JPH10289958A - Semiconductor memory - Google Patents

Semiconductor memory

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JPH10289958A
JPH10289958A JP9097789A JP9778997A JPH10289958A JP H10289958 A JPH10289958 A JP H10289958A JP 9097789 A JP9097789 A JP 9097789A JP 9778997 A JP9778997 A JP 9778997A JP H10289958 A JPH10289958 A JP H10289958A
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JP
Japan
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film
control gate
oxide film
floating gate
gate
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JP9097789A
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Japanese (ja)
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Hideki Misawa
秀樹 三澤
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the data rewrite efficiency without deteriorating the data retaining characteristics of the semiconductor memory by a method wherein an insulating film between the floating gate and the control gate is composed of a laminated layer made of a bottom silicon oxide film, a silicon nitride film and a top silicon oxide film. SOLUTION: A control gate 103 is provided on a semiconductor substrate 101 and then a floating gate 108 is provided through the intermediary of an insulating film 105 between a floating gate and a control gate on a tunnel gate 106 and the control gate 103. At this time, the bottom oxide film 107 of an ONO film comprises the insulating film 105 between the floating gate and the control gate while a silicon nitride film (silicon nitride film of the ONO film) 109 also comprises the insulating film 105. Furthermore, the top oxide film 110 of the ONO film comprises the insulating film between the floating gate and the control gate together with the bottom oxide film 107 and the silicon nitride film 109.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発名は、半導体記憶装置に
関する。特に、フローティングゲートとコントロールゲ
ート間に設置される絶縁膜の構成に関するものである。
[0001] The present invention relates to a semiconductor memory device. In particular, the present invention relates to a configuration of an insulating film provided between a floating gate and a control gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体記憶装置は、図3のようで
あった。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor memory device is as shown in FIG.

【0003】半導体基板301上にフィールド絶縁膜3
02、及び絶縁膜305、及びトンネル酸化膜306、
及びフローティングゲートとコントロールゲート間絶縁
膜307が形成されており、前記フィールド絶縁膜30
2、及び前記絶縁膜305、及び前記トンネル酸化膜3
06、及び前記フローティングゲートとコントロールゲ
ート間絶縁膜307上にフローティングゲート308が
形成されていた。そして、トンネル酸化膜下に濃い拡散
層303とコントロールゲート304が前記半導体基板
301中に形成されていた。そして、前記フローティン
グゲートとコントロールゲート間絶縁膜307は、通常
熱酸化膜により形成されていた。
A field insulating film 3 is formed on a semiconductor substrate 301.
02, an insulating film 305, and a tunnel oxide film 306,
And an insulating film 307 between the floating gate and the control gate is formed.
2, the insulating film 305, and the tunnel oxide film 3
06, and the floating gate 308 was formed on the insulating film 307 between the floating gate and the control gate. Then, a deep diffusion layer 303 and a control gate 304 were formed in the semiconductor substrate 301 below the tunnel oxide film. The insulating film 307 between the floating gate and the control gate is usually formed of a thermal oxide film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技
術では、半導体記憶素子を微細化できないという問題点
があった。もし、前記半導体記憶素子を微細化しようと
してフローティングゲートとコントロールゲート間の面
積を小さくするとフローティングゲートとコントロール
ゲートゲート間の容量が小さくなり、データの書き込み
効率が悪くなるという問題があった。また、前記フロー
ティングゲートとコントロールゲート間の容量を大きく
しようとして、前記フローティングゲートとコントロー
ルゲートゲート間の絶縁膜の厚さを薄くすると半導体記
憶素子のデータ保持特性が悪くなるという問題があっ
た。
However, the prior art described above has a problem that the semiconductor memory element cannot be miniaturized. If the area between the floating gate and the control gate is reduced in order to miniaturize the semiconductor memory device, the capacitance between the floating gate and the control gate is reduced, and there is a problem that data writing efficiency is deteriorated. Further, if the thickness of the insulating film between the floating gate and the control gate is reduced in order to increase the capacitance between the floating gate and the control gate, there is a problem that the data retention characteristics of the semiconductor memory element are deteriorated.

【0005】そこで、本発明はこの様な問題点を解決す
るもので、その目的とすることは、半導体記憶素子のデ
ータ保持特性を悪くすることなく、データ書き換え効率
が良く、且つ微細化に適した半導体記憶装置を提供する
ところにある。
Accordingly, the present invention is to solve such a problem. It is an object of the present invention to improve the data rewriting efficiency without deteriorating the data holding characteristics of a semiconductor memory element and to be suitable for miniaturization. To provide a semiconductor memory device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(手段1)半導体基板表面に設置されたコントロールゲ
ートと、前記半導体基板上に、トンネル酸化膜及び前記
コントロールゲート上のフローティングゲート−コント
ロールゲート間絶縁膜を介して設置されたフローティン
グゲートと、を備えた半導体記憶装置であって、前記フ
ローティングゲート−コントロールゲート間絶縁膜が、
ボトムのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びトップの
シリコン酸化膜の積層膜から構成されることを特徴とす
る。
(Means 1) A control gate provided on a surface of a semiconductor substrate, and a floating gate provided on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film and an insulating film between the floating gate and the control gate on the control gate. Wherein the insulating film between the floating gate and the control gate comprises:
It is characterized by comprising a laminated film of a bottom silicon oxide film, a silicon nitride film and a top silicon oxide film.

【0007】(手段2)半導体基板表面に設置されたコ
ントロールゲートと、前記半導体基板上に、トンネル酸
化膜及び前記コントロールゲート上のフローティングゲ
ート−コントロールゲート間絶縁膜を介して設置された
フローティングゲートと、を備えた半導体記憶装置であ
って、前記フローティングゲート−コントロールゲート
間絶縁膜が、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の積層
膜から構成されることを特徴とする。
(Means 2) A control gate provided on the surface of the semiconductor substrate, and a floating gate provided on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film and a floating gate-control gate insulating film on the control gate. , Wherein the insulating film between the floating gate and the control gate is composed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下図面により、本発明の実施例
を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0009】図1は、本発明の半導体記憶装置の一例を
表わす断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the semiconductor memory device of the present invention.

【0010】101は半導体基板、102はフィールド
絶縁膜、103はコントロールゲート、104はトンネ
ル酸化膜下の濃い拡散層、105は絶縁膜、106は、
トンネル酸化膜、107はフローティングゲート−コン
トロールゲート間絶縁膜を構成するONO膜のボトム酸
化膜、108はフローティングゲート、109はフロー
ティングゲート−コントロールゲート間絶縁膜を構成す
るシリコン窒化膜(ONO膜のシリコン窒化膜)、11
0はフローティングゲート−コントロールゲート間絶縁
膜を構成するONO膜のトップ酸化膜である。そして、
トンネル酸化膜106の膜厚は5nmから11nm程度
であり、ONO膜の膜厚は酸化膜厚換算で、5nmから
15nm程度となるように構成されている。
[0010] 101 is a semiconductor substrate, 102 is a field insulating film, 103 is a control gate, 104 is a deep diffusion layer below the tunnel oxide film, 105 is an insulating film, and 106 is
A tunnel oxide film, 107 is a bottom oxide film of an ONO film forming a floating gate-control gate insulating film, 108 is a floating gate, and 109 is a silicon nitride film (silicon ONO film forming a floating gate-control gate insulating film). Nitride film), 11
Numeral 0 is a top oxide film of the ONO film constituting the insulating film between the floating gate and the control gate. And
The thickness of the tunnel oxide film 106 is about 5 nm to 11 nm, and the thickness of the ONO film is about 5 nm to 15 nm in terms of oxide film thickness.

【0011】次に本発明の半導体記憶装置の製造方法の
一例を図2(a)から図2(c)により詳細に説明す
る。
Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0012】なお、実施例の全図において、同一の記号
を有するものには、同一の符号を付け、その繰り返しの
説明は省略する。
In all the drawings of the embodiments, those having the same symbols are given the same reference numerals and their repeated explanation is omitted.

【0013】まず、図2(a)の如く、半導体基板20
1上に図示しない第1シリコン窒化膜を所定形に形成す
る。そして、熱酸化を行い、フィールド絶縁膜202を
形成する。前記フィールド絶縁膜202は、400nm
から800nm程度形成する。前記第1シリコン窒化膜
を除去し、熱酸化法により前記半導体基板201上に犠
牲酸化膜を15nmから40nm程度形成する。そし
て、フォト及びイオン注入法により、N型不純物をトン
ネル酸化膜が設置される下方の領域及びコントロールゲ
ートを形成する領域に1×1013から1×1016
toms・cm−2程度注入し、トンネル酸化膜の下の
濃い拡散層203及び、コントロールゲート204を形
成する。N型不純物は、例えば、5族の元素(燐元素や
砒素などの導電性不純物)を用いる。そして、N型不純
物を活性化させる為に、例えば、850℃から1000
℃程度の窒素雰囲気中で30分程度のアニールを行う。
First, as shown in FIG.
A first silicon nitride film (not shown) is formed in a predetermined shape on 1. Then, thermal oxidation is performed to form a field insulating film 202. The field insulating film 202 has a thickness of 400 nm.
To 800 nm. After removing the first silicon nitride film, a sacrificial oxide film is formed on the semiconductor substrate 201 to a thickness of about 15 nm to 40 nm by a thermal oxidation method. Then, by photo and ion implantation, an N-type impurity is implanted from 1 × 10 13 to 1 × 10 16 a in a region below the tunnel oxide film and a region for forming the control gate.
Implantation is performed at about toms · cm −2 to form a deep diffusion layer 203 below the tunnel oxide film and a control gate 204. As the N-type impurity, for example, a Group 5 element (a conductive impurity such as a phosphorus element or arsenic) is used. Then, for example, from 850 ° C. to 1000
Anneal for about 30 minutes in a nitrogen atmosphere at about ° C.

【0014】そして、犠牲酸化膜を除去した後、前記半
導体基板201上に熱酸化法により、3nmから10n
m程度の第1熱酸化膜(ONO膜のボトム酸化膜)20
5を形成する。そして、前記第1シリコン酸化膜(ON
O膜のボトム酸化膜)205上にシリコン窒化膜(ON
O膜のシリコン窒化膜)206を5nmから15nm程
度形成する。そして、第1フォトレジスト207をコン
トロールゲートを形成する領域に形成し、エッチングに
より前記コントロールゲート204以外の領域に形成さ
れた前記第1シリコン酸化膜(ONO膜のボトム酸化
膜)205とシリコン窒化膜(ONO膜のシリコン窒化
膜)206を除去する。
After removing the sacrificial oxide film, the semiconductor substrate 201 is thermally oxidized to a thickness of 3 nm to 10 n.
m of first thermal oxide film (bottom oxide film of ONO film) 20
5 is formed. Then, the first silicon oxide film (ON
A silicon nitride film (ON) on the bottom oxide film (O film) 205
An O film (silicon nitride film) 206 is formed to a thickness of about 5 to 15 nm. Then, a first photoresist 207 is formed in a region where a control gate is to be formed, and the first silicon oxide film (bottom oxide film of ONO film) 205 and a silicon nitride film formed in a region other than the control gate 204 by etching. (The silicon nitride film of the ONO film) 206 is removed.

【0015】次に図2(b)の如く、熱酸化法により前
記シリコン基板201上に第2シリコン酸化膜208
を、また前記シリコン窒化膜(ONO膜のシリコン窒化
膜)206上に第3シリコン酸化膜(ONO膜のトップ
酸化膜)209を形成する。前記第2シリコン酸化膜2
08は、5nmから30nm程度形成する。この酸化に
より前記第3シリコン酸化膜(ONO膜のトップ酸化
膜)が2nmから10nm程度形成される。そしてトン
ネル酸化膜を形成する以外の領域に第2フォトレジスト
210を形成し、トンネル酸化膜を形成する領域に形成
された前記第2シリコン酸化膜208をウエットエッチ
ング法等により除去する。
Next, as shown in FIG. 2B, a second silicon oxide film 208 is formed on the silicon substrate 201 by a thermal oxidation method.
A third silicon oxide film (top oxide film of ONO film) 209 is formed on the silicon nitride film (silicon nitride film of ONO film) 206. The second silicon oxide film 2
08 is formed to a thickness of about 5 nm to 30 nm. By this oxidation, the third silicon oxide film (top oxide film of the ONO film) is formed in a thickness of about 2 nm to 10 nm. Then, a second photoresist 210 is formed in a region other than the region where the tunnel oxide film is to be formed, and the second silicon oxide film 208 formed in the region where the tunnel oxide film is to be formed is removed by a wet etching method or the like.

【0016】次に図2(c)の如く、前記第2フォトレ
ジスト210を除去し、熱酸化法(例えば、1000℃
の酸素濃度40%の乾燥雰囲気中の酸化)により、トン
ネル酸化膜211を5nmから15nm程度形成する。
そして、CVD法により、前記トンネル酸化膜211、
及び前記第2シリコン酸化膜208、及び前記第3シリ
コン酸化膜(ONO膜のトップ酸化膜)209及ぶ前記
フィールド絶縁膜202上に多結晶シリコン膜を100
nmから400nm程度形成する。通常モノシランガス
を620度前後で熱分解させ、前記多結晶シリコン膜を
堆積させる。そして、前記多結晶シリコンを低抵抗化さ
せる為に、例えば5族の元素(燐元素や砒素など撞電性
不純物)をイオン打ち込み法を用いて、1×1015
ら1×1016atoms・cm−2程度注入する。そ
して、フォト及びエッチング法により、前記多結晶シリ
コン膜を所定形に形成し、フローティングゲート212
を形成する。以上が本発明の製造方法である。
Next, as shown in FIG. 2C, the second photoresist 210 is removed and a thermal oxidation method (for example, 1000 ° C.) is performed.
(Oxidation in a dry atmosphere having an oxygen concentration of 40%) to form a tunnel oxide film 211 of about 5 nm to 15 nm.
Then, the tunnel oxide film 211,
A polycrystalline silicon film 100 on the second silicon oxide film 208, the third silicon oxide film (ONO film top oxide film) 209 and the field insulating film 202;
about 400 nm. Usually, monosilane gas is thermally decomposed at about 620 degrees to deposit the polycrystalline silicon film. Then, in order to lower the resistance of the polycrystalline silicon, for example, an element of group V (consistent impurity such as phosphorus element or arsenic) is ion-implanted to from 1 × 10 15 to 1 × 10 16 atoms · cm. Inject about -2 . Then, the polycrystalline silicon film is formed in a predetermined shape by a photo and etching method, and the floating gate 212 is formed.
To form The above is the manufacturing method of the present invention.

【0017】このように、フローティングゲートとコン
トロールゲート間絶縁膜として誘電率が高いシリコン窒
化膜を用いたONO膜(シリコン酸化膜/シリコン窒化
膜/シリコン酸化膜の積層膜)を用いることにより、フ
ローティングゲートとコントロールゲート間絶縁膜の容
量を上げることか可能となる。これにより、メモリセル
の書き込み消去特性を変えることなく、フローティング
ゲートとコントロールゲート間のオーバーラップしてい
る面積を大幅に縮小することが可能になり、高集積化に
適した半導体記憶装置を提供することが可能となる。ま
た、本発明では、フローティングゲートとコントロール
ゲートゲート間絶縁膜を薄膜化することなく、フローテ
ィングゲートとコントロールゲートゲート間の容量を上
げるということを実現している為、本発明によるデータ
保持特性の低下(例えば、フローティングゲートゲート
に蓄積した電荷がコントロールゲートの方へ逃げたり、
コントロールゲート側からフローティングゲートに電荷
が注入され、保持したデータが書き変わるうような不
良)は、見られない。
By using an ONO film (silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film laminated film) using a silicon nitride film having a high dielectric constant as an insulating film between the floating gate and the control gate, the floating film is formed. It is possible to increase the capacity of the insulating film between the gate and the control gate. Thus, the overlapping area between the floating gate and the control gate can be significantly reduced without changing the write / erase characteristics of the memory cell, and a semiconductor memory device suitable for high integration is provided. It becomes possible. Further, in the present invention, the capacitance between the floating gate and the control gate is increased without reducing the thickness of the insulating film between the floating gate and the control gate. (For example, the charge accumulated in the floating gate escapes to the control gate,
A defect in which charge is injected from the control gate side to the floating gate and the stored data is rewritten is not seen.

【0018】以上本発明を実施例に基づき、具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において、変形し得る
ことは、無論である。例えば、本発明の半導体装置の製
造方法の実施例では、フローティングゲートに多結晶シ
リコン膜を用いたが、高融点金属シリサイド等を用いた
場合でも有効である。
Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that the present invention can be modified without departing from the scope of the invention. is there. For example, in the embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a polycrystalline silicon film is used for the floating gate, but it is also effective when a high melting point metal silicide or the like is used.

【0019】また、実施例では、フローティングゲート
とコントロールゲート間絶縁膜としてONO膜(SiO
/Si/SiO)を用いたがNO膜(Si
/SiO)等の2層膜を用いた場合でも有効であ
る。
In the embodiment, the ONO film (SiO 2) is used as an insulating film between the floating gate and the control gate.
2 / Si 3 N 4 / SiO 2 ), but the NO film (Si 3
This is also effective when a two-layer film such as N 4 / SiO 2 ) is used.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、フローティングゲート
とコントロールフローティングゲートとコントロールゲ
ートを有し、前記フローティングゲートへの電荷の注入
状態の如何によって、前記コントロールゲートの特性の
制御しきい値電圧が変化し、前記コントロールゲートが
シリコン基板中に形成されていることを特徴とする半導
体記憶装置において、フローティングゲートとコントロ
ールゲート間絶縁膜をONO膜(シリコン酸化膜/シリ
コン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜)もしくは、NO
膜(シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜)で形成
することにより、半導体記憶装置のデータ保持特性を悪
くすることなく、データ書き換え効率が良く、且つ微細
化に適した半導体記憶装置を提供するが可能になる。
According to the present invention, there are provided a floating gate, a control floating gate, and a control gate, and the control threshold voltage of the characteristics of the control gate varies depending on the state of charge injection into the floating gate. In the semiconductor memory device, wherein the control gate is formed in a silicon substrate, an insulating film between the floating gate and the control gate is formed by an ONO film (a laminated film of a silicon oxide film / a silicon nitride film / a silicon oxide film). ) Or NO
A semiconductor memory device which has good data rewriting efficiency and is suitable for miniaturization without deteriorating data holding characteristics of the semiconductor memory device by being formed of a film (a laminated film of a silicon nitride film / silicon oxide film). Becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の一実施例を示す主要断面
図である。
FIG. 1 is a main sectional view showing one embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を工
程順に説明する為の主要断面図である。
FIG. 2 is a main cross-sectional view for describing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention in the order of steps.

【図3】従来の半導体装置を説明する為の主要断面図で
ある。
FIG. 3 is a main cross-sectional view for explaining a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 半導体基板 102 フィールド絶縁膜 103 コントロールゲート 104 トンネル酸化膜の下の濃い拡散層 105 絶縁膜 106 トンネル酸化膜 107 ONO膜のボトム酸化膜 108 フローティングゲート 109 シリコン窒化膜(ONO膜のシリコン窒化膜) 110 ONO膜のトップ酸化膜 201 半導体基板 202 フィールド絶縁膜 203 トンネル酸化膜の下の濃い拡散層 204 コントロールゲート 205 第1シリコン酸化膜(ONO膜のボトム酸化
膜) 206 シリコン窒化膜(ONO膜のシリコン窒化膜) 207 第1フォトレジスト 208 第2シリコン酸化膜 209 第3シリコン酸化膜(ONO膜のトップ酸化
膜) 210 第2フォトレジスト 211 トンネル酸化膜 212 フローティングゲート 301 半導体基板 302 フィールド絶縁膜 303 トンネル膜の下の濃い拡散層 304 コントロールゲート 305 絶縁膜 306 トンネル酸化膜 307 フローティングゲートとコントロールゲート間
絶縁膜 308 フローティングゲート
Reference Signs List 101 semiconductor substrate 102 field insulating film 103 control gate 104 dense diffusion layer below tunnel oxide film 105 insulating film 106 tunnel oxide film 107 bottom oxide film of ONO film 108 floating gate 109 silicon nitride film (silicon nitride film of ONO film) 110 Top oxide film of ONO film 201 Semiconductor substrate 202 Field insulating film 203 Deep diffusion layer below tunnel oxide film 204 Control gate 205 First silicon oxide film (Bottom oxide film of ONO film) 206 Silicon nitride film (Silicon nitride of ONO film) Film) 207 First photoresist 208 Second silicon oxide film 209 Third silicon oxide film (top oxide film of ONO film) 210 Second photoresist 211 Tunnel oxide film 212 Floating gate 301 Semiconductor base Plate 302 Field insulating film 303 Dense diffusion layer below tunnel film 304 Control gate 305 Insulating film 306 Tunnel oxide film 307 Floating gate and control gate insulating film 308 Floating gate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板表面に設置されたコントロール
ゲートと、前記半導体基板上に、トンネル酸化膜及び前
記コントロールゲート上のフローティングゲート−コン
トロールゲート間絶縁膜を介して設置されたフローティ
ングゲートと、を備えた半導体記憶装置であって、 前記フローティングゲート−コントロールゲート間絶縁
膜が、ボトムのシリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びト
ップのシリコン酸化膜の積層膜から構成されることを特
徴とする半導体記憶装置。
A control gate provided on a surface of a semiconductor substrate; and a floating gate provided on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film and an insulating film between a floating gate and a control gate on the control gate. A semiconductor memory device comprising: a floating gate-control gate insulating film comprising a stacked film of a bottom silicon oxide film, a silicon nitride film, and a top silicon oxide film. .
【請求項2】半導体基板表面に設置されたコントロール
ゲートと、前記半導体基板上に、トンネル酸化膜及び前
記コントロールゲート上のフローティングゲート−コン
トロールゲート間絶縁膜を介して設置されたフローティ
ングゲートと、を備えた半導体記憶装置であって、 前記フローティングゲート−コントロールゲート間絶縁
膜が、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の積層膜から
構成されることを特徴とする半導体記憶装置。
2. A semiconductor device comprising: a control gate provided on a surface of a semiconductor substrate; and a floating gate provided on the semiconductor substrate via a tunnel oxide film and a floating gate-control gate insulating film on the control gate. A semiconductor memory device comprising: the insulating film between a floating gate and a control gate; and a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9741730B2 (en) 2015-09-10 2017-08-22 Toshiba Memory Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same

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