JPH05226662A - 半導体記憶装置 - Google Patents
半導体記憶装置Info
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- JPH05226662A JPH05226662A JP4030415A JP3041592A JPH05226662A JP H05226662 A JPH05226662 A JP H05226662A JP 4030415 A JP4030415 A JP 4030415A JP 3041592 A JP3041592 A JP 3041592A JP H05226662 A JPH05226662 A JP H05226662A
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- gate
- insulating film
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 abstract description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
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- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 応答速度が速く、かつ他のデバイスとの整合
性がよい半導体記憶装置を提供する。 【構成】 半導体基板10の上部に第一のゲート絶縁膜
11を介して第一層目のポリシリコンからなる浮遊ゲー
ト12と選択ゲート13を同一ゲート絶縁膜上に並べて
配置しそれらの2つのゲート電極に対して自己整合的に
配置した拡散層15,16を持ち、前記2つのゲート電
極全体を第二の絶縁膜17を介して第二層目のポリシリ
コンからなる制御ゲート18で覆った構造とした。
性がよい半導体記憶装置を提供する。 【構成】 半導体基板10の上部に第一のゲート絶縁膜
11を介して第一層目のポリシリコンからなる浮遊ゲー
ト12と選択ゲート13を同一ゲート絶縁膜上に並べて
配置しそれらの2つのゲート電極に対して自己整合的に
配置した拡散層15,16を持ち、前記2つのゲート電
極全体を第二の絶縁膜17を介して第二層目のポリシリ
コンからなる制御ゲート18で覆った構造とした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、浮遊ゲート型電界効果
トランジスタからなる不揮発性メモリトランジスタと、
そのメモリトランジスタを選択するための電界効果トラ
ンジスタとから構成された半導体記憶装置に関するもの
である。
トランジスタからなる不揮発性メモリトランジスタと、
そのメモリトランジスタを選択するための電界効果トラ
ンジスタとから構成された半導体記憶装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、ソース電極から電子を浮遊ゲート
電極に注入し、ドレイン電極へ電子を引き抜くという方
法を用いた電気的書込み消去可能な半導体記憶装置とし
ては、図3のような構造のものが報告されている(19
89年IEDM論文番号25.7.1)。
電極に注入し、ドレイン電極へ電子を引き抜くという方
法を用いた電気的書込み消去可能な半導体記憶装置とし
ては、図3のような構造のものが報告されている(19
89年IEDM論文番号25.7.1)。
【0003】この構造のものでは、ソース30・ドレイ
ン31間のチャネル領域32間に第一のゲート絶縁膜3
3を介してドレイン領域に対しては自己整合的に接する
ように、かつソース領域に対してはオフセットとなる位
置に浮遊ゲート電極34(第一のゲート電極)と制御電
極35(第二のゲート電極)を層間絶縁膜36をはさん
で自己整合的に積み重ねた構造のものを配置し、前記オ
フセット領域37部には、前記二つのゲート電極からな
る積層構造に対して側壁絶縁膜38を介して自己整合的
に形成された導電性膜(通常ポリシリコン膜)からなる
サイドウォールを選択ゲート電極39(第三のゲート電
極)として用いている。
ン31間のチャネル領域32間に第一のゲート絶縁膜3
3を介してドレイン領域に対しては自己整合的に接する
ように、かつソース領域に対してはオフセットとなる位
置に浮遊ゲート電極34(第一のゲート電極)と制御電
極35(第二のゲート電極)を層間絶縁膜36をはさん
で自己整合的に積み重ねた構造のものを配置し、前記オ
フセット領域37部には、前記二つのゲート電極からな
る積層構造に対して側壁絶縁膜38を介して自己整合的
に形成された導電性膜(通常ポリシリコン膜)からなる
サイドウォールを選択ゲート電極39(第三のゲート電
極)として用いている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構造では、サイドウォールを選択ゲートとして用い
ているため、この部分の断面積は非常に小さく、しかも
長さは従来と変わらない為全体の抵抗は高くなりメモリ
ーとして使用した場合は読出しスピードや書込みスピー
ドが遅い用途にしか使用できない。
来の構造では、サイドウォールを選択ゲートとして用い
ているため、この部分の断面積は非常に小さく、しかも
長さは従来と変わらない為全体の抵抗は高くなりメモリ
ーとして使用した場合は読出しスピードや書込みスピー
ドが遅い用途にしか使用できない。
【0005】また、前記従来のごとき構造を実現するに
は、3層のゲート電極を用いる必要があるため製造工程
が複雑でこのタイプのメモリーを他のデバイスと同一チ
ップ上にのせる場合にプロセスの整合性が悪い。
は、3層のゲート電極を用いる必要があるため製造工程
が複雑でこのタイプのメモリーを他のデバイスと同一チ
ップ上にのせる場合にプロセスの整合性が悪い。
【0006】本発明は、上記課題を解決するもので、読
出しスピードや書込みスピードが速くかつ他プロセスと
の整合性が良い、電気的書込み消去可能な不揮発性メモ
リーを提供することを目的としている。
出しスピードや書込みスピードが速くかつ他プロセスと
の整合性が良い、電気的書込み消去可能な不揮発性メモ
リーを提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、第一層目のポリシリコンで浮遊ゲートと選
択ゲートを同時に形成し、その後これらの2つのゲート
電極に対して自己整合的に形成されたソース・ドレイン
を持ち、制御ゲートは第二層目のポリシリコンを用い前
記ソース・ドレイン間の全領域に渡って前記2つのゲー
ト電極に対して絶縁膜を介して覆うような構造を持つも
のである。
するために、第一層目のポリシリコンで浮遊ゲートと選
択ゲートを同時に形成し、その後これらの2つのゲート
電極に対して自己整合的に形成されたソース・ドレイン
を持ち、制御ゲートは第二層目のポリシリコンを用い前
記ソース・ドレイン間の全領域に渡って前記2つのゲー
ト電極に対して絶縁膜を介して覆うような構造を持つも
のである。
【0008】
【作用】本発明は上記した構成により、選択ゲートを第
一層目ポリシリコンのパターニングにより形成している
為この部分の断面積を選択ゲート全体の抵抗を考慮に入
れて任意に設定でき、読出し、書込みスピードを速く保
つ事ができる。
一層目ポリシリコンのパターニングにより形成している
為この部分の断面積を選択ゲート全体の抵抗を考慮に入
れて任意に設定でき、読出し、書込みスピードを速く保
つ事ができる。
【0009】また本発明はメモリーセル全体を二層ポリ
シリコンプロセスで形成している為このタイプのメモリ
ーを他のデバイスと同一チップ上に載せる場合に他プロ
セスとの整合性が良い。
シリコンプロセスで形成している為このタイプのメモリ
ーを他のデバイスと同一チップ上に載せる場合に他プロ
セスとの整合性が良い。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例(請求項1の場合)
について図1を参照しながら説明する。
について図1を参照しながら説明する。
【0011】図1において、一導電型半導体基板10の
上部に第一のゲート絶縁膜11となる酸化シリコン膜を
通常の熱酸化法により約100Å(この膜を通してトン
ネル電流が流れることが可能なぐらいの膜厚)形成し、
その後この膜の上部に燐をドープした(約3×1020c
m-3)第一のポリシリコン膜を形成する。
上部に第一のゲート絶縁膜11となる酸化シリコン膜を
通常の熱酸化法により約100Å(この膜を通してトン
ネル電流が流れることが可能なぐらいの膜厚)形成し、
その後この膜の上部に燐をドープした(約3×1020c
m-3)第一のポリシリコン膜を形成する。
【0012】その後通常のフォトリソグラフ工程により
浮遊ゲート12と選択ゲート13をパターニングした
後、化学的気相成長法により絶縁膜14を形成し引き続
いて全面異方性エッチングを行うことによって前記二つ
のゲート電極間の隙間を埋め込む。
浮遊ゲート12と選択ゲート13をパターニングした
後、化学的気相成長法により絶縁膜14を形成し引き続
いて全面異方性エッチングを行うことによって前記二つ
のゲート電極間の隙間を埋め込む。
【0013】こうしてできた二つのゲート電極12,1
3をマスクとして自己整合技術により前記一導電型半導
体基板10と反対の導電型のイオン(例えば基板がP型
の場合はN型のイオンであるAsイオンまたはPイオ
ン)を打ち込むことによって拡散層15および拡散層1
6を形成する(この実施例では、こうして出来上がった
拡散層15,16のうち浮遊ゲート12に対して自己整
合的に接している拡散層15をドレインとし、選択ゲー
ト13に対して自己整合的に接している拡散層16をソ
ースとする。)。
3をマスクとして自己整合技術により前記一導電型半導
体基板10と反対の導電型のイオン(例えば基板がP型
の場合はN型のイオンであるAsイオンまたはPイオ
ン)を打ち込むことによって拡散層15および拡散層1
6を形成する(この実施例では、こうして出来上がった
拡散層15,16のうち浮遊ゲート12に対して自己整
合的に接している拡散層15をドレインとし、選択ゲー
ト13に対して自己整合的に接している拡散層16をソ
ースとする。)。
【0014】次に第一のポリシリコン膜で形成された浮
遊ゲート12及び選択ゲート13上部に熱酸化膜および
ONO膜などの絶縁膜17を形成した後、燐をドープし
た(約3×1020cm-3)第二のポリシリコン膜を形成
し通常のフォトリソグラフ工程によって制御ゲート18
をパターニングし図1のごとき半導体記憶装置を作製す
る。
遊ゲート12及び選択ゲート13上部に熱酸化膜および
ONO膜などの絶縁膜17を形成した後、燐をドープし
た(約3×1020cm-3)第二のポリシリコン膜を形成
し通常のフォトリソグラフ工程によって制御ゲート18
をパターニングし図1のごとき半導体記憶装置を作製す
る。
【0015】なお請求項2の発明の実施例は、図2に示
す様に第一層目のポリシリコン膜で形成された浮遊ゲー
ト12と選択ゲート13の間を絶縁膜で埋め込まず、こ
の部分に基板と反対導電型のイオン注入が拡散層15,
16形成と同時に自己整合的に行なわれて拡散層19が
形成される以外は請求項1の発明の実施例とまったく同
じである。
す様に第一層目のポリシリコン膜で形成された浮遊ゲー
ト12と選択ゲート13の間を絶縁膜で埋め込まず、こ
の部分に基板と反対導電型のイオン注入が拡散層15,
16形成と同時に自己整合的に行なわれて拡散層19が
形成される以外は請求項1の発明の実施例とまったく同
じである。
【0016】以下上記構成において書込み、読出し及び
消去のメモリーとしての基本動作を説明すると (1)書込み動作について 選択ゲート13を低い電圧に固定する事に依って選択ゲ
ート13下を弱反転状態にしておき、一方制御ゲート1
8には高い電圧を与えることに依って書込み時の浮遊ゲ
ート電位を高め、浮遊ゲート12下のチャネル領域のみ
深い空乏状態にしておく。
消去のメモリーとしての基本動作を説明すると (1)書込み動作について 選択ゲート13を低い電圧に固定する事に依って選択ゲ
ート13下を弱反転状態にしておき、一方制御ゲート1
8には高い電圧を与えることに依って書込み時の浮遊ゲ
ート電位を高め、浮遊ゲート12下のチャネル領域のみ
深い空乏状態にしておく。
【0017】この状態でソース16・ドレイン15間に
適当な電位差を与えるとソース16から流れ出た電子が
ドレイン電界に引かれチャネル領域を進み選択ゲート1
3と浮遊ゲート12の間のチャネル領域内にできた大き
なポテンシャルギャップを越える。この時これらの電子
は高いエネルギーを持つ事になり、同時に印加されてい
る縦方向(浮遊ゲート12に対して垂直)の電界に引か
れて第一の絶縁膜11を乗り越えて浮遊ゲート12に注
入される。
適当な電位差を与えるとソース16から流れ出た電子が
ドレイン電界に引かれチャネル領域を進み選択ゲート1
3と浮遊ゲート12の間のチャネル領域内にできた大き
なポテンシャルギャップを越える。この時これらの電子
は高いエネルギーを持つ事になり、同時に印加されてい
る縦方向(浮遊ゲート12に対して垂直)の電界に引か
れて第一の絶縁膜11を乗り越えて浮遊ゲート12に注
入される。
【0018】例えばこの動作の時に各端子に与えられる
電圧は、 ソース 0V ドレイン 〜5V 選択ゲート 約1〜2V(選択ゲート下のチャネル領域
が弱反転状態になるような電圧) 制御ゲート 約17V(浮遊ゲートの電位がドレイン
の電位の約2倍になるような電位。) (2)読出し動作について 選択ゲート13及び制御ゲート18に適当な電圧を与え
てチャネル領域全体を反転させソース16・ドレイン1
5間に適当な電位差を与える事に依って読出しを行な
う。
電圧は、 ソース 0V ドレイン 〜5V 選択ゲート 約1〜2V(選択ゲート下のチャネル領域
が弱反転状態になるような電圧) 制御ゲート 約17V(浮遊ゲートの電位がドレイン
の電位の約2倍になるような電位。) (2)読出し動作について 選択ゲート13及び制御ゲート18に適当な電圧を与え
てチャネル領域全体を反転させソース16・ドレイン1
5間に適当な電位差を与える事に依って読出しを行な
う。
【0019】例えばこの動作の時に各端子に与えられる
電圧は、 ソース 0V ドレイン 〜2V 選択ゲート 〜5V 制御ゲート 〜5V (3)消去動作について ドレイン15に高い電圧を与えて浮遊ゲート12とドレ
イン15のオーバーラップ領域の第一のゲート絶縁膜1
1の両端に高電界を発生させ浮遊ゲート12に貯った電
子をF−Nトンネル電流でドレイン15へ引き抜く。
電圧は、 ソース 0V ドレイン 〜2V 選択ゲート 〜5V 制御ゲート 〜5V (3)消去動作について ドレイン15に高い電圧を与えて浮遊ゲート12とドレ
イン15のオーバーラップ領域の第一のゲート絶縁膜1
1の両端に高電界を発生させ浮遊ゲート12に貯った電
子をF−Nトンネル電流でドレイン15へ引き抜く。
【0020】例えばこの動作の時に各端子に与えられる
電圧は、 ソース オープン ドレイン 〜17V(F−Nトンネル電流で浮遊ゲ
ートから電子を引き抜く事の可能な程度の電圧。) 選択ゲート 0V 制御ゲート 0V なお請求項2の発明の動作に関しては、浮遊ゲート12
と選択ゲート13との間に挟まれた拡散層19は、常に
電位的に浮いている状態である事以外は上記動作と全く
おなじである。
電圧は、 ソース オープン ドレイン 〜17V(F−Nトンネル電流で浮遊ゲ
ートから電子を引き抜く事の可能な程度の電圧。) 選択ゲート 0V 制御ゲート 0V なお請求項2の発明の動作に関しては、浮遊ゲート12
と選択ゲート13との間に挟まれた拡散層19は、常に
電位的に浮いている状態である事以外は上記動作と全く
おなじである。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば選択ゲートを第一層目のポリシリコン膜のパタ
ーニングにより形成しているため、この部分の断面積を
選択ゲート全体の抵抗を考慮にいれて任意に設定でき、
メモリーに集積した場合の読出しスピードや書込みスピ
ードを速くすることができ、さらにこの半導体記憶装置
は全体を2層ポリシリコンプロセスで製造出来るため製
造工程が簡単となりこのタイプのメモリーを他のデバイ
スと同一チップ上に載せる場合に他プロセスとの整合性
もよい。
によれば選択ゲートを第一層目のポリシリコン膜のパタ
ーニングにより形成しているため、この部分の断面積を
選択ゲート全体の抵抗を考慮にいれて任意に設定でき、
メモリーに集積した場合の読出しスピードや書込みスピ
ードを速くすることができ、さらにこの半導体記憶装置
は全体を2層ポリシリコンプロセスで製造出来るため製
造工程が簡単となりこのタイプのメモリーを他のデバイ
スと同一チップ上に載せる場合に他プロセスとの整合性
もよい。
【0022】またその構造上この半導体記憶装置はすべ
ての各部の寸法および位置関係に対して自己整合的に作
られるため将来の縮小化に関しても長所を持つ。
ての各部の寸法および位置関係に対して自己整合的に作
られるため将来の縮小化に関しても長所を持つ。
【0023】さらにこの半導体記憶装置はソース側書込
み、ドレイン側消去を使用したスプリットゲート型不揮
発性半導体記憶装置であるため、耐オーバーイレース特
性(消去に依り浮遊ゲートが正に帯電してもオフセット
部でチャネルをオフできる)を持ち、書込みにチャネル
ホットエレクトロンではなく一種の基板ホットエレクト
ロンを用いるため、ドレイン近傍のチャネル濃度を低く
保ち、ドレインの接合プロファイルをなだらかに保った
ままで素子構造を設計でき、容易に書込み特性と消去特
性を両立することができる。
み、ドレイン側消去を使用したスプリットゲート型不揮
発性半導体記憶装置であるため、耐オーバーイレース特
性(消去に依り浮遊ゲートが正に帯電してもオフセット
部でチャネルをオフできる)を持ち、書込みにチャネル
ホットエレクトロンではなく一種の基板ホットエレクト
ロンを用いるため、ドレイン近傍のチャネル濃度を低く
保ち、ドレインの接合プロファイルをなだらかに保った
ままで素子構造を設計でき、容易に書込み特性と消去特
性を両立することができる。
【図1】請求項1における発明の一実施例のスプリット
ゲート型不揮発性半導体記憶装置の断面図
ゲート型不揮発性半導体記憶装置の断面図
【図2】請求項2における発明の一実施例のスプリット
ゲート型不揮発性半導体記憶装置の断面図
ゲート型不揮発性半導体記憶装置の断面図
【図3】従来のスプリットゲート型不揮発性半導体記憶
装置の断面図
装置の断面図
10 半導体基板 11 第一のゲート絶縁膜 12 浮遊ゲート 13 選択ゲート 14 絶縁膜 15 ドレイン 16 ソース 17 絶縁膜 18 制御ゲート 19 拡散層 30 ソース 31 ドレイン 32 チャネル領域 33 第一のゲート絶縁膜 34 浮遊ゲート 35 制御ゲート 36 層間絶縁膜 37 オフセット領域 38 側壁絶縁膜 39 選択ゲート
Claims (2)
- 【請求項1】一導電型半導体基板の表面領域に互いに離
れて設けられた、前記一導電型半導体基板と反対導電型
の第一および第二の拡散層を備え、前記第一と第二の拡
散層に挟まれたチャネル領域上に第一のゲート絶縁膜を
備え、前記第一のゲート絶縁膜上に第一の拡散層に対し
て自己整合的に位置した浮遊ゲート電極と第二の拡散層
に対して自己整合的に位置した選択ゲート電極を備え、
前記浮遊ゲート及び選択ゲートを絶縁膜を介して共に覆
うように、制御電極を設けたような電気的書込み消去可
能な半導体記憶装置。 - 【請求項2】浮遊ゲート電極と選択ゲート電極の間の前
記半導体基板上にこの半導体基板と反対導電型の第三の
拡散層を持つ事を特徴とする請求項1記載の電気的書込
み消去可能な半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4030415A JPH05226662A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4030415A JPH05226662A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 半導体記憶装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05226662A true JPH05226662A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12303318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4030415A Pending JPH05226662A (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05226662A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0763856A1 (en) * | 1995-09-11 | 1997-03-19 | Matsushita Electronics Corporation | Semiconductor storage device and method of driving the same |
DE19614011A1 (de) * | 1996-04-09 | 1997-10-16 | Siemens Ag | Halbleiterbauelement mit einem geteilten Floating Gate |
US5793058A (en) * | 1996-02-03 | 1998-08-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multi-gate offset source and drain field effect transistors and methods of operating same |
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KR100454132B1 (ko) * | 2002-09-09 | 2004-10-26 | 삼성전자주식회사 | 비휘발성 기억소자 및 그 형성방법 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP4030415A patent/JPH05226662A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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