[发明专利]一种利用薄膜电晶体作为非易失性存储器的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用薄膜电晶体(TFT)基底储存电荷作为非易失性存储器的方法及其装置，特别是利用薄膜电晶体(TFT)的电性操作方法，并运用一般的薄膜电晶体(TFT)作为非易失性存储器的存储单元。

背景技术

近年来，由于平面显示器广泛地运用在电脑、电视以及通讯等电子产品上，对于平面显示器性能的要求也越来越高，将显示器周边的电路同时制作在低温多晶硅(LTPS)TFT-LCD面板上，可达到系统整合的目的。其中，运用薄膜电晶体(TFT)作为非挥发存储器，更是系统整合的一个重要环节。

目前将非易失性存储器整合于面板上的技术，大部分是将一般薄膜电晶体(TFT)结构进行改变，以储存电荷。请参考美国专利公开号US20040206957“半导体装置及其制造方法”以及美国专利公告号US6005270“半导体非易失性存储器装置及其制造方法”为将TFT作为非易失性存储器的现有技术。美国专利公开号US20040206957是在一般薄膜电晶体(TFT)的栅极氧化层上散布硅颗粒(silicon particles)用于补捉电荷，再覆上一层第二栅极氧化层；美国专利公告号US6005270是在一般薄膜电晶体(TFT)的栅极与栅极绝缘层之间增加一电荷储存层(charging storing layer)以储存电荷。

然而，上述以及其他类似增加浮置栅(floating gate)或穿透氧化层(tunneling oxide)等手段，制程比一般薄膜电晶体(TFT)复杂，因此制作成本较高。此外，当电子元件微小化的同时，穿透氧化层也将要微小化，存储器的保存能力可能产生问题。因此，现有将一般薄膜电晶体(TFT)作为非易失性存储器的技术，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在提供一种利用薄膜电晶体(TFT)基底储存电荷作为非易失性存储器的方法，其是利用薄膜电晶体(TFT)的电性操作方法，薄膜电晶体(TFT)在导通时会产生自我加热现象而产生电子空穴对，栅极的垂直电场将电子空穴对分离后，将电荷注入并储存到薄膜电晶体(TFT)的基底，完成写入，可运用于非易失性存储器，以利于与一般薄膜电晶体(TFT)元件所构成的如逻辑电路、LCD基板阵列等装置相互整合，而无需增加额外的制程。

本发明另一目的在提供一种利用薄膜电晶体(TFT)作为存储单元的非易失性存储器装置，并与其他一般薄膜电晶体(TFT)元件进一步整合于同一基板上，而不需要增加额外制程。

为达前述目的本发明利用薄膜电晶体(TFT)基底储存电荷作为非易失性存储器的方法，其中一薄膜电晶体(TFT)具有中间为一基底以及两端分别为一漏极、一源极的一半导体层，设置于具有一绝缘表面的一基板上，一栅极绝缘层设置于该半导体层上，以及一栅极设置于该栅极绝缘层上，该利用薄膜电晶体(TFT)基底储存电荷作为非易失性存储器的方法包含：一写入动作，其包括在该薄膜电晶体的漏极施加一第一漏极电压，在该薄膜电晶体的栅极施加一栅极电压，以及将该薄膜电晶体的源极接地，其中，当该栅极电压与该漏极电压所产生的焦尔热(Joule heating为漏极电流与漏极电压的乘积)足以造成自我加热(self-heating)效应，将该薄膜电晶体中的多数载流子注入该薄膜电晶体的基底，并造成该薄膜电晶体起始电压改变，完成写入动作；以及一擦除动作，其包括在该薄膜电晶体的漏极施加一第二漏极电压，在该薄膜电晶体的源极施加一源极电压，以及将该薄膜电晶体的栅极接地，其中，该源极与第二漏极两者间的偏压使该存储器的半导体层中的多数载流子在基底中移除。

本发明另一实施例的利用薄膜电晶体(TFT)作为存储单元的非易失性存储器装置，一种非易失性存储器，提供一数据写入动作以及一数据擦除动作，其包含一存储器，用于存取数据，其包含至少一存储单元以阵列方式所构成，该存储单元包含一半导体层设置于具有一绝缘表面的一基板上，一栅极绝缘层设置于该半导体层上，以及一栅极设置于该栅极绝缘层上；一逻辑电路，用于控制数据，其中，该存储单元的该半导体层由一基底以及分别位于该基底两端的一源极及一漏极所构成，该存储单元为一般薄膜电晶体(TFT)结构，且该存储器以及该逻辑电路整合于前述基板上。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例元件剖面图；

图2是本发明第一较佳实施例写入电压示意图；

图3是本发明第一较佳实施例擦除电压示意图；

图4是本发明第二较佳实施例非易失性存储器示意图；

图5是本发明第二较佳实施例存储单元阵列示意图；