JPH11195772A - 不揮発性メモリ装置及びその製造方法 - Google Patents

不揮発性メモリ装置及びその製造方法

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JPH11195772A
JPH11195772A JP19293998A JP19293998A JPH11195772A JP H11195772 A JPH11195772 A JP H11195772A JP 19293998 A JP19293998 A JP 19293998A JP 19293998 A JP19293998 A JP 19293998A JP H11195772 A JPH11195772 A JP H11195772A
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layer
forming
gate
bit line
source
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JP19293998A
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Jeong-Hyuk Choi
定 ▲ひゅく▼ 崔
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B20/00Read-only memory [ROM] devices
    • H10B20/27ROM only
    • H10B20/30ROM only having the source region and the drain region on the same level, e.g. lateral transistors
    • H10B20/38Doping programmed, e.g. mask ROM

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不揮発性メモリ装置及びその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ビットラインとワードラインが交差する
領域に設けられたゲート104 およびソース112a/ドレイ
ン112bからなる単位セルと、セルのドレイン112bと、ビ
ットライン124 をコンタクト122 を通して連結させる第
1導電体からなるパッド層116bと、ソース112aをワード
ライン方向に隣接するセルのソース112aと連結させるた
めに、パッド層116bから分離された第1導電体からなる
ソース連結層116aとを備え、コンタクト122 の一部とゲ
ート104 とがオーバーラップしている領域iを有するこ
とを特徴とする不揮発性メモリ装置。これにより、パッ
ド層とソース連結層との間隔をワードラインの幅より小
さくパタニングすることができるので、ビットラインコ
ンタクトとパッド層との距離を一定に維持しながら、ビ
ットラインコンタクトとワードラインが部分的に重なる
ように形成してセルの面積を縮小することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性メモリ装置
及びその製造方法に係り、より詳しくは、フローティン
グゲートとコントロールゲートが積層されたスタック型
のゲート構造を有するNOR型のフラッシュメモリ装置
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリ装置は、DRAM(Dynamic
Random Access Memory)及びSRAM(Static Random A
ccess Memory)のように時間の経過によりデータを消失
する揮発性としてデータの入・出力が速いRAM製品
と、一回のデータの入力によりその状態は維持可能であ
るが、データの入・出力が遅いROM(Read Only Memor
y)製品とに大別される。このようなROM製品はRO
M,PROM(ProgrammableROM),EPROM(Erasable
PROM) 及びEEPROM(Electrically EPROM)に分け
られる。このうち、電気的な方法でデータをプログラム
及び消去することのできるEEPROMに対する需要が
増えつつある。前記EEPROMセルや一括消去機能を
有するフラッシュメモリセルは、フローティングゲート
とコントロールゲートが積層されたスタック型のゲート
構造を有する。
【0003】フラッシュEEPROMセルは回路的な観
点から見ると、n個のセルトランジスタが直列に連結さ
れて単位ストリングを構成し、その単位ストリングがビ
ットラインと接地ラインとの間に並列に連結されている
NAND型と、それぞれのセルトランジスタがビットラ
インと接地ラインとの間に並列に連結されているNOR
型とに分けられる。前記NAND型は高集積化に有利で
あるが、NOR型は高速動作に有利である。
【0004】基本的なNOR型のフラッシュEEPRO
Mセルの構造及び動作方式がアメリカ特許第4,69
8,787号に開示されており、これを添付図面を参照
して説明する。
【0005】図1は、前記アメリカ特許第4,698,
787号に開示されているNOR型のフラッシュEEP
ROM装置において、メモリセルアレーの一部を示した
レイアウト、図2は、前記セルアレーの等価回路図であ
り、図3は単位セルの垂直断面図である。
【0006】ここで、参照符号10は半導体基板、12
はトンネル酸化膜、14はフローティングゲート、16
は層間誘電膜、18はコントロールゲート、20はアク
ティブ領域、20a及び20bはN+ ソース及びドレイ
ン領域、24はビットラインコンタクト、26はビット
ラインをそれぞれ示す。
【0007】図1及び図3を参照すれば、一定の間隔で
形成される多数のビットライン(B/L1,2,…、以
下単にB/Lと称する)26、ワードライン(W/L
1,2,…、以下単にW/Lと称する)及びソースライ
ン(CSL、図2参照)を含む多数のセルアレーにおい
て、前記ワードライン(W/L)と金属層からなるビッ
トライン26が直交する領域にフローティングゲート1
4とコントロールゲート18のスタック型のゲート構造
で単位セルが形成される。ここで、ワードラインW/
L)はコントロールゲート18によって提供される。二
つのセルは一つのビットラインコンタクト24によりビ
ットライン26と連結される。
【0008】単位セルの構造を見ると(図3参照)、フ
ローティングゲート14と基板10との間にトンネル酸
化膜12が形成され、前記フローティングゲート14と
ワードラインとして提供されるコントロールゲート18
との間に層間誘電膜16が形成される。かつ、前記スタ
ック型のゲートにセルフアラインされてN+ ソース/ド
レイン領域20a,20bが形成される。前記フローテ
ィングゲート14はアクティブ領域20と前記アクティ
ブ領域20の両側のフィールド領域の縁部の一部に形成
されることにより、隣接するセルのフローティングゲー
ト14から隔離される。前記コントロールゲート18は
隣接するセルのコントロールゲート18と連結されるこ
とによりワードライン(W/L)を形成する。
【0009】隣接するセルはソース/ドレイン領域20
a,20bを共有する。単位セルのドレイン領域20b
は同一なカラムに隣接するセルのドレイン領域20bと
連結され、前記ドレイン領域20bにはビットラインコ
ンタクト24が形成される。同一なカラムに形成された
ビットラインコンタクト24はコントロールゲート18
により提供されるワードライン(W/L)に対して垂直
に配置されるビットライン26により電気的に連結され
る。すなわち、二つのセルは一つのビットラインコンタ
クト24によりビットライン26によって連結される。
【0010】単位セルのソース領域20aはそのアクテ
ィブ領域がワードライン方向に曲るようにパタニングさ
れて前記ワードライン(W/L)と平行に伸びることに
より、同一なカラムと同一なローに隣接するセルのソー
ス領域20aと連結される。ソース消去方式を用いる通
常のNOR型のフラッシュメモリセルは、ソース領域2
0aがドレイン領域20bより高いブレークダウン電圧
を有するように前記ソース領域20aをN- 領域がN+
領域を取り囲む二重拡散接合(Double Diffused Juncti
on:以下、“DD”という)構造で形成する。かつ、ソ
ースラインの抵抗を減少させるため、ワードライン(W
/L)に平行に形成されたソースアクティブ領域20に
複数のビットライン26ごとに一つのソースラインコン
タクト(図示せず)が形成され、前記ビットライン26
に平行に形成されたソースラインが数ビットごとに一つ
ずつソースラインコンタクトを通して前記ソースアクテ
ィブ領域20に電気的に連結される。
【0011】前記NOR型のフラッシュメモリセルの動
作はチャンネル熱電子(Channel HotElectron:CHE)
注入方式を用いてプログラミングを行い、F−Nトンネ
リング(Fowler−Nordheim Tunneling)方式を用いてソー
スやバルク基板を通して消去する。
【0012】まず、プログラム動作はフローティングゲ
ート14に電子を貯蔵してセルのスレショルド電圧(V
th)を初期値である約2Vから約7Vに増加させること
である。すなわち、選択ビットラインに6〜7V、選択
ワードライン(すなわちコントロールゲート18)に1
0〜12Vを印加し、ソース20a及び基板10に0V
を印加すると、チャンネル熱電子の一部がゲート電界に
よりトンネル酸化膜12を通してフローティングゲート
14に注入されることにより、プログラムが行われる。
【0013】消去動作はフローティングゲート14の電
子を放電させてセルのスレショルド電圧を初期値である
2V程度に低めることである。すなわち、選択ビットラ
インをフローティングさせ、ソース20aに12〜15
Vを印加し、選択ワードラインに0Vを印加すると、フ
ローティングゲート14とソース接合20aとの電圧差
により100Å程度のトンネル酸化膜12によるF−N
トンネリング方式でフローティングゲート14内の電子
がソース領域20aに放電されることにより、消去が行
われる。消去動作は多数のワードラインとビットライン
を含む数百乃至数千ビットを一つのブロックとして行う
一括ブロック消去方式を採用する。
【0014】読み出し動作は、選択ビットラインに約1
Vの電圧を印加し、ワードラインには4〜5Vを印加し
て消去及びプログラムセルによる電流経路の発生有無を
感知する。
【0015】ここで、前記ソースラインは、プログラム
及び読み出し動作時にセルを通して発生する多量の電流
を接地ノードに放出させる役目を果たす。チャンネル熱
電子注入方式を用いるフラッシュメモリセルは多量の電
流を急速に放出させるため、8〜16個のセルごとに一
つのソースラインを形成している。
【0016】しかしながら、かかる構造を持つNOR型
のフラッシュメモリ装置では次のような問題点が発生す
る。
【0017】(1)ビットライン26とドレイン領域2
0bを連結させるためのビットラインコンタクト24と
ワードラインとなるコントロールゲート18との間に電
気的な隔離のために一定の距離(図1中の“a”)を確
保する必要がある。ところがこのビットラインコンタク
ト24とワードラインとなるコントロールゲート18と
の距離“a”は工程マージンによる最少のデザインルー
ルにより決まるため、より高集積化したセルを形成する
際に、この距離“a”を高集積化のためのセルの縮小比
率と同じように縮小することができなくなっている。
【0018】(2)ソース領域の形成されるアクティブ
領域(すなわち、ソースアクティブ領域)20を一定の
比率で縮小する場合、縮小されたアクティブ面積に応じ
て面抵抗が増加する。
【0019】(3)コントロールゲート18とソースア
クティブ領域20との一定の距離(図1中の“b”)が
前記コントロールゲート18をパタニングするための工
程のミスアラインマージンにより決められるので、セル
面積の縮小に制限要素として作用する。
【0020】このような問題点を解決するための新たな
セル構造がアメリカ特許第5,519,239号により
開示されている。
【0021】図4は前記アメリカ特許第5,519,2
39号に開示されているNOR型のフラッシュメモリセ
ル装置におけるセルアレーの一部を示したレイアウトで
ある。前記セルアレーの等価回路図と単位セルの構造は
図2及び図3に示したものと同一である。
【0022】図4を参照すれば、ビットラインコンタク
ト69とコントロールゲート58によって提供されてる
ワードライン(W/L)との一定の距離が、コントロー
ルゲート58に極近接して“0”に近づくか、場合によ
っては“0”となるようにする。ここで、ソースアクテ
ィブ領域を図1に示したように曲るように形成すると、
ワードラインとの一定の距離確保が求められる。この
点、図4においては、ソース/ドレインの形成されるア
クティブ領域64をビットライン70と平行にパタニン
グした後、隣接するセルのソース領域をワードライン
(W/L)と平行にソース金属層66aで連結する。し
たがって、ワードライン(W/L)となるコントロール
ゲート58とソースアクティブ領域64との一定の距離
確保が求められないので、セルの面積を容易に縮小する
ことができる。
【0023】図5乃至図7は図4に示した従来のセルア
レーの製造方法を説明するための垂直断面図である。
【0024】図5を参照すれば、通常の素子分離工程に
よりアクティブ領域とフィールド領域に分けられたP型
の半導体基板50の上部にトンネル酸化膜52を成長さ
せた後、その上部にフローティングゲート54、層間誘
電膜56及びコントロールゲート58からなるスタック
型のゲートを形成する。この際、前記コントロールゲー
ト58は酸化膜のような絶縁膜60でキャッピングされ
る。
【0025】次いで、イオン注入工程により前記スタッ
ク型のゲートにセルフアラインされるN+ ソース/ドレ
イン領域64a,64bを形成した後、その結果物の上
部に絶縁膜を蒸着し、前記絶縁膜を異方性食刻すること
により、スタック型のゲートの側壁に絶縁膜スぺーサ6
2を形成する。前記工程の結果、前記N+ ソース/ドレ
イン領域64a,64bをそれぞれ露出させるセルフア
ラインコンタクト65a,65bが形成される。
【0026】次に、図6を参照すれば、前記結果物の上
部にタングステンのような金属層を蒸着した後、その上
部にフォトレジストパターン67を形成する。その後、
前記フォトレジストパターン67を食刻マスクとして用
いて金属層をパタニングすることにより、前記コンタク
ト65aを通してソース領域64aに連結されるソース
金属層66a及び前記コンタクト65bを通してドレイ
ン領域64bに連結されるビットラインパッド66bが
形成される。前記ソース金属層66aはワードラインと
して提供されるコントロールゲート58と平行に伸びて
各セルのソース領域64aを連結させる役目を果たす。
【0027】次に、図7を参照すれば、前記フォトレジ
ストパターン67を取り除いた後、結果物の上部に層間
絶縁膜68を形成し、平坦化工程により前記層間絶縁膜
68の表面を平坦化させる。次いで、フォトリソグラフ
ィー及び食刻工程により前記層間絶縁膜68を食刻して
ビットラインパッド66bを露出させるビットラインコ
ンタクト69を形成した後、その結果物の上部に金属層
を蒸着してビットライン70を形成する。
【0028】しかしながら、上述した構造を持つNOR
型のフラッシュメモリ装置によれば、次のような問題点
が発生する。
【0029】第一に、ビットラインパッド66bとソー
ス金属層66aを同一な金属層で形成し、一つのフォト
マスクを用いてパタニングするので、ビットラインパッ
ド66bとソース金属層66aとの距離(図6中の
“c”)を工程限界以下には縮小することができない。
すなわち、ワードラインとして提供されるコントロール
ゲート58の幅により決められるセルのチャンネル長さ
を縮小させて最少のパターンを形成する場合、前記コン
トロールゲート58の幅以下にビットラインパッド66
bとソース金属層66aとの距離“c”を縮小すること
は不可能である。
【0030】第二に、ビットラインパッド66bとビッ
トライン70を連結させるビットラインコンタクト69
が前記ビットラインパッド66bの面積内で一定のマー
ジン(図7中の“d”)を有するべきなので、ビットラ
インコンタクト69とコントロールゲート58との距離
を“0”とすることができない。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の方法による問題点を解決するために案出されたもので
あり、本発明の目的は、ビットラインパッドをビットラ
インコンタクトと一定の距離を維持させながら、前記ビ
ットラインコンタクトをワードラインと部分的に重なる
ように形成することにより、セルの面積を縮小させるこ
とのできる不揮発性メモリ装置を提供することにある。
【0032】また、本発明の他の目的は、前記不揮発性
メモリ装置の製造に好適な不揮発性メモリ装置の製造方
法を提供することにある。
【0033】
【課題が解決するための手段】本発明の諸目的は、下記
する手段により達成される。
【0034】(1)一定の間隔で平行に配列された複数
のビットラインと、前記ビットラインに垂直に一定の間
隔で配列された複数のワードラインと、前記ビットライ
ンと前記ワードラインが交差する領域に位置し、第1導
電型の半導体基板の上部にゲート絶縁膜を介して隣接す
る単位セルのゲートに連結されて前記ワードラインを形
成するゲートと、前記ゲートの両側の前記半導体基板表
面に形成された第2導電型のソース/ドレイン領域とを
有する単位セルと、前記セルのドレイン領域に連結さ
れ、その上部にビットラインコンタクトを通して前記ビ
ットラインに連結されている第1導電体からなるパッド
層と、前記セルのソース領域の上部にワードライン方向
に隣接するセルのソース領域を連結させるように形成さ
れ、前記パッド層から分離された前記第1導電体からな
るソース連結層とを備え、前記ビットラインコンタクト
の一部が前記セルのゲートと重なる領域を有することを
特徴とする不揮発性メモリ装置。
【0035】(2)前記ビットラインコンタクトが設け
られた部分を除く前記パッド層の一部とビットラインの
間、および前記ソース連結層とビットラインの間にはそ
れぞれ絶縁層が形成されており、当該2つの絶縁層は互
いに異なる層構造を有することを特徴とする。
【0036】(3)前記単位セルは電気的なプログラミ
ング及び消去可能なセルであり、前記ゲートはフローテ
ィングゲートとコントロールゲートの積層構造を有する
ことを特徴とする。
【0037】(4)前記単位セルは単層のゲートを有す
るマスクROMセルであることを特徴とする。
【0038】(5)前記ゲートの幅はビットライン方向
に前記パッド層とソース連結層との間隔より大きいこと
を特徴とする。
【0039】(6)前記パッド層の幅はビットライン方
向に前記ソース連結層のビットライン方向の幅より大き
いことを特徴とする。
【0040】(7)(a)第1導電型の半導体基板の上
部にゲート絶縁膜を介してメモリセルのゲートを形成す
る段階と、(b)前記ゲートをマスクとして用いて第2
導電型の不純物をイオン注入して前記ゲートの両側の基
板表面に前記セルの第2導電型のソース及びドレイン領
域を形成する段階と、(c)前記(b)の段階を経た前
記半導体基板の上部に第1絶縁層を形成し、その第1絶
縁層をエッチバックして前記ソース及びドレイン領域の
一部位を露出させる段階と、(d)前記(c)の段階を
経た前記半導体基板の上部に第1導電体と第2絶縁層を
順次に形成する段階と、(e)前記第2絶縁層を、隣接
するセルのソース領域を連結させるためのソース連結層
のパターンでパタニングする段階と、(f)前記(e)
の段階を経た前記半導体基板の上部に前記ドレイン領域
に連結されるパッド層を形成するためのフォトレジスト
パターンを形成する段階と、(g)前記フォトレジスト
パターン及び前記第2絶縁層を食刻マスクとして用いて
露出された第1導電体を食刻することにより、前記ドレ
イン領域の上部には前記第1導電体からなるパッド層を
形成し、前記ソース領域の上部には前記第1導電体から
なるソース連結層を形成する段階と、(h)前記フォト
レジストパターンを取り除く段階とを備えることを特徴
とする不揮発性メモリ装置の製造方法。
【0041】(8)前記(a)段階は、前記半導体基板
の上部にゲート絶縁膜、第1電極層、層間誘電膜、第2
電極層及びキャップ絶縁膜を順次に形成する段階と、前
記第2電極層、層間誘電膜及び第1電極層を順次に食刻
することにより、前記第1電極層と第2電極層からなる
セルのスタック型のゲートを形成する段階とを含むこと
を特徴とする。
【0042】(9)前記(h)段階後、前記パッド層及
び前記ソース連結層を形成した前記半導体基板の上部に
第3絶縁層を形成する段階と、前記パッド層の上部の第
3絶縁層を食刻することにより、前記ゲートと部分的に
重なるように前記パッド層を露出させるビットラインコ
ンタクトを形成する段階と、前記ビットラインコンタク
トを形成した前記第3絶縁層を含む前記半導体基板の上
部全面に第2導電体を形成し、その第2導電体をパタニ
ングして前記ビットラインコンタクト及びパッド層を通
して前記ドレイン領域に連結されるビットラインを形成
する段階と、をさらに備えることを特徴とする。
【0043】(10)(a)第1導電型の半導体基板の
上部にゲート絶縁膜を介してメモリセルのゲートを形成
する段階と、(b)前記ゲートをマスクとして用いて第
2導電型の不純物をイオン注入して前記ゲートの両側の
基板表面に前記セルの第2導電型のソース及びドレイン
領域を形成する段階と、(c)前記(b)の段階を経た
前記半導体基板の上部に第1絶縁層を形成し、前記第1
絶縁層をエッチバックして前記ソース及びドレイン領域
の一部位を露出させる段階と、(d)前記(c)の段階
を経た前記半導体基板の上部に第1導電体と第2絶縁層
を順次に形成する段階と、(e)前記第2絶縁層を前記
ドレイン領域に形成されるパッド層のパターンでパタニ
ングする段階と、(f)前記(e)の段階を経た前記半
導体基板の上部に、隣接するセルのソース領域を連結さ
せるソース連結層を形成するためのフォトレジストパタ
ーンを形成する段階と、(g)前記フォトレジストパタ
ーン及び前記第2絶縁層を食刻マスクとして用いて露出
された第1導電体を食刻することにより、前記ドレイン
領域の上部には前記第1導電体からなるパッド層を形成
し、前記ソース領域の上部には前記第1導電体からなる
ソース連結層を形成する段階と、(h)前記フォトレジ
ストパターンを取り除く段階とを備えることを特徴とす
る不揮発性メモリ装置の製造方法。
【0044】(11)前記(a)段階は、前記半導体基
板の上部にゲート絶縁膜、第1電極層、層間誘電膜及び
第2電極層を順次に形成する段階と、前記第2電極層、
層間誘電膜及び第1電極層を順次に食刻することによ
り、前記第1電極層と第2電極層からなるセルのスタッ
ク型のゲートを形成する段階とを含むことを特徴とす
る。
【0045】(12)前記(h)段階後、前記パッド層
及び前記ソース連結層を形成した前記半導体基板の上部
に第3絶縁層を形成する段階と、前記パッド層の上部の
第3絶縁層を食刻することにより、前記ゲートと部分的
に重なるように前記パッド層を露出させるビットライン
コンタクトを形成する段階と、前記第3絶縁層にビット
ラインコンタクトを形成した前記半導体基板の上部に第
2導電体を形成し、その第2導電体をパタニングして前
記ビットラインコンタクト及びパッド層を通して前記ド
レイン領域に連結されるビットラインを形成する段階と
をさらに備えることを特徴とする。
【0046】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施例を
添付図面を参照して詳しく説明する。
【0047】図8は本発明によるNOR型のフラッシュ
メモリセルアレーのレイアウトであり、図9は前記セル
アレーの垂直断面図である。本発明のNOR型のフラッ
シュメモリセルアレーの等価回路図は図2に示した従来
のものと同一でその説明を省略する。
【0048】図8及び図9を参照すれば、一定の間隔で
形成される多数のビットライン(B/L)124、ワー
ドライン(W/L)及びソースライン(図示せず)を含
む多数のセルアレーにおいて、前記ワードライン(W/
L)と金属層からなるビットライン124が直交する領
域にフローティングゲート104とコントロールゲート
108のスタック型のゲート構造で単位セルが形成され
る。ここで、ワードライン(W/L)はコントロールゲ
ート108によって提供される。そして、二つのセル
が、一つのビットラインコンタクト122によりビット
ライン124と連結され、隣接するセルのソース領域1
12aはコントロールゲート108によって提供される
ワードライン(W/L)と平行なソース連結層116a
を通して連結され、前記ビットライン124と平行なソ
ースラインが数ビットごとに一つずつ位置して前記ソー
ス連結層116aに連結される。単位セルのソース/ド
レイン領域112a,112bの形成されるアクティブ
領域112は前記ビットライン124と平行にパタニン
グされる。
【0049】単位セルの構造を見ると、フローティング
ゲート104と半導体基板100との間にトンネル酸化
膜であるゲート酸化膜102が形成され、前記フローテ
ィングゲート104とワードラインとして提供されるコ
ントロールゲート108との間に層間誘電膜106が形
成される。かつ、前記スタック型のゲートにセルフアラ
インされてN+ ソース/ドレイン領域112a,112
bが形成される。前記フローティングゲート104はア
クティブ領域112と前記アクティブ領域112の両側
のフィールド領域の縁部の一部に形成されることによ
り、隣接するセルのフローティングゲート104から隔
離される。前記コントロールゲート108は隣接するセ
ルのコントロールゲート108と連結されることにより
ワードラインを形成する。
【0050】隣接するセルはソース/ドレイン領域11
2a,112bを共有する。単位セルのドレイン領域1
12bは同一なカラムに隣接するセルのドレイン領域1
12bと連結され、前記ドレイン領域112bの上部に
は第1導電体からなるパッド層116bが形成される。
前記パッド層116bの上部にはビットラインコンタク
ト122が形成される。同一なカラムに形成されたビッ
トラインコンタクト122はワードラインとして提供さ
れるコントロールゲート108に対して垂直に配置され
るビットライン124により電気的に連結される。すな
わち、二つのセルは一つのビットラインコンタクト12
2によりビットライン124と連結される。かつ、前記
ビットラインコンタクト122はワードライン108と
部分的に重なるように配置される。
【0051】単位セルのソース領域112aはコントロ
ールゲート108と平行な前記第1導電体からなるソー
ス連結層116aを通して同一なカラムと同一なローに
隣接するセルのソース領域112aと連結される。前記
ソース連結層116aの上部には複数のビットライン1
24ごとに一つのソースラインコンタクト(図示せず)
が形成される。前記ビットライン124と平行に形成さ
れたソースラインは前記ソースラインコンタクトを通し
てソース連結層116aに連結される。
【0052】前記パッド層116bとソース連結層11
6aは同一な第1導電体を相異なるフォトマスクを用い
て同時に食刻することにより形成される。したがって、
前記パッド層116bとソース連結層116aとの離隔
距離(f)を写真工程の限界解像度以下にパタニングす
ることができる。かつ、前記ソース連結層116aのビ
ットライン方向の幅(h)を前記パッド層116bのビ
ットライン方向の幅(g)より小さくパタニングするこ
とにより、工程マージンにより決められるビットライン
コンタクト122とパッド層116bとの距離を一定に
維持することができる。
【0053】図10乃至図13は図9に示したNOR型
のフラッシュメモリセルアレーの製造方法を説明するた
めの垂直断面図である。
【0054】図10は第1絶縁層114、第1導電体1
16及び第2絶縁層118を形成する段階を示す。P型
の半導体基板100の上部に通常の素子分離工程、例え
ばシリコン部分酸化法(local oxidation of silicon:
LOCOS)又は選択的なポリシリコン酸化法(selectiv
e polysilicon oxidation:SEPOX) を施して前記
基板100の上部に約5000Åの厚さを有するフィー
ルド酸化膜(図示せず)を形成することにより、基板1
00をアクティブ領域(図8の参照符号“112”)と
フィールド領域に区分する。
【0055】次に、前記アクティブ領域とフィールド領
域の境界部の不要な膜を取り除くため、数百Åの厚さを
有する犠牲酸化膜を形成した後、湿式食刻工程により前
記犠牲酸化膜を取り除く。
【0056】前記アクティブ領域の上部にトンネル酸化
膜と呼ばれる酸化膜又は窒化膜(あるいはこれらの積層
膜)を約100Å程度の厚さに成長させることにより、
単位セルのゲート酸化膜102を形成した後、その上部
にフローティングゲート104として用いられる第1電
極層、例えば第1ポリシリコン層を1000Å程度の厚
さで蒸着させる。その後、多量のリン(P)を含有する
POCl3を沈積して前記第1ポリシリコン層をN+
となるようにドーピングさせる。
【0057】次いで、フォトリソグラフィー及び食刻工
程により前記フィールド酸化膜の上部のフローティング
ゲート104になる第1ポリシリコン層104を異方性
食刻する。この際、前記第1ポリシリコン層はアクティ
ブ領域と前記アクティブ領域の両側のフィールド酸化膜
の縁部の一部に形成されるように異方性食刻する。
【0058】次いで、フローティングゲート104にな
る前記第1ポリシリコン層を酸化させて約100Å厚さ
の第1酸化膜を成長させた後、その上に約130Å厚さ
の窒化膜を蒸着し、その窒化膜を酸化させて約40Å厚
さの第2酸化膜を成長させることにより、ONO(oxide
/nitride/oxide) 膜からなる層間誘電膜106を形成
する。その後、前記層間誘電膜106の上部にコントロ
ールゲート108として用いられる第2電極層、例えば
+ 型でドーピングされている1000Å厚さの第2ポ
リシリコン層と1500Å厚さの金属シリサイド層を順
次に積層してポリサイド層を形成する。次に、前記ポリ
サイド層(コントロールゲート108)の上部に酸化膜
のような絶縁膜を約2500Å厚さで蒸着してキャッピ
ング層110を形成する。ここで、前記キャッピング層
110は後続のセルフアライン食刻工程時に前記コント
ロールゲートを保護するために形成される。
【0059】その後、フォトリソグラフィー工程により
セルのスタック型のゲートを形成するためのレジストに
よる食刻マスクを形成した後、セルフアライン食刻法を
用いて前記キャッピング層110、コントロールゲート
108になるポリサイド層、層間誘電膜106及びフロ
ーティングゲート104になる第1ポリシリコン層を連
続的に異方性食刻する。前記工程の結果、セル領域にフ
ローティングゲート104とコントロールゲート108
とのスタック型のゲートが形成される。前記コントロー
ルゲート108は隣接するセルのコントロールゲート1
08と連結されることによりワードラインを形成する。
【0060】次いで、前記スタック型のゲートをイオン
注入マスクとして用いてN型の不純物をイオン注入する
ことにより、前記基板100のアクティブ領域にN+
のソース/ドレイン領域112a,112bを形成す
る。
【0061】前記結果物の上部に酸化物を約1500Å
の厚さで蒸着して第1絶縁層114を形成した後、その
第1絶縁層114をエッチバックしてN+ ソース/ドレ
イン領域112a,112bをそれぞれ露出させるセル
フアラインコンタクトを形成する。
【0062】その後、前記結果物の上部に第1導電体1
16を2000〜5000Åの厚さで形成し、その上部
に酸化膜や窒化膜又は前記膜の複合膜を1000〜30
00Åの厚さで蒸着して第2絶縁層118を形成する。
ここで、前記第1導電体116は不純物がドーピングさ
れているポリシリコンと、タングステン(W)、チタン
(Ti)又はタンタル(Ta)の金属シリサイドが積層
されたポリサイド構造で形成可能である。また、前記第
1導電体116はタングステン、チタン、タンタル又は
アルミニウムのような金属で形成することができ、アル
ミニウム合金で形成することもできる。
【0063】ここで、前記セルフアラインコンタクト領
域を完全に充填することにより前記第1導電体116の
表面を平らにすることが望ましい。かつ、前記第1導電
体116をタングステン、チタン、タンタル又はアルミ
ニウムのような金属やアルミニウム合金で形成する場
合、前記第1導電体116の下部に金属とシリコンとの
反応を抑えるチタンナイトライド(TiN)層や抵抗減
少のためのチタン層を形成することができ、前記第1導
電体116の上部にヒロック(hillock) 防止のためのチ
タン層を形成することもできる。
【0064】図11は第2絶縁層118をソース連結層
のパターンでパタニングする段階を示す。上述したよう
に、第2絶縁層118を形成した後、ワードライン方向
に隣接するセルのソース領域112aを連結するための
ソース連結層をパタニングするため、フォトリソグラフ
ィー工程により前記第2絶縁層118の上部に第1フォ
トレジストパターン117を形成する。その後、前記第
1フォトレジストパターン117を食刻マスクとして用
いて、露出された第2絶縁層118を食刻することによ
り、前記第2絶縁層118をソース連結層のパターンで
パタニングする。
【0065】図12はソース連結層116a及びパッド
層116bを形成する段階を示す。上述したように、第
2絶縁層118をパタニングした後、前記第1フォトレ
ジストパターン117を取り除く。
【0066】その後、セルのドレイン領域112bと後
続の工程で形成されるビットラインを連結させるパッド
層を形成するため、フォトリソグラフィー工程により前
記結果物の上部に第2フォトレジストパターン119を
形成する。
【0067】次に、前記第2フォトレジストパターン1
19及び前記パタニングされた第2絶縁層118を食刻
マスクとして用いて露出された第1導電体116を食刻
する。その結果、セルのソース領域112aの上部には
前記第1導電体116からなるソース連結層116aが
形成され、ドレイン領域112bの上部には前記第1導
電体116からなるパッド層116bが形成される。こ
のように前記パッド層116bとソース連結層116a
は同一な第1導電体116を相異なる食刻マスクを用い
て同時に食刻することにより形成されるので、前記パッ
ド層116bとソース連結層116aとの離隔距離
(f)をコントロールゲート108の幅より小さくパタ
ニングすることができる。特に、前記コントロールゲー
ト108の幅をフォトリソグラフィー工程の限界解像度
でパタニングする場合、パッド層116bとソース連結
層116aとの離隔距離(f)を前記限界解像度以下に
パタニングすることができる。かつ、望ましくは、前記
ソース連結層116aのビットライン方向の幅(図13
のh)を前記パッド層116bのビットライン方向の幅
(図13のg)より小さくパタニングする。この場合、
ソース連結層116aはその幅が小さくても深いため、
抵抗面では問題がなく、パッド層116bの幅(g)を
増加させることにより後続の工程で形成されるビットラ
インコンタクトと前記パッド層116bとの距離を一定
に確保することができる。
【0068】図13はビットラインコンタクト122及
びビットライン124を形成する段階を示す。上述した
ように、ソース連結層116aとパッド層116bを形
成した後、前記第2フォトレジストパターン119を取
り除く。
【0069】次いで、前記結果物の上部に第3絶縁層1
20を蒸着し、これを平坦化させる。ここで、前記第3
絶縁層120はワードラインとなるコントロールゲート
108を後続の工程で形成されるビットラインから絶縁
させる役目を果たす。
【0070】その後、フォトリソグラフィー及び食刻工
程により前記パッド層116bの上部の第3絶縁層12
0を食刻することにより、ビットラインコンタクト12
2を形成する。このとき、前記パッド層116bの幅
(g)はソース連結層116bの幅(h)より大きくパ
タニングされているので、前記ビットラインコンタクト
122とパッド層116bとは一定のマージンを維持す
ることができ、かつ、ビットラインコンタクト122と
コントロールゲート108とが部分的に重なる(オーバ
ラップ)領域(i)を形成することができる。
【0071】次に、前記ビットラインコンタクト122
が形成されている結果物の上部に第2導電体、例えばタ
ングステン、アルミニウム又はアルミニウム合金を蒸着
し、フォトリソグラフィー及び食刻工程により前記第2
導電体をパタニングすることにより、前記ビットライン
コンタクト122とパッド層116bを通してセルのド
レイン領域112bに連結されるビットライン124を
形成する。この状態で、パッド層116b上のビットラ
インコンタクト122部分を除くパッド層116b上の
一部とビットライン124との間は第3絶縁層120の
みであるのに対し、ソース連結層116b上とビットラ
イン124との間は第2絶縁層118と第3絶縁層12
0の2層構造の絶縁層となっている。
【0072】以上本発明を適用した一実施形態を説明し
たが、本発明はこのような実施形態に限定されるもので
はなく、例えば、本発明の望ましい他の実施形態によれ
ば、前記図11の工程で第2絶縁層118をパッド層1
16のパターンでパタニングし、図12の工程でフォト
レジストパターンと前記第2絶縁層118を用いてパッ
ド層116bとソース連結層116aを同時にパタニン
グすることができる。
【0073】また、図示してはいないが、マスクROM
のような単層ゲートや2層以上の多層ゲートを有するメ
モリ装置にも本発明のセル構造を適用することができ
る。
【0074】以上、本発明の望ましい実施形態を説明し
たが、該当技術分野の当業者であれば、特許請求の範囲
に記載された本発明の思想及び領域を逸脱しない範囲で
本発明を修正及び変形させることができるというのは明
らかである。
【0075】
【発明の効果】上述したように、本発明による不揮発性
メモリ装置及びその製造方法によれば、セルのドレイン
領域とビットラインを連結させるため、前記ドレイン領
域の上部に形成されるパッド層と隣接するセルのソース
領域を連結させるためのソース連結層を、同一な導電体
を相異なるフォトマスクを用いて形成した食刻マスクに
よって同時に食刻することにより形成する。したがっ
て、前記パッド層とソース連結層との間隔をワードライ
ンの幅より小さくパタニングすることができるので、ビ
ットラインコンタクトとパッド層との距離を一定に維持
しながら、前記ビットラインコンタクトがワードライン
と部分的に重なるように形成することにより、メモリセ
ルの面積を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の方法によるNOR型のフラッシュメモ
リセルアレーのレイアウト。
【図2】 図1に示したメモリセルアレーの等価回路
図。
【図3】 図1に示したセルアレーにおいて、単位セル
の垂直断面図。
【図4】 従来の他の方法によるNOR型のフラッシュ
メモリセルアレーのレイアウト。
【図5】 図4に示した従来のセルアレーの製造方法を
説明するための垂直断面図。
【図6】 図5に続く従来のセルアレーの製造方法を説
明するための垂直断面図。
【図7】 図6に続く従来のセルアレーの製造方法を説
明するための垂直断面図。
【図8】 本発明によるNOR型のフラッシュメモリセ
ルアレーのレイアウト。
【図9】 図8に示したセルアレーの垂直断面図。
【図10】 図9に示したセルアレーの製造方法を説明
するための垂直断面図。
【図11】 図9に示したセルアレーの製造方法を説明
するための垂直断面図。
【図12】 図9に示したセルアレーの製造方法を説明
するための垂直断面図。
【図13】 図9に示したセルアレーの製造方法を説明
するための垂直断面図。
【符号の説明】
100…半導体基板、 102…トンネル酸化膜、 104…フローティングゲート、 106…層間誘電膜、 108…コントロールゲート、 112a…ソース領域、 112b…ドレイン領域、 114…第1絶縁層、 116…第1導電体、 118…第2絶縁層、 120…第3絶縁層、 116a…ソース連結層、 116b…パッド層、 122…ビットラインコンタクト、 124…ビットライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/788 29/792

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の間隔で平行に配列された複数のビ
    ットラインと、 前記ビットラインに垂直に一定の間隔で配列された複数
    のワードラインと、 前記ビットラインと前記ワードラインが交差する領域に
    位置し、第1導電型の半導体基板の上部にゲート絶縁膜
    を介して隣接する単位セルのゲートに連結されて前記ワ
    ードラインを形成するゲートと、 前記ゲートの両側の前記半導体基板表面に形成された第
    2導電型のソース/ドレイン領域とを有する単位セル
    と、 前記セルのドレイン領域に連結され、その上部にビット
    ラインコンタクトを通して前記ビットラインに連結され
    ている第1導電体からなるパッド層と、 前記セルのソース領域の上部にワードライン方向に隣接
    するセルのソース領域を連結させるように形成され、前
    記パッド層から分離された前記第1導電体からなるソー
    ス連結層とを備え、 前記ビットラインコンタクトの一部が前記セルのゲート
    と重なる領域を有することを特徴とする不揮発性メモリ
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ビットラインコンタクトが設けられ
    た部分を除く前記パッド層の一部とビットラインの間、
    および前記ソース連結層とビットラインの間にはそれぞ
    れ絶縁層が形成されており、当該2つの絶縁層は互いに
    異なる層構造を有することを特徴とする請求項1に記載
    の不揮発性メモリ装置。
  3. 【請求項3】 前記単位セルは電気的なプログラミング
    及び消去可能なセルであり、前記ゲートはフローティン
    グゲートとコントロールゲートの積層構造を有すること
    を特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
  4. 【請求項4】 前記単位セルは単層のゲートを有するマ
    スクROMセルであることを特徴とする請求項1に記載
    の不揮発性メモリ装置。
  5. 【請求項5】 前記ゲートの幅はビットライン方向に前
    記パッド層とソース連結層との間隔より大きいことを特
    徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
  6. 【請求項6】 前記パッド層の幅はビットライン方向に
    前記ソース連結層のビットライン方向の幅より大きいこ
    とを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
  7. 【請求項7】 (a)第1導電型の半導体基板の上部に
    ゲート絶縁膜を介してメモリセルのゲートを形成する段
    階と、 (b)前記ゲートをマスクとして用いて第2導電型の不
    純物をイオン注入して前記ゲートの両側の基板表面に前
    記セルの第2導電型のソース及びドレイン領域を形成す
    る段階と、 (c)前記(b)の段階を経た前記半導体基板の上部に
    第1絶縁層を形成し、その第1絶縁層をエッチバックし
    て前記ソース及びドレイン領域の一部位を露出させる段
    階と、 (d)前記(c)の段階を経た前記半導体基板の上部に
    第1導電体と第2絶縁層を順次に形成する段階と、 (e)前記第2絶縁層を、隣接するセルのソース領域を
    連結させるためのソース連結層のパターンでパタニング
    する段階と、 (f)前記(e)の段階を経た前記半導体基板の上部に
    前記ドレイン領域に連結されるパッド層を形成するため
    のフォトレジストパターンを形成する段階と、 (g)前記フォトレジストパターン及び前記第2絶縁層
    を食刻マスクとして用いて露出された第1導電体を食刻
    することにより、前記ドレイン領域の上部には前記第1
    導電体からなるパッド層を形成し、前記ソース領域の上
    部には前記第1導電体からなるソース連結層を形成する
    段階と、 (h)前記フォトレジストパターンを取り除く段階とを
    備えることを特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記(a)段階は、 前記半導体基板の上部にゲート絶縁膜、第1電極層、層
    間誘電膜、第2電極層及びキャップ絶縁膜を順次に形成
    する段階と、 前記第2電極層、層間誘電膜及び第1電極層を順次に食
    刻することにより、前記第1電極層と第2電極層からな
    るセルのスタック型のゲートを形成する段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項7に記載の不揮発性メモリ装置の
    製造方法。
  9. 【請求項9】 前記(h)段階後、 前記パッド層及び前記ソース連結層を形成した前記半導
    体基板の上部に第3絶縁層を形成する段階と、 前記パッド層の上部の第3絶縁層を食刻することによ
    り、前記ゲートと部分的に重なるように前記パッド層を
    露出させるビットラインコンタクトを形成する段階と、 前記ビットラインコンタクトを形成した前記第3絶縁層
    を含む前記半導体基板の上部全面に第2導電体を形成
    し、その第2導電体をパタニングして前記ビットライン
    コンタクト及びパッド層を通して前記ドレイン領域に連
    結されるビットラインを形成する段階と、をさらに備え
    ることを特徴とする請求項7に記載の不揮発性メモリ装
    置の製造方法。
  10. 【請求項10】 (a)第1導電型の半導体基板の上部
    にゲート絶縁膜を介してメモリセルのゲートを形成する
    段階と、 (b)前記ゲートをマスクとして用いて第2導電型の不
    純物をイオン注入して前記ゲートの両側の基板表面に前
    記セルの第2導電型のソース及びドレイン領域を形成す
    る段階と、 (c)前記(b)の段階を経た前記半導体基板の上部に
    第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層をエッチバックし
    て前記ソース及びドレイン領域の一部位を露出させる段
    階と、 (d)前記(c)の段階を経た前記半導体基板の上部に
    第1導電体と第2絶縁層を順次に形成する段階と、 (e)前記第2絶縁層を前記ドレイン領域に形成される
    パッド層のパターンでパタニングする段階と、 (f)前記(e)の段階を経た前記半導体基板の上部
    に、隣接するセルのソース領域を連結させるソース連結
    層を形成するためのフォトレジストパターンを形成する
    段階と、 (g)前記フォトレジストパターン及び前記第2絶縁層
    を食刻マスクとして用いて露出された第1導電体を食刻
    することにより、前記ドレイン領域の上部には前記第1
    導電体からなるパッド層を形成し、前記ソース領域の上
    部には前記第1導電体からなるソース連結層を形成する
    段階と、 (h)前記フォトレジストパターンを取り除く段階とを
    備えることを特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方
    法。
  11. 【請求項11】 前記(a)段階は、 前記半導体基板の上部にゲート絶縁膜、第1電極層、層
    間誘電膜及び第2電極層を順次に形成する段階と、 前記第2電極層、層間誘電膜及び第1電極層を順次に食
    刻することにより、前記第1電極層と第2電極層からな
    るセルのスタック型のゲートを形成する段階とを含むこ
    とを特徴とする請求項10に記載の不揮発性メモリ装置
    の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記(h)段階後、 前記パッド層及び前記ソース連結層を形成した前記半導
    体基板の上部に第3絶縁層を形成する段階と、 前記パッド層の上部の第3絶縁層を食刻することによ
    り、前記ゲートと部分的に重なるように前記パッド層を
    露出させるビットラインコンタクトを形成する段階と、 前記第3絶縁層にビットラインコンタクトを形成した前
    記半導体基板の上部に第2導電体を形成し、その第2導
    電体をパタニングして前記ビットラインコンタクト及び
    パッド層を通して前記ドレイン領域に連結されるビット
    ラインを形成する段階とをさらに備えることを特徴とす
    る請求項10に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。
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