JP2000286347A - 不揮発性半導体記憶装置とその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置とその製造方法

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JP2000286347A
JP2000286347A JP11046737A JP4673799A JP2000286347A JP 2000286347 A JP2000286347 A JP 2000286347A JP 11046737 A JP11046737 A JP 11046737A JP 4673799 A JP4673799 A JP 4673799A JP 2000286347 A JP2000286347 A JP 2000286347A
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forming
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gate
diffusion region
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JP11046737A
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Kazuyuki Ozeki
和之 尾關
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メモリセルの動作寿命の向上を図る。 【解決手段】 SOG膜のエッチバック工程による平坦
化が施された層間絶縁膜9が採用された不揮発性半導体
記憶装置において、少なくともフローティングゲート4
とコントロールゲート6等から成るメモリセルを被覆す
るように、シリコン窒化膜9Dによるバリア膜を形成し
たことで、SOG膜に含まれるHあるいはOH等が拡散
しても、トンネル酸化膜3にトラップされなくなり、ト
ラップアップレートが改善されると共に、バリア膜をフ
ローティングゲート4とコントロールゲート6等から成
るメモリセルを被覆する領域だけに形成したことで、膜
剥がれの原因であるタングステンシリサイド膜との密着
面積が減少し、膜剥がれを抑止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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に重なるように形
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
記憶装置とその製造方法に関し、更に言えばフローティ
ングゲートに蓄積された電荷(電子)をコントロールゲ
ート側に抜き取ることによるデータの消去を繰り返し行
う際の消去効率の低下を抑止し、メモリセルの動作寿命
(サイクル寿命)を延長させる技術に関する。
【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 a
nd 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。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の
ドレイン領域側で発生したホットエレクトロンを加速し
てフローティングゲート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からコント
ロールゲートへ電荷を引き抜くことでデータの消去が行
われる。
【0003】図10は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
11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
んで配置されるスプリットゲート構造を示している。
【0004】P型のシリコン基板1の表面領域に、LO
COS(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の端部には先鋭な角部が形成されてい
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の端部で電界集中が生じ易いようにしている。
【0005】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。
【0006】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。
【0007】そして、前記コントロールゲート6上に、
層間絶縁膜9を介して、アルミニウム合金等から成る金
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。
【0008】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。
【0009】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。すると、コントロールゲート6及びフローティン
グゲート4間とフローティングゲート4及び基板(ソー
ス領域8)間とが容量結合されており(コントロールゲ
ート6及びフローティングゲート4間の容量<フローテ
ィングゲート4及び基板(ソース領域8)間の容量)、
この容量結合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、ドレイン領域7付近で発生す
るホットエレクトロンがフローティングゲート4側へ加
速され、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。
【0010】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の角部の鋭角部分からF−N(Fowler-Nor
dheim t unnelling)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。
【0011】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ドレイン電流が流れる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】図12は、上記構成の
従来装置におけるサイクル寿命(データ書き換え回数、
E/W Cycle)の測定結果を示し、データ書き換え回数
(横軸)の増加につれて、累積不良率(%)が増加して
いく様子を示している。尚、この場合の不良とは、例え
ばセル電流が判定可能レベル(例えば、消去状態のメモ
リセルのメモリセル電流が、初期値の100μAの30
%となる30μA)まで低下した時点を、メモリセルの
動作寿命として、不良と判定していた。
【0013】この図に示すように従来の不揮発性半導体
記憶装置では、データ書き換え回数が、およそ7万回に
達すると累積不良率は100%になってしまっていた。
【0014】一般のプログラマブルメモリにおいては、
データの書き込み/消去の繰り返しは10万回程度が必
要とされており、7万回では不十分であり、更なる書き
換え回数を可能にしたいという要望があった。
【0015】そして、本発明者が行った解析の結果、メ
モリセルトランジスタ上に形成した層間絶縁膜の材質
と、サイクル寿命との間で、何らかの因果関係があるこ
とを突き止めた。
【0016】即ち、本構成の不揮発性半導体記憶装置の
ように、フローティングゲート上にコントロールゲート
が重なるために比較的段差が厳しくなるような装置構成
では、平坦化を図るために、SOG(Spin On Glass)
膜のエッチバック工程が施された層間絶縁膜9を形成し
ている。
【0017】そして、このSOG膜に含まれるHあるい
はOH等が拡散して、前記トンネル酸化膜にトラップさ
れることが影響していると考えた。
【0018】そこで、従来、図13に示すように、前記
層間絶縁膜9下面に形成されたフローティングゲート4
やコントロールゲート6等から構成されるメモリセルを
被覆するようにシリコン窒化膜から成るバリア膜9Cを
介在させて、層間絶縁膜9から拡散されるH,OH等に
よるメモリセル特性の劣化を抑止していた。
【0019】しかしながら、従来装置において、前記バ
リア膜9Cを境にして膜剥がれが生じるといった不具合
が発生するようになった。
【0020】そして、本発明者の原因解析によると、前
記バリア膜9Cを構成するシリコン窒化膜と、金属配線
10の一部を構成する電極配線膜10Aとの間で、膜剥
がれが生じていた。これは、電極配線膜10Aの導電性
を高めるために、導電化されたポリシリコン膜上に積層
しているタングステンシリサイド膜とシリコン窒化膜と
の密着性の悪さに原因が有ることを突き止めた。
【0021】ここで、この電極配線膜10Aは、コント
ロールゲート6の側壁部を被覆するサイドウォールスペ
ーサ膜9Eを介してセルフアラインで形成できるため、
この電極配線膜10Aを介在することなしに、層間絶縁
膜9にコンタクトホールを形成し、金属膜10Bだけの
金属配線10を形成する場合に発生するおそれのある、
マスクずれによる金属膜10Bとコントロールゲート6
とがショートする現象や、それを回避しようとして隣り
合うコントロールゲート6間の間隔を広げることでの微
細化の妨げを解消するためには、必要な構成である。
【0022】また、シリコン窒化膜を全面に形成してい
たため、ウエハの最外周部で、特に膜剥がれが生じ、こ
れがダストとなるという課題もわかってきた。
【0023】従って、本発明はメモリセルの動作寿命の
向上を可能にすると共に、膜剥がれの生じない高品質の
不揮発性半導体記憶装置とその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0024】
【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、本発明の不揮発性
半導体記憶装置は、フローティングゲート4とコントロ
ールゲート6等を被覆するSOG膜を含む層間絶縁膜9
(,19)下面にシリコン窒化膜9D(,19D)によ
るバリア膜が介在することで、SOG膜に含まれるHあ
るいはOH等が拡散しても、トンネル酸化膜3にトラッ
プされることを抑止し、トラップアップレートを改善す
ると共に、前記シリコン窒化膜9D(,19D)を、フ
ローティングゲート4とコントロールゲート6等から成
るメモリセルを被覆する領域だけに形成したことを特徴
とする。
【0025】そして、その製造方法は、例えば、P型の
シリコン基板1の表面を熱酸化してゲート酸化膜3Aを
形成し、このゲート酸化膜3A上に導電化されたポリシ
リコン膜4Bを形成し、このポリシリコン膜4B上に所
定のパターンの開口53Aを有するシリコン窒化膜53
を形成した後に、この開口53Aを介して前記ポリシリ
コン膜4Bを選択酸化して選択酸化膜5を形成する。次
に、この選択酸化膜5をマスクにして前記ポリシリコン
膜4Bをエッチングして上部に先鋭な角部4Aを有する
フローティングゲート4を形成する。続いて、前記フロ
ーティングゲート4を被覆するようにトンネル酸化膜3
を形成し、このトンネル酸化膜3上に導電化されたポリ
シリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)膜と
絶縁膜9Aを積層した後に、この積層膜をパターニング
してトンネル酸化膜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コントロールゲート6
を形成する。続いて、隣り合うフローティングゲート4
間の前記シリコン基板表層にN型のソース領域8を形成
する。更に、全面に絶縁膜9Bを形成し、シリコン窒化
膜9Cを形成する。そして、前記ソース領域8に隣接す
る側のフローティングゲート4及びコントロールゲート
6上にフォトレジスト膜51を形成した後に、このフォ
トレジスト膜51をマスクにしてシリコン窒化膜9Cを
パターニングしてシリコン窒化膜9Dを形成する。続い
て、前記フォトレジスト膜51を除去した後に、シリコ
ン窒化膜9Dをマスクにして前記絶縁膜9Bを異方性エ
ッチングして、ドレイン形成領域側の基板表層を露出さ
せると共に、ドレイン形成領域側のコントロールゲート
6の側壁部を被覆するサイドウォールスペーサ膜9Eを
形成し、この隣り合うコントロールゲート6間の前記シ
リコン基板表層にN型のドレイン領域7を形成する。そ
して、前記ソース・ドレイン領域7,8上にコンタクト
する電極配線膜10Aを形成した後に、全面にBPSG
膜9F及びSOG膜9Gを形成し、これらを所定量エッ
チバックすることで平坦化された層間絶縁膜9を形成
し、この層間絶縁膜9に形成したコンタクトホール11
を介して前記ドレイン領域7にコンタクト接続する金属
膜10Bを形成し、前記電極配線膜10A及び金属膜1
0Bから成る金属配線10を形成する工程とを具備した
ことを特徴とする。
【0026】また、他の製造方法は、P型のシリコン基
板1の表面を熱酸化してゲート酸化膜3Aを形成し、こ
のゲート酸化膜3A上に導電化されたポリシリコン膜4
Bを形成し、このポリシリコン膜4B上に所定のパター
ンの開口53Aを有するシリコン窒化膜53を形成した
後に、この開口53Aを介して前記ポリシリコン膜4B
を選択酸化して選択酸化膜5を形成する。次に、この選
択酸化膜5をマスクにして前記ポリシリコン膜4Bをエ
ッチングして上部に先鋭な角部4Aを有するフローティ
ングゲート4を形成する。続いて、前記フローティング
ゲート4を被覆するようにトンネル酸化膜3を形成し、
このトンネル酸化膜3上に導電化されたポリシリコン膜
とタングステンシリサイド(WSix)膜と絶縁膜19
Aを積層した後に、この積層膜をパターニングしてトン
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コントロールゲート6を形成す
る。続いて、隣り合うフローティングゲート4間の前記
シリコン基板表層にN型のソース領域8を形成する。更
に、全面にシリコン窒化膜19Bを形成し、絶縁膜19
Cを形成する。そして、前記ソース領域8に隣接する側
のフローティングゲート4及びコントロールゲート6上
にフォトレジスト膜51を形成した後に、このフォトレ
ジスト膜51をマスクにして絶縁膜19Cを異方性エッ
チングして、ドレイン形成領域側の基板表層を露出させ
ると共に、ドレイン形成領域側のコントロールゲート6
の側壁部を被覆するシリコン窒化膜19D及び絶縁膜1
9Eから成るサイドウォールスペーサ膜19Fを形成す
る。更に、この隣り合うコントロールゲート6間の前記
シリコン基板表層にN型のドレイン領域7を形成する。
そして、前記ソース・ドレイン領域7,8上にコンタク
トする電極配線膜20Aを形成した後に、全面にBPS
G膜19G及びSOG膜19Hを形成し、これらを所定
量エッチバックすることで平坦化された層間絶縁膜19
を形成し、この層間絶縁膜19に形成したコンタクトホ
ール21を介して前記ドレイン領域7にコンタクト接続
する金属膜20Bを形成し、前記電極配線膜20A及び
金属膜20Bから成る金属配線20を形成する工程とを
具備したことを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】以下、本発明の不揮発性半導体記
憶装置とそ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及び
その(X1−X1)断面図は、従来装置の説明で用いた
図10及び図11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。そして、本発
明の特徴は、図11の一部拡大図である図5に示すよう
にフローティングゲート4やコントロールゲート6等か
ら構成されるメモリセルを被覆する層間絶縁膜9の構成
にあり、詳しくは後述するが、SOG膜のエッチバック
工程により平坦化が施された層間絶縁膜9が用いられた
装置構成において、そのSOG膜からのH,OH等の拡
散によるメモリセル特性の劣化を抑止するために、少な
くともSOG膜が形成される前工程で、メモリセル内へ
のH,OH等の拡散を防止するバリア膜としてのシリコ
ン窒化膜9Dを介在させ、しかも、そのシリコン窒化膜
9Dをフローティングゲート4とコントロールゲート6
等から成るメモリセルを被覆する領域だけに形成したこ
とである。これにより、SOG膜からのH,OH等の拡
散によるメモリセル特性の劣化を抑止すると共に、特に
メモリセル特性の劣化を生じさせるH,OH等の侵入経
路に重点的に形成したことで、膜剥がれの原因であるタ
ングステンシリサイド膜との密着面積が減少し、膜剥が
れを抑止した高品質の不揮発性半導体記憶装置を構成で
きる。また、本発明装置では、このようにシリコン窒化
膜9Dを全面に形成する構成ではないため、従来のよう
にウエハの最外周部で、特に膜剥がれが生じて、ダスト
が発生するいう課題も抑止できる。
【0028】以下、このような不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルの製造方法について、便宜的に簡略化した
図面を参照しながら説明する。
【0029】先ず、図1(a)において、半導体基板1
の所定の領域に素子分離膜2を形成する(図10参照)
と共に、この素子分離膜2以外の表層にゲート酸化膜3
Aをおよそ100Åの厚さに形成する。そして、前記ゲ
ート酸化膜3A上にポリシリコン膜をおよそ1500Å
の厚さに形成し、リンドープし導電化した後、周知のフ
ォトリソグラフィ法により、このポリシリコン膜をパタ
ーニングして、フローティングゲート4を形成する。
【0030】次に、図1(b)に示すように、前記フロ
ーティングゲート4を被覆するように前記ゲート酸化膜
3Aと一体形成される、厚さがおよそ300Åの絶縁膜
(以下、トンネル酸化膜3と称す)を形成する。尚、前
記トンネル酸化膜3は、基板上にCVD法によりCVD
酸化膜、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silica
te)膜やHTO(High Temperature Oxide)膜等を形成
した後に熱酸化して成るものである。
【0031】続いて、前記基板1上の全面に例えばポリ
シリコン膜とタングステンシリサイド膜(WSix膜)
とから成る2層構造の導電膜6Aを形成する。尚、前記
導電膜6Aは、最初にポリシリコン膜をおよそ1000
Åの厚さに形成し、次に前記ポリシリコン膜にPOCl
3を拡散源としてリンドープした後、ポリシリコン膜上
にタングステンシリサイド膜(WSix膜)をおよそ1
200Åの厚さに形成することによって得られる。そし
て、前記導電膜6A上におよそ2500Åの膜厚の絶縁
膜9Aを形成した後、この絶縁膜9A上にフォトレジス
ト膜50を形成し、このレジスト膜50のソース・ドレ
イン領域形成予定部に対応する位置に開口50Aを形成
する。
【0032】次に、前記レジスト膜50をマスクにして
絶縁膜9A及び導電膜6Aをエッチングすることによ
り、図2(a)に示すように上部に前記絶縁膜9Aを積
層して成るコントロールゲート6を、前記トンネル酸化
膜3を介して前記フローティングゲート4の上部から側
壁部に跨るように形成する。そして、前記レジスト膜5
0を除去した後、少なくとも前記ドレイン領域形成予定
部を図示しないフォトレジスト膜で被覆して、このフォ
トレジスト膜をマスクにして隣り合うフローティングゲ
ート4間の基板1の表層にN型不純物、例えばリンイオ
ンをおよそドーズ量5.0×1015/cm2、加速電圧
60KeVの注入条件で注入してアニール処理して拡散
し、ソース領域8を形成する。尚、イオン注入される前
記N型不純物として、ヒ素イオン等を用いても良い。
【0033】次に、図2(b)に示すように前記基板1
上の全面にCVD法によりおよそ2000Åの膜厚の酸
化膜から成る絶縁膜9Bを形成した後、図3(a)に示
すように基板全面にCVD法でおよそ250Å〜350
Åの膜厚のシリコン窒化(SiN)膜9Cを形成する。
【0034】そして、図3(b)に示すように前記ソー
ス領域8に隣接する側のフローティングゲート4及びコ
ントロールゲート6上にフォトレジスト膜51を形成し
た後に、このフォトレジスト膜51をマスクにしてシリ
コン窒化膜9Cをパターニングしてシリコン窒化膜9D
を形成する。
【0035】尚、このシリコン窒化膜9Dは、本発明の
特徴を成すものであり、後述するSOG膜を含む層間絶
縁膜9から拡散されたH,OH等がメモリセル内(特
に、トンネル酸化膜3)に入り込むことを防止するバリ
アとして働く。このようにバリアとなるシリコン窒化膜
9Dが形成されることで、層間絶縁膜9から拡散された
H,OHが、トンネル酸化膜3内に入り込んで、トラッ
プサイトを形成することがなくなるので、トラップアッ
プレートの改善が図れる。しかも、そのシリコン窒化膜
9Dをフローティングゲート4とコントロールゲート6
等から成るメモリセルを被覆する領域だけ(メモリセル
特性の劣化を生じさせるH,OH等の侵入経路に重点
的)に形成したことで、膜剥がれの原因であるタングス
テンシリサイド膜との密着面積が減少し、膜剥がれを抑
止できる。
【0036】続いて、図4(a)に示すように前記フォ
トレジスト膜51を除去した後に、シリコン窒化膜9D
をマスクにして前記絶縁膜9B及びトンネル酸化膜3を
異方性エッチングして、ドレイン形成領域上面を露出さ
せると共にサイドウォールスペーサ膜9Eを形成し、こ
の隣り合うコントロールゲート6間の前記シリコン基板
表層に例えば、リンイオンをおよそドーズ量1.0×1
13/cm2、加速電圧40KeVの注入条件で注入し
てアニール処理してドレイン領域7を形成する。尚、イ
オン注入される前記N型不純物として、ヒ素イオン等を
用いても良い。
【0037】そして、図4(b)に示すように前記ソー
ス・ドレイン領域7,8上にコンタクトする、およそ1
000Åの膜厚の導電化されたポリシリコン膜とおよそ
1200Åの膜厚のタングステンシリサイド膜(WSi
x膜)から成る積層膜を形成し、この積層膜をフォトレ
ジスト膜52をマスクにパターニングして、電極配線膜
10Aを形成する。このとき、ドレイン領域7にコンタ
クトする電極配線膜10Aは、サイドウォールスペーサ
膜9Eを介してセルフアラインで形成される。
【0038】続いて、図5(a)に示すように基板全面
に、例えば、およそ8000Åの膜厚のBPSG膜9F
を形成した後に、平坦化を図るためにSOG膜9Gをお
よそ2000Åの膜厚で形成し、SOG膜9G及びBP
SG膜9Fを所定量(図5(a)に一点鎖線で示す位置
まで)エッチバックする。その後、前記BPSG膜9F
を熱処理することで、絶縁膜9A,9Bやシリコン窒化
膜9D、サイドウォールスペーサ膜9E、そしてBPS
G膜9FとSOG膜9Gから成る層間絶縁膜9を形成す
る。尚、図5(a)では層間絶縁膜9が平坦化された状
態を誇張するために極端に平坦化された状態を図示して
あるが、実際には層間絶縁膜9を構成するBPSG膜9
Fの表面の中で窪んだ領域があり、この窪んだ領域にS
OG膜9Gが残膜して、層間絶縁膜9上にSOG膜9G
が点在することになる。
【0039】そして、図5(b)に示すように前記層間
絶縁膜9上に形成した不図示のフォトレジスト膜をマス
クにして、前記ドレイン領域7上の電極配線膜10Aに
コンタクトするコンタクトホール11を形成した後に、
このコンタクトホール11内に不図示のバリアメタル膜
を介して金属膜10B(例えば、Al膜,Al−Si
膜,Al−Cu膜,Al−Si−Cu膜等)を形成し、
電極配線膜10A及び金属膜10Bから成る金属配線1
0を形成する。尚、前記金属配線10の構成において、
タングステン膜から成るコンタクトプラグを埋設し、コ
ンタクトプラグ上に金属膜(例えば、Al膜,Al−S
i膜,Al−Cu膜,Al−Si−Cu膜等)を形成
し、コンタクトプラグ及び金属膜から成る金属配線を形
成するようにしても良い。
【0040】これにより、本発明の不揮発性半導体記憶
装置が完成する。
【0041】以下、本発明の他の実施形態の不揮発性半
導体記憶装置の製造方法について、便宜的に簡略化した
図面を参照しながら説明する。
【0042】先ず、前記一実施形態のように半導体基板
1上にゲート酸化膜3Aを形成し、フローティングゲー
ト4を形成し(図1(a)参照)、トンネル酸化膜3を
介してポリシリコン膜とタングステンシリサイド膜(W
Six膜)とから成る2層構造の導電膜6Aを形成す
る。そして、前記導電膜6A上に絶縁膜19A(図1
(b)の絶縁膜9Aに相当する。)を形成した後(図1
(b)参照)、この絶縁膜19A上に形成したフォトレ
ジスト膜50をマスクにして絶縁膜19A及び導電膜6
Aをエッチングすることにより、図6(a)に示すよう
に上部に前記絶縁膜19Aを積層して成るコントロール
ゲート6を、前記トンネル酸化膜3を介して前記フロー
ティングゲート4の上部から側壁部に跨るように形成す
る。そして、前記レジスト膜50を除去した後、少なく
とも前記ドレイン領域形成予定部を図示しないフォトレ
ジスト膜で被覆して、このフォトレジスト膜をマスクに
して隣り合うフローティングゲート4間の基板1の表層
にN型不純物、例えばリンイオンをおよそドーズ量5.
0×1015/cm2、加速電圧60KeVの注入条件で
注入してアニール処理して拡散し、ソース領域8を形成
する。尚、イオン注入される前記N型不純物として、ヒ
素イオン等を用いても良い。
【0043】次に、図6(b)に示すように前記基板1
上の全面にCVD法によりおよそ250Å〜350Åの
膜厚のシリコン窒化(SiN)膜19Bを形成した後、
CVD法でおよそ2000Åの膜厚の酸化膜から成る絶
縁膜19Cを形成する。
【0044】そして、図7(a)に示すように前記ソー
ス領域8に隣接する側のフローティングゲート4及びコ
ントロールゲート6上にフォトレジスト膜51を形成し
た後に、このフォトレジスト膜51をマスクにして絶縁
膜19C,シリコン窒化膜19B及びトンネル酸化膜3
を異方性エッチングして、ドレイン形成領域上面を露出
させると共に、シリコン窒化膜19Dと絶縁膜19Eか
ら成るサイドウォールスペーサ膜19Fを形成する。こ
のとき、前記フォトレジスト膜51でマスクされた領域
(ソース領域8を介して隣り合うフローティングゲート
4とコントロールゲート6等から成るメモリセルを被覆
する領域)にシリコン窒化膜19Dが介在される。そし
て、このシリコン窒化膜19Dが、後述するSOG膜を
含む層間絶縁膜19から拡散されたH,OH等がメモリ
セル内(特に、トンネル酸化膜3)に入り込むことを防
止するバリアとして働く。このようにバリアとなるシリ
コン窒化膜19Dが形成されることで、層間絶縁膜19
から拡散されたH,OHが、トンネル酸化膜3内に入り
込んで、トラップサイトを形成することがなくなるの
で、トラップアップレートの改善が図れる。しかも、そ
のシリコン窒化膜19Dをフローティングゲート4とコ
ントロールゲート6等から成るメモリセルを被覆する領
域だけ(メモリセル特性の劣化を生じさせるH,OH等
の侵入経路に重点的)に形成したことで、膜剥がれの原
因であるタングステンシリサイド膜との密着面積が減少
し、膜剥がれを抑止できる。
【0045】続いて、図7(b)に示すように前記シリ
コン基板表層に例えば、リンイオンをおよそドーズ量
1.0×1013/cm2、加速電圧40KeVの注入条
件で注入してアニール処理してドレイン領域7を形成す
る。尚、イオン注入される前記N型不純物として、ヒ素
イオン等を用いても良い。
【0046】そして、前記ソース・ドレイン領域7,8
上にコンタクトする、およそ1000Åの膜厚の導電化
されたポリシリコン膜とおよそ1200Åの膜厚のタン
グステンシリサイド膜(WSix膜)から成る積層膜を
形成し、この積層膜をフォトレジスト膜52をマスクに
パターニングして、電極配線膜20Aを形成する。この
とき、ドレイン領域7にコンタクトする電極配線膜20
Aは、サイドウォールスペーサ膜19Fを介してセルフ
アラインで形成される。
【0047】続いて、図8(a)に示すように基板全面
に、例えば、およそ8000Åの膜厚のBPSG膜19
Gを形成した後に、平坦化を図るためにSOG膜19H
をおよそ2000Åの膜厚で形成し、SOG膜19H及
びBPSG膜19Gを所定量(図8(a)に一点鎖線で
示す位置まで)エッチバックする。その後、前記BPS
G膜19Gを熱処理することで、絶縁膜19A,シリコ
ン窒化膜19D,絶縁膜19E、サイドウォールスペー
サ膜19F、そしてBPSG膜19GとSOG膜19H
から成る層間絶縁膜19を形成する。尚、図8(a)で
は層間絶縁膜19が平坦化された状態を誇張するために
極端に平坦化された状態を図示してあるが、実際には層
間絶縁膜19を構成するBPSG膜19Gの表面の中で
窪んだ領域があり、この窪んだ領域にSOG膜19Hが
残膜して、層間絶縁膜19上にSOG膜19Hが点在す
ることになる。
【0048】そして、図8(b)に示すように前記層間
絶縁膜19上に形成した不図示のフォトレジスト膜をマ
スクにして、前記ドレイン領域7上の電極配線膜20A
にコンタクトするコンタクトホール21を形成した後
に、このコンタクトホール21内に不図示のバリアメタ
ル膜を介して金属膜20B(例えば、Al膜,Al−S
i膜,Al−Cu膜,Al−Si−Cu膜等)を形成
し、電極配線膜20A及び金属膜20Bから成る金属配
線20を形成する。尚、前記金属配線20の構成におい
て、タングステン膜から成るコンタクトプラグを埋設
し、コンタクトプラグ上に金属膜(例えば、Al膜,A
l−Si膜,Al−Cu膜,Al−Si−Cu膜等)を
形成し、コンタクトプラグ及び金属膜から成る金属配線
を形成するようにしても良い。
【0049】また、図11に示すようなフローティング
ゲート4の上部に先鋭な角部を形成する製造方法につい
て、図9に基づき説明する。
【0050】先ず、図9(a)において、P型のシリコ
ン基板1の表面を熱酸化してゲート酸化膜3Aを形成
し、このゲート酸化膜3A上にリンドープされて導電化
されたポリシリコン膜4Bを形成し、このポリシリコン
膜4B上に所定のパターンの開口53Aを有するシリコ
ン窒化膜53を形成した後に、この開口53Aを介して
前記ポリシリコン膜4Bを選択酸化して選択酸化膜5を
形成する。
【0051】次に、図9(b)に示すように、前記選択
酸化膜5をマスクにして前記ポリシリコン膜4Bを異方
性エッチングして上部に先鋭な角部4Aを有するフロー
ティングゲート4を形成する。
【0052】続いて、図9(c)に示すように、前記フ
ローティングゲート4を被覆するようにトンネル酸化膜
3を形成し、このトンネル酸化膜3上に導電化されたポ
リシリコン膜とタングステンシリサイド(WSix)
膜、更に絶縁膜9A(,19A)から成る積層膜を形成
した後に、この積層膜をパターニングしてトンネル酸化
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
域を持つようにコントロールゲート6を形成するもので
ある。このように先鋭な角部4Aが形成されることで、
データの消去動作時にフローティングゲート34の端部
で電界集中が生じ易くなり、消去特性が向上する。以
下、前述した後工程が順次施されることで、同様に本発
明の不揮発性半導体記憶装置が完成する。
【0053】ここで、本発明装置におけるサイクル寿命
(データ書き換え回数、E/W Cycle)の測定結果を、
図12に示すと、データ書き換え回数が、およそ10万
回に達しても累積不良率は50%に過ぎず、累積不良率
が100%になるのは、およそ16万回程度となり、サ
イクル寿命が向上していることがわかる。
【0054】尚、本発明の実施形態では、スプリットゲ
ート型フラッシュメモリに本発明を適用した実施の形態
について説明したが、本発明はこれに限らず、スタック
トゲート型フラッシュメモリに適用しても良い。
【0055】
【発明の効果】本発明によれば、メモリセル全体を被覆
するようにシリコン窒化膜から成るバリア膜を形成した
ことで、従来のように層間絶縁膜を構成するSOG膜か
らH,OH等が拡散してトンネル酸化膜内に入り込んで
トラップサイトを形成することを抑止でき、トラップア
ップレートの改善が図れ、データの書き換え回数を延ば
すことができ、メモリセルの動作寿命を延長させること
ができる。
【0056】更に、そのシリコン窒化膜から成るバリア
膜をフローティングゲートとコントロールゲート等から
成るメモリセルを被覆する領域だけ(メモリセル特性の
劣化を生じさせるH,OH等の侵入経路に重点的)に形
成したことで、膜剥がれの原因であるタングステンシリ
サイド膜との密着面積が減少し、膜剥がれを抑止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態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】本発明の一実施形態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】本発明の一実施形態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】本発明の一実施形態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5】本発明の一実施形態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6】本発明の他の実施形態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】本発明の他の実施形態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】本発明の他の実施形態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】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10】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11】図10の一部断面図である。
【図12】不揮発性半導体記憶装置のサイクル寿命を示
す図である。
【図13】図11の一部拡大図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA09 AA63 AB03 AC02 AC06 AC20 AD94 AF07 AG02 AG03 AG07 AG12 AG21 AG22 AG30 5F083 EP02 EP25 EP60 ER02 ER05 ER09 ER14 ER17 ER22 GA21 GA30 JA35 JA36 JA39 JA53 JA56 MA05 MA06 MA20 PR36 PR39

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    フローティングゲートと、このフローティングゲートを
    被覆する絶縁膜と、この絶縁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の表面
    に形成される逆導電型の拡散領域と、少なくともSOG
    膜を含む層間絶縁膜を介して前記拡散領域に接続された
    金属配線とを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 前記層間絶縁膜下層にシリコン窒化膜から成るバリア膜
    が、少なくとも前記フローティングゲート及び前記コン
    トロールゲートを被覆するように形成されていることを
    特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    フローティングゲートと、 前記フローティングゲートを被覆するトンネル酸化膜
    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の表面に形成される逆導電
    型の拡散領域と、 一方の拡散領域側の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を被覆するように形成されたシリコ
    ン窒化膜と、 前記シリコン窒化膜上に形成された少なくともSOG膜
    を含む層間絶縁膜を介して前記拡散領域に接続された金
    属配線とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体記
    憶装置。
  3. 【請求項3】 一導電型のシリコン基板の表面を熱酸化
    してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に第1の導電膜を形成した後にこの
    第1の導電膜をパターニングして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上に第2の導電膜を形成した後にこ
    の第2の導電膜をパターニングして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
    うにコントロールゲートを形成する工程と、 隣り合うフローティングゲート間に隣接するように前記
    基板表層に逆導電型の一方の拡散領域を形成する工程
    と、 全面に絶縁膜を形成し、シリコン窒化膜を形成した後に
    前記一方の拡散領域に隣接する側のフローティングゲー
    ト及びコントロールゲート上に形成したフォトレジスト
    膜をマスクにして前記シリコン窒化膜をパターニングす
    る工程と、 前記フォトレジスト膜を除去した後に前記シリコン窒化
    膜をマスクにして前記絶縁膜を異方性エッチングして、
    他方の拡散領域の形成領域側の基板表層を露出させると
    共に、他方の拡散領域の形成領域側のコントロールゲー
    トの側壁部を被覆するサイドウォールスペーサ膜を形成
    する工程と、 隣り合うコントロールゲート間に隣接するように前記シ
    リコン基板表層に逆導電型の他方の拡散領域を形成する
    工程と、 全面に少なくともSOG膜のエッチバック工程により平
    坦化された層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前
    記拡散領域にコンタクト接続する金属配線を形成する工
    程とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 一導電型のシリコン基板の表面を熱酸化
    してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に第1の導電膜を形成した後にこの
    第1の導電膜をパターニングして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上に第2の導電膜を形成した後にこ
    の第2の導電膜をパターニングして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
    うにコントロールゲートを形成する工程と、 隣り合うフローティングゲート間に隣接するように前記
    基板表層に逆導電型の一方の拡散領域を形成する工程
    と、 全面にシリコン窒化膜を形成し、絶縁膜を形成した後に
    前記一方の拡散領域に隣接する側のフローティングゲー
    ト及びコントロールゲート上に形成したフォトレジスト
    膜をマスクにして前記絶縁膜及びシリコン窒化膜を異方
    性エッチングして、他方の拡散領域の形成領域側の基板
    表層を露出させると共に、他方の拡散領域の形成領域側
    のコントロールゲートの側壁部を被覆するサイドウォー
    ルスペーサ膜を形成する工程と、 隣り合うコントロールゲート間に隣接するように前記シ
    リコン基板表層に逆導電型の他方の拡散領域を形成する
    工程と、 全面に少なくともSOG膜のエッチバック工程により平
    坦化された層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前
    記拡散領域にコンタクト接続する金属配線を形成する工
    程とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 一導電型のシリコン基板の表面を熱酸化
    してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に第1の導電膜を形成し、この第1
    の導電膜上に所定のパターンの開口を有する耐酸化膜を
    形成した後に、前記開口に応じて前記第1の導電膜を選
    択酸化して選択酸化膜を形成する工程と、 前記選択酸化膜をマスクにして前記第1の導電膜をエッ
    チングして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上に第2の導電膜を形成した後にこ
    の第2の導電膜をパターニングして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
    うにコントロールゲートを形成する工程と、 隣り合うフローティングゲート間に隣接するように前記
    基板表層に逆導電型の一方の拡散領域を形成する工程
    と、 全面に絶縁膜を形成し、シリコン窒化膜を形成した後に
    前記一方の拡散領域に隣接する側のフローティングゲー
    ト及びコントロールゲート上に形成したフォトレジスト
    膜をマスクにして前記シリコン窒化膜をパターニングす
    る工程と、 前記フォトレジスト膜を除去した後に前記シリコン窒化
    膜をマスクにして前記絶縁膜を異方性エッチングして、
    他方の拡散領域の形成領域側の基板表層を露出させると
    共に、他方の拡散領域の形成領域側のコントロールゲー
    トの側壁部を被覆するサイドウォールスペーサ膜を形成
    する工程と、 隣り合うコントロールゲート間に隣接するように前記シ
    リコン基板表層に逆導電型の他方の拡散領域を形成する
    工程と、 前記拡散領域上にコンタクトする電極配線膜を形成した
    後に全面にBPSG膜及びSOG膜を形成し、これらを
    所定量エッチバックすることで平坦化された層間絶縁膜
    を形成する工程と、 前記層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前
    記他方の拡散領域にコンタクト接続する金属膜を形成
    し、前記電極配線膜及び金属膜から成る金属配線を形成
    する工程とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体
    記憶装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 一導電型のシリコン基板の表面を熱酸化
    してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に第1の導電膜を形成し、この第1
    の導電膜上に所定のパターンの開口を有する耐酸化膜を
    形成した後に、前記開口に応じて前記第1の導電膜を選
    択酸化して選択酸化膜を形成する工程と、 前記選択酸化膜をマスクにして前記第1の導電膜をエッ
    チングして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上に第2の導電膜を形成した後にこ
    の第2の導電膜をパターニングして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
    うにコントロールゲートを形成する工程と、 隣り合うフローティングゲート間に隣接するように前記
    基板表層に逆導電型の一方の拡散領域を形成する工程
    と、 全面にシリコン窒化膜を形成し、絶縁膜を形成した後に
    前記一方の拡散領域に隣接する側のフローティングゲー
    ト及びコントロールゲート上に形成したフォトレジスト
    膜をマスクにして前記絶縁膜及びシリコン窒化膜を異方
    性エッチングして、他方の拡散領域の形成領域側の基板
    表層を露出させると共に、他方の拡散領域の形成領域側
    のコントロールゲートの側壁部を被覆するサイドウォー
    ルスペーサ膜を形成する工程と、 隣り合うコントロールゲート間に隣接するように前記シ
    リコン基板表層に逆導電型の他方の拡散領域を形成する
    工程と、 前記拡散領域上にコンタクトする電極配線膜を形成した
    後に全面にBPSG膜及びSOG膜を形成し、これらを
    所定量エッチバックすることで平坦化された層間絶縁膜
    を形成する工程と、 前記層間絶縁膜に形成したコンタクトホールを介して前
    記他方の拡散領域にコンタクト接続する金属膜を形成
    し、前記電極配線膜及び金属膜から成る金属配線を形成
    する工程とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体
    記憶装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100398578B1 (ko) * 2001-09-06 2003-09-19 주식회사 하이닉스반도체 플래쉬 메모리 소자의 제조방법

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KR100398578B1 (ko) * 2001-09-06 2003-09-19 주식회사 하이닉스반도체 플래쉬 메모리 소자의 제조방법

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