JP2020096165A - チャンネル構造体を有する半導体素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】高集積化に有利な半導体素子を提供する。【解決手段】本発明の半導体素子は、基板上に複数の絶縁層と複数の配線層とが交互に積層された積層構造体と、積層構造体を第1方向に横切る分離領域と、第1方向に垂直な第2方向に積層構造体内に延びる複数の第1チャンネル構造体と、分離領域内に配置され、第2方向に積層構造体内に延びる複数の第1パターンと、を備え、複数の第1パターンの底は、複数の第1チャンネル構造体の底よりも基板の上面から第2方向に更に遠く離れるように配置される。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体素子に関する。
半導体素子の高集積化に伴って、チャンネルホールのアスペクト比は徐々に増加している。アスペクト比の増加は、チャンネルホールの垂直形成を難しくする。セルブロックの端に配置されたチャンネルホールは、曲げ(bending)及び/又はオープン不良(not opening)などの工程不良に脆弱な傾向にある。
米国特許第9,576,973号明細書
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、高集積化に有利な半導体素子を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体素子は、基板上に複数の絶縁層と複数の配線層とが交互に積層された積層構造体と、前記積層構造体を第1方向に横切る分離領域と、前記第1方向に垂直な第2方向に前記積層構造体内に延びる複数の第1チャンネル構造体と、前記分離領域内に配置され、前記第2方向に前記積層構造体内に延びる複数の第1パターンと、を備え、前記複数の第1パターンの底は、前記複数の第1チャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れるように配置される。
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による半導体素子は、第1領域及び前記第1領域に隣接する第2領域を有する基板と、前記基板上の前記第2領域内に複数の絶縁層と複数のダミー層とが交互に積層された第1積層構造体と、前記第1積層構造体を第1方向に横切る分離領域と、前記第1積層構造体内に前記第1方向に垂直な第1方向に延びる複数のダミーチャンネル構造体と、前記分離領域内に配置され、前記第1積層構造体内に前記第2方向に延びる複数のダミーパターンと、を備え、前記複数のダミーパターンの底は、前記複数のダミーチャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れるように配置される。
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態様による半導体素子は、基板上に複数の下部絶縁層と複数の下部配線層とが交互に積層された下部積層構造体と、前記下部積層構造体上に複数の上部絶縁層と複数の上部配線層とが交互に積層された上部積層構造体と、前記基板の上面に垂直な第2方向に配置され、前記上部積層構造体を貫通して前記下部積層構造体内に延びる複数のチャンネル構造体と、前記上部積層構造体及び前記下部積層構造体を前記第2方向に垂直な第1方向に横切る分離領域と、前記分離領域内に配置され、前記下部積層構造体内に延びる複数の下部パターンと、前記分離領域内に配置され、前記上部積層構造体内に延びる複数の上部パターンと、を備え、前記複数の下部パターンの底は、前記複数のチャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れるように配置される。
本発明によれば、分離領域内に複数のゴーストホールを提供する。複数のゴーストホールはマスクパターンの開口率を均一に調節する役割をする。複数のゴーストホールは、複数のセルチャンネルホールの曲げ及びオープン不良などの工程不良を減少させる役割をする。これにより、量産効率を向上させ、高集積化に有利な半導体素子を具現することができる。
本発明の一実施形態による半導体素子の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の一例を説明するための図3の切断線II−II’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の一例を説明するためのレイアウトである。 図3のE4及びE5を詳細に示す拡大図である。 図3のE4及びE5を詳細に示す拡大図である。 図3のE4及びE5を詳細に示す拡大図である。 図3のE4及びE5を詳細に示す拡大図である。 図1のE1を詳細に示す拡大図である。 図8の主要構成を示す水平断面図である。 図2のE2を詳細に示す拡大図である。 図10の主要構成を示す水平断面図である。 図2のE3を詳細に示す拡大図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子を説明するための図3の切断線II−II’に沿った断面図である。 図14のE6及びE7を詳細に示す拡大図である。 図14のE6及びE7を詳細に示す拡大図である。 図15のE8及びE9を詳細に示す拡大図である。 図15のE8及びE9を詳細に示す拡大図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を説明するためのレイアウトである。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を説明するためのレイアウトである。 図21の切断線III−III’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 図30のE10を詳細に示す拡大図である。 図31の主要構成を示す水平断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の形成方法の一例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。 本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1及び図2は、本発明の一実施形態による半導体素子の一例を説明するための断面図であり、図3は、本発明の一実施形態による半導体素子の一例を説明するためのレイアウトである。図4〜図7は、図3のE4及びE5を詳細に示す拡大図である。図8は、図1のE1を詳細に示す拡大図であり、図9は、図8の主要構成を示す水平断面図である。図10は、図2のE2を詳細に示す拡大図であり、図11は、図10の主要構成を示す水平断面図である。図12は、図2のE3を詳細に示す拡大図である。図1は、図3の切断線I−I’に沿った断面図であり、図2は、図3の切断線II−II’に沿った断面図である。本実施形態による半導体素子は、VNAND又は3Dフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ素子を含む。本実施形態による半導体素子は、COP(Cell On Peripheral)構造を含むものと解釈することができる。
図1を参照すると、本実施形態による半導体素子は、基板21、素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、下部埋め込み導電層31、中間埋め込み導電層33、代替導電性ライン(例:ソースライン)35、支持板37、活性積層構造体40A、複数のセルチャンネルホール53、複数のセルゴーストホール54、複数のセルチャンネル構造体69、複数のセルゴーストパターン79R、第3絶縁層81、セル分離トレンチ83、及び分離絶縁層85を含む。
活性積層構造体40Aは、交互に繰り返し積層された複数の絶縁層41と複数の電極層45とを含む。例えば、互いに隣接する一対の電極層45は、複数の絶縁層41の一つによって分離される。複数のセルチャンネル構造体69の各々は、情報保存パターン65、チャンネルパターン66、コアパターン67、及びビットパッド68を含む。複数のセルゴーストパターン79Rの各々は、セルゴースト情報保存パターン75R、ゴーストチャンネル76、ゴーストコア77、及びパッド78を含む。複数のセルゴーストホール54、複数のセルゴーストパターン79R、セル分離トレンチ83、及び分離絶縁層85は、セル分離領域WC内に配置される。複数のセルチャンネル構造体69は複数の第1チャンネル構造体と指称され、複数のセルゴーストパターン79Rは複数の第1パターンと指称される。
一実施形態によると、セル分離トレンチ83は、ワードラインカット(word line cut)に該当する。複数の電極層45のうちのいくつかは、ワードライン(word line)に該当する。複数の電極層45のうちの最下層は、ゲート誘導ドレインリーク(Gate−Induced Drain Leakage:GIDL)制御ラインに該当する。複数の電極層45のうちの下から二番目の層は、接地選択ライン(Ground Selection Line:GSL)又はソース選択ライン(Source Selection Line:SSL)に該当する。代替導電性ライン35は、共通ソースライン(Common Source Line:CSL)に該当する。複数の電極層45のうちの最上層は、GIDL制御ラインに該当する。複数の電極層45のうちの上から二番目の層及び三番目の層は、ストリング選択ライン(String Selection Line:SSL)又はドレイン選択ライン(Drain Selection Line:DSL)に該当する。
図2を参照すると、本実施形態による半導体素子は、基板21、素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、ソースモールド層34、支持板37、第2絶縁層38、非活性積層構造体40、複数のダミーチャンネルホール53D、複数のダミーゴーストホール54D、複数のダミーチャンネル構造体69D、複数のダミーゴーストパターン79、第3絶縁層81、及び分離絶縁層85を含む。一実施形態によると、図1の構造体は基板21の第1部分上に位置し、図2の構造体は基板21の第2部分上に位置する。
非活性積層構造体40は、交互に繰り返し積層された複数の絶縁層41と複数のモールド層43とを含む。例えば、互いに隣接する一対の絶縁層41は、複数のモールド層43のうちの一つによって分離される。複数のダミーチャンネル構造体69Dの各々は、複数のダミーチャンネルホール53Dのうちの対応する一つの内部に配置される。複数のダミーチャンネル構造体69Dの各々は、情報保存パターン65、チャンネルパターン66、コアパターン67、及びビットパッド68を含む。複数のダミーゴーストパターン79の各々は、複数のダミーゴーストホール54Dのうちの対応する一つの内部に配置される。複数のダミーゴーストパターン79の各々は、ダミーゴースト情報保存パターン75、ゴーストチャンネル76、ゴーストコア77、及びパッド78を含む。複数のダミーゴーストホール54D及び複数のダミーゴーストパターン79は、ダミー分離領域DWC内に配置される。複数のダミーチャンネル構造体69Dは、複数の第2チャンネル構造体と指称される。複数のダミーゴーストパターン79は、複数の第2パターンと指称される。
図3を参照すると、本実施形態による半導体素子は、第1領域CEと第2領域DMとを有する基板21を含む。第1領域CE内に複数のセルチャンネルホール53が配置される。第2領域DM内に複数のダミーチャンネルホール53Dが配置される。第1領域CEを横切る複数のセル分離領域WCが配置される。第2領域DMを横切る複数のダミー分離領域DWCが配置される。複数のセル分離領域WCは、第1領域CEを第1方向に横切る。複数のダミー分離領域DWCは、第2領域DMを第1方向に横切る。複数のセル分離領域WC内に複数のセル分離トレンチ83が配置される。複数のダミー分離領域DWC内に少なくとも一つのダミー分離トレンチ83Dが配置される。複数のセル分離領域WC内に複数のセルゴーストホール54が配置される。複数のダミー分離領域DWC内に複数のダミーゴーストホール54Dが配置される。第1領域CE及び第2領域DM内に複数の選択ライン分離パターン58が配置される。
本実施形態によると、第1領域CEは、セル(cell)領域に該当する。第2領域DMは、ダミー(dummy)領域に該当する。第2領域DMは、第1領域CEの外側又は外部に隣接して配置される。第2領域DMは、第1領域CEよりも基板21の端に相対的に近くに配置される。
本実施形態によると、複数のダミー分離領域DWCのうちの少なくとも一つは、ダミー分離トレンチ83Dが省略される。ダミー分離トレンチ83Dが省略された複数のダミー分離領域DWCのうちの少なくとも一つは、第1領域CEから相対的に遠く離れた場所に配置される。例えば、第1ダミー分離領域DWC及び第2ダミー分離領域DWCが提供される。第2ダミー分離領域DWCは、第1ダミー分離領域DWCよりも第1領域CEから更に遠く離れる。ダミー分離トレンチ83Dは、第2ダミー分離領域DWCから省略される。ダミー分離トレンチ83Dが省略された複数のダミー分離領域DWCのうちの少なくとも一つは、第2領域DMの最外郭に配置される。ダミー分離トレンチ83Dが省略された複数のダミー分離領域DWCのうちの少なくとも一つは、第1領域CEから最も遠く離れたダミー分離領域DWCである。
図1〜図3を再び参照すると、本実施形態において、基板21上に複数の絶縁層41と複数の配線層(43、45)とが交互に積層された複数の積層構造体(40、40A)が配置される。複数の配線層(43、45)は、複数のモールド層43と複数の電極層45とを含む。複数の積層構造体(40、40A)は、非活性積層構造体40と活性積層構造体40Aとを含む。複数の積層構造体(40、40A)を横切る複数の分離領域(WC、DWC)が提供される。複数の分離領域(WC、DWC)は、複数のセル分離領域WCと複数のダミー分離領域DWCとを含む。複数の分離領域(WC、DWC)は、複数の積層構造体(40、40A)を第1方向に横切る。
複数のチャンネルホール(53、53D)は、複数の積層構造体(40、40A)内に延びる。複数のチャンネルホール(53、53D)は、第1方向に垂直な第2方向に複数の積層構造体(40、40A)内に延びる。複数のチャンネルホール(53、53D)は、基板21の上面に垂直であるか又は実質的に垂直である。複数のチャンネルホール(53、53D)は、複数のセルチャンネルホール53と複数のダミーチャンネルホール53Dとを含む。複数のチャンネルホール(53、53D)内に複数のチャンネル構造体(69、69D)が配置される。複数のチャンネル構造体(69、69D)は、基板21の上面に垂直であるか又は実質的に垂直である。複数のチャンネル構造体(69、69D)は、複数のセルチャンネル構造体69と複数のダミーチャンネル構造体69Dとを含む。複数の分離領域(WC、DWC)内に配置され、複数の積層構造体(40、40A)を貫通する複数のゴーストホール(54、54D)が提供される。複数のゴーストホール(54、54D)は、第2方向に複数の積層構造体(40、40A)内に延びる。複数のゴーストホール(54、54D)は、基板21の上面に垂直であるか又は実質的に垂直である。複数のゴーストホール(54、54D)は、複数のセルゴーストホール54と複数のダミーゴーストホール54Dとを含む。
複数のゴーストホール(54、54D)内に複数のゴーストパターン(79、79R)が配置される。複数のゴーストパターン(79、79R)は、基板21の上面に垂直であるか又は実質的に垂直である。複数のゴーストパターン(79、79R)は、複数のダミーゴーストパターン79と複数のセルゴーストパターン79Rとを含む。複数のゴーストホール(54、54D)の底は、複数のチャンネルホール(53、53D)の底よりも高いレベルに配置される。複数のゴーストホール(54、54D)の底は、複数の配線層(43、45)のうちの最下層よりも高いレベルに配置される。複数のゴーストパターン(79、79R)の底は、複数のチャンネル構造体(69、69D)の底よりも高いレベルに配置される。複数のゴーストパターン(79、79R)の底は、複数の配線層(43、45)のうちの最下層よりも高いレベルに配置される。
複数の分離領域(WC、DWC)内に複数の分離トレンチ(83、83D)が配置される。複数の分離トレンチ(83、83D)は、複数の積層構造体(40、40A)を第1方向に横切る。複数の分離トレンチ(83、83D)は、第1方向に垂直な第2方向に複数の積層構造体(40、40A)内に垂直に延びる。複数の分離トレンチ(83、83D)は、複数の積層構造体(40、40A)の少なくとも一部を垂直に貫通する。複数の分離トレンチ(83、83D)は、複数のゴーストホール(54、54D)の少なくとも一部を垂直に貫通するように延びる。複数の分離トレンチ(83、83D)は、複数のセル分離トレンチ83と少なくとも一つのダミー分離トレンチ83Dとを含む。複数の分離トレンチ(83、83D)内に分離絶縁層85が配置される。
本実施形態によると、基板21上の第1領域CE内に複数の絶縁層41と複数の電極層45とが交互に積層された活性積層構造体40Aが配置される。基板21上の第2領域DM内に複数の絶縁層41と複数のモールド層43とが交互に積層された非活性積層構造体40が配置される。複数の電極層45の各々は、複数のモールド層43のうちの対応する一つと実質的に同一のレベルに配置される。活性積層構造体40Aを横切る複数のセル分離領域WCが配置される。非活性積層構造体40を横切る複数のダミー分離領域DWCが配置される。
複数のセルチャンネルホール53は、活性積層構造体40A内に延びる。複数のダミーチャンネルホール53Dは、非活性積層構造体40内に延びる。複数のセルチャンネルホール53内に複数のセルチャンネル構造体69が配置される。複数のダミーチャンネルホール53D内にダミーチャンネル構造体69Dが配置される。複数のセルゴーストホール54は、複数のセル分離領域WC内に配置されて活性積層構造体40A内に延びる。複数のダミーゴーストホール54Dは、複数のダミー分離領域DWC内に配置されて非活性積層構造体40内に延びる。
複数のセルゴーストホール54内に複数のセルゴーストパターン79Rが配置される。複数のダミーゴーストホール54D内に複数のダミーゴーストパターン79が配置される。複数のダミーゴーストパターン79の各々は、ゴーストチャンネル76と、ゴーストチャンネル76の外側を囲むダミーゴースト情報保存パターン75と、を含む。複数のセルゴーストホール54の底は、複数のセルチャンネルホール53の底よりも高いレベルに配置される。複数のダミーゴーストホール54Dの底は、複数のダミーチャンネルホール53Dの底よりも高いレベルに配置される。複数のゴーストパターン(79、79R)の底は、複数のチャンネル構造体(69、69D)の底よりも高いレベルに配置される。複数のダミーゴーストホール54Dの底は、複数のモールド層43のうちの最下層よりも高いレベルに配置される。
複数のセル分離トレンチ83は、複数のセル分離領域WC内に配置されて活性積層構造体40A内に延びるか又は貫通する。複数のセル分離トレンチ83内に分離絶縁層85が配置される。複数のセル分離トレンチ83は、複数のセルゴーストホール54を貫通する。複数のセルチャンネル構造体69及び複数のダミーチャンネル構造体69Dの各々は、チャンネルパターン66と、チャンネルパターン66の外側を囲む情報保存パターン65と、を含む。複数のセルゴーストパターン79Rの各々は、ゴーストチャンネル76とセルゴースト情報保存パターン75Rとを含む。セルゴースト情報保存パターン75Rは、ゴーストチャンネル76と活性積層構造体40Aとの間に配置される。
図4を参照すると、複数のゴーストホール(54、54D)は、複数のチャンネルホール(53、53D)と異なる形状と大きさとを有する。平面視で、複数のゴーストホール(54、54D)は、複数のチャンネルホール(53、53D)と異なる断面形状を有する。本実施形態によると、複数のチャンネルホール(53、53D)の各々は円形であり、複数のゴーストホール(54、54D)の各々は矩形又は楕円形である。複数のゴーストホール(54、54D)の各々の水平幅は、複数のチャンネルホール(53、53D)の各々の水平幅よりも狭い。複数のセルゴーストホール54の各々の水平幅は、複数のセルチャンネルホール53の各々の水平幅よりも狭い。複数のダミーゴーストホール54Dの各々の水平幅は、複数のダミーチャンネルホール53Dの各々の水平幅よりも狭い。本実施形態によると、複数のゴーストホール(54、54D)内に配置された複数のゴーストパターン(79、79R)は、複数のチャンネルホール(53、53D)内に配置された複数のチャンネル構造体(69、69D)と異なる形状と大きさとを有する。平面視で、複数のゴーストパターン(79、79R)は、複数のチャンネル構造体(69、69D)と異なる断面形状を有する。
本実施形態によると、複数のゴーストホール(54、54D)の各々は、複数のセルチャンネルホール53及び複数のダミーチャンネルホール53Dの各々と同一であるか又は狭い幅を有する。複数のダミーチャンネルホール53Dの各々は、複数のセルチャンネルホール53の各々と実質的に同一の水平幅を有する。複数のセルチャンネルホール53及び複数のダミーチャンネルホール53Dの各々は、第1幅W1を有する。複数のセルゴーストホール54及び複数のダミーゴーストホール54Dの各々は、第2幅W2を有する。第2幅W2は、第1幅W1と同一であるか又は狭い。第2幅W2は、第1幅W1の0.5倍〜1倍である。
複数のゴーストホール(54、54D)から選ばれる少なくとも一つと複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つとを通る直線上において、複数のゴーストホール(54、54D)から選ばれる少なくとも一つと複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つのうちの隣接する一つとの間の間隔は、複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つの間の間隔と実質的に同一である。複数のダミーゴーストホール54Dから選ばれる少なくとも一つと複数のダミーチャンネルホール53Dから選ばれる少なくとも二つとを通る直線上において、複数のダミーゴーストホール54Dから選ばれる少なくとも一つと複数のダミーチャンネルホール53Dから選ばれる少なくとも二つのうちの隣接する一つとの間の間隔は、複数のダミーチャンネルホール53Dから選ばれる少なくとも二つの間の間隔と実質的に同一である。
本実施形態によると、複数のゴーストホール(54、54D)から選ばれる少なくとも一つと複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つとを通る直線上において、複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つの間の間隔は第1距離d1であり、複数のゴーストホール(54、54D)から選ばれる少なくとも一つと複数のチャンネルホール(53、53D)から選ばれる少なくとも二つのうちの隣接する一つとの間の間隔は第2距離d2である。第2距離d2は、第1距離d1と実質的に同一である。
図5を参照すると、複数のチャンネルホール(53、53D)の各々は円形であり、複数のゴーストホール(54、54D)の各々は、矩形、楕円形、又はこれらの組み合わせなどの様々な形状を有する。
図6を参照すると、複数のチャンネルホール(53、53D)の各々は円形であり、複数のゴーストホール(54、54D)の各々は複数のチャンネルホール(53、53D)の各々よりも小さな円形を有する。
図7を参照すると、複数のチャンネルホール(53、53D)の各々は円形であり、複数のゴーストホール(54、54D)の各々は半円形を有する。
図8及び図9を参照すると、セルチャンネル構造体69において、チャンネルパターン66は、コアパターン67の外側を囲む。情報保存パターン65は、チャンネルパターン66の外側を囲むトンネル絶縁層62、トンネル絶縁層62の外側を囲む電荷保存層63、及び電荷保存層63の外側を囲むブロック層64を含む。
ゴーストパターン79Rにおいて、ゴーストチャンネル76は、ゴーストコア77とセルゴースト情報保存パターン75Rとの間に配置される。セルゴースト情報保存パターン75Rは、ゴーストチャンネル76と活性積層構造体40A(例:複数の絶縁層41及び/又は複数の電極層45)との間に配置される。セルゴースト情報保存パターン75Rは、ゴーストチャンネル76と活性積層構造体40Aとの間のゴーストトンネル層72、ゴーストトンネル層72と活性積層構造体40Aとの間のゴースト交換層73R、及びゴースト交換層73Rと活性積層構造体40Aとの間のゴーストブロック層74を含む。
ゴーストチャンネル76、ゴーストトンネル層72、及びゴーストブロック層74の各々は、チャンネルパターン66、トンネル絶縁層62、及びブロック層64のうちの対応する一つと同一の物質を含む。ゴースト交換層73Rは、電荷保存層63と異なる物質を含む。ゴースト交換層73Rは、複数の電極層45と同一の物質を含む。ゴースト交換層73Rは、W、Ti、TiN、Ta、TaN、AlO、SiN、SiON、又はそれらの組み合わせを含む。
図10及び図11を参照すると、ダミーチャンネル構造体69Dは、図8及び図9を参照して説明したセルチャンネル構造体69に類似する。ダミーゴーストパターン79において、ダミーゴースト情報保存パターン75は、ゴーストチャンネル76の外側を囲むゴーストトンネル層72、ゴーストトンネル層72の外側を囲むゴースト電荷保存層73、及びゴースト電荷保存層73の外側を囲むゴーストブロック層74を含む。ゴーストチャンネル76、ゴーストトンネル層72、ゴースト電荷保存層73、及びゴーストブロック層74の各々は、チャンネルパターン66、トンネル絶縁層62、電荷保存層63、及びブロック層64のうちの対応する一つと同一の物質を含む。
図12を参照すると、ソースモールド層34は、順次積層された下部ソースモールド層34A、中間ソースモールド層34M、及び上部ソースモールド層34Bを含む。
図13は、本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。
図13を参照すると、本実施形態による半導体素子は、基板21、代替導電性ライン35、支持板37、活性積層構造体40A、複数のセルチャンネルホール53、複数のセルゴーストホール54、複数のセルチャンネル構造体69、複数のセルゴーストパターン79R、第3絶縁層81、セル分離トレンチ83、及び分離絶縁層85を含む。代替導電性ライン35は、基板21に直接接触する。
図14は、本発明の他の実施形態による半導体素子を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。図15は、本発明の他の実施形態による半導体素子を説明するための図3の切断線II−II’に沿った断面図である。図16及び図17は、図14のE6及びE7を詳細に示す拡大図である。図18及び図19は、図15のE8及びE9を詳細に示す拡大図である。
図14を参照すると、本実施形態による半導体素子は、基板21、素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、下部埋め込み導電層31、中間埋め込み導電層33、代替導電性ライン35、支持板37、下部活性積層構造体140A、複数の下部セルチャンネルホール153、複数の下部セルゴーストホール154、複数の下部セルゴーストパターン179R、上部活性積層構造体240A、複数の上部セルチャンネルホール253、複数の上部セルゴーストホール254、複数のセルチャンネル構造体269、複数の上部セルゴーストパターン279R、第3絶縁層281、セル分離トレンチ283、及び分離絶縁層285を含む。
下部活性積層構造体140Aは、交互に繰り返し積層された複数の下部絶縁層141と複数の下部電極層145とを含む。複数の下部セルゴーストパターン179Rの各々は、第1ダミーパターン175、第2ダミー交換パターン176R、及び第3ダミーパターン177を含む。上部活性積層構造体240Aは、交互に繰り返し積層された複数の上部絶縁層241と複数の上部電極層245とを含む。複数のセルチャンネル構造体269の各々は、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、コアパターン267、及びビットパッド268を含む。
複数の上部セルゴーストパターン279Rの各々は、上部セルゴースト情報保存パターン275R、上部ゴーストチャンネル276、上部ゴーストコア277、及び上部パッド278を含む。複数の下部セルゴーストホール154、複数の下部セルゴーストパターン179R、複数の上部セルゴーストホール254、複数の上部セルゴーストパターン279R、セル分離トレンチ283、及び分離絶縁層285は、セル分離領域WC内に配置される。
図15を参照すると、本実施形態による半導体素子は、基板21、素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、ソースモールド層34、支持板37、第2絶縁層38、下部非活性積層構造体140、複数の下部ダミーチャンネルホール153D、複数の下部ダミーゴーストホール154D、複数の下部ダミーゴーストパターン179、上部非活性積層構造体240、複数の上部ダミーチャンネルホール253D、複数の上部ダミーゴーストホール254D、複数のダミーチャンネル構造体269D、複数の上部ダミーゴーストパターン279、第3絶縁層281、及び分離絶縁層285を含む。
下部非活性積層構造体140は、交互に繰り返し積層された複数の下部絶縁層141と複数の下部モールド層143とを含む。複数の下部ダミーゴーストパターン179の各々は、第1ダミーパターン175、第2ダミーパターン176、及び第3ダミーパターン177を含む。上部非活性積層構造体240は、交互に繰り返し積層された複数の上部絶縁層241と複数の上部モールド層243とを含む。複数のダミーチャンネル構造体269Dの各々は、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、コアパターン267、及びビットパッド268を含む。
複数の上部ダミーゴーストパターン279の各々は、上部ダミーゴースト情報保存パターン275、上部ゴーストチャンネル276、上部ゴーストコア277、及び上部パッド278を含む。複数の下部ダミーゴーストホール154D、複数の下部ダミーゴーストパターン179、複数の上部ダミーゴーストホール254D、及び複数の上部ダミーゴーストパターン279は、ダミー分離領域DWC内に配置される。
図3、図14、及び図15を再び参照すると、本実施形態において、基板21上に複数の下部絶縁層141と複数の下部配線層(143、145)とが交互に積層された下部積層構造体(140、140A)が配置される。複数の下部配線層(143、145)は、複数の下部モールド層143と複数の下部電極層145とを含む。複数の下部積層構造体(140、140A)は、下部非活性積層構造体140と下部活性積層構造体140Aとを含む。下部非活性積層構造体140は、複数の下部モールド層143を含む。下部活性積層構造体140Aは、複数の下部電極層145を含む。
複数の下部チャンネルホール(153、153D)は、下部積層構造体(140、140A)内に延びる。複数の下部チャンネルホール(153、153D)は、複数の下部セルチャンネルホール153と複数の下部ダミーチャンネルホール153Dとを含む。下部積層構造体(140、140A)上に、複数の上部絶縁層241と複数の上部配線層(243、245)とが交互に積層された上部積層構造体(240、240A)が配置される。複数の上部配線層(243、245)は、複数の上部モールド層243と複数の上部電極層245とを含む。複数の上部積層構造体(240、240A)は、上部非活性積層構造体240と上部活性積層構造体240Aとを含む。上部非活性積層構造体240は、下部非活性積層構造体140に垂直に重なる。上部活性積層構造体240Aは、下部活性積層構造体140Aに垂直に重なる。
複数の上部チャンネルホール(253、253D)は、上部積層構造体(240、240A)内に延び、複数の下部チャンネルホール(153、153D)に垂直に重なるか又は連通する。複数の上部チャンネルホール(253、253D)は、複数の上部セルチャンネルホール253と複数の上部ダミーチャンネルホール253Dとを含む。複数の上部チャンネルホール(253、253D)及び複数の下部チャンネルホール(153、153D)内に複数のチャンネル構造体(269、269D)が配置される。複数のチャンネル構造体(269、269D)は、複数のセルチャンネル構造体269と複数のダミーチャンネル構造体269Dとを含む。
上部積層構造体(240、240A)及び下部積層構造体(140、140A)を第1方向に横切る複数の分離領域(WC、DWC)が配置される。複数の分離領域(WC、DWC)は、複数のセル分離領域WCと複数のダミー分離領域DWCとを含む。分離領域(WC、DWC)内に配置され、第1方向に垂直な第2方向に下部積層構造体(140、140A)内に延びる複数の下部ゴーストホール(154、154D)が提供される。第2方向は、基板21の上面に垂直である。複数の下部ゴーストホール(154、154D)は、複数の下部セルゴーストホール154と複数の下部ダミーゴーストホール154Dとを含む。複数の下部ゴーストホール(154、154D)内に複数の下部ゴーストパターン(179、179R)が配置される。複数の下部ゴーストパターン(179、179R)は、複数の下部ダミーゴーストパターン179と複数の下部セルゴーストパターン179Rとを含む。複数の下部ゴーストパターン(179、179R)は、第2方向に下部積層構造体(140、140A)内に延びる。
分離領域(WC、DWC)内に配置され、上部積層構造体(240、240A)内に延びる複数の上部ゴーストホール(254、254D)を提供する。複数の上部ゴーストホール(254、254D)は、第2方向に延びる。複数の上部ゴーストホール(254、254D)は、基板21の上面に垂直である。複数の上部ゴーストホール(254、254D)は、複数の上部セルゴーストホール254と複数の上部ダミーゴーストホール254Dとを含む。複数の上部ゴーストホール(254、254D)内に複数の上部ゴーストパターン(279、279R)が配置される。複数の上部ゴーストパターン(279、279R)は、第2方向に延びる。複数の上部ゴーストパターン(279、279R)は、基板21の上面に垂直である。複数の上部ゴーストパターン(279、279R)は、複数の上部ダミーゴーストパターン279と複数の上部セルゴーストパターン279Rとを含む。
複数の下部ゴーストホール(154、154D)の底は、複数の下部チャンネルホール(153、153D)の底よりも高いレベルに配置される。複数の下部ゴーストパターン(179、179R)の底は、複数のチャンネル構造体(269、269D)の底よりも高いレベルに配置される。複数の下部ゴーストパターン(179、179R)の上面は、下部積層構造体(140、140A)の上面と実質的に同一平面をなす。複数の上部ゴーストホール(254、254D)の底は、複数の上部チャンネルホール(253、253D)の底よりも高いレベルに配置される。複数の下部ゴーストホール(154、154D)の底は、複数の下部配線層(143、145)のうちの最下層よりも高いレベルに配置される。複数の上部ゴーストホール(254、254D)の底は、複数の上部配線層(243、245)のうちの最下層よりも高いレベルに配置される。
図4〜図7を参照して説明したのものと同様に、複数の下部ゴーストホール(154、154D)の各々の水平幅は、複数の下部チャンネルホール(153、153D)の各々の水平幅よりも狭い。複数の上部ゴーストホール(254、254D)の各々の水平幅は、複数の上部チャンネルホール(253、253D)の各々の水平幅よりも狭い。複数の下部ゴーストホール(154、154D)から選ばれる少なくとも一つと複数の下部チャンネルホール(153、153D)から選ばれる少なくとも二つとを通る直線上において、複数の下部ゴーストホール(154、154D)から選ばれる少なくとも一つと複数の下部チャンネルホール(153、153D)から選ばれる少なくとも二つのうちの隣接する一つとの間の間隔は、複数の下部チャンネルホール(153、153D)から選ばれる少なくとも二つの間の間隔と実質的に同一である。複数の上部ゴーストホール(254、254D)から選ばれる少なくとも一つと複数の上部チャンネルホール(253、253D)から選ばれる少なくとも二つとを通る直線上において、複数の上部ゴーストホール(254、254D)から選ばれる少なくとも一つと複数の上部チャンネルホール(253、253D)から選ばれる少なくとも二つのうちの隣接する一つとの間の間隔は、複数の上部チャンネルホール(253、253D)から選ばれる少なくとも二つの間の間隔と実質的に同一である。
図16を参照すると、上部セルゴーストパターン279Rは、上部セルゴースト情報保存パターン275R、上部ゴーストチャンネル276、及び上部ゴーストコア277を含む。上部セルゴースト情報保存パターン275Rは、上部ゴーストトンネル層272、上部ゴースト交換層273R、及び上部ゴーストブロック層274を含む。セルチャンネル構造体269は、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、及びコアパターン267を含む。情報保存パターン265は、チャンネルパターン266の外側を囲むトンネル絶縁層262、トンネル絶縁層262の外側を囲む電荷保存層263、及び電荷保存層263の外側を囲むブロック層264を含む。
図17を参照すると、下部セルゴーストパターン179Rは、第1ダミーパターン175、第2ダミー交換パターン176R、及び第3ダミーパターン177を含む。
図18を参照すると、上部ダミーゴーストパターン279は、上部ダミーゴースト情報保存パターン275、上部ゴーストチャンネル276、及び上部ゴーストコア277を含む。上部ダミーゴースト情報保存パターン275は、上部ゴーストトンネル層272、上部ゴースト電荷保存層273、及び上部ゴーストブロック層274を含む。ダミーチャンネル構造体269Dは、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、及びコアパターン267を含む。情報保存パターン265は、トンネル絶縁層262、電荷保存層263、及びブロック層264を含む。
図19を参照すると、下部ダミーゴーストパターン179は、第1ダミーパターン175、第2ダミーパターン176、及び第3ダミーパターン177を含む。
図20及び図21は、本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を説明するためのレイアウトである。図22は、図21の切断線III−III’に沿った断面図である。
図20を参照すると、複数のダミー分離領域DWC内に複数のダミー分離トレンチ83Dが配置される。
図21を参照すると、複数のセル分離トレンチ83は、複数のセルゴーストホール54に完全に重なる。少なくとも一つのダミー分離トレンチ83Dは、複数のダミーゴーストホール54Dと完全に重なる。複数のセル分離トレンチ83及び/又は少なくとも一つのダミー分離トレンチ83Dを形成した後、複数のセルゴーストホール54及び/又は複数のダミーゴーストホール54Dは、半導体素子から除去される。複数のダミー分離領域DWCのうちの少なくとも一つは、ダミー分離トレンチ83Dが省略される。複数のダミー分離領域DWCのうちのダミー分離トレンチ83Dが省略された少なくとも一つに、複数のダミーゴーストホール54Dが配置される。
図22を参照すると、セル分離領域WC内にセル分離トレンチ83及び分離絶縁層85が配置される。セル分離トレンチ83を形成する間に、複数のセルゴーストホール54(図1)及び/又は複数のセルゴーストパターン79R(図1)は除去される。
図23〜図30及び図33は、本発明の一実施形態による半導体素子の一例の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図であり、図31は、図30のE10を詳細に示す拡大図であり、図32は、図31の主要構成を示す水平断面図である。
図23を参照すると、基板21上に素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、下部埋め込み導電層31、中間埋め込み導電層33、ソースモールド層34、支持板37、及び非活性積層構造体40が形成される。非活性積層構造体40は、交互に繰り返し積層された複数の絶縁層41と複数のモールド層43とを含む。非活性積層構造体40は、予備積層構造体に該当する。
基板21は、シリコンウエハなどの半導体基板を含む。素子分離層23は、STI(Shallow Trench Isolation:STI)方法による絶縁層を含む。素子分離層23は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、又はそれらの組み合わせを含む。複数のトランジスタ25は、フィン電界効果トランジスタ(Fin Field Effect Transistor:FinFET)、マルチ−ブリッジチャンネルトランジスタ(Multi−Bridge Channel Transistor:MBC Transistor)、ナノワイヤトランジスタ、垂直トランジスタ、リセスチャンネルトランジスタ(recess channel transistor)、3Dトランジスタ、プレーナトランジスタ(planar transistror)、又はそれらの組み合わせを含む。複数の周辺回路配線29は、様々な形状を有する水平配線と垂直配線とを含む。
第1絶縁層27は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、低誘電体(low−K dielectrics)、又はそれらの組み合わせを含む。下部埋め込み導電層31は、複数の周辺回路配線29に電気的に接続される。複数の周辺回路配線29及び下部埋め込み導電層31は、金属、金属窒化物、金属酸化物、金属シリサイド、ポリシリコン、導電性カーボン、又はそれらの組み合わせを含む。中間埋め込み導電層33は、N型不純物を含むポリシリコンなどの半導体層を含む。
図12に示すように、ソースモールド層34は、順次積層された下部ソースモールド層34A、中間ソースモールド層34M、及び上部ソースモールド層34Bを含む。一実施形態によると、下部ソースモールド層34Aはシリコン酸化物を含み、中間ソースモールド層34Mはシリコン窒化物を含み、上部ソースモールド層34Bはシリコン酸化物を含む。
支持板37は、ポリシリコンなどの半導体層を含む。非活性積層構造体40は、支持板37上に形成される。複数のモールド層43は、複数の絶縁層41と異なる物質を含む。例えば、複数のモールド層43はシリコン窒化物を含み、複数の絶縁層41はシリコン酸化物を含む。
図24を参照すると、非活性積層構造体40上に第1マスクパターン51が形成される。第1マスクパターン51をエッチングマスクとして使用して、複数のセルチャンネルホール53及び複数のセルゴーストホール54が形成される。複数のセルチャンネルホール53及び複数のセルゴーストホール54の形成には、異方性エッチング工程が含まれる。複数のセルゴーストホール54の各々の水平幅は、複数のセルチャンネルホール53の各々の水平幅よりも狭い。複数のセルゴーストホール54の底は、複数のセルチャンネルホール53の底よりも高いレベルに形成される。
複数のセルチャンネルホール53及び複数のセルゴーストホール54は、非活性積層構造体40内に延びる。本実施形態によると、複数のセルチャンネルホール53は、非活性積層構造体40、支持板37、及びソースモールド層34を貫通する(例えば、完全に貫通する)。複数のセルチャンネルホール53の底に中間埋め込み導電層33が露出する。複数のセルゴーストホール54は、非活性積層構造体40を部分的に貫通する。複数のセルゴーストホール54の底に複数の絶縁層41又は複数のモールド層43から選ばれる一つが露出する。
図4〜図7を再び参照すると、複数のセルゴーストホール54は、第1マスクパターン51の開口率を均一に調節する役割をする。複数のセルゴーストホール54は、複数のセルチャンネルホール53の曲がり及びオープン不良などの工程不良を減少する役割をする。
図25を参照すると、複数のセルチャンネルホール53内に複数のセルチャンネル構造体69が形成され、複数のセルゴーストホール54内に複数のダミーゴーストパターン79が形成される。複数のセルチャンネル構造体69の各々は、情報保存パターン65、チャンネルパターン66、コアパターン67、及びビットパッド68を含む。図8及び図9に示すように、情報保存パターン65は、トンネル絶縁層62、電荷保存層63、及びブロック層64を含む。
コアパターン67は、シリコン酸化物などの絶縁層又はポリシリコンなどの半導体層を含む。チャンネルパターン66は、コアパターン67の外側を囲む。チャンネルパターン66は、ポリシリコンなどの半導体層を含む。トンネル絶縁層62は、チャンネルパターン66の外側を囲む。トンネル絶縁層62は、シリコン酸化物などの絶縁層を含む。電荷保存層63は、トンネル絶縁層62の外側を囲む。電荷保存層63は、シリコン窒化物を含む。ブロック層64は、電荷保存層63の外側を囲む。ブロック層64は、シリコン酸化物、金属酸化物、又はそれらの組み合わせを含む。ビットパッド68は、ポリシリコン、金属、金属シリサイド、金属窒化物、金属酸化物、導電性カーボン、又はそれらの組み合わせの導電層を含む。
複数のダミーゴーストパターン79は、予備ゴーストパターンに該当する。複数のダミーゴーストパターン79の各々は、ダミーゴースト情報保存パターン75、ゴーストチャンネル76、ゴーストコア77、及びパッド78を含む。図10及び図11に示すように、ダミーゴースト情報保存パターン75は、ゴーストチャンネル76の外側を囲むゴーストトンネル層72、ゴーストトンネル層72の外側を囲むゴースト電荷保存層73、及びゴースト電荷保存層73の外側を囲むゴーストブロック層74を含む。
ゴーストトンネル層72、ゴースト電荷保存層73、ゴーストブロック層74、ゴーストチャンネル76、ゴーストコア77、及びパッド78の各々は、トンネル絶縁層62、電荷保存層63、ブロック層64、チャンネルパターン66、コアパターン67、及びビットパッド68のうちの対応する一つと同時に形成される同一の物質を含む。
複数のセルチャンネル構造体69及び複数のダミーゴーストパターン79の形成には、複数の薄膜形成工程及び少なくとも一つの平坦化工程が含まれる。少なくとも一つの平坦化工程は、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)工程、エッチバック(etch−back)工程、又はそれらの組み合わせを含む。非活性積層構造体40、複数のセルチャンネル構造体69、及び複数のダミーゴーストパターン79の上面は、実質的に同一平面上に露出する。
図26を参照すると、非活性積層構造体40、複数のセルチャンネル構造体69、及び複数のダミーゴーストパターン79上に第3絶縁層81が形成される。セル分離領域WC内にセル分離トレンチ83が形成される。セル分離トレンチ83は、第3絶縁層81、非活性積層構造体40、及び支持板37を垂直貫通する。セル分離トレンチ83の底にソースモールド層34が露出する。セル分離トレンチ83は、複数のセルゴーストホール54及び複数のダミーゴーストパターン79の少なくとも一部を垂直貫通する。セル分離トレンチ83の側壁に複数のダミーゴーストパターン79の一部が露出する。
図27を参照すると、セル分離トレンチ83の側壁に犠牲スペーサ84が形成される。犠牲スペーサ84の形成には、薄膜形成工程及び異方性エッチング工程が含まれる。犠牲スペーサ84は、ソースモールド層34、複数の絶縁層41、及び複数のモールド層43に対してエッチング選択比を有する物質を含む。例えば、犠牲スペーサ84は、ポリシリコンを含む。
図28を参照すると、ソースモールド層34を除去して、支持板37の下部にアンダーカット領域34UCが形成される。
図29を参照すると、アンダーカット領域34UC内に代替導電性ライン35が形成される。犠牲スペーサ84を除去して、セル分離トレンチ83の側壁に複数の絶縁層41、複数のモールド層43、及び複数のダミーゴーストパターン79の一部が露出する。代替導電性ライン35は、金属、金属窒化物、金属酸化物、金属シリサイド、ポリシリコン、導電性カーボン、又はそれらの組み合わせを含む。一実施形態によると、代替導電性ライン35は、N型不純物を含むポリシリコンなどの半導体層を含む。
図30を参照すると、複数のモールド層43を除去して、複数のギャップ領域43Gが形成される。
図31及び図32を参照すると、複数のモールド層43を除去する間、複数のダミーゴーストパターン79内のゴースト電荷保存層73が除去されて、微小ギャップ(narrow gap)73Gが形成される。
図33を参照すると、複数のギャップ領域43G内に複数の電極層45が形成される。複数の絶縁層41及び複数の電極層45は、活性積層構造体40Aを構成する。複数の電極層45は、金属、金属窒化物、金属酸化物、金属シリサイド、ポリシリコン、導電性カーボン、又はそれらの組み合わせを含む。
複数の電極層45を形成する間、図8及び図9に示すように、微小ギャップ73G内にゴースト交換層73Rが形成される。ゴーストトンネル層72、ゴースト交換層73R、及びゴーストブロック層74は、セルゴースト情報保存パターン75Rを構成する。セルゴースト情報保存パターン75R、ゴーストチャンネル76、ゴーストコア77、及びパッド78は、セルゴーストパターン79Rを構成する。
ゴースト交換層73Rは、電荷保存層63と異なる物質を含む。ゴースト交換層73Rは、複数の電極層45と同じ物質を含む。ゴースト交換層73Rは、W、Ti、TiN、Ta、TaN、AlO、SiN、SiON、又はそれらの組み合わせを含む。例えば、ゴースト交換層73Rは、W層を含む。ゴースト交換層73Rは、W層とTiN層とを含む。ゴースト交換層73Rは、AlO層を含む。ゴースト交換層73Rは、AlO層とSiN層とを含む。
図1を再び参照すると、セル分離トレンチ83の内部を埋める分離絶縁層85が形成される。第3絶縁層81及び分離絶縁層85の各々は、シリコン酸化物などの絶縁物を含む。
図1及び図2を再び参照すると、第1領域CE内に図1に示す構成要素が形成される間、第2領域DM内に図2に示す構成要素が形成される。
図34〜図39は、本発明の他の実施形態による半導体素子の形成方法を説明するための図3の切断線I−I’に沿った断面図である。
図34を参照すると、基板21上に、素子分離層23、複数のトランジスタ25、第1絶縁層27、複数の周辺回路配線29、下部埋め込み導電層31、中間埋め込み導電層33、ソースモールド層34、支持板37、下部非活性積層構造体140、複数の下部セルチャンネルホール153、複数の下部セルゴーストホール154、複数の下部犠牲チャンネル構造体169、及び複数の下部ダミーゴーストパターン179が形成される。下部非活性積層構造体140は、交互に繰り返し積層された複数の下部絶縁層141と複数の下部モールド層143とを含む。下部非活性積層構造体140は、予備積層構造体に該当する。
複数の下部犠牲チャンネル構造体169の各々は、第1犠牲層165、第2犠牲層166、及び第3犠牲層167、を含む。一実施形態によると、第1犠牲層165は、シリコン酸化物を含む。第2犠牲層166は、シリコン窒化物を含む。第3犠牲層167は、ポリシリコンを含む。複数の下部ダミーゴーストパターン179の各々は、第1ダミーパターン175、第2ダミーパターン176、及び第3ダミーパターン177を含む。第2ダミーパターン176は、第3ダミーパターン177の外側を囲む。第1ダミーパターン175は、第2ダミーパターン176の外側を囲む。第1ダミーパターン175、第2ダミーパターン176、及び第3ダミーパターン177の各々は、第1犠牲層165、第2犠牲層166、及び第3犠牲層167のうちの対応する一つと同時に形成される同一の物質を含む。
複数の下部セルゴーストホール154の底は、複数の下部セルチャンネルホール153の底よりも高いレベルに形成される。下部非活性積層構造体140、複数の下部犠牲チャンネル構造体169、及び複数の下部ダミーゴーストパターン179の上面は、実質的に同一平面上に露出する。
図35を参照すると、下部非活性積層構造体140、複数の下部犠牲チャンネル構造体169、及び複数の下部ダミーゴーストパターン179上に上部非活性積層構造体240が形成される。上部非活性積層構造体240は、交互に繰り返し積層された複数の上部絶縁層241と複数の上部モールド層243とを含む。上部非活性積層構造体240は、予備積層構造体に該当する。
上部非活性積層構造体240上に第2マスクパターン251が形成される。第2マスクパターン251をエッチングマスクとして使用して、複数の上部セルチャンネルホール253及び複数の上部セルゴーストホール254が形成される。複数の上部セルゴーストホール254の各々の水平幅は、複数の上部セルチャンネルホール253の各々の水平幅よりも狭い。複数の上部セルゴーストホール254の底は、複数の上部セルチャンネルホール253の底よりも高いレベルに形成される。
本実施形態によると、複数の上部セルチャンネルホール253は、上部非活性積層構造体240を貫通して複数の下部セルチャンネルホール153に連通する。複数の上部セルチャンネルホール253の底に第3犠牲層167が露出する。複数の上部セルゴーストホール254は、上部非活性積層構造体240を部分的に貫通する。複数の上部セルゴーストホール254の底に複数の上部絶縁層241又は複数の上部モールド層243から選ばれる一つが露出する。
図36を参照すると、複数の下部犠牲チャンネル構造体169を除去する。複数の上部セルチャンネルホール253及び複数の下部セルチャンネルホール153内に複数のセルチャンネル構造体269が形成される。複数の上部セルゴーストホール254内に複数の上部ダミーゴーストパターン279が形成される。
複数のセルチャンネル構造体269の各々は、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、コアパターン267、及びビットパッド268を含む。複数の上部ダミーゴーストパターン279の各々は、上部ダミーゴースト情報保存パターン275、上部ゴーストチャンネル276、上部ゴーストコア277、及び上部パッド278を含む。上部ダミーゴースト情報保存パターン275、上部ゴーストチャンネル276、上部ゴーストコア277、及び上部パッド278の各々は、情報保存パターン265、チャンネルパターン266、コアパターン267、及びビットパッド268のうちの対応する一つと同時に形成された同一の物質を含む。上部非活性積層構造体240、複数のセルチャンネル構造体269、及び複数の上部ダミーゴーストパターン279の上面は、実質的に同一平面上に露出する。
図37を参照すると、上部非活性積層構造体240、複数のセルチャンネル構造体269、及び複数の上部ダミーゴーストパターン279上に第3絶縁層281が形成される。セル分離領域WC内にセル分離トレンチ283が形成される。セル分離トレンチ283は、第3絶縁層281、上部非活性積層構造体240、下部非活性積層構造体140、及び支持板37を垂直貫通する。ソースモールド層34を除去して、代替導電性ライン35が形成される。セル分離トレンチ283は、複数の下部セルゴーストホール154、複数の下部ダミーゴーストパターン179、複数の上部セルゴーストホール254、及び複数の上部ダミーゴーストパターン279の少なくとも一部を垂直貫通する。セル分離トレンチ283の側壁に複数の下部ダミーゴーストパターン179及び複数の上部ダミーゴーストパターン279の一部が露出する。
図38を参照すると、複数の下部モールド層143及び複数の上部モールド層243を除去して、複数の下部ギャップ領域143G及び複数の上部ギャップ領域243Gが形成される。
図39を参照すると、複数の下部ギャップ領域143G及び複数の上部ギャップ領域243G内に複数の下部電極層145及び複数の上部電極層245が形成される。複数の下部絶縁層141及び複数の下部電極層145は、下部活性積層構造体140Aを構成する。複数の上部絶縁層241及び複数の上部電極層245は、上部活性積層構造体240Aを構成する。
複数の下部電極層145及び複数の上部電極層245を形成する間、図16に示すように、上部ゴースト電荷保存層273を除去して上部ゴースト交換層273Rが形成される。上部ゴーストトンネル層272、上部ゴースト交換層273R、及び上部ゴーストブロック層274は、上部セルゴースト情報保存パターン275Rを構成する。上部セルゴースト情報保存パターン275R、上部ゴーストチャンネル276、及び上部ゴーストコア277は、上部セルゴーストパターン279Rを構成する。
複数の下部電極層145及び複数の上部電極層245を形成する間、図17に示すように、第2ダミーパターン176を除去して第2ダミー交換パターン176Rが形成される。第1ダミーパターン175、第2ダミー交換パターン176R、及び第3ダミーパターン177は、下部セルゴーストパターン179Rを構成する。
図14を再び参照すると、セル分離トレンチ283の内部を埋める分離絶縁層285が形成される。
図14及び図15を再び参照すると、第1領域CE内に図14に示した構成要素が形成される間、第2領域DM内に図15に示した構成要素が形成される。第1領域CE内に形成される構成要素は、第2領域DM内に形成される構成要素と同時に形成される。
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
21 基板
23 素子分離層
25 トランジスタ
27 第1絶縁層
29 周辺回路配線
31 下部埋め込み導電層
33 中間埋め込み導電層
34 ソースモールド層
34A 下部ソースモールド層
34B 上部ソースモールド層
34M 中間ソースモールド層
34UC アンダーカット領域
35 代替導電性ライン(ソースライン)
37 支持板
38 第2絶縁層
40 非活性積層構造体
40A 活性積層構造体
41 絶縁層
43 モールド層
43G ギャップ領域
45 電極層
51 第1マスクパターン
53 セルチャンネルホール
53D ダミーチャンネルホール
54 セルゴーストホール
54D ダミーゴーストホール
58 選択ライン分離パターン
62、262 トンネル絶縁層
63、263 電荷保存層
64、264 ブロック層
65、265 情報保存パターン
66、266 チャンネルパターン
67、267 コアパターン
68、268 ビットパッド
69、269 セルチャンネル構造体(第1チャンネル構造体)
69D、269D ダミーチャンネル構造体(第2チャンネル構造体)
72 ゴーストトンネル層
73 ゴースト電荷保存層
73R ゴースト交換層
73G 微小ギャップ(narrow gap)
74 ゴーストブロック層
75 ダミーゴースト情報保存パターン
75R セルゴースト情報保存パターン
76 ゴーストチャンネル
77 ゴーストコア
78 パッド
79 ダミーゴーストパターン(第2パターン)
79R セルゴーストパターン(第1パターン)
81、281 第3絶縁層
83、283 セル分離トレンチ
83D ダミー分離トレンチ
84 犠牲スペーサ
85、285 分離絶縁層
140、240 下部、上部非活性積層構造体
140A、240A 下部、上部活性積層構造体
141、241 下部、上部絶縁層
143、243 下部、上部モールド層
143G、243G 下部、上部ギャップ領域
145、245 下部、上部電極層
153、253 下部、上部セルチャンネルホール
153D、153D 下部、上部ダミーチャンネルホール
154、254 下部、上部セルゴーストホール
154D、254D 下部、上部ダミーゴーストホール
165 第1犠牲層
166 第2犠牲層
167 第3犠牲層
169 下部犠牲チャンネル構造体
175 第1ダミーパターン
176 第2ダミーパターン
176R 第2ダミー交換パターン
177 第3ダミーパターン
179、279 下部、上部ダミーゴーストパターン
179R、279R 下部、上部セルゴーストパターン
251 第2マスクパターン
272 上部ゴーストトンネル層
273 上部ゴースト電荷保存層
273R 上部ゴースト交換層
274 上部ゴーストブロック層
275 上部ダミーゴースト情報保存パターン
275R 上部セルゴースト情報保存パターン
276 上部ゴーストチャンネル
277 上部ゴーストコア
278 上部パッド
CE 第1領域(セル領域)
DM 第2領域(ダミー領域)
WC セル分離領域
DWC ダミー分離領域

Claims (20)

  1. 基板上に複数の絶縁層と複数の配線層とが交互に積層された積層構造体と、
    前記積層構造体を第1方向に横切る分離領域と、
    前記第1方向に垂直な第2方向に前記積層構造体内に延びる複数の第1チャンネル構造体と、
    前記分離領域内に配置され、前記第2方向に前記積層構造体内に延びる複数の第1パターンと、を備え、
    前記複数の第1パターンの底は、前記複数の第1チャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れることを特徴とする半導体素子。
  2. 前記複数の第1パターンの底は、前記複数の配線層のうちの最下層よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  3. 前記複数の第1パターンの各々の水平幅は、前記複数の第1チャンネル構造体の各々の水平幅よりも狭いことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  4. 前記積層構造体内に延びる複数の第1チャンネル構造体は、各々第1断面形状を有し、
    前記積層構造体内に延びる複数の第1パターンは、各々前記第1断面形状と異なる第2断面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  5. 前記分離領域内に配置され、前記積層構造体を介して延びる分離トレンチと、
    前記分離トレンチ内の分離絶縁層と、を更に含み、
    前記複数の第1パターンの少なくとも一部は、前記分離トレンチと境界をなすことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  6. 第1領域及び前記第1領域に隣接する第2領域を有する基板と、
    前記基板上の前記第2領域内に複数の絶縁層と複数のダミー層とが交互に積層された第1積層構造体と、
    前記第1積層構造体を第1方向に横切る分離領域と、
    前記第1積層構造体内に前記第1方向に垂直な第2方向に延びる複数のダミーチャンネル構造体と、
    前記分離領域内に配置され、前記第1積層構造体内に前記第2方向に延びる複数のダミーパターンと、を備え、
    前記複数のダミーパターンの底は、前記複数のダミーチャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れることを特徴とする半導体素子。
  7. 前記複数のダミーパターンの底は、前記複数のダミー層のうちの最下層よりも前記基板の上面から更に遠く離れることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。
  8. 前記複数のダミーチャンネル構造体のうちの互いに隣接する二つは、第1距離ほど離隔し、
    前記二つのダミーチャンネル構造体のうちの一つに隣接する前記複数のダミーパターンのうちの一つは、前記二つのダミーチャンネル構造体のうちの隣接する一つから前記第1距離ほど離隔することを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。
  9. 前記基板上の前記第1領域内に複数の絶縁層と複数の電極層とが交互に積層された第2積層構造体と、
    前記第2積層構造体を前記第1方向に横切るセル分離領域と、
    前記第2積層構造体内に前記第2方向に延びる複数のセルチャンネル構造体と、を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。
  10. 前記第2積層構造体内に前記第2方向に延びる複数のセルパターンを更に含み、
    前記複数のセルパターンの底は、前記複数のセルチャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
  11. 前記セル分離領域内に配置され、前記第2積層構造体を貫通するセル分離トレンチと、
    前記セル分離トレンチ内の分離絶縁層と、を更に含み、
    前記セル分離トレンチは、前記複数のセルパターンを貫通することを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。
  12. 前記複数のセルチャンネル構造体及び前記複数のダミーチャンネル構造体の各々は、
    チャンネルパターンと、
    前記チャンネルパターンの外側を囲む情報保存パターンと、を含み、
    前記情報保存パターンは、
    前記チャンネルパターンの外側を囲むトンネル絶縁層と、
    前記トンネル絶縁層の外側を囲む電荷保存層と、
    前記電荷保存層の外側を囲むブロック層と、を含むことを特徴とする請求項11に記載の半導体素子。
  13. 前記複数のダミーパターンの各々は、
    ダミーチャンネルパターンと、
    前記ダミーチャンネルパターンの外側を囲むダミー情報保存パターンと、を含み、
    前記ダミー情報保存パターンは、
    前記ダミーチャンネルパターンの外側を囲むダミートンネル層と、
    前記ダミートンネル層の外側を囲むダミー電荷保存層と、
    前記ダミー電荷保存層の外側を囲むダミーブロック層と、を含み、
    前記ダミーパターンの前記ダミーチャンネルパターン、前記ダミートンネル層、前記ダミー電荷保存層、及び前記ダミーブロック層の各々は、前記ダミーチャンネル構造体の前記チャンネルパターン、前記トンネル絶縁層、前記電荷保存層、及び前記ブロック層のうちの対応する一つと同一の物質を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子。
  14. 前記複数のセルパターンの各々は、
    チャンネルと、
    前記チャンネルと前記第2積層構造体との間に配置されたセル情報保存パターンと、を含み、
    前記セル情報保存パターンは、
    前記チャンネルと前記第2積層構造体との間のトンネル層と、
    前記トンネル層と前記第2積層構造体との間の交換層と、
    前記交換層と前記第2積層構造体との間のブロック層と、を含み、
    前記セルパターンの前記チャンネル、前記トンネル層、及び前記ブロック層の各々は、前記セルチャンネル構造体の前記チャンネルパターン、前記トンネル絶縁層、及び前記ブロック層のうちの対応する一つと同一の物質を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子。
  15. 前記セルパターンの前記交換層は、前記セルチャンネル構造体の前記電荷保存層と異なる物質を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体素子。
  16. 前記セルパターンの前記交換層は、前記複数の電極層と同一の物質を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体素子。
  17. 基板上に複数の下部絶縁層と複数の下部配線層とが交互に積層された下部積層構造体と、
    前記下部積層構造体上に複数の上部絶縁層と複数の上部配線層とが交互に積層された上部積層構造体と、
    前記基板の上面に垂直な第2方向に配置され、前記上部積層構造体を貫通して前記下部積層構造体内に延びる複数のチャンネル構造体と、
    前記上部積層構造体及び前記下部積層構造体を前記第2方向に垂直な第1方向に横切る分離領域と、
    前記分離領域内に配置され、前記下部積層構造体内に延びる複数の下部パターンと、
    前記分離領域内に配置され、前記上部積層構造体内に延びる複数の上部パターンと、を備え、
    前記複数の下部パターンの底は、前記複数のチャンネル構造体の底よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れることを特徴とする半導体素子。
  18. 前記複数の下部パターンの上面は、前記下部積層構造体の上面と同一平面をなすことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
  19. 前記上部パターンは、前記上部積層構造体を部分的に貫通して延びることを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。
  20. 前記複数の下部パターンの底は、前記複数の下部配線層のうちの最下層よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れるように配置され、
    前記複数の上部パターンの底は、前記複数の上部配線層のうちの最下層よりも前記基板の上面から前記第2方向に更に遠く離れるように配置されることを特徴とする請求項17に記載の半導体素子。

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