KR20070082989A - Method for fabricating flash memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조공정 단면도1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조공정 단면도2A through 2E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
23 : 드레인 콘택 25a : 티타늄막23: drain
25b : 티타늄 질화막 25 : 제 1 배리어막25b: titanium nitride film 25: first barrier film
26 : 티타늄 실리사이드막 27a : 메탈 콘택26:
28 : 제 2 배리어막 30 : 비트라인28: second barrier layer 30: bit line
본 발명은 플래쉬 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 드레인 콘택 (drain contact)과 비트라인(bitline) 사이의 오믹(ohmic) 특성을 확보하고, 비트라인들간 커패시턴스(capacitance)를 줄이기 위한 플래쉬 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a flash memory device, and more particularly, to secure ohmic characteristics between a drain contact and a bitline, and to reduce capacitance between bitlines. It relates to a manufacturing method of.
고집적 낸드 플래쉬 메모리 소자에서 소자 성능을 개선하기 위한 일환으로 프로그램 시간(program time)을 단축시키기 위하여 비트라인 RC 지연 시간(delay time)을 줄이기 위한 노력을 진행하고 있다. As part of improving device performance in high-density NAND flash memory devices, efforts are being made to reduce the bit line RC delay time in order to reduce program time.
비트라인의 두께를 늘리면 비트라인 저항을 감소시킬 수 있으나, 이웃하는 비트라인들간 커패시턴스(capacitance)가 커지게 되므로 RC 지연 시간을 줄이기 어려운 실정이다. 이에, 비트라인 두께를 줄이면서 비트라인 저항을 감소시킬 수 있는 방향에 노력을 기울이고 있다.Increasing the thickness of the bit line can reduce the bit line resistance, but it is difficult to reduce the RC delay time because the capacitance between neighboring bit lines increases. Thus, efforts are being made to reduce the bit line resistance while reducing the bit line thickness.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조공정 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to the prior art.
먼저, 도 1a에 도시하는 바와 같이 셀 영역 및 주변 회로 영역이 정의되고 소자분리막(11)을 포함하는 소정의 하부 구조물이 형성된 반도체 기판(10)상에 층간절연막(12)을 형성하고, 평탄화 공정으로 층간절연막(12)의 표면을 평탄화시킨다. First, as shown in FIG. 1A, an interlayer
셀 영역에 형성되는 하부 구조물에는 드레인 영역과 소오스 영역 사이에 직렬 연결되는 드레인 선택 라인(Drain Selective Line)과 메모리 셀 트랜지스터들 및 소오스 선택 라인(Source Selective Line)으로 구성되는 단위 셀 스트링이 다수 개 포함되고, 주변 회로 영역에 형성되는 하부 구조물에는 주변 트랜지스터 등이 포함된다.The lower structure formed in the cell region includes a plurality of unit cell strings including a drain select line connected in series between the drain region and the source region, memory cell transistors, and a source select line. The lower structure formed in the peripheral circuit region includes peripheral transistors and the like.
이어, 사진 식각 공정으로 셀 영역에 형성된 드레인 영역들을 노출하는 드레인 콘택홀들을 형성한다. 이어, 드레인 콘택홀들을 포함한 전면에 폴리실리콘막을 증착하고 층간절연막(12)이 노출되도록 폴리실리콘막을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 드레인 콘택(13)을 형성한다.Next, drain contact holes exposing the drain regions formed in the cell region are formed by a photolithography process. Subsequently, a polysilicon film is deposited on the entire surface including the drain contact holes, and the polysilicon film is chemical mechanical polished (CMP) to expose the
그런 다음, 도 1b에 도시하는 바와 같이 사진 식각 공정으로 주변 트랜지스터의 접합 영역이 형성된 반도체 기판(10)을 노출하는 메탈 콘택홀을 형성한다. 도면으로 나타낸 실시예에서는 메탈 콘택홀을 주변 트랜지스터의 접합 영역에 형성한 경우에 대해서 나타내었으나, 주변 트랜지스터의 폴리실리콘 게이트 등과 같이 접합 영역 이외의 부분에 형성할 수도 있다. Next, as shown in FIG. 1B, a metal contact hole exposing the
그런 다음, 전표면상에 제 1 티타늄막(Ti)(14a)과 제 1 티타늄 질화막(TiN)(14b)을 순차 증착하여 제 1 배리어막(14)을 형성하고, 어닐(anneal) 공정을 실시하여 메탈 콘택홀 하부의 반도체 기판(10)과 제 1 티타늄막(14a)의 계면, 드레인 콘택(13)과 제 1 티타늄막(14a)의 계면에 제 1 티타늄 실리사이드막(TiSix)(15)을 형성한다.Then, the first titanium film (Ti) 14a and the first titanium nitride film (TiN) 14b are sequentially deposited on the entire surface to form the
제 1 티타늄 실리사이드막(15)은 어닐 공정에 의하여 드레인 콘택(13)의 폴리실리콘(poly-Si) 성분과 제 1 티타늄막(14a)의 티타늄(Ti), 메탈 콘택홀 하부 반도체 기판(10)의 실리콘(Si) 성분과 제 1 티타늄막(14a)의 티타늄(Ti)이 반응하여 형성된 것으로, 저저항의 특성을 갖는다.The first
이어서, 메탈 콘택홀을 포함한 전면에 제 1 텅스텐막(16)을 증착하여 메탈 콘택홀을 매립하고, 도 1c에 도시하는 바와 같이 층간절연막(12)이 노출되도록 전면을 연마하여 메탈 콘택(16a)을 형성한다. 상기 연마 공정으로는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 사용함이 바람직하다.Subsequently, the
상기 연마 공정 이후 층간절연막(12)상에 제 1 배리어막(14)이 잔류할 경우 드레인 콘택(13)들이 서로 숏트(short)되게 되는 바, 이러한 현상을 미연에 방지하기 위하여 추가 연마 공정을 추가로 실시한다. 이때, 드레인 콘택(13)상에 형성된 제 1 티타늄 실리사이드막(15)은 제거되게 된다.When the
그리고 나서, 도 1d에 도시하는 바와 같이 전면에 제 2 티타늄막(Ti)(17a)과 제 2 티타늄 질화막(TiN)(17b)을 순차 증착하여 제 2 배리어막(17)을 형성하고, 어닐(anneal) 공정을 실시하여 드레인 콘택(13)과 제 2 티타늄막(17a)의 계면에 제 2 티타늄 실리사이드막(TiSix)(18)을 형성한다. 제 2 티타늄 실리사이드막(18)은 드레인 콘택(13)의 실리콘(Si) 성분과 제 2 티타늄막(17a)의 티타늄(Ti) 성분이 반응하여 형성된 것으로, 제 2 티타늄 실리사이드막(18)에 의하여 드레인 콘택(13)과 비트라인간의 오믹(ohmic) 특성이 확보되게 된다.Then, as shown in FIG. 1D, a second titanium film (Ti) 17a and a second titanium nitride film (TiN) 17b are sequentially deposited on the entire surface to form a
그런 다음, 제 2 배리어막(17)상에 제 2 텅스텐막(19)을 형성하고 도 1e에 도시하는 바와 같이 사진 식각 공정으로 제 2 텅스텐막(19)과 제 2 배리어막(17)을 패터닝하여 드레인 콘택(13)과 메탈 콘택(16a)상에 각각 비트라인(100) 및 메탈 라인(200)을 형성한다. Then, a
전술한 종래 기술에서는 드레인 콘택(13) 위에 형성된 제 1 티타늄 실리사이 드막(15)이 추가 연마 공정시 제거되게 되므로 드레인 콘택(13)위에 실리사이드막을 재형성하기 위하여 제 2 배리어막(17)을 제 2 티타늄막(17a)과 제 2 티타늄 질화막(17b)의 적층막으로 형성하고 있다.In the above-described conventional technique, since the first
제 2 배리어막(17)을 제 2 티타늄막(17a)과 제 2 티타늄 질화막(17b)의 적층막으로 구성하면 드레인 콘택(13)과 비트라인(100)간 오믹 특성을 확보할 수 있으나, 제 2 티타늄막(17a)으로 인하여 비트라인(100)의 높이가 높아지게 되므로 비트라인간 커패시턴스는 증가된다. 고집적 낸드 플래쉬 메모리 소자에서 비트라인간 커패시턴스는 제 2 배리어막(17)의 두께 변화에 아주 민감하게 변화되므로 이에 대한 개선이 요구되는 실정이다.When the
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 드레인 콘택(drain contact)과 비트라인간 오믹(ohmic) 특성을 확보하고, 비트라인(bitline)들간 커패시턴스(capacitance)를 줄일 수 있는 플래쉬 메모리 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, to ensure the drain contact (ohmic) characteristics between the bit (drain contact) and the bit line, it is possible to reduce the capacitance (bit capacitance) between the bit line (bit line) It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a flash memory device.
본 발명에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조방법은 드레인 콘택홀을 갖는 층간절연막이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와, 상기 드레인 콘택홀을 일부 매립하는 드레인 콘택을 형성하는 단계와, 상기 층간절연막에 메탈 콘택홀을 형성하 는 단계와, 상기 드레인 콘택과 상기 메탈 콘택홀을 포함한 전면에 고융점 금속막과 제 1 금속 질화막을 순차 형성하는 단계와, 상기 드레인 콘택과 상기 고융점 금속막의 계면 그리고 상기 메탈 콘택홀 하부 반도체 기판과 상기 고융점 금속막의 계면에 실리사이드막을 형성하는 단계와, 상기 메탈 콘택홀을 포함한 전면에 제 1 도전막을 형성하고 상기 층간절연막이 노출되도록 전면을 연마하여 메탈 콘택을 형성하는 단계와, 상기 드레인 콘택과 상기 메탈 콘택상에 제 2 금속 질화막과 제 2 도전막의 적층막으로 된 비트라인 및 메탈 라인을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flash memory device according to the present invention includes providing a semiconductor substrate having an interlayer insulating film having a drain contact hole, forming a drain contact partially filling the drain contact hole, and forming a metal contact in the interlayer insulating film. Forming a hole, sequentially forming a high melting point metal film and a first metal nitride film on the entire surface including the drain contact and the metal contact hole, an interface between the drain contact and the high melting point metal film, and the metal contact Forming a silicide film at an interface between the lower hole semiconductor substrate and the high melting point metal film, forming a first conductive film on the entire surface including the metal contact hole, and polishing the entire surface to expose the interlayer insulating film to form a metal contact; And a laminated film of a second metal nitride film and a second conductive film on the drain contact and the metal contact. Forming the formed bit lines and the metal lines.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허청구범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 제조공정 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a flash memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a에 도시하는 바와 같이 셀 영역 및 주변 회로 영역이 정의되고 소자분리막(21)을 포함하는 소정의 하부 구조물이 형성된 반도체 기판(20)상에 층간절연막(22)을 형성하고, 평탄화 공정으로 층간절연막(22)의 표면을 평탄화시킨다. First, as shown in FIG. 2A, an interlayer
셀 영역에 형성되는 하부 구조물에는 드레인 영역과 소오스 영역 사이에 직 렬 연결되는 드레인 선택 라인(Drain Selective Line)과 메모리 셀 트랜지스터들 및 소오스 선택 라인(Source Selective Line)으로 구성되는 단위 셀 스트링이 다수개 포함되고, 주변 회로 영역에 형성되는 하부 구조물에는 주변 트랜지스터 등이 포함된다.The lower structure formed in the cell region has a plurality of unit cell strings including a drain select line connected in series between the drain region and the source region, memory cell transistors, and a source select line. The lower structure formed in the peripheral circuit region includes a peripheral transistor and the like.
이어, 사진 식각 공정으로 셀 영역에 형성된 드레인 영역들을 노출하는 드레인 콘택홀들을 형성하고, 드레인 콘택홀들을 포함한 전면에 폴리실리콘막을 증착한다. 상기 폴리실리콘막으로는 도프트 폴리실리콘막(doped poly)을 사용하는 것이 바람직하다.Subsequently, drain contact holes are formed to expose the drain regions formed in the cell region by a photolithography process, and a polysilicon layer is deposited on the entire surface including the drain contact holes. It is preferable to use a doped polysilicon film (doped poly) as the polysilicon film.
그런 다음, 폴리실리콘막을 리세스(recess)시키어 드레인 콘택홀 하부에 드레인 콘택(23)을 형성한다. 상기 리세스 공정에 의하여 층간절연막(22)의 표면이 노출되게 되고 드레인 콘택홀 상부가 드러나게 된다. 이때, 리세스되는 폴리실리콘막의 두께는 10~2000Å 정도가 되도록 한다. Then, the polysilicon layer is recessed to form a
상기 폴리실리콘막을 리세스시키는 방법으로는 폴리실리콘막 매립후 층간절연막(22)이 노출되도록 폴리실리콘막을 평탄화한 다음에 전면식각(etchback) 공정으로 드레인 콘택홀 상부의 폴리실리콘막을 식각하는 방법 또는 전면식각 공정만을 사용하는 방법 중 어느 하나를 사용한다. 여기서, 평타화 방법은 CMP를 이용함이 바람직하다. 주지된 바와 같이, CMP 공정은 전면식각 공정에 비하여 공정 원가가 높으므로 전자보다는 후자의 방법을 사용하는 것이 좋다.The method of recessing the polysilicon layer may include planarizing the polysilicon layer so that the interlayer insulating
이어서, 사진 식각 공정으로 주변 트랜지스터의 접합 영역이 형성된 반도체 기판(20)을 노출하는 메탈 콘택홀(24)을 형성한다. 도면으로 나타낸 실시예에서는 메탈 콘택홀(24)을 주변 트랜지스터의 접합 영역이 형성된 반도체 기판(20)에 구성한 경우에 대해서 나타내었으나, 주변 트랜지스터의 폴리실리콘 게이트 등과 같이 접합 영역 이외의 부분에 형성할 수도 있다. Next, a
그런 다음, 도 2b에 도시하는 바와 같이 전표면상에 티타늄막(Ti)(25a)과 티타늄 질화막(TiN)(25b)을 순차적으로 증착하여 제 1 배리어막(25)을 형성하고, 어닐(anneal) 공정을 실시하여 드레인 콘택(23)과 티타늄막(25a)의 계면 그리고, 메탈 콘택홀(24) 하부의 반도체 기판(20)과 티타늄막(25a)의 계면에 티타늄 실리사이드막(TiSix)(26)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 2B, a titanium film (Ti) 25a and a titanium nitride film (TiN) 25b are sequentially deposited on the entire surface to form a
티타늄 실리사이드막(26)은 어닐 공정에 의하여 드레인 콘택(23)의 폴리실리콘(poly-Si)과 티타늄막(25a)의 티타늄(Ti), 메탈 콘택홀(24) 하부 반도체 기판(20)의 실리콘(Si)과 티타늄막(25a)의 티타늄(Ti)이 반응하여 형성되는 것으로, 저저항의 특성을 갖는다.The
전술한 전면식각 공정을 이용한 폴리실리콘막 리세스시 드레인 콘택(23)에 심(seam)이 발생되게 되는데, 제 1 배리어막(25)으로 심을 충분히 메운 다음에 티타늄 실리사이드막(26)을 형성하므로 안정적인 드레인 콘택 저항을 확보할 수 있게 된다.A seam is generated in the
이어서, 메탈 콘택홀(24)을 포함한 전면에 제 1 텅스텐막(27)을 증착하고, 도 2c에 도시하는 바와 같이 전면을 연마하여 메탈 콘택홀(24)에 메탈 콘택(27a)을 형성한다. 상기 연마 공정으로는 CMP 공정을 사용함이 바람직하다.Subsequently, the
상기 연마공정 이후 층간절연막(22)상에 제 1 배리어막(25)이 잔류할 경우 드레인 콘택(23)들간 또는 드레인 콘택(23)과 메탈 콘택(27a)간 숏트되게 되는 바, 이러한 현상을 미연에 방지하기 위하여 드레인 콘택(23)상에 형성된 티타늄 실리사이드막(26)이 어택되기 바로 직전의 시점을 타겟으로 추가 연마 공정 즉, 오버(over) CMP 공정을 실시한다. 연마 공정의 타겟팅(targeting)이 가능하므로 상기 추가 연마 공정은 우수한 균일도를 갖는다. If the
이어서, 도 2d 및 도 2e에 도시하는 바와 같이 접착 및 금속 확산 방지를 위한 최소 두께의 티타늄 질화막(TiN)을 이용하여 제 2 배리어막(28)을 형성하고 제 2 배리어막(28)상에 제 2 텅스텐막(29)을 형성한 다음, 사진 식각 공정으로 제 2 텅스텐막(29)과 제 2 배리어막(28)을 패터닝하여 드레인 콘택(23)과 메탈 콘택(27a)상에 각각 비트라인(30) 및 메탈 라인(31)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIGS. 2D and 2E, the
전술한 본 발명에서는 드레인 콘택(23)상에 형성된 티타늄 실리사이드막(26)이 메탈 콘택(27a)을 형성한 다음에 실시하는 추가 연마 공정시에 제거되지 않으므로 티타늄 실리사이드막을 재형성하지 않아도 된다. 따라서, 드레인 콘택상에 티타늄 실리사이드막을 재형성하기 위한 공정들(티타늄막 형성 공정, 어닐링 공정)을 생략할 수 있다. In the present invention described above, since the
또한, 제 2 배리어막(28)을 티타늄과 티타늄 질화막의 이중막이 아닌 접착 및 금속 확산 방지를 위한 최소 두께의 티타늄 질화막으로만 구성하므로 비트라인의 높이가 낮아져 비트라인간 커패시턴스가 감소되게 된다. In addition, since the
그리고, 드레인 콘택 형성을 위한 폴리실리콘 리세스 공정시 고가의 CMP 공정 대신 저가의 전면식각 공정을 사용하므로 제조 원가가 절감되게 된다. 또한, 제 1 배리어막(25)을 이용하여 폴리실리콘 전면식각 공정시에 발생될 수 있는 심(seam)을 충분히 매립하고 티타늄 실리사이드막(26)을 형성하므로 안정적인 드레인 콘택 저항이 확보되게 된다.In addition, in the polysilicon recess process for forming the drain contact, a low-cost front etching process is used instead of an expensive CMP process, thereby reducing manufacturing cost. In addition, since the seam that may be generated during the polysilicon full surface etching process is sufficiently filled using the
전술한 실시예에서는 티타늄막(25a)을 사용하여 드레인 콘택(23)과 티타늄막(25a)의 계면 그리고, 메탈 콘택홀(24) 하부의 반도체 기판(20)과 티타늄막(25a)의 계면에 티타늄 실리사이드막(TiSix)(26)을 형성하는 경우에 대해서만 언급하였으나, 티타늄막 대신에 텅스텐(W), 탄탈, 몰리브덴 등의 고융점 금속을 사용하고, 상기 티타늄 실리사이드막 대신에 텅스텐 실리사이드막, 탄탈 실리사이드막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 고융점 실리사이드막을 형성하여도 무방하다. 또한, 상기 제 1, 제 2 배리어막(25)(28)의 티타늄 질화막 대신 텅스텐 질화막, 탄탈 질화막, 몰리브덴 질화막 등의 금속 질화막을 사용하여도 좋으며, 상기 제 1, 제 2 텅스텐막(27)(29)은 폴리실리콘, 티타늄막 등의 도전성막으로 대체 가능함을 밝혀둔다.In the above-described embodiment, the
상술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.
첫째, 메탈 콘택 매립 후에 실시하는 추가 연마 공정시 드레인 콘택 위에 형성된 티타늄 실리사이드막이 제거되지 않아 드레인 콘택 상부에 티타늄 실리사이드막을 재형성하지 않아도 된다. 따라서, 1회의 티타늄 증착 공정과 1회의 어닐링 공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화시킬 수 있다. First, the titanium silicide layer formed on the drain contact may not be removed during the additional polishing process performed after the metal contact is buried, so that the titanium silicide layer may not be formed on the drain contact. Therefore, since one titanium deposition process and one annealing process can be omitted, the process can be simplified.
둘째, 제 2 배리어막을 티타늄 질화막의 단일막으로 구성하여 제 2 배리어막 의 두께를 줄일 수 있다.Second, the thickness of the second barrier layer may be reduced by configuring the second barrier layer as a single layer of titanium nitride.
셋째, 제 2 배리어막의 감소된 두께만큼 제 2 텅스텐막의 두께를 늘릴 수 있으므로 비트라인 저항을 줄일 수 있다.Third, since the thickness of the second tungsten film can be increased by the reduced thickness of the second barrier film, the bit line resistance can be reduced.
넷째, 제 2 배리어막의 두께가 감소되므로 비트라인간 커패시턴스가 감소되게 된다. 따라서, 비트라인 RC 지연 시간을 개선할 수 있으므로 프로그램 시간을 단축시킬 수 있다.Fourth, since the thickness of the second barrier film is reduced, the capacitance between bit lines is reduced. Therefore, the bit line RC delay time can be improved, thereby reducing the program time.
다섯째, 제 1 배리어막을 이용하여 폴리실리콘막 리세스 공정시 드레인 콘택에 발생되는 심(seam)을 충분히 매립하고 티타늄 실리사이드막을 형성하여 안정적인 드레인 콘택 저항을 확보할 수 있으므로 온 전류의 안정성을 확보할 수 있다.Fifth, since the seam generated in the drain contact during the polysilicon film recess process is sufficiently filled by using the first barrier film and a titanium silicide film is formed, a stable drain contact resistance can be secured, thereby ensuring the stability of the on-current. have.
여섯째, 폴리실리콘막 리세스시 고가의 CMP 공정 대신 전면식각 공정을 사용하므로 원가를 절감할 수 있다. Sixth, it is possible to reduce the cost because the front-side etching process is used instead of the expensive CMP process when polysilicon film recesses.
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KR1020060016150A KR20070082989A (en) | 2006-02-20 | 2006-02-20 | Method for fabricating flash memory device |
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