JPH0745728A - 不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリ、不揮発性メモリを形成するための中間構造、及びトンネル酸化物を保護する不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリの製造方法 - Google Patents

不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリ、不揮発性メモリを形成するための中間構造、及びトンネル酸化物を保護する不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリの製造方法

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JPH0745728A
JPH0745728A JP6020548A JP2054894A JPH0745728A JP H0745728 A JPH0745728 A JP H0745728A JP 6020548 A JP6020548 A JP 6020548A JP 2054894 A JP2054894 A JP 2054894A JP H0745728 A JPH0745728 A JP H0745728A
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JP
Japan
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memory
gate region
region
control gate
semiconductor material
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JP6020548A
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Paolo G Cappelletti
パオロ・ジュゼッペ・カペレッティ
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STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
SGS Thomson Microelectronics SRL
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    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
    • H10D89/611Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using diodes as protective elements

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリ・セル(1)の浮動ゲート領域(6)と基板
(2)の間に挿入された薄いトンネル酸化物層(8a)が光損
傷するのを保護する。 【構成】 メモリ・セル(1)の制御ゲート領域(7)と基板
(2)の間にダイオード(D)を設けた。このダイオード
(D)は、制御ゲート領域(7)をパターン化する前に適
切に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、トンネル酸化物を保
護する不揮発性EPROM,EEPROM又はフラッシ
ュEEPROMに関するものである。
【0002】上述した全てのダイプのメモリに適用でき
るが、この発明はフラッシュEEPROMメモリに特に
有用である。
【0003】
【従来の技術】フラッシュEEPROMメモリは、EP
ROMの高密度及び低価格と電気的消去性の利点とを組
み合わせる電気的に消去可能でプログラマブルな読み出
し専用メモリ(EEPROM)であり、携帯用コンピュ
ータのソリッドステート・ディスクに積極的に応用する
ために最近最も魅力的になってきた不揮発性メモリであ
る。
【0004】種々のフラッシュ・メモリの概念が明らか
になってきたが、大抵のフラッシュ・メモリは非常に薄
い(8〜12nm)酸化物層を用い、この薄い酸化物層を
介して各メモリ・セルはファウラーノーハイム(Fouler
−Nordheim)トンネル効果によってプログラムされ且つ
消去されることができる。従って、この薄い酸化物は
“トンネル酸化物”として知られている。
【0005】この発明はトンネル酸化物を用いるどんな
セル構造にも適用されるが、以下の説明は、最も普通に
使用されるフラッシュEEPROMセル構造すなわち2
重ポリ(double-poly)単一トランジスタ・セルについ
て行う。
【0006】2重ポリ単一トランジスタ・フラッシュ・
セルは、普通のEPROMセルと良く似た構造を呈し、
且つ制御ゲート領域を定める第2の多結晶シリコン層に
容量結合された多結晶シリコンの浮動ゲート領域を有す
るNMOSトランジスタを備えている。2つのタイプの
セルの主な相違は浮動ゲート領域と基板の間の酸化物の
厚みにあり、これはフラッシュ・セルの方がはるかに薄
い。
【0007】明確にするため、図1に示された断面図に
ついてフラッシュEEPROMセルを説明する。図1に
おいて、1はフラッシュEEPROMセルを示し、この
フラッシュEEPROMセル1はこの例ではP型基板2
に形成される。この基板2は、基板自体に形成されたチ
ャネル領域5によって分離されたN+型のソース領域3
及びドレイン領域4を有する。基板2の上方には、チャ
ネル領域5と整列して浮動ゲート領域6(酸化物層8中
に完全に埋め込まれている)及び制御ゲート領域7が設
けられている。浮動ゲート領域6は薄いトンネル酸化物
層8aによって基板2から分離され、制御ゲート領域7
は酸化物層8bによって浮動ゲート領域6から分離され
る。ソース領域3は基板2との間で段階付き接合を呈す
る。すなわち2つの部分で形成される。第1の部分は基
板2の大きな表面10と対面する濃くドープされた(N
+)部分3aであり、そして第2の部分は表面10と対
面しない側で且つより深い所で部分3aを囲む淡くドー
プされた(N−)部分3bである。
【0008】フラッシュ・メモリの生産及び信頼性はト
ンネル酸化物の品質に極めて関係が深いことが知られて
おり、この品質はプレ酸化クリーニング及び酸化法自体
に依存するのみならず、ポスト酸化法工程によっても強
く影響される。
【0009】全ての方法工程のうち、最も重要なのは、
ウェーハを光損傷させる工程すなわちイオン注入、プラ
ズマ・エッチング、スパッタリング及びプラズマ増大化
化学的蒸着である。
【0010】現在使用されているフラッシュEEPRO
Mメモリ製造方法は、トンネル酸化物の生長に続いてそ
のような工程を極めて多数有している。
【0011】一般にインプロセス(in-process)光に受
容されたモデルはいわゆる“アンテナ効果”であり、こ
れにより電荷は導電層に捕らえられてその電位を相当上
昇させることになるかもしれない。この現象を説明する
ため、イオン注入法及びプラズマ法は荷電粒子(電子か
イオン)のウェーハ表面との衝突を含み、従ってシリコ
ン基板から絶縁された導電性ポリシリコン層は荷電粒子
を捕らえることによって荷電され得ることに注目された
い。
【0012】もしポリシリコン層がパターン化されない
ならば、これは静電シールドとして働く。事実、電荷は
ウェーハの全面に等しく分布させられ、従って低電界を
生じる。また、イオン注入の場合にはビームが局限され
るので、全電荷密度は低い。加えて、ウェーハを保持す
る金属製グリップは捕らえた荷電粒子を少なくとも一部
除去するための放電線として働き得るので、ポリシリコ
ンの下層の誘電層には少しの危険しかない。
【0013】他方、もしポリシリコン層がパターン化さ
れて“島”すなわちポリシリコン層の残部から電気的に
絶縁され且つゲート領域の場合のように薄い酸化物層に
よって基板から分離された区域を備えているならば、ポ
リシリコン層は集電区域及びその対基板容量すなわち薄
い酸化物の区域に依存する電位まで充電される。もし集
電区域と薄い酸化物の区域との比が望ましくない(高
い)ならば、ゲート領域は薄い酸化物のブレイクダウン
電圧よりも高い電位まで容易に達することができ、従っ
て酸化物が破損することになり、ひいてはデバイスの
“ゼロ・タイム”故障すなわちデバイスの使用前故障に
なるか、或は酸化物自体にトラップが形成されて酸化物
破損になり、これはデバイスの“潜在的な”故障になっ
て信頼性を損なう。
【0014】上述したモデルはフラッシュ・セルにも適
用される。事実、幾らかの状況では制御ゲート領域と浮
動ゲート領域の容量性結合及び制御ゲート領域と浮動ゲ
ート領域を分離する誘電層に関するトンネル酸化物の低
い誘電抵抗のせいで、トンネル酸化物は破損し得る。こ
れが起こる見込みは、制御ゲートを形成するポリシリコ
ン・ストリップによって定められた広い集電区域及び各
セルのトンネル酸化物の小さな面積に鑑みて、大きすぎ
る。その結果、制御ゲート領域がその結合係数によって
除算されたトンネル酸化物ブレイクダウン電圧よりも高
い電位まで充電される場合に、トンネル酸化物は破壊な
いし破損し得る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】現在、上述したような
“アンテナ効果”を最小にすることの唯一の方法は、ウ
ェーハを、大電流注入の場合に、イオン・ビームによっ
て生じられた正の電荷を補償するために電子“シャワ
ー”に曝すことにより、或は光損傷を低減するためにプ
ラズマ・エッチング法を最適化することにより方法を変
更することである。
【0016】しかしながら、そのような解決策は方法を
複雑にし且つ制御するのが難しい。
【0017】この発明の目的は、トンネル酸化物のポス
ト酸化によるインプロセス光損傷を防止すると同時に、
既知の解決策の欠点を除去することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、特許
請求の範囲の請求項1に請求されたような、トンネル酸
化物を保護する不揮発性EPROM,EEPROM又は
フラッシュEEPROMメモリが提供される。
【0019】この発明はまた、請求項9に請求されたよ
うな、トンネル酸化物を保護する不揮発性EPROM,
EEPROM又はフラッシュEEPROMメモリの製造
方法に関する。
【0020】
【実施例】この発明の望ましい実施例を添付図面につい
て説明する。図2において、15はフラッシュEEPR
OMメモリ・アレイであって、多数のセル1を備え、各
セル1が図1に断面図で示した構造を持っている。周知
の態様により、セル1は、行及び列に配置され、且つア
レイの行を定めるワード・ラインWL0−WL2に接続
された制御ゲート領域、アレイの列を定めるビット・ラ
インBL0−BL3に接続されたドレイン領域、及びソ
ース・ラインSL(ワード・ラインに並列である)に接
続されたソース領域を提供する。
【0021】この発明によれば、セル1の制御ゲート領
域と基板2の間にダイオードDが挿入され、電荷を放電
させる。こうしないと、制御ゲート領域の電位は危険な
程高くなる。
【0022】特に図2では、各ワード・ラインWL0,
WL1,・・・はダイオードDのカソードに接続され、
そのアノードは図2ではアース記号で示された基板2に
接続されている。
【0023】ダイオードDは図3の断面図(図1の断面
図とは垂直)に示すように実施されることができ、同一
部品は図1及び図2と同じ符号で示す。
【0024】図3は、メモリ・アレイ15の、ダイオー
ドDの隣の1本のラインの最後のセル1の断面図であ
り、且つP型基板2と、2個の厚いフィールド酸化物領
域20(その一方がセル1をダイオードDから分離す
る)によって定められたチャネル領域5と、薄いトンネ
ル酸化物層8aと、浮動ゲート領域6を定める多結晶シ
リコン層21と、酸化物層8bを定める誘電材料の層2
2と、セル1の制御ゲート領域7及びワード・ラインW
Lを定める多結晶シリコン層23及びシリサイド(WS
2)層24と、誘電材料層22と共に図1の酸化物層
8の外側部分を定める厚い酸化物層25とを示す。
【0025】図3に示したように、基板2にはN+型領
域29もあり、このN+型領域29はフィールド酸化物
領域20によって囲まれ且つ基板2の大きな表面10と
対面している。この場合、表面10は、ワード・ライン
WLを定める多結晶シリコン層23及びシリサイド層2
4と電気的に接触している。同一ワード・ラインWLの
セル1の制御ゲート領域7にN+型領域29を電気的に
接続するために、多結晶シリコン層23及びシリサイド
層24は周知のメモリと比較して更に延ばされる。N+
型領域29は基板2とPNジャンクションを形成し且つ
ダイオードDのカソードを定める。なお、ダイオードD
のアノードは基板2によって定められる。
【0026】製造時、それぞれのゲート・マスクを使っ
て制御ゲート領域7をパターニングする前にダイオード
Dを形成しなければならない。そして所要時に有効であ
るが、メモリ・アレイ15の正常な動作を妨げないよう
に、プロセス・パラメータはダイオードDのブレイクダ
ウン電圧がセル1の動作条件と適正に一致されるように
選択されなければならない。もう少し詳しく云えば、ダ
イオードDのブレイクダウン電圧は、プログラミング中
制御ゲート領域7に印加される最高電圧よりも高く且つ
制御ゲート領域7の結合係数によって除算されたトンネ
ル酸化物ブレイクダウン電圧よりも低くなければならな
い。
【0027】一例として、図4〜図9はダイオードDを
含むメモリ・アレイ15を形成するための多数の製造工
程を示す。この方法は、図4に示されるように、メモリ
・セルのトンネル酸化物の生長まで普通の方法における
のと同じ工程を提供する。なお、図4には、P型基板
2、フィールド酸化物領域20及びトンネル酸化物層8
aが示されている。活性区域マスクは、もちろんダイオ
ードDの活性区域を提供するために少し変更されなけれ
ばならない。この点で、第1の多結晶シリコン(ポリシ
リコン)層21が被着され且つ周知の方法におけるよう
にパターン化される。この場合、特に多結晶シリコン層
21はダイオードDが形成されるべき活性区域から除去
されて、図5に示された構造になる。次に誘電材料層2
2が被着され且つダイオード区域からこれを除去するよ
うにパターン化される。この工程では、ダイオードの活
性区域上の薄いトンネル酸化物層8aはエッチングされ
て図6に示したように除去される。
【0028】この工程に続いて、メモリ・アレイの制御
回路の周辺トランジスタ(図示しない)のゲート酸化が
行われ、ダイオードの活性区域上に酸化物層32を形成
させる(図7)。この酸化物層32は、その後メモリ・
アレイ全体及び回路トランジスタをカバーするマスク3
3を使って除去される(図8)。
【0029】第2の多結晶シリコン層23が被着され且
つ矢印34で示したように通常の仕方でドープされる。
そして用いられたドープ種はダイオードの活性区域にお
いて基板2の内側に侵入してN+型領域29を作る(図
9)。この時点でダイオードDは完成され且つ多結晶シ
リコン層23からの余計な電荷を除去する。残りの工程
はシリサイド層24を被着すること(図3)、回路トラ
ンジスタ及びセルのゲート領域をパターン化すること、
ドレイン領域及びソース領域を形成すること、並びに保
護層及び接続を形成することから成る普通の工程(図示
しない)である。
【0030】
【発明の効果】ダイオードは、従って各セルの制御ゲー
ト領域がトンネル酸化物層を損傷し得る電位に達するの
を防止する。そのような電位に達する前に、事実、ダイ
オードは導通して過剰な電荷を放電させ、これは基板の
電位を上昇させることになり、従って制御ゲート領域の
安全な最高電位を確保する。シリサイド層と共に制御ゲ
ート領域を形成する多結晶シリコン層をパターン化する
前にダイオードが形成されるので、ダイオードは多結晶
シリコン層の電位を上昇させることになり得る重要な工
程を行う前に有効である。
【0031】この発明に係る解決策は、従って極めて簡
単な仕方で薄いトンネル酸化物層の損傷又は破壊に関す
る問題を解決する。その上、ダイオードDを設けること
による全体としてのメモリの面積の増大は、同一のワー
ド・ラインに接続された全てのセルに対して1個のダイ
オードで充分なので無視できる。
【0032】製造方法について云えば、埋め込み型コン
タクトを使用できない場合は、マスクを1個余分に使用
するだけでダイオードを形成でき、且つ上述したように
周知の極めて制御可能な工程を使用してメモリ・アレイ
と同時にダイオードを製造することができる。
【0033】当業者には明らかなように、この発明の範
囲から逸脱することなく、ここに例示して説明したよう
なメモリに種々変更を加えることができる。特に、上述
した解決策は他のタイプのメモリ・セルが薄いトンネル
酸化物層を有するならばそのようなメモリ・セルにも適
用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】周知のフラッシュEEPROMセルを示す断面
図である。
【図2】この発明に係るフラッシュEEPROMメモリ
・アレイを示す等価回路図である。
【図3】この発明に係るメモリの、図1の線A−Aでの
断面図である。
【図4】メモリ製造工程の第1段階での、図3と同様な
断面図である。
【図5】第2段階での断面図である。
【図6】第3段階での断面図である。
【図7】第4段階での断面図である。
【図8】第5段階での断面図である。
【図9】第6段階での断面図である。
【符号の説明】
1 メモリ・セル 2 基板 6 浮動ゲート領域 7 制御ゲート領域 8a トンネル酸化物層 D ダイオード 20 フィールド酸化物領域 21,23 多結晶シリコン層 22 誘電材料層 29 N+型領域
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/115 (54)【発明の名称】 不揮発性EPROM,EEPROM又はフラッシュEEPROMメモリ、不揮発性メモリを形成 するための中間構造、及びトンネル酸化物を保護する不揮発性EPROM,EEPROM又はフ ラッシュEEPROMメモリの製造方法

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動作電位に達せる制御ゲート領域(7)、
    浮動ゲート領域(6)、及びこの浮動ゲート領域(6)を半導
    体材料の基板(2)から分離し且つブレイクダウン電位を
    持つトンネル酸化物層(8a)を有する多数のメモリ・セル
    (1)を備え、前記制御ゲート領域(7)及び前記浮動ゲート
    領域(6)が結合係数を呈する不揮発性EPROM,EE
    PROM又はフラッシュEEPROMメモリにおいて、 前記制御ゲート領域(7)とアース領域(2)との間に挿入さ
    れた選択的に開路される導電路(D)を備え、この導電
    路(D)は、前記制御ゲート領域(7)が前記動作電位に
    もたらされる時に電荷の通過を阻止するために開路し、
    そして前記制御ゲート領域(7)が前記動作電位よりも高
    いが前記結合係数によって除算された前記ブレイクダウ
    ン電位よりも低い電位に達した時に前記制御ゲート領域
    (7)と前記アース領域(2)の間で電荷の通過を許可するた
    めに閉路することを特徴とするメモリ。
  2. 【請求項2】 前記導電路(D)は前記制御ゲート領域
    (7)と前記アース領域(2)の間に挿入されたダイオードで
    あることを特徴とする請求項1のメモリ。
  3. 【請求項3】 前記メモリ・セル(1)が行及び列に配置
    され、同一行の前記メモリ・セル(1)の制御ゲート領域
    (7)が半導体材料(23)の1行によって相互接続される請
    求項2のメモリにおいて、 半導体材料の各行毎に1個のダイオード(D)を備える
    ことを特徴とするメモリ。
  4. 【請求項4】 前記基板(2)が前記アース領域を定める
    ことを特徴とする請求項2又は3のメモリ。
  5. 【請求項5】 前記基板(2)がP型である請求項4のメ
    モリにおいて、 前記基板(2)は、前記ダイオード(D)のアノード領域
    を定め且つ前記ダイオード(D)のカソード領域を定め
    る多数のN型領域(29)を有し、このN型領域(29)は前記
    基板(2)の大きな表面(10)に対面し且つ前記制御ゲート
    領域(7)と電気的に接続されていることを特徴とするメ
    モリ。
  6. 【請求項6】 半導体材料(23)の前記各行がそれぞれ前
    記N型領域(29)と電気的に直接接触していることを特徴
    とする請求項5のメモリ。
  7. 【請求項7】 半導体材料(23)の前記行は前記半導体材
    料(23)の層が被着される第1工程により且つパターン化
    される第2工程により形成される請求項2ないし6のい
    ずれかのメモリにおいて、 前記ダイオード(D)が前記第2工程の前に形成される
    こと特徴とするメモリ。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかに記載され
    たような不揮発性メモリを形成するための中間構造であ
    って、 半導体材料の基板(2)と、前記メモリ(15)の活性区域を
    定める厚い酸化物領域(20)と、メモリ・セル(1)の前記
    活性区域の上にある薄い酸化物層(8a)と、この薄い酸化
    物層(8a)の上にある半導体材料の領域(21)と、この半導
    体材料の領域(21)の上にある誘電材料層(22)と、前記構
    造の大きな表面の全体をカバーする半導体材料の非パタ
    ーン化層(23)とを備えた前記中間構造において、 前記非パターン化層(23)を前記基板(2)に接続する導電
    路(29)を備えたことを特徴とする中間構造。
  9. 【請求項9】 動作電位に達せる制御ゲート領域(7)、
    浮動ゲート領域(6)、及びこの浮動ゲート領域(6)を半導
    体材料の基板(2)から分離し且つブレイクダウン電位を
    持つトンネル酸化物層(8a)を有する多数のメモリ・セル
    (1)を備え、前記制御ゲート領域(7)及び前記浮動ゲート
    領域(6)が結合係数を呈し、トンネル酸化物を保護する
    不揮発性EPROM,EEPROM又はフラッシュEE
    PROMメモリの製造方法において、 前記制御ゲート領域(7)とアース領域(2)との間に挿入さ
    れて選択的に開路される導電路(D)を形成する工程を
    含み、前記導電路(D)は、前記制御ゲート領域(7)が
    前記動作電位にもたらされる時に電荷の通過を阻止する
    ために開路し、そして前記制御ゲート領域(7)が前記動
    作電位よりも高いが前記結合係数によって除算された前
    記ブレイクダウン電位よりも低い電位に達した時に前記
    制御ゲート領域(7)と前記アース領域(2)の間で電荷の通
    過を許可するために閉路することを特徴とするメモリの
    製造方法。
  10. 【請求項10】 半導体材料の前記基板(2)に厚い酸化
    物領域(20)を形成する工程と、前記基板(2)の大きな表
    面(10)の選択した部分に薄いトンネル酸化物層(8a)を形
    成する工程と、半導体材料の第1の層(21)を被着して前
    記浮動ゲート領域(6)を形成する工程と、誘電材料の層
    (22)を被着する工程と、半導体材料の第2の層(23)を被
    着してパターン化することにより前記制御ゲート領域
    (7)を形成する工程とを含む請求項9のメモリの製造方
    法において、 前記半導体材料の第2の層(23)をパターン化する前記工
    程の前に、前記導電路(D)を形成する前記工程を行う
    ことを特徴とするメモリの製造方法。
JP6020548A 1993-02-17 1994-02-17 不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリ、不揮発性メモリを形成するための中間構造、及びトンネル酸化物を保護する不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリの製造方法 Pending JPH0745728A (ja)

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EP93830058A EP0614223B1 (en) 1993-02-17 1993-02-17 Non-volatile memory with protection diode
IT93830058.9 1993-02-17

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JPH0745728A true JPH0745728A (ja) 1995-02-14

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JP6020548A Pending JPH0745728A (ja) 1993-02-17 1994-02-17 不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリ、不揮発性メモリを形成するための中間構造、及びトンネル酸化物を保護する不揮発性eprom,eeprom又はフラッシュeepromメモリの製造方法

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US (1) US5497345A (ja)
EP (1) EP0614223B1 (ja)
JP (1) JPH0745728A (ja)
DE (1) DE69326749T2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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