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公開番号2025120211
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2025090784,2021562202
出願日2025-05-30,2020-11-25
発明の名称情報処理装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類G11C 5/02 20060101AFI20250807BHJP(情報記憶)
要約【課題】信号伝達遅延が小さく、消費電力が小さい、新規な情報処理装置を提供する。
【解決手段】記憶装置は、第1の層と、第2の層と、第3の層と、を有する。第1の層には、回路が設けられる。第2の層には、メモリセル部が設けられる。第3の層には、第1電極が設けられる。回路は、メモリセル部に第1データまたは第2データの読み出しまたは書き込みを切り替えて行う機能を有する。第2の層の少なくとも一部は、第1の層の上方に積層して設けられる。第3の層の少なくとも一部は、第2の層の上方に積層して設けられる。演算装置は、第4の層と、第5の層と、を有する。第4の層には、中央演算装置が設けられる。第5の層には、第2電極が設けられる。第5の層の少なくとも一部は、第4の層の上方に積層して設けられる。回路は、第1電極および第2電極を介して、中央演算装置と電気的に接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
演算装置と、
記憶装置と、
配線層と、を有し、
前記記憶装置は、前記演算装置の上方に積層して設けられ、
前記配線層は、前記記憶装置の上方に積層して設けられ、
前記演算装置は、ニューラルネットワークに基づく推論処理を行うための積和演算を実行する、情報処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置に関する。特に、半導体特性を利用した記憶装置（半導体記憶装置、メモリ、ともいう）および演算装置を有する情報処理装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、撮像装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、表示システム、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
パーソナルコンピュータ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ：ＰＣ）、サーバー（Ｓｅｒｖｅｒ）、データセンター（ＤａｔａＣｅｎｔｅｒ）などの情報処理装置に使用される不揮発性の記憶装置として、主にハードディスクドライブ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ：ＨＤＤ）が長年使用されてきたが、近年、軽量で物理的な動作部分がなくデータの読み込み、書き込みが高速であるソリッドステートドライブ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ：ＳＳＤ）の普及が進んでいる。
【０００４】
ＳＳＤの多くはＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリ（フラッシュメモリともいう）とコントローラを用いて構成され、ＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリはデータを電気的に記憶する、不揮発性の記憶装置である。ＳＳＤのキャッシュメモリ（バッファメモリ、ともいう）には、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲＡＭ）などが用いられ、ＤＲＡＭおよびＳＲＡＭは揮発性の記憶装置である。なお、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリなど、半導体特性を利用した記憶装置を、本明細書等では半導体記憶装置（メモリ、ともいう）と呼ぶ。
【０００５】
一方、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物半導体または金属酸化物を有するトランジスタ（酸化物半導体トランジスタ、ＯＳ（ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ、ともいう）が知られている。ＯＳトランジスタは、トランジスタがオフ状態にあるときのドレイン電流（オフ電流、ともいう）が非常に小さい（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）特性を有し、注目を集めている。また、ＤＲＡＭは、メモリセルが１個のトランジスタと１個の容量素子で構成され、容量素子に電荷を蓄積することでデータを記憶する記憶装置である。そのため、ＤＲＡＭのメモリセルにＯＳトランジスタを用いることで、記憶したデータを長時間保持することができる。
【０００６】
また、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもないＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造、およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出されている（非特許文献１および非特許文献３、参照）。非特許文献１および非特許文献３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が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．，“ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒａｎｄｉｔｓｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，” Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５３，０４ＥＤ１８（２０１４）．
Ｋ．Ｋａｔｏｅｔａｌ．，“ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＯｆｆ－ＳｔａｔｅＣｕｒｒｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＵｓｉｎｇＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｄｉｕｍ－Ｇａｌｌｉｕｍ－ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ，”Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．５１，０２１２０１（２０１２）．
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉｅｔａｌ．， “ＳＩＤＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ４３，ｉｓｓｕｅ１，ｐ．１８３－１８６
Ｓ．Ｍａｅｄａｅｔａｌ．， “Ａ２０ｎｓ－Ｗｒｉｔｅ４５ｎｓ－Ｒｅａｄａｎｄ１０１４－ＣｙｃｌｅＥｎｄｕｒａｎｃｅＭｅｍｏｒｙＭｏｄｕｌｅＣｏｍｐｏｓｅｄｏｆ６０ｎｍＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”，ＩＳＳＣＣ２０１８，ＳＥＳＳＩＯＮ３０，ＥＭＥＲＧＩＮＧＭＥＭＯＲＩＥＳ，３０．４，ｐ．４８４－４８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリなどの半導体記憶装置は、中央処理ユニット（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）とは別のプロセスで作製される。半導体記憶装置とＣＰＵとを接続するための配線数は制限されるため、ＤＩＭＭ（ＤｕａｌＩｎｌｉｎｅＭｅｍｏｒｙＭｏｄｕｌｅ）規格などによる高速のデータ伝送が求められる。半導体記憶装置とＣＰＵとの距離が離れていると、配線の寄生容量あるいは抵抗が大きくなるため、消費電力が高くなる虞がある。
【０００９】
また半導体記憶装置であるＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリは、書き込みと消去に高い電圧が必要である。また、ＮＡＮＤ型ユニバーサルメモリと、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなどのキャッシュメモリと、を同一のチップに作製することは、両者の作製プロセスが異なるため、困難である。
【００１０】
本発明の一形態は、ＮＡＮＤ型の半導体記憶装置とＣＰＵとを、短い配線で接続することができる情報処理装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一形態は、消費電力の低減を図ることができる情報処理装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一形態は、ＮＡＮＤ型の半導体記憶装置におけるデータの書き込みおよび読出しの速度を切り替え可能な、新規な構成の情報処理装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一形態は、新規な構成の情報処理装置を提供することを課題の一つとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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