KR20080060347A - Method for manufacturing non-volatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 종래기술에 따른 ASA-STI(Advanced Self Aligned-Shallow Trench Isolation) 스킴을 적용한 플래시 메모리 소자 제조방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a flash memory device using an advanced self aligned-shallow trench isolation (ASA-STI) scheme according to the related art.
도 2는 종래기술에 따라 형성된 플래시 메모리 소자를 도시한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진.2 is a Transmission Electron Microscope (TEM) photograph showing a flash memory device formed according to the prior art.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
30 : 기판 31 : 게이트 절연막30
32 : 플로팅 게이트용 도전막 33 : 버퍼 산화막32: conductive film for floating gate 33: buffer oxide film
34 : 패드 질화막 35 : SOD막34
36, 38, 38A, 38B : HDP막 37, 37A : 소자분리막36, 38, 38A, 38B:
V : 보이드V: void
본 발명은 반도체 메모리 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 소자, 더욱 구체적으로는 플래시 메모리 소자 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device manufacturing technology, and more particularly to a non-volatile memory device, and more particularly to a flash memory device manufacturing method.
최근에는 비휘발성 메모리 소자 중 전기적으로 프로그램(program)과 소거(erase)가 가능하며, 일정 주기로 데이터(data)를 재작성하는 리프레시(refresh) 기능이 필요 없는 플래시 메모리 소자의 수요가 증가하고 있다. 그리고, 많은 데이터를 저장할 수 있는 대용량 메모리 소자의 개발을 위해서 메모리 소자의 고집적화 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 여기서, 프로그램이라 함은 데이터를 메모리 셀에 기입(write)하는 동작을 가리키며, 소거라 함은 메모리 셀에 기입된 데이터를 제거하는 동작을 가리킨다. Recently, the demand for flash memory devices that can be electrically programmed and erased among nonvolatile memory devices and that does not require a refresh function for rewriting data at regular intervals is increasing. In order to develop a large-capacity memory device capable of storing a large amount of data, researches on a high integration technology of the memory device have been actively conducted. Here, the program refers to an operation of writing data to a memory cell, and the erasing refers to an operation of removing data written to the memory cell.
한편, 플래시 메모리 소자의 고집적화에 따른 디자인 룰(design rule) 감소에 따라 여러 가지의 소자분리를 위한 STI(Shallow Trench Isolation) 스킴(scheme)이 새롭게 제안되고 있는데, 최근에는 60㎚ 이하급의 MLC 소자에 적합한 STI 스킴으로 ASA-STI(Advanced Self Aligned Shallow Trench Isolation)가 가장 각광받고 있다. ASA-STI 스킴은 액티브 영역(active region)과 플로팅 게이트 간의 중첩 마진(overlay margin) 감소에 따라 플래시 메모리 소자의 플로팅 게이트 형성 에 적용되고 있다. 이하에서는, 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 일반적인 ASA-STI 스킴에 대해 설명하기로 한다.On the other hand, as the design rule is reduced due to the high integration of flash memory devices, a shallow trench isolation (STI) scheme for separating various devices has been newly proposed. ASA-STI (Advanced Self Aligned Shallow Trench Isolation) is the most popular STI scheme. The ASA-STI scheme has been applied to the formation of floating gates of flash memory devices due to the reduction of the overlay margin between the active region and the floating gate. Hereinafter, a general ASA-STI scheme will be described with reference to FIGS. 1A to 1F.
도 1a 내지 도 1f는 종래기술에 따른 ASA-STI 스킴을 적용한 플래시 메모리 소자 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a flash memory device using the ASA-STI scheme according to the prior art.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상에 순차적으로 터널 산화막(11), 플로팅 게이트용 폴리실리콘막(12), 버퍼 산화막(13) 및 패드 질화막(14)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a
이어서, 패드 질화막(14), 버퍼 산화막(13), 폴리실리콘막(12), 터널 산화막(11) 및 기판(10) 일부를 식각하여 일정 깊이의 트렌치(trench, 미도시)를 형성한다. 그 다음, 상기 트렌치가 매립되도록 소자분리용 절연막으로 스핀 온 절연막(15, Spin On Dielectric)(이하, SOD막이라 함)을 증착한다. Subsequently, a portion of the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP라 함) 공정을 실시하여 패드 질화막(14) 상의 SOD막(15, 도 1a 참조)을 제거한다. 이로써, 상기 트렌치 내에 고립된 SOD막(15A)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) process is performed to remove the SOD film 15 (see FIG. 1A) on the
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 습식식각공정을 실시하여 SOD막(15B)을 일정 깊이 리세스시킨다. 예컨대, SOD막(15B)을 터널 산화막(11)의 저부까지 리세스킨다. 이러한 습식식각공정시에는 웨이퍼 표면에 묻는 이물질(R)에 의해 동도면에서와 같이 상기 트렌치의 입구가 일부분 가려지게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, a wet etching process is performed to recess the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치가 매립되도록 리세스된 SOD막(15B) 상에 소자분리용 절연막으로 고밀도 플라즈마(high density plasma) 방식 으로 증착되는 USG(Un-doped Silicate Glass)막(16, 이하 HDP막이라 함)을 증착한다. 여기서, SOD막(15B)을 리세스킨 후 다시 HDP막(16)을 증착하는 이유는 SOD막(15B)이 습식식각율이 빠르고 불균일하다는 물질 특성을 갖고 있어 습식식각공정 적용시 소자분리막의 유효높이(Effective Field oxide Height, EFH)를 불균일하게 하는 문제가 있으므로 SOD막(15B) 단일막으로 소자분리막을 형성하는데 문제가 있기 때문이다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, a USG (Un-doped Silicate Glass) film is deposited on the
이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, CMP 공정을 실시하여 패드 질화막(14) 상의 HDP막(16, 도 1d 참조)을 제거한다. 이로써, 상기 트렌치 내에 고립된 HDP막(16A)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, a CMP process is performed to remove the HDP film 16 (see FIG. 1D) on the
이어서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 습식식각공정을 실시하여 HDP막(16B)을 일정 깊이 리세스시킨 후, 패드 질화막(14)을 제거한다. 이후, 다시 습식식각공정을 실시하여 HDP막(16B)을 일정 깊이 리세스시킴으로써, 소자분리막의 유효 높이를 최종적으로 제어한다. 이로써, SOD막(15B) 및 HDP막(16B)의 적층 구조로 이루어진 소자분리막(17)이 완성된다. 특히, 이러한 HDP막(16B)의 습식식각공정시에는 버퍼 산화막(13)이 함께 제거된다.Subsequently, as shown in FIG. 1F, after the wet etching process is performed to recess the
그러나, 상기에서 설명한 종래기술에 따른 플래시 메모리 소자 제조방법을 적용하는 경우 다음과 같은 문제들이 발생한다.However, the following problems occur when applying the flash memory device manufacturing method according to the prior art described above.
먼저, 도 1d에서와 같이, HDP막(16) 증착시 보이드(V)가 발생하게 된다. 이는, 도 1c에서와 같이 발생된 이물질(R)에 의해 상기 트렌치 입구의 일부분이 가려져 HDP막(16)이 균일하게 매립되지 못하기 때문이다. 특히, 이러한 보이드(V)는 도 1f에서와 같이 진행되는 후속 습식식각공정시 더욱 그 크기가 증가하게 된다.First, as shown in FIG. 1D, voids V are generated when the
도 2는 보이드(V)가 발생된 소자분리막(17)을 포함한 전체 구조 상부에 유전체막(18) 및 콘트롤 게이트(control gaet, 19)가 형성된 플래시 메모리 소자를 도시한 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이다.FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph showing a flash memory device in which a dielectric film 18 and a
도 2에 도시된 바와 같이, 소자분리막(17) 내에 보이드(V)가 존재하는 경우, 보이드(V)는 소자분리막의 절연 특성을 저하시키고 나아가서는 이웃하는 액티브(active) 간 쇼트(short)를 유발한다. 또한, 이와 같이 보이드(V)가 커지게 되면 액티브 영역의 기판(10)과 콘트롤 게이트(19) 간의 일정 간격이 유지되지 못하므로 누설전류(leakage current)가 발생하는 문제가 있다.As shown in FIG. 2, when voids V are present in the
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and has the following objects.
첫째, 본 발명은 소자분리막 형성시 보이드 발생을 억제하여 이웃하는 액티브 간 쇼트를 방지할 수 있는 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.First, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of preventing voids from occurring when the device isolation layer is formed to prevent short circuit between neighboring actives.
둘째, 본 발명은 소자분리막 형성시 보이드 발생을 억제하여 누설전류 발생을 억제할 수 있는 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다. Second, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nonvolatile memory device capable of suppressing generation of leakage current by suppressing generation of voids when forming an isolation layer.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 기판 상에 게이트 절연막, 게이트 전극용 도전막 및 패드 질화막을 형성하는 단계와, 상기 패드 질화막, 도전막, 게이트 절연막 및 기판의 일부를 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 매립된 소자분리막용 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 절연막을 리세스시켜 상기 제1 절연막 형성시 발생된 보이드를 외부로 노출시키는 단계와, 상기 패드 질화막을 제거하는 단계와, 상기 보이드 내에 매립된 소자분리막용 제2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 절연막을 리세스시켜 소자분리막의 유효높이를 제어하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, a gate insulating film, a conductive film for a gate electrode, and a pad nitride film are formed on a substrate, and the pad nitride film, the conductive film, the gate insulating film, and a portion of the substrate are etched. Forming a trench, forming a first insulating film for a device isolation film embedded in the trench, recessing the first insulating film to expose voids generated when the first insulating film is formed; Removing the pad nitride film, forming a second insulating film for the device isolation film embedded in the void, and controlling the effective height of the device isolation film by recessing the first and second insulating films. A method of manufacturing a volatile memory device is provided.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 공정 단면도이다. 여기서는, 대표적인 예로 플래시 메모리 소자 제조방법에 대해 설명하기로 한다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention. As a representative example, a method of manufacturing a flash memory device will be described.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(30) 상에 순차적으로 게이트 절연막(31), 게이트 전극용(예컨대, 플로팅 게이트용) 도전막(32), 버퍼 산화막(33) 및 패드 질화막(34)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연막(31)은 일반적인 플래시 메모리 소자의 터널 산화막으로 기능하는 것으로 산화막 또는 질화막이 포함된 산화막 물질로 형성할 수 있다. 또한, 도전막(32)은 도프트(doped) 또는 언도프트(undoped) 폴리실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다.First, as shown in FIG. 3A, a
이어서, 패드 질화막(34), 버퍼 산화막(33), 도전막(32), 게이트 절연막(31) 및 기판(30)의 일부를 식각하여 일정 깊이의 트렌치(미도시)를 형성한다. Subsequently, portions of the
이어서, 도면에 도시하진 않았지만, 상기 트렌치의 내부면에 월산화막을 더 형성할 수도 있다. 이는, 식각공정시 상기 트렌치의 내측벽 및 저부면에 입은 손상을 보상하고, 상부 모서리 부위를 라운딩(rounding) 처리하며, 활성 영역의 임계치수(Critical Dimension, CD)를 감소시키기 위해 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawing, a monthly oxide film may be further formed on the inner surface of the trench. It is formed to compensate for damage to the inner wall and the bottom surface of the trench during the etching process, to round the upper edge portion, and to reduce the critical dimension (CD) of the active region.
이어서, 상기 트렌치가 매립되도록 소자분리용 절연막으로 SOD막(35)을 증착한다. Subsequently, a
이어서, 습식식각공정을 실시하여 SOD막(35)을 일정 깊이 리세스(recess)시킨다. 예컨대, SOD막(35)을 게이트 절연막(31)의 저부까지 리세스킨다. Subsequently, a wet etching process is performed to recess the
이어서, 상기 트렌치가 매립되도록 SOD막(35) 상에 소자분리용 절연막으로 다시 HDP막(36)을 증착한다. 여기서, SOD막(35)을 리세스킨 후 다시 HDP막(36)을 증착하는 이유는 SOD막(35)이 습식식각율이 빠르고 불균일하다는 물질 특성을 갖고 있어 습식식각공정 적용시 소자분리막의 유효높이(Effective Field oxide Height, EFH)를 불균일하게 하는 문제가 있으므로 SOD막(35) 단일막으로 소자분리막을 형성하는데 문제가 있기 때문이다.Subsequently, the
이어서, CMP 공정을 실시하여 패드 질화막(34) 상의 HDP막(36)을 제거한다. 이로써, 상기 트렌치 내에 고립된 소자분리막(37)이 형성된다. 그러나, 이러한 HDP막(36) 증착시에는 동도면에서와 같이 보이드(V)가 발생한다. 이는, 전술한 바와 같이 SOD막(35)의 습식식각시 웨이퍼 표면에 묻는 이물에 의해 상기 트렌치의 입구가 일부분 가려지기 때문이다.Next, the CMP process is performed to remove the
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 산화막 식각액을 이용한 습식식각공정을 실시하여 소자분리막(37)을 일정 깊이 리세스시킨다. 예컨대, BOE(Buffered Oxide Etchant) 또는 HF를 이용한 습식식각공정을 통해 소자분리막(37)을 약 200~500Å정도 리세스시킨다. 이로 인해, 보이드(V)가 외부로 노출되게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, a wet etching process using an oxide etching solution is performed to recess the
이어서, 인산용액(H3PO4)을 이용한 습식식각공정을 실시하여 패드 질화막(34, 도 3a 참조)을 제거한다. Subsequently, a wet etching process using a phosphoric acid solution (H 3 PO 4 ) is performed to remove the pad nitride layer 34 (see FIG. 3A).
이어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 보이드(V)가 매립되도록 전체 구조 상에 HDP막(38)을 증착한다. 여기서, HDP막(38)은 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 50~200Å의 두께로 증착하는 것이 바 람직하다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, an
이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, CMP 공정을 실시하여 도전막(32) 상의 산화막 물질을 모두 제거한다. 즉, 도전막(32)의 구성물질인 폴리실리콘을 연마 정지막으로 하는 CMP 공정을 실시하여 도전막(32) 상의 HDP막(36, 38) 및 버퍼 산화막(33)을 제거한다. 이로써, 보이드(V) 내에 고립된 형태로 HDP막(38A)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, a CMP process is performed to remove all the oxide material on the
특히, 이러한 CMP 공정시에는 폴리실리콘에 대하여 산화막의 연마 선택비가 높은 슬러리(slurry)를 사용한다. 예컨대, 실리콘 물질에 대한 연마 속도가 느린 세리아(ceria)를 연마제(abbrasive)로 하는 슬러리를 사용하되, 슬러리의 pH를 6~8 정도로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리실리콘에 대한 연마 속도를 현저히 감소시키기 위해 연마제에 대한 탈이온수(DeIonized Water, DIW)의 희석비를 1:10~1:100으로 조절하는 것이 바람직하다.In particular, in such a CMP process, a slurry having a high polishing selectivity of an oxide film relative to polysilicon is used. For example, a slurry using ceria, which has a slow polishing rate on a silicon material, is used as an abrasive, and it is preferable to adjust the pH of the slurry to about 6-8. In addition, in order to significantly reduce the polishing rate for polysilicon, it is preferable to adjust the dilution ratio of the deionized water (DIW) to the abrasive to 1:10 to 1: 100.
이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 식각공정을 실시하여 소자분리막(37A)을 일정 깊이 리세스시킨다. 이를 통해, 소자분리막의 유효높이를 적절하게 제어할 수 있다. 여기서, 식각공정은 습식 또는 건식 방식으로 실시할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, an etching process is performed to recess the
소자분리막의 유효높이를 제어하기 위한 식각공정시에는 이미 도 3d에서와 같이 HDP막(38B)에 의해 보이드가 매립된 상태이므로 기존과 같이 보이드가 외부로 노출되면서 그 크기가 더욱 증가하는 현상이 발생하지 않게 된다. 따라서, 소자분리막(37A)이 정상적으로 이웃하는 액티브 간의 절연역할을 수행할 수 있어 이웃하는 액티브 간 쇼트를 방지할 수 있다. In the etching process for controlling the effective height of the device isolation film, since the void is already embedded by the
또한, 액티브 영역의 기판(30)과 후속공정을 통해 형성될 콘트롤 게이트(미도시) 간의 일정 거리를 확보하여 누설전류 발생을 방지할 수 있다.In addition, a certain distance may be secured between the
이후에는, 도면에 도시하진 않았지만, 일반적인 플래시 메모리 소자 제조기술에 따라 전체 구조 상부에 유전체막 및 콘트롤 게이트를 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawings, a dielectric film and a control gate are formed over the entire structure according to a general flash memory device manufacturing technique.
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the following effects are obtained.
첫째, 본 발명에 의하면 보이드가 발생된 소자분리막의 유효높이를 제어하기 이전에 미리 보이드를 매립하는 별도의 소자분리막을 형성함으로써, 소자분리막의 유효높이를 제어하기 위한 식각공정시 보이드가 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이웃하는 액티브 간 쇼트를 방지할 수 있다.First, according to the present invention, by forming a separate device isolation layer that fills voids in advance before controlling the effective height of the device isolation film in which voids are generated, the voids are exposed to the outside during an etching process for controlling the effective height of the device isolation film. Can be prevented. Therefore, shorts between neighboring actives can be prevented.
둘째, 본 발명에 의하면 상기와 같이 보이드를 매립하는 소자분리막의 형성을 통해 소자분리막의 유효높이를 제어하기 위한 식각공정시 보이드가 외부로 노출되는 것을 방지하여 액티브 영역의 기판과 후속으로 형성될 콘트롤 게이트 간의 일정 간격을 확보할 수 있다. 이를 통해, 소자의 누설전류 발생을 방지할 수 있다.Second, according to the present invention, by forming the device isolation layer filling the voids as described above, during the etching process for controlling the effective height of the device isolation layer, the voids are prevented from being exposed to the outside, thereby controlling the substrate to be formed subsequently with the active region. A certain distance between the gates can be secured. Through this, leakage current generation of the device can be prevented.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060134311A KR20080060347A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for manufacturing non-volatile memory device |
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KR1020060134311A KR20080060347A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for manufacturing non-volatile memory device |
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ID=39812880
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KR1020060134311A KR20080060347A (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Method for manufacturing non-volatile memory device |
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KR (1) | KR20080060347A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20190074211A1 (en) * | 2017-09-04 | 2019-03-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
-
2006
- 2006-12-27 KR KR1020060134311A patent/KR20080060347A/en not_active Application Discontinuation
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US20190074211A1 (en) * | 2017-09-04 | 2019-03-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
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