半导体装置的制作方法

本发明的一个实施方式涉及一种读出放大器或半导体装置。尤其是，本发明的一个实施方式涉及一种在存储装置从存储单元读出数据时使用的读出放大器。注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。存储装置、显示装置、发光装置、电光装置、蓄电装置、半导体电路以及电子设备有时包括半导体装置。注意，本发明的一个实施方式不局限于上述。本说明书等所公开的发明的涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个实施方式涉及一种工序、机器、产品或组合物。

背景技术：

1、动态随机存取存储器(dram)作为典型的存储器广泛地使用。dram具有如下特征：在原理上能够无限制地进行写入；写入及读出的速度快；因单元的元件数量少而容易实现高集成化等。并且，dram作为大容量存储器组装于多种电子设备。

2、一般来说，dram中的存储单元(以下也称为dram单元)由一个晶体管(1t)及一个电容器(1c)构成，并且与位线及字线电连接。晶体管的栅极与字线电连接，晶体管被用作使位线与电容器之间导通或非导通的开关。dram是通过将电荷保持在电容器而储存数据的存储器，储存于dram单元的数据通过位线及晶体管被写入及读出。

3、在读出储存于dram单元的数据的情况下，晶体管使位线与电容器之间成为导通状态，但是由于位线的容量而根据保持在电容器的电荷变化的位线的电位极少。读出放大器与位线电连接，可以放大略微变化的位线的电位而读出储存于dram单元的数据。

4、另一方面，已提出了将在沟道形成区域中包括金属氧化物的晶体管(也称为“氧化物半导体晶体管”、“os晶体管”)应用于dram单元的dram(例如，专利文献1、2、非专利文献1)。因为os晶体管的关闭状态下的泄漏电流(关态电流)极小，所以可以制造刷新期间长且功耗小的存储器。在本说明书等中，将os晶体管应用于dram单元的dram被称为“氧化物半导体dram”或“动态氧化物半导体随机存取存储器(注册商标，dosram)”。

5、另外，近年来，随着电子设备的小型化、轻量化，对通过小型化或形成在不同层等的方法高密度地集成有晶体管及电容器等的半导体装置的要求提高。

6、[参考文献]

7、[专利文献]

8、[专利文献1]日本专利申请公开第2012-256820号公报

9、[专利文献2]国际公开第2015/155635号

10、[非专利文献]

11、[非专利文献1]t.onuki et al.，”dram with storage capacitance of 3.9ffusing caac-os transistor with l of 60nm and having more than 1-h retentioncharacteristics，”ext.abstr.ssdm，2014，pp.430-431.

技术实现思路

1、在dram、dosram等的存储装置中，在读出储存于存储单元的数据时使用的读出放大器具有将根据保持在存储单元的电容器的电荷略微变化的位线的电位放大的功能。构成读出放大器的晶体管的特性不均匀影响到读出放大器的精度，因此有在特性不均匀大时不能检测出位线电位的略微变化的问题。

2、本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的读出放大器。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的半导体装置。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的读出放大器的工作方法。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的半导体装置的工作方法。另外，本发明的一个实施方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置或者新颖的半导体装置的工作方法。

3、注意，本发明的一个实施方式并不需要实现所有上述目的，只要可以实现至少一个目的即可。另外，上述目的的记载不妨碍其他目的的存在。上述以外的目的自可从说明书、权利要求书、附图等的记载显而易见，且可以从说明书、权利要求书、附图等的记载中抽出上述以外的目的。

4、本发明的一个实施方式是一种半导体装置，包括：反相器、第一晶体管、第二晶体管、电容器、输入部以及输出部。半导体装置与第一控制线及第二控制线电连接，电容器的第一端子与输入部电连接，电容器的第二端子与反相器的输入端子电连接。第一晶体管被用作切换反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换反相器的输出端子与输出部之间的导通和非导通的开关。第一晶体管的栅极与第一控制线电连接，第二晶体管的栅极与第二控制线电连接。

5、另外，本发明的一个实施方式是一种半导体装置，包括：反相器、第一晶体管、第二晶体管、输入部以及输出部。半导体装置与第一控制线及第二控制线电连接，反相器的输入端子与输入部电连接。第一晶体管被用作切换反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换反相器的输出端子与输出部之间的导通和非导通的开关。第一晶体管的栅极与第一控制线电连接，第二晶体管的栅极与第二控制线电连接。

6、另外，在上述实施方式中，半导体装置具有进行初始化工作的功能。在初始化工作中，通过利用第一晶体管使反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。

7、另外，在上述实施方式中，第一晶体管在其沟道形成区域中包含金属氧化物。

8、另外，本发明的一个实施方式是一种读出放大器，包括放大器电路及预充电电路。读出放大器与第一布线及第二布线电连接，预充电电路具有将第一布线及第二布线设定为第一电位的功能。放大器电路包括第一电路及第二电路，第一电路包括第一反相器、第一晶体管、第二晶体管及第一电容器，第二电路包括第二反相器、第三晶体管、第四晶体管及第二电容器。第一电容器的第一端子与第一布线电连接，第一电容器的第二端子与第一反相器的输入端子电连接。第一晶体管被用作切换第一反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换第一反相器的输出端子与第二布线之间的导通和非导通的开关。第二电容器的第一端子与第二布线电连接，第二电容器的第二端子与第二反相器的输入端子电连接。第三晶体管被用作切换第二反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第四晶体管被用作切换第二反相器的输出端子与第一布线之间的导通和非导通的开关。

9、另外，本发明的一个实施方式是一种读出放大器，包括放大器电路及预充电电路。读出放大器与第一布线及第二布线电连接，预充电电路具有将第一布线及第二布线设定为第一电位的功能。放大器电路包括第一电路及第二电路，第一电路包括第一反相器、第一晶体管、第二晶体管、第一电容器及第一导电体，第二电路包括第二反相器、第三晶体管、第四晶体管、第二电容器及第二导电体。第一电容器的第一端子与第一布线电连接，第一反相器包括第五晶体管、第六晶体管，第一电容器的第二端子通过第一导电体与第五晶体管和第六晶体管中的任一个或两个栅极电连接。第一晶体管被用作第一电容器的电极，第一晶体管被用作切换第一反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换第一反相器的输出端子与第二布线之间的导通或非导通的开关。第二电容器的第一端子与第二布线电连接，第二反相器包括第七晶体管、第八晶体管，第二电容器的第二端子通过第二导电体与第七晶体管和第八晶体管中的任一个或两个栅极电连接。第二导电体被用作第二电容器的电极，第三晶体管被用作切换第二反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第四晶体管被用作切换第二反相器的输出端子与第一端子之间的导通和非导通的开关。

10、另外，本发明的一个实施方式是一种读出放大器，包括第一电路及第二电路。读出放大器与第一布线及第二布线电连接，第一电路包括第一反相器、第一晶体管及第二晶体管，第二电路包括第二反相器、第三晶体管及第四晶体管。第一反相器的输入端子与第一布线电连接，第一晶体管被用作切换第一反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换第一反相器的输出端子与第二布线之间的导通和非导通的开关。第二反相器的输入端子与第二布线电连接，第三晶体管被用作切换第二反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第四晶体管被用作切换第二反相器的输出端子与第一布线之间的导通和非导通的开关。

11、另外，在上述实施方式中，读出放大器具有进行初始化工作的功能。在初始化工作中，利用第一晶体管使第一反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态，且利用第三晶体管使第二反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。

12、另外，在上述实施方式中，读出放大器具有进行包括第一工作至第四工作的初始化工作的功能。在第一工作中利用第一晶体管使第一反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。在第二工作中利用第三晶体管使第二反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。在第三工作中利用第二晶体管使第一反相器的输出端子与第二布线之间成为导通状态。在第四工作中利用第四晶体管使第二反相器的输出端子与第一布线之间成为导通状态。

13、另外，本发明的一个实施方式是一种读出放大器，包括第一电路及第二电路。放大器与第一布线及第二布线电连接，第一电路包括第一反相器、第一晶体管、第二晶体管及第一电容器，第二电路包括第二反相器、第三晶体管、第四晶体管及第二电容器。第一电容器的第一端子与第一布线电连接，第一电容器的第二端子与第一反相器的输入端子电连接。第一晶体管被用作切换第一反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第二晶体管被用作切换第一反相器的输出端子与第二布线之间的导通和非导通的开关。第二电容器的第一端子与第二布线电连接，第二电容器的第二端子与第二反相器的输入端子电连接。第三晶体管被用作切换第二反相器的输入端子与输出端子之间的导通和非导通的开关，第四晶体管被用作切换第二反相器的输出端子与第一布线之间的导通和非导通的开关。读出放大器具有进行包括第一工作至第四工作的初始化工作的功能。在第一工作中利用第一晶体管使第一反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。在第二工作中利用第三晶体管使第二反相器的输入端子与输出端子之间成为导通状态。在第三工作中利用第二晶体管使第一反相器的输出端子与第二端子之间成为导通状态。在第四工作中利用第四晶体管使第二反相器的输出端子与第一布线之间成为导通状态。

14、另外，在上述实施方式中，第一晶体管及第三晶体管在其沟道形成区域中包含金属氧化物。

15、另外，在上述实施方式中，第一晶体管、第三晶体管、第五晶体管和第六晶体管中的任一个以及第七晶体管和第八晶体管中的任一个在其沟道形成区域中包含金属氧化物。

16、根据本发明的一个实施方式，可以提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的读出放大器。另外，根据本发明的一个实施方式，可以提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的半导体装置。另外，根据本发明的一个实施方式，可以提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的读出放大器的工作方法。另外，根据本发明的一个实施方式，可以提供一种不容易受到晶体管的特性不均匀的影响的半导体装置的工作方法。

17、注意，本发明的一个实施方式的效果不局限于上述列举的效果。另外，以上列举的效果并不妨碍其他效果的存在。其他效果是上面没有提到而将在下面的记载中进行说明的效果。所属技术领域的普通技术人员可以从说明书或附图等的记载导出并适当地衍生出该在本部分中未说明的效果。此外，本发明的一个实施方式是实现上述列举的记载及其他效果中的至少一个效果的。因此，本发明的一个实施方式有时不具有上述列举的效果。