KR101022580B1 - Mass storage semiconductor memory device and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

3차원 구조의 대용량 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 반도체 메모리 장치는 반도체 기판 상에 형성된 복수의 로직 소자들, 로직 소자들을 덮는 제 1 층간 절연막, 제 1 층간 절연막 상에 형성된 접합층, 접합층 상에 적층되며, 로직 소자들과 연결된 복수의 메모리 소자들, 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막 및 제 2 층간 절연막 상에 형성되어, 로직 소자들과 전기적으로 연결된 입출력 금속 패드를 포함한다. A large capacity semiconductor memory device having a three-dimensional structure and a method of manufacturing the same are provided. The semiconductor memory device includes a plurality of logic elements formed on a semiconductor substrate, a first interlayer insulating layer covering the logic elements, a bonding layer formed on the first interlayer insulating layer, and a plurality of memory elements stacked on the bonding layer and connected to the logic elements. For example, the semiconductor device may include an input / output metal pad formed on the second interlayer insulating layer covering the memory elements and the second interlayer insulating layer and electrically connected to the logic elements.

3차원 구조, 접합, SSD 3d structure, junction, SSD

Description

대용량 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법{Mass storage semiconductor memory device and method for fabricating the same}Mass storage semiconductor memory device and method for fabricating the same

본 발명은 반도체 대용량 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고용량 및 고집적화시킬 수 있는 3차원 구조의 대용량 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor large capacity semiconductor memory device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a large capacity semiconductor memory device having a three-dimensional structure capable of high capacity and high integration and a manufacturing method thereof.

컴퓨터 시스템들과 같은 전자 시스템들의 데이터 저장 장치로서 자기 디스크들이 전통적으로 사용되었다. 그러나, 반도체 기술의 발전에 따라 컴퓨터 시스템들과 휴대용 장치들에서 자기 디스크 대신 EEPROM 기반(예컨대, NAND-타입 EEPROM 또는 NOR-타입 EEPROM)의 불휘발성 메모리를 데이터 저장 장치로서 사용하는 솔리드 스테이트 디스크(Solid State Disk; SSD)가 점차 사용되고 있다.Magnetic disks have traditionally been used as data storage devices in electronic systems such as computer systems. However, with the development of semiconductor technology, solid state disks using non-volatile memory of EEPROM-based (eg, NAND-type EEPROM or NOR-type EEPROM) as data storage devices instead of magnetic disks in computer systems and portable devices. State Disk (SSD) is increasingly being used.

SSD는 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD)에서 필수적으로 사용되는 모터와 같은 기계적인 구동 장치를 포함하고 있지 않으므로, 동작시 상기 SSD에서는 열과 소음이 거의 발생하지 않는다. 또한, SSD는 빠른 엑세스 레이트(fast access rate), 고집적도, 및 외부 충격에 대한 안정성 때문에 데이터 저장 장치로서 선호되고 있다. 또한, SSD의 데이터 전송 속도는 HDD의 데이터 전송 속도 보다 상당히 빠르다.Since the SSD does not include a mechanical driving device such as a motor which is essentially used in a hard disk drive (HDD), the SSD hardly generates heat and noise during operation. SSDs are also preferred as data storage devices because of their fast access rate, high density, and stability against external shocks. In addition, the data transfer speed of SSD is considerably faster than that of HDD.

이에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고용량 및 고집적화시킬 수 있는 3차원 구조의 대용량 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a large-capacity semiconductor memory device having a three-dimensional structure capable of high capacity and high integration.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 고용량 및 고집적화시킬 수 있는 3차원 구조의 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a large-capacity semiconductor memory device having a three-dimensional structure capable of high capacity and high integration.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치는 반도체 기판 상에 형성된 복수의 로직 소자들, 로직 소자들을 덮는 제 1 층간 절연막, 제 1 층간 절연막 상에 형성된 접합층, 접합층 상에 적층되며, 로직 소자들과 연결된 복수의 메모리 소자들, 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막 및 제 2 층간 절연막 상에 형성되어, 로직 소자들과 전기적으로 연결된 입출력 금속 패드를 포함하며, 로직 소자들은, 입출력 금속 패드를 통한 데이터의 입출력을 제어하는 입출력 제어 회로, 메모리 소자들 각각에 대응되며, 메모리 소자들을 제어하는 복수의 메모리 소자 제어 회로들 및 입출력 제어 회로 및 메모리 소자 제어 회로들을 제어하는 중앙 제어 회로를 포함한다. In accordance with an aspect of the present invention, a large capacity semiconductor memory device includes a plurality of logic elements formed on a semiconductor substrate, a first interlayer insulating layer covering the logic elements, a bonding layer formed on the first interlayer insulating layer, and a junction A plurality of memory elements stacked on the layer and connected to the logic elements, a second interlayer insulating layer covering the memory elements and a second interlayer insulating layer, the input and output metal pads electrically connected to the logic elements, and including logic The elements may correspond to input / output control circuits that control input / output of data through the input / output metal pads, each of the memory devices, and control a plurality of memory device control circuits and memory input / output control circuits and memory device control circuits to control the memory devices. It includes a central control circuit.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 제 1 반도체 기판을 제공하고, 제 1 반도체 기판 상에, 로직 소자들을 형성하고, 로직 소자들을 덮는 제 1 층간 절연막을 형성하고, 제 1 층간 절연막 상에 접합층을 형성하고, 접합층 상에 로직 소자들과 연결되는 복수의 메모리 소자들을 적층하고, 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막을 형성하고, 제 2 층간 절연막들 상에, 로직 소자들과 전기적으로 연결된 입출력 금속 패드를 형성하는 것을 포함하며, 로직 소자들을 형성하는 것은, 입출력 금속 패드를 통한 데이터의 입출력을 제어하는 입출력 제어 회로, 메모리 소자들 각각에 대응되며, 메모리 소자들을 제어하는 복수의 메모리 소자 제어 회로들 및 입출력 제어 회로 및 메모리 소자 제어 회로들을 제어하는 중앙 제어 회로를 형성하는 것을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a large-capacity semiconductor memory device, including: providing a first semiconductor substrate, forming a logic element on the first semiconductor substrate, and covering the logic elements; Forming a first interlayer insulating film, forming a bonding layer on the first interlayer insulating film, stacking a plurality of memory elements connected with logic elements on the bonding layer, and forming a second interlayer insulating film covering the memory elements, Forming an input / output metal pad electrically connected to the logic elements on the two interlayer insulating layers, wherein forming the logic elements may include an input / output control circuit and a memory element for controlling input / output of data through the input / output metal pad, respectively. A plurality of memory element control circuits and input / output control circuits and memory element control circuits that control the memory elements. It includes forming the central control circuit for controlling.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.

본 발명의 대용량 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 따르면, 하나의 반도체 칩 내에, 메인 메모리, 버퍼 메모리 및 제어 회로들이 3차원 구조로 배치됨으로써, 반도체 메모리 장치의 집적도 및 저장 용량을 보다 향상시킬 수 있다. According to the large-capacity semiconductor memory device of the present invention and a manufacturing method thereof, the main memory, the buffer memory, and the control circuits are arranged in a three-dimensional structure in one semiconductor chip, whereby the integration density and storage capacity of the semiconductor memory device can be further improved. .

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명 은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 리세스, 패드, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상에", "상부" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패드, 리세스, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, the dimensions of the substrates, layers (films), regions, recesses, pads, patterns or structures are shown to be larger than actual for clarity of the invention. In the present invention, each layer (film), region, pad, recess, pattern or structure is formed on the substrate, each layer (film), region, pad or patterns "on", "top" or "bottom". When referred to as meaning that each layer (film), region, pad, recess, pattern or structure is formed directly over or below the substrate, each layer (film), region, pad or patterns, or Other layers (films), other regions, different pads, different patterns or other structures may additionally be formed on the substrate.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치에 대해 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 단면도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치에 구비되는 반도체 소자의 단면도들이다. 1, 2A and 2B, a large capacity semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail. 1 is a cross-sectional view of a large capacity semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 2A and 2B are cross-sectional views of semiconductor devices included in a large-capacity semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치는, DRAM(Dynamic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectrics Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory), 플래(flash) 메모리 등 메모리를 기반으로 한 데이터 저장장치인 솔리드 스테이트 드라이브(SSD: Solid State Drive)이다.The large-capacity semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention includes a dynamic random access memory (DRAM), ferroelectrics random access memory (FRAM), a static random access memory (SRAM), a phase-change random access memory (PRAM), and an MRAM. It is a solid state drive (SSD), a memory-based data storage device such as magnetic random access memory (RRAM), resistive random access memory (RRAM), and flash memory.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 로직 소자들(10)이 배치되며, 로직 소자들(10) 상부에 메모리 소자들(20, 30, 40)이 배치된다. 로직 소자들(10) 상부에 배치된 메모리 소자들(20, 30, 40)은 버퍼 메모리 소자(20) 및 메인 메모리 소자들(30, 40)을 포함한다. 이와 같이, 반도체 기판(100) 상에 형성된 로직 소자(10) 및 메모리 소자(20, 30, 40)들은 하나의 칩(one chip)을 구성한다.Referring to FIG. 1, logic devices 10 are disposed on a semiconductor substrate 100, and memory devices 20, 30, and 40 are disposed on the logic devices 10. The memory devices 20, 30, and 40 disposed on the logic devices 10 include a buffer memory device 20 and main memory devices 30 and 40. As such, the logic elements 10 and the memory elements 20, 30, and 40 formed on the semiconductor substrate 100 constitute one chip.

보다 상세히 설명하면, 반도체 기판(100) 상의 로직 소자들(10)은, NMOS 및 PMOS 트랜지스터들(110), 배선(122), 저항(미도시) 및 다이오드(미도시) 등으로 구성될 수 있다. 로직 소자들(10)은 데이터의 입출력, 데이터의 읽기, 쓰기 및 삭제 동작을 제어한다. 구체적으로, 로직 소자들(10)은, 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)를 포함한다. In more detail, the logic elements 10 on the semiconductor substrate 100 may include NMOS and PMOS transistors 110, a wiring 122, a resistor (not shown), a diode (not shown), and the like. . The logic elements 10 control input / output of data, read, write, and delete operations of data. Specifically, the logic elements 10 include an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10b, and a main memory control circuit 10d.

입출력 제어 회로(10a)는 외부로부터 데이터의 입출력을 제어하며, 중앙 제어 회로(10b)는 로직 소자(10) 및 메모리 소자들(20, 30, 40)들 간의 동작을 제어하고, 전체 저장 장치의 동작을 제어한다. 그리고, 버퍼 메모리 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)는 각각 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)를 제어한다. The input / output control circuit 10a controls the input and output of data from the outside, the central control circuit 10b controls the operation between the logic element 10 and the memory elements 20, 30, 40, and the entire storage device. Control the operation. The buffer memory control circuit 10b and the main memory control circuit 10d control the buffer memory element 20a and the main memory element 20b, respectively.

이와 같은 로직 소자(10)들은 다층의 제 1 층간 절연막들(120, 130, 140)에 걸쳐 형성될 수 있다. 로직 소자(10)들을 덮는 최상층의 제 1 층간 절연막(140) 상에는 접합층(150)이 위치한다. Such logic elements 10 may be formed over the first multilayer interlayer insulating layers 120, 130, and 140. The bonding layer 150 is positioned on the first interlayer insulating layer 140 of the uppermost layer covering the logic elements 10.

접합층(150)은 층간 절연막(140) 상에 반도체 메모리 소자들을 형성하기 위한 반도체 기판(도 2a 및 도 2b 참조)을 접합시키기 위한 것이다. 접합층(150)은 예를 들어, 반응 경화형 접착제, 열경화형 접착제, 자외선 경화형 접착제 등의 광경화형 접착제(photo-setting adhesive), 혐기 경화형 접착제(anaerobe adhesive) 등의 각종 경화형 접착제를 이용할 수 있다. 또는 금속계 Ti, TiN, Al 등), 에폭시계, 아크릴레이트계, 실리콘계 등으로 이루어질 수 있다. The bonding layer 150 is for bonding a semiconductor substrate (see FIGS. 2A and 2B) to form semiconductor memory devices on the interlayer insulating layer 140. For example, the bonding layer 150 may use various curable adhesives such as photo-setting adhesives such as reaction curable adhesives, thermosetting adhesives, and ultraviolet curable adhesives, and anaerobic adhesives. Or metal-based Ti, TiN, Al, etc.), epoxy-based, acrylate-based, silicon-based, and the like.

여기서, 접합층(150)을 금속 물질로 형성하는 경우, 배선으로서 동작할 수도 있다. 접합층(150)은 로직 소자(10)와 버퍼 메모리 소자(20)를 연결하는 콘택(222)들이 형성된 소정 영역들에서 국소적으로 제거될 수 있다. In this case, when the bonding layer 150 is formed of a metal material, the bonding layer 150 may be operated as a wiring. The bonding layer 150 may be locally removed from predetermined regions in which the contacts 222 connecting the logic element 10 and the buffer memory element 20 are formed.

접합층(150) 상에는 버퍼 메모리 소자(20a)가 배치될 수 있다. 버퍼 메모리 소자(20a)는 메인 메모리 소자(20b)에 데이터를 효율적으로 기입 및 독출하기 위해 메인 메모리 소자(20b)들과 별도의 층에 구비된다. 버퍼 메모리 소자(20a)는 하부에 위치하는 중앙 제어 회로(10b) 및 버퍼 메모리 제어 회로(10c)와 연결되어, 그 동작이 제어될 수 있다. 버퍼 메모리 소자(20)는 다층의 제 2 층간 절연막들(220, 230, 240)들에 의해 덮여 있으며, 최상층의 제 2 층간 절연막(240) 상에는 접합층(250)이 형성된다.The buffer memory device 20a may be disposed on the bonding layer 150. The buffer memory device 20a is provided on a layer separate from the main memory devices 20b in order to efficiently write and read data in the main memory device 20b. The buffer memory element 20a is connected to the central control circuit 10b and the buffer memory control circuit 10c disposed below, so that its operation can be controlled. The buffer memory device 20 is covered by a plurality of second interlayer insulating layers 220, 230, and 240, and a bonding layer 250 is formed on the second interlayer insulating layer 240 of the uppermost layer.

버퍼 메모리 소자(20) 상에는 접합층(250)을 통해 메인 메모리 소자(20a)가 적층된다. 메인 메모리 소자(20b)는 콘택(222, 322, 422)을 통해 하부의 중앙 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)와 연결되어, 그 동작이 제어될 수 있다. 또한, 메인 메모리 소자(20b)는 차례로 적층된 제 1 및 제 2 메인 메모리 소자들(30, 40)을 포함할 수 있다. The main memory device 20a is stacked on the buffer memory device 20 through the bonding layer 250. The main memory device 20b is connected to the lower central control circuit 10b and the main memory control circuit 10d through the contacts 222, 322, and 422, so that the operation thereof may be controlled. In addition, the main memory device 20b may include first and second main memory devices 30 and 40 that are sequentially stacked.

제 1 메인 메모리 소자(30)는 제 3 층간 절연막들(320, 330, 340)에 의해 덮여 있으며, 제 3 층간 절연막(340) 상의 접합층(350)을 통해 제 2 메인 메모리 소자(40)가 적층된다. The first main memory device 30 is covered by the third interlayer insulating films 320, 330, and 340, and the second main memory device 40 is formed through the bonding layer 350 on the third interlayer insulating film 340. Are stacked.

본 발명의 일 실시예에서는 메인 메모리 소자들(30, 40)이 2층에 걸쳐 적층된 것으로 설명하였으나, 메인 메모리 소자들(30, 40)은 2층 이상에 걸쳐 적층될 수 있다. 즉, 메인 메모리 소자들(30, 40)을 복수의 층에 걸쳐 적층함으로써, 대용량 반도체 메모리 장치의 면적을 증가시키지 않으면서, 메모리 용량을 증가시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, the main memory devices 30 and 40 are described as being stacked over two layers. However, the main memory devices 30 and 40 may be stacked over two or more layers. That is, by stacking the main memory elements 30 and 40 over a plurality of layers, the memory capacity can be increased without increasing the area of the large-capacity semiconductor memory device.

이와 같이, 반도체 기판(100) 상에 적층된 로직 소자(10), 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들의 최상층에는 입출력 금속 패드(500)이 배치될 수 있다. 즉, 입출력 금속 패드(500)을 통해 데이터가 출력 및 입력될 수 있다. 그리고, 입출력 금속 패드(500)은 제 1 내지 제 4 층간 절연막들(120~140, 220~240, 320~340, 420~430)을 관통하는 콘택들(222, 322, 422)을 통해, 입출력 제어 회로(10a)와 연결된다. As such, the input / output metal pad 500 may be disposed on the uppermost layers of the logic element 10, the buffer memory element 20a, and the main memory element 20b stacked on the semiconductor substrate 100. That is, data may be output and input through the input / output metal pad 500. The input / output metal pad 500 is input / output through the contacts 222, 322, and 422 penetrating through the first to fourth interlayer insulating layers 120 to 140, 220 to 240, 320 to 340, and 420 to 430. It is connected with the control circuit 10a.

한편, 로직 소자(10) 상에 배치되는 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들은 서로 다른 층에 배치되며, 배치되는 순서는 본 발명의 실시예들에 제한되지 않는다. Meanwhile, the buffer memory device 20a and the main memory device 20b disposed on the logic device 10 are disposed on different layers, and the order in which they are arranged is not limited to the embodiments of the present invention.

또한, 로직 소자(10) 상에 적층된 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들은, DRAM(Dynamic Random Access Memory), FRAM(Ferroelectrics Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory) 및/또는 플래시(flash) 메모리 등으로 구성될 수 있다. 즉, 버퍼 및 메인 메모리 소자들(20a, 20b)은 스위칭 소자(도 2a 및 도 2b 참조) 및 데이터 저장 소자(미도시)들로 이루어질 수 있다. 또한, 버퍼 및 메인 메모리 소자들(20a, 20b)들은 전하 저장층 및 제어 게이트들로 이루어질 수 있다. In addition, the buffer memory device 20a and the main memory device 20b stacked on the logic device 10 may include dynamic random access memory (DRAM), ferroelectrics random access memory (FRAM), static random access memory (SRAM), It may be composed of a phase-change random access memory (PRAM), a magnetic random access memory (MRAM), a resistive random access memory (RRAM) and / or a flash memory. That is, the buffer and main memory elements 20a and 20b may be composed of switching elements (see FIGS. 2A and 2B) and data storage elements (not shown). In addition, the buffer and main memory elements 20a and 20b may be formed of a charge storage layer and control gates.

본 발명의 제 1 실시예에 구비된 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들의 구조에 대해 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세히 설명한다. The structures of the buffer memory element 20a and the main memory element 20b included in the first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A and 2B.

도 2a를 참조하면, 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들은, 수직 채널을 갖는 트랜지스터(210) 및 데이터 저장 소자(224)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2A, the buffer memory device 20a and the main memory device 20b may include a transistor 210 having a vertical channel and a data storage device 224.

보다 상세히 설명하면, 접합층(150) 상에 서로 다른 도전형의 불순물층(202, 204, 206)이 번갈아 적층된 구조의 반도체 패턴(SP)들이 복수 개 배치된다. 반도체 패턴(SP)들은 제 1 도전형 반도체 패턴들(202, 206)과 제 2 도전형 반도체 패턴(204)이 서로 번갈아 적층된다. 그리고, 제 1 도전형 반도체 패턴(202, 206)이 최하층 및 최상층에 배치된다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 수직 채널 트랜지스터(210, 310, 410)이 NMOS 트랜지스터인 경우, 제 1 도전형은 n형이고, 제 2 도전형은 p형이다. 그리고, 수직 채널 트랜지스터(210, 310, 410)이 PMOS 트랜지스터인 경우, 제 1 도전형이 p형이고, 제 2 도전형이 n형이다. 그리고, 최하층 및 최상층에 위치하는 제 1 도전형 반도체층 패턴들(202, 206)은 트랜지스터들의 소오스/드레인 영역에 해당하며, 제 1 도전형 반도체층 패턴들(202, 206) 사이의 제 2 도전형 반도체층 패턴(204)은 채널 영역에 해당한다. In more detail, a plurality of semiconductor patterns SP having a structure in which different conductive impurity layers 202, 204, and 206 are alternately stacked on the junction layer 150 are disposed. In the semiconductor patterns SP, the first conductive semiconductor patterns 202 and 206 and the second conductive semiconductor pattern 204 are alternately stacked. Then, the first conductivity type semiconductor patterns 202 and 206 are disposed on the lowermost layer and the uppermost layer. In the first embodiment of the present invention, when the vertical channel transistors 210, 310, and 410 are NMOS transistors, the first conductivity type is n type and the second conductivity type is p type. When the vertical channel transistors 210, 310, and 410 are PMOS transistors, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. In addition, the first conductive semiconductor layer patterns 202 and 206 positioned at the lowermost layer and the uppermost layer correspond to source / drain regions of the transistors, and the second conductive layer between the first conductive semiconductor layer patterns 202 and 206. The type semiconductor layer pattern 204 corresponds to a channel region.

또한, 각각의 반도체 패턴(SP)은 기둥 형태를 가질 수 있으며, 반도체 패턴(SP)의 측벽 중심부에는 스페이서 형태의 게이트 전극(208)이 형성된다. 그리고, 반도체 패턴(SP)과 게이트 전극(208) 사이에는 게이트 절연막(미도시)이 개재된다. In addition, each semiconductor pattern SP may have a pillar shape, and a gate electrode 208 having a spacer shape is formed at the center of the sidewall of the semiconductor pattern SP. A gate insulating film (not shown) is interposed between the semiconductor pattern SP and the gate electrode 208.

반도체 패턴(SP)의 둘레에 형성된 게이트 전극(208)은 인접한 반도체 패턴들(SP)의 둘레에 형성된 게이트 전극(208)들과 서로 접촉될 수 있다. 즉, 반도체 패턴(SP)들은 측벽에 형성된 게이트 전극(208)이 서로 맞닿을 수 있도록 소정 간격 이격되어 배치된다. 이에 따라, 복수 개의 기둥형 반도체 패턴(SP)들의 둘레에 형성된 게이트 전극(208)들에 의해 하나의 게이트 전극 라인이 이루어질 수 있다. The gate electrode 208 formed around the semiconductor pattern SP may contact the gate electrodes 208 formed around the adjacent semiconductor patterns SP. That is, the semiconductor patterns SP are spaced apart from each other so that the gate electrodes 208 formed on the sidewalls may contact each other. Accordingly, one gate electrode line may be formed by the gate electrodes 208 formed around the plurality of columnar semiconductor patterns SP.

또한, 기둥형 반도체 패턴들(SP)의 상면에는 각각 콘택 플러그 및 배선(224)들이 연결된다. 배선(224)은 데이터 저장 소자의 데이터 저장 전극일 수 있다. In addition, contact plugs and wires 224 are connected to upper surfaces of the columnar semiconductor patterns SP, respectively. The wiring 224 may be a data storage electrode of the data storage element.

도 2b를 참조하면, 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(20b)들은, 수평 채널을 갖는 트랜지스터(210, 310, 410) 및 데이터 저장 소자(224)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the buffer memory device 20a and the main memory device 20b may include transistors 210, 310, and 410 having a horizontal channel and a data storage device 224.

보다 상세히 설명하면, 접합층(150) 상에는 접합된 단결정 반도체 기판(200)이 위치한다. 접합 반도체 기판(200)은 소자 분리막 영역(203)들에 의해 활성 영역이 정의되어 있으며, 활성 영역 상에 수평 채널을 갖는 트랜지스터들이 형성된다. 여기서, 소자 분리막(203)들은 접합 반도체 기판(200)을 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 트랜지스터들은 접합 반도체 기판(200) 상에 형성된 게이트 패턴(208)들과, 게이트 패턴(208)들 양측의 접합 반도체 기판(200) 내에 형성된 소오스/드레인 영역(202)을 포함한다. 이 때, 소오스/드레인 영역(202)은 접합 반도체 기판(200) 내에 소정 깊이에 불순물이 주입되어 형성되거나, 접합 반도체 기판(200)의 바닥까지 불순물이 주입되어 형성될 수 있다. 또한, 접합 반도체 기판(200) 상에서, 서로 인접한 트랜지스터들(210, 310, 410) 은 게이트 패턴(210)들 사이에 소오스/드레인 영역(202)을 공유할 수 있다. In more detail, the bonded single crystal semiconductor substrate 200 is positioned on the bonding layer 150. In the junction semiconductor substrate 200, an active region is defined by device isolation regions 203, and transistors having horizontal channels are formed on the active region. Here, the device isolation layers 203 may be formed through the junction semiconductor substrate 200. The transistors include gate patterns 208 formed on the junction semiconductor substrate 200 and source / drain regions 202 formed in the junction semiconductor substrate 200 on both sides of the gate patterns 208. In this case, the source / drain regions 202 may be formed by implanting impurities into the junction semiconductor substrate 200 at a predetermined depth or by implanting impurities to the bottom of the junction semiconductor substrate 200. In addition, on the junction semiconductor substrate 200, transistors 210, 310, and 410 adjacent to each other may share the source / drain region 202 between the gate patterns 210.

또한, 소오스/드레인 영역에는 콘택 플러그 및 배선(224)들이 연결될 수 있으며, 배선(224)은 데이터 저장 소자의 데이터 저장 전극일 수 있다. 구체적으로, 버퍼 또는 메인 메모리 소자(20a, 20b)들이 DRAM 소자인 경우, 트랜지스터들(210, 310, 410)에 데이터 저장 소자로서 캐패시터(미도시)가 연결된다. 또한, 버퍼 또는 메인 메모리 소자(20a, 20b)들이 PRAM 소자인 경우, 트랜지스터들(210, 310, 410)에 데이터 저장 소자로서 상변화 물질막이 연결된다. 또한, 버퍼 또는 메인 메모리 소자(20a, 20b)들이 FRAM 소자인 경우, 데이터 저장 소자로서 강유전체 물질막이 연결된다. In addition, contact plugs and wires 224 may be connected to the source / drain regions, and the wires 224 may be data storage electrodes of the data storage device. In detail, when the buffer or main memory devices 20a and 20b are DRAM devices, capacitors (not shown) are connected to the transistors 210, 310, and 410 as data storage devices. In addition, when the buffer or main memory devices 20a and 20b are PRAM devices, a phase change material film is connected to the transistors 210, 310, and 410 as data storage devices. In addition, when the buffer or main memory elements 20a and 20b are FRAM elements, a ferroelectric material film is connected as a data storage element.

도 1 및 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. A method of manufacturing a large capacity semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3 to 7.

도 3을 참조하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)를 포함하는 로직 소자들(10)을 형성한다. 즉, 제 1 반도체 기판(100) 상에, NMOS 및/또는 PMOS 트랜지스터들(110)을 저항(미도시), 다이오드(미도시) 및 배선들(122)을 형성하여 로직 소자들을 형성한다. Referring to FIG. 3, logic elements including an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10b, and a main memory control circuit 10d on a first semiconductor substrate 100 may be used. To form (10). That is, on the first semiconductor substrate 100, NMOS and / or PMOS transistors 110 are formed with resistors (not shown), diodes (not shown), and wirings 122 to form logic elements.

보다 상세히 설명하면, 제 1 반도체 기판(100) 내에 소자 분리막(미도시)들을 형성하여, 활성 영역을 정의한다. 여기서, 제 1 반도체 기판(100)은 벌크 실리콘, 벌크 실리콘-게르마늄 또는 이들 상에 실리콘 또는 실리콘-게르마늄 에피층이 형성된 반도체 기판일 수 있다. 또한, 제 1 반도체 기판(100)은 실리콘-온-사파이어(silicon-on-sapphire; SOS) 기술, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator; SOI)기술, 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT) 기술, 도핑된 반도체들 및 도핑되지 않은 반도체들, 기반 반도체에 의해 지지되는 실리콘 에피택셜 층(epitaxial layer)들, 및 당업자에게 잘 알려져 있는 다른 반도체 구조들을 포함한다. In more detail, device isolation layers (not shown) are formed in the first semiconductor substrate 100 to define an active region. Here, the first semiconductor substrate 100 may be bulk silicon, bulk silicon-germanium, or a semiconductor substrate on which a silicon or silicon-germanium epi layer is formed. In addition, the first semiconductor substrate 100 may include silicon-on-sapphire (SOS) technology, silicon-on-insulator (SOI) technology, thin film transistor (TFT) ), Doped and undoped semiconductors, silicon epitaxial layers supported by the underlying semiconductor, and other semiconductor structures well known to those skilled in the art.

제 1 반도체 기판(100) 상에, 게이트 전극들을 형성하고, 게이트 전극(110) 양측의 제 1 반도체 기판(100) 내로 불순물을 이온 주입하여 소오스/드레인 영역들을 형성한다. 이에 따라 제 1 반도체 기판(100) 상에 트랜지스터(110)들이 형성될 수 있다.Gate electrodes are formed on the first semiconductor substrate 100 and source / drain regions are formed by ion implanting impurities into the first semiconductor substrate 100 on both sides of the gate electrode 110. Accordingly, the transistors 110 may be formed on the first semiconductor substrate 100.

트랜지스터(110)들 상에, 단차 도포성이 우수한 절연 물질을 증착하여 제 1 층간 절연막들(120~140)을 형성한다. 여기서, 제 1 층간 절연막들(120~140) 내에는 콘택 및 배선들(122)과, 저항(미도시) 및 다이오드(미도시)들이 매립될 수 있다. The first interlayer insulating layers 120 to 140 are formed on the transistors 110 by depositing an insulating material having excellent step coverage. In this case, contacts and wires 122, resistors (not shown), and diodes (not shown) may be buried in the first interlayer insulating layers 120 to 140.

이 때, 제 1 층간 절연막(120~140) 내에 매립되는 콘택 및 배선들(122)은 저저항, 낮은 스트레스, 우수한 단차 도포성 및 우수한 열 팽창 계수를 갖는 내화 금속(refractory metal) 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 후속에서 진행되는 메모리 소자들을 형성시, 고온 공정의 영향을 적게 받는다. 이에 따라 로직 소자들(10)의 전기적 특성 및 신뢰성이 유지될 수 있다. 이러한 내화 금속 물질로는 예를 들어, 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 지르코늄 질화막, 텅스텐 질화막(TiN) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 등일 수 있다. In this case, the contacts and wires 122 embedded in the first interlayer insulating layers 120 to 140 may be formed of a refractory metal material having low resistance, low stress, excellent step coverage, and excellent thermal expansion coefficient. Can be. Accordingly, the formation of subsequent memory elements is less affected by the high temperature process. Accordingly, electrical characteristics and reliability of the logic elements 10 may be maintained. Examples of such refractory metal materials include tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium nitride film (TiN), tantalum nitride film (TaN), zirconium nitride film, and tungsten nitride film (TiN). And alloys thereof.

이어서, 최상층에 위치하는 제 1 층간 절연막(140) 상에, 메모리 소자들을 형성하기 위한 반도체 기판을 접합시킬 수 있도록 접합층(150)을 형성한다. 구체적으로, 접합층(150)은 예를 들어, 반응 경화형 접착제, 열경화형 접착제, 자외선 경화형 접착제 등의 광경화형 접착제(photo-setting adhesive), 혐기 경화형 접착제(anaerobe adhesive) 등의 각종 경화형 접착제를 이용할 수 있다. 또는 금속계 Ti, TiN, Al 등), 에폭시계, 아크릴레이트계, 실리콘계 등으로 이루어질 수 있다. Subsequently, a bonding layer 150 is formed on the first interlayer insulating layer 140 positioned on the uppermost layer to bond the semiconductor substrate for forming the memory devices. Specifically, for example, the bonding layer 150 may use various curable adhesives, such as photo-setting adhesives such as reaction curable adhesives, thermosetting adhesives, and ultraviolet curable adhesives, and anaerobic adhesives. Can be. Or metal-based Ti, TiN, Al, etc.), epoxy-based, acrylate-based, silicon-based, and the like.

여기서, 접합층(150)을 금속 물질로 형성하는 경우, 금속 물질은 제 1 층간 절연막들(120~140)에 매립된 콘택 및 배선들(122)을 이루는 도전 물질들보다 낮은 온도에서 녹는 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 접합층(150)은 반도체 기판과의 접합시에 표면의 미세 불균일로 인하여 형성될 수 있는 보이드(void)를 방지하기 위해, 평탄화 공정시 낮은 온도에서 리플로우될 수 있는 물질로 형성한다. 즉, 접합 층(150)은 상부에 반도체 기판을 접착시킬 때, 접합 강도를 증가시킬 수 있으며, 접합시 발생할 수 있는 미세 불량을 줄이는 역할을 할 수 있다. Here, when the bonding layer 150 is formed of a metal material, the metal material is a material that melts at a lower temperature than the conductive materials forming the contacts and the wirings 122 embedded in the first interlayer insulating films 120 to 140. Can be formed. In addition, the bonding layer 150 is formed of a material that can be reflowed at a low temperature during the planarization process in order to prevent voids that may be formed due to fine non-uniformity of the surface when bonding to the semiconductor substrate. That is, the bonding layer 150 may increase the bonding strength when the semiconductor substrate is adhered to the upper portion, and may serve to reduce fine defects that may occur during bonding.

도 4를 참조하면, 접합층(150) 상에 제 2 반도체 기판(209)을 준비한다. 보다 상세히 설명하면, 제 2 반도체 기판(209)은 단결정 반도체 기판으로서, 표면으로부터 소정 깊이까지 하나의 불순물층(200)을 포함하거나, 다수의 불순물층들(200)을 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 불순물층들(200)은 단결정 반도체 기판(209) 내에 불순물을 이온 주입하거나, 단결정 반도체 기판을 형성하기 위한 에피택시얼 성장 과정 중에 불순물을 첨가하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4, a second semiconductor substrate 209 is prepared on the bonding layer 150. In more detail, the second semiconductor substrate 209 is a single crystal semiconductor substrate, and may include one impurity layer 200 from a surface to a predetermined depth or may include a plurality of impurity layers 200. Here, the plurality of impurity layers 200 may be formed by ion implanting impurities into the single crystal semiconductor substrate 209 or by adding impurities during the epitaxial growth process for forming the single crystal semiconductor substrate.

이 때, 제 2 반도체 기판(209)에 포함된 하나의 불순물층(200)은 n형 또는 p형 불순물이 도핑된 단결정 반도체 불순물층(201)일 수 있다. 그리고, 제 2 반도체 기판(209)에 포함된 복수의 불순물층들(200)은 n형 불순물층과 p형 불순물층이 교대로 위치할 수 있도록 불순물을 번갈아 이온주입하여 형성될 수 있다. In this case, one impurity layer 200 included in the second semiconductor substrate 209 may be a single crystal semiconductor impurity layer 201 doped with n-type or p-type impurities. In addition, the plurality of impurity layers 200 included in the second semiconductor substrate 209 may be formed by alternately implanting impurities so that the n-type impurity layer and the p-type impurity layer may be alternately positioned.

또한, 불순물층들(200)을 포함하는 제 2 반도체 기판(200) 내에는, 불순물층(200)과 단결정 반도체 기판(209) 계면에 분리층(201)을 포함한다. 분리층(201)은 미세 구멍이 형성된 기포층 (Porous)이나, 산화막이나 질화막 같은 절연막, 유기 접착층, 혹은 기판의 결정 격자의 차이로 (예를 들면, Si-Ge) 생긴 변형층(Strained Layer)을 말한다. 또한, 분리층(201)은 수소 (Hydrogen)와 같은 기화성 기체를 이온 주입하여(exfoliating implant) 형성할 수도 있다. 이러한 분리 층(201)은 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(150) 상에 접합시킨 후, 단결정 반도체 기판 영역을 제거할 때, 불순물층들(200)까지 제거되는 것을 저지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 분리층(201)은 불순물층들(200)만 남기고, 단결정 반도체 기판을 정확하고, 쉽게 분리시킬 수 있는 역할을 한다. In addition, the second semiconductor substrate 200 including the impurity layers 200 includes a separation layer 201 at an interface between the impurity layer 200 and the single crystal semiconductor substrate 209. The separation layer 201 is a strained layer that is formed by a difference between (eg, Si-Ge) a microporous bubble layer (Porous), an insulating film such as an oxide film or a nitride film, an organic adhesive layer, or a crystal lattice of a substrate. Say In addition, the separation layer 201 may be formed by ion implanting a vaporizable gas such as hydrogen (Hydrogen). The separation layer 201 may prevent the removal of the impurity layers 200 when the single crystal semiconductor substrate region is removed after the second semiconductor substrate 200 is bonded onto the bonding layer 150. Can be. In addition, the separation layer 201 leaves only the impurity layers 200 and serves to accurately and easily separate the single crystal semiconductor substrate.

이후, 불순물층(200)의 표면이 접합층(150)과 마주보도록 하여, 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(150) 상에 접합시킨다. 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(150) 상에 접합시킨 후에는, 접합 강도를 증가시키기 위해 일정 압력을 가하면서 열처리할 수 있다. Thereafter, the second semiconductor substrate 200 is bonded on the bonding layer 150 such that the surface of the impurity layer 200 faces the bonding layer 150. After the second semiconductor substrate 200 is bonded onto the bonding layer 150, the second semiconductor substrate 200 may be heat treated while applying a predetermined pressure to increase the bonding strength.

이와 같이, 접합층(150) 상에 불순물층들(200)을 포함하는 제 2 반도체 기판(209)을 접착시킬 때, 제 2 반도체 기판(209) 상에는 다른 반도체 소자들이 형성되지 않은 상태이므로, 제 2 반도체 기판(209)을 접합층(150) 상에 정확히 정렬시키는 것이 요구되지 않는다. As such, when the second semiconductor substrate 209 including the impurity layers 200 is adhered to the bonding layer 150, other semiconductor elements are not formed on the second semiconductor substrate 209. It is not required to accurately align the two semiconductor substrates 209 on the bonding layer 150.

제 2 반도체 기판(209)을 접합층(150) 상에 완전히 접합시킨 다음에는, 불순물층(200)을 제외한 나머지 부분을 모두 제거한다. 이에 따라 금속 물질로 이루어진 접합층(150) 상에 불순물층(200)이 형성될 수 있다. After the second semiconductor substrate 209 is completely bonded onto the bonding layer 150, all portions other than the impurity layer 200 are removed. Accordingly, the impurity layer 200 may be formed on the bonding layer 150 made of a metal material.

보다 상세히 설명하면, 접합된 제 2 반도체 기판(200)에서 분리층(201)이 노출될 때까지, 단결정 반도체 영역을 그라인딩(grinding) 또는 연마(polishing) 공정을 진행한다. 분리층(201)이 노출된 후에는, 이방성 또는 등방성 식각 공정을 진 행하여 불순물층(200)의 표면을 노출시킨다. In more detail, the single crystal semiconductor region is ground or polished until the separation layer 201 is exposed in the bonded second semiconductor substrate 200. After the separation layer 201 is exposed, an anisotropic or isotropic etching process is performed to expose the surface of the impurity layer 200.

불순물층(200)을 노출시키는 것은, 제 2 반도체 기판(209) 내에서 불순물층들(200)과 분리층(201)에서의 불순물 농도 구배가 다르므로, 반도체 기판에 대한 선택적 식각이 가능하다. 또는, 분리층(201)에 물리적인 충격을 가해, 결정격자가 약한, 분리층(201)을 따라 균열이 발생하여 단결정 반도체 영역과 다수의 불순물층(200)을 분리할 수도 있다. Exposing the impurity layer 200 may be performed by selective etching of the semiconductor substrate since the impurity concentration gradients of the impurity layers 200 and the separation layer 201 are different in the second semiconductor substrate 209. Alternatively, a physical impact may be applied to the separation layer 201 to cause cracks along the separation layer 201 where the crystal lattice is weak to separate the single crystal semiconductor region and the plurality of impurity layers 200.

도 5를 참조하면, 접합층(150) 상에 단결정 반도체 기판의 접합을 통해 형성된 단결정 반도체 불순물층을 이용하여 메모리 소자들을 형성한다. 메모리 소자들은 버퍼 메모리 소자이거나 메인 메모리 소자일 수 있다. 본 발명의 제 1 실시예에서는 로직 소자들(10) 상에 버퍼 메모리 소자(20a)를 먼저 형성하는 것으로 설명한다. 그리고, 메모리 소자들(20a)은 DRAM, FRAM, SRAM, PRAM, MRAM 및/또는 플래시 메모리 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메모리 소자들(20a)은 수직 또는 수평 채널을 갖는 트랜지스터들 및 데이터 저장 소자들로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 5, memory devices are formed on the bonding layer 150 using a single crystal semiconductor impurity layer formed through the bonding of a single crystal semiconductor substrate. The memory devices may be buffer memory devices or main memory devices. In the first embodiment of the present invention, the buffer memory device 20a is first formed on the logic devices 10. The memory devices 20a may be formed of DRAM, FRAM, SRAM, PRAM, MRAM, and / or flash memory. For example, the memory elements 20a may be composed of transistors and data storage elements having vertical or horizontal channels.

도 5에 도시된 메모리 소자들(20a)을 형성하는 것은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 상세히 설명된다. Forming the memory elements 20a shown in FIG. 5 is described in more detail with reference to FIGS. 2A and 2B.

즉, 접합층(150) 상에 다수의 불순물층들이 형성된 경우, 다수의 불순물층들을 패터닝하여 도 2a에 도시된 바와 같이, 트랜지스터를 형성하기 위한, 기둥 형태의 반도체 패턴들(SP)을 형성한다. 보다 상세히 설명하면, 다수의 반도체층들에 대 해 사진 식각 공정을 진행하여, 반도체층 패턴들(SP)을 형성할 수 있다. 즉, n/p/n형 또는 p/n/p형의 반도체 패턴(SP)이 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 기둥 형태의 반도체 패턴들(SP)은 수직 트랜지스터의 채널 영역(204) 및 소스/드레인 영역(202, 206)에 해당할 수 있다.That is, when a plurality of impurity layers are formed on the junction layer 150, the plurality of impurity layers are patterned to form pillar-shaped semiconductor patterns SP for forming transistors, as shown in FIG. 2A. . In more detail, the photolithography process may be performed on the plurality of semiconductor layers to form the semiconductor layer patterns SP. That is, an n / p / n type or a p / n / p type semiconductor pattern SP may be formed. The pillar-shaped semiconductor patterns SP may correspond to the channel region 204 and the source / drain regions 202 and 206 of the vertical transistor.

접합층(150) 상에 반도체 패턴들(SP)을 형성한 다음에는, 반도체 패턴들(SP) 중, 가운데에 위치하는 불순물층(204)의 양측에 스페이서 형태의 게이트 전극(208)을 형성한다. 스페이서 형태의 게이트 전극(208)은 게이트용 도전막을 반도체 패턴의 표면을 따라 컨포말하게 형성한 후, 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 게이트 전극(208)은 인접한 반도체 패턴(SP)의 측벽에 형성된 게이트 전극(208)들과 서로 접촉되도록 형성된다. After forming the semiconductor patterns SP on the bonding layer 150, a gate electrode 208 having a spacer shape is formed on both sides of the impurity layer 204 located in the middle of the semiconductor patterns SP. . The gate electrode 208 in the form of a spacer may be formed by conformally forming a gate conductive film along a surface of a semiconductor pattern and then anisotropically etching. In this case, the gate electrode 208 is formed to contact the gate electrodes 208 formed on the sidewall of the adjacent semiconductor pattern SP.

한편, 접합층(150) 단결정 반도체 불순물층, 즉 제 2 반도체 기판(200)을 형성한 후에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 수평 채널을 갖는 트랜지스터들을 형성할 수도 있다. Meanwhile, after the bonding layer 150 is formed of the single crystal semiconductor impurity layer, that is, the second semiconductor substrate 200, transistors having horizontal channels may be formed, as shown in FIG. 2B.

상세히 설명하면, 접합된 단결정 제 2 반도체 기판(200) 내에 소자 분리막(203)을 형성하여 활성 영역을 정의한다. 그리고 나서, 단결정 제 2 반도체 기판(200) 상에, 게이트 절연막 및 게이트 도전막 패턴들을 형성하여 게이트 전극들을 형성한다. 그리고, 게이트 전극들 양측의 제 2 반도체 기판(200) 내에 불순물을 도우핑하여 소오스/드레인 영역들(202)을 형성한다. 여기서, 인접한 게이트 전극들 사이에는 공통의 소오스 영역(202)을 형성할 수도 있다. In detail, an isolation region 203 is formed in the bonded single crystal second semiconductor substrate 200 to define an active region. Then, the gate insulating film and the gate conductive film patterns are formed on the single crystal second semiconductor substrate 200 to form the gate electrodes. The source / drain regions 202 are formed by doping impurities into the second semiconductor substrate 200 at both sides of the gate electrodes. Here, a common source region 202 may be formed between adjacent gate electrodes.

도 6을 참조하면, 접합층(150) 상에 수직 또는 수평 채널의 트랜지스터(210)들을 갖는 버퍼 메모리 소자(20a)들을 형성한 후, 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막(220)을 형성하고, 버퍼 메모리 소자(20a)들과 연결되는 콘택 및 배선(224)들을 형성한다. 그리고, 버퍼 메모리 소자(20a)들 하부의 로직 소자들(10)과 연결되는 콘택(222)들을 형성한다. 구체적으로, 입출력 제어 회로(10a), 버퍼 메모리 제어 회로(10c) 및 메인 메모리 제어 회로(10d) 각각과 연결되는 콘택들(222)을 형성한다. 이 때, 콘택들(222)은 내화 금속 물질로 형성될 수 있다. 콘택들(222)을 형성함으로써, 버퍼 메모리 소자(20a)들은 하부의 버퍼 메모리 제어 회로(10c)와 전기적으로 연결된다. Referring to FIG. 6, after forming the buffer memory devices 20a having the transistors 210 of the vertical or horizontal channel on the junction layer 150, a second interlayer insulating film 220 covering the memory devices is formed. Contacts and wires 224 connected to the buffer memory devices 20a are formed. Then, the contacts 222 connected to the logic elements 10 under the buffer memory elements 20a are formed. Specifically, contacts 222 connected to the input / output control circuit 10a, the buffer memory control circuit 10c, and the main memory control circuit 10d are formed. In this case, the contacts 222 may be formed of a refractory metal material. By forming the contacts 222, the buffer memory elements 20a are electrically connected to the lower buffer memory control circuit 10c.

도 7을 참조하면, 버퍼 메모리 소자들(20a)을 덮는 최상층의 제 2 층간 절연막(220~240) 표면에 접합층(250)을 형성한다. 이후, 접합층(250) 상에 메인 메모리 소자들을 형성하기 위한 단결정 반도체 기판을 접합시킨다. 그리고, 도 4 내지 도 5를 참조하여 상술한 것처럼, 단결정 반도체 기판을 이용하여 메인 메모리 소자들(20b)을 형성하고, 메인 메모리 소자들(20b)과 메인 메모리 제어 회로(10d)를 연결하는 콘택들(322)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a bonding layer 250 is formed on a surface of the second interlayer insulating layers 220 to 240 of the uppermost layer covering the buffer memory devices 20a. Thereafter, a single crystal semiconductor substrate for forming main memory devices is bonded on the bonding layer 250. As described above with reference to FIGS. 4 to 5, a contact for forming main memory devices 20b using a single crystal semiconductor substrate and connecting the main memory devices 20b and the main memory control circuit 10d. Form the field 322.

한편, 메인 메모리 소자들(20b)은 상술한 공정을 반복하여 반도체 기판의 접합을 통해 다층에 걸쳐 수직적으로 적층될 수 있다. Meanwhile, the main memory devices 20b may be stacked vertically over the multilayer through the bonding of the semiconductor substrate by repeating the above process.

수직적으로 적층된 메모리 소자들(20b)을 형성한 다음, 다시 도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)의 최상층에 입출력 금속 패드(500)를 형성한다. 입출력 금속 패드(500)는 하부의 입출력 제어 회로(10a)와 접속된 콘택들(222, 322, 422)과 접촉된다. After forming the memory devices 20b stacked vertically, referring to FIG. 1 again, the input / output metal pad 500 is formed on the uppermost layer of the semiconductor substrate 100. The input / output metal pad 500 is in contact with the contacts 222, 322, and 422 connected to the lower input / output control circuit 10a.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치에 대해 상세히 설명한다. 제 2 실시예에 대해서는, 본 발명의 제 1 실시예와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제 1 실시예와의 차이점에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a large capacity semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8. For the second embodiment, detailed description of technical features overlapping with the first embodiment of the present invention will be omitted, and differences from the first embodiment will be described in detail.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치는 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)이 접합을 통해 적층되며, 쓰루 실리콘 비아(510; through silicon via)를 통해 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)이 서로 전기적으로 연결된다. 즉, 로직 소자(10)와, 로직 소자(10) 상부에 메모리 소자들(20, 30)을 포함하는 제 1 및 제 2 칩들(1, 2)이 접합을 통해 수직으로 적층된 구조를 갖는다. Referring to FIG. 8, in the large-capacity semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, a first chip 1 and a second chip 2 are stacked through a junction, and through silicon vias 510 are formed. The first chip 1 and the second chip 2 are electrically connected to each other through. That is, the logic device 10 and the first and second chips 1 and 2 including the memory devices 20 and 30 on the logic device 10 are vertically stacked through the junction.

보다 상세히 설명하면, 하부에 배치되는 제 1 칩(1)은 반도체 기판(100) 상에 배치된 로직 소자들(10), 로직 소자(10)들 상부의 메모리 소자들(20, 30)을 포함한다. In more detail, the first chip 1 disposed below includes the logic devices 10 disposed on the semiconductor substrate 100 and the memory devices 20 and 30 on the logic devices 10. do.

로직 소자들(10)은 데이터의 입출력, 데이터의 읽기, 쓰기 및 삭제 동작을 제어한다. 구체적으로, 로직 소자들(10)은, 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)를 포함한다. 여기서, 입출력 제어 회로(10a)는 복수 개가 설치될 수 있으며, 각각 하부에 위치하는 제 1 칩(1)과, 상부에 위치하는 제 2 칩(2)에 연결될 수 있다. The logic elements 10 control input / output of data, read, write, and delete operations of data. Specifically, the logic elements 10 include an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10b, and a main memory control circuit 10d. Here, the input / output control circuit 10a may be provided in plural, and may be connected to the first chip 1 positioned below and the second chip 2 positioned above.

로직 소자들(10) 상부에는 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(30a)들이 차례로 적층된다. 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(30a)들은 접합층(150, 250)을 통해 로직 소자(10) 상부에 차례로 적층될 수 있다. 접합층들(150, 250)은 도전성 접착 물질로 형성되어, 배선으로서 동작할 수도 있다. 그리고 접합층들(150, 250)은, 로직 소자(10)와 메모리 소자들(20a, 30a)을 연결하는 콘택(222)들이 형성된 소정 영역들에서 국소적으로 제거될 수 있다. The buffer memory device 20a and the main memory device 30a are sequentially stacked on the logic devices 10. The buffer memory device 20a and the main memory device 30a may be sequentially stacked on the logic device 10 through the bonding layers 150 and 250. The bonding layers 150 and 250 may be formed of a conductive adhesive material to operate as a wiring. The bonding layers 150 and 250 may be locally removed from predetermined regions in which the contacts 222 connecting the logic element 10 and the memory elements 20a and 30a are formed.

버퍼 메모리 소자(20a)는 콘택(222)을 통해 하부에 위치하는 중앙 제어 회로(10b) 및 버퍼 메모리 제어 회로(10c)와 연결되어, 그 동작이 제어될 수 있다. 또한, 메인 메모리 소자(30a)는 콘택들(222, 322)을 통해 하부의 중앙 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)와 연결되어, 그 동작이 제어될 수 있다.The buffer memory element 20a is connected to the central control circuit 10b and the buffer memory control circuit 10c disposed below through the contact 222 so that its operation can be controlled. In addition, the main memory device 30a may be connected to the lower central control circuit 10b and the main memory control circuit 10d through the contacts 222 and 322 so that its operation may be controlled.

한편, 버퍼 메모리 소자(20a) 상의 메인 메모리 소자(30a)는 접합을 통해 복수 층에 걸쳐 적층될 수 있다. 즉, 메인 메모리 소자(30a) 상부에 다른 메인 메모 리 소자들(미도시)이 접합될 수 있다. Meanwhile, the main memory device 30a on the buffer memory device 20a may be stacked over a plurality of layers through bonding. That is, other main memory elements (not shown) may be bonded on the main memory element 30a.

또한, 제 1 칩(1)에서, 메인 메모리 소자(30a)를 덮는 최상층의 제 3 층간 절연막(330) 상에는 접합 패드들(355, 357)이 형성된다. 접합 패드들(355, 357)은 각각, 콘택 플러그들을 통해, 제 1 칩(1)의 입출력 제어 회로(10a) 및 메인 메모리 제어 회로(10e)와 연결될 수 있다. 그리고, 접합 패드들(355, 357)은 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100)의 하부면과 접합된다. In addition, in the first chip 1, bonding pads 355 and 357 are formed on the uppermost third interlayer insulating layer 330 covering the main memory device 30a. The bonding pads 355 and 357 may be connected to the input / output control circuit 10a and the main memory control circuit 10e of the first chip 1 through contact plugs, respectively. In addition, the bonding pads 355 and 357 are bonded to the lower surface of the semiconductor substrate 100 of the second chip 2.

제 2 칩(2)은 입출력 제어 회로(10a)를 제외하고, 실질적으로 제 1 칩(1)과 동일할 수 있다. 즉, 제 2 칩(2)은 반도체 기판(100) 상에 3차원 구조로 형성된 로직 소자들(10) 및 메모리 소자들(20a, 30a)을 포함한다. The second chip 2 may be substantially the same as the first chip 1 except for the input / output control circuit 10a. That is, the second chip 2 includes logic elements 10 and memory elements 20a and 30a formed in a three-dimensional structure on the semiconductor substrate 100.

구체적으로, 제 2 칩(2)에서 반도체 기판(100) 상의 로직 소자들(10)은 중앙 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)를 포함한다. 그리고, 로직 소자(10) 상부에는 복수 개의 메모리 소자들(20a, 30a)이 적층된다. 메모리 소자들(20, 30)은 복수 개의 메인 메모리 소자들(20a, 30a)이 적층되어 이루어질 수 있다. 즉, 제 2 칩(2)은 제 1 칩(1)과 달리 버퍼 메모리 소자가 생략될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 제 2 실시예는 이에 한정되지 않으며, 버퍼 메모리 소자를 포함할 수도 있다. Specifically, the logic elements 10 on the semiconductor substrate 100 in the second chip 2 include a central control circuit 10b and a main memory control circuit 10d. In addition, a plurality of memory devices 20a and 30a are stacked on the logic device 10. The memory devices 20 and 30 may be formed by stacking a plurality of main memory devices 20a and 30a. That is, unlike the first chip 1, the second chip 2 may be omitted from the buffer memory device. However, the second embodiment of the present invention is not limited thereto and may include a buffer memory element.

또한, 제 2 칩(2)은, 반도체 기판(100) 및 제 1 내지 제 3 층간 절연막 들(120~140, 220~240, 320)을 관통하여 접합 패드들(355, 357)과 접촉되는 쓰루 실리콘 비아(510)를 포함한다. 즉, 쓰루 실리콘 비아(510)는, 제 1 칩(1)에서 입출력 제어 회로(10a)와 연결된 배선(400)과 전기적으로 연결된다. In addition, the second chip 2 penetrates through the semiconductor substrate 100 and the first to third interlayer insulating layers 120 to 140, 220 to 240, 320 to be in contact with the bonding pads 355 and 357. Silicon via 510. That is, the through silicon via 510 is electrically connected to the wiring 400 connected to the input / output control circuit 10a in the first chip 1.

또한, 제 2 칩(2)의 최상층에는 제 1 및 제 2 칩(1, 2)에 공통으로 이용되는 입출력 금속 패드(520)이 형성된다. 입출력 금속 패드(520)은 제 1 칩(1)에 구비된 입출력 제어 회로(10a)와 연결될 수 있으며, 입출력 금속 패드(520)을 통해 제 1 및 제 2 칩(1, 2)으로 데이터가 출력 및 입력될 수 있다. In addition, an input / output metal pad 520 commonly used for the first and second chips 1 and 2 is formed on the uppermost layer of the second chip 2. The input / output metal pad 520 may be connected to the input / output control circuit 10a of the first chip 1, and data may be output to the first and second chips 1 and 2 through the input / output metal pad 520. And may be input.

이와 같이, 3차원 구조의 제 1 및 제 2 칩(1, 2)을 적층하여 대용량 반도체 메모리 장치를 구성함으로써, 고용량 및 고집적의 반도체 메모리 장치를 구현할 수 있다. As described above, a high-capacity and highly integrated semiconductor memory device may be implemented by stacking the first and second chips 1 and 2 having a three-dimensional structure to form a large-capacity semiconductor memory device.

이하, 도 8 및 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해서는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제 1 실시예와의 차이점에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a large-capacity semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9 through 11. The manufacturing method of the large capacity semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will not be described in detail with respect to the technical features overlapping with the manufacturing method of the large capacity semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. Differences from the embodiments will be described in detail.

도 9를 참조하면, 먼저 제 1 칩(1)을 형성한다. 제 1 칩(1)을 형성하는 것은, 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 간단히 설명하면, 반도체 기판(100) 상에 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10c) 및 메인 메모리 제어 회로들(10d, 10e)을 포함하는 로직 소자들(10)을 형성한다. 로직 소자들(10)은 복수 개의 트랜지스터(10)들과, 콘택 및 배선들(122)로 형성될 수 있다. 그리고, 로직 소자들(10)은 제 1 층간 절연막들(120~140)에 의해 매립되며, 최상층의 제 1 층간 절연막(140) 상에는 접합층(150)이 형성된다. Referring to FIG. 9, first a first chip 1 is formed. Forming the first chip 1 is substantially the same as the manufacturing method of the large capacity semiconductor memory device according to the first embodiment. In brief, logic elements including an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10c, and main memory control circuits 10d and 10e on the semiconductor substrate 100 may be described. 10) form. Logic elements 10 may be formed of a plurality of transistors 10, contacts, and wirings 122. The logic elements 10 are filled by the first interlayer insulating layers 120 to 140, and a bonding layer 150 is formed on the first interlayer insulating layer 140 of the uppermost layer.

이 후, 접합층(150) 상에 단결정 반도체 기판을 접합한 후, 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 형성한다. 그리고, 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)과 버퍼 및/또는 메인 메모리 제어 회로들(10c, 10d, 10e)이 연결될 수 있도록 콘택들(222, 322)을 형성한다. Thereafter, after the single crystal semiconductor substrate is bonded on the bonding layer 150, the buffer and / or main memory devices 20a and 30a are formed. The contacts 222 and 322 are formed to connect the buffer and / or main memory elements 20a and 30a to the buffer and / or main memory control circuits 10c, 10d and 10e.

적층된 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)은 제 2 및 제 3 층간 절연막들(220~240, 320~330)에 매립되며, 최상층에 위치하는 제 3 층간 절연막(330) 내에는 상부에 접합될 제 2 칩과 접속되는 콘택 패드들(400)을 형성한다. The stacked buffer and / or main memory devices 20a and 30a may be buried in the second and third interlayer insulating layers 220 to 240 and 320 to 330, and the third interlayer insulating layer 330 may be disposed on the uppermost layer. Contact pads 400 are formed to be connected to the second chip to be bonded to the upper portion.

또한, 최상층에 위치하는 제 3 층간 절연막(330) 상에는 제 2 칩(도 10의 2 참조)을 접합시키고, 제 2 칩(도 10의 2 참조)과 제 1 칩(1)의 전기적 연결을 위해, 접합 패드들(355, 357)을 형성한다. 접합 패드들(355, 357)은 입출력 제어 회로(10a) 및 메인 메모리 제어 회로(10e)와 연결된 콘택 패드들(400)과 각각 연결된 다. In addition, a second chip (see 2 in FIG. 10) is bonded to the third interlayer insulating layer 330 disposed on the uppermost layer, and for electrical connection between the second chip (see 2 in FIG. 10) and the first chip 1. And bond pads 355 and 357. The bonding pads 355 and 357 are connected to the contact pads 400 connected to the input / output control circuit 10a and the main memory control circuit 10e, respectively.

도 10을 참조하면, 제 1 칩(도 9의 1)과 접합될 제 2 칩(2)을 별도로 형성한다. 제 2 칩(2)을 형성하는 것은 제 1 칩(1)의 형성 방법과 실질적으로 동일하다. 간단히 설명하면, 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100) 상에, 제 2 칩(2)의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로(10b)와, 버퍼 또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 제어하는 메인 메모리 제어 회로(10d)를 형성한다. 또한, 로직 소자들(10) 상에는 상술한 것처럼, 접합층(150, 250)을 이용한 단결정 반도체 기판의 접합을 통해 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 적층한다. 그리고, 메인 메모리 제어 회로(10d)와 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 연결하는 콘택 플러그들(222, 322)을 형성한다.Referring to FIG. 10, a second chip 2 to be bonded to the first chip (1 of FIG. 9) is separately formed. Forming the second chip 2 is substantially the same as the method of forming the first chip 1. In brief, on the semiconductor substrate 100 of the second chip 2, the central control circuit 10b for controlling the operation of the second chip 2 and the buffer or main memory elements 20a and 30a are placed. The main memory control circuit 10d for controlling is formed. In addition, on the logic elements 10, as described above, the buffer and / or main memory elements 20a and 30a are stacked by bonding the single crystal semiconductor substrate using the bonding layers 150 and 250. In addition, contact plugs 222 and 322 are formed to connect the main memory control circuit 10d to the buffer and / or the main memory devices 20a and 30a.

이후, 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100)의 하부면으로부터 반도체 기판(100) 및 제 1 내지 제 3 층간 절연막들(120~140, 220~240, 320)을 순차적으로 식각하여, 콘택 홀을 형성하고, 콘택 홀 내에 도전 물질을 매립하여 쓰루 실리콘 비아들(510)을 형성한다. 쓰루 실리콘 비아(510)는 콘택 플러그들(222, 322)과 연결되어 제 2 칩(2)의 메인 메모리 제어 회로(10d)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 쓰루 실리콘 비아(510)는 제 2 칩(2) 내에서 로직 소자들(10b, 10d) 및 메모리 소자들(20a, 30a)과 전기적 연결되지 않는 독립적인 구조물일 수 있다. Thereafter, the semiconductor substrate 100 and the first to third interlayer insulating layers 120 to 140, 220 to 240, and 320 are sequentially etched from the lower surface of the semiconductor substrate 100 of the second chip 2, thereby contacting the semiconductor chip 100. A hole is formed, and a conductive material is filled in the contact hole to form through silicon vias 510. The through silicon via 510 may be connected to the contact plugs 222 and 322 to be electrically connected to the main memory control circuit 10d of the second chip 2. In addition, the through silicon via 510 may be an independent structure that is not electrically connected to the logic elements 10b and 10d and the memory elements 20a and 30a in the second chip 2.

이어서, 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100) 하부면에, 각각의 쓰루 실리콘 비 아(510)와 접촉되는 접합 패드들(520, 530)을 형성한다. Subsequently, bonding pads 520 and 530 are formed on the bottom surface of the semiconductor substrate 100 of the second chip 2 in contact with the respective through silicon vias 510.

도 11을 참조하면, 제 1 칩(1)의 접합 패드들(355, 357)과, 제 2 칩(2)의 접합 패드들(52, 530)이 서로 마주보도록 하여, 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)을 접합시킨다. 구체적으로, 제 1 칩(1) 제 3 층간 절연막(330)과 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100)의 바닥면이 접합된다. Referring to FIG. 11, the bonding pads 355 and 357 of the first chip 1 and the bonding pads 52 and 530 of the second chip 2 face each other, so that the first chip 1 And the second chip 2 are bonded. Specifically, the third interlayer insulating film 330 of the first chip 1 and the bottom surface of the semiconductor substrate 100 of the second chip 2 are bonded to each other.

다시, 도 8을 참조하면, 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)을 접합함에 따라, 접합 패드들(355, 357)이 서로 접합된다. 이에 따라, 제 2 칩(2)의 쓰루 실리콘 비아들(510)이, 제 1 칩(1)의 입출력 제어 회로(10a) 및 메인 메모리 제어 회로(10e)에 각각 연결될 수 있다. Referring again to FIG. 8, as the first chip 1 and the second chip 2 are bonded, the bonding pads 355 and 357 are bonded to each other. Accordingly, the through silicon vias 510 of the second chip 2 may be connected to the input / output control circuit 10a and the main memory control circuit 10e of the first chip 1, respectively.

이어서, 제 2 칩(1)의 최상층에 쓰루 실리콘 비아(510)와 연결되는 입출력 금속 패드(550)를 형성한다. 입출력 금속 패드(520)는 쓰루 실리콘 비아(510)를 통해 제 1 칩(1)의 입출력 제어 회로(10a)와 접속된다. Subsequently, an input / output metal pad 550 connected to the through silicon via 510 is formed on the uppermost layer of the second chip 1. The input / output metal pad 520 is connected to the input / output control circuit 10a of the first chip 1 through the through silicon via 510.

이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치에 대해 상세히 설명한다. 제 3 실시예에 대해서는, 본 발명의 제 2 실시예와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제 2 실시예와의 차이점에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a high-capacity semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 12. For the third embodiment, a detailed description of technical features overlapping with the second embodiment of the present invention will be omitted, and the difference from the second embodiment will be described in detail.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장 치는 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)을 포함하며, 제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)이 솔더 범프(solder bump; 450)를 통해 전기적으로 연결된다. Referring to FIG. 12, a large capacity semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention includes a first chip 1 and a second chip 2, and the first chip 1 and the second chip 2. It is electrically connected through this solder bump 450.

구체적으로, 제 1 칩(10)은 반도체 기판(100) 상에 로직 소자(10) 및 메모리 소자들(20, 30)이 차례로 적층된 3차원 구조를 가지며, 각 로직 및 메모리 소자들(10, 20, 30)은 접합층들(150, 250)을 통해 접합되어 있다. Specifically, the first chip 10 has a three-dimensional structure in which the logic elements 10 and the memory elements 20 and 30 are sequentially stacked on the semiconductor substrate 100, and each logic and memory element 10, 20 and 30 are joined via bonding layers 150 and 250.

그리고, 제 1 칩(1)에서, 로직 소자(10)는 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10b) 및 메인 메모리 제어 회로(10d)를 포함한다. 또한, 제 1 칩(1)에서, 로직 소자들(10) 상부의 메모리 소자들(20, 30)은 버퍼 메모리 소자(20a) 및 메인 메모리 소자(30a)를 포함한다. 버퍼 및 메인 메모리 소자들(20a, 30a)은 각각 콘택들(222, 322)을 통해 대응되는 버퍼 및 메인 메모리 제어 회로들(10c, 10d)과 연결된다. In the first chip 1, the logic element 10 includes an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10b, and a main memory control circuit 10d. In addition, in the first chip 1, the memory elements 20 and 30 on the logic elements 10 include a buffer memory element 20a and a main memory element 30a. The buffer and main memory elements 20a and 30a are connected to the corresponding buffer and main memory control circuits 10c and 10d through contacts 222 and 322, respectively.

또한, 제 1 칩(1)에서 최상층에 위치하는 제 3 층간 절연막(330) 상에는 입출력 금속 패드(410)와, 칩들을 연결하기 위한 접속 패드(420)가 위치한다. In addition, an input / output metal pad 410 and a connection pad 420 for connecting the chips are positioned on the third interlayer insulating layer 330 positioned on the uppermost layer of the first chip 1.

입출력 금속 패드(410)는 솔더 범프(450)를 통해 외부의 다른 반도체 장치의 리드(lead; 470)와 연결될 수 있다. 즉, 입출력 금속 패드(410)을 통해 외부의 다른 반도체 장치로 데이터를 출력하거나 입력 받을 수 있다. 그리고, 접속 패드(420)는 솔더 범프(450)를 통해 다른 제 2 칩(2)과 전기적으로 연결될 수 있다. The input / output metal pad 410 may be connected to a lead 470 of another external semiconductor device through the solder bump 450. That is, data may be output to or received from another external semiconductor device through the input / output metal pad 410. In addition, the connection pad 420 may be electrically connected to another second chip 2 through the solder bumps 450.

제 2 칩(2)은 제 1 칩(1)에 구비된 입출력 제어 회로(10a)를 제외하고, 실질적으로 제 1 칩(1)과 동일할 수 있다. 즉, 제 2 칩(2)은 반도체 기판(100) 상에 3차원 구조로 형성된 로직 소자들(10) 및 메모리 소자들(20a, 30a)을 포함한다. 로직 소자들(10)에서 메인 메모리 제어 회로(10d)는 콘택들(222, 322)을 통해 각 층의 메인 메모리 소자들(20a, 30a)과 연결된다. The second chip 2 may be substantially the same as the first chip 1 except for the input / output control circuit 10a provided in the first chip 1. That is, the second chip 2 includes logic elements 10 and memory elements 20a and 30a formed in a three-dimensional structure on the semiconductor substrate 100. In the logic elements 10, the main memory control circuit 10d is connected to the main memory elements 20a and 30a of each layer through the contacts 222 and 322.

또한, 제 2 칩(2)에서 최상층에 위하는 제 3 층간 절연막(330) 상에는 제 1 칩(1)과 접속될 수 있는 접속 패드(420)가 위치한다. 접속 패드(420)는 콘택들(222, 322)을 통해, 반도체 기판(100) 상에 형성된 메인 메모리 제어 회로(10d)와 연결된다. In addition, a connection pad 420 may be positioned on the third interlayer insulating layer 330 located at the uppermost layer in the second chip 2. The connection pad 420 is connected to the main memory control circuit 10d formed on the semiconductor substrate 100 through the contacts 222 and 322.

제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)에 각각 형성된 접속 패드(420)는 솔더 범프(450)를 통해 서로 접속될 수 있다. 이와 같이, 솔더 범프(450)를 통해 제 1 및 제 2 칩들(1, 2)이 전기적으로 연결됨에 따라, 제 2 칩(2)으로 데이터의 입출력이 제 1 칩(1)을 통해 제어될 수 있다. The connection pads 420 formed on the first chip 1 and the second chip 2 may be connected to each other through the solder bumps 450. As such, as the first and second chips 1 and 2 are electrically connected through the solder bumps 450, input / output of data to the second chip 2 may be controlled through the first chip 1. have.

이하, 도 12 내지 도 14을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제 2 실시예와의 차이점에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a large capacity semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 14. The manufacturing method of the large-capacity semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention will not be described in detail with respect to the technical features overlapping with the manufacturing method of the high-capacity semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. Differences from the embodiments will be described in detail.

도 13을 참조하면, 제 1 칩(1)을 형성한다. 제 1 칩(1)을 형성하는 것은, 제 1 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 실질적으로 동일하다. 간단히 설명하면, 반도체 기판(100) 상에 입출력 제어 회로(10a), 중앙 제어 회로(10b), 버퍼 메모리 제어 회로(10c) 및 메인 메모리 제어 회로들(10d, 10e)을 포함하는 로직 소자들(10)을 형성한다. 로직 소자들(10)은 복수 개의 트랜지스터(10)들과, 콘택 및 배선들(122)로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 13, the first chip 1 is formed. Forming the first chip 1 is substantially the same as the manufacturing method of the large capacity semiconductor memory device according to the first embodiment. In brief, logic elements including an input / output control circuit 10a, a central control circuit 10b, a buffer memory control circuit 10c, and main memory control circuits 10d and 10e on the semiconductor substrate 100 may be described. 10) form. Logic elements 10 may be formed of a plurality of transistors 10, contacts, and wirings 122.

로직 소자들(10)을 제 1 층간 절연막들(120~140)로 매립하고, 최상층의 제 1 층간 절연막(140) 상에 접합층(150)을 통해 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 적층한다. The logic devices 10 may be embedded with the first interlayer insulating layers 120 to 140, and the buffer and / or main memory devices 20a may be formed on the uppermost first interlayer insulating layer 140 through the bonding layer 150. 30a) are laminated.

그리고, 최상층의 제 3 층간 절연막(330) 상에 입출력 금속 패드(410) 및 접속 패드(420)들을 형성한다. 입출력 금속 패드(410)는 콘택들(222, 322)을 통해 하부의 입출력 제어 회로(10a)와 접속되며, 접속 패드(420)는 콘택들(222, 322)을 통해 하부의 메인 메모리 제어 회로(10e)와 연결된다. The input / output metal pad 410 and the connection pads 420 are formed on the uppermost third interlayer insulating layer 330. The input / output metal pad 410 is connected to the lower input / output control circuit 10a through the contacts 222 and 322, and the connection pad 420 is connected to the lower main memory control circuit through the contacts 222 and 322. 10e).

도 14를 참조하면, 제 1 칩(도 9의 1)과 접합될 제 2 칩(2)을 별도로 형성한다. 제 2 칩(2)을 형성하는 것은 제 1 칩(1)의 형성 방법과 실질적으로 동일하다. 간단히 설명하면, 제 2 칩(2)의 반도체 기판(100) 상에, 제 2 칩(2)의 동작을 제어하는 중앙 제어 회로(10b)와 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 제어하는 버퍼 및/또는 메인 메모리 제어 회로(10d)를 형성한다. Referring to FIG. 14, a second chip 2 to be bonded to the first chip (1 of FIG. 9) is separately formed. Forming the second chip 2 is substantially the same as the method of forming the first chip 1. In brief, on the semiconductor substrate 100 of the second chip 2, the central control circuit 10b and the buffer and / or main memory elements 20a and 30a controlling the operation of the second chip 2 are provided. To form a buffer and / or main memory control circuit 10d.

로직 소자들(10) 상에는 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 적층하고, 콘택들(222, 322)을 통해 버퍼 및/또는 메인 메모리 소자들(20a, 30a)을 하부의 버퍼 및/또는 메인 메모리 제어 회로(10d)와 전기적으로 연결한다. The buffer and / or main memory elements 20a and 30a are stacked on the logic elements 10, and the buffer and / or main memory elements 20a and 30a are disposed through the contacts 222 and 322. And / or electrically connect with the main memory control circuit 10d.

그리고, 최상층의 제 3 층간 절연막(330) 상에, 콘택들(222, 322)을 통해 하부의 메인 메모리 제어 회로(10d)와 연결되는 접속 패드(420)들을 형성한다.Then, connection pads 420 are formed on the third interlayer insulating layer 330 of the uppermost layer to be connected to the lower main memory control circuit 10d through the contacts 222 and 322.

다시 도 12를 참조하면, 제 1 칩(1)의 제 3 층간 절연막(330)과, 제 2 칩(2)의 제 3 층간 절연막(330)이 서로 마주보도록 하여, 제 1 및 제 2 칩(1, 2)의 접속 패드(420)들을 서로 접합시킨다. 접속 패드(420)들은 솔더 범프(450)를 통해 상호 접속될 수 있다. Referring to FIG. 12 again, the third interlayer insulating film 330 of the first chip 1 and the third interlayer insulating film 330 of the second chip 2 face each other, so that the first and second chips ( The connection pads 420 of 1 and 2 are bonded to each other. The connection pads 420 may be interconnected through the solder bumps 450.

제 1 칩(1)과 제 2 칩(2)을 서로 접속시킨 다음에는, 제 1 칩(1)의 입출력 금속 패드(410)에, 외부의 다른 반도체 장치의 리드(lead; 470)를 접속시킨다. After the first chip 1 and the second chip 2 are connected to each other, a lead 470 of another external semiconductor device is connected to the input / output metal pad 410 of the first chip 1. .

이하, 도 15를 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치에 대해 상세히 설명한다. 제 4 실시예에 대해서는, 본 발명의 제3 실시예와 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 제 3 실시예와의 차이점에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a large capacity semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 15. For the fourth embodiment, a detailed description of technical features overlapping with the third embodiment of the present invention will be omitted, and the difference from the third embodiment will be described in detail.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 대용량 반도체 메모리 장치는 하이브리드(hybrid) 반도체 메모리 장치이다. 구체적으로, 대용량 반도체 메 모리 장치는 솔리드 스테이트 드라이브인 제 1 칩(1)과, 하드 디스크 드라이브(HDD)로 구성된다. Referring to FIG. 15, a large capacity semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention is a hybrid semiconductor memory device. Specifically, the large-capacity semiconductor memory device includes a first chip 1 that is a solid state drive and a hard disk drive (HDD).

제 1 칩(1)은 제 3 실시예에서 상세히 설명된 제 1 칩과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 즉, 제 1 칩(1)은 로직 소자(10) 및 반도체 소자들(20, 30)이 접합을 통해 3차원 구조로 적층된다. 제 1 칩(1)에서 로직 소자(10)는, 다른 실시예들에서와 달리, 하드 디스크 드라이브(HDD)를 제어하기 위한 HDD 제어 회로(10e)를 더 포함한다. HDD 제어 회로(10e)는 제 1 내지 제 3 층간 절연막들을 관통하는 콘택들을 통해 접속 패드(420)와 연결된다. 그리고, 접속 패드(420)에는 솔더 범프를 통해 하드 디스크 드라이브(HDD)가 연결된다. The first chip 1 may be configured substantially the same as the first chip described in detail in the third embodiment. That is, in the first chip 1, the logic device 10 and the semiconductor devices 20 and 30 are stacked in a three-dimensional structure through bonding. The logic element 10 in the first chip 1 further comprises an HDD control circuit 10e for controlling the hard disk drive HDD, unlike in other embodiments. The HDD control circuit 10e is connected to the connection pad 420 through the contacts passing through the first to third interlayer insulating films. The hard disk drive HDD is connected to the connection pad 420 through solder bumps.

도 16은 본 발명의 실시예들에 따라, 원 칩(one chip)으로 제조된 대용량 반도체 메모리 장치를 구비하는 반도체 장치를 나타내는 개략도이다. FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device including a large-capacity semiconductor memory device manufactured from one chip according to embodiments of the present disclosure.

도 16을 참조하면, 로직 소자와, 복수 개의 메모리 소자들이 접합층을 통해 접합되어 원 칩으로 제조된 대용량 반도체 메모리 장치(1000)가 인쇄 회로 기판(1010) 상에 실장될 수 있다. 원 칩으로 제조된 대용량 반도체 메모리 장치(1000)는 인쇄 회로 기판(1010)에 형성된 입출력 패드(1020)를 통해 외부 호스트(미도시)로부터 신호가 입출력될 수 있다.  Referring to FIG. 16, a logic element and a plurality of memory elements may be bonded to each other through a bonding layer, and a high-capacity semiconductor memory device 1000 manufactured as a single chip may be mounted on the printed circuit board 1010. In the large-capacity semiconductor memory device 1000 made of a single chip, a signal may be input and output from an external host (not shown) through an input / output pad 1020 formed on a printed circuit board 1010.

이와 같이, 원 칩으로 제조된 대용량 반도체 장치는 인쇄 회로 기판에 실장되어, 컴팩트 플래시 카드(compact flash), SD 카드(Secure Digital Card), SM 카드(Smart Media Card), MMC(Multimedia Card), USB 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등에 이용될 수 있다. As described above, a large-capacity semiconductor device manufactured by a single chip is mounted on a printed circuit board, such as a compact flash card, a compact digital card (SD), a smart card (SMC), a multimedia card (MMC), and a USB. Or a memory stick.

도 17은 본 발명의 실시예들에 따라, 원 칩(one chip)으로 제조된 대용량 반도체 메모리 장치의 블록도이다. FIG. 17 is a block diagram of a large-capacity semiconductor memory device manufactured from one chip according to embodiments of the present invention.

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 원 칩으로 제조된 대용량 반도체 메모리 장치(1000)는 중앙 제어 회로인 프로세서(1001), 비휘발성 메모리 인터페이스(1002), 복수 개의 비휘발성 메모리부(1003), 휘발성 메모리부(1004) 및 버퍼부(1005)를 포함한다. 그리고, 대용량 반도체 메모리 장치(1000)는 호스트 인터페이스(1100)와 연결된다. Referring to FIG. 17, a large-capacity semiconductor memory device 1000 manufactured as a single chip according to example embodiments may include a processor 1001, a nonvolatile memory interface 1002, and a plurality of nonvolatile memory units, which are central control circuits. 1003, a volatile memory unit 1004, and a buffer unit 1005. The high capacity semiconductor memory device 1000 is connected to the host interface 1100.

호스트 인터페이스(1100)는 외부 호스트(미도시)와 버스를 통해 직접 연결되어, 외부 호스트로부터 버스를 통해 신호들을 입력받는다. 상기 외부 호스트로부터 제어신호, 어드레스 및 데이터 등이 입력된다. 호스트 인터페이스(1100)는 ATA 등의 소정의 프로토콜에 따라 외부 호스트와 인터페이스를 수행할 수 있다.The host interface 1100 is directly connected to an external host (not shown) through a bus and receives signals from the external host through the bus. Control signals, addresses and data are input from the external host. The host interface 1100 may interface with an external host according to a predetermined protocol such as ATA.

외부 호스트로부터 입력된 신호들은, 상기 호스트 인터페이스(1100)에서 비휘발성 및 휘발성 메모리부들(1003, 1004)을 제어하기 위한 내부 신호들로 변경되며, 내부 신호들은 프로세서(1001)로 입력된다. 프로세서(1001)는 입력된 내부 신호들에 따라 선택된 메모리부들(1003, 1004)에 데이터의 기록/독출 동작을 수행한다. The signals input from the external host are converted into internal signals for controlling the nonvolatile and volatile memory units 1003 and 1004 in the host interface 1100, and the internal signals are input to the processor 1001. The processor 1001 performs a write / read operation of data to the selected memory units 1003 and 1004 according to the input internal signals.

버퍼부(1005)는, 자주 액세스되는 데이터를 임시 저장한다. 버퍼부(240)를 구비함에 따라, 외부 호스트(미도시)가 원 칩의 대용량 반도체 메모리 장치(1000) 를 액세스할 때, 데이터 독출 동작에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.The buffer unit 1005 temporarily stores frequently accessed data. As the buffer unit 240 is provided, when the external host (not shown) accesses the large-capacity semiconductor memory device 1000 of the one chip, the time required for the data read operation may be reduced.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

도 1 내지 도 11은 본 발명 제 1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. 1 to 11 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 12 내지 도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. 12 to 19 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 20 내지 도 27은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. 20 to 27 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a third embodiment of the present invention.

도 28 내지 도 37은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. 28 to 37 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a fourth embodiment of the present invention.

Claims (32)

반도체 기판 상에 형성된 복수의 로직 소자들;A plurality of logic elements formed on the semiconductor substrate; 상기 로직 소자들을 덮는 제 1 층간 절연막;A first interlayer insulating layer covering the logic elements; 상기 제 1 층간 절연막 상에 형성된 접합층;A bonding layer formed on the first interlayer insulating film; 상기 접합층 상에 적층되며, 상기 로직 소자들과 연결된 복수의 메모리 소자들;A plurality of memory elements stacked on the junction layer and connected to the logic elements; 상기 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막; 및 A second interlayer insulating layer covering the memory elements; And 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되어, 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 입출력 금속 패드를 포함하되, An input / output metal pad formed on the second interlayer insulating layer and electrically connected to the logic elements, 상기 로직 소자들은, 상기 입출력 금속 패드를 통한 데이터의 입출력을 제어하는 입출력 제어 회로; 상기 메모리 소자들 각각에 대응되며, 상기 메모리 소자들을 제어하는 복수의 메모리 소자 제어 회로들; 및 상기 입출력 제어 회로 및 상기 메모리 소자 제어 회로들을 제어하는 중앙 제어 회로를 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.The logic elements may include an input / output control circuit that controls input / output of data through the input / output metal pad; A plurality of memory element control circuits corresponding to each of the memory elements and controlling the memory elements; And a central control circuit for controlling the input / output control circuit and the memory device control circuits. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 소자들은 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), FRAM(Ferroelectrics Random Access Memory) , MRAM(Magnetic Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory) 및 플래시 메모리 중 적어도 둘 이상을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.The memory devices may include dynamic random access memory (DRAM), static random access memory (SRAM), phase-change random access memory (PRAM), ferroelectrics random access memory (FRAM), magnetic random access memory (MRAM), and resistive random (RRAM). A large capacity semiconductor memory device including at least two of Access Memory) and flash memory. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 소자들은 버퍼 메모리 소자 및 메인 메모리 소자를 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.The memory devices include a buffer memory device and a main memory device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 버퍼 메모리 소자는 상기 메인 메모리 소자의 상부 또는 하부에 접합층을 통해 접합된 대용량 반도체 메모리 장치.The buffer memory device is a large capacity semiconductor memory device bonded to the upper or lower portion of the main memory device through a bonding layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 소자들은 수직 채널 또는 수평 채널을 갖는 트랜지스터들을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.The memory device includes a transistor having a vertical channel or a horizontal channel transistor. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 수직 채널을 갖는 트랜지스터들은, Transistors having the vertical channel, 기둥 형태를 가지며, 서로 반대되는 도전형의 불순물층이 번갈아 적층된 반도체 패턴들;Semiconductor patterns having a pillar shape and alternately stacked with conductive layers opposite to each other; 상기 반도체 패턴들의 측벽 중심부들을 둘러싸는 게이트 전극; 및 A gate electrode surrounding sidewall center portions of the semiconductor patterns; And 상기 반도체 패턴들의 측벽들과 상기 게이트 전극 사이에 형성된 게이트 절연막을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.And a gate insulating layer formed between sidewalls of the semiconductor patterns and the gate electrode. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 반도체 패턴은 p형/n형/p형 불순물층 또는 n형/p형/n형 불순물층으로 이루어진 대용량 반도체 메모리 장치.The semiconductor pattern is a large-capacity semiconductor memory device consisting of a p-type / n-type / p-type impurity layer or an n-type / p-type / n-type impurity layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 수평 채널을 갖는 트랜지스터들은, Transistors having the horizontal channel, 상기 접합층 상에 접합된 단결정 반도체 기판; A single crystal semiconductor substrate bonded on the bonding layer; 상기 단결정 반도체 기판 상에 적층된 게이트 절연막 및 게이트 전극; 및A gate insulating film and a gate electrode stacked on the single crystal semiconductor substrate; And 상기 게이트 절연막 및 상기 게이트 전극 양측의 상기 단결정 반도체 기판 내에 형성된 불순물 영역들을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.And an impurity region formed in the gate insulating film and the single crystal semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판, 상기 복수의 로직 소자들, 상기 제 1 층간 절연막, 상기 접합층, 상기 메모리 소자들 및 상기 제 2 층간 절연막은 하나의 제 1 칩을 구성하고, 상기 제 1 칩은 복수 개를 포함하되, The semiconductor substrate, the plurality of logic elements, the first interlayer insulating layer, the junction layer, the memory elements, and the second interlayer insulating layer constitute one first chip, and the first chip includes a plurality of first chips. But 상기 복수 개의 제 1 칩 중 어느 하나의 상기 제 1 칩의 상기 제 2 층간 절연막과, 다른 하나의 상기 제 1 칩의 상기 반도체 기판의 바닥면이 서로 접합된 대 용량 반도체 메모리 장치.And a second interlayer insulating film of the first chip of any of the plurality of first chips, and a bottom surface of the semiconductor substrate of the other of the first chips. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 복수 개의 제 1 칩들을 수직으로 관통하여, 상기 제 1 칩들의 로직 소자와 전기적으로 연결되 비아를 더 포함하며, And a via penetrating the plurality of first chips vertically, the via electrically connected to the logic elements of the first chips, 상기 입출력 금속 패드는 상기 복수 개의 제 1 칩들 중 최상층에 위치하는 제 1 칩 상에 형성되어 상기 비아와 전기적으로 연결된 대용량 반도체 메모리 장치.The input / output metal pad is formed on a first chip positioned on a top layer of the plurality of first chips and is electrically connected to the via. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판, 상기 복수의 로직 소자들, 상기 제 1 층간 절연막, 상기 접합층, 상기 메모리 소자들 및 상기 제 2 층간 절연막은 하나의 제 1 칩을 구성하고, 상기 제 1 칩은 복수 개를 포함하되, The semiconductor substrate, the plurality of logic elements, the first interlayer insulating layer, the junction layer, the memory elements, and the second interlayer insulating layer constitute one first chip, and the first chip includes a plurality of first chips. But 상기 복수 개의 제 1 칩 각각은, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되어 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 접속 패드를 더 포함하며, Each of the plurality of first chips further includes a connection pad formed on the second interlayer insulating layer and electrically connected to the logic elements. 상기 복수 개의 제 1 칩들은 범프를 통해 상기 접속 패드들이 서로 접합된 대용량 반도체 메모리 장치.The plurality of first chips is a large capacity semiconductor memory device in which the connection pads are bonded to each other through a bump. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 입출력 금속 패드는 상기 복수 개의 제 1 칩들 중 어느 하나의 제 1 칩 에 형성된 대용량 반도체 메모리 장치.The input / output metal pad is formed on a first chip of any one of the plurality of first chips. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성되어 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 접속 패드; 및A connection pad formed on the second interlayer insulating layer and electrically connected to the logic elements; And 상기 접속 패드와 전기적으로 연결된 하드 디스크 드라이브를 더 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치.And a hard disk drive electrically connected to the connection pad. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 하드 디스크 드라이브는 상기 로직 소자들에 의해 제어되는 대용량 반도체 메모리 장치.And said hard disk drive is controlled by said logic elements. 제 1 반도체 기판을 제공하고,Providing a first semiconductor substrate, 상기 제 1 반도체 기판 상에, 로직 소자들을 형성하고,Forming logic elements on the first semiconductor substrate, 상기 로직 소자들을 덮는 제 1 층간 절연막을 형성하고, Forming a first interlayer insulating film covering the logic elements, 상기 제 1 층간 절연막 상에 접합층을 형성하고,Forming a bonding layer on the first interlayer insulating film, 상기 접합층 상에 상기 로직 소자들과 연결되는 복수의 메모리 소자들을 적층하고,Stacking a plurality of memory elements connected to the logic elements on the junction layer, 상기 메모리 소자들을 덮는 제 2 층간 절연막을 형성하고, Forming a second interlayer insulating film covering the memory elements, 상기 제 2 층간 절연막들 상에, 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 입출 력 금속 패드를 형성하는 것을 포함하며, Forming an input / output metal pad electrically connected to the logic elements on the second interlayer insulating layers, 상기 로직 소자들을 형성하는 것은, Forming the logic elements, 상기 입출력 금속 패드를 통한 데이터의 입출력을 제어하는 입출력 제어 회로; 상기 메모리 소자들 각각에 대응되며, 상기 메모리 소자들을 제어하는 복수의 메모리 소자 제어 회로들; 및 상기 입출력 제어 회로 및 상기 메모리 소자 제어 회로들을 제어하는 중앙 제어 회로를 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.An input / output control circuit for controlling input and output of data through the input / output metal pad; A plurality of memory element control circuits corresponding to each of the memory elements and controlling the memory elements; And forming a central control circuit for controlling the input / output control circuit and the memory element control circuits. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 메모리 소자들을 형성하는 것은,Forming the memory elements, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), PRAM(Phase-change Random Access Memory), FRAM(Ferroelectrics Random Access Memory) , MRAM(Magnetic Random Access Memory), RRAM(Resistive Random Access Memory) 및 플래시 메모리 중 적어도 둘 이상을 포함하여 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법. Dynamic Random Access Memory (DRAM), Static Random Access Memory (SRAM), Phase-change Random Access Memory (PRAM), Ferroelectrics Random Access Memory (FRAM), Magnetic Random Access Memory (MRAM), Resistive Random Access Memory (RRAM), and A method of manufacturing a large capacity semiconductor memory device comprising forming at least two or more of flash memories. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 메모리 소자들을 형성하는 것은,Forming the memory elements, 버퍼 메모리 소자 및 메인 메모리 소자들을 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.A method of manufacturing a large capacity semiconductor memory device comprising forming a buffer memory element and main memory elements. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 버퍼 메모리 소자는 상기 메인 메모리 소자의 상부 또는 하부에 형성하는 것인 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And the buffer memory device is formed above or below the main memory device. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 메모리 소자들을 형성하는 것은,Forming the memory elements, 상기 접합층 상에 단결정 반도체 기판을 접합시키고, 상기 단결정 반도체 기판에 상기 메모리 소자들을 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Bonding a single crystal semiconductor substrate on the bonding layer, and forming the memory elements on the single crystal semiconductor substrate. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키는 것은, Bonding the single crystal semiconductor substrate, 상기 단결정 반도체 기판을 준비하고,Preparing the single crystal semiconductor substrate, 상기 단결정 반도체 기판의 상면으로부터 일정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 다수의 불순물층들을 형성하고, Forming a plurality of impurity layers doped with impurities uniformly from an upper surface of the single crystal semiconductor substrate to a predetermined depth, 상기 접합층과 상기 불순물층이 마주하도록 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키고, Bonding the single crystal semiconductor substrate to face the bonding layer and the impurity layer; 상기 불순물층 표면이 노출될 때까지 상기 단결정 반도체 기판의 일부를 제거하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Removing a portion of the single crystal semiconductor substrate until the impurity layer surface is exposed. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 다수의 불순물층들을 형성하는 것은, 상기 단결정 반도체 기판의 상면으로부터 p형/n형/p형 불순물층 또는 n형/p형/n형 불순물층을 형성하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The forming of the plurality of impurity layers comprises forming a p-type / n-type / p-type impurity layer or an n-type / p-type / n-type impurity layer from an upper surface of the single crystal semiconductor substrate. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 다수의 불순물층들을 형성한 다음, After forming the plurality of impurity layers, 상기 단결정 반도체 기판 내에서, 상기 불순물층과 접하는 깊이에 분리층을 형성하는 것을 더 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a separation layer at a depth in contact with the impurity layer in the single crystal semiconductor substrate. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 분리층을 형성하는 것은, 기포층으로 형성하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The method for manufacturing a large-capacity semiconductor memory device wherein the separation layer is formed of a bubble layer. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 단결정 반도체 기판을 접합시킨 다음, After bonding the single crystal semiconductor substrate, 상기 다수의 불순물층들을 패터닝하여, 기둥 형태의 반도체 패턴들을 형성하고,Patterning the plurality of impurity layers to form pillar-shaped semiconductor patterns, 상기 반도체 패턴의 둘레를 감싸는 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a gate electrode surrounding the circumference of the semiconductor pattern. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키는 것은, Bonding the single crystal semiconductor substrate, 상기 단결정 반도체 기판을 준비하고,Preparing the single crystal semiconductor substrate, 상기 단결정 반도체 기판의 상면으로부터 일정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 불순물층을 포함하는 상기 단결정 반도체 기판을 제공하고,Providing the single crystal semiconductor substrate including an impurity layer doped with impurities uniformly from an upper surface of the single crystal semiconductor substrate to a predetermined depth, 상기 층간 절연막의 상면과 상기 불순물층이 마주하도록 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키고, Bonding the single crystal semiconductor substrate to the upper surface of the interlayer insulating film and the impurity layer to face each other; 상기 불순물층 표면이 노출될 때까지 상기 단결정 반도체 기판의 일부를 제거하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Removing a portion of the single crystal semiconductor substrate until the impurity layer surface is exposed. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 다수의 불순물층들을 형성한 다음,After forming the plurality of impurity layers, 상기 단결정 반도체 기판 내에서, 상기 불순물층과 접하는 깊이에 분리층을 형성하는 것을 더 포함하는 단결정 반도체 기판을 제공하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a separation layer in the single crystal semiconductor substrate at a depth in contact with the impurity layer. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 단결정 반도체 기판을 접합시킨 다음,After bonding the single crystal semiconductor substrate, 상기 제 2 반도체 기판 상에 게이트 전극들을 형성하고, 상기 게이트 전극들 양측에 불순물 영역들을 형성하는 것을 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming gate electrodes on the second semiconductor substrate, and forming impurity regions on both sides of the gate electrodes. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 반도체 기판, 상기 복수의 로직 소자들, 상기 제 1 층간 절연막, 상기 접합층, 상기 메모리 소자들 및 상기 제 2 층간 절연막을 형성하여 하나의 제 1 칩을 형성하는 것을 포함하되, 상기 제 1 칩은 복수 개를 형성하고, And forming a single chip by forming the semiconductor substrate, the plurality of logic elements, the first interlayer insulating layer, the junction layer, the memory elements, and the second interlayer insulating layer. Form a plurality, 상기 복수 개의 제 1 칩 중 어느 하나의 상기 제 1 칩의 상기 제 2 층간 절연막과, 다른 하나의 상기 제 1 칩의 상기 반도체 기판의 바닥면을 서로 접합시키는 것을 더 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Manufacturing a large-capacity semiconductor memory device further comprising bonding the second interlayer insulating film of the first chip of the plurality of first chips and the bottom surface of the semiconductor substrate of the other first chip to each other. Way. 제 28 항에 있어서,29. The method of claim 28, 상기 복수 개의 제 1 칩들을 수직으로 관통하여, 상기 복수 개의 제 1 칩들 중 하부에 위치하는 제 1 칩의 로직 소자와 전기적으로 연결되는 비아를 형성하는 것을 더 포함하며, Vertically penetrating the plurality of first chips to form vias electrically connected to logic elements of a first chip positioned below one of the plurality of first chips, 상기 입출력 금속 패드는, 상기 복수 개의 제 1 칩들 중 최상층에 위치하는 제 1 칩의 상기 제 2 층간 절연막들 상에 형성하여 상기 비아와 연결되는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The input / output metal pad is formed on the second interlayer insulating layers of the first chip positioned on the uppermost layer of the plurality of first chips and connected to the via. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 반도체 기판, 상기 복수의 로직 소자들, 상기 제 1 층간 절연막, 상기 접합층, 상기 메모리 소자들 및 상기 제 2 층간 절연막을 형성하여 하나의 제 1 칩을 형성하는 것을 포함하되, 상기 제 1 칩은 복수 개를 형성하고, And forming a single chip by forming the semiconductor substrate, the plurality of logic elements, the first interlayer insulating layer, the junction layer, the memory elements, and the second interlayer insulating layer. Form a plurality, 상기 복수 개의 제 1 칩 각각의 상기 제 2 층간 절연막 상에, 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 접속 패드를 형성하고, Forming connection pads electrically connected to the logic elements on the second interlayer insulating layer of each of the plurality of first chips, 상기 복수 개의 제 1 칩들의 상기 접속 패드들을 범프를 통해 서로 접합시키는 것을 더 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And bonding the connection pads of the plurality of first chips to each other through bumps. 제 30 항에 있어서,31. The method of claim 30, 상기 입출력 금속 패드는 상기 복수 개의 제 1 칩들 중 어느 하나의 제 1 칩의 상기 제 2 층간 절연막 상에 형성하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming the input / output metal pads on the second interlayer insulating layer of any one of the plurality of first chips. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제 2 층간 절연막 상에 상기 로직 소자들과 전기적으로 연결된 접속 패드를 형성하고,Forming connection pads electrically connected to the logic elements on the second interlayer insulating layer; 상기 접속 패드와 전기적으로 연결된 하드 디스크 드라이브를 형성하는 것을 더 포함하는 대용량 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a hard disk drive electrically connected to the connection pads.
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