JPS63306670A - 半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置の製造方法

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JPS63306670A
JPS63306670A JP62141395A JP14139587A JPS63306670A JP S63306670 A JPS63306670 A JP S63306670A JP 62141395 A JP62141395 A JP 62141395A JP 14139587 A JP14139587 A JP 14139587A JP S63306670 A JPS63306670 A JP S63306670A
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forming
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gate electrode
polysilicon layer
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秀雄 加藤
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岩橋 弘
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、電気的に書換えが可能な不揮発性の半導体
記憶装置の製造方法に関する。
(従来の技術) 従来、この種の不揮発性半導体記憶装置は、例えば第4
図に示すように構成されている。第4図において(a)
図はパターン平面図、(b)図は(a)図のA−A−線
に沿った断面構成図で、SGはセレクトトランジスタ、
CTはセルトランジスタ(データ記憶用トランジスタ)
を示している。上記セレクトトランジスタSGは、P型
半導体基板11の主表面に形成されるN十型のソース。
ドレイン領域12. l(と、これらソース、ドレイン
領域12.13間のチャネル領域14上にゲート絶縁膜
15を介して形成されるゲート電極16とから構成され
る。また、上記セルトランジスタCTは、上記半導体基
板11の主表面に形成されるN十型のソース、ドレイン
領域17. 18と、これらソース、ドレイン領域17
.18間のチャネル領域19上に第1のゲート絶縁膜2
0を介して形成されるフローティングゲート電極21と
、このフローティングゲート電極21上に第2のゲート
絶縁膜22を介して形成されるコントロールゲート電極
23とから構成されている。
上記ケート絶縁膜20は、書込み時にファウラーノルド
ハイムトンネル電流が流れやすくするための薄膜領域2
0aを有し、この領域20aを介してフローティングゲ
ート電極21に電子を注入するようになっている。なお
、上記セレクトトランジスタSGのゲート電極1Bとセ
ルトランジスタCTのフローティングゲート電極21は
例えば同じ第1層目のポリシリコン層から形成され、コ
ントロールゲート電極28は第2層目のポリシリコン層
から成る。
しかし、上記のようにセレクトトランジスタSGのゲー
ト電極1Bを第1層目のポリシリコン層で形成するため
には、まず第1層目のポリシリコン層をパターニングし
てゲート電極16とフローティングゲート電極21を形
成した後、第2のゲート絶縁膜22および第2層目のポ
リシリコン層を順次形成し、第2層目のポリシリコン層
をパターニングしてコントロールゲート電極23を形成
する。この際、第2層目のポリシリコン層のパターニン
グ時に、第1層目のポリシリコン層パターン(フローテ
ィングゲート電極21)との間にマスクずれが生じ易く
、セルトランジスタCTにおけるフローティングゲート
電極21とコントロールゲート電極23とのカップリン
グ容量を充分大きく取るためにはマスク合わせの余裕を
取らなければならず、フローティングゲート部を自己整
合的に決定できない。このため、セル面積が増大して微
細化に向かない。これは、第2層目のポリシリコン層で
セレクトトランジスタSGを形成する場合にも同様なこ
とが言える。
上記セルトランジスタCTのフローティングゲート電極
21とコントロールゲート電極23とを自己整合的に形
成するために、第1層目のポリシリコン層をパターニン
グしてセレクトトランジスタSGのゲート電極16のみ
を予め形成した後、このゲート電極16上にも絶縁膜を
介してコントロールゲート電極23と同じ層(第2層目
)のポリシリコン層を形成し、同一のパターンで第2層
目と第1層目のポリシリコン層をエツチングしてセルト
ランジスタCTのコントロールゲート電極23とフロー
ティングゲート電極21とを形成した後、セレクトトラ
ンジスタSGのゲート電極1B上の上記第2層目のポリ
シリコン層をエツチングして除去する方法も知られてい
る。このようにセレクトトランジスタSGのゲート電極
lG上の第2層目のポリシリコン層を除去するのは、残
存させておくとフローティング状態となるので素子特性
に悪影響を及ぼす可能性があるためである。しかし、こ
のような製造方法を用いる場合には、2層目の導電層を
形成する際に、セルトランジスタ部は自己整合的に形成
するために第1層目と第2層目ののポリシリコン層が重
なった部分にレジストを残し、マスクずれを考慮して第
1層目の導電層より内側にレジストを形成しなければな
らない。また、自己整合的にセルトランジスタの電極を
形成するために、セレクトトランジスタの予め形成した
第1層目の導電層がマスクずれによりエツチングされな
いよう保護するために、所定の間隔を取る必要から充分
大きなレジストで覆わなければならず、このため前述し
た製造方法と同様に微細化に向かない欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来の半導体記憶装置の製造方法では
、自己整合的にセレクトトランジスタとセルトランジス
タの電極を形成するとセレクトトランジスタのゲート電
極上の導電層がフローティング状態となる欠点がある。
また、セル面積の増大を招くことなくセレクトトランジ
スタのフローティングの導電層を除去することができな
い欠点がある。
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、自己整合的にセレクトトラン
ジスタとセルトランジスタとを形成するにもかかわらず
、セレクトトランジスタのゲート電極上の導電層がフロ
ーティング状態となったり、セル面積が増大したりする
ことがない半導体記憶装置の製造方法を提供することで
ある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用)すなわち、この
発明においては、上記の目的を達成するために、半導体
基板上に第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜上に
第1のポリシリコン層(第1の導電層)を形成する。次
に、このポリシリコン層上に第2の絶縁膜を形成し、上
記第2の絶縁膜および第1のポリシリコン層を選択的に
除去して第1の開孔を形成した後、全面に第2のポリシ
リコン層(第2の導電層)を形成する。
続いて、上記第2のポリシリコン層を選択的に除去して
第2の開孔を形成し、上記第2のポリシリコン層、第2
の絶縁膜および第1のポリシリコン層を同一のパターン
で自己整合的に選択的に除去する。そして、全面に第3
の絶縁膜を形成し上記第1.第2の開孔内における上記
第1.第2のポリシリコン層上にそれぞれコンタクトホ
ールを形成し、上記第3の絶縁膜上に配線層を形成して
上記第1のポリシリコン層と第2のポリシリコン層とを
接続するようにしている。
このような製造方法によれば、第1層目のポリシリコン
層と第2層目のポリシリコン層とを同一のパターンでエ
ツチングするのでマスクずれを考慮する必要はなく、パ
ターン面積の増大を招くことなく自己整合的にセルトラ
ンジスタのフローティングゲート電極とコントロールゲ
ート電極を形成できる。また、セレクトトランジスタの
ゲート電極とこのゲート電極上に残存されている第2層
目のポリシリコン層とを接続しているので、ゲート電極
上のポリシリコン層がフローティング状態となることに
よる素子特性への悪影響を防止できる。
(実施例) 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。第3図(a)、(b)は半導体記憶装置のメモリ
セル部(セレクトトランジスタSGおよびセルトランジ
スタCT)のパターン平面図および断面構成図をそれぞ
れ示しており、第3図において前記第4図と同一構成部
分には同じ符号を付している。前記第4図の構成と異な
るのは、図示する如くセレクトトランジスタSGのゲー
ト電極lB上にシリコン酸化膜221/シリコン窒化膜
222/シリコン酸化膜223から成る3層構造の絶縁
膜を介してセルトランジスタCTのコントロールゲート
電極23と同じ第2層目のポリシリコン層24が形成さ
れていることである。また、セルトランジスタCTにお
けるフローティングゲート電極21とコントロールゲー
ト電極23との間の絶縁膜として、上記3層構造膜が用
いられている。上記ポリシリコン層24は動作時にフロ
ーティング状態とならないように、ゲート電極16と電
気的に接続する。この接続部は、例えば同一のワード線
に何か所か設けている。
第1図(a)〜(1)は上記ゲート電極16とポリシリ
コン層24との接続部の製造工程を順次示すもので、(
1)図のパターン平面図を第2図に示す。上記第3図に
示すメモリセル部と、上記第1図および第2図に示す第
1層目のポリシリコン層(ゲート電極1B)と第2層目
のポリシリコン層24との接続部は次のようにして形成
する。
まず、(a)図に示すように半導体基板ll上に素子分
離用のフィールド酸化膜25を形成し、このフィールド
酸化膜25で分離された素子領域に不純・物のイオン注
入を行なってN十型の拡散層17を形成する。次に、素
子領域の半導体基板ll上に絶縁膜(ゲート絶縁膜15
.20)を形成し、上記拡散層17上の薄膜の形成予定
領域(20a)のゲート酸化膜20を選択的に除去した
後、再び半導体基板11の熱酸化を行なって厚さが約1
00人程度の薄膜領域20aを形成する。
次に、上記フィールド酸化膜25上および上記絶縁膜2
0上の全面に第1層目のポリシリコン層26をデポジシ
ョン形成する。続いて、このポリシリコン層2Bの熱酸
化を行なって表面にシリコン酸化膜221を形成し、こ
のシリコン酸化膜22、上にSi3N4膜222をデポ
ジション形成する。引続き、上記Si3N4膜222上
にシリコン酸化膜223を形成することにより酸化膜/
窒化膜/酸化膜のONO構造膜を形成する。このONO
構造膜を用いるのは、窒化膜の誘電率が酸化膜(Si0
2膜)より高く、酸化膜のみで上記第1層目のポリシリ
コン層26とこれから形成する第2層目のポリシリコン
層との間の容量を得る場合よりも小さなパターン面積で
大きな容量が得られるためである。第1層目のポリシリ
コン層2Bと第2層目のポリシリコン層との間の絶縁膜
は、第1層目のポリシリコン層2Bから成るフローティ
ングゲート電極21からの電荷の漏れを低くするため、
および第1層目のポリシリコン層2Bと第2層目のポリ
シリコン層との間の耐圧を向上させるためには、ある程
度の膜厚が必要である。従って、Si3N4膜を用いれ
ば5i02膜のみの時と同じ厚さで大きな容量が得られ
る。不揮発性の半導体記憶装置においては、第2層目の
ポリシリコン層から成るコントロールゲート電極23に
高電位を印加し、このコントロールゲート電極23トフ
ローテイングゲート電極21との容量結合によりフロー
ティングゲート電極21の電位を上昇せしめて電子を薄
い酸化膜部分(薄膜領域20a)からフローティングゲ
ート電極21に注入するので、フローティングゲート電
極21とコントロールゲート電極23との間の容量が大
きい方がブローティングゲート電極21の電位の上昇が
大きくなって好ましい。
次に、上記第1層目のポリシリコン層2Bをパターニン
グするために、全面にフォトレジスト27を塗布してパ
ターニングを行なう((b)図)。次に、上記フォトレ
ジストパターン27をマスクとして上記シリコン酸化膜
223.シリコン窒化膜、222゜シリコン酸化膜22
1、およびポリシリコン層2Bを除去して開孔26aを
形成する((C)図)。メモリセル部では第3図(a)
の破線内が取り除かれる部分となる。この時、メモリセ
ル部以外の周辺回路のポリシリコン層26も同時にパタ
ーニングする。続いて、上記エツチングのマスクとして
用いたフォトレジストパターン27を剥離し、ポリシリ
コン層2Bの側壁を酸化した後、第2層目のポリシリコ
ン層28をデポジション形成する((d)図)。
この時、周辺回路部分にも上記第2層目のポリシリコン
層28が形成されるので、次の工程でメモリセル部を除
く周辺回路部のポリシリコン層28をエツチングして除
去する。この際、第1層目のポリシリコン層2Gと第2
層目のポリシリコン層28とのコンタクトを取るために
、(e)図に示すようにフォトレジスト29を塗布して
パターニングを行ない、このフォトレジストパターン2
9をマスクとして上記第2層目のポリシリコン層28を
エツチングする。これによって、メモリセルアレイ中に
第2層目のポリシリコン層28のない部分(開孔28a
)が形成される((f)図)。
次に、セレクトトランジスタSGとセルトランジスタC
Tを形成するために、再び全面にフォトレジスト30を
塗布してパターニングを行ない((g)図)、このフォ
トレジストパターン30をマスクとして上記第2層目の
ポリシリコン層28、シリコン酸化膜223、シリコン
窒化膜222、シリコン酸化膜220、および第1層目
のポリシリコン層2Bを選択的に除去する((h)図)
。この際、セルトランジスタCTのコントロールゲート
電極23、フローティングゲート電極21、およびセレ
クトトランジスタの第2ゲート電極(第2層目のポリシ
リコン層)24と第1ゲート電極16が同一のレジスト
パター、ン30によって自己整合的に形成される。
その後、全面に酸化膜31を形成しく(i)図)、この
酸化膜31上にフォトレジスト32を塗布してバターニ
ングした後((j)図)、このフォトレジストパターン
32をマスクとしてコンタクトホール33、 、332
を形成する((k)図)。
その後、全面にアルミニウム層34を蒸着形成し、この
アルミニウム層34をパターニングして配線を行なう。
上記アルミ配線34によって、セレクトトランジスタS
Gの第1層目のポリシリコン層2Bと第2層目のポリシ
リコン層28とが接続され、セレクトトランジスタSG
の第1ゲート電極1Bと第2ゲート電極24とが電気的
に接続される。
そして、上記コントロールゲート電極23および第2ゲ
ート電極24をマスクとして不純物のイオン注入を行な
って、自己整合的にN+型型数散層1213、18を形
成する。
このような製造方法によれば、自己整合的にセルトラン
ジスタCTのフローティングゲート電極21とコントロ
ールゲート電極23を形成でき、セレクトトランジスタ
SGの第1ゲート電極16と第2ゲート電極24とを上
記第1図および第2図に示した接続部で電気的に接続し
ているので第2層目のポリシリコン層(第2ゲート電極
24)がフローティング状態となることはなく、このポ
リシリコン層24を除去する必要はない。また、セルト
ランジスタCTのフローティングゲート電極21とコン
トロールゲート電極23とを自己整合的に形成する際、
マスクずれによるダメージからセレクトトランジスタS
Gのゲート電極16を保護するために、このゲート電極
1B上に形成する第2層目のポリシリコン層を充分大き
くする必要もない。従って、パターン面積を縮小でき、
微細化が可能である。さらに、セレクトトランジスタS
Gのゲート電極を2層のポリシリコン層(第1ゲート電
極16.第2ゲート電極24)の並列接続で形成してい
るので、ワード線の配線抵抗を約1/2に低減でき、ア
クセス速度の高速化も図れる。
なお、上記実施例では、第1層目と第2層目のポリシリ
コン層の接続のためのコンタクトホールはそれぞれポリ
シリコン層が1層しかない部分に形成しているが、これ
はなるべく段差の少ない部分で開孔したほうが露光時の
歩留りが良いからである。また、開孔26a(第1図(
C))の形成時に周辺回路のポリシリコン層を同時にバ
ターニングしたが、これは別々の工程で行なっても良い
例えば周辺回路の第2層目のポリシリコン層28を除去
した後、周辺回路の第1層目のポリシリコン層をパター
ニングしても良い。この場合は、第1層目のポリシリコ
ン層をデポジション形成し、バターニング・してから酸
化してSi3N4膜を形成するようにしても良い。更に
、第2層目のポリシリコン層28のエツチングはセルト
ランジスタを自己整合的に形成した後でも良い。また、
N十型拡散層12.13.18の形成は、ゲート電極2
3.24をマスクとして自己整合的に行なっても良いが
、例えばゲート電極23.24をマスクとして自己整合
的にN−型不純物層を形成して再びレジストで覆ってパ
ターニングした後、N型の不純物をイオン注入してN+
+不純物層をゲート電極23.24から離して形成して
も良い。このようにすると、ブレークダウン電圧が高く
なり、より高い電圧を印加できるので、電子の注入、放
出のプログラムの効率を上げることができる。
また、上記実施例ではセルトランジスタCTのフローテ
ィングゲート電極21とコントロールゲート電極23と
の間の絶縁膜としてONO構造膜を用いたが、1層のシ
リコン酸化膜を用いても良いのは勿論である。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、自己整合的にセ
レクトトランジスタとセルトランジスタとを形成するに
もかかわらず、セレクトトランリスタのゲート電極上の
導電層がフローティング状態となったり、セル面積が増
大したりすることがない半導体記憶装置の製造方法が得
られる。
【図面の簡単な説明】 第1図ないし第3図はそれぞれこの発明の一実施例に係
わる半導体記憶装置の製造方法について説明するための
図、第4図は従来の半導体記憶装置の製造方法について
説明するための図である。 SG・・・セレクトトランジスタ、CT・・・セルトラ
ンジスダ、11・・・半導体基板、15.20・・・第
1の絶縁膜、1B、 21.28・・・第1のポリシリ
コン層(第1の導電層) 、221.222.223・
・・第2の絶縁膜、28a・・・第1の開孔、23.2
4.28・・・第2のポリシリコン層(第2の導電層)
 、28a・・・第2の開孔、31・・・第3の絶縁膜
、331.332・・・コンタクトホール、34・・・
配線層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 −一一一 ^                        
  ^O、C −一−−陶− x              5 〜−                       
 N−手続補正書 1.事件の表示 特願昭62−141395号 2、発明の名称 半導体記憶装置の製造方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 (307)  株式会社 東芝 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 UBEビル7、
補正の内容 図面の第2図を別紙の通り訂正する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層上に第2の絶縁膜を形成する工程
    と、全面に第2の導電層を形成する工程と、この第2の
    導電層を選択的に除去して開孔を形成する工程と、上記
    セレクトトランジスタおよびセルトランジスタの上記第
    2の導電層、第2の絶縁膜および第1の導電層を自己整
    合的に選択的に除去する工程と、全面に第3の絶縁膜を
    形成し上記開孔内における上記第1の導電層上および第
    2の導電層上にそれぞれコンタクトホールを形成する工
    程と、上記第3の絶縁膜上に配線層を形成して上記第1
    の導電層と第2の導電層とを接続する工程とを具備する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  2. (2)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層上に第2の絶縁膜を形成する工程
    と、全面に第2の導電層を形成する工程と、上記セレク
    トトランジスタおよびセルトランジスタの上記第2の導
    電層、第2の絶縁膜および第1の導電層を自己整合的に
    選択的に除去する工程と、上記第2の導電層を選択的に
    除去して開孔を形成する工程と、全面に第3の絶縁膜を
    形成し上記開孔内における上記第1の導電層上および第
    2の導電層上にそれぞれコンタクトホールを形成する工
    程と、上記第3の絶縁膜上に配線層を形成して上記第1
    の導電層と第2の導電層とを接続する工程とを具備する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
  3. (3)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層を選択的に除去して第1の開孔を
    形成する工程と、上記第1の導電層上に第2の絶縁膜を
    形成する工程と、全面に第2の導電層を形成する工程と
    、この第2の導電層を選択的に除去して第2の開孔を形
    成する工程と、上記セレクトトランジスタおよびセルト
    ランジスタの上記第2の導電層、第2の絶縁膜および第
    1の導電層を自己整合的に選択的に除去する工程と、全
    面に第3の絶縁膜を形成し上記第1、第2の開孔内にお
    ける上記第1の導電層上および第2の導電層上にそれぞ
    れコンタクトホールを形成する工程と、上記第3の絶縁
    膜上に配線層を形成して上記第1の導電層と第2の導電
    層とを接続する工程とを具備することを特徴とする半導
    体記憶装置の製造方法。
  4. (4)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層を選択的に除去して第1の開孔を
    形成する工程と、上記第1の導電層上に第2の絶縁膜を
    形成する工程と、全面に第2の導電層を形成する工程と
    、上記セレクトトランジスタおよびセルトランジスタの
    上記第2の導電層、第2の絶縁膜および第1の導電層を
    自己整合的に選択的に除去する工程と、上記第2の導電
    層を選択的に除去して第2の開孔を形成する工程と、全
    面に第3の絶縁膜を形成し上記第1、第2の開孔内にお
    ける上記第1の導電層上および第2の導電層上にそれぞ
    れコンタクトホールを形成する工程と、上記第3の絶縁
    膜上に配線層を形成して上記第1の導電層と第2の導電
    層とを接続する工程とを具備することを特徴とする半導
    体記憶装置の製造方法。
  5. (5)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層上に第2の絶縁膜を形成する工程
    と、この第2の絶縁膜および上記第1の導電層を選択的
    に除去して第1の開孔を形成する工程と、全面に第2の
    導電層を形成する工程と、上記セレクトトランジスタお
    よびセルトランジスタの上記第2の導電層、第2の絶縁
    膜および第1の導電層を自己整合的に選択的に除去する
    工程と、上記第2の導電層を選択的に除去して第2の開
    孔を形成する工程と、上記第2の導電層を選択的に除去
    して第2の開孔を形成する工程と、全面に第3の絶縁膜
    を形成し上記第1、第2の開孔内における上記第1の導
    電層上および第2の導電層上にそれぞれコンタクトホー
    ルを形成する工程と、上記第3の絶縁膜上に配線層を形
    成して上記第1の導電層と第2の導電層とを接続する工
    程とを具備することを特徴とする半導体記憶装置の製造
    方法。
  6. (6)セレクトトランジスタとセルトランジスタとから
    成るメモリセルを備え、上記セルトランジスタはフロー
    ティングゲート電極を有する半導体記憶装置の製造方法
    において、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、この第1の絶縁膜上に第1の導電層を形成する工程
    と、この第1の導電層上に第2の絶縁膜を形成する工程
    と、この第2の絶縁膜および上記第1の導電層を選択的
    に除去して第1の開孔を形成する工程と、全面に第2の
    導電層を形成する工程と、この第2の導電層を選択的に
    除去して第2の開孔を形成する工程と、上記セレクトト
    ランジスタおよびセルトランジスタの上記第2の導電層
    、第2の絶縁膜および第1の導電層を自己整合的に選択
    的に除去する工程と、全面に第3の絶縁膜を形成し上記
    第1、第2の開孔内における上記第1の導電層上および
    第2の導電層上にそれぞれコンタクトホールを形成する
    工程と、上記第3の絶縁膜上に配線層を形成して上記第
    1の導電層と第2の導電層とを接続する工程とを具備す
    ることを特徴とする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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US6291853B1 (en) 1998-08-19 2001-09-18 Nec Corporation Nonvolatile semiconductor device having a memory cells each of which is constituted of a memory transistor and a selection transistor

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