JPH10247692A - 不揮発性記憶素子 - Google Patents
不揮発性記憶素子Info
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- JPH10247692A JPH10247692A JP9048644A JP4864497A JPH10247692A JP H10247692 A JPH10247692 A JP H10247692A JP 9048644 A JP9048644 A JP 9048644A JP 4864497 A JP4864497 A JP 4864497A JP H10247692 A JPH10247692 A JP H10247692A
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- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細化が進んだMONOS構造の不揮発性記
憶素子では酸化膜−窒化膜界面の捕獲準位の配置面積が
縮小されるため、信号量(記憶機能)が低下する。 【解決手段】 MONOS構造の不揮発性記憶素子にお
いて、半導体基板101とゲート電極109との間に、
半導体基板101側から順に下層トンネル酸化膜10
6、第1窒化膜201、中間トンネル酸化膜202、第
2窒化膜203、上層酸化膜108を配置した構成にす
る。これによって、半導体基板101とゲート電極10
9との間に、酸化膜−窒化膜界面を4層設ける。そし
て、従来のMONOS構造の不揮発性記憶素子に対し
て、電荷の捕獲順位を2倍にして蓄積可能な電荷量を増
加させる。窒化膜の積層数によって、電荷の捕獲準位は
さらに増加する。
憶素子では酸化膜−窒化膜界面の捕獲準位の配置面積が
縮小されるため、信号量(記憶機能)が低下する。 【解決手段】 MONOS構造の不揮発性記憶素子にお
いて、半導体基板101とゲート電極109との間に、
半導体基板101側から順に下層トンネル酸化膜10
6、第1窒化膜201、中間トンネル酸化膜202、第
2窒化膜203、上層酸化膜108を配置した構成にす
る。これによって、半導体基板101とゲート電極10
9との間に、酸化膜−窒化膜界面を4層設ける。そし
て、従来のMONOS構造の不揮発性記憶素子に対し
て、電荷の捕獲順位を2倍にして蓄積可能な電荷量を増
加させる。窒化膜の積層数によって、電荷の捕獲準位は
さらに増加する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MONOS(Meta
l-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)構造の不揮発性
記憶素子に関する。
l-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)構造の不揮発性
記憶素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に示すように、MONOS構造の不
揮発性記憶素子は、半導体基板101表面側の素子分離
領域102で分離された活性領域103に配置される。
この不揮発性記憶素子は、半導体基板101の表面層の
ソース104−ドレイン105間の上部に半導体基板1
01側から順に、トンネル酸化膜106、窒化膜10
7、上層酸化膜108を積層させ、さらに上層酸化膜1
08上にゲート電極109を設けた構成になっている。
この上層酸化膜108は、正孔のトンネリングを防止で
きる程度の膜厚を有している。
揮発性記憶素子は、半導体基板101表面側の素子分離
領域102で分離された活性領域103に配置される。
この不揮発性記憶素子は、半導体基板101の表面層の
ソース104−ドレイン105間の上部に半導体基板1
01側から順に、トンネル酸化膜106、窒化膜10
7、上層酸化膜108を積層させ、さらに上層酸化膜1
08上にゲート電極109を設けた構成になっている。
この上層酸化膜108は、正孔のトンネリングを防止で
きる程度の膜厚を有している。
【0003】上記構成のMONOS構造の不揮発性記憶
素子では、ゲート電極109に正電圧を印加すると、電
子がトンネル酸化膜106を通過して窒化膜107側に
注入される。そして、トンネル酸化膜106−窒化膜1
07界面及び窒化膜107−上層酸化膜108界面に存
在する捕獲準位に電子が蓄積される。一方、ゲート電極
109に負電圧を印加した場合には、上記捕獲準位に蓄
積された電荷が再びトンネル酸化膜106を通過して半
導体基板101に放出される。以上のように、書き込み
消去の動作にともなう電荷の注入及び放出は、トンネル
酸化膜106を介して行われる。また、上層酸化膜10
8によって、ゲート電極109から窒化膜107側に余
分な正孔が注入されることが防止される。
素子では、ゲート電極109に正電圧を印加すると、電
子がトンネル酸化膜106を通過して窒化膜107側に
注入される。そして、トンネル酸化膜106−窒化膜1
07界面及び窒化膜107−上層酸化膜108界面に存
在する捕獲準位に電子が蓄積される。一方、ゲート電極
109に負電圧を印加した場合には、上記捕獲準位に蓄
積された電荷が再びトンネル酸化膜106を通過して半
導体基板101に放出される。以上のように、書き込み
消去の動作にともなう電荷の注入及び放出は、トンネル
酸化膜106を介して行われる。また、上層酸化膜10
8によって、ゲート電極109から窒化膜107側に余
分な正孔が注入されることが防止される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の高
集積化にともない素子構造の微細化が進展している。こ
のため、上記構成の不揮発性記憶素子においては、半導
体基板表面に対する捕獲準位の配置面積が縮小され、蓄
積可能な電荷量を維持することが困難になってきてい
る。これは、不揮発性記憶素子における信号量(記憶機
能)を低下させる要因になっている。
集積化にともない素子構造の微細化が進展している。こ
のため、上記構成の不揮発性記憶素子においては、半導
体基板表面に対する捕獲準位の配置面積が縮小され、蓄
積可能な電荷量を維持することが困難になってきてい
る。これは、不揮発性記憶素子における信号量(記憶機
能)を低下させる要因になっている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされた不揮発性記憶素子である。すなわ
ち、本発明の不揮発性記憶素子はMONOS構造の不揮
発性記憶素子において、トンネル酸化膜と上層酸化膜と
の間に設けられる窒化膜は少なくとも2層の積層構造で
あり、これらの窒化膜間には、酸化膜が設けられている
ことを特徴としている。そして、窒化膜間に配置される
酸化膜は、正孔がトンネリング可能な膜厚を有している
こととする。
するためになされた不揮発性記憶素子である。すなわ
ち、本発明の不揮発性記憶素子はMONOS構造の不揮
発性記憶素子において、トンネル酸化膜と上層酸化膜と
の間に設けられる窒化膜は少なくとも2層の積層構造で
あり、これらの窒化膜間には、酸化膜が設けられている
ことを特徴としている。そして、窒化膜間に配置される
酸化膜は、正孔がトンネリング可能な膜厚を有している
こととする。
【0006】上記不揮発性記憶素子によれば、半導体基
板とゲート電極との間に半導体基板側から順に、トンネ
ル酸化膜、窒化膜、酸化膜、窒化膜、上層酸化膜が積層
される。このことから、半導体基板とゲート電極との間
には、酸化膜−窒化膜界面が4面設けられることにな
る。このため、形成面積が同一の従来構造の不揮発性記
憶素子と比較して、捕獲準位に蓄積可能な電荷量が2倍
になる。また、窒化膜間の酸化膜はトンネル酸化膜であ
ることから、ゲート電極への電圧の印加によって電子及
び正孔がこの酸化膜を通過する。したがって、上記各捕
獲順位に電荷が蓄積されることになり、不揮発性記憶素
子に蓄積可能な電荷量が従来の約2倍に増加する。ま
た、上記不揮発性記憶素子では、窒化膜は3層以上の積
層構造でも良く、積層数の増加にともなって酸化膜−窒
化膜界面の面数が増加し、蓄積可能な電荷量も増加す
る。
板とゲート電極との間に半導体基板側から順に、トンネ
ル酸化膜、窒化膜、酸化膜、窒化膜、上層酸化膜が積層
される。このことから、半導体基板とゲート電極との間
には、酸化膜−窒化膜界面が4面設けられることにな
る。このため、形成面積が同一の従来構造の不揮発性記
憶素子と比較して、捕獲準位に蓄積可能な電荷量が2倍
になる。また、窒化膜間の酸化膜はトンネル酸化膜であ
ることから、ゲート電極への電圧の印加によって電子及
び正孔がこの酸化膜を通過する。したがって、上記各捕
獲順位に電荷が蓄積されることになり、不揮発性記憶素
子に蓄積可能な電荷量が従来の約2倍に増加する。ま
た、上記不揮発性記憶素子では、窒化膜は3層以上の積
層構造でも良く、積層数の増加にともなって酸化膜−窒
化膜界面の面数が増加し、蓄積可能な電荷量も増加す
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、前述の従来技術と同一の構成
要素については、同一符号を付して説明を簡略化もしく
は省略するものとする。
に基づいて説明する。尚、前述の従来技術と同一の構成
要素については、同一符号を付して説明を簡略化もしく
は省略するものとする。
【0008】図1は、本発明を適用した不揮発性記憶素
子における実施の形態を示す図である。この不揮発性記
憶素子と従来の技術で説明したMONOS構造の不揮発
性記憶素子との異なるところは、トンネル酸化膜106
と上層酸化膜108との間の窒化膜が酸化膜を挟んだ2
層構造になっているところにある。すなわち、本実施の
形態で示す不揮発性記憶素子は、半導体基板101上に
下層から順にトンネル酸化膜106、第1窒化膜20
1、酸化膜202、第2窒化膜203、上層酸化膜10
8を配置してなる。ここで、上記酸化膜202は、トン
ネル酸化膜であることとする。そこで本実施の形態で
は、トンネル酸化膜106を下層トンネル酸化膜106
とし、酸化膜202を中間トンネル酸化膜202とす
る。
子における実施の形態を示す図である。この不揮発性記
憶素子と従来の技術で説明したMONOS構造の不揮発
性記憶素子との異なるところは、トンネル酸化膜106
と上層酸化膜108との間の窒化膜が酸化膜を挟んだ2
層構造になっているところにある。すなわち、本実施の
形態で示す不揮発性記憶素子は、半導体基板101上に
下層から順にトンネル酸化膜106、第1窒化膜20
1、酸化膜202、第2窒化膜203、上層酸化膜10
8を配置してなる。ここで、上記酸化膜202は、トン
ネル酸化膜であることとする。そこで本実施の形態で
は、トンネル酸化膜106を下層トンネル酸化膜106
とし、酸化膜202を中間トンネル酸化膜202とす
る。
【0009】図2は、上記不揮発性記憶素子の製造手順
の一例を示す工程図である。以下にこの図を用いて上記
不揮発性記憶素子の詳細な構成を製造工程順に説明す
る。先ず、図2(1)に示すように、単結晶シリコンか
らなる半導体基板101の表面側にLOCOS法により
素子分離領域102を形成する。その後、イオン注入及
び活性化熱処理を行うことによって、半導体基板101
の表面側にウェル拡散層を形成したり、しきい電圧調整
用の不純物を導入し、半導体基板101表面側の導電型
及び不純物濃度の調整を行う。
の一例を示す工程図である。以下にこの図を用いて上記
不揮発性記憶素子の詳細な構成を製造工程順に説明す
る。先ず、図2(1)に示すように、単結晶シリコンか
らなる半導体基板101の表面側にLOCOS法により
素子分離領域102を形成する。その後、イオン注入及
び活性化熱処理を行うことによって、半導体基板101
の表面側にウェル拡散層を形成したり、しきい電圧調整
用の不純物を導入し、半導体基板101表面側の導電型
及び不純物濃度の調整を行う。
【0010】次に、図2(2)に示すように、半導体基
板101の表面を熱酸化処理することによって、当該半
導体基板101の露出表面層に酸化シリコンからなる下
層トンネル酸化膜106を成長させる。この下層トンネ
ル酸化膜106は、電子と共に正孔がトンネリング可能
であり、かつ半導体基板101側からこの下層トンネル
酸化膜106をトンネリングした電子、正孔がそのまま
保持される程度の膜厚であることとし、2nm〜3nm
程度の膜厚に成膜する。
板101の表面を熱酸化処理することによって、当該半
導体基板101の露出表面層に酸化シリコンからなる下
層トンネル酸化膜106を成長させる。この下層トンネ
ル酸化膜106は、電子と共に正孔がトンネリング可能
であり、かつ半導体基板101側からこの下層トンネル
酸化膜106をトンネリングした電子、正孔がそのまま
保持される程度の膜厚であることとし、2nm〜3nm
程度の膜厚に成膜する。
【0011】次いで、図2(3)に示すように、下層ト
ンネル酸化膜106上に、CVD法によって第1窒化膜
201を成膜する。この第1窒化膜201の膜厚は、不
揮発性記憶素子を作動させる際の電源電圧によって設定
される。ここでは、上記電源電圧が3V程度であること
とし、第1窒化膜201を5nm〜20nm程度の膜厚
で成膜する。
ンネル酸化膜106上に、CVD法によって第1窒化膜
201を成膜する。この第1窒化膜201の膜厚は、不
揮発性記憶素子を作動させる際の電源電圧によって設定
される。ここでは、上記電源電圧が3V程度であること
とし、第1窒化膜201を5nm〜20nm程度の膜厚
で成膜する。
【0012】しかる後、この第1窒化膜201の表面を
熱酸化処理することによって、当該第1窒化膜201の
表面層に中間トンネル酸化膜202を成長させる。この
中間トンネル酸化膜202の膜厚は、電子と共に正孔が
トンネリング可能な膜厚であることとし、1.0nm〜
2.2nm程度の膜厚に形成する。
熱酸化処理することによって、当該第1窒化膜201の
表面層に中間トンネル酸化膜202を成長させる。この
中間トンネル酸化膜202の膜厚は、電子と共に正孔が
トンネリング可能な膜厚であることとし、1.0nm〜
2.2nm程度の膜厚に形成する。
【0013】次に、この中間トンネル酸化膜202上
に、CVD法によって第2窒化膜203を成膜する。こ
の第2窒化膜203の膜厚は上記第1窒化膜201と同
様に設定され、5nm〜20nm程度の膜厚で成膜す
る。その後さらに、この第2窒化膜203の表面を熱酸
化処理することによって、当該第2窒化膜203の表面
層に上層酸化膜108を成長させる。この上層酸化膜1
08の膜厚は、正孔のトンネリングが不可能な膜厚であ
ることとし、4nm〜5nm程度の膜厚に形成する。
に、CVD法によって第2窒化膜203を成膜する。こ
の第2窒化膜203の膜厚は上記第1窒化膜201と同
様に設定され、5nm〜20nm程度の膜厚で成膜す
る。その後さらに、この第2窒化膜203の表面を熱酸
化処理することによって、当該第2窒化膜203の表面
層に上層酸化膜108を成長させる。この上層酸化膜1
08の膜厚は、正孔のトンネリングが不可能な膜厚であ
ることとし、4nm〜5nm程度の膜厚に形成する。
【0014】次に、図2(4)に示すように、上層酸化
膜108上にCVD法によって多結晶シリコン膜109
aを成膜する。その後、ここでは図示を省略したレジス
トパターンを多結晶シリコン膜109a上に形成し、こ
のレジストパターンをマスクに用いたエッチングによっ
て、多結晶シリコン膜109aをパターニングする。こ
れによって、多結晶シリコンからなるゲート電極109
を形成する。その後、引き続き上層酸化膜108、第2
窒化膜203、中間トンネル酸化膜202、第1窒化膜
201及び下層トンネル酸化膜106をパターニングす
る。
膜108上にCVD法によって多結晶シリコン膜109
aを成膜する。その後、ここでは図示を省略したレジス
トパターンを多結晶シリコン膜109a上に形成し、こ
のレジストパターンをマスクに用いたエッチングによっ
て、多結晶シリコン膜109aをパターニングする。こ
れによって、多結晶シリコンからなるゲート電極109
を形成する。その後、引き続き上層酸化膜108、第2
窒化膜203、中間トンネル酸化膜202、第1窒化膜
201及び下層トンネル酸化膜106をパターニングす
る。
【0015】次いで、図2(5)に示すように、ゲート
電極109の両脇における半導体基板101の表面層に
不純物を導入することによって、ソース104及びドレ
イン105を形成する。
電極109の両脇における半導体基板101の表面層に
不純物を導入することによって、ソース104及びドレ
イン105を形成する。
【0016】以上によって、下層トンネル酸化膜106
と上層酸化膜108との間に、酸化膜(中間トンネル酸
化膜202)を挟んで2層の窒化膜(第1窒化膜201
と第2窒化膜203)を設けてなるMONOS構造の不
揮発性記憶素子を得ることができる。
と上層酸化膜108との間に、酸化膜(中間トンネル酸
化膜202)を挟んで2層の窒化膜(第1窒化膜201
と第2窒化膜203)を設けてなるMONOS構造の不
揮発性記憶素子を得ることができる。
【0017】しかる後、ここでは図示を省略したが、例
えば、ゲート電極109の側壁から下層トンネル酸化膜
106の側壁にかけて絶縁性のサイドウォールを形成
し、さらにソース104やドレイン105に接続される
配線を形成することによって不揮発性記憶装置を完成さ
せる。この不揮発性記憶装置は、7V〜8V程度のゲー
ト電圧を印加することで電荷の注入が行われる。
えば、ゲート電極109の側壁から下層トンネル酸化膜
106の側壁にかけて絶縁性のサイドウォールを形成
し、さらにソース104やドレイン105に接続される
配線を形成することによって不揮発性記憶装置を完成さ
せる。この不揮発性記憶装置は、7V〜8V程度のゲー
ト電圧を印加することで電荷の注入が行われる。
【0018】上記構成の不揮発性記憶素子では、半導体
基板101とゲート電極109との間に半導体基板10
1側から順に、下層トンネル酸化膜106、第1窒化膜
201、中間トンネル酸化膜202、第2窒化膜20
3、上層酸化膜108が積層される。このため、半導体
基板101とゲート電極109との間には、酸化膜−窒
化膜界面が4か所設けられる。そして、ゲート電極10
9に電圧を印加することによって、半導体基板101中
の電荷が下層トンネル酸化膜201及び中間トンネル酸
化膜202を通過し、上記4か所の各捕獲順位に上記電
荷が蓄積される。この際の蓄積可能な電荷量は、形成面
積が同一の従来構造の不揮発性記憶素子と比較して約2
倍になる。したがって、不揮発性記憶素子における記憶
機能(信号量)を向上させることが可能になる。ただ
し、電荷の注入時間は、各捕獲順位を満たすのに十分な
時間に設定することとする。
基板101とゲート電極109との間に半導体基板10
1側から順に、下層トンネル酸化膜106、第1窒化膜
201、中間トンネル酸化膜202、第2窒化膜20
3、上層酸化膜108が積層される。このため、半導体
基板101とゲート電極109との間には、酸化膜−窒
化膜界面が4か所設けられる。そして、ゲート電極10
9に電圧を印加することによって、半導体基板101中
の電荷が下層トンネル酸化膜201及び中間トンネル酸
化膜202を通過し、上記4か所の各捕獲順位に上記電
荷が蓄積される。この際の蓄積可能な電荷量は、形成面
積が同一の従来構造の不揮発性記憶素子と比較して約2
倍になる。したがって、不揮発性記憶素子における記憶
機能(信号量)を向上させることが可能になる。ただ
し、電荷の注入時間は、各捕獲順位を満たすのに十分な
時間に設定することとする。
【0019】尚、上記実施の形態では、下層トンネル酸
化膜106と上層酸化膜108との間の窒化膜を第1窒
化膜201と第2窒化膜203との2層構造にした。し
かし、この窒化膜は3層以上の多層にしても良く、この
場合には中間トンネル酸化膜も2層以上に多層化され
る。このように、窒化膜が3層以上に多層化された不揮
発性記憶素子では、上記実施の形態の不揮発性記憶素子
よりもさらに蓄積可能な電荷量を増加させることが可能
になる。
化膜106と上層酸化膜108との間の窒化膜を第1窒
化膜201と第2窒化膜203との2層構造にした。し
かし、この窒化膜は3層以上の多層にしても良く、この
場合には中間トンネル酸化膜も2層以上に多層化され
る。このように、窒化膜が3層以上に多層化された不揮
発性記憶素子では、上記実施の形態の不揮発性記憶素子
よりもさらに蓄積可能な電荷量を増加させることが可能
になる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の不揮発性記
憶素子によれば、トンネル酸化膜と上層酸化膜との間の
窒化膜を酸化膜を挟んだ多層構造にしたことによって、
半導体基板−ゲート電極間における酸化膜−窒化膜界面
の捕獲順位を増加させることが可能になる。このため、
微細化が進んだ不揮発性記憶素子における蓄積可能な電
荷量を増加させ、信号量(記憶機能)を向上させること
が可能になる。
憶素子によれば、トンネル酸化膜と上層酸化膜との間の
窒化膜を酸化膜を挟んだ多層構造にしたことによって、
半導体基板−ゲート電極間における酸化膜−窒化膜界面
の捕獲順位を増加させることが可能になる。このため、
微細化が進んだ不揮発性記憶素子における蓄積可能な電
荷量を増加させ、信号量(記憶機能)を向上させること
が可能になる。
【図1】本発明を適用した不揮発性記憶素子の構造図で
ある。
ある。
【図2】本発明を適用した不揮発性記憶素子の製造工程
図である。
図である。
【図3】従来の不揮発性記憶素子の構造図である。
101 半導体基板 106 下層トンネル酸化膜
(トンネル酸化膜) 108 上層酸化膜 109 ゲート電極 201 第1窒化膜(窒化膜) 202 中間トンネ
ル酸化膜(酸化膜) 203 第2窒化膜(窒化膜)
(トンネル酸化膜) 108 上層酸化膜 109 ゲート電極 201 第1窒化膜(窒化膜) 202 中間トンネ
ル酸化膜(酸化膜) 203 第2窒化膜(窒化膜)
Claims (2)
- 【請求項1】 半導体基板とゲート電極との間に、当該
半導体基板側から順にトンネル酸化膜、窒化膜、上層酸
化膜を設けてなる不揮発性記憶素子において、 前記窒化膜は、少なくとも2層の積層構造であり、 前記各窒化膜間には、酸化膜が設けられていること、 を特徴とする不揮発性記憶素子。 - 【請求項2】 請求項1記載の不揮発性記憶素子におい
て、 前記窒化膜間に設けられている酸化膜は、正孔がトンネ
リング可能な膜厚を有していること、 を特徴とする不揮発性記憶素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9048644A JPH10247692A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 不揮発性記憶素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9048644A JPH10247692A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 不揮発性記憶素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247692A true JPH10247692A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12809083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9048644A Withdrawn JPH10247692A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 不揮発性記憶素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247692A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100414211B1 (ko) * | 2001-03-17 | 2004-01-07 | 삼성전자주식회사 | 모노스 게이트 구조를 갖는 비휘발성 메모리소자 및 그제조방법 |
| JP2005260197A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Hynix Semiconductor Inc | 半導体素子及びその製造方法 |
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