層２３７が設けられ、絶縁層２３７中に電極２３８が埋設されている。電極２３８はコンタクトプラグ２３６を介してトランジスタ２３３ａのソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。
【０３６７】また、電極２３８および絶縁層２３７の上に、絶縁層２３９、絶縁層２４０、および絶縁層２４１が設けられ、絶縁層２３９、絶縁層２４０、および絶縁層２４１の中に電極２４２が埋設されている。電極２４２は、電極２３８と電気的に接続される。
【０３６８】また、電極２４２および絶縁層２４１の上に、絶縁層２４３、および絶縁層２４４が設けられ、絶縁層２４３、および絶縁層２４４の中に電極２４５が埋設されている。電極２４５は、電極２４２と電気的に接続される。
【０３６９】また、電極２４５および絶縁層２４４の上に、絶縁層２４６および絶縁層２４７が設けられ、絶縁層２４６および絶縁層２４７の中に電極２４９が埋設されている。電極２４９は、電極２４５と電気的に接続される。
【０３７０】また、電極２４９および絶縁層２４７の上に、絶縁層２４８および絶縁層２５０が設けられ、絶縁層２４８および絶縁層２５０の中に電極２５１が埋設されている。電極２５１は、電極２４９と電気的に接続される。
【０３７１】〔セルアレイ２２１ａ〕
セルアレイ２２１ａは、ローカルセンスアンプアレイ２１４上に設けられる。図３６において、セルアレイ２２１ａは、トランジスタ３６８ａ、トランジスタ３６８ｂ、容量素子３６９ａ、および容量素子３６９ｂを有する。図３６では、トランジスタ３６８ａおよびトランジスタ３６８ｂは、チャネル長方向の断面を示している。なお、トランジスタ３６８ａ、およびトランジスタ３６８ｂは、バックゲートを有するトランジスタである。
【０３７２】トランジスタ３６８ａ、およびトランジスタ３６８ｂの半導体層に、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることが好ましい。すなわち、トランジスタ３６８ａ、およびトランジスタ３６８ｂにＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
【０３７３】トランジスタ３６８ａ、およびトランジスタ３６８ｂは、絶縁層３６１および絶縁層３６２上に設けられている。また、絶縁層３６２上に絶縁層３６３および絶縁層３６４が設けられている。トランジスタ３６８ａ、およびトランジスタ３６８ｂのバックゲートは、絶縁層３６３および絶縁層３６４中に埋設されている。絶縁層３６４上に、絶縁層３６５および絶縁層３６６が設けられている。また、電極３６７が、絶縁層３６１乃至絶縁層３６６中に埋設されている。電極３６７は、電極２５１と電気的に接続されている。
【０３７４】また、トランジスタ３６８ａ、トランジスタ３６８ｂ、容量素子３６９ａ、および容量素子３６９ｂ上に、絶縁層３７１、絶縁層３７２、および絶縁層３７３が形成され、絶縁層３７３上に電極３７５が形成されている。電極３７５はコンタクトプラグ３７４を介して電極３６７と電気的に接続される。
【０３７５】また、電極３７５上に、絶縁層３７６、絶縁層３７７、絶縁層３７８、および絶縁層３７９が設けられている。また、電極３８０が、絶縁層３７６乃至絶縁層３７９中に埋設されている。電極３８０は、電極３７５と電気的に接続されている。
【０３７６】また、電極３８０および絶縁層３７９の上に、絶縁層３８１および絶縁層３８２が設けられ、絶縁層３８１および絶縁層３８２の中に電極３８３が埋設されている。電極３８３は、電極３８０と電気的に接続される。
【０３７７】〔セルアレイ２２１ｂ〕
セルアレイ２２１ｂは、セルアレイ２２１ａ上に設けられる。図３６において、セルアレイ２２１ｂは、トランジスタ５３８ａ、トランジスタ５３８ｂ、容量素子５３９ａ、および容量素子５３９ｂを有する。図３６では、トランジスタ５３８ａおよびトランジスタ５３８ｂの、チャネル長方向の断面を示している。なお、トランジスタ５３８ａ、およびトランジスタ５３８ｂは、バックゲートを有するトランジスタである。
【０３７８】トランジスタ５３８ａ、およびトランジスタ５３８ｂの半導体層に、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることが好ましい。すなわち、トランジスタ５３８ａ、およびトランジスタ５３８ｂにＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
【０３７９】トランジスタ５３８ａ、およびトランジスタ５３８ｂは、絶縁層５６３および絶縁層５３２上に設けられている。また、絶縁層５３２上に絶縁層５３３および絶縁層５３４が設けられている。トランジスタ５３８ａ、およびトランジスタ５３８ｂのバックゲートは、絶縁層５３３および絶縁層５３４中に埋設されている。絶縁層５３４上に、絶縁層５３５および絶縁層５３６が設けられている。また、電極５３７が、絶縁層５６３乃至絶縁層５３６中に埋設されている。電極５３７は、電極３８３と電気的に接続されている。
【０３８０】また、トランジスタ５３８ａ、トランジスタ５３８ｂ、容量素子５３９ａ、および容量素子５３９ｂ上に、絶縁層５４１、絶縁層５６２、および絶縁層５４３が形成され、絶縁層５４３上に電極５４５が形成されている。電極５４５はコンタクトプラグ５６４を介して電極５３７と電気的に接続される。
【０３８１】また、電極５４５上に、絶縁層５６６、絶縁層５６７、および絶縁層５４８が設けられている。また、電極５４９が、絶縁層５６６乃至絶縁層５４８中に埋設されている。電極５４９は、電極５４５を介してコンタクトプラグ５６４と電気的に接続されている。
【０３８２】また、電極５４９および絶縁層５４８の上に、絶縁層５５０および絶縁層５６１が設けられている。絶縁層５６１の上に絶縁層５５３が設けられている。
【０３８３】＜変形例＞
図３７に記憶装置１００Ａの一部の断面を示す。記憶装置１００Ａは記憶装置１００の変形例である。記憶装置１００Ａは、ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａ、セルアレイ２２１ａ、およびセルアレイ２２１ｂを有する。ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａ、セルアレイ２２１ａ、およびセルアレイ２２１ｂは、基板２９１上に順に設けられる。記憶装置１００Ａでは、基板２９１として絶縁性基板（例えば、ガラス基板）を用いる。
【０３８４】ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａは、トランジスタ２６８ａ、トランジスタ２６８ｂ、容量素子２６９ａ、および容量素子２６９ｂを有する。ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａに含まれるトランジスタに、薄膜トランジスタ（例えば、ＯＳトランジスタ）を用いる。セルアレイ２２１ａおよびセルアレイ２２１ｂは、上記と同様に作製することができる。
【０３８５】ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａに含まれるトランジスタを全てＯＳトランジスタとすることで、ローカルセンスアンプアレイ２１４Ａを単極性の集積回路にすることができる。記憶装置１００Ａに含まれるトランジスタを全てＯＳトランジスタとすることで、記憶装置１００Ａを単極性の記憶装置にすることができる。
【０３８６】＜構成材料について＞
〔基板〕
基板として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えば、基板としてシリコンや炭化シリコンなど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などを材料とした化合物半導体基板等を用いることができる。また、ＳＯＩ基板や、半導体基板上に歪トランジスタやＦＩＮ型トランジスタなどの半導体素子が設けられたものなどを用いることもできる。または、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に適用可能なヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、窒化ガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムなどを用いてもよい。すなわち、基板は、単なる支持基板に限らず、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。
【０３８７】また、基板として、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることもできる。なお、基板として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトランジスタや容量素子などとの間に剥離層を設けるとよい。
【０３８８】可撓性基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。基板に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
【０３８９】〔絶縁層〕
絶縁層は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、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、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。
【０３９０】なお、本明細書等において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。
【０３９１】また、半導体層として金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いる場合は、半導体層中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の水素濃度を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。特に、半導体層と接する絶縁層の水素濃度を低減することが好ましい。
【０３９２】また、半導体層中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０３９３】また、絶縁層の少なくとも半導体層と接する領域は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、電子スピン共鳴法（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）で観察されるシグナルが少ない方が好ましい。例えば、上述のシグナルとしては、ｇ値が２．００１に観察されるＥ’センターが挙げられる。なお、Ｅ’センターは、シリコンのダングリングボンドに起因する。例えば、絶縁層として、酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層を用いる場合、Ｅ’センター起因のスピン密度が、３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層を用いればよい。
【０３９４】また、上述のシグナル以外に二酸化窒素（ＮＯ２）に起因するシグナルが観察される場合がある。当該シグナルは、Ｎの核スピンにより３つのシグナルに分裂しており、それぞれのｇ値が２．０３７以上２．０３９以下（第１のシグナルとする）、ｇ値が２．００１以上２．００３以下（第２のシグナルとする）、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下（第３のシグナルとする）に観察される。
【０３９５】例えば、絶縁層として、二酸化窒素（ＮＯ２）に起因するシグナルのスピン密度が、１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である絶縁層を用いると好適である。
【０３９６】なお、二酸化窒素（ＮＯ２）を含む窒素酸化物（ＮＯｘ）は、絶縁層中に準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体層のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物（ＮＯｘ）が、絶縁層と酸化物半導体層の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁層と酸化物半導体層の界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。したがって、絶縁層として窒素酸化物の含有量が少ない膜を用いると、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することができる。
【０３９７】窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量が少ない絶縁層としては、例えば、酸化窒化シリコン層を用いることができる。当該酸化窒化シリコン層は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が１×１０１８個／ｃｍ３以上５×１０１９個／ｃｍ３以下である。なお、上記のアンモニアの放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。
【０３９８】窒素酸化物（ＮＯｘ）は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応するため、アンモニアの放出量が多い絶縁層を用いることで窒素酸化物（ＮＯｘ）が低減される。
【０３９９】また、酸化物半導体層に接する絶縁層のうち少なくとも１つは、加熱により酸素が放出される絶縁層を用いて形成することが好ましい。具体的には、絶縁層の表面温度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行われるＴＤＳにて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、または１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁層を用いることが好ましい。なお、本明細書などにおいて、加熱により放出される酸素を「過剰酸素」ともいう。
【０４００】また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸化性雰囲気下における熱処理やプラズマ処理などで行なうことができる。または、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法などを用いて酸素を添加してもよい。酸素を添加する処理に用いるガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガス、またはオゾンガスなどの、酸素を含むガスが挙げられる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。酸素ドープ処理は、基板を加熱して行なってもよい。
【０４０１】また、絶縁層として、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
【０４０２】なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
【０４０３】絶縁層の形成方法は、特に限定されない。なお、絶縁層に用いる材料によっては焼成工程が必要な場合がある。この場合、絶縁層の焼成工程と他の熱処理工程を兼ねることで、効率よくトランジスタを作製することが可能となる。
【０４０４】〔電極〕
電極を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
【０４０５】また、前述した金属元素および酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、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、インジウムガリウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。
【０４０６】また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、窒素を含む導電性材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
【０４０７】なお、半導体層に酸化物半導体を用いて、ゲート電極として前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いる場合は、酸素を含む導電性材料を半導体層側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料を半導体層側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素が半導体層に供給されやすくなる。
【０４０８】なお、電極としては、例えば、タングステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を用いればよい。また、埋め込み性の高い導電性材料と、チタン層、窒化チタン層、窒化タンタル層などのバリア層（拡散防止層）を組み合わせて用いてもよい。なお、電極を「コンタクトプラグ」という場合がある。
【０４０９】特に、ゲート絶縁層と接する電極に不純物が透過しにくい導電性材料を用いることが好ましい。不純物が透過しにくい導電性材料として、例えば窒化タンタルが挙げられる。
【０４１０】絶縁層に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用い、電極に不純物が透過しにくい導電性材料を用いることで、トランジスタへの不純物の拡散をさらに抑制することができる。よって、トランジスタの信頼性をさらに高めることができる。すなわち、記憶装置の信頼性をさらに高めることができる。
【０４１１】〔半導体層〕
半導体層として、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体、または非晶質半導体などを、単体でまたは組み合わせて用いることができる。半導体材料としては、例えば、シリコンや、ゲルマニウムなどを用いることができる。また、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体などを用いることができる。
【０４１２】また、半導体層として有機半導体を用いる場合は、芳香環をもつ低分子有機材料やπ電子共役系導電性高分子などを用いることができる。例えば、ルブレン、テトラセン、ペンタセン、ペリレンジイミド、テトラシアノキノジメタン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレンなどを用いることができる。
【０４１３】なお、半導体層を積層してもよい。半導体層を積層する場合は、それぞれ異なる結晶状態を有する半導体を用いてもよいし、それぞれ異なる半導体材料を用いてもよい。
【０４１４】また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、半導体層に酸化物半導体を用いると、オフ電流が極めて少ないトランジスタを実現することができる。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が３．５Ｖ、室温（代表的には２５℃）下において、チャネル幅１μｍ当たりのオフ電流を１×１０−２０Ａ未満、１×１０−２２Ａ未満、あるいは１×１０−２４Ａ未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を２０桁以上とすることもできる。また、半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。よって、信頼性の良好なトランジスタを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧なトランジスタを提供できる。また、信頼性の良好な記憶装置などを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧な記憶装置などを提供することができる。
【０４１５】また、本明細書等において、チャネルが形成される半導体層に結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタを「結晶性Ｓｉトランジスタ」ともいう。
【０４１６】結晶性Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタよりも比較的高い移動度を得やすい。一方で、結晶性Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタのような極めて少ないオフ電流の実現が困難である。よって、半導体層に用いる半導体材料は、目的や用途に応じて適宜使い分けることが肝要である。例えば、目的や用途に応じて、ＯＳトランジスタと結晶性Ｓｉトランジスタなどを組み合わせて用いてもよい。
【０４１７】半導体層として酸化物半導体層を用いる場合は、酸化物半導体層をスパッタリング法で形成することが好ましい。酸化物半導体層は、スパッタリング法で形成すると酸化物半導体層の密度を高められるため、好適である。スパッタリング法で酸化物半導体層を形成する場合、スパッタリングガスには、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、または、希ガスおよび酸素の混合ガスを用いればよい。また、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスや希ガスは、露点が−６０℃以下、好ましくは−１００℃以下にまで高純度化したガスを用いる。高純度化されたスパッタリングガスを用いて成膜することで、酸化物半導体層に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
【０４１８】また、スパッタリング法で酸化物半導体層を形成する場合、スパッタリング装置が有する成膜室内の水分を可能な限り除去することが好ましい。例えば、クライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて、成膜室内を高真空（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ程度まで）に排気することが好ましい。特に、スパッタリング装置の待機時における、成膜室内のＨ２Ｏに相当するガス分子（ｍ／ｚ＝１８に相当するガス分子）の分圧を１×１０−４Ｐａ以下とすることが好ましく、５×１０−５Ｐａ以下とすることがより好ましい。
【０４１９】〔金属酸化物〕
金属酸化物の一種である酸化物半導体は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０４２０】ここで、酸化物半導体が、インジウム、元素Ｍおよび亜鉛を有する場合を考える。なお、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素として、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
【０４２１】なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
【０４２２】［金属酸化物の構成］
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０４２３】なお、本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）、およびＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と記載する場合がある。なお、ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能、または材料の構成の一例を表す。
【０４２４】ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（または正孔）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【０４２５】また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、導電性領域、および絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【０４２６】また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【０４２７】また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、および高い電界効果移動度を得ることができる。
【０４２８】すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【０４２９】［金属酸化物の構造］
酸化物半導体（金属酸化物）は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）および非晶質酸化物半導体などがある。
【０４３０】ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【０４３１】ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
【０４３２】また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ、Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ、Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ、Ｍ、Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ、Ｍ）層と表すこともできる。
【０４３３】ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、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。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
【０４３４】ｎｃ−ＯＳ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は、異なるナノ結晶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は、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０４３５】ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【０４３６】酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【０４３７】［金属酸化物を有するトランジスタ］
続いて、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合について説明する。
【０４３８】なお、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【０４３９】また、トランジスタには、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物膜のキャリア密度を低くする場合においては、金属酸化物膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。例えば、金属酸化物は、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすればよい。
【０４４０】また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【０４４１】また、金属酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失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、トラップ準位密度の高い金属酸化物をチャネル形成領域に有するトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０４４２】したがって、トランジスタの電気特性を安定にするためには、金属酸化物中の不純物濃度を低減することが有効である。また、金属酸化物中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０４４３】［不純物］
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
【０４４４】金属酸化物において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、金属酸化物において欠陥準位が形成される。このため、金属酸化物におけるシリコンや炭素の濃度と、金属酸化物との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０４４５】また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、ＳＩＭＳにより得られる金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【０４４６】また、金属酸化物において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。したがって、当該金属酸化物において、チャネル形成領域の窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、金属酸化物中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０４４７】また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。したがって、水素が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０４４８】不純物濃度が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０４４９】＜成膜方法について＞
絶縁層を形成するための絶縁性材料、電極を形成するための導電性材料、または半導体層を形成するための半導体材料は、スパッタリング法、スピンコート法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法、高密度プラズマＣＶＤ（Ｈｉｇｈ  ｄｅｎｓｉｔｙ  ｐｌａｓｍａ  ＣＶＤ）法、ＬＰＣＶＤ（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）法、ＡＰＣＶＤ（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ）法等を含む）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、または、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ディップ法、スプレー塗布法、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）を用いて形成することができる。
【０４５０】プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。ＭＯＣＶＤ法、ＡＬＤ法、または熱ＣＶＤ法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくい。例えば、記憶装置に含まれる配線、電極、素子（トランジスタ、容量素子など）などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、記憶装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない成膜方法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、記憶装置の歩留まりを高くすることができる。また、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
【０４５１】ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。
【０４５２】ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、記憶装置の生産性を高めることができる場合がある。
【０４５３】なお、ＡＬＤ法により成膜する場合は、材料ガスとして塩素を含まないガスを用いることが好ましい。
【０４５４】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０４５５】（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した記憶装置などに用いることができるトランジスタの構造例について説明する。
【０４５６】＜トランジスタの構造例１＞
図３８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ａの構造例を説明する。図３８（Ａ）はトランジスタ５１０Ａの上面図である。図３８（Ｂ）は、図３８（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図３８（Ｃ）は、図３８（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図３８（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０４５７】図３８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）では、トランジスタ５１０Ａと、層間膜として機能する絶縁層５１１、絶縁層５１２、絶縁層５１４、絶縁層５１６、絶縁層５８０、絶縁層５８２、および絶縁層５８４を示している。また、トランジスタ５１０Ａと電気的に接続し、コンタクトプラグとして機能する導電層５４６（導電層５４６ａ、および導電層５４６ｂ）と、配線として機能する導電層５０３と、を示している。
【０４５８】トランジスタ５１０Ａは、第１のゲート電極として機能する導電層５６０（導電層５６０ａ、および導電層５６０ｂ）と、第２のゲート電極として機能する導電層５０５（導電層５０５ａ、および導電層５０５ｂ）と、第１のゲート絶縁膜として機能する絶縁層５５０と、第２のゲート絶縁層として機能する絶縁層５２１、絶縁層５２２、および絶縁層５２４と、チャネルが形成される領域を有する酸化物５３０（酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃ）と、ソースまたはドレインの一方として機能する導電層５４２ａと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電層５４２ｂと、絶縁層５７４とを有する。
【０４５９】また、図３８に示すトランジスタ５１０Ａでは、酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、および導電層５６０が、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、絶縁層５７４を介して配置される。また、酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、および導電層５６０は、導電層５４２ａ、および導電層５４２ｂとの間に配置される。
【０４６０】絶縁層５１１、および絶縁層５１２は、層間膜として機能する。
【０４６１】層間膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などの絶縁層を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶縁層に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁層を窒化処理してもよい。上記の絶縁層に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
【０４６２】例えば、絶縁層５１１は、水または水素などの不純物が、基板側からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁層５１１は、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。また、例えば、絶縁層５１１として酸化アルミニウムや窒化シリコンなどを用いてもよい。当該構成により、水素、水などの不純物が絶縁層５１１よりも基板側からトランジスタ５１０Ａ側に拡散するのを抑制することができる。
【０４６３】例えば、絶縁層５１２は、絶縁層５１１よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０４６４】導電層５０３は、絶縁層５１２に埋め込まれるように形成される。ここで、導電層５０３の上面の高さと、絶縁層５１２の上面の高さは同程度にできる。なお導電層５０３は、単層とする構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電層５０３を２層以上の多層膜構造としてもよい。なお、導電層５０３は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。
【０４６５】トランジスタ５１０Ａにおいて、導電層５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう。）電極として機能する場合がある。また、導電層５０５は、第２のゲート（ボトムゲートともいう。）電極として機能する場合がある。その場合、導電層５０５に印加する電位を、導電層５６０に印加する電位と連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ５１０Ａの閾値電圧を制御することができる。特に、導電層５０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ５１０Ａの閾値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電層５０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電層５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
【０４６６】また、例えば、導電層５０５と、導電層５６０とを重畳して設けることで、導電層５６０、および導電層５０５に電位を印加した場合、導電層５６０から生じる電界と、導電層５０５から生じる電界と、がつながり、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。
【０４６７】つまり、第１のゲート電極としての機能を有する導電層５６０の電界と、第２のゲート電極としての機能を有する導電層５０５の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書において、第１のゲート電極、および第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
【０４６８】絶縁層５１４、および絶縁層５１６は、絶縁層５１１または絶縁層５１２と同様に、層間膜として機能する。例えば、絶縁層５１４は、水または水素などの不純物が、基板側からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。当該構成により、水素、水などの不純物が絶縁層５１４よりも基板側からトランジスタ５１０Ａ側に拡散するのを抑制することができる。また、例えば、絶縁層５１６は、絶縁層５１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０４６９】第２のゲートとして機能する導電層５０５は、絶縁層５１４および絶縁層５１６の開口の内壁に接して導電層５０５ａが形成され、さらに内側に導電層５０５ｂが形成されている。ここで、導電層５０５ａおよび導電層５０５ｂの上面の高さと、絶縁層５１６の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ５１０Ａでは、導電層５０５ａおよび導電層５０５ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電層５０５は、単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
【０４７０】ここで、導電層５０５ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。
【０４７１】例えば、導電層５０５ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電層５０５ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
【０４７２】また、導電層５０５が配線の機能を兼ねる場合、導電層５０５ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電層５０３は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電層５０５ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０４７３】絶縁層５２１、絶縁層５２２、および絶縁層５２４は、第２のゲート絶縁層としての機能を有する。
【０４７４】また、絶縁層５２２は、バリア性を有することが好ましい。絶縁層５２２がバリア性を有することで、トランジスタ５１０Ａの周辺部からトランジスタ５１０Ａへの水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
【０４７５】絶縁層５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁層を単層または積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁層の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁層として機能する絶縁層にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
【０４７６】例えば、絶縁層５２１は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁層を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンとを組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁層５２１を得ることができる。
【０４７７】なお、図３８には、第２のゲート絶縁層として、３層の積層構造を示したが、単層、または２層以上の積層構造としてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
【０４７８】チャネル形成領域として機能する領域を有する酸化物５３０は、酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａ上の酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上の酸化物５３０ｃと、を有する。酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。酸化物５３０として、上記実施の形態に示した金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。
【０４７９】なお、酸化物５３０ｃは、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、絶縁層５７４を介して設けられることが好ましい。絶縁層５７４がバリア性を有する場合、絶縁層５８０からの不純物が酸化物５３０へと拡散することを抑制することができる。
【０４８０】導電層５４２は、一方がソース電極として機能し、他方がドレイン電極として機能する。
【０４８１】導電層５４２ａと、導電層５４２ｂとは、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を用いることができる。特に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素または酸素に対するバリア性があり、また、耐酸化性が高いため、好ましい。
【０４８２】また、図３８では単層構造を示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
【０４８３】また、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
【０４８４】また、導電層５４２上に、バリア層を設けてもよい。バリア層は、酸素、または水素に対してバリア性を有する物質を用いることが好ましい。当該構成により、絶縁層５７４を成膜する際に、導電層５４２が酸化することを抑制することができる。
【０４８５】バリア層には、例えば、金属酸化物を用いることができる。特に、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムなどの、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁膜を用いることが好ましい。また、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いてもよい。
【０４８６】バリア層を有することで、導電層５４２の材料選択の幅を広げることができる。例えば、導電層５４２に、タングステンや、アルミニウムなどの耐酸化性が低い一方で導電性が高い材料を用いることができる。また、例えば、成膜、または加工がしやすい導電体を用いることができる。
【０４８７】絶縁層５５０は、第１のゲート絶縁層として機能する。絶縁層５５０は、絶縁層５８０に設けられた開口部内に、酸化物５３０ｃ、および絶縁層５７４を介して設けられることが好ましい。
【０４８８】トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁層の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。その場合、絶縁層５５０は、第２のゲート絶縁層と同様に、積層構造としてもよい。ゲート絶縁層として機能する絶縁層を、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
【０４８９】第１のゲート電極として機能する導電層５６０は、導電層５６０ａ、および導電層５６０ａ上の導電層５６０ｂを有する。導電層５６０ａは、導電層５０５ａと同様に、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
【０４９０】導電層５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電層５６０ｂの材料選択性を向上することができる。つまり、導電層５６０ａを有することで、導電層５６０ｂの酸化が抑制され、導電率が低下することを防止することができる。
【０４９１】酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電層５６０ａとして、酸化物５３０として用いることができる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電層５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電層５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
【０４９２】導電層５６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電層５６０は、配線として機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電層５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０４９３】絶縁層５８０と、トランジスタ５１０Ａとの間に絶縁層５７４を配置する。絶縁層５７４は、水または水素などの不純物、および酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、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、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
【０４９４】絶縁層５７４を有することで、絶縁層５８０が有する水、および水素などの不純物が酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁層５８０が有する過剰酸素により、導電層５６０が酸化するのを抑制することができる。
【０４９５】絶縁層５８０、絶縁層５８２、および絶縁層５８４は、層間膜として機能する。
【０４９６】絶縁層５８２は、絶縁層５１４と同様に、水または水素などの不純物が、外部からトランジスタ５１０Ａに混入するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。
【０４９７】また、絶縁層５８２に抵抗率が１×１０１０以上１×１０１５Ωｃｍ以下の絶縁材料を用いることで、成膜時またはエッチング時などで生じるプラズマダメージを低減することができる。例えば、絶縁層５８２として抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０１３Ωｃｍ以下の窒化シリコンを用いればよい。なお、絶縁層５８２に限らず、他の絶縁層に抵抗率が１×１０１０以上１×１０１５Ωｃｍ以下の絶縁材料を用いてもよい。例えば、絶縁層５８４、絶縁層５８０、絶縁層５２４、および／または絶縁層５１６に抵抗率が１×１０１４Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０１３Ωｃｍ以下の窒化シリコンを用いてもよい。
【０４９８】また、絶縁層５８０、および絶縁層５８４は、絶縁層５１６と同様に、絶縁層５８２よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０４９９】また、トランジスタ５１０Ａは、絶縁層５８０、絶縁層５８２、および絶縁層５８４に埋め込まれた導電層５４６などのプラグや配線を介して、他の構造と電気的に接続してもよい。
【０５００】また、導電層５４６の材料としては、導電層５０５と同様に、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。例えば、耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
【０５０１】例えば、導電層５４６としては、例えば、水素、および酸素に対してバリア性を有する導電体である窒化タンタル等と、導電性が高いタングステンとの積層構造を用いることで、配線としての導電性を保持したまま、外部からの不純物の拡散を抑制することができる。
【０５０２】上記構造を有することで、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。
【０５０３】また、必要に応じて、バックゲート電極として機能できる導電層５０５と、配線として機能する導電層５０３を省略してもよい。図４５（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ａａは、トランジスタ５１０Ａから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５０４】図４５（Ａ）はトランジスタ５１０Ａａの上面図である。図４５（Ｂ）は、図４５（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４５（Ｃ）は、図４５（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４５（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５０５】＜トランジスタの構造例２＞
図３９（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｂの構造例を説明する。図３９（Ａ）はトランジスタ５１０Ｂの上面図である。図３９（Ｂ）は、図３９（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図３９（Ｃ）は、図３９（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図３９（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５０６】トランジスタ５１０Ｂは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主に上記トランジスタと異なる点について説明する。
【０５０７】図３９（Ａ）乃至（Ｃ）では、導電層５４２（導電層５４２ａ、および導電層５４２ｂ）を設けずに、露出した酸化物５３０ｂ表面の一部に領域５３１ａおよび領域５３１ｂを有する。領域５３１ａまたは領域５３１ｂの一方はソース領域として機能し、他方はドレイン領域として機能する。また、酸化物５３０ｂと、絶縁層５７４の間に、絶縁層５７３を有する。
【０５０８】図３９に示す、領域５３１（領域５３１ａ、および領域５３１ｂ）は、酸化物５３０ｂに上記の元素が添加された領域である。領域５３１は、例えば、ダミーゲートを用いることで形成することができる。
【０５０９】具体的には、酸化物５３０ｂ上にダミーゲートを設け、当該ダミーゲートをマスクとして用い、上記酸化物５３０ｂを低抵抗化する元素を添加するとよい。つまり、酸化物５３０が、ダミーゲートと重畳していない領域に、当該元素が添加され、領域５３１が形成される。なお、当該元素の添加方法としては、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加するイオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いることができる。
【０５１０】なお、酸化物５３０を低抵抗化する元素としては、代表的には、ホウ素、またはリンが挙げられる。また、水素、炭素、窒素、フッ素、硫黄、塩素、チタン、希ガス元素等を用いてもよい。希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。当該元素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などを用いて測定すればよい。
【０５１１】特に、ホウ素、及びリンは、アモルファスシリコン、または低温ポリシリコンの製造ラインの装置を使用することができるため、好ましい。既存の設備を転用することができ、設備投資を抑制することができる。
【０５１２】続いて、酸化物５３０ｂ、およびダミーゲート上に、絶縁層５７３となる絶縁膜、および絶縁層５７４となる絶縁膜を成膜してもよい。絶縁層５７３となる絶縁膜、および絶縁層５７４を積層して設けることで、領域５３１と、酸化物５３０ｃおよび絶縁層５５０とが重畳する領域を設けることができる。
【０５１３】具体的には、絶縁層５７４となる絶縁膜上に絶縁層５８０となる絶縁膜を設けた後、絶縁層５８０となる絶縁膜にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うことで、絶縁層５８０となる絶縁膜の一部を除去し、ダミーゲートを露出する。続いて、ダミーゲートを除去する際に、ダミーゲートと接する絶縁層５７３の一部も除去するとよい。従って、絶縁層５８０に設けられた開口部の側面には、絶縁層５７４、およい絶縁層５７３が露出し、当該開口部の底面には、酸化物５３０ｂに設けられた領域５３１の一部が露出する。次に、当該開口部に酸化物５３０ｃとなる酸化膜、絶縁層５５０となる絶縁膜、および導電層５６０となる導電膜を順に成膜した後、絶縁層５８０が露出するまでＣＭＰ処理などにより、酸化物５３０ｃとなる酸化膜、絶縁層５５０となる絶縁膜、および導電層５６０となる導電膜の一部を除去することで、図３９に示すトランジスタを形成することができる。
【０５１４】なお、絶縁層５７３、および絶縁層５７４は必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
【０５１５】図３９に示すトランジスタは、既存の装置を転用することができ、さらに、導電層５４２を設けないため、コストの低減を図ることができる。
【０５１６】また、必要に応じて、バックゲート電極として機能できる導電層５０５と、配線として機能する導電層５０３を省略してもよい。図４６（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｂａは、トランジスタ５１０Ｂから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５１７】図４６（Ａ）はトランジスタ５１０Ｂａの上面図である。図４６（Ｂ）は、図４６（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４６（Ｃ）は、図４６（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４６（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５１８】＜トランジスタの構造例３＞
図４０（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｃの構造例を説明する。図４０（Ａ）はトランジスタ５１０Ｃの上面図である。図４０（Ｂ）は、図４０（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４０（Ｃ）は、図４０（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４０（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５１９】トランジスタ５１０Ｃは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主にトランジスタ５１０Ａと異なる点について説明する。
【０５２０】トランジスタ５１０Ｃは、導電層５４２（導電層５４２ａ、および導電層５４２ｂ）と、酸化物５３０ｃ、絶縁層５５０、酸化物５５１および導電層５６０と、が重畳する領域を有する。当該構造とすることで、オン電流が高いトランジスタを提供することができる。また、制御性が高いトランジスタを提供することができる。
【０５２１】第１のゲート電極として機能する導電層５６０は、導電層５６０ａ、および導電層５６０ａ上の導電層５６０ｂを有する。導電層５６０ａは、導電層５０５ａと同様に、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
【０５２２】導電層５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電層５６０ｂの材料選択性を向上することができる。つまり、導電層５６０ａを有することで、導電層５６０ｂの酸化が抑制され、導電率が低下することを防止することができる。
【０５２３】また、トランジスタのＶｔｈを調整するために、導電層５６０ａに用いる材料を、仕事関数を考慮して決定してもよい。例えば、導電層５６０ａを窒化チタン、導電層５６０ｂをタングステンで形成してもよい。導電層５６０ａおよび導電層５６０ｂは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、またはＡＦＭ法などの既知の成膜方法で形成すればよい。なお、窒化チタンをＣＶＤ法で成膜する場合の成膜温度は３８０℃以上５００℃以下が好ましく、４００℃以上４５０℃以下がより好ましい。
【０５２４】酸化物５５１は、他の絶縁層と同様の材料を用いて形成してもよい。また、酸化物５５１として、過剰酸素を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いてもよい。例えば、酸化物５５１として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法で成膜する。具体的には、例えば原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のターゲットを用いて、酸素を含むスパッタリングガスを用いて成膜する。酸化物５５１をスパッタリング法で成膜する場合、スパッタリングガスに含まれる酸素の流量比は７０％以上が好ましく、８０％以上がさらに好ましく、１００％がより好ましい。
【０５２５】スパッタリングガスに酸素を含むガスを用いることで、酸化物５５１だけでなく、酸化物５５１の被形成面である絶縁層５５０に酸素を供給することができる。また、スパッタリングガスに含まれる酸素の流量比を大きくすることで、絶縁層５５０への酸素供給量を増やすことができる。
【０５２６】また、絶縁層５５０上に酸化物５５１を設けることで、絶縁層５５０に含まれる過剰酸素が導電層５６０へ拡散しにくくなる。よって、トランジスタの信頼性を高めることができる。なお、酸化物５５１は、目的などによっては省略される場合がある。
【０５２７】また、導電層５６０の上面および側面、絶縁層５５０の側面、および酸化物５３０ｃの側面を覆うように、絶縁層５７４を設けることが好ましい。なお、絶縁層５７４は、水または水素などの不純物、および酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、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、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
【０５２８】絶縁層５７４を設けることで、導電層５６０の酸化を抑制することができる。また、絶縁層５７４を有することで、絶縁層５８０が有する水、および水素などの不純物がトランジスタ５１０Ｃへ拡散することを抑制することができる。
【０５２９】また、導電層５４６と、絶縁層５８０との間に、バリア性を有する絶縁層５７６（絶縁層５７６ａ、および絶縁層５７６ｂ）を配置してもよい。絶縁層５７６を設けることで、絶縁層５８０の酸素が導電層５４６と反応し、導電層５４６が酸化することを抑制することができる。
【０５３０】また、バリア性を有する絶縁層５７６を設けることで、プラグや配線に用いられる導電体の材料選択の幅を広げることができる。例えば、導電層５４６に、酸素を吸収する性質を持つ一方で、導電性が高い金属材料を用いることができる。
【０５３１】また、必要に応じて、バックゲート電極として機能できる導電層５０５と、配線として機能する導電層５０３を省略してもよい。図４７（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｃａは、トランジスタ５１０Ｃから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５３２】図４７（Ａ）はトランジスタ５１０Ｃａの上面図である。図４７（Ｂ）は、図４７（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４７（Ｃ）は、図４７（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４７（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５３３】＜トランジスタの構造例４＞
図４１（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｄの構造例を説明する。図４１（Ａ）はトランジスタ５１０Ｄの上面図である。図４１（Ｂ）は、図４１（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４１（Ｃ）は、図４１（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４１（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５３４】トランジスタ５１０Ｄは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主にトランジスタ５１０Ａと異なる点について説明する。
【０５３５】図４１に示すトランジスタ５１０Ｄは、導電層５４２ａと酸化物５３０ｂの間に導電層５４７ａが配置され、導電層５４２ｂと酸化物５３０ｂの間に導電層５４７ｂが配置されている。ここで、導電層５４２ａ（導電層５４２ｂ）は、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）の上面および導電層５６０側の側面を越えて延在し、酸化物５３０ｂの上面に接する領域を有する。ここで、導電層５４７は、導電層５４２に用いることができる導電体を用いればよい。さらに、導電層５４７の膜厚は、少なくとも導電層５４２より厚いことが好ましい。
【０５３６】図４１に示すトランジスタ５１０Ｄは、上記のような構成を有することにより、トランジスタ５１０Ａよりも、導電層５４２を導電層５６０に近づけることができる。または、導電層５４２ａの端部および導電層５４２ｂの端部と、導電層５６０を重ねることができる。これにより、トランジスタ５１０Ｄの実質的なチャネル長を短くし、オン電流および周波数特性の向上を図ることができる。
【０５３７】また、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）は、導電層５４２ａ（導電層５４２ｂ）と重畳して設けられることが好ましい。このような構成にすることで、導電層５４６ａ（導電層５４６ｂ）を埋め込む開口を形成するエッチングにおいて、導電層５４７ａ（導電層５４７ｂ）がストッパとして機能し、酸化物５３０ｂがオーバーエッチングされるのを防ぐことができる。
【０５３８】また、図４１に示すトランジスタ５１０Ｄは、絶縁層５４４の上に接して絶縁層５６５を配置する構成にしてもよい。絶縁層５４４としては、水または水素などの不純物や、過剰な酸素が、絶縁層５８０側からトランジスタ５１０Ｄに混入するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。絶縁層５６５としては、絶縁層５４４に用いることができる絶縁層を用いることができる。また、絶縁層５４４を、例えば、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンなどの、窒化物絶縁材料を用いて形成してもよい。
【０５３９】また、図４１に示すトランジスタ５１０Ｄは、図３８に示すトランジスタ５１０Ａと異なり、導電層５０５を単層構造で設けてもよい。この場合、パターン形成された導電層５０５の上に絶縁層５１６となる絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の上部を、導電層５０５の上面が露出するまでＣＭＰ法などを用いて除去すればよい。ここで、導電層５０５の上面の平坦性を良好にすることが好ましい。例えば、導電層５０５上面の平均面粗さ（Ｒａ）を１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．３ｎｍ以下にすればよい。これにより、導電層５０５の上に形成される、絶縁層の平坦性を良好にし、酸化物５３０ｂおよび酸化物５３０ｃの結晶性の向上を図ることができる。
【０５４０】また、必要に応じて、導電層５０５省略してもよい。図４８（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｄａは、トランジスタ５１０Ｄから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５４１】図４８（Ａ）はトランジスタ５１０Ｄａの上面図である。図４８（Ｂ）は、図４８（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４８（Ｃ）は、図４８（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４８（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５４２】＜トランジスタの構造例５＞
図４２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｅの構造例を説明する。図４２（Ａ）はトランジスタ５１０Ｅの上面図である。図４２（Ｂ）は、図４２（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４２（Ｃ）は、図４２（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４２（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５４３】トランジスタ５１０Ｅは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主に上記トランジスタと異なる点について説明する。
【０５４４】図４２（Ａ）乃至（Ｃ）では、導電層５０３を設けずに、第２のゲートとしての機能を有する導電層５０５を配線としても機能させている。また、酸化物５３０ｃ上に絶縁層５５０を有し、絶縁層５５０上に金属酸化物５５２を有する。また、金属酸化物５５２上に導電層５６０を有し、導電層５６０上に絶縁層５７０を有する。また、絶縁層５７０上に絶縁層５７１を有する。
【０５４５】金属酸化物５５２は、酸素拡散を抑制する機能を有することが好ましい。絶縁層５５０と、導電層５６０との間に、酸素の拡散を抑制する金属酸化物５５２を設けることで、導電層５６０への酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。また、酸素による導電層５６０の酸化を抑制することができる。
【０５４６】なお、金属酸化物５５２は、第１のゲートの一部としての機能を有してもよい。例えば、酸化物５３０として用いることができる酸化物半導体を、金属酸化物５５２として用いることができる。その場合、導電層５６０をスパッタリング法で成膜することで、金属酸化物５５２の電気抵抗値を低下させて導電層とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
【０５４７】また、金属酸化物５５２は、ゲート絶縁層の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁層５５０に酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどを用いる場合、金属酸化物５５２は、比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。当該積層構造とすることで、熱に対して安定、かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可能となる。また、ゲート絶縁層として機能する絶縁層の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
【０５４８】トランジスタ５１０Ｅにおいて、金属酸化物５５２を単層で示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、ゲート電極の一部として機能する金属酸化物と、ゲート絶縁層の一部として機能する金属酸化物とを積層して設けてもよい。
【０５４９】金属酸化物５５２を有することで、ゲート電極として機能する場合は、導電層５６０からの電界の影響を弱めることなく、トランジスタ５１０Ｅのオン電流の向上を図ることができる。または、ゲート絶縁層として機能する場合は、絶縁層５５０と、金属酸化物５５２との物理的な厚みにより、導電層５６０と、酸化物５３０との間の距離を保つことで、導電層５６０と酸化物５３０との間のリーク電流を抑制することができる。従って、絶縁層５５０、および金属酸化物５５２との積層構造を設けることで、導電層５６０と酸化物５３０との間の物理的な距離、および導電層５６０から酸化物５３０へかかる電界強度を、容易に適宜調整することができる。
【０５５０】具体的には、金属酸化物５５２として、酸化物５３０に用いることができる酸化物半導体を低抵抗化することで、金属酸化物５５２として用いることができる。または、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、または、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０５５１】特に、アルミニウム、またはハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁層である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、金属酸化物５５２は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
【０５５２】絶縁層５７０は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁層５７０よりも上方からの酸素で導電層５６０が酸化するのを抑制することができる。また、絶縁層５７０よりも上方からの水または水素などの不純物が、導電層５６０および絶縁層５５０を介して、酸化物２３０に混入することを抑制することができる。
【０５５３】絶縁層５７１はハードマスクとして機能する。絶縁層５７１を設けることで、導電層５６０の加工の際、導電層５６０の側面が概略垂直、具体的には、導電層５６０の側面と基板表面のなす角を、７５度以上１００度以下、好ましくは８０度以上９５度以下とすることができる。
【０５５４】なお、絶縁層５７１に、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることで、バリア層としての機能を兼ねさせてもよい。その場合、絶縁層５７０は設けなくともよい。
【０５５５】絶縁層５７１をハードマスクとして用いて、絶縁層５７０、導電層５６０、金属酸化物５５２、絶縁層５５０、および酸化物５３０ｃの一部を選択的に除去することで、これらの側面を略一致させて、かつ、酸化物５３０ｂ表面の一部を露出させることができる。
【０５５６】また、トランジスタ５１０Ｅは、露出した酸化物５３０ｂ表面の一部に領域５３１ａおよび領域５３１ｂを有する。領域５３１ａまたは領域５３１ｂの一方はソース領域として機能し、他方はドレイン領域として機能する。
【０５５７】領域５３１ａおよび領域５３１ｂの形成は、例えば、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、またはプラズマ処理などを用いて、露出した酸化物５３０ｂ表面にリンまたはボロンなどの不純物元素を導入することで実現できる。なお、本実施の形態などにおいて「不純物元素」とは、主成分元素以外の元素のことをいう。
【０５５８】また、酸化物５３０ｂ表面の一部を露出させた後に金属膜を成膜し、その後加熱処理することにより、該金属膜に含まれる元素を酸化物５３０ｂに拡散させて領域５３１ａおよび領域５３１ｂを形成することもできる。
【０５５９】酸化物５３０ｂの不純物元素が導入された領域は、電気抵抗率が低下する。このため、領域５３１ａおよび領域５３１ｂを「不純物領域」または「低抵抗領域」という場合がある。
【０５６０】絶縁層５７１および／または導電層５６０をマスクとして用いることで、領域５３１ａおよび領域５３１ｂを自己整合（セルフアライメント）的に形成することができる。よって、領域５３１ａおよび／または領域５３１ｂと、導電層５６０が重ならず、寄生容量を低減することができる。また、チャネル形成領域とソースドレイン領域（領域５３１ａまたは領域５３１ｂ）の間にオフセット領域が形成されない。領域５３１ａおよび領域５３１ｂを自己整合（セルフアライメント）的に形成することにより、オン電流の増加、しきい値電圧の低減、動作周波数の向上などを実現できる。
【０５６１】なお、オフ電流を更に低減するため、チャネル形成領域とソースドレイン領域の間にオフセット領域を設けてもよい。オフセット領域とは、電気抵抗率が高い領域であり、前述した不純物元素の導入が行なわれない領域である。オフセット領域の形成は、絶縁層５７５の形成後に前述した不純物元素の導入を行なうことで実現できる。この場合、絶縁層５７５も絶縁層５７１などと同様にマスクとして機能する。よって、酸化物５３０ｂの絶縁層５７５と重なる領域に不純物元素が導入されず、該領域の電気抵抗率を高いままとすることができる。
【０５６２】また、トランジスタ５１０Ｅは、絶縁層５７０、導電層５６０、金属酸化物５５２、絶縁層５５０、および酸化物５３０ｃの側面に絶縁層５７５を有する。絶縁層５７５は、比誘電率の低い絶縁層であることが好ましい。例えば、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または樹脂などであることが好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを絶縁層５７５に用いると、後の工程で絶縁層５７５中に過剰酸素領域を容易に形成できるため好ましい。また、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。また、絶縁層５７５は、酸素を拡散する機能を有することが好ましい。
【０５６３】また、トランジスタ５１０Ｅは、絶縁層５７５、酸化物５３０上に絶縁層５７４を有する。絶縁層５７４は、スパッタリング法を用いて成膜することが好ましい。スパッタリング法を用いることにより、水または水素などの不純物の少ない絶縁層を成膜することができる。例えば、絶縁層５７４として、酸化アルミニウムを用いるとよい。
【０５６４】なお、スパッタリング法を用いた酸化膜は、被成膜構造体から水素を引き抜く場合がある。従って、絶縁層５７４が酸化物２３０および絶縁層５７５から水素および水を吸収することで、酸化物２３０および絶縁層５７５の水素濃度を低減することができる。
【０５６５】また、必要に応じて、導電層５０５を省略してもよい。図４９（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｅａは、トランジスタ５１０Ｅから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５６６】図４９（Ａ）はトランジスタ５１０Ｅａの上面図である。図４９（Ｂ）は、図４９（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４９（Ｃ）は、図４９（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４９（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５６７】＜トランジスタの構造例６＞
図４３（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を用いてトランジスタ５１０Ｆの構造例を説明する。図４３（Ａ）はトランジスタ５１０Ｆの上面図である。図４３（Ｂ）は、図４３（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図４３（Ｃ）は、図４３（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図４３（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５６８】トランジスタ５１０Ｆは上記トランジスタの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主に上記トランジスタと異なる点について説明する。
【０５６９】トランジスタ５１０Ｆは、トランジスタ５１０Ｃ＿１とトランジスタ５１０Ｃ＿２を並列に接続した構成を有する。具体的には、トランジスタ５１０Ｃ＿１のソースまたはドレインの一方とトランジスタ５１０Ｃ＿２のソースまたはドレインの一方を、導電層５４６ａまたは導電層５４６ｂの一方を介して電気的に接続する。また、トランジスタ５１０Ｃ＿１のソースまたはドレインの他方とトランジスタ５１０Ｃ＿２のソースまたはドレインの他方を、導電層５４６ａまたは導電層５４６ｂの他方を介して電気的に接続する。また、導電層５６０をトランジスタ５１０Ｃ＿１とトランジスタ５１０Ｃ＿２のゲート電極として用いる。
【０５７０】トランジスタ５１０Ｃ＿１およびトランジスタ５１０Ｃ＿２は、どちらもトランジスタ５１０Ｃと同じ構成を有する。よって、トランジスタ５１０Ｆは、トランジスタ５１０Ｃを２つ並列に接続したトランジスタである。なお、並列に接続するトランジスタの数は２つに限らず３つ以上であってもよい。例えば、メモリセルを構成するトランジスタにトランジスタ５１０Ｆを用いる場合、並列に接続するトランジスタの数はセルサイズに応じて決定すればよい。また、並列に接続するトランジスタの構成は、トランジスタ５１０Ｃに限定されるものではない。
【０５７１】また、トランジスタ５１０Ｃ＿１に含まれる導電層５０５＿１は、バックゲート電極として機能する。また、トランジスタ５１０Ｃ＿２に含まれる導電層５０５＿２はバックゲート電極として機能する。導電層５０５＿１と導電層５０５＿２は、導電層５０５と同様の材料および方法で形成できる。
【０５７２】オン電流を増やすためにチャネル幅を大きくすると、Ｓ値（ｓｕｂｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｓｗｉｎｇ  ｖａｌｕｅ）の増加、ノーマリーオン化などが生じやすい。特に、チャネル長が短いトランジスタでこの傾向が顕著になる。なお、Ｓ値はトランジスタの電気特性を表す指標の一つであり、小さいほど好ましい。チャネル幅を複数に分割することで、Ｓ値を増加させずにオン電流を増やすことが出来る。また、ノーマリーオン化することなく、オン電流を増やすことが出来る。
【０５７３】また、半導体層の側面に形成されるチャネルによって、実効的なチャネル幅が見かけ上のチャネル幅よりも大きくなるＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタでは、チャネル幅を大きくすると、その効果が低下してしまう。チャネル幅を複数に分割することで、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造の効果を保ちながら、実質的なチャネル幅を大きくすることが出来る。
【０５７４】なお、チャネル幅を複数に分割する場合、分割されたチャネル幅は同じまたは同程度であることが好ましい。トランジスタ５１０Ｆでは、トランジスタ５１０Ｃ＿１のチャネル幅とトランジスタ５１０Ｃ＿２のチャネル幅が同じまたは同程度であることが好ましい。トランジスタ５１０Ｃ＿１のチャネル幅をＷ１、トランジスタ５１０Ｃ＿２のチャネル幅をＷ２とすると、Ｗ１がＷ２の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、０．９倍以上１．１倍以下がより好ましく、０．９５倍以上１．０５倍以下がさらに好ましい。
【０５７５】また、必要に応じて、バックゲート電極として機能できる導電層５０５と、配線として機能する導電層５０３を省略してもよい。図５０（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｆａは、トランジスタ５１０Ｆから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５７６】図５０（Ａ）はトランジスタ５１０Ｆａの上面図である。図５０（Ｂ）は、図５０（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図５０（Ｃ）は、図５０（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図５０（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５７７】＜トランジスタの構造例７＞
図４４（Ａ）および図４４（Ｂ）を用いてトランジスタ５１０Ｇの構造例を説明する。図４４（Ａ）はトランジスタ５１０Ｇの上面図である。図４４（Ｂ）は、図４４（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。なお、図４４（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５７８】トランジスタ５１０Ｇは上記トランジスタ５１０Ｆの変形例である。よって、説明の繰り返しを防ぐため、主にトランジスタ５１０Ｆと異なる点について説明する。
【０５７９】トランジスタ５１０Ｇは、トランジスタＥと異なる構成でトランジスタ５１０Ｃ＿１とトランジスタ５１０Ｃ＿２を並列接続している。具体的には、導電層５０５＿１と導電層５０５＿２を電気的に接続している。また、トランジスタ５１０Ｃ＿１のソースまたはドレインの一方とトランジスタ５１０Ｃ＿２のソースまたはドレインの一方を電気的に接続する。図４４では、トランジスタ５１０Ｃ＿１のソースまたはドレインの一方とトランジスタ５１０Ｃ＿２のソースまたはドレインの一方を共用し、導電層５４６ｂと電気的に接続している。また、トランジスタ５１０Ｃ＿１はゲート電極として機能する導電層５６０＿１を有し、トランジスタ５１０Ｃ＿２はゲート電極として機能する導電層５６０＿２を有する。また、導電層５６０＿１および導電層５６０＿２は電気的に接続される。
【０５８０】導電層５６０＿１および導電層５６０＿２は、導電層５６０と同様の材料および方法で形成できる。なお、図４４では、導電層５６０の一部を導電層５６０＿１として用い、導電層５６０の他の一部を導電層５６０＿２として用いる例を示している。
【０５８１】また、トランジスタ５１０Ｃ＿１のソースまたはドレインの他方は、導電層５４６ａと電気的に接続し、トランジスタ５１０Ｃ＿２のソースまたはドレインの他方は、導電層５４６ｃと電気的に接続する。導電層５４６ｃは、導電層５４６ａおよび導電層５４６ｂと同様の材料および方法で形成できる。また、絶縁層５７６ｃは、絶縁層５７６ａおよび絶縁層５７６ｂと同様の材料および方法で形成できる。
【０５８２】トランジスタ５１０Ｇでは、導電層５４６ｂがトランジスタ５１０Ｇのソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、導電層５４６ａおよび導電層５４６ｂがトランジスタ５１０Ｇのソースまたはドレインの他方と電気的に接続する。
【０５８３】トランジスタ５１０Ｇもトランジスタ５１０Ｆと同様の作用効果を奏する。
【０５８４】また、必要に応じて、バックゲート電極として機能できる導電層５０５と、配線として機能する導電層５０３を省略してもよい。図５１（Ａ）乃至（Ｃ）に示すトランジスタ５１０Ｇａは、トランジスタ５１０Ｇから導電層５０５と導電層５０３を除いた構成を有する。
【０５８５】図５１（Ａ）はトランジスタ５１０Ｇａの上面図である。図５１（Ｂ）は、図５１（Ａ）に一点鎖線Ｌ１−Ｌ２で示す部位の断面図である。図５１（Ｃ）は、図５１（Ａ）に一点鎖線Ｗ１−Ｗ２で示す部位の断面図である。なお、図５１（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０５８６】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０５８７】（実施の形態９）
本実施の形態は、上記実施の形態に示す記憶装置を用いることができる製品イメージ、上記実施の形態に示す記憶装置などが組み込まれた電子部品および電子機器の一例を示す。
【０５８８】＜製品イメージ＞
まず、本発明の一形態に係わる記憶装置に用いることができる製品イメージを図５２に示す。図５２に示す領域８０１は高い温度特性（Ｈｉｇｈ  Ｔ  ｏｐｅｒａｔｅ）を表し、領域８０２は高い周波数特性（Ｈｉｇｈ  ｆ  ｏｐｅｒａｔｅ）を表し、領域８０３は低いオフ特性（Ｉｏｆｆ）を表し、領域８０４は、領域８０１、領域８０２、及び領域８０３が重なった領域を表す。
【０５８９】なお、領域８０１を満たそうとする場合、トランジスタのチャネル形成領域として、炭化シリコン、または窒化ガリウムなどの炭化物または窒化物を適用することで、概略満たすことができる。また、領域８０２を満たそうとする場合、トランジスタのチャネル形成領域として、単結晶シリコン、または結晶性シリコンなどの珪化物を適用することで、概略満たすことができる。また、領域８０３を満たそうとする場合、トランジスタのチャネル形成領域として、酸化物半導体、または金属酸化物を用いることで、概略満たすことができる。
【０５９０】本発明の一形態に係わる記憶装置は、例えば、領域８０４に示す範囲の製品に好適に用いることができる。
【０５９１】従来までの製品においては、領域８０１、領域８０２、及び領域８０３を全て満たすことが困難であった。しかしながら、本発明の一形態に係わる記憶装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域に結晶性ＯＳを有する。チャネル形成領域に結晶性ＯＳを有する場合、高い温度特性と、高い周波数特性と、低いオフ特性とを満たす記憶装置、および電子機器を提供することができる。
【０５９２】なお、領域８０４に示す範囲の製品としては、例えば、低消費電力且つ高性能なＣＰＵなどを有する電子機器、高温環境下での高い信頼性が求められる車載用の電子機器などが挙げられる。次に、本発明の一形態に係わる記憶装置などが組み込まれた電子部品および電子機器の一例を示す。
【０５９３】＜電子部品＞
記憶装置１００が組み込まれた電子部品の例を、図５３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明を行う。
【０５９４】図５３（Ａ）に電子部品７００および電子部品７００が実装された基板（実装基板７０４）の斜視図を示す。図５３（Ａ）に示す電子部品７００はＩＣチップであり、リードおよび回路部を有する。電子部品７００は、例えばプリント基板７０２に実装される。このようなＩＣチップが複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７０２上で電気的に接続されることで実装基板７０４が完成する。
【０５９５】電子部品７００の回路部として、上記実施の形態に示した記憶装置１００が設けられている。図５３（Ａ）では、電子部品７００のパッケージにＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）を適用しているが、パッケージの態様はこれに限定されない。
【０５９６】図５３（Ｂ）に電子部品７３０の斜視図を示す。電子部品７３０は、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  ｐａｃｋａｇｅ）またはＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）の一例である。電子部品７３０は、パッケージ基板７３２（プリント基板）上にインターポーザ７３１が設けられ、インターポーザ７３１上に半導体装置７３５、および複数の記憶装置１００が設けられている。
【０５９７】電子部品７３０では、記憶装置１００を広帯域メモリ（ＨＢＭ：Ｈｉｇｈ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ｍｅｍｏｒｙ）として用いる例を示している。また、半導体装置７３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などの集積回路（半導体装置）を用いることができる。
【０５９８】パッケージ基板７３２は、セラミック基板、プラスチック基板、またはガラスエポキシ基板などを用いることができる。インターポーザ７３１は、シリコンインターポーザ、樹脂インターポーザなどを用いることができる。
【０５９９】インターポーザ７３１は、複数の配線を有し、端子ピッチの異なる複数の集積回路を電気的に接続する機能を有する。複数の配線は、単層または多層で設けられる。また、インターポーザ７３１は、インターポーザ７３１上に設けられた集積回路をパッケージ基板７３２に設けられた電極と電気的に接続する機能を有する。これらのことから、インターポーザを「再配線基板」または「中間基板」と呼ぶ場合がある。また、インターポーザ７３１に貫通電極を設けて、当該貫通電極を用いて集積回路とパッケージ基板７３２を電気的に接続する場合もある。また、シリコンインターポーザでは、貫通電極として、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）を用いることも出来る。
【０６００】インターポーザ７３１としてシリコンインターポーザを用いることが好ましい。シリコンインターポーザでは能動素子を設ける必要が無いため、集積回路よりも低コストで作製することができる。一方で、シリコンインターポーザの配線形成は半導体プロセスで行なうことができるため、樹脂インターポーザでは難しい微細配線の形成が容易である。
【０６０１】ＨＢＭでは、広いメモリバンド幅を実現するために多くの配線を接続する必要がある。このため、ＨＢＭを実装するインターポーザには、微細かつ高密度の配線形成が求められる。よって、ＨＢＭを実装するインターポーザには、シリコンインターポーザを用いることが好ましい。
【０６０２】また、シリコンインターポーザを用いたＳｉＰやＭＣＭなどでは、集積回路とインターポーザ間の膨張係数の違いによる信頼性の低下が生じにくい。また、シリコンインターポーザは表面の平坦性が高いため、シリコンインターポーザ上に設ける集積回路とシリコンインターポーザ間の接続不良が生じにくい。特に、インターポーザ上に複数の集積回路を横に並べて配置する２．５Ｄパッケージ（２．５次元実装）では、シリコンインターポーザを用いることが好ましい。
【０６０３】また、電子部品７３０と重ねてヒートシンク（放熱板）を設けてもよい。ヒートシンクを設ける場合は、インターポーザ７３１上に設ける集積回路の高さを揃えることが好ましい。例えば、本実施の形態に示す電子部品７３０では、記憶装置１００と半導体装置７３５の高さを揃えることが好ましい。
【０６０４】電子部品７３０を他の基板に実装するため、パッケージ基板７３２の底部に電極７３３を設けてもよい。図５３（Ｂ）では、電極７３３を半田ボールで形成する例を示している。パッケージ基板７３２の底部に半田ボールをマトリクス状に設けることで、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）実装を実現できる。また、電極７３３を導電性のピンで形成してもよい。パッケージ基板７３２の底部に導電性のピンをマトリクス状に設けることで、ＰＧＡ（Ｐｉｎ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）実装を実現できる。
【０６０５】電子部品７３０は、ＢＧＡおよびＰＧＡに限らず様々な実装方法を用いて他の基板に実装することができる。例えば、ＳＰＧＡ（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  Ｐｉｎ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＪ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｊ−ｌｅａｄｅｄ  ｐａｃｋａｇｅ）、またはＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ  ｐａｃｋａｇｅ）などの実装方法を用いることができる。
【０６０６】＜電子機器＞
次に、上記電子部品を備えた電子機器の例について図５４を用いて説明を行う。
【０６０７】ロボット７１００は、照度センサ、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、ディスプレイ、各種センサ（赤外線センサ、超音波センサ、加速度センサ、ピエゾセンサ、光センサ、ジャイロセンサなど）、および移動機構などを備える。電子部品７３０はプロセッサなどを有し、これら周辺機器を制御する機能を有する。例えば、電子部品７００はセンサで取得されたデータを記憶する機能を有する。
【０６０８】マイクロフォンは、使用者の音声および環境音などの音響信号を検知する機能を有する。また、スピーカは、音声および警告音などのオーディオ信号を発する機能を有する。ロボット７１００は、マイクロフォンを介して入力されたオーディオ信号を解析し、必要なオーディオ信号をスピーカから発することができる。ロボット７１００において、は、マイクロフォン、およびスピーカを用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
【０６０９】カメラは、ロボット７１００の周囲を撮像する機能を有する。また、ロボット７１００は、移動機構を用いて移動する機能を有する。ロボット７１００は、カメラを用いて周囲の画像を撮像し、画像を解析して移動する際の障害物の有無などを察知することができる。
【０６１０】飛行体７１２０は、プロペラ、カメラ、およびバッテリなどを有し、自律して飛行する機能を有する。電子部品７３０はこれら周辺機器を制御する機能を有する。
【０６１１】例えば、カメラで撮影した画像データは、電子部品７００に記憶される。電子部品７３０は、画像データを解析し、移動する際の障害物の有無などを察知することができる。また、電子部品７３０によってバッテリの蓄電容量の変化から、バッテリ残量を推定することができる。
【０６１２】掃除ロボット７１４０は、上面に配置されたディスプレイ、側面に配置された複数のカメラ、ブラシ、操作ボタン、各種センサなどを有する。図示されていないが、掃除ロボット７３００には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット７３００は自走し、ゴミを検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
【０６１３】例えば、電子部品７３０は、カメラが撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシに絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシの回転を止めることができる。
【０６１４】自動車７１６０は、エンジン、タイヤ、ブレーキ、操舵装置、カメラなどを有する。例えば、電子部品７３０は、ナビゲーション情報、速度、エンジンの状態、ギアの選択状態、ブレーキの使用頻度などのデータに基づいて、自動車７１６０の走行状態を最適化するための制御を行う。例えば、カメラで撮影した画像データは電子部品７００に記憶される。
【０６１５】電子部品７００および／または電子部品７３０は、ＴＶ装置７２００（テレビジョン受像装置）、スマートフォン７２１０、ＰＣ７２２０（パーソナルコンピュータ）、７２３０、ゲーム機７２４０、ゲーム機７２６０等に組み込むことができる。
【０６１６】例えば、ＴＶ装置７２００に内蔵された電子部品７３０は画像エンジンとして機能させることができる。例えば、電子部品７３０は、ノイズ除去、解像度アップコンバージョンなどの画像処理を行う。
【０６１７】スマートフォン７２１０は、携帯情報端末の一例である。スマートフォン７２１０は、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、各種センサ、および表示部を有する。電子部品７３０によってこれら周辺機器が制御される。
【０６１８】ＰＣ７２２０、ＰＣ７２３０はそれぞれノート型ＰＣ、据え置き型ＰＣの例である。ＰＣ７２３０には、キーボード７２３２、およびモニタ装置７２３３が無線または有線により接続可能である。ゲーム機７２４０は携帯型ゲーム機の例である。ゲーム機７２６０は据え置き型ゲーム機の例である。ゲーム機７２６０には、無線または有線でコントローラ７２６２が接続されている。コントローラ７２６２に、電子部品７００および／または電子部品７３０を組み込むこともできる。
【０６１９】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０６２０】１００：記憶装置、１１１：入出力回路１１２：制御回路、１１３：Ｃレシーバ、１１４：設定レジスタ、１１５：ＬＶＤＳ回路、１１７：デコーダ、１１８：レジスタ、１１９：レジスタ、１２７：センスアンプ、２１０：記憶ブロックアレイ、２１１：記憶ブロック、２１２：ワード線ドライバ、２１３：ローカルセンスアンプドライバ、２１４：ローカルセンスアンプアレイ、２１５：グローバルセンスアンプ、２１６：セレクタ、２３０：酸化物、２３１：スイッチ、２３２：スイッチ、２３３：スイッチ、２３４：スイッチ、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【国際調査報告】
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