JP2000228511A - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の製造方法

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JP2000228511A
JP2000228511A JP11029031A JP2903199A JP2000228511A JP 2000228511 A JP2000228511 A JP 2000228511A JP 11029031 A JP11029031 A JP 11029031A JP 2903199 A JP2903199 A JP 2903199A JP 2000228511 A JP2000228511 A JP 2000228511A
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gate
floating gate
oxide film
forming
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Kazuyuki Kawakami
和幸 川上
Masahiro Ono
正寛 小野
Yukihiro Otani
幸弘 大谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣り合うメモリセルトランジスタ同士の特性
ばらつきを抑制する。 【解決手段】 シリコン基板1上のゲート酸化膜3A上
に形成されるフローティングゲート4と、このフローテ
ィングゲート4を被覆するトンネル酸化膜3を介してフ
ローティングゲート4上に重なるように形成されるコン
トロールゲート6と、フローティングゲート4とコント
ロールゲート6に隣接するように基板表層に形成される
ソース・ドレイン領域7,8とを備え、少なくとも隣り
合うメモリセル部がドレイン領域7を共有する場合、前
記隣り合うメモリセル部の各フローティングゲート形成
領域及び各コントロールゲートに隣接するように形成さ
れるドレイン領域形成領域を1つのマスク合わせ工程に
より確定することで、各選択ゲートトランジスタの実効
的なゲート長(ほぼLa=Lb)ばらつきを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板上の
ゲート酸化膜上に形成されるフローティングゲートと、
このフローティングゲートを被覆するトンネル酸化膜を
介してフローティングゲート上に重なって形成されるコ
ントロールゲートとを有する不揮発性半導体記憶装置の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】メモリセルが単一のトランジスタからな
る電気的に消去可能な不揮発性半導体記憶装置、特にプ
ログラマブルROM(EEPROM:Electrically Erasable an
d Programmable ROM(フラッシュメモリとも称す))に
おいては、フローティングゲートとコントロールゲート
とを有する2重ゲート構造のトランジスタによって各メ
モリセルが形成される。
【0003】図4はこのようなフローティングゲートを
有する不揮発性半導体記憶装置のメモリセル部分の平面
図で、図5はそのX1−X1線の断面図である。この図
においては、コントロールゲートがフローティングゲー
トと並んで配置されるメモリセル部を有するスプリット
ゲート構造を示している。
【0004】このようなメモリセルトランジスタの場
合、コントロールゲート6とフローティングゲート4と
が並設された領域下のチャネル領域部分で発生したホッ
トエレクトロンをフローティングゲート4に注入するこ
とでデータの書き込みが行われる。そして、F−N伝導
(Fowler-Nordheim tunnelling)によってフローティング
ゲート4からコントロールゲート6へ電荷を引き抜くこ
とでデータの消去が行われる。
【0005】図において、P型のシリコン基板1の表面
領域に、LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)法
により選択的に厚く形成されるLOCOS酸化膜よりな
る複数の素子分離膜2が短冊状に形成され、素子領域が
区画される。シリコン基板1上に、酸化膜3Aを介し、
隣り合う素子分離膜2の間に跨るようにしてフローティ
ングゲート4が配置される。このフローティングゲート
4は、1つのメモリセル毎に独立して配置される。ま
た、フローティングゲート4上の選択酸化膜5は、選択
酸化法によりフローティングゲート4の中央部で厚く形
成され、フローティングゲート4の上部角部を鋭角にし
ている。これにより、データの消去動作時にフローティ
ングゲート4の上部角部で電界集中が生じ易いようにし
ている。
【0006】複数のフローティングゲート4が配置され
たシリコン基板1上に、フローティングゲート4の各列
毎に対応して前記酸化膜3Aと一体化されたトンネル酸
化膜3を介してコントロールゲート6が配置される。こ
のコントロールゲート6は、一部がフローティングゲー
ト4上に重なり、残りの部分が酸化膜3Aを介してシリ
コン基板1に接するように配置される。また、これらの
フローティングゲート4及びコントロールゲート6は、
それぞれ隣り合う列が互いに面対称となるように配置さ
れる。
【0007】前記コントロールゲート6の間の基板領域
及びフローティングゲート4の間の基板領域に、N型の
ドレイン領域7及びソース領域8が形成される。ドレイ
ン領域7は、コントロールゲート6の間で素子分離膜2
に囲まれてそれぞれが独立し、ソース領域8は、コント
ロールゲート6の延在する方向に連続する。これらのフ
ローティングゲート4、コントロールゲート6、ドレイ
ン領域7及びソース領域8によりメモリセルトランジス
タが構成される。
【0008】そして、前記フローティングゲート4やコ
ントロールゲート6上に、酸化膜9を介して、金属配線
10がコントロールゲート6と交差する方向に配置され
る。この金属配線10は、コンタクトホール11を通し
て、ドレイン領域7に接続される。そして、各コントロ
ールゲート6は、ワード線となり、コントロールゲート
6と平行に延在するソース領域8は、ソース線となる。
また、ドレイン領域7に接続される金属配線10は、ビ
ット線となる。尚、この金属配線10は、アルミニウム
膜(例えば、Al,Al−Si,Al−Cu,Al−S
i−Cu膜)等から成り、コンタクトホール11内にT
i膜やチタンナイトライド(TiN)膜等から成るバリ
アメタル膜を介して形成されている。また、前記金属配
線10は、コンタクトホール11内にバリアメタル膜を
介してW膜から成るタングステンプラグを埋設し、その
上にアルミニウム膜(例えば、Al,Al−Si,Al
−Cu,Al−Si−Cu膜)等を形成するものでも良
い。
【0009】このような2重ゲート構造のメモリセルト
ランジスタの場合、フローティングゲート4に注入され
る電荷の量によってソース、ドレイン間のオン抵抗値が
変動する。そこで、フローティングゲート4に選択的に
電荷を注入することにより、特定のメモリセルトランジ
スタのオン抵抗値を変動させ、これによって生じる各メ
モリセルトランジスタの動作特性の差を記憶するデータ
に対応づけるようにしている。
【0010】以上の不揮発性半導体記憶装置におけるデ
ータの書き込み、消去及び読み出しの各動作は、例え
ば、以下のようにして行われる。書き込み動作において
は、コントロールゲート6の電位を2V、ドレイン領域
7の電位を0.5V、ソース領域8の高電位を12Vと
する。これにより、ソース領域8に高電位を印加するこ
とで、ソース領域8とフローティングゲート4間のカッ
プリング比によりフローティングゲート4の電位が9V
程度に持ち上げられ、フローティングゲート4とコント
ロールゲート6とが並設された領域下のチャネル領域付
近で発生したホットエレクトロンが、前記酸化膜3Aを
通してフローティングゲート4に注入されてデータの書
き込みが行われる。
【0011】一方、消去動作においては、ドレイン領域
7及びソース領域8の電位を0Vとし、コントロールゲ
ート6を14Vとする。これにより、フローティングゲ
ート4内に蓄積されている電荷(電子)が、フローティ
ングゲート4の上部角部の鋭角部分からF−N(Fowler
-Nordheim tunnelling)伝導によって前記トンネル酸化
膜3を突き抜けてコントロールゲート6に放出されてデ
ータが消去される。
【0012】そして、読み出し動作においては、コント
ロールゲート6の電位を4Vとし、ドレイン領域7を2
V、ソース領域8を0Vとする。このとき、フローティ
ングゲート4に電荷(電子)が注入されていると、フロ
ーティングゲート4の電位が低くなるため、フローティ
ングゲート4の下にはチャネルが形成されずドレイン電
流は流れない。逆に、フローティングゲート4に電荷
(電子)が注入されていなければ、フローティングゲー
ト4の電位が高くなるため、フローティングゲート4の
下にチャネルが形成されてセル電流(読み出し電流)が
流れる。
【0013】以下、このような不揮発性半導体記憶装置
の製造方法について説明する。尚、図6乃至図11にお
いて、(a)は平面図、(b)はA−A断面図、(c)
はB−B断面図である。
【0014】図6において、シリコン基板1上にLOC
OS法により素子分離膜2を形成する。即ち、図6
(b)に示すように前記シリコン基板1上にパッド酸化
膜21、パッドポリシリコン膜22を形成し、開口部を
有するシリコン窒化膜23をマスクにして選択酸化して
素子分離膜2を形成する。
【0015】次に、図7に示すように前記パッド酸化膜
21、パッドポリシリコン膜22を除去する。 続い
て、図8に示すようにシリコン基板1上を熱酸化してゲ
ート酸化膜3Aを形成し、その上にポリシリコン膜24
を形成した後に、開口部を有するシリコン窒化膜25を
形成する。 次に、図9に示すように前記シリコン窒化
膜25をマスクにして前記ポリシリコン膜24を選択酸
化して選択酸化膜5を形成する。 続いて、図10に示
すように前記シリコン窒化膜25を除去した後に、選択
酸化膜5をマスクにしてポリシリコン膜24をエッチン
グしてフローティングゲート4を形成する。
【0016】そして、図11に示すように全面にトンネ
ル酸化膜3を形成した後に、ポリシリコン膜及びタング
ステンシリサイド膜から成る導電膜を形成し、この導電
膜を不図示のレジスト膜をマスクにパターニングしてコ
ントロールゲート6を形成する。尚、前記コントロール
ゲート6は、ポリシリコン膜から成る単層膜であっても
良い。
【0017】以下、説明は省略するが、前記フローティ
ングゲート4とコントロールゲート6をマスクにして基
板表層にN型の不純物をイオン注入することで、図4及
び図5に示すようにソース領域8及びドレイン領域7を
形成して、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルが構成
される。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように前記フローティングゲート4とコントロールゲ
ート6とは、異なる形成用マスクを用いてそれぞれパタ
ーニング形成されており、しかも前記(フローティング
ゲート4と)コントロールゲート6をマスクにしてドレ
イン領域形成用のN型不純物をイオン注入しているため
に、マスク合わせずれが生じた場合に、図12に示すよ
うにコントロールゲート6(A,B)により構成される
選択ゲートトランジスタのゲート長がばらついてしまう
(図12に示す各選択ゲートトランジスタのゲート長L
c>Ld参照)。このため、隣り合うメモリセル部がド
レイン領域7を共有して一対のメモリセルトランジスタ
を構成していることから、隣り合うメモリセルトランジ
スタ同士のセル電流がばらつくという問題が発生するこ
とがあった。
【0019】従って、本発明はフローティングゲート形
成用マスクとコントロールゲート形成用マスク間のマス
クずれに起因する隣り合うメモリセルトランジスタ同士
の特性ばらつきの発生を抑制する不揮発性半導体記憶装
置の製造方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するためになされたもので、例えば、P型のシ
リコン基板1上のゲート酸化膜3A上に形成されるフロ
ーティングゲート4と、このフローティングゲート4を
被覆するトンネル酸化膜3と、このトンネル酸化膜3を
介して前記フローティングゲート4上に重なる領域を持
つように形成されるコントロールゲート6と、前記フロ
ーティングゲート4及び前記コントロールゲート6に隣
接する前記シリコン基板1表層に形成されるN型のソー
ス・ドレイン領域7,8とを備え、少なくとも隣り合う
メモリセル部がドレイン領域7を共有する不揮発性半導
体記憶装置の製造方法において、図1(A)に示すよう
に、前記シリコン基板1上にゲート酸化膜3A及び第1
の膜4Aを形成し、この第1の膜4A上に第1の開口部
30Aを複数個有するシリコン窒化膜30を形成した後
に、このシリコン窒化膜30をマスクにして前記第1の
膜4Aを選択酸化して、この第1の膜4A上に前記隣り
合うメモリセル部のフローティングゲート形成領域上及
び前記ドレイン領域形成領域上に選択酸化膜5,31を
形成する。次に、図1(B)に示すように、レジスト膜
32及びシリコン窒化膜30をマスクにして前記ドレイ
ン領域形成領域上に形成した選択酸化膜31を除去して
第2の開口部33を形成した後に、図2(A)に示すよ
うに、前記レジスト膜32及びシリコン窒化膜30をマ
スクにして前記ドレイン領域形成領域上に位置した前記
第1の開口部30A(第2の開口部33)下の第1の膜
4Aを異方性エッチングして前記ゲート酸化膜3A上に
第3の開口部34を形成する。続いて、前記第3の開口
部34より前記シリコン基板表層にN型の不純物(例え
ば、リンイオンやヒ素イオン)を注入して前記ドレイン
領域7を形成する。更に、前記レジスト膜32とシリコ
ン窒化膜31を除去した後に、図2(B)に示すよう
に、前記第3の開口部34を含む全面に第2の膜35を
形成する。続いて、図3(A)に示すように、前記第1
の膜4Aと第2の膜35を異方性エッチングすることで
前記フローティングゲート形成領域上に形成した選択酸
化膜5がマスクとなり、この選択酸化膜5下に上部に先
鋭な角部4Bを有するフローティングゲート4を形成す
る。そして、図3(B)に示すように、前記フローティ
ングゲート4及び前記選択酸化膜5を被覆するようにト
ンネル酸化膜3を形成した後に、このトンネル酸化膜3
を介して前記フローティングゲート4上に重なる領域を
持つコントロールゲート6(A,B)を形成する工程と
を有することを特徴とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の不揮発性半導体記
憶装置の製造方法の一実施形態について図面を参照しな
がら説明する。尚、フローティングゲートとコントロー
ルゲートとこの両ゲートに隣接するようにシリコン基板
表層に形成されるソース・ドレイン領域を有するスプリ
ットゲート型不揮発性半導体記憶装置(EEPROMや
フラッシュメモリとも称す)のメモリセル部分の平面図
とその一部(X1−X1線)断面図は、従来の図4及び
図5に示す構成とほぼ同等であり、重複した説明を避け
るために図示した説明は省略するが、以下、同等の構成
には、同符号を付して説明を簡略化する。
【0022】ここで、本発明はスプリットゲート型フラ
ッシュメモリにおけるフローティングゲート4とコント
ロールゲート6のマスク合わせずれにより発生する、隣
り合うメモリセルトランジスタの(コントロールゲート
6により構成される)各選択ゲートトランジスタのゲー
ト長がばらつく不具合を抑制する製造方法を提供するも
のであり、選択ゲートトランジスタの実効的なゲート長
は、図3(B)に示すようにフローティングゲート4と
ドレイン領域7の端部で決定されることに着目して、隣
り合うメモリセル部の各フローティングゲート形成領域
及び各コントロールゲートに隣接するように形成される
前記ドレイン領域形成領域を1つのマスク合わせ工程に
より確定したことを特徴とする。
【0023】以下、このような不揮発性半導体記憶装置
のメモリセル部の製造方法について説明する。尚、図1
乃至図3に示す断面図は、図5の一部拡大図に相当す
る。
【0024】先ず、図示した説明は省略するが、従来と
同様にシリコン基板1上にLOCOS法により素子分離
膜2(図4参照)を形成した後に、図1(A)に示すよ
うに、シリコン基板1上を熱酸化しておよそ90Å〜1
50Åの膜厚のゲート酸化膜3Aを形成し、その上にお
よそ1000Å〜1500Åの膜厚の第1の膜(例え
ば、リンドープされ導電化されたポリシリコン膜やアモ
ルファスシリコン膜やそれらの積層膜)4Aを形成した
後に、その上に第1の開口部30Aを有するシリコン窒
化膜30を形成する。そして、このシリコン窒化膜30
をマスクにして第1の開口部30A下の第1の膜4Aを
選択酸化して(フローティングゲート形成領域上に)選
択酸化膜5及び(ドレイン領域形成領域上に)ダミー選
択酸化膜31を形成する。 続いて、図1(B)に示す
ように、レジスト膜32及びシリコン窒化膜30をマス
クにして前記ダミー選択酸化膜31をエッチング除去
(例えば、フッ酸処理)して、第2の開口部33を形成
する。
【0025】更に、図2(A)に示すように、レジスト
膜32及びシリコン窒化膜30をマスクにして前記第2
の開口部33下の第1の膜4Aを異方性エッチング除去
して、第3の開口部34を形成する。そして、この第3
の開口部34を介してシリコン基板1表層にN型の不純
物(例えば、リンイオンやヒ素イオン)をイオン注入し
て、ドレイン領域7を形成する。
【0026】次に、図2(B)に示すように、前記レジ
スト膜32及びシリコン窒化膜30を除去した後に、前
記第3の開口部34を含む全面に第2の膜(前記第1の
膜4Aと同質のものを選択する)35を形成すること
で、上面がほぼ同じ高さとなるようにする。
【0027】続いて、図3(A)に示すように、前記第
1の膜4A及び第2の膜35を異方性エッチング除去す
ることで、前記選択酸化膜5がマスクとなって、この選
択酸化膜5下にフローティングゲート4が形成される。
このフローティングゲート4の上部には、選択酸化膜5
の形状を反映して先鋭な角部4Bが形成されることにな
り、データの消去動作時に、フローティングゲート4の
先鋭な角部4Bで電界集中が生じ易いようにしている。
【0028】そして、図3(B)に示すように、全面に
トンネル酸化膜3を形成した後に、ポリシリコン膜及び
タングステンシリサイド膜から成る導電膜を形成し、こ
の導電膜を不図示のレジスト膜をマスクにパターニング
してコントロールゲート6(A,B)を形成する。尚、
前記コントロールゲート6(A,B)は、ポリシリコン
膜から成る単層膜であっても良い。
【0029】以下、図示した説明は省略するが、前記フ
ローティングゲート4に隣接する側の前記シリコン基板
1表層にN型の不純物(例えば、リンイオンやヒ素イオ
ン)をイオン注入して、ソース領域8を形成することに
より、図4及び図5に示すような不揮発性半導体記憶装
置のメモリセルが形成される。
【0030】以上説明したように、本発明の製造方法に
よれば、選択ゲートトランジスタの実効的なゲート長
が、図3(B)に示すようにフローティングゲート4と
ドレイン領域7の端部で決定されることから、隣り合う
メモリセル部の各フローティングゲート形成領域及び各
コントロールゲートに隣接するように形成される前記ド
レイン領域形成領域を1つのマスク合わせ工程により確
定することで、選択ゲートトランジスタのゲート長が自
己整合的に決められる。従って、図3(B)に示すよう
に、フローティングゲート4とコントロールゲート6
(A,B)のマスク合わせずれが発生しても、隣り合う
メモリセルトランジスタの各選択ゲートトランジスタの
ゲート長がばらつくことはない(ほぼLa=Lbとな
る)。
【0031】
【発明の効果】 本発明によれば、フローティングゲー
トとコントロールゲートのマスク合わせずれが発生して
も、隣り合うメモリセルトランジスタの各選択ゲートト
ランジスタの実効的なゲート長がばらつくことがないた
め、隣り合うメモリセルトランジスタ同士のセル電流が
ばらつくことで、トランジスタ特性がばらつきという不
具合の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図3】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図4】従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの
構造を示す平面図である。
【図5】図4のX1−X1線の断面図である。
【図6】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す断面図である。
【図7】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す断面図である。
【図8】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す断面図である。
【図9】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す断面図である。
【図10】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図11】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図12】従来の課題を説明するための図である。
フロントページの続き (72)発明者 大谷 幸弘 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F001 AA01 AA30 AB02 AB03 AB09 AC02 AD12 AD13 AD15 AF05 5F083 EP02 EP03 EP22 EP24 EP25 EP42 ER09 ER17 ER22 KA05 KA11 NA02 PR03 PR36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型のシリコン基板上のゲート酸化
    膜上に形成されるフローティングゲートと、このフロー
    ティングゲートを被覆するトンネル酸化膜と、このトン
    ネル酸化膜を介して前記フローティングゲート上に重な
    る領域を持つように形成されるコントロールゲートと、
    前記フローティングゲート及び前記コントロールゲート
    に隣接する前記シリコン基板表層に形成される逆導電型
    の拡散領域とを備え、隣り合うメモリセル部が一方の逆
    導電型の拡散領域を共有する不揮発性半導体記憶装置の
    製造方法において、 前記隣り合うメモリセル部の各フローティングゲート形
    成領域及び各コントロールゲートに隣接するように形成
    される前記一方の逆導電型の拡散領域形成領域を1つの
    マスク合わせ工程により確定することを特徴とする不揮
    発性半導体記憶装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 一導電型のシリコン基板上のゲート酸化
    膜上に形成されるフローティングゲートと、このフロー
    ティングゲートを被覆するトンネル酸化膜と、このトン
    ネル酸化膜を介して前記フローティングゲート上に重な
    る領域を持つように形成されるコントロールゲートと、
    前記フローティングゲート及び前記コントロールゲート
    に隣接する前記シリコン基板表層に形成される逆導電型
    の拡散領域とを備え、隣り合うメモリセル部が一方の逆
    導電型の拡散領域を共有する不揮発性半導体記憶装置の
    製造方法において、 前記シリコン基板上にゲート酸化膜及び第1の膜を形成
    する工程と、 前記第1の膜上に第1の開口部を複数個有するシリコン
    窒化膜を形成した後にこのシリコン窒化膜をマスクにし
    て前記第1の膜を選択酸化してこの第1の膜上に前記隣り
    合うメモリセル部のフローティングゲート形成領域上及
    び前記一方の逆導電型の拡散領域形成領域上に選択酸化
    膜を形成する工程と、 レジスト膜及び前記シリコン窒化膜をマスクにして前記
    一方の逆導電型の拡散領域形成領域上に形成した選択酸
    化膜を除去して第2の開口部を形成する工程と、 前記レジスト膜及び前記シリコン窒化膜をマスクにして
    前記一方の逆導電型の拡散領域形成領域上に位置した前
    記第2の開口部下の第1の膜を異方性エッチングして前
    記ゲート酸化膜上に第3の開口部を形成する工程と、 前記第3の開口部より前記シリコン基板表層に逆導電型
    の不純物を注入して前記一方の逆導電型の拡散領域を形
    成する工程と、 前記レジスト膜及び前記シリコン窒化膜を除去した後に
    前記第3の開口部を含む全面に前記第1の膜と同質の第
    2の膜を形成する工程と、 前記第1の膜と第2の膜を異方性エッチングすることで
    前記フローティングゲート形成領域上に形成した選択酸
    化膜がマスクとなり、この選択酸化膜下に上部に先鋭な
    角部を有するフローティングゲートを形成する工程と、 前記フローティングゲート及び前記選択酸化膜を被覆す
    るようにトンネル酸化膜を形成する工程と、 前記トンネル酸化膜を介して前記フローティングゲート
    上に重なる領域を持つコントロールゲートを形成する工
    程とを有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1の膜及び第2の膜が、ポリシリ
    コン膜やアモルファスシリコン膜やそれらの積層膜であ
    ることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記
    憶装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111977A (ja) * 2002-09-19 2004-04-08 Samsung Electronics Co Ltd スプリットゲート型フラッシュメモリ素子の製造方法
JP2005142555A (ja) * 2003-11-04 2005-06-02 Samsung Electronics Co Ltd スプリットゲート型半導体メモリ素子の製造方法

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