JP2019068067A - Semiconductor memory element - Google Patents

Semiconductor memory element Download PDF

Info

Publication number
JP2019068067A
JP2019068067A JP2018178932A JP2018178932A JP2019068067A JP 2019068067 A JP2019068067 A JP 2019068067A JP 2018178932 A JP2018178932 A JP 2018178932A JP 2018178932 A JP2018178932 A JP 2018178932A JP 2019068067 A JP2019068067 A JP 2019068067A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
memory device
semiconductor memory
semiconductor
conductive line
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.)
Granted
Application number
JP2018178932A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7311254B2 (en
Inventor
金 志永
Ji-Young Kim
志永 金
基碩 李
Kiseok Lee
基碩 李
奉秀 金
Bong Soo Kim
奉秀 金
俊秀 金
Jun-Soo Kim
俊秀 金
東秀 禹
Dongsoo Woo
東秀 禹
圭弼 李
Kyu-Pil Lee
圭弼 李
亨善 洪
Hyeong-Sun Hong
亨善 洪
有商 黄
Yusho Ko
有商 黄
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.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
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 Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2019068067A publication Critical patent/JP2019068067A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7311254B2 publication Critical patent/JP7311254B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H10B41/20Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • 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
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/40Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region

Abstract

To provide a three-dimensional semiconductor memory element in which an integration degree is improved.SOLUTION: A semiconductor memory element includes multiple memory cell transistors laminated on a substrate in a vertical direction, a first conductive line to be connected with a source of at least one memory cell transistor, a second conductive line to be connected with a gate of the memory cell transistor, and a capacitor connected with a drain of at least one memory cell transistor. The capacitor includes a first electrode extending from the drain horizontally in a first direction parallel with a top face of the substrate. One of the first and second conductive lines is extended horizontally in a second direction intersecting with the first direction, and the other of the first and second conductive lines is extended vertically in a third direction perpendicular to the top face of the substrate.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は半導体素子に係り、さらに詳細には集積度が向上された3次元半導体メモリ素子に係る。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a three-dimensional semiconductor memory device with improved integration.

消費者が要求する優れた性能及び低廉な価額を充足させるために半導体素子の集積度を増加させることが要求されている。半導体素子の場合、その集積度は製品の価額を決定する重要な要因であるので、特に増加された集積度が要求されている。従来の2次元又は平面的な半導体素子の場合、その集積度は単位メモリセルが占有する面積によって主に決定されるので、微細パターン形成技術の水準に大きく影響を受ける。しかし、パターンの微細化のためには超高価の装備を必要とするので、2次元半導体素子の集積度は増加しているが、相変わらず制限的である。したがって、3次元的に配列されるメモリセルを具備する3次元半導体メモリ素子が提案されている。   There is a need to increase the degree of integration of semiconductor devices in order to satisfy the superior performance and inexpensive price demanded by consumers. In the case of semiconductor devices, the degree of integration is an important factor in determining the value of a product, so an increased degree of integration is particularly required. In the case of a conventional two-dimensional or planar semiconductor device, the degree of integration thereof is mainly determined by the area occupied by unit memory cells, and thus is greatly influenced by the level of fine patterning technology. However, since an extremely expensive equipment is required to miniaturize the pattern, the degree of integration of the two-dimensional semiconductor device is increasing, but it is still restrictive. Therefore, a three-dimensional semiconductor memory device having memory cells arranged three-dimensionally has been proposed.

米国特許第7,781,773号公報U.S. Patent No. 7,781,773 米国特許第8,207,032号公報U.S. Pat. No. 8,207,032 米国特許第8,441,053号公報U.S. Patent No. 8,441,053 米国特許第8,780,602号公報U.S. Patent No. 8,780,602 米国特許第9,514,792号公報U.S. Patent No. 9,514,792 米国特許第9,887,199号公報U.S. Patent No. 9,887,199 米国特許出願公開第2010/0308390号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2010/0308390 米国特許出願公開第2014/0008711号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2014/0008711 米国特許出願公開第2016/0064079号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2016/0064079 米国特許出願公開第2017/0053906号明細書US Patent Application Publication No. 2017/0053906

本発明が解決しようとする課題は集積度が向上された3次元半導体メモリ素子を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device with an increased degree of integration.

本発明の概念に係る半導体メモリ素子は、基板上に垂直方向に積層された複数のメモリセルトランジスタと、少なくとも1つの前記メモリセルトランジスタのソースと連結される第1導電ラインと、前記メモリセルトランジスタのゲートと連結される第2導電ラインと、前記少なくとも1つのメモリセルトランジスタのドレインに連結されたキャパシターと、を含むことができる。前記キャパシターは、前記ドレインから前記基板の上面と平行である第1方向に水平に延長される第1電極を含み、前記第1及び第2導電ラインのうちの1つは、前記第1方向と交差する第2方向に水平に延長され、前記第1及び第2導電ラインのうちの他の1つは、前記基板の上面と垂直になる第3方向に、垂直に延長されることができる。   A semiconductor memory device according to the concept of the present invention comprises a plurality of memory cell transistors vertically stacked on a substrate, a first conductive line connected to a source of at least one of the memory cell transistors, and the memory cell transistor And a capacitor connected to the drain of the at least one memory cell transistor. The capacitor may include a first electrode extending horizontally from the drain in a first direction parallel to the top surface of the substrate, and one of the first and second conductive lines may be formed in the first direction and the first direction. The first electrode may extend horizontally in a second intersecting direction, and the other one of the first and second conductive lines may extend vertically in a third direction perpendicular to the top surface of the substrate.

本発明の他の概念に係る半導体メモリ素子は、基板上に互いに離隔されて垂直方向に積層された複数の構造体を含むことができる。各々の前記構造体は、第1不純物領域、チャネル領域及び第2不純物領域を有する半導体パターンと、前記第2不純物領域に連結された、キャパシターの第1電極と、を含み、各々の前記構造体は、前記基板の上面と平行である第1方向に水平に延長されることができる。   A semiconductor memory device according to another aspect of the present invention may include a plurality of structures vertically spaced from one another and vertically stacked on a substrate. Each of the structures includes a semiconductor pattern having a first impurity region, a channel region, and a second impurity region, and a first electrode of a capacitor connected to the second impurity region, each of the structures May be horizontally extended in a first direction parallel to the top surface of the substrate.

本発明のその他の概念に係る半導体メモリ素子は、基板上に垂直方向に積層された複数の層を有する積層構造体と、前記積層構造体を貫通し、前記基板の上面に垂直に延長される第1導電ラインと、を含むことができる。前記積層構造体の前記層の各々は、前記基板の上面に平行である第1方向に水平に延長される第1延長部と、前記第1延長部から前記第1方向と交差する第2方向に水平に延長される第2延長部と、を含み、前記第1延長部は第2導電ラインを含み、前記第2延長部は、半導体パターン及び前記半導体パターンに連結された第1電極を含み、前記半導体パターンは前記第2導電ラインと前記第1電極との間に介在され、前記第1導電ラインは前記半導体パターンを囲むことができる。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device comprising: a stacked structure having a plurality of layers stacked vertically on a substrate; and extending vertically through the stacked structure through the stacked structure. And a first conductive line. Each of the layers of the stacked structure has a first extension extending horizontally in a first direction parallel to the upper surface of the substrate, and a second direction intersecting the first direction from the first extension. And a second extension extending horizontally, wherein the first extension includes a second conductive line, and the second extension includes a semiconductor pattern and a first electrode connected to the semiconductor pattern. The semiconductor pattern may be interposed between the second conductive line and the first electrode, and the first conductive line may surround the semiconductor pattern.

本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子はメモリセルトランジスタ及びキャパシターが3次元的に基板上に積層されることができる。したがって、メモリ素子の集積度を向上させることができる。   A memory cell transistor and a capacitor may be three-dimensionally stacked on a substrate in a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Therefore, the integration degree of the memory device can be improved.

本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子のセルアレイを示す簡略回路図である。1 is a simplified circuit diagram of a cell array of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。1 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 図2のM領域を示す断面図である。It is sectional drawing which shows M area | region of FIG. 図2のN領域を示す断面図である。It is sectional drawing which shows N area | region of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を説明するためのものであって、図2のM領域を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an M region of FIG. 2, for explaining a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。1 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 図5のM領域を示す断面図である。It is sectional drawing which shows M area | region of FIG. 図5のN領域を示す断面図である。It is sectional drawing which shows N area | region of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。1 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 図7のM領域を示す断面図である。It is sectional drawing which shows M area | region of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。1 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す平面図である。1 is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 図10のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the A-A 'line | wire of FIG. 図10のB−B’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the B-B 'line | wire of FIG. 図10のC−C’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the C-C 'line | wire of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。1 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図13のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the A-A 'line | wire of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図15のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the A-A 'line | wire of FIG. 図15のB−B’線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the B-B 'line | wire of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図17のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 図17のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図19のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 図19のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 図19のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図21のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the A-A 'line | wire of FIG. 図21のB−B’線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the B-B 'line | wire of FIG. 図21のC−C’線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the C-C 'line | wire of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図23のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 図23のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 図23のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図25のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of FIG. 25 taken along the line A-A ′. 図25のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 25. 図25のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 25. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図27のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 図27のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 図27のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図29のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 29. 図29のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 29. 図29のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG. 29. 本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 図31のA−A’線に沿う断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 図31のB−B’線に沿う断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 31. 図31のC−C’線に沿う断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ of FIG.

図1は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子のセルアレイを示す簡略回路図である。図1を参照すれば、本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子のセルアレイは複数のサブセルアレイSCAを含む。サブセルアレイSCAは第2方向D2に沿って配列される。   FIG. 1 is a simplified circuit diagram showing a cell array of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a cell array of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sub cell arrays SCA. The sub cell array SCA is arranged along the second direction D2.

各々のサブセルアレイSCAは複数のビットラインBL、複数のワードラインWL、及び複数のメモリセルトランジスタMCTを含む。1つのワードラインWLと1つのビットラインBLとの間に1つのメモリセルトランジスタMCTが配置される。   Each sub cell array SCA includes a plurality of bit lines BL, a plurality of word lines WL, and a plurality of memory cell transistors MCT. One memory cell transistor MCT is disposed between one word line WL and one bit line BL.

ビットラインBLは基板から離隔されて、前記基板上に配置される導電性パターン(例えば、金属ライン)である。ビットラインBLは第1方向D1に延長される。1つのサブセルアレイSCA内のビットラインBLは垂直になる方向(即ち、第3方向D3)に互いに離隔される。   The bit line BL is a conductive pattern (e.g., metal line) spaced apart from the substrate and disposed on the substrate. The bit line BL is extended in the first direction D1. The bit lines BL in one sub cell array SCA are spaced apart from each other in the vertical direction (ie, the third direction D3).

ワードラインWLは基板から垂直になる方向(即ち、第3方向D3)に延長される導電性パターン(例えば、金属ライン)である。1つのサブセルアレイSCA内のワードラインWLは第1方向D1に互いに離隔される。   The word lines WL are conductive patterns (e.g., metal lines) extending in a direction perpendicular to the substrate (i.e., the third direction D3). Word lines WL in one sub cell array SCA are spaced apart from each other in the first direction D1.

メモリセルトランジスタMCTのゲートはワードラインWLに連結され、メモリセルトランジスタMCTのソースはビットラインBLに連結される。各々のメモリセルトランジスタMCTはキャパシターDSを含む。例えば、メモリセルトランジスタMCTのドレインはキャパシターDSに連結される。   A gate of the memory cell transistor MCT is connected to a word line WL, and a source of the memory cell transistor MCT is connected to a bit line BL. Each memory cell transistor MCT includes a capacitor DS. For example, the drain of the memory cell transistor MCT is coupled to the capacitor DS.

図2は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。図3Aは図2のM領域を示す断面図である。図3Bは図2のN領域を示す断面図である。   FIG. 2 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view showing a region M of FIG. FIG. 3B is a cross-sectional view showing the N region of FIG.

図1、図2、図3A、及び図3Bを参照すれば、図1を参照して説明した複数のサブセルアレイSCAのうちの1つが基板100上に提供されている。基板100はシリコン基板、ゲルマニウム基板、又はシリコン−ゲルマニウム基板である。   Referring to FIGS. 1, 2, 3 A, and 3 B, one of the plurality of sub cell arrays SCA described with reference to FIG. 1 is provided on the substrate 100. The substrate 100 is a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon-germanium substrate.

具体的に、基板100上に第1乃至第3層L1、L2、L3を含む積層構造体SSが提供される。積層構造体SSの第1乃至第3層L1、L2、L3は垂直になる方向(即ち、第3方向D3)に互いに離隔されて積層される。第1乃至第3層L1、L2、L3の各々は、複数の半導体パターンSP、複数の第1電極EL1、及び第1導電ラインCL1を含む。   Specifically, a stacked structure SS including the first to third layers L1, L2 and L3 is provided on the substrate 100. The first to third layers L1, L2 and L3 of the stacked structure SS are separated from each other in the vertical direction (ie, the third direction D3) and stacked. Each of the first to third layers L1, L2 and L3 includes a plurality of semiconductor patterns SP, a plurality of first electrodes EL1, and a first conductive line CL1.

半導体パターンSPは、第1導電ラインCL1から第2方向D2に延長されるライン形状、バー(bar)形状、又は柱形状を有する。一例として、半導体パターンSPはシリコン、ゲルマニウム、又はシリコン−ゲルマニウムを含む。各々の半導体パターンSPはチャネル領域CH、第1不純物領域SD1、及び第2不純物領域SD2を含む。   The semiconductor pattern SP may have a line shape, a bar shape, or a pillar shape extending in the second direction D2 from the first conductive line CL1. As one example, the semiconductor pattern SP includes silicon, germanium or silicon-germanium. Each semiconductor pattern SP includes a channel region CH, a first impurity region SD1, and a second impurity region SD2.

チャネル領域CHは第1及び第2不純物領域SD1、SD2の間に介在される。チャネル領域CHは図1を参照して説明したメモリセルトランジスタMCTのチャネルに該当される。第1及び第2不純物領域SD1、SD2は図1を参照して説明したメモリセルトランジスタMCTのソース及びドレインに該当される。第1及び第2不純物領域SD1、SD2は半導体パターンSPに不純物がドーピングされた領域である。したがって、第1及び第2不純物領域SD1、SD2はn型又はp型の導電型を有する。   The channel region CH is interposed between the first and second impurity regions SD1 and SD2. The channel region CH corresponds to the channel of the memory cell transistor MCT described with reference to FIG. The first and second impurity regions SD1 and SD2 correspond to the source and drain of the memory cell transistor MCT described with reference to FIG. The first and second impurity regions SD1 and SD2 are regions where the semiconductor pattern SP is doped with an impurity. Therefore, the first and second impurity regions SD1 and SD2 have n-type or p-type conductivity.

半導体パターンSPの一端に第1電極EL1が各々連結される。再び言えば、半導体パターンSPの第2不純物領域SD2に第1電極EL1が各々連結される。第1電極EL1は、半導体パターンSPから水平に第2方向D2に延長される。第1電極EL1はライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。   The first electrode EL1 is connected to one end of the semiconductor pattern SP. Again, the first electrode EL1 is connected to the second impurity region SD2 of the semiconductor pattern SP. The first electrode EL1 extends horizontally in the second direction D2 from the semiconductor pattern SP. The first electrode EL1 has a line shape, a bar shape, or a pillar shape.

第1電極EL1の各々の一端は半導体パターンSPの第2不純物領域SD2に連結され、第1電極EL1の各々の他端は支持膜SUPと連結される。第1電極EL1の各々の前記一端と前記他端とを継ぐ仮想の線が定義される。前記仮想の線は基板100の上面に平行に延長される。前記仮想の線は第2方向D2と平行である。   One end of each of the first electrodes EL1 is connected to the second impurity region SD2 of the semiconductor pattern SP, and the other end of each of the first electrodes EL1 is connected to the support film SUP. An imaginary line connecting the one end and the other end of each of the first electrodes EL1 is defined. The imaginary lines extend parallel to the top surface of the substrate 100. The imaginary line is parallel to the second direction D2.

支持膜SUPは第1電極EL1を物理的に支持して、第1電極EL1が曲がらないようにする。支持膜SUPは複数の第1電極EL1と共通に連結する。支持膜SUPは絶縁物質を含み、前記絶縁物質はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つである。   The support film SUP physically supports the first electrode EL1 to prevent the first electrode EL1 from bending. The support film SUP is commonly connected to the plurality of first electrodes EL1. The support film SUP includes an insulating material, and the insulating material is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

第1導電ラインCL1は第1方向D1に延長されるライン形状又はバー形状を有する。第1導電ラインCL1は第3方向D3に沿って互いに離隔されて積層される。第1導電ラインCL1は導電物質を含む。一例として、前記導電物質はドーピングされた半導体物質(ドーピングされたシリコン、ドーピングされたゲルマニウム等)、導電性金属窒化膜(窒化チタニウム、窒化タンタル等)、金属(タングステン、チタニウム、タンタル等)、及び金属−半導体化合物(タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、チタニウムシリサイド等)のうちのいずれか1つである。第1導電ラインCL1は図1を参照して説明したビットラインBLである。   The first conductive line CL1 has a line shape or a bar shape extended in the first direction D1. The first conductive lines CL1 are stacked apart from each other along the third direction D3. The first conductive line CL1 includes a conductive material. For example, the conductive material may be a doped semiconductor material (such as doped silicon or doped germanium), a conductive metal nitride film (such as titanium nitride or tantalum nitride), a metal (such as tungsten, titanium or tantalum), Any one of metal-semiconductor compounds (tungsten silicide, cobalt silicide, titanium silicide, etc.). The first conductive line CL1 is the bit line BL described with reference to FIG.

第1乃至第3層L1、L2、L3のうち代表的に第1層L1に関して詳細に説明する。第1層L1の半導体パターンSPは第1方向D1に互いに離隔されて配列される。第1層L1の半導体パターンSPは互いに同一な第1レベルに位置する。第1層L1の第1導電ラインCL1は、第1層L1の半導体パターンSPの第1不純物領域SD1と連結される。再び言えば、第1層L1の第1導電ラインCL1は第1不純物領域SD1と連結し、第1方向D1に延長される。一例として、第1導電ラインCL1は半導体パターンSPが位置する前記第1レベルに位置する。   Of the first to third layers L1, L2 and L3, the first layer L1 will be representatively described in detail. The semiconductor patterns SP of the first layer L1 may be spaced apart from each other in the first direction D1. The semiconductor patterns SP of the first layer L1 are located at the same first level. The first conductive line CL1 of the first layer L1 is connected to the first impurity region SD1 of the semiconductor pattern SP of the first layer L1. Again, the first conductive line CL1 of the first layer L1 is connected to the first impurity region SD1 and extended in the first direction D1. As an example, the first conductive line CL1 is located at the first level where the semiconductor pattern SP is located.

第1層L1の第1電極EL1は第1層L1の半導体パターンSPから水平に第2方向D2に延長される。第1層L1の第1電極EL1は第1方向D1に互いに離隔されて配列される。第1層L1の第1電極EL1は互いに同一な前記第1レベルに位置する。第1電極EL1は導電物質を含み、前記導電物質はドーピングされた半導体物質、導電性金属窒化膜、金属、及び金属−半導体化合物のうちのいずれか1つである。第1電極EL1は第1導電ラインCL1と実質的に同一な物質を含む。   The first electrode EL1 of the first layer L1 extends horizontally in the second direction D2 from the semiconductor pattern SP of the first layer L1. The first electrodes EL1 of the first layer L1 may be spaced apart from each other in the first direction D1. The first electrodes EL1 of the first layer L1 are located at the same first level. The first electrode EL1 includes a conductive material, and the conductive material is any one of a doped semiconductor material, a conductive metal nitride film, a metal, and a metal-semiconductor compound. The first electrode EL1 may include substantially the same material as the first conductive line CL1.

第2層L2及び第3層L3に関する具体的な説明は先に説明した第1層L1と実質的に同一である。第2層L2の第1導電ラインCL1、半導体パターンSP、及び第1電極EL1は前記第1レベルより高い第2レベルに位置する。第3層L3の第1導電ラインCL1、半導体パターンSP、及び第1電極EL1は前記第2レベルより高い第3レベルに位置する。   The specific description of the second layer L2 and the third layer L3 is substantially the same as the first layer L1 described above. The first conductive line CL1, the semiconductor pattern SP, and the first electrode EL1 of the second layer L2 may be located at a second level higher than the first level. The first conductive line CL1, the semiconductor pattern SP, and the first electrode EL1 of the third layer L3 are positioned at a third level higher than the second level.

図3Aを再び参照すれば、積層構造体SSの第1電極EL1の表面を覆う誘電膜DLが提供される。誘電膜DLは第1電極EL1の表面上で均一な厚さを有する。例えば、誘電膜DLはハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、ランタン酸化物、タンタル酸化物、及びチタニウム酸化物のような金属酸化物及びSrTiO(STO)、(Ba、Sr)TiO(BST)、BaTiO、PZT、PLZTのようなペロブスカイト(perovskite)構造の誘電物質のうちの少なくとも1つを含む。 Referring again to FIG. 3A, a dielectric film DL covering the surface of the first electrode EL1 of the stacked structure SS is provided. The dielectric film DL has a uniform thickness on the surface of the first electrode EL1. For example, the dielectric film DL may be a metal oxide such as hafnium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide, and SrTiO 3 (STO), (Ba, Sr) TiO 3 (BST), BaTiO 3 , PZT, at least one of dielectric materials having a perovskite structure such as PLZT.

誘電膜DL上に第2電極EL2が提供される。第2電極EL2は第1電極EL1を囲む。第2電極EL2は導電物質を含み、前記導電物質はドーピングされた半導体物質、導電性金属窒化膜、金属、及び金属−半導体化合物のうちのいずれか1つである。各々の第1電極EL1、誘電膜DL、及び第2電極EL2はキャパシターDSを構成する。キャパシターDSはデータを格納するメモリ要素である。   A second electrode EL2 is provided on the dielectric film DL. The second electrode EL2 surrounds the first electrode EL1. The second electrode EL2 includes a conductive material, and the conductive material is any one of a doped semiconductor material, a conductive metal nitride film, a metal, and a metal-semiconductor compound. Each of the first electrode EL1, the dielectric film DL, and the second electrode EL2 constitutes a capacitor DS. The capacitor DS is a memory element for storing data.

図1、図2、図3A、及び図3Bを再び参照すれば、基板100上に、積層構造体SSを貫通する第2導電ラインCL2が提供される。第2導電ラインCL2は第3方向D3に延長されるライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。第2導電ラインCL2は第1方向D1に互いに離隔されて配列される。   Referring again to FIGS. 1, 2, 3 A, and 3 B, a second conductive line CL 2 penetrating the stacked structure SS is provided on the substrate 100. The second conductive line CL2 has a line shape, a bar shape, or a column shape extended in the third direction D3. The second conductive lines CL2 may be spaced apart from each other in the first direction D1.

各々の第2導電ラインCL2は垂直方向に積層された半導体パターンSPを囲み、垂直に延長される。第2導電ラインCL2は半導体パターンSPの上面、底面、及び両側壁を覆う(図3B参照)。第2導電ラインCL2と半導体パターンSPとの間にはゲート絶縁膜GIが介在される。再び言えば、本発明の実施形態に係るメモリセルトランジスタMCTはゲート−オール−アラウンド(Gate All Around)トランジスタである。   Each second conductive line CL2 surrounds and vertically extends the vertically stacked semiconductor patterns SP. The second conductive line CL2 covers the top, bottom, and both sidewalls of the semiconductor pattern SP (see FIG. 3B). The gate insulating film GI is interposed between the second conductive line CL2 and the semiconductor pattern SP. Again, the memory cell transistor MCT according to the embodiment of the present invention is a gate all around transistor.

ゲート絶縁膜GIはhigh−k誘電膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちの選択された1つの単一膜又はこれらの組み合わせを含む。一例として、前記high−k誘電膜はハフニウム酸化物、ハフニウムシリコン酸化物、ランタン酸化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウムシリコン酸化物、タンタル酸化物、チタニウム酸化物、バリウムストロンチウムチタニウム酸化物、バリウムチタニウム酸化物、ストロンチウムチタニウム酸化物、リチウム酸化物、アルミニウム酸化物、鉛スカンジウムタンタル酸化物、及び鉛亜鉛ニオブ酸塩のうちの少なくとも1つを含む。   The gate insulating film GI includes a single selected film of a high-k dielectric film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, or a combination thereof. For example, the high-k dielectric film may be hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide And at least one of strontium titanium oxide, lithium oxide, aluminum oxide, lead scandium tantalum oxide, and lead zinc niobate.

一例として、いずれか1つの第2導電ラインCL2は、第1層L1の半導体パターンSPのうちの第1番目の半導体パターンSP、第2層L2の半導体パターンSPのうちの第1番目の半導体パターンSP、及び第3層L3の半導体パターンSPのうちの第1番目の半導体パターンSPを囲む。他の1つの第2導電ラインCL2は、第1層L1の半導体パターンSPのうちの第2番目の半導体パターンSP、第2層L2の半導体パターンSPのうちの第2番目の半導体パターンSP、及び第3層L3の半導体パターンSPのうちの第2番目の半導体パターンSPを囲む。   As one example, one of the second conductive lines CL2 may be a first semiconductor pattern SP of the semiconductor patterns SP of the first layer L1 and a first semiconductor pattern of the semiconductor patterns SP of the second layer L2. It surrounds the first semiconductor pattern SP among the semiconductor patterns SP of the SP and the third layer L3. Another second conductive line CL2 is a second semiconductor pattern SP of the semiconductor patterns SP of the first layer L1, a second semiconductor pattern SP of the semiconductor patterns SP of the second layer L2, and The second semiconductor pattern SP of the semiconductor patterns SP in the third layer L3 is surrounded.

第2導電ラインCL2は導電物質を含み、前記導電物質はドーピングされた半導体物質、導電性金属窒化膜、金属及び金属−半導体化合物のうちのいずれか1つである。第2導電ラインCL2は図1を参照して説明したワードラインWLである。   The second conductive line CL2 includes a conductive material, and the conductive material is any one of a doped semiconductor material, a conductive metal nitride film, a metal and a metal-semiconductor compound. The second conductive line CL2 is the word line WL described with reference to FIG.

第1層L1の第1番目の半導体パターンSP及び第1番目の第1電極EL1は第1構造体を構成する。第2層L2の第1番目の半導体パターンSP及び第1番目の第1電極EL1は第2構造体を構成する。第3層L3の第1番目の半導体パターンSP及び第1番目の第1電極EL1は第3構造体を構成する。前記第1乃至第3構造体は互いに離隔されて垂直方向に積層される。前記第1乃至第3構造体は垂直方向に重なり合う。前記第1乃至第3構造体の各々は第2方向D2に水平方向に延長されるライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。1つの第2導電ラインCL2が前記第1乃至第3構造体の半導体パターンSPを囲む。   The first semiconductor pattern SP and the first first electrode EL1 of the first layer L1 constitute a first structure. The first semiconductor pattern SP and the first first electrode EL1 of the second layer L2 constitute a second structure. The first semiconductor pattern SP and the first first electrode EL1 of the third layer L3 constitute a third structure. The first to third structures are vertically spaced apart from each other. The first to third structures overlap in the vertical direction. Each of the first to third structures has a line shape, a bar shape, or a column shape extending in the second direction D2. One second conductive line CL2 surrounds the semiconductor pattern SP of the first to third structures.

図示しなかったが、積層構造体SS内の空いた空間は絶縁物質で満たされる。例えば、前記絶縁物質はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちの少なくとも1つを含む。   Although not shown, the open space in the stacked structure SS is filled with an insulating material. For example, the insulating material includes at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子は、基板100上に3次元的に積層されたメモリセルトランジスタMCT及びこれらに各々連結されて水平方向に延長される第1電極EL1(即ち、キャパシターDS)を含む。したがって、従来基板上に2次元的に配列されたメモリセルトランジスタ及びこれらに各々連結されて垂直方向に延長される第1電極(即ち、キャパシター)を含むメモリ素子と比較して、素子の集積度を向上させることができる。   A three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a memory cell transistor MCT three-dimensionally stacked on a substrate 100 and a first electrode EL1 (i.e., a capacitor) connected to them and horizontally extended. Including DS). Therefore, the degree of integration of elements as compared with a memory element including memory cell transistors arranged in a two-dimensional manner on a conventional substrate and a first electrode (i.e., a capacitor) connected to them and extending in the vertical direction. Can be improved.

図4は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を説明するためのものであって、図2のM領域を示す断面図である。本実施形態では、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明したことと重複する技術的な特徴に対する詳細な説明は省略し、差異点に対して詳細に説明する。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an M region of FIG. 2 for explaining a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, detailed description of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B will be omitted, and differences will be described in detail. .

図1、図2、図3B、及び図4を参照すれば、各々の第1電極EL1は半導体柱SPI及び半導体柱SPIの表面を囲む導電膜TMLを含む。導電膜TMLは半導体柱SPIの表面をコンフォーマルに覆う。導電膜TMLの上には誘電膜DLが提供される。   Referring to FIGS. 1, 2, 3 </ b> B and 4, each first electrode EL <b> 1 includes a semiconductor pillar SPI and a conductive film TML surrounding the surface of the semiconductor pillar SPI. The conductive film TML conformally covers the surface of the semiconductor pillar SPI. A dielectric film DL is provided on the conductive film TML.

半導体柱SPIは、半導体パターンSPから水平に第2方向D2に延長される柱形状を有する。半導体柱SPIは半導体パターンSPと一体に連結される。半導体柱SPIは半導体パターンSPと同一な半導体物質を含む。一例として、半導体柱SPIはドーピングされた半導体を含む。導電膜TMLは導電性金属窒化膜、金属、及び金属−半導体化合物のうちのいずれか1つを含む。   The semiconductor pillar SPI has a pillar shape horizontally extended from the semiconductor pattern SP in the second direction D2. The semiconductor pillar SPI is integrally connected to the semiconductor pattern SP. The semiconductor pillar SPI includes the same semiconductor material as the semiconductor pattern SP. As one example, the semiconductor pillar SPI includes a doped semiconductor. The conductive film TML contains any one of a conductive metal nitride film, a metal, and a metal-semiconductor compound.

図5は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。図6Aは図5のM領域を示す断面図である。図6Bは図5のN領域を示す断面図である。本実施形態では、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明したことと重複する技術的な特徴に対する詳細な説明は省略し、差異点に対して詳細に説明する。   FIG. 5 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view showing a region M of FIG. FIG. 6B is a cross-sectional view showing the N region of FIG. In the present embodiment, detailed description of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B will be omitted, and differences will be described in detail. .

図1、図5、図6A、及び図6Bを参照すれば、基板100上に、積層構造体SSを貫通するバックゲートラインBGが提供される。バックゲートラインBGは第3方向D3に延長されるライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。バックゲートラインBGは第1方向D1に互いに離隔されて配列される。   Referring to FIGS. 1, 5, 6 </ b> A, and 6 </ b> B, back gate lines BG may be provided on the substrate 100 through the stacked structure SS. The back gate line BG has a line shape, a bar shape, or a pillar shape extended in the third direction D3. The back gate lines BG are spaced apart from each other in the first direction D1.

各々のバックゲートラインBG及びそれと隣接する第2導電ラインCL2は互いに第2方向D2に離隔されて配列される。バックゲートラインBG及びそれと隣接する第2導電ラインCL2は半導体パターンSPを囲む。バックゲートラインBGは半導体パターンSPの上面、底面、及び両側壁を覆う(図6B参照)。   Each back gate line BG and the second conductive line CL2 adjacent thereto are spaced apart from each other in the second direction D2. The back gate line BG and the second conductive line CL2 adjacent thereto surround the semiconductor pattern SP. The back gate line BG covers the top, bottom, and both sidewalls of the semiconductor pattern SP (see FIG. 6B).

第2導電ラインCL2と半導体パターンSPとの間には第1ゲート絶縁膜GI1が介在され、バックゲートラインBGと半導体パターンSPとの間には第2ゲート絶縁膜GI2が介在される。第2ゲート絶縁膜GI2はhigh−k誘電膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちの選択された1つの単一膜又はこれらの組み合わせを含む。   A first gate insulating film GI1 is interposed between the second conductive line CL2 and the semiconductor pattern SP, and a second gate insulating film GI2 is interposed between the back gate line BG and the semiconductor pattern SP. The second gate insulating film GI2 includes one selected single film of the high-k dielectric film, the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the silicon oxynitride film, or a combination thereof.

例えば、メモリセルトランジスタMCTがNMOSである場合、チャネルである半導体パターンSP内に正孔が蓄積される。バックゲートラインBGは、半導体パターンSP内に蓄積された正孔が第1導電ラインCL1を通じて排出されるように誘導する。したがって、メモリセルトランジスタMCTの電気的特性を安定化させることができる。   For example, when the memory cell transistor MCT is an NMOS, holes are accumulated in the semiconductor pattern SP which is a channel. The back gate line BG may induce holes stored in the semiconductor pattern SP to be discharged through the first conductive line CL1. Therefore, the electrical characteristics of memory cell transistor MCT can be stabilized.

図7は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。図8は図7のM領域を示す断面図である。本実施形態では、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明したことと重複する技術的な特徴に対する詳細な説明は省略し、差異点に対して詳細に説明する。   FIG. 7 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a region M of FIG. In the present embodiment, detailed description of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B will be omitted, and differences will be described in detail. .

図1、図7、及び図8を参照すれば、基板100上に第1支持膜SUP1及び第2支持膜SUP2が提供される。第1及び第2支持膜SUP1、SUP2は、積層構造体SSの第1電極EL1と連結されて、これらを物理的に支持する。第1支持膜SUP1は第1電極EL1の他端に連結され、第2支持膜SUP2は第1電極EL1の一端と前記他端との間の一部分と連結される。第1及び第2支持膜SUP1、SUP2は、各々独立的に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。   Referring to FIGS. 1, 7 and 8, a first support film SUP <b> 1 and a second support film SUP <b> 2 are provided on the substrate 100. The first and second support films SUP1 and SUP2 are connected to the first electrode EL1 of the multilayer structure SS to physically support them. The first support film SUP1 is connected to the other end of the first electrode EL1, and the second support film SUP2 is connected to a part between one end of the first electrode EL1 and the other end. The first and second support films SUP1 and SUP2 each independently include any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

図9は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。本実施形態では、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明したことと重複する技術的な特徴に対する詳細な説明は省略し、差異点に対して詳細に説明する。   FIG. 9 is a perspective view of a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, detailed description of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B will be omitted, and differences will be described in detail. .

図9を参照すれば、第1導電ラインCL1は第3方向D3に延長されるライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。第1導電ラインCL1は垂直方向に積層された半導体パターンSPを連結し、垂直方向に延長される。第2導電ラインCL2は第1方向D1に延長されるライン形状、バー形状、又は柱形状を有する。いずれか1つの第2導電ラインCL2は、いずれか1つの層L1、L2、L3の水平方向に配列された半導体パターンSPを囲み、水平方向に延長される。   Referring to FIG. 9, the first conductive line CL1 has a line shape, a bar shape, or a column shape extended in the third direction D3. The first conductive lines CL1 connect the semiconductor patterns SP stacked in the vertical direction and extend in the vertical direction. The second conductive line CL2 has a line shape, a bar shape, or a column shape extended in the first direction D1. The one second conductive line CL2 extends in the horizontal direction so as to surround the semiconductor pattern SP arranged in the horizontal direction in any one of the layers L1, L2, and L3.

本実施形態に係る半導体メモリ素子は、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明した半導体メモリ素子と異なり、ビットラインBL(即ち、第1導電ラインCL1)が垂直方向に延長され、ワードラインWL(即ち、第2導電ラインCL2)が水平方向に延長される。一方、本実施形態に係る半導体メモリ素子の半導体パターンSP及び第1電極EL1は、第1導電ラインCL1から水平に第2方向D2に延長される。   The semiconductor memory device according to the present embodiment differs from the semiconductor memory device described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B in that the bit line BL (ie, the first conductive line CL1) is vertical. The word lines WL (i.e., the second conductive lines CL2) are horizontally extended. On the other hand, the semiconductor pattern SP and the first electrode EL1 of the semiconductor memory device according to the present embodiment are horizontally extended from the first conductive line CL1 in the second direction D2.

図10は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す平面図である。図11A乃至図11Cは各々図10のA−A’線、B−B’線、及びC−C’線に沿う断面図である。図12は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子を示す斜視図である。本実施形態では、先に図1、図2、図3A、及び図3Bを参照して説明したことと重複する技術的な特徴に対する詳細な説明は省略し、差異点に対して詳細に説明する。   FIG. 10 is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. 11A to 11C are cross-sectional views taken along the lines A-A ', B-B' and C-C 'of FIG. 10, respectively. FIG. 12 is a perspective view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, detailed description of technical features overlapping with those described above with reference to FIGS. 1, 2, 3A, and 3B will be omitted, and differences will be described in detail. .

図10、図11A乃至図11C、及び図12を参照すれば、基板100上に積層構造体SSが提供される。積層構造体SSは、基板100上に順次的に積層された第1乃至第4層L1、L2、L3、L4を含む。第1乃至第4層L1、L2、L3、L4の各々は、第1導電ラインCL1、半導体パターンSP、及び第1電極EL1を含む。第1乃至第4層L1、L2、L3、L4の間には絶縁膜IL4、IL5が介在される。一例として、絶縁膜IL4、IL5はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。   Referring to FIGS. 10, 11A to 11C, and 12, a stacked structure SS is provided on a substrate 100. The stacked structure body SS includes first to fourth layers L1, L2, L3, and L4 sequentially stacked on the substrate 100. Each of the first to fourth layers L1, L2, L3 and L4 includes a first conductive line CL1, a semiconductor pattern SP, and a first electrode EL1. Insulating films IL4 and IL5 are interposed between the first to fourth layers L1, L2, L3 and L4. As an example, the insulating films IL4 and IL5 include any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

積層構造体SSの第1乃至第4層L1、L2、L3、L4の各々は、第1方向D1に延長される第1延長部EP1及び第1延長部EP1から第2方向D2に延長される第2延長部EP2を含む。第1延長部EP1は第1導電ラインCL1を含む。第2延長部EP2は半導体パターンSP及び第1電極EL1を含む。   Each of the first to fourth layers L1, L2, L3 and L4 of the stacked structure SS is extended in the second direction D2 from the first extension EP1 and the first extension EP1 extended in the first direction D1. A second extension EP2 is included. The first extension EP1 includes a first conductive line CL1. The second extension part EP2 includes the semiconductor pattern SP and the first electrode EL1.

各々の第1乃至第4層L1、L2、L3、L4内の第1導電ラインCL1は第1方向D1に延長される。第1導電ラインCL1は図1を参照して説明したビットラインBLである。各々の第1乃至第4層L1、L2、L3、L4内の半導体パターンSPは半導体物質を含み、例えばシリコン、ゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニウムを含む。   The first conductive line CL1 in each of the first to fourth layers L1, L2, L3 and L4 is extended in the first direction D1. The first conductive line CL1 is the bit line BL described with reference to FIG. The semiconductor pattern SP in each of the first to fourth layers L1, L2, L3, L4 comprises a semiconductor material, for example comprising silicon, germanium or silicon-germanium.

積層構造体SSを貫通する第1トレンチTR1が形成されている。第1トレンチTR1によって積層構造体SSの第2延長部EP2が定義される。積層構造体SSの互いに隣接する一対の第2延長部EP2の間に第1トレンチTR1が定義される。   A first trench TR1 penetrating the stacked structure SS is formed. A second extension EP2 of the stacked structure SS is defined by the first trench TR1. A first trench TR1 is defined between a pair of adjacent second extensions EP2 of the stacked structure SS.

第1トレンチTR1によって、互いに水平方向に隣接する半導体パターンSPが互いに分離される。第1トレンチTR1によって、互いに水平方向に隣接する第1電極EL1が互いに分離される。   The semiconductor patterns SP adjacent in the horizontal direction are separated from each other by the first trenches TR1. The first electrodes EL1 horizontally adjacent to each other are separated from each other by the first trenches TR1.

各々の半導体パターンSPはチャネル領域CH、第1不純物領域SD1、及び第2不純物領域SD2を含む。チャネル領域CHは第1及び第2不純物領域SD1、SD2の間に介在される。第1導電ラインCL1は半導体パターンSPの第1不純物領域SD1と連結される。第1電極EL1は半導体パターンSPの第2不純物領域SD2と連結される。第1電極EL1は半導体パターンSPの第2不純物領域SD2から第2方向D2に延長される。   Each semiconductor pattern SP includes a channel region CH, a first impurity region SD1, and a second impurity region SD2. The channel region CH is interposed between the first and second impurity regions SD1 and SD2. The first conductive line CL1 is connected to the first impurity region SD1 of the semiconductor pattern SP. The first electrode EL1 is connected to the second impurity region SD2 of the semiconductor pattern SP. The first electrode EL1 is extended in the second direction D2 from the second impurity region SD2 of the semiconductor pattern SP.

積層構造体SSを貫通し、垂直方向(即ち、第3方向D3)に延長される第2導電ラインCL2が提供される。第2導電ラインCL2は、垂直方向に積層された半導体パターンSPを囲み、第3方向D3に延長される。第2導電ラインCL2は第1方向D1に沿って互いに離隔されて配列される。第2導電ラインCL2と半導体パターンSPとの間にゲート絶縁膜GIが提供される。   A second conductive line CL2 is provided through the stacked structure SS and extending in the vertical direction (ie, the third direction D3). The second conductive lines CL2 surround the semiconductor patterns SP stacked in the vertical direction, and extend in the third direction D3. The second conductive lines CL2 may be spaced apart from each other along the first direction D1. A gate insulating film GI is provided between the second conductive line CL2 and the semiconductor pattern SP.

第1電極EL1上に第2電極EL2が提供される。第2電極EL2は第1電極EL1を囲む。第1電極EL1と第2電極EL2との間に誘電膜DLが介在される。各々の第1電極EL1、誘電膜DL、及び第2電極EL2はキャパシターDSを構成する。   A second electrode EL2 is provided on the first electrode EL1. The second electrode EL2 surrounds the first electrode EL1. A dielectric film DL is interposed between the first electrode EL1 and the second electrode EL2. Each of the first electrode EL1, the dielectric film DL, and the second electrode EL2 constitutes a capacitor DS.

積層構造体SSの両側に支持膜SUPが提供される。支持膜SUPは、積層構造体SSの第2延長部EP2の一端と連結される。支持膜SUPは積層構造体SSの第1電極EL1を物理的に支持する。   Support films SUP are provided on both sides of the stacked structure SS. The support film SUP is connected to one end of the second extension EP2 of the stacked structure SS. The support film SUP physically supports the first electrode EL1 of the stacked structure SS.

図13、図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29、及び図31は本発明の実施形態に係る3次元半導体メモリ素子の製造方法を説明するための平面図である。図14、図16A、図18A、図20A、図22A、図24A、図26A、図28A、図30A、及び図32Aは各々図13、図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29、及び図31のA−A’線に沿う断面図である。図16B、図18B、図20B、図22B、図24B、図26B、図28B、図30B、及び図32Bは各々図15、図17、図19、図21、図23、図25、図27、図29、及び図31のB−B’線に沿う断面図である。図20C、図22C、図24C、図26C、図28C、図30C、及び図32Cは各々図19、図21、図23、図25、図27、図29、及び図31のC−C’線に沿う断面図である。   FIGS. 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, and 31 illustrate a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. FIGS. 14, 16A, 18A, 20A, 22A, 24A, 26A, 28A, 30A, and 32A are shown in FIGS. 13, 15, 17, 19, 21, 21, 23, respectively. FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIGS. 25, 27, 29, and 31; FIGS. 16B, 18B, 20B, 22B, 24B, 26B, 28B, 30B, and 32B are shown in FIGS. 15, 17, 19, 21, 23, 23, 25 and 27, respectively. FIG. 30 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIGS. FIGS. 20C, 22C, 24C, 26C, 28C, 30C, and 32C are taken along lines CC 'in FIGS. 19, 21, 23, 25, 27, 29, and 31 respectively. It is sectional drawing which follows.

図13及び図14を参照すれば、基板100上に積層構造体SSが形成される。積層構造体SSを形成することは、順次的に積層された第1乃至第4層L1、L2、L3、L4を形成することを含む。第1乃至第4層L1、L2、L3、L4の各々は、第1絶縁膜IL1及び半導体膜SLを含む。半導体膜SLは半導体物質を含み、例えばシリコン、ゲルマニウム又はシリコン−ゲルマニウムを含む。第1絶縁膜IL1はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。例えば、第1絶縁膜IL1はシリコン酸化膜を含む。   Referring to FIGS. 13 and 14, the stacked structure SS is formed on the substrate 100. Forming the stacked structure SS includes forming the first to fourth layers L1, L2, L3, and L4 stacked sequentially. Each of the first to fourth layers L1, L2, L3, and L4 includes a first insulating film IL1 and a semiconductor film SL. The semiconductor film SL contains a semiconductor material, for example, silicon, germanium or silicon-germanium. The first insulating film IL1 includes any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. For example, the first insulating film IL1 includes a silicon oxide film.

積層構造体SS上に追加的な第1絶縁膜IL1が形成される。再び言えば、積層構造体SSの最上部の半導体膜SLを覆う第1絶縁膜IL1が形成される。   An additional first insulating film IL1 is formed on the stacked structure body SS. Again, the first insulating film IL1 is formed to cover the uppermost semiconductor film SL of the stacked structure SS.

図15、図16A、及び図16Bを参照すれば、基板100上に第1パターニング工程が遂行されて、第1トレンチTR1が形成される。積層構造体SSは第1延長部EP1及び第2延長部EP2を有するようにパターニングされる。具体的に、前記第1パターニング工程を遂行することは、第1開口部を有する第1マスクパターンを形成することと、前記第1マスクパターンをエッチングマスクとして積層構造体SSをエッチングすることと、前記第1マスクパターンを除去することと、を含む。第1トレンチTR1によって基板100の上面の一部が露出される。   Referring to FIGS. 15, 16A and 16B, a first patterning process is performed on the substrate 100 to form a first trench TR1. The stacked structure SS is patterned to have a first extension EP1 and a second extension EP2. Specifically, performing the first patterning process may include forming a first mask pattern having a first opening, and etching the stacked structure SS using the first mask pattern as an etching mask. And removing the first mask pattern. A portion of the top surface of the substrate 100 is exposed by the first trench TR1.

積層構造体SSの第1延長部EP1は第1方向D1に延長される。積層構造体SSの第2延長部EP2は、第1延長部EP1から第2方向D2に延長される。第2延長部EP2は第1方向D1に沿って互いに離隔される。   The first extension EP1 of the stacked structure SS may extend in the first direction D1. The second extension EP2 of the stacked structure SS extends from the first extension EP1 in the second direction D2. The second extensions EP2 are spaced apart from each other along the first direction D1.

図17、図18A、及び図18Bを参照すれば、第1トレンチTR1を満たす第2絶縁膜IL2が形成される。第2絶縁膜IL2は第1絶縁膜IL1と同一であるか、或いは異なる絶縁物質を含む。第2絶縁膜IL2はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。例えば、第2絶縁膜IL2はシリコン酸化膜を含む。   Referring to FIGS. 17, 18A and 18B, a second insulating film IL2 is formed to fill the first trench TR1. The second insulating film IL2 may include an insulating material that is the same as or different from the first insulating film IL1. The second insulating film IL2 includes any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. For example, the second insulating film IL2 includes a silicon oxide film.

図19及び図20A乃至図20Cを参照すれば、基板100上に第2パターニング工程が遂行されて、第2トレンチTR2が形成される。第2トレンチTR2は第1方向D1に延長される。具体的に、前記第2パターニング工程を遂行することは、第2開口部を有する第2マスクパターンを形成することと、前記第2マスクパターンをエッチングマスクとして第1絶縁膜IL1を選択的にエッチングすることと、前記第2マスクパターンを除去することと、を含む。   Referring to FIGS. 19 and 20A to 20C, a second patterning process is performed on the substrate 100 to form a second trench TR2. The second trench TR2 is extended in the first direction D1. Specifically, performing the second patterning process may include forming a second mask pattern having a second opening, and selectively etching the first insulating film IL1 using the second mask pattern as an etching mask. And removing the second mask pattern.

前記第2パターニング工程の間に、前記第2開口部によって露出された第1絶縁膜IL1が選択的に除去される。第1絶縁膜IL1が除去されて形成された第2トレンチTR2は、積層構造体SSの半導体パターンSPの一部を露出させる。   During the second patterning process, the first insulating film IL1 exposed by the second opening is selectively removed. The second trench TR <b> 2 formed by removing the first insulating film IL <b> 1 exposes a part of the semiconductor pattern SP of the stacked structure SS.

図21及び図22A乃至図22Cを参照すれば、第2トレンチTR2を満たす第3絶縁膜IL3が形成される。第3絶縁膜IL3は第1及び第2絶縁膜IL1、IL2とエッチング選択性がある絶縁物質を含む。第3絶縁膜IL3はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。例えば、第3絶縁膜IL3はシリコン窒化膜を含む。積層構造体SSの第2延長部EP2の一端を露出する第2トレンチTR2に満たされた第3絶縁膜IL3は、支持膜SUPを構成する。   Referring to FIGS. 21 and 22A to 22C, a third insulating film IL3 may be formed to fill the second trench TR2. The third insulating film IL3 includes an insulating material having etch selectivity with the first and second insulating films IL1 and IL2. The third insulating film IL3 includes any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. For example, the third insulating film IL3 includes a silicon nitride film. The third insulating film IL3 filled in the second trench TR2 exposing one end of the second extension EP2 of the stacked structure SS constitutes a support film SUP.

図23及び図24A乃至図24Cを参照すれば、第1及び第2絶縁膜IL1、IL2が選択的に除去される。基板100の上には半導体膜SLを含む積層構造体SS及び第3絶縁膜IL3が残留する。   Referring to FIGS. 23 and 24A to 24C, the first and second insulating films IL1 and IL2 may be selectively removed. Over the substrate 100, the stacked structure SS including the semiconductor film SL and the third insulating film IL3 remain.

第1及び第2絶縁膜IL1、IL2が除去されることによって半導体膜SLが露出される。露出された半導体膜SL上に不純物ドーピング工程が遂行されて、半導体膜SL内にドーピング領域DRが形成される。ドーピングされた不純物は熱処理工程によって拡散されて、ドーピング領域DRの一部は第3絶縁膜IL3と垂直方向に重なり合う。   The semiconductor film SL is exposed by removing the first and second insulating films IL1 and IL2. An impurity doping process is performed on the exposed semiconductor film SL to form a doping region DR in the semiconductor film SL. The doped impurities are diffused by the heat treatment process, and a part of the doping region DR overlaps the third insulating film IL3 in the vertical direction.

図25及び図26A乃至図26Cを参照すれば、露出された半導体膜SLが導電物質で置換されて、第1導電ラインCL1及び第1電極EL1が形成される。具体的に、半導体膜SLを導電物質で置換することは、シリサイド工程を含む。露出された半導体膜SLは金属と反応して、金属−半導体化合物(タングステンシリサイド、コバルトシリサイド、チタニウムシリサイド等)が形成される。他の例として、半導体膜SLを導電物質で置換することは、半導体膜SL上に金属窒化物膜又は金属膜をコンフォーマルに形成することを含む。   Referring to FIGS. 25 and 26A to 26C, the exposed semiconductor film SL is replaced with a conductive material to form the first conductive line CL1 and the first electrode EL1. Specifically, replacing the semiconductor film SL with a conductive material includes a silicide process. The exposed semiconductor film SL reacts with the metal to form a metal-semiconductor compound (tungsten silicide, cobalt silicide, titanium silicide or the like). As another example, replacing the semiconductor film SL with a conductive material includes forming a metal nitride film or a metal film conformally on the semiconductor film SL.

露出された半導体膜SLが導電物質で置換される間、第3絶縁膜IL3によって覆われた半導体膜SLは保護される。したがって、第3絶縁膜IL3によって覆われた半導体膜SLは半導体パターンSPを構成する。各々の半導体パターンSP内にチャネル領域CH、第1不純物領域SD1、及び第2不純物領域SD2が定義される。第1及び第2不純物領域SD1、SD2は残留するドーピング領域DRから形成される。チャネル領域CHは第1及び第2不純物領域SD1、SD2の間に介在された領域である。   While the exposed semiconductor film SL is replaced with the conductive material, the semiconductor film SL covered by the third insulating film IL3 is protected. Therefore, the semiconductor film SL covered by the third insulating film IL3 constitutes the semiconductor pattern SP. A channel region CH, a first impurity region SD1, and a second impurity region SD2 are defined in each semiconductor pattern SP. The first and second impurity regions SD1 and SD2 are formed from the remaining doping region DR. The channel region CH is a region interposed between the first and second impurity regions SD1 and SD2.

図27及び図28A乃至図28Cを参照すれば、基板100上に積層構造体SS内の空いた空間を満たす第4絶縁膜IL4が形成される。第4絶縁膜IL4は第3絶縁膜IL3とエッチング選択性がある絶縁物質を含む。第4絶縁膜IL4はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。例えば、第4絶縁膜IL4はシリコン酸化膜を含む。   Referring to FIGS. 27 and 28A to 28C, the fourth insulating film IL4 is formed on the substrate 100 so as to fill the space in the stacked structure SS. The fourth insulating film IL4 may include an insulating material having etch selectivity with the third insulating film IL3. The fourth insulating film IL4 includes any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. For example, the fourth insulating film IL4 includes a silicon oxide film.

第3絶縁膜IL3が選択的に除去されて、第3トレンチTR3が形成される。但し、支持膜SUPは除去されなくともよい。具体的に、第3絶縁膜IL3を除去することは、第3絶縁膜IL3を露出する第3開口部を有する第3マスクパターンを形成することと、前記第3マスクパターンをエッチングマスクとして第3絶縁膜IL3を選択的にエッチングすることと、前記第3マスクパターンを除去することと、を含む。前記第3マスクパターンは支持膜SUPを覆うように形成される。基板100の上には、第1導電ラインCL1、半導体パターンSP、及び第1電極EL1を含む積層構造体SS及び第4絶縁膜IL4が残留する。   The third insulating film IL3 is selectively removed to form a third trench TR3. However, the support film SUP may not be removed. Specifically, removing the third insulating film IL3 may be performed by forming a third mask pattern having a third opening that exposes the third insulating film IL3, and using the third mask pattern as an etching mask. Selectively etching the insulating film IL3; and removing the third mask pattern. The third mask pattern is formed to cover the support film SUP. On the substrate 100, the stacked structure body SS including the first conductive line CL1, the semiconductor pattern SP, and the first electrode EL1 and the fourth insulating film IL4 remain.

図29及び図30A乃至図30Cを参照すれば、第3トレンチTR3内にゲート絶縁膜GI及び第2導電ラインCL2が形成される。具体的に、第3トレンチTR3を通じて露出された半導体パターンSPをコンフォーマルに覆うゲート絶縁膜GIが形成される。ゲート絶縁膜GI上に半導体パターンSPを囲む導電膜が形成される。前記導電膜をパターニングして、第1方向D1に互いに離隔されて配列される第2導電ラインCL2が形成される。前記導電膜は、ドーピングされた半導体物質、導電性金属窒化膜、金属、及び金属−半導体化合物のうちのいずれか1つで形成される。各々の第2導電ラインCL2は、垂直方向に積層された半導体パターンSPを囲み、第3方向D3に延長されるように形成される。   Referring to FIGS. 29 and 30A to 30C, the gate insulating film GI and the second conductive line CL2 are formed in the third trench TR3. Specifically, the gate insulating film GI is formed to conformally cover the semiconductor pattern SP exposed through the third trench TR3. A conductive film surrounding the semiconductor pattern SP is formed on the gate insulating film GI. The conductive layer is patterned to form second conductive lines CL2 spaced apart from each other in the first direction D1. The conductive film is formed of any one of a doped semiconductor material, a conductive metal nitride film, a metal, and a metal-semiconductor compound. Each of the second conductive lines CL2 is formed to surround the vertically stacked semiconductor patterns SP and extend in the third direction D3.

図31及び図32A乃至図32Cを参照すれば、第3トレンチTR3内の空いた空間を満たす第5絶縁膜IL5が形成される。第5絶縁膜IL5は第4絶縁膜IL4の上面を覆うように形成される。第5絶縁膜IL5はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のうちのいずれか1つを含む。例えば、第5絶縁膜IL5はシリコン酸化膜を含む。   Referring to FIGS. 31 and 32A to 32C, the fifth insulating film IL5 is formed to fill the space in the third trench TR3. The fifth insulating film IL5 is formed to cover the upper surface of the fourth insulating film IL4. The fifth insulating film IL5 includes any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. For example, the fifth insulating film IL5 includes a silicon oxide film.

基板100上に第3パターニング工程が遂行されて、第1電極EL1が選択的に露出される。具体的に、前記第3パターニング工程を遂行することは、第4開口部を有する第4マスクパターンを形成することと、前記第4マスクパターンをエッチングマスクとして第4及び第5絶縁膜IL4、IL5を選択的にエッチングすることと、前記第4マスクパターンを除去することと、を含む。   A third patterning process is performed on the substrate 100 to selectively expose the first electrode EL1. Specifically, performing the third patterning process may include forming a fourth mask pattern having a fourth opening, and using the fourth mask pattern as an etching mask to form fourth and fifth insulating films IL4 and IL5. Selectively etching, and removing the fourth mask pattern.

図10及び図11A乃至図11Cを再び参照すれば、露出された第1電極EL1をコンフォーマルに覆う誘電膜DLが形成される。誘電膜DL上に第1電極EL1を囲む第2電極EL2が形成される。各々の第1電極EL1、誘電膜DL、及び第2電極EL2はキャパシターDSを構成する。   Referring again to FIGS. 10 and 11A to 11C, a dielectric film DL is formed to conformally cover the exposed first electrode EL1. A second electrode EL2 surrounding the first electrode EL1 is formed on the dielectric film DL. Each of the first electrode EL1, the dielectric film DL, and the second electrode EL2 constitutes a capacitor DS.

以上、添付された図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明はその技術的思想や必須的な特徴を変形せずに、他の具体的な形態に実施されることもあり得る。したがって、以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, the present invention may be embodied in other specific forms without changing its technical idea and essential features. possible. Thus, the embodiments described above are illustrative in all aspects and not limiting.

100 基板
CL1 第1導電ライン
CL2 第2導電ライン
DL 誘電膜
DS キャパシター
EL1 第1電極
EL2 第2電極
GI ゲート絶縁膜
MCT メモリセルトランジスタ
SCA サブセルアレイ
SP 半導体パターン
SS 積層構造体
SUP 支持膜
100 substrate CL1 first conductive line CL2 second conductive line DL dielectric film DS capacitor EL1 first electrode EL2 second electrode GI gate insulating film MCT memory cell transistor SCA sub cell array SP semiconductor pattern SS laminated structure SUP support film

Claims (24)

基板上に垂直方向に積層された複数のメモリセルトランジスタと、
少なくとも1つの前記メモリセルトランジスタのソースと連結される第1導電ラインと、
前記メモリセルトランジスタのゲートと連結される第2導電ラインと、
前記少なくとも1つのメモリセルトランジスタのドレインに連結されたキャパシターと、を含み、
前記キャパシターは、前記ドレインから、前記基板の上面と平行である第1方向に水平に延長される第1電極を含み、
前記第1及び第2導電ラインのうちの1つは、前記第1方向と交差する第2方向に水平に延長され、
前記第1及び第2導電ラインのうちの他の1つは、前記基板の上面と垂直になる第3方向に、垂直に延長される、半導体メモリ素子。
A plurality of memory cell transistors vertically stacked on a substrate;
A first conductive line coupled to a source of at least one of the memory cell transistors;
A second conductive line connected to the gate of the memory cell transistor;
A capacitor coupled to the drain of the at least one memory cell transistor,
The capacitor includes a first electrode extending horizontally from the drain in a first direction parallel to the top surface of the substrate,
One of the first and second conductive lines is horizontally extended in a second direction intersecting the first direction,
The semiconductor memory device, wherein the other one of the first and second conductive lines is vertically extended in a third direction perpendicular to the top surface of the substrate.
前記少なくとも1つのメモリセルトランジスタは、前記ソース、前記ドレイン、及びこれらの間に介在されたチャネルを有する半導体パターンを含み、
前記半導体パターンは、前記第1導電ラインから前記第1方向に延長される、請求項1に記載の半導体メモリ素子。
The at least one memory cell transistor includes a semiconductor pattern having the source, the drain, and a channel interposed therebetween.
The semiconductor memory device of claim 1, wherein the semiconductor pattern is extended in the first direction from the first conductive line.
前記半導体パターン及び前記第1電極は、互いに同一なレベルに位置し、
前記半導体パターン及び前記第1電極は、前記第1方向に並べて整列される、請求項2に記載の半導体メモリ素子。
The semiconductor pattern and the first electrode are located at the same level as each other,
The semiconductor memory device of claim 2, wherein the semiconductor pattern and the first electrode are aligned in the first direction.
前記第2導電ラインは、前記メモリセルトランジスタの各々のチャネルを囲む、請求項1に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 1, wherein the second conductive line surrounds a channel of each of the memory cell transistors. 前記キャパシターは、
前記第1電極を覆う誘電膜と、
前記誘電膜上の第2電極と、をさらに含む、請求項1に記載の半導体メモリ素子。
The capacitor is
A dielectric film covering the first electrode;
The semiconductor memory device of claim 1, further comprising: a second electrode on the dielectric film.
前記第1電極は、前記ドレインと連結された一端、及び前記一端とは反対側の他端を含み、
前記一端と前記他端とを継ぐ仮想の線が前記第1方向と平行である、請求項1に記載の半導体メモリ素子。
The first electrode includes one end connected to the drain and the other end opposite to the one end,
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a virtual line connecting the one end and the other end is parallel to the first direction.
前記第1電極の前記他端に連結されて、前記第1電極を支持する第1支持膜、をさらに含む請求項6に記載の半導体メモリ素子。   7. The semiconductor memory device of claim 6, further comprising: a first support layer connected to the other end of the first electrode to support the first electrode. 前記第1電極の前記一端と前記他端との間に配置されて、前記第1電極を支持する第2支持膜、をさらに含む請求項7に記載の半導体メモリ素子。   8. The semiconductor memory device of claim 7, further comprising: a second support film disposed between the one end and the other end of the first electrode to support the first electrode. 前記メモリセルトランジスタのチャネルに隣接し、前記第2導電ラインと平行に延長されるバックゲートライン、をさらに含む請求項1に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 1, further comprising a back gate line adjacent to a channel of the memory cell transistor and extending in parallel with the second conductive line. 基板上に互いに離隔されて垂直方向に積層された複数の構造体を含み、
各々の前記構造体は、
第1不純物領域、チャネル領域、及び第2不純物領域を有する半導体パターンと、
前記第2不純物領域に連結された、キャパシターの第1電極と、を含み、
各々の前記構造体は、前記基板の上面と平行である第1方向に水平に延長される、半導体メモリ素子。
Comprising a plurality of structures vertically spaced apart from one another on a substrate,
Each said structure is
A semiconductor pattern having a first impurity region, a channel region, and a second impurity region;
A first electrode of a capacitor connected to the second impurity region,
A semiconductor memory device, wherein each of the structures extends horizontally in a first direction parallel to the top surface of the substrate.
前記構造体の各々の前記半導体パターン及び前記第1電極は、互いに同一なレベルに位置し、
前記構造体の各々の前記半導体パターン及び前記第1電極は、前記第1方向に並べて整列される、請求項10に記載の半導体メモリ素子。
The semiconductor pattern and the first electrode of each of the structures are located at the same level as one another;
The semiconductor memory device of claim 10, wherein the semiconductor pattern and the first electrode of each of the structures are aligned in the first direction.
前記構造体は、互いに垂直方向に重なり合う、請求項10に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 10, wherein the structures overlap in a vertical direction. 少なくとも1つの前記構造体の前記半導体パターンの前記第1不純物領域と連結された第1導電ラインと、
前記構造体の前記半導体パターンの前記チャネル領域を囲む第2導電ラインと、をさらに含み、
前記第1導電ラインは、前記第1方向と交差する第2方向に、水平に延長され、
前記第2導電ラインは、前記基板の上面と垂直になる第3方向に、垂直に延長される、請求項10に記載の半導体メモリ素子。
A first conductive line connected to the first impurity region of the semiconductor pattern of at least one of the structures;
And a second conductive line surrounding the channel region of the semiconductor pattern of the structure.
The first conductive line is horizontally extended in a second direction intersecting the first direction,
The semiconductor memory device of claim 10, wherein the second conductive line is vertically extended in a third direction perpendicular to the top surface of the substrate.
前記構造体の前記半導体パターンの前記チャネル領域を囲むバックゲートラインをさらに含み、
前記バックゲートラインは、前記第2導電ラインと平行に前記第3方向に延長される、請求項13に記載の半導体メモリ素子。
Further comprising a back gate line surrounding the channel region of the semiconductor pattern of the structure;
The semiconductor memory device of claim 13, wherein the back gate line is extended in the third direction in parallel with the second conductive line.
前記キャパシターは、
前記構造体の前記第1電極を覆う誘電膜と、
前記誘電膜上に提供され、前記第1電極を共通に覆う第2電極と、をさらに含む、請求項10に記載の半導体メモリ素子。
The capacitor is
A dielectric film covering the first electrode of the structure;
The semiconductor memory device of claim 10, further comprising: a second electrode provided on the dielectric layer and commonly covering the first electrode.
前記構造体の前記第1電極の一端に共通に連結されて、前記第1電極を支持する支持膜、をさらに含む請求項10に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 10, further comprising: a support layer connected in common to one end of the first electrode of the structure to support the first electrode. 基板上に垂直方向に積層された複数の層を有する積層構造体と、
前記積層構造体を貫通し、前記基板の上面に垂直に延長される第1導電ラインと、を含み、
前記積層構造体の前記層の各々は、
前記基板の上面に平行である第1方向に水平に延長される第1延長部と、
前記第1延長部から前記第1方向と交差する第2方向に水平に延長される第2延長部と、を含み、
前記第1延長部は、第2導電ラインを含み、
前記第2延長部は、半導体パターン及び前記半導体パターンに連結された第1電極を含み、
前記半導体パターンは、前記第2導電ラインと前記第1電極との間に介在され、
前記第1導電ラインは、前記半導体パターンを囲む、半導体メモリ素子。
A stacked structure having a plurality of layers vertically stacked on a substrate;
A first conductive line extending through the stacked structure and extending perpendicularly to the top surface of the substrate;
Each of the layers of the laminated structure is
A first extension extending horizontally in a first direction parallel to the top surface of the substrate;
And a second extension extending horizontally from the first extension in a second direction intersecting the first direction,
The first extension includes a second conductive line,
The second extension may include a semiconductor pattern and a first electrode connected to the semiconductor pattern.
The semiconductor pattern is interposed between the second conductive line and the first electrode.
The semiconductor memory device, wherein the first conductive line surrounds the semiconductor pattern.
前記半導体パターンは、第1不純物領域、第2不純物領域、及び前記第1及び第2不純物領域の間のチャネル領域を含み、
前記第2導電ラインは、前記第1不純物領域に連結され、
前記第1電極は、前記第2不純物領域に連結される、請求項17に記載の半導体メモリ素子。
The semiconductor pattern includes a first impurity region, a second impurity region, and a channel region between the first and second impurity regions,
The second conductive line is connected to the first impurity region,
The semiconductor memory device of claim 17, wherein the first electrode is connected to the second impurity region.
前記第2延長部は、前記積層構造体の各々の前記層内に複数に提供され、
複数の前記第2延長部は、前記第1延長部に共通に連結され、
前記第2延長部は、前記第1方向に互いに離隔されて配列される、請求項17に記載の半導体メモリ素子。
The plurality of second extensions may be provided in the plurality of layers of each of the stacked structures,
The plurality of second extensions are commonly connected to the first extension,
The semiconductor memory device of claim 17, wherein the second extensions are spaced apart from each other in the first direction.
前記積層構造体の一側に配置されて、前記層の前記第1電極を共通に連結する支持膜、をさらに含む請求項17に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 17, further comprising: a support film disposed on one side of the stacked structure to commonly connect the first electrodes of the layers. 前記層の前記第1電極を覆う誘電膜と、
前記誘電膜上に提供され、前記第1電極を共通に覆う第2電極と、をさらに含み、
前記第1電極、前記誘電膜、及び前記第2電極は、キャパシターを構成する、請求項17に記載の半導体メモリ素子。
A dielectric film covering the first electrode of the layer;
A second electrode provided on the dielectric layer and commonly covering the first electrode;
The semiconductor memory device of claim 17, wherein the first electrode, the dielectric layer, and the second electrode constitute a capacitor.
前記第1導電ラインは、前記半導体パターンの上面、底面、及び両側壁を囲む、請求項17に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 17, wherein the first conductive line surrounds the top surface, the bottom surface, and both sidewalls of the semiconductor pattern. 前記第2導電ラインと前記第1電極とは、互いに同一な導電物質を含む、請求項17に記載の半導体メモリ素子。   The semiconductor memory device of claim 17, wherein the second conductive line and the first electrode comprise the same conductive material. 前記第1導電ラインと前記半導体パターンとの間に介在されたゲート絶縁膜をさらに含む請求項17に記載の半導体メモリ素子。   18. The semiconductor memory device of claim 17, further comprising a gate insulating layer interposed between the first conductive line and the semiconductor pattern.
JP2018178932A 2017-09-29 2018-09-25 semiconductor memory device Active JP7311254B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762565302P 2017-09-29 2017-09-29
US62/565,302 2017-09-29
KR10-2017-0155164 2017-11-20
KR1020170155164A KR102600110B1 (en) 2017-09-29 2017-11-20 Semiconductor memory device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019068067A true JP2019068067A (en) 2019-04-25
JP7311254B2 JP7311254B2 (en) 2023-07-19

Family

ID=66164378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018178932A Active JP7311254B2 (en) 2017-09-29 2018-09-25 semiconductor memory device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7311254B2 (en)
KR (1) KR102600110B1 (en)
SG (2) SG10201911466SA (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11849572B2 (en) * 2019-01-14 2023-12-19 Intel Corporation 3D 1T1C stacked DRAM structure and method to fabricate
KR20200127101A (en) * 2019-04-30 2020-11-10 삼성전자주식회사 Semiconductor memory device and method of fabricating the same
KR20210002775A (en) * 2019-06-27 2021-01-11 삼성전자주식회사 Semiconductor memory device
KR20220077741A (en) 2020-12-02 2022-06-09 삼성전자주식회사 Semiconductor memory devices

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864777A (en) * 1994-08-19 1996-03-08 Toshiba Corp Semiconductor memory device and manufacture thereof
US20100308390A1 (en) * 2007-12-21 2010-12-09 Nxp B.V. Memory cell suitable for dram memory
JP2014049765A (en) * 2012-08-29 2014-03-17 Samsung Electronics Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
US20160322368A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 Yale University Three-Dimensional Ferroelectric FET-Based Structures
JP2017168623A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 株式会社東芝 Transistor and semiconductor storage device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102367394B1 (en) * 2015-06-15 2022-02-25 삼성전자주식회사 Capacitor structure and semiconductor devices including the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0864777A (en) * 1994-08-19 1996-03-08 Toshiba Corp Semiconductor memory device and manufacture thereof
US20100308390A1 (en) * 2007-12-21 2010-12-09 Nxp B.V. Memory cell suitable for dram memory
JP2014049765A (en) * 2012-08-29 2014-03-17 Samsung Electronics Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
US20160322368A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 Yale University Three-Dimensional Ferroelectric FET-Based Structures
JP2017168623A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 株式会社東芝 Transistor and semiconductor storage device

Also Published As

Publication number Publication date
SG10201806114YA (en) 2019-04-29
KR102600110B1 (en) 2023-11-10
SG10201911466SA (en) 2020-01-30
JP7311254B2 (en) 2023-07-19
KR20190038223A (en) 2019-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109616474B (en) Semiconductor memory device having a memory cell with a memory cell having a memory cell with a memory cell
JP7338975B2 (en) semiconductor memory device
KR102524614B1 (en) Semiconductor memory device
JP7311254B2 (en) semiconductor memory device
KR102638741B1 (en) Semiconductor memory device
US11374008B2 (en) Semiconductor memory devices and methods of fabricating the same
JP4871514B2 (en) Semiconductor device having capacitor and method for manufacturing the same
KR20210002775A (en) Semiconductor memory device
KR20210077098A (en) Semiconductor memory device and method for manufacturing the same
TW202205642A (en) Memory device, semiconductor device and manufacturing method thereof
KR102630024B1 (en) Semiconductor memory device
TW202213716A (en) Three-dimensional semiconductor memory device
KR102494114B1 (en) Semiconductor memory device
KR20210050630A (en) Semiconductor memory device
TWI819288B (en) Semiconductor memory devices
KR20220019175A (en) Semiconductor memory device and method for manufacturing the same
TWI792943B (en) Semiconductor memory device
US11594550B2 (en) Nonvolatile memory device with h-shaped blocks and method of fabricating the same
KR20220082148A (en) Semiconductor memory device
KR20230083870A (en) Semiconductor memory devices
KR20230144815A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200811

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211112

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20220405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220610

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20220610

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20220621

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20220628

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20220715

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20220726

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20230110

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20230207

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20230228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230706

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7311254

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150