半导体装置的制作方法

本发明的一个方式涉及一种半导体装置等。本发明的一个方式不局限于上述。本说明书等所公开的发明的一个方式的涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。由此，更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的的例子可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、这些装置的驱动方法或者这些装置的制造方法。

背景技术：

1、包括具有保持数据的存储电路和对数据进行运算处理的运算电路的半导体装置的电子设备得到普及。为了使上述电子设备快速处理大量数据，有关提升半导体装置性能的技术开发日益火热。在计算量及参数量庞大的ai(artificial intelligence)技术中，随着性能的提高，发热及功耗成为问题，因此降低发热及功耗的技术开发正在积极地进行。

2、在ai技术中，以神经网络运算为代表，不断重复进行如下工作：依次读出存储在存储电路中的数据，使用该数据在运算电路中进行运算，再将通过该运算得到的数据存储在存储器中。为此，存储电路与运算电路间的数据传送所消耗的功耗占支配性地位。作为对策，公开有一种如下技术：将存储电路和运算电路一体化，即，所谓的被称为内存计算或近内存计算(例如专利文献1)。

3、[专利文献]

4、[专利文献1]美国专利申请公开第2021/0089390号说明书

5、在神经网络运算中，数据数量增大时运算电路中存储单元阵列所占的区域增大。因此，当并列配置存储单元阵列时，存在与运算电路邻接的存储单元阵列和离运算电路较远的存储单元阵列。

6、在该结构中，当运算所需的数据存在于与运算电路邻接的存储单元阵列中时，可以抑制数据传送所需的功耗。但是，当数据存在于离运算电路较远的存储单元阵列中时，功耗增加。因此，储存数据的存储单元阵列的选择受到限制，为了实现低功耗，自由度受到限制。

7、另外，由于存储单元阵列随着数据数量的增大而增加，当选择用于储存数据的存储单元阵列的自由度增加时，存在能够从其读出与运算有关的数据的存储单元阵列和储存有与运算没有直接关系的数据的存储单元阵列。此时，与运算没有直接关系的存储单元阵列中发生电力消耗。

技术实现思路

1、本发明的一个方式的目的之一是提供一种储存数据的存储单元阵列的选择自由度高的半导体装置，该半导体装置无论将数据储存到哪个存储单元阵列，数据传送所需的功耗都基本相同。或者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种运算效率高的半导体装置，该半导体装置可以在读出储存在存储单元阵列中的数据进行运算处理的同时进行向其他存储单元阵列的数据写入。或者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种通过对与运算处理的执行无关的存储单元阵列进行电源门控来降低功耗的半导体装置。或者，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的半导体装置。

2、注意，本发明的一个方式的目的不局限于上述目的。上述列举的目的并不妨碍其他目的的存在。其他目的是指将在下面的记载中描述的上述以外的目的。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上面没有提到的目的。注意，本发明的一个方式实现上述目的及/或其他目的中的至少一个目的。

3、本发明的一个方式是一种半导体装置，其包括具有第一晶体管的多个存储层以及具有第二晶体管的驱动电路层。存储层层叠地设置在驱动电路层上。各存储层分别包括具有多个存储单元的存储单元阵列。存储单元通过写入字线、读出字线、写入位线及读出位线控制数据的写入或读出。驱动电路层包括驱动写入字线、读出字线、写入位线及读出位线的驱动电路部和运算电路部。驱动电路部在设置在各层中的存储单元阵列的每一个中都包括用来控制数据的写入或读出的多个驱动电路。运算电路部利用通过驱动电路部读出的设置在各层中的存储单元阵列所保持的数据进行运算处理。

4、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选第一晶体管是具有沟道形成区的半导体层包含氧化物半导体的晶体管。

5、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选氧化物半导体包含in、ga及zn。

6、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选运算处理为积和运算处理。

7、本发明的一个方式是一种半导体装置，其包括具有第一晶体管的多个存储层以及具有第二晶体管的驱动电路层。存储层层叠地设置在驱动电路层上。各存储层分别包括具有多个存储单元的存储单元阵列。存储单元通过写入字线、读出字线、写入位线及读出位线控制数据的写入或读出。驱动电路层包括驱动写入字线、读出字线、写入位线及读出位线的驱动电路部和运算电路部。驱动电路部在设置在各层中的存储单元阵列的每一个中都包括用来控制数据的写入或读出的多个驱动电路。运算电路部利用通过驱动电路部读出的设置在各层中的存储单元阵列所保持的数据进行运算处理。存储层包括设置在不同层中的第一存储单元阵列及第二存储单元阵列。驱动电路部具有在读出第一存储单元阵列所保持的第一数据并将其输出到运算电路部的同时向第二存储单元阵列写入第二数据的功能。

8、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选第一晶体管是具有沟道形成区的半导体层包含氧化物半导体的晶体管。

9、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选氧化物半导体包含in、ga及zn。

10、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选运算处理为积和运算处理。

11、本发明的一个方式是一种半导体装置，其包括具有第一晶体管的多个存储层以及具有第二晶体管的驱动电路层。其中，存储层层叠地设置在驱动电路层上。各存储层分别包括具有多个存储单元的存储单元阵列。存储单元通过写入字线、读出字线、写入位线及读出位线控制数据的写入或读出。驱动电路层包括驱动写入字线、读出字线、写入位线及读出位线的驱动电路部和运算电路部。驱动电路部在设置在各层中的存储单元阵列的每一个中都包括用来控制数据的写入或读出的多个驱动电路。运算电路部利用通过驱动电路部读出的设置在各层中的存储单元阵列所保持的数据进行运算处理。存储层包括设置在不同层中的第一存储单元阵列及第二存储单元阵列。驱动电路部在读出第一存储单元阵列所保持的第一数据并将其输出到运算电路部的同时停止输出用于控制第二存储单元阵列的数据的写入或读出的控制信号。

12、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选第一晶体管是具有沟道形成区的半导体层包含氧化物半导体的晶体管。

13、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选氧化物半导体包含in、ga及zn。

14、在本发明的一个方式的半导体装置中，优选运算处理为积和运算处理。

15、注意，本发明的其他方式记载于下面所述的实施方式中的说明及附图中。

16、本发明的一个方式可以提供一种储存数据的存储单元阵列的选择自由度高的半导体装置，该半导体装置无论将数据储存到哪个存储单元阵列，数据传送所需的功耗都基本相同。或者，本发明的一个方式可以提供一种运算效率高的半导体装置，该半导体装置可以在读出储存在存储单元阵列中的数据进行运算处理的同时进行向其他存储单元阵列的数据写入。或者，本发明的一个方式可以提供一种通过对与运算处理的执行无关的存储单元阵列进行电源门控来降低功耗的半导体装置。或者，本发明的一个方式可以提供一种具有新颖结构的半导体装置。

17、注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，说明书、附图以及权利要求书等的记载中显然存在上述效果以外的效果，可以从说明书、附图以及权利要求书等的记载中获得上述效果以外的效果。