JP2000200841A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法

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JP2000200841A
JP2000200841A JP11001806A JP180699A JP2000200841A JP 2000200841 A JP2000200841 A JP 2000200841A JP 11001806 A JP11001806 A JP 11001806A JP 180699 A JP180699 A JP 180699A JP 2000200841 A JP2000200841 A JP 2000200841A
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semiconductor memory
floating gate
trench
insulating film
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Atsushi Fukumoto
敦 福本
Natsuo Ajika
夏夫 味香
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分離特性が向上した不揮発性半導体記憶装置
を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 半導体基板1の表面中に、ビット線方向
に互いに平行に延びる第1のトレンチ2aと第2のトレ
ンチ2bが設けられている。第1および第2のトレンチ
2a,2bの中に、トレンチ分離用絶縁膜24が埋込ま
れている。半導体基板1の上であって、第1のトレンチ
2aと第2のトレンチ2bの間に、フローティングゲー
ト4が設けられている。フローティングゲート4の、ビ
ット線方向に延びる側壁面にサイドウォールスペーサ2
5が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に不揮発性
半導体記憶装置に関するものであり、より特定的には、
トレンチ分離を使用した不揮発性半導体記憶装置に関す
る。この発明は、また、そのような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】図6は、従来のトレンチ分離を使用した
不揮発性半導体記憶装置の平面図である。図7(A)
は、図6におけるA−A線に沿う断面図である。図7
(B)は、図6におけるC−C線に沿う断面図である。
【0003】これらの図を参照して、従来の不揮発性半
導体記憶装置は、半導体基板1を備える。半導体基板1
の主表面中に、ビット線方向Yに、ライン状の、トレン
チ分離用のトレンチ2が形成されている。トレンチ2内
には、トレンチ分離用絶縁膜24が埋込まれている。ト
レンチ2と、その中に埋込まれた絶縁膜24とで、トレ
ンチ分離が構成される。半導体基板1の上であって、ト
レンチ2の両側に、トンネル酸化膜3を介在させてフロ
ーティングゲート4が設けられている。フローティング
ゲート4の上に、インターポリ絶縁膜5を介在させて、
コントロールゲート6が設けられている。
【0004】次に、図8を参照して、不揮発性半導体記
憶装置の動作について説明する。ここでは、DINOR
型フラッシュメモリに共通の、メモリドレインエッジで
のFowler-Nordheim トンネル電流書込、チャネル全面で
のFowler-Nordheim トンネル電流消去方式について説明
する。
【0005】情報の記憶はフローティングゲートが帯電
しているか否かにより行なう。フローティングゲートに
電子が注入され、これが負に帯電していると、その上の
コントロールゲートから見たVthが高くなる(消去状
態)。逆にフローティングゲートが負に帯電していなけ
れば、Vthは低い(書込状態)。コントロールゲート
に、これらVthの中間の電圧を印加し、メモリセルトラ
ンジスタがONするか否かで、記憶内容を読出すことが
できる。
【0006】書込は副ビット線(ドレイン配線)、ワー
ド線(ゲート配線)の選択によりビット単位で行なえ
る。また、消去電圧をワード線(ゲ−ト配線)単位で印
加することができるので、消去はセクタ−単位で行なえ
る。
【0007】フローティングゲート電極は、周囲を高品
質の絶縁膜で覆われているので、注入された電子は、消
去されないかぎり電極中に留まる。したがって、電源を
切っても、記憶内容は保持される。
【0008】次に、従来のトレンチ分離を使用した不揮
発性半導体記憶装置の製造方法を図を用いて説明する。
【0009】これから説明する図面において、左側に描
かれた断面図は、図6におけるA−A線に沿う断面図で
あり、右側に描かれた図は、C−C線に沿う断面図であ
る。
【0010】図9を参照して、半導体基板(シリコン基
板)1の表面を酸化し、膜厚が10nm程度のトンネル
絶縁膜3を形成する。トンネル絶縁膜3の上に、リンな
どのn型不純物を添加したポリシリコン膜7またはアモ
ルファスシリコン膜(200nm程度)、CVD酸化膜
8(100nm程度)を、順次、堆積する。
【0011】図10を参照して、ビット線方向に互いに
平行に延びる、第1のトレンチと第2のトレンチを形成
すべき部分に開口部を有するレジストパターン9を、写
真製版により形成する。図9と図10を参照して、レジ
ストパターン9を用いて、ビット線方向のパターニング
を行ない、酸化膜8、ポリシリコン膜7、トンネル酸化
膜3を順にエッチングし、さらに、半導体基板1の表面
中に、深さ500nm程度のトレンチ2を形成する。こ
れにより、完成前のフローティングゲート4と自己整合
的にトレンチ2が形成される。その後、レジストパター
ン9と酸化膜8を除去する。
【0012】図10と図11を参照して、トレンチ2内
を、テトラエトキシシラン(TEOS)などのCVD絶
縁膜24で埋込む。化学的機械的研摩法(CMP)など
で、このCVD絶縁膜24を、半導体基板1の表面上ま
でエッチングし、ビット線方向に延びる、完成前のフロ
ーティングゲート4を形成する。その後、フローティン
グゲート4を被覆するように、ONO膜(5nm程度の
CVD酸化膜/5nm程度のCVD窒化膜/5nm程度
のCVD酸化膜で構成される薄膜積層膜)5を形成す
る。
【0013】図12を参照して、さらに、リンなどのn
型不純物を添加したポリシリコン13(50nm程
度)、WSiなどの高融点金属シリサイド14(50n
m程度)、TEOSなどのCVD酸化膜15(100n
m程度)を順次堆積させる。CVD酸化膜15の上に、
コントロールゲートを形成するためのレジストパターン
16を形成する。
【0014】図12と図13を参照して、CVD酸化膜
15、高融点金属シリサイド14およびポリシリコン1
3、ONO膜5、完成前のフローティングゲート4を順
にエッチングして、フローティングゲート4およびコン
トロールゲート6を完成させる。
【0015】図14を参照して、ドレイン領域以外の部
分をレジストパターン17でマスクし、イオン注入し、
ドレイン領域18を形成する。
【0016】図15と図16を参照して、ソース領域以
外の部分をマスクし、イオン注入を行ない、ソース領域
19を形成する。
【0017】その後、図17を参照して、ビット線20
を形成し、層間絶縁膜28,29を介在させて第1のA
l配線21と第2のAl配線22を形成し、ガラスコー
ト23を形成すると、メモリセルトランジスタが完成す
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】従来の不揮発性半導体
メモリの製造方法は、以上のように構成されていたの
で、次のような問題点があった。
【0019】図18(A)は、図13工程での、図6に
おけるA−A線に沿う断面図である。図18(B)は、
図13工程での、図6におけるB−B線に沿う断面図で
ある(ここでは、ビット線コンタクトは省略されてい
る)。
【0020】図18と図13を参照して、フローティン
グゲート4と自己整合的に形成されたトレンチ分離を用
いる場合、コントロールゲート(メモリゲート)6をエ
ッチングし、さらに完成前のフローティングゲート4を
エッチングする際に問題が生じる。すなわち、図18
(B)に示す、B−B線に沿う断面図において、トレン
チ2内のトレンチ分離用酸化膜24がエッチングされ、
半導体基板1の側面すなわち、トレンチ2の側面(図
中、丸で示す部分50)が露出することがあった。この
ように、半導体基板1の側面が露出すると、分離特性を
十分に保持できないという問題点があった。
【0021】また、図18(A)を参照して、フローテ
ィングゲート4の上面の端部(図中、丸で示す部分5
1)が角となって尖っていたので、フローティングゲー
ト4とコントロールゲート6間のインターポリ絶縁膜5
へ電界が集中するという問題点があった。
【0022】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、分離特性を十分に保持すること
ができるように改良された不揮発性半導体記憶装置を提
供することを目的とする。
【0023】この発明は、また、フローティングゲート
とコントロールゲート間のインターポリ絶縁膜に電界が
集中しないように改良された、不揮発性半導体記憶装置
を提供することにある。
【0024】この発明のさらに他の目的は、分離特性を
保持できるように改良された、不揮発性半導体記憶装置
の製造方法を提供することにある。
【0025】この発明のさらに他の目的は、フローティ
ングゲートとコントロールゲート間のインターポリ絶縁
膜に電界が集中しないように改良された不揮発性半導体
記憶装置の製造方法を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る不揮発性
半導体記憶装置は、半導体基板を備える。上記半導体基
板の表面中に、ビット線方向に互いに平行に延びる第1
のトレンチと第2のトレンチが設けられている。上記第
1および第2のトレンチの中に、トレンチ分離用酸化膜
が埋込まれている。上記半導体基板の上であって、上記
第1のトレンチと上記第2のトレンチの間に、フローテ
ィングゲートが設けられている。上記フローティングゲ
ートの、ビット線方向に延びる側壁面に、サイドウォー
ルスペーサが設けられている。
【0027】この発明によれば、フローティングゲート
の、ビット線方向に延びる側壁面にサイドウォールスペ
ーサが設けられているので、フローティングゲートの角
部が丸められ、インターポリ絶縁膜へ電界が集中しなく
なる。
【0028】請求項2に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記サイドウォールスペーサは、フローティン
グゲートの、ビット線方向に延びる両側の側壁面のそれ
ぞれに設けられている。
【0029】請求項3に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記サイドウォールスペーサはポリシリコンで
形成される。
【0030】請求項4に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記ポリシリコンには、n型不純物が注入され
ている。
【0031】請求項5に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記サイドウォールスペーサの厚みは、上から
下に向かって増大している。
【0032】請求項6に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記フローティングゲートの、ビット線方向に
延びる側壁面と、上記トレンチの側壁面は面一である。
【0033】請求項7に係る不揮発性半導体記憶装置に
よれば、上記トレンチ分離用酸化膜は、TEOSを原料
とするCVD絶縁膜で形成されている。
【0034】請求項8に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法においては、まず、半導体基板の上にトンネル
絶縁膜と第1の導電層とを順次形成する。上記第1の導
電層と上記トンネル絶縁膜の、ビット線方向のパターニ
ングを行ない、それによって、ビット線方向に延びる、
完成前のフローティングゲートを形成するとともに、上
記完成前のフローティングゲートと自己整合的に上記半
導体基板の表面中にトレンチを形成する。上記トレンチ
内にトレンチ分離用絶縁膜を埋込む。上記フローティン
グゲートの側壁にサイドウォールスペーサを形成する。
上記半導体基板の上に、上記完成前のフローティングゲ
ートを覆うように絶縁膜と第2の導電層を順次形成す
る。上記第2の導電層および上記絶縁膜および上記完成
前のフローティングゲートをワード線方向にパターニン
グし、それによって、完成したフローティングゲート、
およびコントロールゲートを形成する。
【0035】この発明によれば、フローティングゲート
の側壁にサイドウォールスペーサを形成するので、コン
トロールゲート(メモリゲート)および完成前のフロー
ティングゲートのエッチングの際に、トレンチ内分離絶
縁膜がエッチングされても、トレンチの側壁が露出しな
い。その結果、分離特性が保持された、不揮発性半導体
記憶装置が得られる。
【0036】請求項9に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法によれば、上記サイドウォールスペーサをポリ
シリコンで形成する。
【0037】請求項10に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造方法においては、上記サイドウォールスペーサの
形成は、上記完成前のフローティングゲートを覆うよう
に上記半導体基板の上にポリシリコン層を形成する工程
と、上記ポリシリコン層を等方性エッチングする工程
と、を含む。
【0038】請求項11に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造方法によれば、上記絶縁膜を、酸化膜/窒化膜/
酸化膜の薄層積層膜で形成する。
【0039】請求項12に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造方法においては、上記トレンチ分離用絶縁膜は、
TEOSを原料とするCVD酸化膜で形成する。
【0040】請求項13に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造方法においては、上記第1の導電層を、ポリシリ
コン層またはアモルファスシリコン層で形成する。
【0041】請求項14に係る不揮発性半導体記憶装置
の製造方法においては、上記第2の導電層をポリシリコ
ンで形成する。
【0042】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。
【0043】図1は、実施の形態に係る不揮発性半導体
記憶装置の要部の断面図である。このような実施の形態
に係る不揮発性半導体記憶装置の平面図は、図6に示す
ものとほぼ同一である。
【0044】図1(A)は図6におけるA−A線に沿う
断面図である。図1(B)は、図6におけるC−C線に
沿う断面図である。
【0045】これらの図を参照して、実施の形態1に係
る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板1を備える。
半導体基板1の表面中に、ビット線方向に互いに平行に
延びる第1のトレンチ2aと、第2のトレンチ2bが設
けられている。第1のトレンチ2aおよび第2のトレン
チ2bの中には、トレンチ分離用酸化膜24が埋込まれ
ている。半導体基板1の上であって、第1のトレンチ2
aと第2のトレンチ2bの間に、フローティングゲート
4が設けられている。
【0046】フローティングゲート4の、ビット線方向
に延びる側壁面に、サイドウォールスペーサ25が設け
られている。サイドウォールスペーサ25は、フローテ
ィングゲート4の、ビット線方向に延びる両側の側壁面
のそれぞれに設けられている。サイドウォールスペーサ
25は、n型不純物が注入されたポリシリコンで形成さ
れている。サイドウォールスペーサ25の厚みは、上か
ら下に向かって増大している。フローティングゲート4
の、ビット線方向に延びる側壁面と、トレンチ2a,2
bの側壁面は面一である。トレンチ分離用酸化膜24
は、TEOSを原料とするCVD絶縁膜で形成されてい
る。
【0047】サイドウォールスペーサ25およびフロー
ティングゲート4を被覆するように、インターポリ絶縁
膜となるONO膜5が、半導体基板1の上に形成されて
いる。ONO膜5を介在させて、フローティングゲート
4およびサイドウォールスペーサ25を、コントロール
ゲート6が被覆している。その他の構成は、図7に示す
従来装置と同様であるので、同一または相当する部分に
は、同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない。
【0048】実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装
置によれば、フローティングゲート4の側壁に導電性の
サイドウォールスペーサ25が設けられており、サイド
ウォールスペーサに25とフローティングゲート4から
なる導電体の上面の角部が丸められている。そのため、
フローティングゲート4とコントロールゲート6との間
のインターポリ絶縁膜5に電界集中が起こらない。ま
た、フローティングゲート4とコントロールゲート6が
インターポリ絶縁膜25を介在させて接する面積が増大
し、メモリセルカップリング比が向上する。
【0049】次に、実施の形態1に係る不揮発性半導体
記憶装置の製造方法について説明する。
【0050】まず、図9および図10に示す従来の工程
と同様の工程を経る。レジストパターン9とCVD酸化
膜8を除去する。
【0051】その後、図2を参照して、トレンチ2内に
トレンチ分離用酸化膜24を埋込む。その後、半導体基
板1の上に、リンなどのn型不純物を添加したポリシリ
コン26を堆積する。
【0052】図2と図3を参照して、ポリシリコン26
を等方性エッチングする。これによって、フローティン
グゲート4の側壁にサイドウォールスペーサに25を形
成する。その後、図11に示すONO膜の形成および図
12〜図17に示す従来工程と同様の工程を経て、不揮
発性半導体記憶装置が完成する。次に、効果について説
明する。
【0053】図4は、得られた半導体装置の要部の、図
6におけるA−A線に沿う断面図である。図5は、得ら
れた半導体装置の要部の、図6におけるB−B線に沿う
断面図である。
【0054】本発明の実施の形態によれば、図5を参照
して、トレンチ埋込用絶縁膜24がエッチングされて
も、トレンチ2の側壁面が露出しないので、分離特性が
保持される。また、図4を参照して、ワード膜の成膜時
に、フローティングゲート4とサイドウォールスペーサ
25とからなる導電体の平坦性が向上しているので、ワ
ード線のパターニングが容易となる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る不
揮発性半導体記憶装置によれば、フローティングゲート
とコントロールゲートが接する面積が増大するので、メ
モリセルカップリング比が向上した、不揮発性半導体記
憶装置が得られるという効果を奏する。
【0056】また、この発明に係る不揮発性半導体記憶
装置によれば、フローティングゲートの表面形状がなだ
らかになるので、インターポリ絶縁膜への電界集中が緩
和するという効果を奏する。
【0057】また、この発明に係る不揮発性半導体記憶
装置の製造方法によれば、トレンチ分離用絶縁膜がエッ
チングされても、トレンチの内壁面が露出しないので、
分離特性が保持できるという効果を奏する。
【0058】また、この発明に係る不揮発性半導体記憶
装置の製造方法によれば、ワード線の成膜時に、フロー
ティングゲートの平坦性が向上しているので、ワード線
のパターニングが容易になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置
の、後述の図6におけるA−A線に沿う断面(A)とC
−C線に沿う断面図(B)である。
【図2】 実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法の順序の第1の工程における半導体装置の断面
図である。
【図3】 実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法の順序の第2の工程における半導体装置の断面
図である。
【図4】 実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の
効果を説明するための断面図である。
【図5】 実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置の
製造方法の効果を説明するための断面図である。
【図6】 実施の形態および従来の不揮発性半導体記憶
装置の平面図である。
【図7】 従来の不揮発性半導体記憶装置のA−A線に
沿う断面図(A)とC−C線に沿う断面図(B)であ
る。
【図8】 従来の不揮発性半導体記憶装置の動作を説明
するための図である。
【図9】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法の
順序の第1の工程における半導体装置の断面図である。
【図10】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第2の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図11】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第3の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図12】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第4の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図13】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第5の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図14】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第6の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図15】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第7の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図16】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第8の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図17】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の順序の第9の工程における半導体装置の断面図であ
る。
【図18】 従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法
の問題点を示す、図6におけるA−A線に沿う断面図
(A)とB−B線に沿う断面図(B)である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2a,2b トレンチ、4 フローテ
ィングゲート、6 コントロールゲート、24 トレン
チ分離用絶縁膜、25 サイドウォールスペーサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA25 AA30 AB08 AB09 AC02 AD60 AF07 AF25 AG07 AG21 5F083 EP03 EP23 EP55 EP78 ER03 ER09 ER14 ER15 ER21 ER30 GA19 GA22 GA30 JA33 JA35 JA39 NA01 PR03 PR21 PR29 PR40

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の表面中に設けられ、ビット線方向に互
    いに平行に延びる第1のトレンチと第2のトレンチと、 前記第1および第2のトレンチの中に埋込まれたトレン
    チ分離用酸化膜と、 前記半導体基板の上であって、前記第1のトレンチと前
    記第2のトレンチの間に設けられたフローティングゲー
    トと、 前記フローティングゲートの、ビット線方向に延びる側
    壁面に設けられたサイドウォールスペーサと、を備えた
    不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記サイドウォールスペーサは、前記フ
    ローティングゲートの、ビット線方向に延びる両側の側
    壁面のそれぞれに設けられている、請求項1に記載の不
    揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記サイドウォールスペーサはポリシリ
    コンで形成される、請求項1に記載の不揮発性半導体記
    憶装置。
  4. 【請求項4】 前記ポリシリコンには、n型不純物が注
    入されている、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
  5. 【請求項5】 前記サイドウォールスペーサの厚みは、
    上から下に向かって増大している、請求項1に記載の不
    揮発性半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記フローティングゲートの、ビット線
    方向に延びる前記側壁面と、前記トレンチの側壁面は面
    一である、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記トレンチ分離用絶縁膜は、TEOS
    を原料とするCVD絶縁膜で形成されている、請求項1
    に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 半導体基板の上にトンネル絶縁膜と第1
    の導電層を順次形成する工程と、 前記第1の導電層と前記トンネル絶縁膜の、ビット線方
    向のパターニングを行ない、それによって、ビット線方
    向に延びる、完成前のフローティングゲートを形成する
    とともに、該完成前のフローティングゲートと自己整合
    的に前記半導体基板の表面中にトレンチを形成する工程
    と、 前記トレンチ内にトレンチ分離用絶縁膜を埋込む工程
    と、 前記フローティングゲートの側壁にサイドウォールスペ
    ーサを形成する工程と、 前記半導体基板の上に、前記完成前のフローティングゲ
    ートを覆うように絶縁膜と第2の導電層を順次形成する
    工程と、 前記第2の導電層および前記絶縁膜および前記完成前の
    フローティングゲートをワード線方向にパターニング
    し、それによって、完成したフローティングゲート、お
    よびコントロールゲートを形成する工程と、を備えた不
    揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記サイドウォールスペーサをポリシリ
    コンで形成する、請求項8に記載の不揮発性半導体記憶
    装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記サイドウォールスペーサの形成
    は、前記完成前のフローティングゲートを覆うように前
    記半導体基板の上にポリシリコン層を形成する工程と、 前記ポリシリコン層を等方性エッチングする工程と、を
    含む、請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造
    方法。
  11. 【請求項11】 前記絶縁膜を、酸化膜と窒化膜と酸化
    膜との薄層積層膜で形成する、請求項8に記載の不揮発
    性半導体記憶装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記トレンチ分離用絶縁膜は、TEO
    Sを原料とするCVD酸化膜で形成する、請求項8に記
    載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記第1の導電層を、ポリシリコン層
    またはアモルファスシリコン層で形成する、請求項8に
    記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記第2の導電層をポリシリコンで形
    成する、請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装置の製
    造方法。
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