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JPS6150370A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number
JPS6150370A
JPS6150370A JP59172730A JP17273084A JPS6150370A JP S6150370 A JPS6150370 A JP S6150370A JP 59172730 A JP59172730 A JP 59172730A JP 17273084 A JP17273084 A JP 17273084A JP S6150370 A JPS6150370 A JP S6150370A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
gate electrode
polycrystalline silicon
gate
oxidation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59172730A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Shinada
品田 一義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP59172730A priority Critical patent/JPS6150370A/en
Publication of JPS6150370A publication Critical patent/JPS6150370A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/681Floating-gate IGFETs having only two programming levels

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にEPROM
あるいはE2 PROMのフローティングゲートの分離
に使用されるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing an EPROM.
Alternatively, it is used to isolate the floating gate of E2 PROM.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

EPROMあるい1.tE2 PROMf7)分離Lt
 ’7 ローティ゛ングゲートの分離によってなされ、
従来第3図(a)及び(b)に示すような方法により行
なわれている。まず、P−型シリコン基板1の表面に選
択酸化法によりフィールド酸化膜2を形成する。次に、
露出した基板1表面に第1のゲート酸化膜3を形成する
。続いて、全面に70−テインググートとなる多結晶シ
リコンI!4を堆積する。
EPROM or 1. tE2 PROMf7) Separation Lt
'7 Made by separating the rotating gate,
Conventionally, this has been carried out by a method as shown in FIGS. 3(a) and 3(b). First, a field oxide film 2 is formed on the surface of a P-type silicon substrate 1 by selective oxidation. next,
A first gate oxide film 3 is formed on the exposed surface of the substrate 1. Next, polycrystalline silicon I which becomes 70-teinggut on the entire surface! Deposit 4.

つづいて、多結晶シリコン膜4上に部分的にホトレジス
トパターン5を形成する(第3図(a)図示)。次いで
、このホトレジストパターン5をマスクとして第1の多
結晶シリコン躾4をエツチングする(同図(b)図示)
。次いで、ホトレジストパターン5を除去した後、第1
の多結晶シリコン膜4の酸化による第2のゲート酸化膜
形成、第2の多結晶シリコン膜の堆積、バターニングに
よるコントロールゲート及びフローティングゲートの形
成、イオン注入によるソース、ドレイン形成を行ない、
EPROMあるいはE2PROMを製造する。
Subsequently, a photoresist pattern 5 is partially formed on the polycrystalline silicon film 4 (as shown in FIG. 3(a)). Next, using this photoresist pattern 5 as a mask, the first polycrystalline silicon layer 4 is etched (as shown in FIG. 3(b)).
. Next, after removing the photoresist pattern 5, the first
A second gate oxide film is formed by oxidizing the polycrystalline silicon film 4, a second polycrystalline silicon film is deposited, a control gate and a floating gate are formed by buttering, a source and a drain are formed by ion implantation,
Manufacture EPROM or E2PROM.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

上述したように従来の方法では、メモリセルの間隔はホ
トレジストパターンの間隔(第3図(b)中Xで表示)
で決定される。この間隔は露光技術1    により決
まるため、EPROMやE2PROMの大容量化は露光
技術に支配される。
As mentioned above, in the conventional method, the spacing between memory cells is the spacing between photoresist patterns (indicated by X in FIG. 3(b)).
determined by This interval is determined by the exposure technology 1, so increasing the capacity of EPROMs and E2PROMs is controlled by the exposure technology.

また、大容量化を目的としない場合でもフローティング
ゲートのカップリング面積が小さくなるので、セル特性
が劣るという欠点がある。
Further, even when the purpose is not to increase the capacity, the coupling area of the floating gate becomes small, resulting in poor cell characteristics.

露光技術の限界よりも微細な幅でフローティングゲート
を分離し、大容量、またはセル特性の良好なEPROM
あるいはE2 PROM等の半導体装置を製造し得る方
法を提供しようとするものである。
EPROM with large capacity or good cell characteristics by separating the floating gate with a width finer than the limit of exposure technology
Alternatively, it is an attempt to provide a method for manufacturing semiconductor devices such as E2 PROM.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に順次
積層して形成された第1のゲート絶縁膜、第1のゲート
電極、第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極と、こ
れらの積層体の両側方の基板表面に形成された基板と逆
導電型の不純物領域とを有する半導体装置を製造するに
あたり、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して第
1のゲート電極材料(例えば多結晶シリコン膜)を堆積
する工程と、該第1のゲート電極材料上に耐酸化性膜(
例えば窒化膜)及び被酸化性膜(例えば多結晶シリコン
膜)を順次堆積する工程と、該被酸化性膜の一部を選択
的にエツチングして分離する工程と、分離された被酸化
性膜を酸化して酸化膜に変換し、その体積を膨張させる
工程と、該酸化膜をマスクとして前記耐酸化性膜をエツ
チングする工程と、前記酸化膜を除去した後、前記耐酸
化性膜をマスクとして前記第1のゲート電極材料をエツ
チングする工程とを具備したことを特徴とするものであ
る。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a first gate insulating film, a first gate electrode, a second gate insulating film, and a second gate electrode, which are sequentially stacked on a semiconductor substrate; When manufacturing a semiconductor device having impurity regions of opposite conductivity type to the substrate formed on the surfaces of the substrates on both sides of the stack, a first gate electrode material ( For example, a step of depositing a polycrystalline silicon film) and an oxidation-resistant film (
A step of sequentially depositing a nitride film (for example, a nitride film) and an oxidizable film (for example, a polycrystalline silicon film), a step of selectively etching and separating a part of the oxidizable film, and a step of separating the separated oxidizable film. a step of oxidizing and converting it into an oxide film and expanding its volume; a step of etching the oxidation-resistant film using the oxide film as a mask; and a step of etching the oxidation-resistant film using the oxide film as a mask. The method is characterized by comprising a step of etching the first gate electrode material.

このような方法によれば、被酸化性膜を酸化して酸化膜
に変換した際の体積膨張により酸化膜を露光技術の限界
より微細な幅で分離することができ、引続き行なわれる
エツチングにより、フローティングゲートとなる第1の
ゲート電極材料も微細な幅で分離することができる。こ
の結果、EPROMやE2 PROMの大容量化または
セル特性の向上を達成することができる。
According to this method, the oxide film can be separated by a width finer than the limit of exposure technology due to volume expansion when the oxidizable film is oxidized and converted into an oxide film, and the subsequent etching The first gate electrode material that becomes the floating gate can also be separated with a fine width. As a result, it is possible to increase the capacity of EPROM or E2 PROM or improve cell characteristics.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明方法をEPROMの製造に適用した実施例
を第1図(a)〜(Q)及び第2図を参照して説明する
。なお、第1図(a)〜(Q)は本発明方法によるEP
ROMの製造工程を示す断面図、第2図は製造されたE
PROMの平面図(ただし配線は省略)を示し、第1図
(a)〜(d)は第2図のA−A線に沿う断面を製造工
程順に、また第1図(e)〜(Q)は第2図のE−配線
に沿う断面を製造工程順にそれぞれ示すものである。
Hereinafter, an embodiment in which the method of the present invention is applied to the manufacture of an EPROM will be described with reference to FIGS. 1(a) to (Q) and FIG. 2. In addition, FIGS. 1(a) to (Q) show EP obtained by the method of the present invention.
A cross-sectional view showing the manufacturing process of ROM, Figure 2 shows the manufactured E
A plan view of the PROM (however, wiring is omitted) is shown, and FIGS. 1(a) to (d) show cross sections taken along line A-A in FIG. 2 in the order of manufacturing steps, and FIGS. 1(e) to (Q ) are cross-sections taken along the E-wiring line in FIG. 2 in the order of manufacturing steps.

まず、比抵抗10Ω−αのP−型シリコン基板11表面
に選択酸化法により膜厚0.8−のフィールド酸化11
2を形成した後、露出した基板11表面に膜厚400人
の第1のゲート酸化1113を形成する。次に、全面に
第1のゲート電極(フローティングゲート)となる膜厚
0.4譚の多結晶シリコン膜14を堆積し、POCn3
を拡散源としてリンをドープした後、更に全面に膜厚0
.1譚の窒化シリコン膜(耐酸化性膜)15及び膜厚0
.3譚の多結晶シリコン膜(被酸化1116を順次堆積
し、POCn3を拡散源としてリンをドープする。つづ
いて、多結晶シリコン膜16上に幅0.84の開孔を有
するホトレジストパターン17を形成した後、これをマ
スクとしてC9,2とH2からなる反応性イオンガスに
より露出している多結晶シリコン膜16をエツチングし
て多結晶シリコン膜16を分離する(第1図(a)図示
)。次いで、前記ホトレジストパターン17を除去した
後、950℃のウェット酸素雰囲気中で熱酸化を行ない
、前記多結晶シリコン膜16を全て多結晶シリコン酸化
膜18に変換する。この熱酸化により形成される多結晶
シリコン酸化l!18は体積膨張し、横方向にも0.2
)JIrL拡がり、分離幅は0.4 tmとなる。つづ
いて、多結晶シリコン酸化l!18をマスクとしてCF
4とH2からなる反応性イオンガスにより露出している
窒化シリコン膜15をエツチングする(同図(b)図示
)。
First, a field oxidation film 11 with a film thickness of 0.8-1 was applied to the surface of a P-type silicon substrate 11 with a specific resistance of 10 Ω-α by selective oxidation.
After forming 2, a first gate oxide 1113 having a thickness of 400 nm is formed on the exposed surface of the substrate 11. Next, a polycrystalline silicon film 14 with a thickness of 0.4 cm is deposited on the entire surface to become the first gate electrode (floating gate), and POCn3
After doping with phosphorus using as a diffusion source, the entire surface is further coated with a film thickness of 0.
.. 1 silicon nitride film (oxidation resistant film) 15 and film thickness 0
.. Three polycrystalline silicon films (oxidized 1116) are sequentially deposited and doped with phosphorus using POCn3 as a diffusion source.Subsequently, a photoresist pattern 17 having an opening with a width of 0.84 is formed on the polycrystalline silicon film 16. Thereafter, using this as a mask, the exposed polycrystalline silicon film 16 is etched with a reactive ion gas consisting of C9,2 and H2 to separate the polycrystalline silicon film 16 (as shown in FIG. 1(a)). Next, after removing the photoresist pattern 17, thermal oxidation is performed in a wet oxygen atmosphere at 950° C. to convert all of the polycrystalline silicon film 16 into a polycrystalline silicon oxide film 18. Crystalline silicon oxide l!18 expands in volume and also in the lateral direction by 0.2
) JIrL spread and separation width is 0.4 tm. Next, polycrystalline silicon oxide l! CF with 18 as a mask
The exposed silicon nitride film 15 is etched using a reactive ion gas consisting of 4 and H2 (as shown in FIG. 4(b)).

次いで、前記多結晶シリコン酸化膜18をl     
 N84 F中で除去した後、窒化シリコン膜15をマ
スクとしてCg、2とH2からなる反応性イオンガスに
より露出している多結晶シリコン膜14をエツチングす
る(同図(C)図示)。つづいて、前記窒化シリコン膜
15を熱リン酸中で除去した後、1000℃のドライ酸
素雰囲気中で熱酸化を行ない、多結晶シリコン1114
の表面に膜厚500人の第2のゲート酸化1119を形
成する。つづいて、全面に第2のゲート電極(コントロ
ールゲート)となる膜厚0.4譚の多結晶シリコン膜2
0を堆積した後、POCj23を拡散源として多結晶シ
リコン20にリンをドープするく同図(d)図示)。
Next, the polycrystalline silicon oxide film 18 is
After removal in N84 F, the exposed polycrystalline silicon film 14 is etched using a reactive ion gas consisting of Cg, 2 and H2 using the silicon nitride film 15 as a mask (as shown in FIG. 2C). Subsequently, after removing the silicon nitride film 15 in hot phosphoric acid, thermal oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at 1000° C. to form polycrystalline silicon 1114.
A second gate oxide 1119 with a thickness of 500 nm is formed on the surface. Next, a polycrystalline silicon film 2 with a thickness of 0.4 mm is formed on the entire surface to serve as the second gate electrode (control gate).
After depositing phosphorus, the polycrystalline silicon 20 is doped with phosphorus using the POCj 23 as a diffusion source (as shown in FIG. 4(d)).

次いで、多結晶シリコン膜20上にホトレジストパター
ン2)を形成した後、これをマスクとしてCA2とH2
からなる反応性イオンガスにより多結晶シリコン膜20
を、NH4Fにより第2のゲート酸化l!19を、前記
反応性イオンガスにより多結晶シリコン膜14を、更に
N84 Fにより第1のゲート酸化膜13を順次エツチ
ングし、フローティングゲート22及びコントロールゲ
ート23を形成する(同図(e)図示)。つづいて、前
記ホトレジストパターン2)を除去した後、コントロー
ルゲート23をマスクとしてAs+を加速エネルギー4
0keV、ドーズ[2,5X 101 ’ctn ”の
条件でイオン注入する。つづいて、1000℃のドライ
酸素雰囲気中で熱酸化を行ない、フローティングゲート
22、コントロールゲート23及び基板11の露出面に
熱酸化膜24を形成するとともにヒ素を拡散させてN+
型ソース、ドレイン領域25.26を形成する (同図
(f)図示)。つづいて、全面゛に膜厚1.0譚のパツ
シベーシション膜27を堆積した後、コンタクトホール
を開孔する。つづいて、全面に膜厚1.OpのAfi−
8ig!を蒸着した後、パターニングして配線28.2
8を形成し、E P ROMセルを製造する(同図(g
)図示)。
Next, after forming a photoresist pattern 2) on the polycrystalline silicon film 20, CA2 and H2 are formed using this as a mask.
The polycrystalline silicon film 20 is
, and the second gate oxidation l! with NH4F. 19, the polycrystalline silicon film 14 is etched using the reactive ion gas, and the first gate oxide film 13 is sequentially etched using N84 F to form a floating gate 22 and a control gate 23 (as shown in FIG. 2(e)). . Subsequently, after removing the photoresist pattern 2), using the control gate 23 as a mask, As+ is applied with an acceleration energy of 4
Ion implantation is performed under the conditions of 0 keV and a dose of [2,5×101 'ctn''. Next, thermal oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere at 1000° C. to thermally oxidize the exposed surfaces of the floating gate 22, control gate 23, and substrate 11. While forming the film 24, arsenic is diffused and N+
Type source and drain regions 25 and 26 are formed (as shown in the same figure (f)). Subsequently, a passivation film 27 having a thickness of 1.0 mm is deposited on the entire surface, and then contact holes are formed. Next, apply a film thickness of 1. Op's Afi-
8ig! After evaporating, patterning and wiring 28.2
8 to manufacture an E P ROM cell (see (g) in the same figure).
).

しかして本発明方法によれば、第1図(a)の工程で多
結晶シリコンl116を露光技術の限界である0、8譚
の分離幅で分離した後、同図(b)の工程で熱酸化を行
ない、多結晶シリコン族16を多結晶シリコン酸化膜1
8に変換して体積膨張させることにより分離幅を0.4
譚とすることができる。この結果、反応性イオンガスを
用い、多結晶シリコン酸化膜18をマスクとして窒化シ
リコン膜15をエツチングし、更に多結晶シリコン酸化
膜18除去後に窒化シリコン膜15をマスクとして多結
晶シリコン膜14をエツチングすることにより最終的な
70=テイングゲート22を露光技術の限界よりも微細
な分離幅で分離することができる。
However, according to the method of the present invention, after separating polycrystalline silicon l116 with a separation width of 0.8 tan, which is the limit of exposure technology, in the step shown in FIG. Oxidation is performed to transform the polycrystalline silicon group 16 into a polycrystalline silicon oxide film 1.
By converting to 8 and expanding the volume, the separation width is 0.4.
It can be a story. As a result, using reactive ion gas, the silicon nitride film 15 is etched using the polycrystalline silicon oxide film 18 as a mask, and after the polycrystalline silicon oxide film 18 is removed, the polycrystalline silicon film 14 is etched using the silicon nitride film 15 as a mask. By doing so, the final 70=taing gates 22 can be separated with a separation width finer than the limit of exposure technology.

したがって、メモリセルの集積度を向上することにより
EPROMの大容量化を達成することができる。また、
大容量化を目的としない場合でも、フローティングゲー
ト22のカップリング面積を大きくすることができるの
で、セル特性を向上することができる。
Therefore, by increasing the degree of integration of memory cells, it is possible to increase the capacity of the EPROM. Also,
Even if the purpose is not to increase the capacity, the coupling area of the floating gate 22 can be increased, so the cell characteristics can be improved.

なお、上記実施例では本発明方法をE P ROMの製
造に適用した場合について説明したが、本発明方法はA
2 PROMの製造にも同様に適用できることは勿論で
ある。
In addition, in the above embodiment, the case where the method of the present invention was applied to the manufacture of EP ROM was explained, but the method of the present invention is applicable to A.
It goes without saying that the present invention can be similarly applied to the manufacture of 2 PROM.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述した如く本発明方法によれば、EPROMある
いはE2 FROMなどの大容量化又はセル特性の向上
を達成できる等顕著な効果を奏するものである。
As detailed above, according to the method of the present invention, remarkable effects can be achieved, such as increasing the capacity of EPROM or E2 FROM, and improving cell characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(aン〜(Q)は本発明の実施例におけるEPR
OMの製造方法を示す断面図、第2図は本発明の実施例
において製造されたEPROMの平面図、第3図(a)
及び(b)は従来のフローティングゲートの分離方法を
示す断面図である。 11・・・P−型シリコン基板、12・・・フィールド
酸化膜、13・・・第1のゲート酸化膜、14・・・多
結晶シリコン膜(第1のゲート電極材料)、15・・・
窯化シリコンl(耐酸化性II)、16・・・多結晶シ
リコン膜(被酸化性膜)、17.2)・・・ホトレジス
トパターン、18・・・熱酸化膜、19・・・第2のゲ
ート酸化膜、20・・・多結晶シリコン膜(第2のゲl
   −1M[31> 、 22°°°7°−7“/’
j’j−1−。 23・・・コントロー家ルグート、24・・・熱酸化膜
、25.26・・・N+型ソース、ドレイン領域、27
・・・パッシベーション膜、28・・・配線。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第1図
FIG. 1 (a-Q) shows EPR in the embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing an OM; FIG. 2 is a plan view of an EPROM manufactured in an embodiment of the present invention; FIG. 3(a)
and (b) is a cross-sectional view showing a conventional floating gate isolation method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... P- type silicon substrate, 12... Field oxide film, 13... First gate oxide film, 14... Polycrystalline silicon film (first gate electrode material), 15...
Ceramic silicon l (oxidation resistance II), 16... Polycrystalline silicon film (oxidizable film), 17.2)... Photoresist pattern, 18... Thermal oxide film, 19... Second gate oxide film, 20...polycrystalline silicon film (second gel
-1M[31>, 22°°°7°-7"/'
j'j-1-. 23...Controller Lugut, 24...Thermal oxide film, 25.26...N+ type source, drain region, 27
... Passivation film, 28... Wiring. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 1

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に順次積層して形成された第1のゲ
ート絶縁膜、第1のゲート電極、第2のゲート絶縁膜及
び第2のゲート電極と、これらの積層体の両側方の基板
表面に形成された基板と逆導電型の不純物領域とを有す
る半導体装置を製造するにあたり、半導体基板上に第1
のゲート絶縁膜を介して第1のゲート電極材料を堆積す
る工程と、該第1のゲート電極材料上に耐酸化性膜及び
被酸化性膜を順次堆積する工程と、該被酸化性膜の一部
を選択的にエッチングして分離する工程と、分離された
被酸化性膜を酸化して酸化膜に変換し、その体積を膨張
させる工程と、該酸化膜をマスクとして前記耐酸化性膜
をエッチングする工程と、前記酸化膜を除去した後、前
記耐酸化性膜をマスクとして前記第1のゲート電極材料
をエッチングする工程とを具備したことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
(1) A first gate insulating film, a first gate electrode, a second gate insulating film, and a second gate electrode that are sequentially stacked on a semiconductor substrate, and substrates on both sides of the stacked structure. In manufacturing a semiconductor device having a substrate and an impurity region of opposite conductivity type formed on the surface, a first layer is formed on the semiconductor substrate.
a step of depositing a first gate electrode material through a gate insulating film; a step of sequentially depositing an oxidation-resistant film and an oxidizable film on the first gate electrode material; a step of selectively etching and separating a part; a step of oxidizing the separated oxidizable film to convert it into an oxide film and expanding its volume; and using the oxide film as a mask, the oxidation-resistant film and, after removing the oxide film, etching the first gate electrode material using the oxidation-resistant film as a mask.
(2)被酸化性膜、耐酸化性膜及び第1のゲート電極材
料を反応性イオンによりエッチングすることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
(2) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxidizable film, the oxidation-resistant film, and the first gate electrode material are etched using reactive ions.
(3)第1のゲート電極がEPROMあるいはE^2P
ROMのフローティングゲートであることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
(3) The first gate electrode is EPROM or E^2P
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a floating gate of a ROM.
JP59172730A 1984-08-20 1984-08-20 Manufacturing method of semiconductor device Pending JPS6150370A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2634318A1 (en) * 1988-07-13 1990-01-19 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR MANUFACTURING INTEGRATED MEMORY CELL
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