KR101120676B1 - Method for fabricating semiconductor memory device - Google Patents

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    • H10B63/00Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
    • H10B63/30Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices comprising selection components having three or more electrodes, e.g. transistors
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Abstract

3차원 구조의 반도체 메모리 장치의 제조 방법이 제공된다. 반도체 메모리 장치의 제조 방법은 제 1 반도체 기판 상에 제 1 정보 저장 소자들을 형성하고, 제 1 정보 저장 소자들 상에 스위칭 소자들을 형성하고, 스위칭 소자들 상에 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 포함한다. A method for manufacturing a semiconductor memory device having a three-dimensional structure is provided. A method of manufacturing a semiconductor memory device includes forming first information storage elements on a first semiconductor substrate, forming switching elements on the first information storage elements, and forming second information storage elements on the switching elements. Include.

반도체 메모리, DRAM, 집적도 Semiconductor Memory, DRAM, Integration

Description

반도체 메모리 장치의 제조 방법{Method for fabricating semiconductor memory device}Method for fabricating semiconductor memory device

본 발명은 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적도를 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor memory device having a three-dimensional structure that can improve the degree of integration.

반도체 장치를 고도로 집적화시키기 위해, 칩 상에 형성되는 패턴의 크기 및 상기 형성된 패턴 사이의 거리를 점차 감소시키고 있다. In order to highly integrate a semiconductor device, the size of a pattern formed on a chip and the distance between the formed patterns are gradually reduced.

그런데, 상기와 같이 패턴의 크기를 감소시키는 경우에는 누설 전류가 증가되는 등의 문제가 발생한다. 때문에, 상기 패턴의 크기를 감소시킴으로써 집적도를 증가시키는데 한계가 있다. However, when the size of the pattern is reduced as described above, a problem such as an increase in leakage current occurs. Therefore, there is a limit to increasing the degree of integration by reducing the size of the pattern.

따라서, 최근에는 반도체 장치를 고도로 집적화시키기 위해, 기판 상에 MOS 트랜지스터와 같은 반도체 단위 소자들이 적층된 3차원 구조의 반도체 장치들이 개발되고 있다.Therefore, recently, in order to highly integrate a semiconductor device, three-dimensional semiconductor devices having semiconductor unit elements such as MOS transistors stacked on a substrate have been developed.

이에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집적도를 향상시킬 수 있는 3차원 구조의 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device having a three-dimensional structure that can improve the degree of 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 반도체 장치의 제조 방법은 제 1 반도체 기판 상에 제 1 정보 저장 소자들을 형성하고, 제 1 정보 저장 소자들 상에 스위칭 소자들을 형성하고, 스위칭 소자들 상에 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 포함한다. According to an aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming first information storage elements on a first semiconductor substrate, forming switching elements on the first information storage elements, and switching. Forming second information storage elements on the elements.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 제 1 반도체 기판 전면 상에 스위칭 소자들을 형성하고, 스위칭 소자들 상에, 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 제 1 정보 저장 소자들을 형성하고, 제 1 반도체 기판의 후면 상에, 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, wherein switching elements are formed on an entire surface of a first semiconductor substrate, and on the switching elements, first information is electrically connected to the switching elements. Forming storage elements, and forming second information storage elements on the back surface of the first semiconductor substrate, the second information storage elements being electrically connected to the switching elements.

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

본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 스위칭 소자의 상/하부 또는 측면에 정보 저장 소자들을 형성함으로써, 반도체 메모리 소자의 집적도를 보다 향상시킬 수 있다.According to the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, the degree of integration of the semiconductor memory device can be further improved by forming the information storage devices on the top / bottom side or the side of the switching device.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 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 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 11은 본 발명 제 1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 through 11. 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 1을 참조하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에 로직 소자들을 형성한다. 즉, 제 1 반도체 기판(100) 상에, NMOS 및 PMOS 트랜지스터들(110, 112), 저항(미도시), 다이오드(미도시) 및 배선들(미도시)을 형성하여 로직 소자들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 1, logic elements are formed on a first semiconductor substrate 100. That is, logic elements may be formed on the first semiconductor substrate 100 by forming NMOS and PMOS transistors 110 and 112, a resistor (not shown), a diode (not shown), and wires (not shown). have.

보다 상세히 설명하면, 제 1 반도체 기판(100) 내에 소자 분리막(102)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, the device isolation layers 102 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.

또한, 소자 분리막들(102)은 제 1 반도체 기판(100) 내에 트렌치들을 형성하고, 트렌치 내에 HDP(High Density Plasma) 산화막 등과 같은 절연 물질을 매립함으로써 형성될 수 있다.In addition, the device isolation layers 102 may be formed by forming trenches in the first semiconductor substrate 100 and filling an insulating material such as a high density plasma (HDP) oxide film in the trench.

한편, 소자 분리막(102)들을 형성하기 전, 소정 영역별로 제 1 반도체 기판(100) 내에 NMOS 또는 PMOS 트랜지스터들을 형성하기 위한 웰 영역을 형성할 수 있다. 웰 영역은 제 1 반도체 기판(100)의 표면으로 불순물을 이온주입함으로써 형성할 수 있다. Meanwhile, before forming the device isolation layers 102, a well region for forming NMOS or PMOS transistors may be formed in the first semiconductor substrate 100 for each predetermined region. The well region may be formed by implanting impurities into the surface of the first semiconductor substrate 100.

제 1 반도체 기판(100)에 활성 영역을 정의한 다음에는, 제 1 반도체 기판(100) 상에, 게이트 절연막 및 게이트 도전막을 적층하고 패터닝하여, 게이트 전극(110)들을 형성한다. 게이트 전극(110)을 형성한 후에는, 게이트 전극(110) 양측의 제 1 반도체 기판(100) 내로 불순물을 이온 주입하여 소오스/드레인 영역(112)을 형성한다. 이에 따라 제 1 반도체 기판(100) 상에 트랜지스터들이 형성될 수 있다.After defining an active region in the first semiconductor substrate 100, the gate insulating layers and the gate conductive layers are stacked and patterned on the first semiconductor substrate 100 to form the gate electrodes 110. After the gate electrode 110 is formed, impurities are ion implanted into the first semiconductor substrate 100 on both sides of the gate electrode 110 to form the source / drain regions 112. Accordingly, transistors may be formed on the first semiconductor substrate 100.

도 2를 참조하면, 트랜지스터들 상에, 단차 도포성이 우수한 절연 물질을 증착하여 제 1 층간 절연막(120)을 형성한다. 여기서, 제 1 층간 절연막(120) 내에는 저항(미도시), 다이오드(미도시) 및 배선들(미도시)이 매립될 수 있다. Referring to FIG. 2, the first interlayer insulating layer 120 is formed on the transistors by depositing an insulating material having excellent step coverage. Here, a resistor (not shown), a diode (not shown), and wires (not shown) may be buried in the first interlayer insulating layer 120.

이어서, 로직 소자들이 매립된 제 1 층간 절연막(120) 상에 하부 정보 저장 소자들을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서는 하부 정보 저장 소자들로서, 캐패시터들을 형성할 수 있다. 한편, 하부 정보 저장 소자들로서, 상변화 물질의 상변화를 이용하는 정보 저장 소자가 형성될 수 있다. 또한, 하부 정보 저장 소자들로서 강유전체 물질의 높은 잔류 분극을 이용하는 정보 저장 소자가 형성될 수도 있다. Subsequently, lower information storage elements are formed on the first interlayer insulating layer 120 having logic elements embedded therein. In an embodiment of the present invention, capacitors may be formed as lower information storage elements. Meanwhile, as the lower information storage elements, an information storage element using a phase change of a phase change material may be formed. In addition, an information storage element may be formed that utilizes high residual polarization of the ferroelectric material as the lower information storage elements.

정보 저장 소자들로서 캐패시터들을 형성하는 경우, 캐패시터는 스택형(stack type), 기둥형(pillar type), 실린더형(cylinder type) 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 즉, 스택형 캐패시터의 경우, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 마주보면 적층된 구조를 가질 수 있다. 기둥 형태의 캐패시터의 경우, 제 1 전극이 기둥 형태로 형성되며, 제 1 전극의 외벽면을 따라 컨포말하게 제 2 전극이 형성될 수 있다. 그리고, 실린더 형태의 캐패시터의 경우, 제 1 전극이 실린더 형태로 형성되며, 제 1 전극의 내벽면을 따라 컨포말하게 제 2 전극이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 실린더형 캐패시터(132, 134)를 형성하는 것을 예로 들어 설명한다. When the capacitors are formed as information storage elements, the capacitors may be formed in various forms such as a stack type, a pillar type, a cylinder type, and the like. That is, in the case of a stacked capacitor, the first electrode and the second electrode may have a stacked structure when they face each other. In the case of a columnar capacitor, the first electrode may be formed in a columnar shape, and the second electrode may be conformally formed along the outer wall surface of the first electrode. In addition, in the case of a cylindrical capacitor, the first electrode may be formed in a cylinder shape, and the second electrode may be conformally formed along the inner wall surface of the first electrode. In an embodiment of the present invention, the cylindrical capacitors 132 and 134 are formed as an example.

보다 상세히 설명하면, 로직 소자들이 매립된 제 1 층간 절연막(120) 상에, 플레이트 전극인 제 1 전극(132)들을 형성한다. 즉, 제 1 층간 절연막(120) 상에, 충분한 두께의 도전막을 증착하고, 도전막에 대해 사진 식각 공정을 진행하여, 하부가 서로 연결된 기둥들 형태로 제 1 전극(132)들을 형성한다. In more detail, the first electrodes 132, which are plate electrodes, are formed on the first interlayer insulating layer 120 having logic elements embedded therein. That is, a conductive film having a sufficient thickness is deposited on the first interlayer insulating film 120, and a photolithography process is performed on the conductive film to form first electrodes 132 in the form of pillars connected to each other.

제 1 전극(132)들을 형성한 다음에는, 제 1 전극(132)의 표면에 유전막(미도 시) 및 제 2 전극용 도전막을 컨포말하게 형성한다. 이후, 제 2 전극용 도전막을 식각하여, 제 2 전극용 도전막을 제 2 전극(134)들로 분리한다. 즉, 제 1 전극(134)의 기둥 표면을 덮으며, 서로 분리된 제 2 전극(134)들이 형성될 수 있다. 이 때, 제 2 전극(134)들은 스토리지 노드 전극으로서, 하부로 개방된 실린더 형태로 형성될 수 있다. After the first electrodes 132 are formed, a dielectric film (not shown) and a conductive film for the second electrode are conformally formed on the surface of the first electrode 132. Thereafter, the conductive film for the second electrode is etched to separate the second electrode conductive film into the second electrodes 134. That is, second electrodes 134 covering the pillar surface of the first electrode 134 and separated from each other may be formed. In this case, the second electrodes 134 may be formed as a storage node electrode and have a cylindrical shape open downward.

이와 같이, 실린더 형태의 하부 캐패시터들(132, 134)을 형성시, 제 1 및 제 2 전극은 폴리실리콘이나 금속 물질로 형성될 수 있으며, 유전막(미도시)은 탄탈륨 산화막(Ta2O5) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)의 단일막 또는 탄탈륨 산화막/티타늄 산화막, 알루미늄 산화막/티타늄 산화막 등의 적층막으로 형성될 수 있다.As such, when the lower capacitors 132 and 134 having a cylindrical shape are formed, the first and second electrodes may be formed of polysilicon or a metal material, and the dielectric layer (not shown) may be a tantalum oxide layer (Ta 2 O 5 ). Alternatively, it may be formed of a single film of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or a laminated film of a tantalum oxide film / titanium oxide film or an aluminum oxide film / titanium oxide film.

도 3을 참조하면, 캐패시터(132, 134)들을 형성한 다음, 결과물 전면에 산화물로 이루어진 절연막을 증착한다. 그리고 화학 기계적 연마(CMP) 또는 에치 백(etch back)과 같은 평탄화 공정을 수행하여 제 2 층간 절연막(140, 150)을 형성한다. Referring to FIG. 3, capacitors 132 and 134 are formed, and then an insulating film made of oxide is deposited on the entire surface of the resultant. The second interlayer insulating layers 140 and 150 may be formed by performing a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) or etch back.

이후, 제 2 전극(134)과 각각 연결되는 하부 스토리지 노드용 콘택 플러그(162)들과, 하부의 로직 소자들, 즉, 트랜지스터들(110, 112)과 연결되는 로직용 콘택 플러그(164)들을 형성한다. 그리고, 콘택 플러그들(162, 164)들 상에는 도전 라인들(174)을 형성한다. 이 때, 캐패시터들(132, 134) 상부에는 하부 스토리지 노드용 콘택 플러그(162)와 연결되지 않는 도전 라인들도 함께 형성될 수 있다. 이 때, 하부 스토리지 노드용 콘택 플러그(162) 연결되지 않은 도전 라인들은, 후속 공정에 의해 형성될 스위칭 소자와 연결되는 비트 라인(172)들에 해당한다. 즉, 캐패시터들(132, 134) 상부에는 비트 라인(172)과 도전 라인(174)이 교대로 형성될 수 있다. Thereafter, contact plugs 162 for lower storage nodes connected to the second electrode 134 and logic contact plugs 164 connected to the lower logic elements, that is, the transistors 110 and 112, respectively. Form. Then, conductive lines 174 are formed on the contact plugs 162 and 164. In this case, conductive lines that are not connected to the contact plug 162 for the lower storage node may also be formed on the capacitors 132 and 134. At this time, the conductive lines not connected to the contact plug 162 for the lower storage node correspond to the bit lines 172 connected to the switching element to be formed by a subsequent process. That is, the bit line 172 and the conductive line 174 may be alternately formed on the capacitors 132 and 134.

이어서, 비트 라인(172)들 및 도전 라인(174)들을 덮는 제 3 층간 절연막(180)을 형성하고, 제 3 층간 절연막(180) 내에 비트 라인(172) 및 제 2 전극(134)들에 각각 전기적으로 연결되는 콘택 플러그(182)들을 형성한다. Subsequently, a third interlayer insulating layer 180 covering the bit lines 172 and the conductive lines 174 is formed, and the bit lines 172 and the second electrodes 134 are respectively formed in the third interlayer insulating layer 180. Electrically connected contact plugs 182 are formed.

도 4를 참조하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에서 최상층에 위치하는 제 3 층간 절연막(180) 상에, 스위칭 소자들을 형성하기 위한 제 2 반도체 기판(200)을 접합시키기 위한 접합층(190)을 형성한다. Referring to FIG. 4, a bonding layer 190 for bonding a second semiconductor substrate 200 for forming switching elements onto a third interlayer insulating layer 180 positioned on the top layer on the first semiconductor substrate 100. To form.

접합층(190)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 190 may use, for example, 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(190)을 금속 물질로 형성하는 경우, 금속 물질은 하부의 콘택 플러그들(162, 164) 및 도전 라인들(172, 174)에 형성된 도전 물질들보다 낮은 온도에서 녹는 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 접합층(190)은 제 2 반도체 기판(200)과의 접합시에 표면의 미세 불균일로 인하여 형성될 수 있는 보이드(void)를 방지하기 위해, 평탄화 공정시 낮은 온도에서 리플로우될 수 있는 물질로 형성 한다. 즉, 접합층(190)은 상부에 제 2 반도체 기판(200)을 접착시킬 때, 접합 강도를 증가시킬 수 있으며, 접합시 발생할 수 있는 미세 불량을 줄이는 역할을 할 수 있다. Here, when the bonding layer 190 is formed of a metal material, the metal material is formed of a material that melts at a lower temperature than the conductive materials formed in the contact plugs 162 and 164 and the conductive lines 172 and 174. Can be. In addition, the bonding layer 190 may be reflowed at a low temperature during the planarization process in order to prevent voids that may be formed due to microscopic non-uniformity of the surface during bonding with the second semiconductor substrate 200. Formed of material. That is, the bonding layer 190 may increase the bonding strength when the second semiconductor substrate 200 is adhered to the upper portion, and may serve to reduce fine defects that may occur during bonding.

이어서, 접합층(190) 상에 제 2 반도체 기판(200)을 접합시킨다. 보다 상세히 설명하면, 제 2 반도체 기판(200)은 표면으로부터 소정 깊이까지 다수의 불순물층들(201, 203, 205)을 포함하는 단결정 반도체 기판일 수 있다. 여기서, 다수의 불순물층들(201, 203, 205)은 단결정 반도체 기판 내에 불순물을 이온 주입하거나, 단결정 반도체 기판을 형성하기 위한 에피택시얼 성장 과정 중에 불순물을 첨가하여 형성할 수 있다. Next, the second semiconductor substrate 200 is bonded to the bonding layer 190. In more detail, the second semiconductor substrate 200 may be a single crystal semiconductor substrate including a plurality of impurity layers 201, 203, and 205 from a surface to a predetermined depth. Here, the plurality of impurity layers 201, 203, and 205 may be formed by ion implanting impurities into the single crystal semiconductor substrate or by adding impurities during the epitaxial growth process for forming the single crystal semiconductor substrate.

이 때, 다수의 불순물층(200)은 n형 불순물층(201, 205)과 p형 불순물층(203)이 교대로 위치할 수 있도록 불순물을 이온주입하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상부에 스위칭 소자로서, NMOS 트랜지스터들이 형성되므로, 다수의 불순물층들(201, 203, 205)에서 접합층(190)과 접하되는 표면에 n형 불순물층(201)을 형성한다. In this case, the plurality of impurity layers 200 may be formed by ion implantation of impurities such that the n-type impurity layers 201 and 205 and the p-type impurity layer 203 may be alternately positioned. In an embodiment of the present invention, since the NMOS transistors are formed as a switching element, an n-type impurity layer 201 is formed on a surface of the plurality of impurity layers 201, 203, and 205 in contact with the bonding layer 190. Form.

또한, 다수의 불순물층들(201, 203, 205)을 포함하는 제 2 반도체 기판(200) 내에, 불순물층들(201, 203, 205)과 단결정 반도체 기판 계면에 분리층(207)을 포함한다. 분리층(207)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. 분리층(207)을 형성하는 기술 중에서, 많이 쓰이는 기술 중에는 수소 (Hydrogen)와 같은 기화성 기체를 이온 주입하 여(exfoliating implant), 웨이퍼를 분리하는 방식도 있으나, 이 경우 이온 주입이 과도하게 사용되어 분술물층(201, 203, 205)의 격자 구조가 파괴될 수 있다. 또한, 이렇게 파괴된 격자 구조를 회복하기 위해, 매우 높은 온도에서 일정 시간 열처리가 필요하며, 이러한 매우 높은 온도 처리는 아래에 위치한 셀 소자의 심한 변화를 초래할 수 있다. In addition, in the second semiconductor substrate 200 including the plurality of impurity layers 201, 203, and 205, the separation layer 207 is included at the interface between the impurity layers 201, 203, and 205 and the single crystal semiconductor substrate. . Separation layer 207 is a strained layer formed by a difference between 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 (for example, Si-Ge). Say Among the technologies for forming the separation layer 207, one of the most popular techniques is an ion implantation of an evaporable gas such as hydrogen (exfoliating implant) to separate the wafer, but in this case, ion implantation is excessively used. The lattice structure of the powder layer 201, 203, 205 may be destroyed. In addition, in order to recover such a broken lattice structure, heat treatment is required for a certain time at a very high temperature, and such a very high temperature treatment may cause a severe change in the cell element located below.

이러한 분리층(207)은 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 접합시킨 후, 단결정 반도체 기판 영역을 제거할 때, 불순물층들(201, 203, 205)까지 제거되는 것을 저지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 분리층(207)은 불순물층들(201, 203, 205)만 남기고, 단결정 반도체 기판을 정확하고, 쉽게 분리시킬 수 있는 역할을 한다. The separation layer 207 prevents the impurity layers 201, 203, and 205 from being removed when the single crystal semiconductor substrate region is removed after the second semiconductor substrate 200 is bonded onto the bonding layer 190. Can play a role. In addition, the separation layer 207 leaves only the impurity layers 201, 203, and 205, and serves to accurately and easily separate the single crystal semiconductor substrate.

이후, 도 5를 참조하면, 불순물층들(201, 203, 205)의 표면이 접합층(190)과 마주보도록 하여, 제 2 반도체 기판(200)을 접합시킨다. 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 접합시킨 후에는, 접합 강도를 증가시키기 위해 일정 압력을 가하면서 열처리할 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 5, the surfaces of the impurity layers 201, 203, and 205 face the bonding layer 190 to bond the second semiconductor substrate 200. After the second semiconductor substrate 200 is bonded onto the bonding layer 190, heat treatment may be performed while applying a predetermined pressure to increase the bonding strength.

이와 같이, 접합층(190) 상에 불순물층들(201, 203, 205)을 포함하는 제 2 반도체 기판(200)을 접착시킬 때, 제 2 반도체 기판(200) 상에는 다른 반도체 소자들이 형성되지 않은 상태이므로, 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 정확히 정렬시키는 것이 요구되지 않는다. As such, when adhering the second semiconductor substrate 200 including the impurity layers 201, 203, and 205 onto the bonding layer 190, no other semiconductor elements are formed on the second semiconductor substrate 200. As such, it is not required to accurately align the second semiconductor substrate 200 on the bonding layer 190.

제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 완전히 접합시킨 다음에는, 불순물층(200)을 제외한 나머지 부분을 모두 제거한다. 이에 따라 금속 물질로 이루어진 접합층(190) 상에 다수의 불순물층들(201, 203, 205)이 형성될 수 있다. After the second semiconductor substrate 200 is completely bonded onto the bonding layer 190, all of the remaining portions except for the impurity layer 200 are removed. Accordingly, a plurality of impurity layers 201, 203, and 205 may be formed on the bonding layer 190 made of a metal material.

보다 상세히 설명하면, 접합된 제 2 반도체 기판(200)에서 분리층(207)이 노출될 때까지, 단결정 반도체 영역을 그라인딩(grinding) 또는 연마(polishing) 공정을 진행한다. 분리층(207)이 노출된 후에는, 이방성 또는 등방성 식각 공정을 진행하여 다수의 불순물층들(201, 203, 205)의 표면을 노출시킨다. 즉, n형 불순물층(205)이 노출된다. In more detail, the single crystal semiconductor region is ground or polished until the separation layer 207 is exposed in the bonded second semiconductor substrate 200. After the separation layer 207 is exposed, an anisotropic or isotropic etching process is performed to expose the surfaces of the plurality of impurity layers 201, 203, and 205. That is, the n-type impurity layer 205 is exposed.

다수의 불순물층들(201, 203, 205)을 노출시키는 것은, 제 2 반도체 기판 내에서 불순물층들(201, 203, 205)과 분리층(207)에서의 불순물 농도 구배가 다르므로, 반도체 기판에 대한 선택적 식각이 가능하다. 또는, 분리층(207)에 물리적인 충격을 가해, 결정격자가 약한, 분리층(207)을 따라 균열이 발생하여 단결정 반도체 영역과 다수의 불순물층들(201, 203, 205)을 분리할 수도 있다. Exposing the plurality of impurity layers 201, 203, and 205 may result in a difference in impurity concentration gradients in the impurity layers 201, 203, and 205 and the separation layer 207 in the second semiconductor substrate. Selective etching is possible for. Alternatively, a physical impact may be applied to the separation layer 207 to cause cracks along the separation layer 207, which are weak in crystal lattice, to separate the single crystal semiconductor region and the plurality of impurity layers 201, 203, and 205. have.

이와 같이, 접합층(190) 상에 불순물층들(201, 203, 205)을 포함하는 제 2 반도체 기판(200)을 접합시키고, 불순물층들(201, 203, 205)을 제외한 단결정 반도체를 제거함으로써, 접합층(190) 상에 n형 불순물층(201), p형 불순물층(203) 및 n형 불순물층(205)이 순서대로 형성될 수 있다.As such, the second semiconductor substrate 200 including the impurity layers 201, 203, and 205 is bonded to the junction layer 190, and the single crystal semiconductor except for the impurity layers 201, 203, and 205 is removed. As a result, the n-type impurity layer 201, the p-type impurity layer 203, and the n-type impurity layer 205 may be sequentially formed on the bonding layer 190.

다음으로, 도 6을 참조하면, 수직 채널 구조의 스위칭 소자들, 즉 트랜지스터를 형성하기 위한, 기둥 형태의 반도체층 패턴들(202, 204, 206)을 형성한다. 기 둥 형태의 반도체 패턴들(202, 204, 206)은 불순물층들(201, 203, 205)을 패터닝하여 형성되므로, 스위칭 소자의 채널 영역(204) 및 소스/드레인 영역(202, 206)에 해당할 수 있다.Next, referring to FIG. 6, pillar-shaped semiconductor layer patterns 202, 204, and 206 are formed to form switching elements having a vertical channel structure, that is, a transistor. Since the pillar-shaped semiconductor patterns 202, 204, and 206 are formed by patterning the impurity layers 201, 203, and 205, the semiconductor patterns 202, 204, and 206 are formed in the channel region 204 and the source / drain regions 202 and 206 of the switching device. This may be the case.

보다 상세히 설명하면, 다수의 반도체층들에 대해 사진 식각 공정을 진행하여, 반도체층 패턴들(202, 204, 206)을 형성할 수 있다. 즉, n/p/n형의 불순물층 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 반도체층 패턴들(202, 204, 206)을 형성할 때, 접합층(190)도 함께 식각될 수 있다. 따라서, 기둥 형태의 반도체층 패턴(202) 하부에 각각 접합층 패턴(190)이 형성될 수 있으며, 제 3 층간 절연막(180)의 표면 일부가 노출될 수 있다. In more detail, the photolithography process may be performed on the plurality of semiconductor layers to form the semiconductor layer patterns 202, 204, and 206. That is, an n / p / n type impurity layer pattern may be formed. In addition, when forming the semiconductor layer patterns 202, 204, and 206, the bonding layer 190 may also be etched together. Accordingly, the bonding layer pattern 190 may be formed under the pillar-shaped semiconductor layer pattern 202, and a portion of the surface of the third interlayer insulating layer 180 may be exposed.

도 7을 참조하면, 반도체층 패턴들(202, 204, 206) 중, 가운데에 위치하는 반도체층 패턴(204) 양측에 스페이서 형태의 게이트 전극(220)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a gate electrode 220 having a spacer shape is formed on both sides of a semiconductor layer pattern 204 positioned in the middle of the semiconductor layer patterns 202, 204, and 206.

즉, 제 3 층간 절연막(180) 상에 접합층(190)과 접하는 반도체층 패턴(202)의 측벽을 덮는 제 4 층간 절연막(230)을 형성한다. 이어서, 제 3 및 제 4 층간 절연막(180, 210) 내에, 하부의 로직 소자와 게이트 전극(220)을 연결하기 위한 콘택 플러그를 형성한다. 그리고, 제 4 층간 절연막(210) 상에, 반도체층 패턴들(204, 206)의 표면을 따라 컨포말하게 게이트 절연막 및 게이트용 도전막을 증착한다. 그리고, 게이트 절연막 및 게이트용 도전막을 이방성 식각하여, 채널 영역, 즉, 가운데 위치하는 p형 반도체층 패턴(204)을 감싸는 스페이서 형태의 게이트 전극(220)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 수직 채널을 갖는 트랜지스터들이 형성될 수 있다. That is, a fourth interlayer insulating layer 230 is formed on the third interlayer insulating layer 180 to cover sidewalls of the semiconductor layer pattern 202 in contact with the bonding layer 190. Subsequently, contact plugs are formed in the third and fourth interlayer insulating layers 180 and 210 to connect the lower logic elements and the gate electrode 220. The gate insulating film and the gate conductive film are conformally deposited on the fourth interlayer insulating film 210 along the surfaces of the semiconductor layer patterns 204 and 206. The gate insulating film and the gate conductive film may be anisotropically etched to form a gate electrode 220 having a spacer shape surrounding the channel region, that is, the p-type semiconductor layer pattern 204 located at the center. Accordingly, transistors having vertical channels can be formed.

도 8을 참조하면, 기둥 형태의 반도체층 패턴들(202, 204, 206) 및 게이트 전극(220)들을 덮는 제 5 층간 절연막(230)을 형성한다. 이후, 제 5 층간 절연막(230) 내에 소오스/드레인 영역(206)과 각각 연결되는 콘택 플러그(242)을 형성하며, 이와 동시에 로직 소자와 연결되는 콘택 플러그(244)들도 함께 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 콘택 플러그들(242, 244) 상에 도전 라인들(252, 254)을 형성한다. 여기서, 소오스/드레인 영역(206)과 연결되는 콘택 플러그(242)들 중 캐패시터들(132, 134)이 연결된 반도체층 패턴들(202, 204, 206)의 상부의 도전 라인(252)들은 비트 라인에 해당할 수 있다.  Referring to FIG. 8, a fifth interlayer insulating layer 230 covering the pillar-shaped semiconductor layer patterns 202, 204, and 206 and the gate electrodes 220 is formed. Thereafter, contact plugs 242 connected to the source / drain regions 206 may be formed in the fifth interlayer insulating film 230, and contact plugs 244 connected to the logic elements may be formed at the same time. Then, conductive lines 252 and 254 are formed on the respective contact plugs 242 and 244. Here, the conductive lines 252 of the semiconductor layer patterns 202, 204, and 206 to which the capacitors 132 and 134 are connected among the contact plugs 242 connected to the source / drain regions 206 may be bit lines. It may correspond to.

도 9를 참조하면, 도전 라인들(252, 254)을 형성 후, 제 6 층간 절연막(260)을 형성하고, 도전 라인(252)들과 연결되는 상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(262)를 선택적으로 형성한다. Referring to FIG. 9, after the conductive lines 252 and 254 are formed, a sixth interlayer insulating layer 260 is formed, and a contact plug 262 for an upper storage node that is connected to the conductive lines 252 is selectively formed. Form.

반도체층 패턴들(202, 204, 206)들 중 하부에 캐패시터(132, 134)가 연결되지 않은 반도체층 패턴들(202, 204, 206) 상에 스토리지 노드 전극, 즉, 제 2 전극과 소오스/드레인 영역(206)을 전기적으로 연결하기 위한 상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(262)들을 형성한다. The storage node electrode, that is, the second electrode and the source / Contact plugs 262 for upper storage nodes are formed to electrically connect the drain region 206.

이후, 제 6 층간 절연막(260) 상에, 상부 정보 저장 소자들, 즉 상부 캐패시터들을 형성한다. 상부 정보 저장 소자들은 하부 정보 저장 소자들, 즉, 하부 캐패 시터(132, 134)와 대칭적으로 형성되며, 하부 정보 저장 소자들이 연결되지 않은 스위칭 소자들과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 하부 정보 저장 소자들과 연결된 스위칭 소자 및 상부 정보 저장 소자들과 연결된 스위칭 소자들은 서로 번갈아 배치된 구조로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상부 정보 저장 소자들은 실린더형 캐패시터로 형성될 수 있다. Thereafter, upper information storage elements, that is, upper capacitors, are formed on the sixth interlayer insulating layer 260. The upper information storage elements are formed symmetrically with the lower information storage elements, that is, the lower capacitors 132 and 134, and may be electrically connected to the switching elements to which the lower information storage elements are not connected. In addition, the switching elements connected to the lower information storage elements and the switching elements connected to the upper information storage elements may be formed in a structure in which they are alternately arranged. In one embodiment of the present invention, the upper information storage elements may be formed of a cylindrical capacitor.

보다 상세히 설명하면, 제 6 층간 절연막(260) 상에 충분한 두께의 제 7 층간 절연막(270)을 형성한다. 이어서 제 7 층간 절연막(270)을 패터닝하여, 상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(262)의 상면을 각각 노출하는 개구들을 형성한다. In more detail, a seventh interlayer insulating layer 270 having a sufficient thickness is formed on the sixth interlayer insulating layer 260. Subsequently, the seventh interlayer insulating layer 270 is patterned to form openings that respectively expose an upper surface of the contact plug 262 for the upper storage node.

이어서, 도 10을 참조하면, 개구들이 형성된 제 7 층간 절연막의 표면을 따라, 상부 캐패시터의 제 2 전극용 전극용 도전막을 컨포말하게 증착한다. 그리고, 제 2 전극용 도전막 상에, 갭 필링(gap filling) 특성이 우수한 절연막(미도시)을 증착하고, 제 7 층간 절연막(270)이 노출될 때까지 제 2 전극용 도전막을 평탄화함으로써, 상부로 개방된 실린더 형태의 제 2 전극(282)들을 형성한다. 그리고 제 2 전극(282)들의 표면에 유전막(미도시)을 컨포말하게 형성하고, 제 2 전극(282)의 내부를 채우는 제 1 전극용 도전막을 증착한다. 이어서, 제 1 전극용 도전막을 패터닝함으로써 제 1 전극(284)을 완성한다.Next, referring to FIG. 10, a conductive film for an electrode for a second electrode of the upper capacitor is conformally deposited along the surface of the seventh interlayer insulating film on which the openings are formed. By depositing an insulating film (not shown) having excellent gap filling characteristics on the conductive film for the second electrode, and planarizing the conductive film for the second electrode until the seventh interlayer insulating film 270 is exposed, The second electrodes 282 having a cylindrical shape open to the top are formed. A dielectric film (not shown) is conformally formed on the surfaces of the second electrodes 282, and a conductive film for the first electrode filling the inside of the second electrode 282 is deposited. Subsequently, the first electrode 284 is completed by patterning the first electrode conductive film.

도 11을 참조하면, 제 7 층간 절연막(270) 상에 상부 정보 저장 소자(282, 284)들을 덮는 제 8 층간 절연막(280)을 형성할 수 있다. 최종적으로, 로직 소자들 과 연결되는 콘택 플러그(292) 및 금속 배선(294)들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 11, an eighth interlayer insulating layer 280 may be formed on the seventh interlayer insulating layer 270 to cover the upper information storage elements 282 and 284. Finally, contact plugs 292 and metal wires 294 may be formed to be connected to logic elements.

즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 로직 소자들 상부에 반도체 기판의 접합을 통해 수직 채널을 갖는 스위칭 소자들을 형성할 수 있으며, 스위칭 소자들의 상부 및 하부에 정보 저장 소자들을 형성할 수 있다. That is, according to the first embodiment of the present invention, switching elements having a vertical channel may be formed on the logic elements through bonding of a semiconductor substrate, and information storage elements may be formed on and under the switching elements. .

이하, 도 12 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다. 도 12 내지 도 19는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순서대로 나타내는 단면도들이다. 12 to 19, a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. 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 12를 참조하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에 로직 소자들을 형성한다. 즉, 제 1 반도체 기판(100) 상에, NMOS 및 PMOS 트랜지스터들(110, 112), 저항(미도시), 다이오드(미도시) 및 배선들(미도시)을 형성하여 로직 소자들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 12, logic elements are formed on the first semiconductor substrate 100. That is, logic elements may be formed on the first semiconductor substrate 100 by forming NMOS and PMOS transistors 110 and 112, a resistor (not shown), a diode (not shown), and wires (not shown). have.

구체적으로, 제 1 반도체 기판(100) 내에 소자 분리막(102)들을 형성하여, 활성 영역을 정의할 수 있다. 이어서, 활성 영역이 정의된 제 1 반도체 기판(100) 상에, 게이트 절연막 및 게이트 도전막을 적층하고 패터닝하여, 게이트 전극(110)들을 형성한다. 게이트 전극(110)을 형성한 후에는, 게이트 전극(110) 양측의 제 1 반도체 기판(100) 내로 불순물을 이온 주입하여 소오스/드레인 영역(112)을 형성한다. 이에 따라 제 1 반도체 기판(100) 상에 트랜지스터들이 형성될 수 있다.In detail, the device isolation layers 102 may be formed in the first semiconductor substrate 100 to define an active region. Subsequently, the gate insulating layer and the gate conductive layer are stacked and patterned on the first semiconductor substrate 100 in which the active region is defined, thereby forming the gate electrodes 110. After the gate electrode 110 is formed, impurities are ion implanted into the first semiconductor substrate 100 on both sides of the gate electrode 110 to form the source / drain regions 112. Accordingly, transistors may be formed on the first semiconductor substrate 100.

이어서, 트랜지스터들(110, 112) 상에, 단차 도포성이 우수한 절연 물질을 증착하여 제 1 층간 절연막(120)을 형성한다. 여기서, 제 1 층간 절연막(120) 내에는 저항(미도시), 다이오드(미도시) 및 배선들(미도시)이 매립될 수 있다. Subsequently, an insulating material having excellent step coverage is deposited on the transistors 110 and 112 to form the first interlayer insulating film 120. Here, a resistor (not shown), a diode (not shown), and wires (not shown) may be buried in the first interlayer insulating layer 120.

도 13을 참조하면, 로직 소자들이 매립된 제 1 층간 절연막(120) 상에 하부 정보 저장 소자들을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서는 하부 정보 저장 소자들로서, 캐패시터들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 13, lower information storage elements are formed on a first interlayer insulating layer 120 having logic elements embedded therein. In an embodiment of the present invention, capacitors may be formed as lower information storage elements.

보다 상세히 설명하면, 로직 소자들이 매립된 제 1 층간 절연막(120) 상에, 플레이트 전극인 제 1 전극(132)들을 형성한다. 즉, 제 1 층간 절연막(120) 상에, 충분한 두께의 제 1 전극용 도전막을 증착하고, 제 1 전극용 도전막에 대해 사진 식각 공정을 진행하여, 기둥 형태의 제 1 전극(132)들을 형성한다. 이 때, 접지 전압이 인가되는 제 1 전극(132)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. In more detail, the first electrodes 132, which are plate electrodes, are formed on the first interlayer insulating layer 120 having logic elements embedded therein. That is, a first electrode conductive film having a sufficient thickness is deposited on the first interlayer insulating layer 120, and a photolithography process is performed on the first electrode conductive film to form first pillars 132 having a pillar shape. do. In this case, the first electrodes 132 to which the ground voltage is applied may be electrically connected to each other.

제 1 전극(132)들을 형성한 다음에는, 제 1 전극(132)의 표면에 유전막(미도시) 및 제 2 전극용 도전막을 컨포말하게 형성한다. 이후, 제 2 전극용 도전막을 식각하여, 제 2 전극용 도전막을 제 2 전극(134)들로 분리한다. 즉, 기둥 형태의 제 1 전극(132)의 표면을 컨포말하게 덮으며, 서로 분리된 제 2 전극(134)들이 형성될 수 있다. 이 때, 제 2 전극(134)들은 스토리지 노드 전극으로서, 하부로 개방된 실린더 형태로 형성될 수 있다. After the first electrodes 132 are formed, a dielectric film (not shown) and a conductive film for the second electrode are conformally formed on the surface of the first electrode 132. Thereafter, the conductive film for the second electrode is etched to separate the second electrode conductive film into the second electrodes 134. That is, second electrodes 134 may be formed to conformally cover the surface of the pillar-shaped first electrode 132 and be separated from each other. In this case, the second electrodes 134 may be formed as a storage node electrode and have a cylindrical shape open downward.

캐패시터(132, 134)들을 형성한 다음, 결과물 전면에 산화물로 이루어진 제 2 층간 절연막(140, 150)을 증착한다. 이 때, 제 2 층간 절연막(140, 150)의 상면 은 화학 기계적 연마(CMP) 또는 에치 백(etch back) 공정에 의해 평탄화될 수 있다. 이후, 제 2 전극(134)과 연결되는 콘택 플러그(162) 및 도전 패드(172)들을 형성할 수 있다. After the capacitors 132 and 134 are formed, the second interlayer insulating layers 140 and 150 made of oxide are deposited on the entire surface of the resultant. In this case, the top surfaces of the second interlayer insulating layers 140 and 150 may be planarized by chemical mechanical polishing (CMP) or an etch back process. Thereafter, contact plugs 162 and conductive pads 172 connected to the second electrode 134 may be formed.

한편, 로직 소자들이 매립된 제 1 층간 절연막(120) 상의 하부 정보 저장 소자들은, 후속에서 진행되는 고온 공정으로부터의 영향을 줄이기 위해, 저저항, 낮은 스트레스, 우수한 단차 도포성 및 우수한 열 팽창 계수를 갖는 내화 금속(refractory metal) 물질로 형성될 수 있다. 즉, 캐패시터의 제 1 및 제 2 전극들(132, 134)과, 콘택 플러그(162) 및 도전 패드(172)들은 내화 금속 물질로 형성될 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. 또한, 캐패시터의 제 1 및 제 2 전극들(132, 134)은 폴리실리콘막으로도 형성될 수 있다. 이에 따라 고온의 후속 공정(즉, 스위칭 소자들 형성 공정)을 진행하더라도, 하부 정보 저장 소자의 전기적 특성 및 신뢰성이 유지될 수 있다.On the other hand, the lower information storage elements on the first interlayer insulating film 120 in which the logic elements are embedded, have low resistance, low stress, good step coverage, and good coefficient of thermal expansion in order to reduce influence from subsequent high temperature processes. It may be formed of a refractory metal material having. That is, the first and second electrodes 132 and 134 of the capacitor, the contact plug 162 and the conductive pad 172 may be formed of a refractory metal material. 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. In addition, the first and second electrodes 132 and 134 of the capacitor may be formed of a polysilicon film. Accordingly, even if the high temperature subsequent process (that is, the process of forming switching elements) is performed, the electrical characteristics and reliability of the lower information storage element can be maintained.

도 14를 참조하면, 하부 캐패시터(132, 134)들의 상부에 위치하는 도전 패드(172)들을 덮는 제 3 층간 절연막(180)을 형성하고 평탄화한다. 이어서, 제 1 반도체 기판(100) 상에서 최상층에 위치하는 제 3 층간 절연막(180) 상에, 제 2 반도체 기판(200)을 접합시키기 위한 접합층(190)을 형성한다. Referring to FIG. 14, the third interlayer insulating layer 180 covering the conductive pads 172 positioned on the lower capacitors 132 and 134 is formed and planarized. Subsequently, a bonding layer 190 for bonding the second semiconductor substrate 200 is formed on the third interlayer insulating layer 180 positioned on the uppermost layer on the first semiconductor substrate 100.

접합층(190)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 190 may use, for example, 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(190)을 금속 물질로 형성하는 경우, 금속 물질은 하부의 콘택 플러그들(162) 및 도전 라인들(172)에 형성된 도전 물질들보다 낮은 온도에서 녹는 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 접합층(190)은 제 2 반도체 기판(200)과의 접합시에 표면의 미세 불균일로 인하여 형성될 수 있는 보이드(void)를 방지하기 위해, 평탄화 공정시 낮은 온도에서 리플로우될 수 있는 물질로 형성한다. 즉, 접합층(190)은 상부에 제 2 반도체 기판(200)을 접착시킬 때, 접합 강도를 증가시킬 수 있으며, 접합시 발생할 수 있는 미세 불량을 줄이는 역할을 할 수 있다. Here, when the bonding layer 190 is formed of a metal material, the metal material may be formed of a material that melts at a lower temperature than the conductive materials formed in the contact plugs 162 and the conductive lines 172. In addition, the bonding layer 190 may be reflowed at a low temperature during the planarization process in order to prevent voids that may be formed due to microscopic non-uniformity of the surface during bonding with the second semiconductor substrate 200. Form into material. That is, the bonding layer 190 may increase the bonding strength when the second semiconductor substrate 200 is adhered to the upper portion, and may serve to reduce fine defects that may occur during bonding.

다음으로, 접합층(190) 상에 제 2 반도체 기판(200)을 접합시킨다. Next, the second semiconductor substrate 200 is bonded to the bonding layer 190.

보다 상세히 설명하면, 제 2 반도체 기판(200)으로서, 소정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 불순물층(201)을 포함하는 단결정 반도체 기판을 준비한다. 여기서, 불순물층(201)은 단결정 반도체 기판 내에 불순물을 이온 주입하거나, 단결정 반도체 기판을 형성하기 위한 에피택시층 성장 과정 중에 불순물을 첨가하여 형성할 수 있다. 그리고, 단결정 반도체 기판의 소정 깊이 내에는, 불순물층(201)과 접하는 분리층(207)이 형성될 수 있다. 분리층(207)은 미세 구멍이 형성된 기포층 (Porous)이나, 산화막이나 질화막 같은 절연막, 유기 접착층, 혹은 기판의 결정 격 자의 차이로 (예를 들면, Si-Ge) 생긴 변형층(Strained Layer)일 수 있다. 또한, 불순물층(201)의 표면 상에도 접합층(209)이 형성될 수도 있다. In more detail, a single crystal semiconductor substrate including the impurity layer 201 doped with impurities uniformly to a predetermined depth is prepared as the second semiconductor substrate 200. The impurity layer 201 may be formed by ion implanting impurities into the single crystal semiconductor substrate or by adding impurities during the epitaxial layer growth process for forming the single crystal semiconductor substrate. In addition, within a predetermined depth of the single crystal semiconductor substrate, a separation layer 207 may be formed in contact with the impurity layer 201. The separation layer 207 is a strained layer formed by a pore of a fine hole, an insulating film such as an oxide film or a nitride film, an organic adhesive layer, or a crystal lattice of a substrate (for example, Si-Ge). Can be. In addition, the bonding layer 209 may also be formed on the surface of the impurity layer 201.

이후, 제 2 반도체 기판의 불순물층(201)이 제 1 반도체 기판(100)의 접합층(190) 마주보도록 하여, 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 접합시킨다. 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 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 190 such that the impurity layer 201 of the second semiconductor substrate faces the bonding layer 190 of the first semiconductor substrate 100. After the second semiconductor substrate 200 is bonded onto the bonding layer 190, heat treatment may be performed while applying a predetermined pressure to increase the bonding strength.

도 15를 참조하면, 제 2 반도체 기판(200)을 접합층(190) 상에 완전히 접합시킨 다음에는, 단결정 반도체 불순물층(201)을 제외한 나머지 부분을 모두 제거한다. 이에 따라 금속 물질로 이루어진 접합층(190) 상에, n형 또는 p형 불순물이 도핑된 단결정 반도체 불순물층(201)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 15, after the second semiconductor substrate 200 is completely bonded onto the bonding layer 190, all portions except the single crystal semiconductor impurity layer 201 are removed. Accordingly, the single crystal semiconductor impurity layer 201 doped with n-type or p-type impurities may be formed on the bonding layer 190 made of a metal material.

보다 상세히 설명하면, 접합된 제 2 반도체 기판(200)에서 분리층(207)이 노출될 때까지, 단결정 반도체 영역을 그라인딩(grinding) 또는 연마(polishing) 공정을 진행한다. 분리층(207)이 노출된 후에는, 이방성 또는 등방성 식각 공정을 진행하여 불순물층의 표면을 노출시킨다. In more detail, the single crystal semiconductor region is ground or polished until the separation layer 207 is exposed in the bonded second semiconductor substrate 200. After the separation layer 207 is exposed, an anisotropic or isotropic etching process is performed to expose the surface of the impurity layer.

불순물층(201)을 노출시키는 것은, 제 2 반도체 기판 내에서 불순물층(201)과 분리층(207)에서의 불순물 농도 구배가 다르므로, 단결정 반도체 기판에 대한 선택적 식각이 가능하다. 또는, 분리층(207)에 물리적인 충격을 가해, 결정격자가 약한, 분리층(207)을 따라 균열이 발생하여 불순물이 도핑된 단결정 반도체 불순물층(201)만을 접합층(190) 상에 형성할 수 있다. The exposing the impurity layer 201 may be selectively etched on the single crystal semiconductor substrate because the impurity concentration gradients of the impurity layer 201 and the separation layer 207 are different in the second semiconductor substrate. Alternatively, only the single crystal semiconductor impurity layer 201 doped with impurities due to a physical impact on the separation layer 207 and a crack formed along the separation layer 207 having a weak crystal lattice is formed on the bonding layer 190. can do.

다음으로, 접합된 단결정 반도체 불순물층(201) 상에 수평 채널을 갖는 스위칭 소자들, 즉 트랜지스터들을 형성할 수 있다. Next, switching elements having a horizontal channel, that is, transistors, may be formed on the bonded single crystal semiconductor impurity layer 201.

보다 상세히 설명하면, 접합된 단결정 반도체 불순물층(201) 내에 소자 분리막(202)을 형성하여 활성 영역을 정의한다. 그리고 나서, 단결정 반도체 불순물층(201) 상에, 게이트 절연막 및 게이트 도전막 패턴들을 형성하여 게이트 전극(210)들을 형성한다. 그리고, 게이트 전극들(210) 양측의 단결정 반도체 불순물층(201) 내에 불순물을 도우핑하여 소오스/드레인 영역(212, 214)을 형성한다. 여기서, 인접한 게이트 전극(210)들 사이에 공통의 소오스 영역(212)을 형성할 수 있다. 그리고, 소오스 영역(212)과 이격되고 게이트 전극(210)의 측벽과 인접한 단결정 반도체 불순물층(201) 내에 드레인 영역(214)을 형성할 수 있다. 또한, 트랜지스터들을 형성 시, 소정 드레인 영역(214)들을 하부 캐패시터(132, 134) 상부에 형성할 수 있다. In more detail, the device isolation layer 202 is formed in the bonded single crystal semiconductor impurity layer 201 to define an active region. Then, the gate insulating layer and the gate conductive layer patterns are formed on the single crystal semiconductor impurity layer 201 to form the gate electrodes 210. The source / drain regions 212 and 214 are formed by doping impurities into the single crystal semiconductor impurity layer 201 on both sides of the gate electrodes 210. Here, a common source region 212 may be formed between the adjacent gate electrodes 210. The drain region 214 may be formed in the single crystal semiconductor impurity layer 201 spaced apart from the source region 212 and adjacent to the sidewall of the gate electrode 210. In addition, when forming transistors, predetermined drain regions 214 may be formed on upper capacitors 132 and 134.

또한, 게이트 전극들(210) 양측의 소오스/드레인 영역들(212, 214)은 불순물의 이온 주입 및 어닐링 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 이 때, 불순물의 이온 주입 및 어닐링 공정은 고온(약 800 ~ 850℃)에서 수행될 수 있다. 이와 같이, 고온의 공정을 진행시, 스위칭 소자들 하부에 형성된 하부 정보 저장 소자들(예를들어, 전극 및 배선들)은 내화 금속 물질로 형성되어 있어, 고온에 의한 신뢰성 저하를 방지할 수 있다. In addition, the source / drain regions 212 and 214 on both sides of the gate electrodes 210 may be formed by performing an ion implantation and annealing process of impurities. At this time, the ion implantation and annealing process of the impurities may be performed at a high temperature (about 800 ~ 850 ℃). As such, when the high temperature process is performed, the lower information storage elements (for example, electrodes and wirings) formed under the switching elements may be formed of a refractory metal material, thereby preventing a decrease in reliability due to high temperature. .

도 16을 참조하면, 제 2 반도체 기판(200) 상에 형성된 트랜지스터들(210, 212, 214) 덮는 제 4 층간 절연막(220)을 형성한다. 그리고, 제 4 층간 절연막(220) 및 제 2 반도체 기판(220)을 관통하여 하부 캐패시터들(132, 134) 상의 도전 라인(172)을 노출시키는 콘택 홀(221)들을 형성한다. Referring to FIG. 16, a fourth interlayer insulating layer 220 covering the transistors 210, 212, and 214 formed on the second semiconductor substrate 200 is formed. Contact holes 221 are formed through the fourth interlayer insulating layer 220 and the second semiconductor substrate 220 to expose the conductive line 172 on the lower capacitors 132 and 134.

콘택 홀(221)들을 형성 후, 콘택 홀(221)의 표면을 따라 절연막을 증착하고, 이방성 식각하여 콘택 홀(221)의 내벽에 스페이서 형태의 절연 스페이서(222)를 형성할 수 있다. 절연 스페이서(222)는 도전성 물질로 이루어진 접합층(190)이 콘택 홀(221)에 의해 노출되는 것을 방지할 수 있다. After forming the contact holes 221, an insulating film may be deposited along the surface of the contact hole 221 and anisotropically etched to form an insulating spacer 222 in the form of a spacer on the inner wall of the contact hole 221. The insulating spacer 222 may prevent the bonding layer 190 made of a conductive material from being exposed by the contact hole 221.

도 17을 참조하면, 제 2 반도체 기판(200)을 관통하는 콘택 홀(221) 내에 도전 물질을 일부 매립하여 하부 스토리지 노드용 콘택 플러그(224)를 완성한다. 이 때, 하부 스토리지 노드용 콘택 플러그(224)는 제 2 반도체 기판(200)의 표면까지 매립될 수 있으며, 제 2 반도체 기판(200) 내에 형성된 드레인 영역(214)과 전기적으로 연결된다. Referring to FIG. 17, a conductive material is partially filled in the contact hole 221 penetrating the second semiconductor substrate 200 to complete the contact plug 224 for the lower storage node. In this case, the contact plug 224 for the lower storage node may be buried up to the surface of the second semiconductor substrate 200 and electrically connected to the drain region 214 formed in the second semiconductor substrate 200.

도 18을 참조하면, 제 4 층간 절연막(220) 상에 콘택 홀을 매립하는 제 5 층간 절연막을 형성한다. 이후, 제 4 및 제 5 층간 절연막(220, 230) 내에 공통 소오스 영역(212)과 접촉되는 비트 라인용 콘택 플러그(232)를 형성한다. 비트 라인용 콘택 플러그(232)를 형성시, 로직 소자들과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그들도 함께 형성될 수 있다. 이후, 비트 라인용 콘택 플러그(232)들 상에 게이트 전 극(210)을 가로지르는 비트 라인(234)을 형성한다. 또한, 비트 라인(234)을 형성시, 로직 소자와 연결되는 도전 라인(미도시)이 함께 형성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a fifth interlayer insulating layer filling a contact hole is formed on the fourth interlayer insulating layer 220. Thereafter, contact plugs 232 for bit lines are formed in the fourth and fifth interlayer insulating layers 220 and 230 to contact the common source region 212. In forming the bit line contact plug 232, contact plugs electrically connected to the logic elements may be formed. Thereafter, a bit line 234 is formed across the gate electrode 210 on the bit plug contact plugs 232. In addition, when the bit line 234 is formed, a conductive line (not shown) connected to the logic element may be formed together.

도 19를 참조하면, 비트 라인(234)을 덮는 제 6 층간 절연막(240)을 형성하고, 제 6 층간 절연막(240) 내에 드레인 영역(214)과 연결되는 상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(242)를 형성한다. Referring to FIG. 19, a sixth interlayer insulating layer 240 covering the bit line 234 is formed, and a contact plug 242 for an upper storage node connected to the drain region 214 is formed in the sixth interlayer insulating layer 240. Form.

도면에는 상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(242)와 비트 라인(234)이 중첩되는 것으로 도시하였으나, 3차원적으로 비트 라인(234)과 스토리지 노드용 콘택 플러그(242)는 전기적으로 절연되어 잇다. Although the upper storage node contact plug 242 and the bit line 234 overlap each other, the bit line 234 and the storage node contact plug 242 are electrically insulated in three dimensions.

상부 스토리지 노드용 콘택 플러그(242) 상에는 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 상부로 개방된 실린더 형태의 제 2 전극(252)들을 형성할 수 있다. 그리고, 제 2 전극(252) 상에는 유전막(미도시) 및 제 1 전극(254)이 형성된다. 여기서 제 1 전극(254)은 실린더형의 제 2 전극(252) 내부를 채울 수 있다. On the contact plug 242 for the upper storage node, as described in the first embodiment of the present invention, the second electrodes 252 having a cylindrical shape open to the top may be formed. A dielectric film (not shown) and a first electrode 254 are formed on the second electrode 252. The first electrode 254 may fill the inside of the cylindrical second electrode 252.

이후, 상부 캐패시터들(252, 254)을 덮는 제 8 층간 절연막(270)을 형성하고, 로직 소자(110, 112)와 연결되는 콘택 플러그(282) 및 최종 금속 배선(292)을 형성한다. Thereafter, an eighth interlayer insulating layer 270 covering the upper capacitors 252 and 254 is formed, and a contact plug 282 and a final metal wiring 292 connected to the logic elements 110 and 112 are formed.

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 20을 참조하면, 로직 소자들이 형성된 제 1 반도체 기판을 준비한다. Referring to FIG. 20, a first semiconductor substrate on which logic elements are formed is prepared.

상세히 설명하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에 트랜지스터들(110, 112)을 형성하고, 트랜지스터들(110, 112)을 덮는 제 1 층간 절연막(120)을 형성한다. 제 1 층간 절연막(120) 내에 콘택 플러그를 형성하고, 콘택 플러그 상에 배선(122)들을 형성할 수 있다. 이후, 트랜지스터(110, 112)와 연결된 배선(122)들을 덮는 제 2 층간 절연막을 형성하고 상부를 평탄화한다. In detail, the transistors 110 and 112 are formed on the first semiconductor substrate 100, and the first interlayer insulating layer 120 covering the transistors 110 and 112 is formed. Contact plugs may be formed in the first interlayer insulating layer 120, and wirings 122 may be formed on the contact plugs. Thereafter, a second interlayer insulating film is formed to cover the wirings 122 connected to the transistors 110 and 112, and the top is planarized.

이와 같이 제 1 반도체 기판 상에 로직 소자들을 형성한 후, 제 2 층간 절연막(130) 상에 접합층(140)이 형성된다.After the logic elements are formed on the first semiconductor substrate as described above, the bonding layer 140 is formed on the second interlayer insulating layer 130.

도 21을 참조하면, 스위칭 소자(210, 212, 214) 및 제 1 정보 저장 소자(242, 244) 들이 형성된 제 2 반도체 기판(200)을 준비한다. 구체적으로, 제 2 반도체 기판(200)은 소정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 불순물층을 포함하는 단결정 반도체 기판일 수 있다. 단결정 반도체 기판은 상면으로부터 소정 깊이까지 불순물층을 포함한다. 또한, 단결정 반도체 기판의 소정 깊이 내에 불순물층과 접하는 분리층(205)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 21, a second semiconductor substrate 200 on which switching elements 210, 212, and 214 and first information storage elements 242 and 244 are formed is prepared. In detail, the second semiconductor substrate 200 may be a single crystal semiconductor substrate including an impurity layer doped with impurities uniformly to a predetermined depth. The single crystal semiconductor substrate includes an impurity layer from an upper surface to a predetermined depth. In addition, the isolation layer 205 may be included in contact with the impurity layer within a predetermined depth of the single crystal semiconductor substrate.

그리고, 제 2 반도체 기판(200) 상에 스위칭 소자로서 수평 채널을 갖는 트랜지스터들(210, 212, 214)을 형성한다. 트랜지스터들을 형성 후, 제 1 층간 절연막(220)으로 트랜지스터들(210, 212, 214)을 매립한 후, 트랜지스터들의 공통 소오스 영역(212) 연결되는 비트 라인용 콘택 플러그(222) 및 비트 라인(224)을 순서대로 형성한다. 이어서, 비트 라인을 덮는 제 2 층간 절연막(230)을 형성하고, 제 1 및 제 2 층간 절연막(220, 230) 내에 스토리지 노드용 콘택 플러그(232)를 형성한 다. 이후, 각각의 스토리지 노드용 콘택 플러그(232) 상에 캐패시터(242, 244)를 형성한다. 즉, 제 2 층간 절연막(230) 상에 충분한 두께의 제 3 층간 절연막(240)을 형성하고, 제 3 층간 절연막(240) 내에 실린더 형태의 스토리지 노드 전극(242)을 형성한다. 그리고, 스토리지 노드 전극(242) 상에 유전막(미도시) 및 플레이트 전극(244)을 순서대로 형성한다. 이후, 캐패시터들(242, 244)을 덮는 제 4 층간 절연막(250)을 형성한 후, 제 4 층간 절연막(250) 상에 접합층(255)을 형성한다. In addition, transistors 210, 212, and 214 having horizontal channels as switching elements are formed on the second semiconductor substrate 200. After forming the transistors, the transistors 210, 212, and 214 are buried in the first interlayer insulating layer 220, and then contact plugs 222 and bit lines 224 for bit lines connected to the common source region 212 of the transistors. ) In order. Subsequently, a second interlayer insulating layer 230 covering the bit line is formed, and contact plugs 232 for storage nodes are formed in the first and second interlayer insulating layers 220 and 230. Thereafter, capacitors 242 and 244 are formed on the contact plugs 232 for each storage node. That is, a third interlayer insulating film 240 having a sufficient thickness is formed on the second interlayer insulating film 230, and a storage node electrode 242 having a cylindrical shape is formed in the third interlayer insulating film 240. A dielectric film (not shown) and a plate electrode 244 are sequentially formed on the storage node electrode 242. Thereafter, after forming the fourth interlayer insulating layer 250 covering the capacitors 242 and 244, the bonding layer 255 is formed on the fourth interlayer insulating layer 250.

도 22를 참조하면, 로직 소자들(110, 112, 122)이 형성된 제 1 반도체 기판(100)과, 스위칭 소자(210, 212, 214) 및 정보 저장 소자들(242, 244)이 형성된 제 2 반도체 기판(200)을 서로 접합시킨다. Referring to FIG. 22, a first semiconductor substrate 100 on which logic elements 110, 112, and 122 are formed, and a second on which switching elements 210, 212, and 214 and information storage elements 242 and 244 are formed. The semiconductor substrates 200 are bonded to each other.

즉, 제 1 반도체 기판(100) 상부에 형성된 접합층(140)과 제 2 반도체 기판(200) 상부에 형성된 접합층(255)을 서로 마주보도록 하여, 제 1 반도체 기판(100) 상부에 제 2 반도체 기판(200)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 로직 소자들(110, 112, 122) 상부에 제 1 정보 저장 소자(242, 244) 및 스위치 소자(210, 212, 214) 가 순서대로 형성된다.That is, the bonding layer 140 formed on the first semiconductor substrate 100 and the bonding layer 255 formed on the second semiconductor substrate 200 face each other, so that the second layer is formed on the first semiconductor substrate 100. The semiconductor substrate 200 may be formed. Accordingly, the first information storage elements 242 and 244 and the switch elements 210, 212 and 214 are sequentially formed on the logic elements 110, 112 and 122.

도 23을 참조하면, 제 2 반도체 기판(200)의 후면 일부를 제거한다. 제 2 반도체 기판(200)의 일부를 제거하는 것은, 제 2 반도체 기판(200) 내에 형성된 분리층(205)에 의해 제어될 수 있다. Referring to FIG. 23, a portion of the rear surface of the second semiconductor substrate 200 is removed. Removing a portion of the second semiconductor substrate 200 may be controlled by the separation layer 205 formed in the second semiconductor substrate 200.

이후, 제 2 반도체 기판(200) 내에, 트랜지스터의 소정 드레인 영역(214)과 연결되는 콘택 플러그(208)를 형성한다. Thereafter, a contact plug 208 connected to the predetermined drain region 214 of the transistor is formed in the second semiconductor substrate 200.

도 24를 참조하면, 제 2 반도체 기판(200)의 후면 상에, 제 2 정보 저장 소자들(262, 264)을 형성한다. 즉, 제 2 반도체 기판(200)의 후면 상에, 콘택 플러그(208)와 연결되는 캐패시터들(262, 264) 형성할 수 있다. 즉, 제 2 반도체 기판(200)의 후면 상에, 상부로 개방된 실린더 형태의 스트리지 노드 전극(262)을 형성하고, 스토리지 노드 전극(262)의 표면 상에 순서대로 유전막(미도시) 및 플레이트 전극(264)을 형성한다. Referring to FIG. 24, second information storage elements 262 and 264 are formed on the rear surface of the second semiconductor substrate 200. That is, capacitors 262 and 264 connected to the contact plug 208 may be formed on the rear surface of the second semiconductor substrate 200. That is, on the rear surface of the second semiconductor substrate 200, a streak node electrode 262 having a cylindrical shape opened upward is formed, and a dielectric film (not shown) and a sequence are sequentially formed on the surface of the storage node electrode 262. The plate electrode 264 is formed.

캐패시터들(262, 264)을 형성한 다음, 비트 라인(224), 게이트 전극(210) 및 로직 소자(110, 112)들 각각에 대응하여 콘택 플러그들(272, 274, 276) 및 도전 라인(278)들을 형성한다.  After the capacitors 262 and 264 are formed, the contact plugs 272, 274 and 276 and the conductive line (ie, corresponding to the bit line 224, the gate electrode 210 and the logic elements 110 and 112, respectively) are formed. 278).

이후, 도전 라인(278)들을 덮는 층간 절연막(280)을 형성하고, 층간 절연막(280) 상에 접합층(285)을 형성한다. Thereafter, an interlayer insulating film 280 covering the conductive lines 278 is formed, and a bonding layer 285 is formed on the interlayer insulating film 280.

도 25를 참조하면, 스위칭 소자(310, 312, 314) 및 제 3 정보 저장 소자들(342, 344)이 형성된 제 3 반도체 기판(300)을 준비하고, 제 3 반도체 기판(300) 상부에 접합층(355)을 형성한 후, 제 2 반도체 기판(200) 상부의 접합층(285)과 접합시킨다. 여기서, 제 3 반도체 기판(300) 상에, 스위칭 소자(310, 312) 및 제 3 정보 저장 소자들(342, 344)을 형성하는 것은, 도 21에 도시된 바와 같이, 제 2 반도체 기판(200) 상에, 스위칭 소자(110, 112) 및 제 2 정보 저장 소자들(210, 212, 214)을 형성하는 것과 실질적으로 동일할 수 있다. Referring to FIG. 25, a third semiconductor substrate 300 on which switching elements 310, 312, and 314 and third information storage elements 342 and 344 are formed is prepared and bonded to an upper portion of the third semiconductor substrate 300. After the layer 355 is formed, the layer 355 is bonded to the bonding layer 285 on the second semiconductor substrate 200. Here, forming the switching elements 310 and 312 and the third information storage elements 342 and 344 on the third semiconductor substrate 300, as shown in FIG. 21, the second semiconductor substrate 200. ) May be substantially the same as forming the switching elements 110, 112 and the second information storage elements 210, 212, 214.

도 26을 참조하면, 제 3 반도체 기판(300)의 후면 일부를 제거하고, 스위칭 소자들(310, 312)과 전기적으로 연결되는 제 4 정보 저장 소자들(362, 364)을 형성한다. Referring to FIG. 26, a portion of the rear surface of the third semiconductor substrate 300 is removed to form fourth information storage elements 362 and 364 electrically connected to the switching elements 310 and 312.

즉, 제 3 반도체 기판(300) 내에 트랜지스터의 드레인 영역(314)과 연결된 스토리지 노드용 콘택 플러그를 형성한다. 이후, 스토리지 노드용 콘택 플러그 상에 캐패시터들(362, 364)을 형성한다. 이에 따라, 스위칭 소자들(310, 312)의 하부에 제 3 정보 저장 소자들(342, 344)이 형성되고, 스위칭 소자들(310, 312)의 상부에 제 4 정보 저장 소자들(362, 364)이 형성될 수 있다. That is, a contact plug for a storage node connected to the drain region 314 of the transistor is formed in the third semiconductor substrate 300. Thereafter, capacitors 362 and 364 are formed on the contact plug for the storage node. Accordingly, third information storage elements 342 and 344 are formed under the switching elements 310 and 312, and fourth information storage elements 362 and 364 on the switching elements 310 and 312. ) May be formed.

도 27을 참조하면, 제 3 반도체 기판(300) 상의 비트 라인(324), 게이트 전극(310)과 각각 연결되는 콘택 플러그(372, 374) 및 도전 라인(378)들을 형성한다. 또한, 하부의 로직 소자들(110, 112, 122)과 연결되는 콘택 플러그(378)들 및 도전 라인(378)을 함께 형성한다. 이후, 로직 소자(110, 112, 122와 연결되는 콘택 플러그(378) 상부에 최종 금속 배선(384)을 형성한다. Referring to FIG. 27, bit lines 324, contact plugs 372 and 374 and conductive lines 378 respectively connected to the bit line 324, the gate electrode 310 are formed on the third semiconductor substrate 300. In addition, the contact plugs 378 and the conductive line 378 connected to the lower logic elements 110, 112, and 122 are formed together. Thereafter, the final metal wiring 384 is formed on the contact plug 378 connected to the logic devices 110, 112, and 122.

이와 같이, 로직 소자가 형성된 반도체 기판과, 스위칭 소자 및 정보 저장 소자들이 형성된 반도체 기판을 서로 접합하여, 로직 소자 상부에 스위칭 소자 및 정보 저장 소자들을 형성할 수 있다. 또한, 스위칭 소자 및 정보 저장 소자들이 형 성된 반도체 기판을 로직 소자 상부에 반복적으로 접합하여, 반도체 메모리 장치의 집적도를 향상시킬 수 있다.As such, the semiconductor substrate on which the logic element is formed and the semiconductor substrate on which the switching element and the information storage elements are formed may be bonded to each other to form the switching element and the information storage elements on the logic element. In addition, the semiconductor substrate on which the switching elements and the information storage elements are formed may be repeatedly bonded to the upper portion of the logic element, thereby improving the integration degree of the semiconductor memory device.

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.

도 28을 참조하면, 표면에 접합층(110)이 형성된 제 1 반도체 기판(100)을 준비한다. 제 1 반도체 기판(100)은 불순물층이나 다른 소자들이 형성되지 않은 더미 반도체 기판일 수 있다. Referring to FIG. 28, a first semiconductor substrate 100 having a bonding layer 110 formed on a surface thereof is prepared. The first semiconductor substrate 100 may be a dummy semiconductor substrate on which an impurity layer or other elements are not formed.

그리고, 스위칭 소자들(210, 212, 214) 및 제 1 정보 저장 소자들(242, 244)이 형성된 제 2 반도체 기판(200)을 준비한다. 제 2 반도체 기판(200) 내에는 후속공정에서 제 2 반도체 기판(200)의 일부를 제거할 때, 식각 정지막 역할을 할 수 있는 분리층(205)을 포함한다. 제 2 반도체 기판(200) 상에, 스위칭 소자들(210, 212, 214) 및 제 1 정보 저장 소자들(242, 244)이 형성하는 것은, 도 21을 참조하여 설명한 방법과 동일하게 형성할 수 있다. 제 1 정보 저장 소자들(242, 244)을 덮는 층간 절연막(250)을 형성 후, 층간 절연막(250) 상에 접합층(255)을 형성한다. In addition, the second semiconductor substrate 200 on which the switching elements 210, 212, and 214 and the first information storage elements 242 and 244 are formed is prepared. The second semiconductor substrate 200 includes a separation layer 205 that may serve as an etch stop layer when a part of the second semiconductor substrate 200 is removed in a subsequent process. The switching elements 210, 212, and 214 and the first information storage elements 242 and 244 are formed on the second semiconductor substrate 200 in the same manner as the method described with reference to FIG. 21. have. After forming the interlayer insulating layer 250 covering the first information storage elements 242 and 244, the bonding layer 255 is formed on the interlayer insulating layer 250.

이후, 제 1 및 제 2 반도체 기판(100, 200)들 상부에 형성된 접합층들(110, 255)이 서로 마주보도록 하여 접합층들(110, 255)을 접합시킨다. 이에 따라, 제 2 반도체 기판(200)이 제 1 반도체 기판(100) 상부에 위치되며, 제 2 반도체 기 판(200)의 후면이 노출될 수 있다. Thereafter, the bonding layers 110 and 255 are bonded to each other so that the bonding layers 110 and 255 formed on the first and second semiconductor substrates 100 and 200 face each other. Accordingly, the second semiconductor substrate 200 may be positioned on the first semiconductor substrate 100 and the rear surface of the second semiconductor substrate 200 may be exposed.

도 29를 참조하면, 제 1 반도체 기판(100) 상에 정보 저장 소자(242, 244) 및 스위칭 소자(210, 212)가 순서대로 위치될 수 있다. 그리고, 최상 부에 위치하는 제 2 반도체 기판(200)의 후면 일부를 제거한다. 이에 따라 제 2 반도체 기판(200) 내에 형성된 분리층(205)까지 제거될 수 있다. Referring to FIG. 29, the information storage elements 242 and 244 and the switching elements 210 and 212 may be sequentially disposed on the first semiconductor substrate 100. Then, a part of the rear surface of the second semiconductor substrate 200 positioned at the uppermost portion is removed. Accordingly, the separation layer 205 formed in the second semiconductor substrate 200 may be removed.

도 30을 참조하면, 제 2 반도체 기판(200)의 후면 상에, 제 2 정보 저장 소자들(262, 264)을 형성한다. 즉, 제 2 반도체 기판(200) 내에 드레인 영역(214)과 접촉되는 스토리지 노드 콘택 플러그(208)를 형성한다. 이후, 스토리지 노드 콘택 플러그(208) 상에 캐패서터(242, 244)를 형성한다. 이어서, 비트 라인(224) 및 게이트 전극(210)과 각각 연결되는 콘택 플러그(208)들 및 배선(278)들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 30, second information storage elements 262 and 264 are formed on the rear surface of the second semiconductor substrate 200. That is, the storage node contact plug 208 in contact with the drain region 214 is formed in the second semiconductor substrate 200. Thereafter, capacitors 242 and 244 are formed on the storage node contact plug 208. Subsequently, contact plugs 208 and wires 278 connected to the bit line 224 and the gate electrode 210 may be formed.

도 31을 참조하면, 후속 공정을 통해 접합될 로직 소자들과의 연결을 위해, 제 1 반도체 기판(100)으로부터 배선(278)들까지 연결된 콘택 플러그(120)를 형성한다. 이어서, 제 1 반도체 기판(100)의 후면에 접합층(130)을 형성한다. 이에 따라, 제 1 반도체 소자(10)가 준비될 수 있다. Referring to FIG. 31, a contact plug 120 connected from the first semiconductor substrate 100 to the wirings 278 is formed to connect to logic elements to be bonded through a subsequent process. Subsequently, a bonding layer 130 is formed on the rear surface of the first semiconductor substrate 100. Accordingly, the first semiconductor device 10 may be prepared.

도 32를 참조하면, 제 1 반도체 기판(100)의 후면 및 최상층에 접합층 들(130, 290)이 형성된 제 2 반도체 소자(20)를 준비한다. 제 2 반도체 소자(20)를 준비하는 것은, 도 28 내지 도 31을 참조하여 설명한 바와 같이, 제 1 반도체 소자(10)를 준비하는 것과 실질적으로 동일하다. 다만, 제 2 반도체 소자(20)의 경우, 제 1 정보 저장 소자들(242, 244)의 상부, 즉, 더미 반도체 기판(100)의 후면과, 제 1 정보 저장 소자들(262, 264)의 상부에 접합층들(130, 290)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 32, a second semiconductor device 20 having bonding layers 130 and 290 formed on a rear surface and an uppermost layer of the first semiconductor substrate 100 is prepared. Preparing the second semiconductor element 20 is substantially the same as preparing the first semiconductor element 10 as described with reference to FIGS. 28 to 31. However, in the case of the second semiconductor device 20, an upper portion of the first information storage elements 242 and 244, that is, a rear surface of the dummy semiconductor substrate 100 and the first information storage elements 262 and 264 may be formed. Bonding layers 130 and 290 may be formed thereon.

도 33을 참조하면, 로직 소자들(310, 312, 322)이 형성된 제 3 반도체 기판(300)을 준비한다. 제 3 반도체 기판(300) 상에는 트랜지스터들(310, 312) 및 트랜지스터들(310, 312)과 연결된 배선(322)들이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 33, a third semiconductor substrate 300 on which logic elements 310, 312, and 322 are formed is prepared. Transistors 310 and 312 and wirings 322 connected to the transistors 310 and 312 may be formed on the third semiconductor substrate 300.

이어서 도 34에 도시된 바와 같이, 제 3 반도체 기판(300)의 후면으로부터 제 3 반도체 기판(300) 상의 배선(3322)으로 연결되는 콘택 플러그(340)를 형성한다. 이 때, 콘택 플러그(340)는 제 3 반도체 기판(300)을 관통하여 형성될 수 있다. 그리고, 제 3 반도체 기판(300)의 후면에 로직 소자들(310, 312)과 전기적으로 연결되는 배선(350)이 형성될 수 있다. 34, a contact plug 340 is formed from the rear surface of the third semiconductor substrate 300 to the wiring 3322 on the third semiconductor substrate 300. In this case, the contact plug 340 may be formed through the third semiconductor substrate 300. In addition, a wiring 350 may be formed on the rear surface of the third semiconductor substrate 300 to be electrically connected to the logic elements 310 and 312.

도 35를 참조하면, 로직 소자들(310, 312)이 형성된 제 3 반도체 기판(300)의 최상층에 다른 반도체 소자들(도 31의 10, 20)을 접합시키기 위한 접합층(360)을 형성한다. 여기서, 접합층(360)은 도전 물질로 형성될 수 있으며, 접합층(360) 을 통해 로직 소자들(310, 312)이 다른 반도체 소자들(도 31의 10, 20)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 로직 소자들(310, 312)을 포함하는 제 3 반도체 소자(30)가 준비된다. Referring to FIG. 35, a bonding layer 360 for bonding other semiconductor devices 10 and 20 of FIG. 31 is formed on the uppermost layer of the third semiconductor substrate 300 on which the logic devices 310 and 312 are formed. . Here, the bonding layer 360 may be formed of a conductive material, and the logic elements 310 and 312 may be electrically connected to other semiconductor devices (10 and 20 of FIG. 31) through the bonding layer 360. . Accordingly, the third semiconductor device 30 including the logic devices 310 and 312 is prepared.

도 36을 참조하면, 로직 소자들(310, 312)을 포함하는 제 3 반도체 소자(30) 상에, 제 3 및 제 4 정보 저장 소자들(242, 244, 262, 264)과 스위칭 소자들(210, 212, 214)을 포함하는 제 2 반도체 소자(20)를 접합한다. 그리고, 제 2 반도체 소자(20) 상에 제 1 및 제 2 정보 저장 소자들(242, 244, 262, 264)과 스위칭 소자들(210, 212)을 포함하는 제 1 반도체 소자(10)를 접합한다.Referring to FIG. 36, on the third semiconductor device 30 including the logic devices 310 and 312, the third and fourth information storage devices 242, 244, 262, and 264 and the switching devices ( The second semiconductor device 20 including the 210, 212, and 214 is bonded to each other. The first semiconductor device 10 including the first and second information storage devices 242, 244, 262, and 264 and the switching devices 210 and 212 are bonded to the second semiconductor device 20. do.

도 37을 참조하면, 로직 소자들(310, 312) 상에 정보 저장 소자와 스위칭 소자들이 반복적으로 형성된 반도체 메모리 장치를 완성한다. 제 1 내지 제 3 반도체 소자들(10, 20, 30)은 도전 물질로 형성된 접합층들(130, 290)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 37, a semiconductor memory device in which information storage elements and switching elements are repeatedly formed on logic elements 310 and 312 is completed. The first to third semiconductor devices 10, 20, and 30 may be electrically connected to each other through bonding layers 130 and 290 formed of a conductive material.

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 설명보 다는 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 invention is indicated 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 are included in the scope of the invention. Should be.

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 (38)

제 1 반도체 기판 상에 제 1 정보 저장 소자들을 형성하고, Forming first information storage elements on the first semiconductor substrate, 상기 제 1 정보 저장 소자들 상에 스위칭 소자들을 형성하고,Forming switching elements on the first information storage elements, 상기 스위칭 소자들 상에 제 2 정보 저장 소자들을 형성하되,Forming second information storage elements on the switching elements; 상기 제 1 정보 저장 소자들 하부에 상기 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 로직 소자들을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming logic elements electrically connected to the switching elements under the first information storage elements. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 또는 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first or second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상의 유전층, 및 유전층 상의 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming a first electrode connected to the switching element, a dielectric layer on the first electrode, and a second electrode on the dielectric layer. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제1, 제2 정보 저장 소자들은 유전막, 강유전체막 또는 상변화막으로 형성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법. And the first and second information storage elements are formed of a dielectric film, a ferroelectric film, or a phase change film. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first and second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 기둥 형태의 제 1 전극을 형성하고, Forming a first electrode having a pillar shape connected to the switching element, 상기 제 1 전극의 표면에 컨포말하게 유전층을 형성하고, Forming a dielectric layer conformally on the surface of the first electrode, 상기 유전층의 표면을 따라 컨포말하게 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a second electrode conformally along the surface of the dielectric layer. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은,Forming the first and second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 실린더 형태의 제 1 전극을 형성하고, Forming a first electrode having a cylindrical shape connected to the switching element, 상기 제 1 전극의 표면에 컨포말하게 유전층을 형성하고, Forming a dielectric layer conformally on the surface of the first electrode, 상기 유전층의 표면 상에, 상기 제 2 전극의 내부를 채우는 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming a second electrode on the surface of the dielectric layer to fill the inside of the second electrode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자들을 형성하는 것은,Forming the switching elements, 상기 제 1 정보 저장 소자들 상에 제 2 반도체 기판을 접합시키고, 상기 제 2 반도체 기판에 상기 스위칭 소자들을 형성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And bonding a second semiconductor substrate on the first information storage elements, and forming the switching elements on the second semiconductor substrate. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 스위칭 소자들을 형성하기 전, Before forming the switching elements, 상기 제 1 정보 저장 소자들을 덮는 절연층을 형성하는 것을 더 포함하며,Forming an insulating layer covering the first information storage elements, 상기 절연층 상에 상기 제 2 반도체 기판을 접합시키는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And manufacturing the second semiconductor substrate on the insulating layer. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제 2 반도체 기판을 접합시키는 것은, Bonding the second semiconductor substrate, 단결정 반도체 기판을 제공하고, Providing a 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 절연층 상면과 상기 불순물층이 마주하도록 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키고, Bonding the single crystal semiconductor substrate to the upper surface of the insulating layer and the impurity layer; 상기 불순물층 표면이 노출될 때까지 상기 단결정 반도체 기판의 일부를 제거하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Removing a portion of the single crystal semiconductor substrate until the impurity layer surface is exposed. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 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 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 10 항에 있어서, 11. The method of claim 10, 상기 분리층을 형성하는 것은, 기포층으로 형성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The method for manufacturing a semiconductor memory device, wherein the separating layer is formed of a bubble layer. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 다수의 불순물층들을 형성하는 것은, 상기 단결정 반도체 기판의 상면으로부터 p형, n형, p형 불순물층 또는 n형, p형, n형 불순물층을 형성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The forming of the plurality of impurity layers includes forming a p-type, n-type, or p-type impurity layer or an n-type, p-type, or n-type impurity layer from an upper surface of the single crystal semiconductor substrate. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 제 2 반도체 기판을 접합시킨 다음, After bonding the second semiconductor substrate, 상기 다수의 불순물층들을 패터닝하여, 불순물층 패턴들을 형성하고,Patterning the plurality of impurity layers to form impurity layer patterns, 상기 불순물층 패턴들의 상면에 상기 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming the second information storage elements on the upper surfaces of the impurity layer patterns. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 다수의 불순물층 패턴들은 채널 영역 및 상기 채널 영역 상하부의 소스영역과 드레인 영역들으로 이루어진 반도체 메모리 장치의 제조 방법.The plurality of impurity layer patterns may include a channel region and source and drain regions above and below the channel region. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, 상기 불순물층 패턴들을 형성한 다음,After forming the impurity layer patterns, 상기 채널 영역의 둘레를 감싸는 게이트 전극을 형성하여 상기 스위칭 소자들을 완성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a gate electrode surrounding the channel region to complete the switching elements. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제 2 반도체 기판을 접합시키는 것은, Bonding the second semiconductor substrate, 상면으로부터 일정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 불순물층을 포함하는 단결정 반도체 기판을 제공하고,Providing a single crystal semiconductor substrate including an impurity layer doped with impurities uniformly from an upper surface to a predetermined depth, 상기 절연층 상면과 상기 불순물층이 마주하도록 상기 단결정 반도체 기판을 접합시키고, Bonding the single crystal semiconductor substrate to the upper surface of the insulating layer and the impurity layer; 상기 불순물층 표면이 노출될 때까지 상기 단결정 반도체 기판의 일부를 제거하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Removing a portion of the single crystal semiconductor substrate until the impurity layer surface is exposed. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 단결정 반도체 기판을 제공하는 것은,Providing the single crystal semiconductor substrate, 상기 단결정 반도체 기판 내에서, 상기 불순물층과 접하는 깊이에 분리층이 형성된 것을 더 포함하는 단결정 반도체 기판을 제공하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And a separation layer formed at a depth in contact with the impurity layer in the single crystal semiconductor substrate. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 스위칭 소자들을 형성하는 것은,Forming the switching elements, 상기 제 2 반도체 기판 상에 게이트 전극들을 형성하고, 상기 게이트 전극들 양측에 불순물 영역들을 형성하는 것을 포함하는 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 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 제 1 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first information storage elements, 금속 물질 또는 내화 금속 물질로 형성된 배선층을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising forming a wiring layer formed of a metal material or a refractory metal material. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 상기 배선층을 형성하는 것은, 코발트(Co), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 백금(Pt), 하프늄(Hf), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 지르코늄 질화막(ZrN), 텅스텐 질화막(WN) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.The wiring layer may be formed of cobalt (Co), titanium (Ti), tungsten (W), nickel (Ni), platinum (Pt), hafnium (Hf), molybdenum (Mo), palladium (Pd), or titanium nitride film ( A method for manufacturing a semiconductor device, formed by any one selected from the group consisting of alloys consisting of TiN), tantalum nitride film (TaN), zirconium nitride film (ZrN), tungsten nitride film (WN), and combinations thereof. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 스위칭 소자들을 형성한 다음, After forming the switching elements, 상기 제 2 반도체 기판을 관통하여, 상기 불순물 영역과 상기 제 1 정보 저장 소자를 전기적으로 연결하는 콘택 플러그를 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a contact plug penetrating the second semiconductor substrate to electrically connect the impurity region and the first information storage element. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 2 정보 저장 소자들을 형성한 다음, After forming the second information storage elements, 상기 제 2 정보 저장 소자들 상에, 제 3 정보 저장 소자들을 형성하고, Forming third information storage elements on the second information storage elements, 상기 제 3 정보 저장 소자들 상에 다른 스위칭 소자들을 형성하고,Forming other switching elements on the third information storage elements, 상기 다른 스위칭 소자들 상에 제 4 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming fourth information storage elements on the other switching elements. 제 1 반도체 기판 전면 상에 스위칭 소자들을 형성하고, Forming switching elements on the front surface of the first semiconductor substrate, 상기 스위칭 소자들 상에, 상기 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 제 1 정보 저장 소자들을 형성하고, Forming first information storage elements on the switching elements, the first information storage elements being electrically connected to the switching elements, 상기 제 1 반도체 기판의 후면 상에, 상기 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 제 2 정보 저장 소자들을 형성하되,On the rear surface of the first semiconductor substrate, forming second information storage elements electrically connected to the switching elements, 상기 제 1 반도체 기판은, 상면으로부터 일정 깊이까지 균일하게 불순물이 도핑된 불순물층 및 상기 불순물층과 접하는 깊이에 분리층을 포함하는 단결정 반도체 기판인 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And the first semiconductor substrate is a single crystal semiconductor substrate including an impurity layer doped with impurities uniformly from an upper surface to a predetermined depth and a separation layer at a depth in contact with the impurity layer. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 제 1 또는 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first or second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상의 유전층, 및 유전층 상의 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming a first electrode connected to the switching element, a dielectric layer on the first electrode, and a second electrode on the dielectric layer. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 상기 제1, 제2 정보 저장 소자들은 유전막, 강유전체막 또는 상변화막으로 형성하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And the first and second information storage elements are formed of a dielectric film, a ferroelectric film, or a phase change film. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 스위칭 소자들을 형성하는 것은,Forming the switching elements, 상기 제 1 반도체 기판 상에 게이트 전극들을 형성하고, 상기 게이트 전극들 양측에 불순물 영역들을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming gate electrodes on the first semiconductor substrate, and forming impurity regions on both sides of the gate electrodes. 제 26 항에 있어서, The method of claim 26, 상기 제 1 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first information storage elements, 금속 물질 또는 내화 금속 물질로 형성된 배선층을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising forming a wiring layer formed of a metal material or a refractory metal material. 제 27 항에 있어서, 28. The method of claim 27, 상기 배선층을 형성하는 것은, 코발트(Co), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 백금(Pt), 하프늄(Hf), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 지르코늄 질화막(ZrN), 텅스텐 질화막(WN) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.The wiring layer may be formed of cobalt (Co), titanium (Ti), tungsten (W), nickel (Ni), platinum (Pt), hafnium (Hf), molybdenum (Mo), palladium (Pd), or titanium nitride film ( A method for manufacturing a semiconductor device, formed by any one selected from the group consisting of alloys consisting of TiN), tantalum nitride film (TaN), zirconium nitride film (ZrN), tungsten nitride film (WN), and combinations thereof. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 스위칭 소자들을 형성한 다음, After forming the switching elements, 제 2 반도체 기판을 관통하여, 상기 불순물 영역과 상기 제 2 정보 저장 소자를 전기적으로 연결하는 콘택 플러그를 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a contact plug penetrating the second semiconductor substrate to electrically connect the impurity region and the second information storage element. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 상기 제 1 및 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은, Forming the first and second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 기둥 형태의 제 1 전극을 형성하고, Forming a first electrode having a pillar shape connected to the switching element, 상기 제 1 전극의 표면에 컨포말하게 유전층을 형성하고, Forming a dielectric layer conformally on the surface of the first electrode, 상기 유전층의 표면을 따라 컨포말하게 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming a second electrode conformally along the surface of the dielectric layer. 제 24 항에 있어서,25. The method of claim 24, 상기 제 1 및 제 2 정보 저장 소자들을 형성하는 것은,Forming the first and second information storage elements, 상기 스위칭 소자와 연결되는 실린더 형태의 제 1 전극을 형성하고, Forming a first electrode having a cylindrical shape connected to the switching element, 상기 제 1 전극의 표면에 컨포말하게 유전층을 형성하고, Forming a dielectric layer conformally on the surface of the first electrode, 상기 유전층의 표면 상에, 상기 제 2 전극의 내부를 채우는 제 2 전극을 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming a second electrode on the surface of the dielectric layer to fill the inside of the second electrode. 삭제delete 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 제 2 정보 저장 소자들을 형성하기 전,Before forming the second information storage elements, 상기 제 1 반도체 기판의 후면으로부터 상기 불순물층이 노출될 때까지 상기 제 1 반도체 기판의 일부를 제거하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And removing a portion of the first semiconductor substrate until the impurity layer is exposed from a rear surface of the first semiconductor substrate. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 제 1 또는 제 2 정보 저장 소자들 하부에 제 2 반도체 기판을 준비하고,Preparing a second semiconductor substrate under the first or second information storage elements; 상기 제 2 반도체 기판 상에, 상기 스위칭 소자들과 전기적으로 연결되는 로직 소자들을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming logic elements on the second semiconductor substrate, the logic elements being electrically connected to the switching elements. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 제 1 정보 저장 소자들을 형성한 다음, 상기 제 1 정보 저장 소자들을 덮는 제 1 절연층을 형성하고,Forming the first information storage elements, and then forming a first insulating layer covering the first information storage elements, 상기 제 2 정보 저장 소자들을 형성한 다음, 상기 제 2 정보 저장 소자들을 덮는 제 2 절연층을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming the second information storage elements, and then forming a second insulating layer covering the second information storage elements. 제 35 항에 있어서,36. The method of claim 35, 상기 제 1 또는 제 2 절연층 상에 더미 반도체 기판을 접합시키는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And bonding a dummy semiconductor substrate on the first or second insulating layer. 제 36 항에 있어서,37. The method of claim 36, 상기 더미 반도체 기판 상에 접합층을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.Forming a bonding layer on the dummy semiconductor substrate. 제 35 항에 있어서,36. The method of claim 35, 상기 제 2 절연층 상에 제 3 정보 저장 소자들을 형성하고,Forming third information storage elements on the second insulating layer, 상기 제 3 정보 저장 소자들 상에 다른 스위칭 소자들을 형성하고, Forming other switching elements on the third information storage elements, 상기 다른 스위칭 소자들 상에 제 4 정보 저장 소자들을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.And forming fourth information storage elements on the other switching elements.
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