KR101137770B1 - 3-dimensional nonvolatile memory device, method of fabricating the same and memory chip - Google Patents
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Abstract
3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자, 그 제조 방법 및 메모리 칩이 제공된다. 비휘발성 메모리 소자에 따르면, 적어도 하나의 낸드 스트링은 기판 상에 제된다. 상기 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 기판 상으로 상향 신장된 적어도 하나의 반도체 기둥 및 상기 적어도 하나의 반도체 기둥을 따라 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들을 포함한다. 상기 적어도 하나의 반도체 기둥은 각 낸드 스트링 내에 적어도 하나의 측방향 확장부를 포함한다.A nonvolatile memory device having a three-dimensional structure, a manufacturing method thereof, and a memory chip are provided. According to the nonvolatile memory device, at least one NAND string is removed on the substrate. The at least one NAND string includes at least one semiconductor pillar extending upwardly onto the substrate and a plurality of memory cells connected in series along the at least one semiconductor pillar. The at least one semiconductor pillar includes at least one lateral extension in each NAND string.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것이고, 특히 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 이를 이용한 메모리 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure and a memory chip using the same.
전자 제품은 그 부피가 점점 작아지면서도 고용량의 데이터 처리를 요하고 있다. 이에 따라, 이러한 전자 제품에 사용되는 메모리 칩의 부피를 줄이면서 그 집적도를 높일 필요가 있다. 이러한 점에서, 종래의 평면형 구조 대신에 기판 상에 메모리셀들을 수직으로 적층하는 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자가 이러한 고집적 메모리 칩에 고려되고 있다. 이러한 3차원 구조에서는 메모리셀들의 적층 수를 늘림으로써 동일한 평면 상에서 비휘발성 메모리 소자의 용량을 늘릴 수 있다.Electronic products are getting smaller and bulkier and require higher data throughput. Accordingly, there is a need to increase the degree of integration while reducing the volume of memory chips used in such electronic products. In this regard, a non-volatile memory device having a three-dimensional structure that vertically stacks memory cells on a substrate instead of a conventional planar structure is considered for such a highly integrated memory chip. In such a three-dimensional structure, the capacity of the nonvolatile memory device may be increased on the same plane by increasing the number of stacked memory cells.
하지만, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자에서 메모리셀들의 적층 수가 증가함에 따라서 애스펙트비(aspect ratio)가 증가하여 제조 공정이 어려워지고 있다. 이에 따라, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 신뢰성이 떨어지고 있다.However, as the number of stacked memory cells increases in a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure, an aspect ratio increases, making the manufacturing process difficult. Accordingly, the reliability of the nonvolatile memory device having a three-dimensional structure is deteriorated.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제공되는 것으로서, 3차원 구조에서 제조 공정의 신뢰성을 높일 수 있는 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 이러한 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자를 이용한 메모리 칩을 제공한다.Accordingly, the present invention is provided to solve the above-described problem, and provides a nonvolatile memory device and a method of manufacturing the same which can increase the reliability of a manufacturing process in a three-dimensional structure. In addition, the present invention provides a memory chip using a nonvolatile memory device having such a three-dimensional structure.
하지만, 전술한 기술적 과제는 예로써 제공되었고, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제가 전술한 예에 의해서 제한되지는 않는다.However, the above technical problem is provided by way of example, and the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-described example.
본 발명의 일 형태에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자가 제공된다. 기판이 제공되고, 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 기판 상에 제공된다. 상기 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 기판 상으로 상향 신장된 적어도 하나의 반도체 기둥 및 상기 적어도 하나의 반도체 기둥을 따라 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들을 포함한다. 상기 적어도 하나의 반도체 기둥은 각 낸드 스트링 내에 적어도 하나의 측방향 확장부를 포함한다.A nonvolatile memory device having a three-dimensional structure of one embodiment of the present invention is provided. A substrate is provided, and at least one NAND string is provided on the substrate. The at least one NAND string includes at least one semiconductor pillar extending upwardly onto the substrate and a plurality of memory cells connected in series along the at least one semiconductor pillar. The at least one semiconductor pillar includes at least one lateral extension in each NAND string.
상기 비휘발성 메모리 소자의 일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 측방향 확장부의 상기 기판과 평행한 단면적은 상기 적어도 하나의 반도체 기둥의 나머지 부분의 단면적보다 클 수 있다.According to an aspect of the nonvolatile memory device, a cross-sectional area parallel to the substrate of the at least one lateral extension may be greater than that of the remaining portion of the at least one semiconductor pillar.
상기 비휘발성 메모리 소자의 다른 측면에 따르면, 상기 각 낸드 스트링 내 상기 복수의 메모리셀들은, 상기 기판 상에 복수의 층으로 적층되고 상기 적어도 하나의 반도체 기둥을 둘러싸는 복수의 제어 게이트 전극들; 및 상기 적어도 하나의 반도체 기둥 및 상기 제어 게이트 전극들 사이의 적어도 하나의 전하 저장층을 포함할 수 있다.According to another aspect of the nonvolatile memory device, the plurality of memory cells in each of the NAND strings include: a plurality of control gate electrodes stacked in a plurality of layers on the substrate and surrounding the at least one semiconductor pillar; And at least one charge storage layer between the at least one semiconductor pillar and the control gate electrodes.
상기 비휘발성 메모리 소자의 또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 낸드 스트링의 단부에 연결된 적어도 하나의 비트 라인이 더 제공될 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 복수의 메모리셀들 및 상기 적어도 하나의 비트 라인 사이의 스트링 선택 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the nonvolatile memory device, at least one bit line connected to an end of the at least one NAND string may be further provided. Furthermore, the at least one NAND string may further include a string select transistor between the plurality of memory cells and the at least one bit line.
본 발명의 일 형태에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법이 제공된다. 기판 상에 복수의 제 1 도전층들을 적층한다. 상기 복수의 제 1 도전층들을 관통하여 신장하는 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥을 형성한다. 상기 복수의 제 1 도전층들 상에 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥의 단부와 연결된 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부를 형성한다. 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부 상에 복수의 제 2 도전층들을 적층한다. 상기 복수의 제 2 도전층들을 관통하여 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부에 연결된 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥을 형성한다.A method for manufacturing a nonvolatile memory device having a three-dimensional structure of one embodiment of the present invention is provided. A plurality of first conductive layers are laminated on the substrate. At least one first semiconductor pillar extending through the plurality of first conductive layers is formed. Forming at least one first lateral extension connected to an end of the at least one first semiconductor pillar on the plurality of first conductive layers. Laminating a plurality of second conductive layers on the at least one first lateral extension. At least one second semiconductor pillar connected to the at least one first lateral extension is formed through the plurality of second conductive layers.
상기 제조방법의 일 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥을 형성하기 전에, 상기 복수의 제 1 도전층들을 관통하는 적어도 하나의 제 1 관통 홀을 형성하고, 상기 적어도 하나의 제 1 관통 홀의 내부 표면 상에 적어도 하나의 제 1 전하 저장층을 형성할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥은 상기 적어도 하나의 제 1 관통 홀 내의 상기 적어도 하나의 제 1 전하 저장층 상에 형성할 수 있다.According to an aspect of the manufacturing method, before forming the at least one first semiconductor pillar, at least one first through hole penetrating the plurality of first conductive layers is formed, and the at least one first through hole is formed. At least one first charge storage layer may be formed on the inner surface of the hole. Further, the at least one first semiconductor pillar may be formed on the at least one first charge storage layer in the at least one first through hole.
상기 제조방법의 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥을 형성하기 전에, 상기 복수의 제 2 도전층들을 관통하여, 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장층을 노출하는 적어도 하나의 제 2 관통 홀을 형성하고, 상기 적어도 하나의 제 2 관통 홀의 내부 표면 상에 적어도 하나의 제 2 전하 저장층을 형성할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥은 상기 적어도 하나의 제 2 관통 홀 내의 상기 적어도 하나의 제 2 전하 저장층 상에 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장층과 연결되게 형성할 수 있다.According to another aspect of the fabrication method, at least one agent exposing the at least one first lateral extension layer through the plurality of second conductive layers prior to forming the at least one second semiconductor pillar. The second through hole may be formed, and at least one second charge storage layer may be formed on an inner surface of the at least one second through hole. Further, the at least one second semiconductor pillar may be formed to be connected to the at least one first lateral extension layer on the at least one second charge storage layer in the at least one second through hole.
상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥은 상기 기판의 표면으로부터 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth)법을 이용하여 단결정 구조로 형성할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부는, 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥의 표면으로부터 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth)법을 이용하여 단결정 구조로 형성할 수 있다. 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥은 수직 신장 조건의 선택적 에피택셜 성장법을 이용하여 형성하고, 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부는 측면 성장 조건의 선택적 에피택셜 성장법을 이용하여 형성하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.According to another aspect of the manufacturing method, the at least one first semiconductor pillar may be formed in a single crystal structure from the surface of the substrate by using a selective epitaxial growth method. Further, the at least one first lateral extension may be formed in a single crystal structure from the surface of the at least one first semiconductor pillar by using the selective epitaxial growth method. Wherein the at least one first semiconductor pillar is formed using a selective epitaxial growth method under a vertical stretching condition, and the at least one first lateral extension is formed using a selective epitaxial growth method under a side growth condition, 3 A method of manufacturing a nonvolatile memory device having a dimensional structure.
상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 상기 복수의 제 2 도전층들 상에 상기 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥의 단부와 연결된 적어도 하나의 제 2 측방향 확장부를 형성하고, 상기 적어도 하나의 제 2 측방향 확장부 상에 복수의 제 3 도전층들을 적층하고, 상기 복수의 제 3 도전층들을 관통하여 상기 적어도 하나의 제 2 측방향 확장부에 연결된 적어도 하나의 제 3 반도체 기둥을 더 형성할 수 있다.According to another aspect of the manufacturing method, forming at least one second lateral extension connected to an end of the at least one second semiconductor pillar on the plurality of second conductive layers, the at least one second Stacking a plurality of third conductive layers on the lateral extension, and further forming at least one third semiconductor pillar connected to the at least one second lateral extension through the plurality of third conductive layers have.
본 발명의 일 형태에 따른 메모리 칩이 제공된다. 메모리셀 어레이는 전술한 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자를 포함한다. 로우 디코더는 상기 메모리셀 어레이의 워드 라인들에 결합된다. 칼럼 디코더는 상기 메모리셀 어레이의 비트 라인들에 결합된다. 제어 로직은 상기 로우 디코더 및 상기 칼럼 디코더에 결합된다.A memory chip of one embodiment of the present invention is provided. The memory cell array includes a nonvolatile memory device having the above-described three-dimensional structure. The row decoder is coupled to the word lines of the memory cell array. The column decoder is coupled to the bit lines of the memory cell array. Control logic is coupled to the row decoder and the column decoder.
본 발명의 실시예들에 따른 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법에 따르면, 반도체 기둥을 분할하여 제조함으로써 각 분할 부분 형성 시 관통 홀의 애스펙트비(aspect ratio)를 한 번에 형성하는 경우에 비해서 크게 낮출 수 있다. 이에 따라, 관통 홀 및 이를 채우는 반도체 기둥의 제조 공정이 용이해진다. 나아가, 분할된 반도체 기둥들 사이에 측방향 확장부들을 배치함으로서, 분할된 반도체 기둥들 사이의 정렬 마진이 높아질 수 있다. 이에 따라서, 비휘발성 메모리 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.According to the non-volatile memory device having a three-dimensional structure and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention, when forming the aspect ratio of the through-hole at the time of forming each divided portion by dividing the semiconductor pillars Compared to this, it can be lowered significantly. This facilitates the manufacturing process of the through-hole and the semiconductor pillar filling the same. Further, by arranging the lateral extensions between the divided semiconductor pillars, the alignment margin between the divided semiconductor pillars can be increased. Accordingly, the reliability of the nonvolatile memory device can be improved.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 제조 방법을 이용하면, 수직 구조의 반도체 기둥의 길이를 늘릴 수 있고, 이에 따라 제어 게이트 전극들의 적층 수를 늘릴 수 있다. 그 결과, 각 낸드 스트링 내에 적층되는 메모리셀들의 수가 증가되어, 비휘발성 메모리 소자의 용량이 증대될 수 있다.In addition, using the manufacturing method according to the embodiments of the present invention, it is possible to increase the length of the semiconductor pillar of the vertical structure, thereby increasing the number of stacked control gate electrodes. As a result, the number of memory cells stacked in each NAND string is increased, so that the capacity of the nonvolatile memory device can be increased.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 보여주는 개략적인 사시도이고;
도 2는 도 1의 II-II'선에서 절취한 단면도이고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 보여주는 단면도이고;
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 일부분에 대한 등가 회로도이고;
도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 보여주는 단면도들이고; 그리고
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 칩을 보여주는 개략적인 블록도이다.1 is a schematic perspective view showing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 1;
3 is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile memory device according to another embodiment of the present invention;
4 is an equivalent circuit diagram of a portion of non-volatile memory elements in accordance with embodiments of the present invention;
5 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention; And
12 is a schematic block diagram illustrating a memory chip according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the drawings, the size of components may be exaggerated for convenience of explanation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'선에서 절취한 단면도이다.1 is a schematic perspective view illustrating a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(105) 상에 수직 구조의 메모리셀 어레이가 제공될 수 있다. 기판(105)은 반도체 물질, 예컨대 IV족 반도체, III-V족 화합물 반도체, 또는 II-VI족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, IV족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 기판(105)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 이러한 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층의 일부에 불순물이 도핑될 수 있고, 이러한 도핑 영역은 공통 소오스 라인(도 4의 CSL 참조)으로 이용될 수 있다.1 and 2, a memory cell array having a vertical structure may be provided on a
반도체 기둥들(130)은 기판(105) 상으로 상향 신장되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기둥들(130)은 기판(105)에 수직하게 신장될 수 있다. 반도체 기둥들(130)은 원통형 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 반도체 기둥(130)은 반도체 물질, 예컨대 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄과 같은 IV족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 반도체 기둥(130)의 수는 비휘발성 메모리 소자의 용량에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.The
예를 들어, 각 반도체 기둥(130)은 수직 구조의 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b) 및 적어도 하나의 측방향 확장부(lateral extention portion, 135)를 포함할 수 있다. 측방향 확장부(135)는 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반도체 기둥(130a)은 기판(105) 상에 수직으로 배치되고, 측방향 확장부(135)는 제 1 반도체 기둥(130a) 상에 배치되고, 제 2 반도체 기둥(130b)은 측방향 확장부(135) 위에 기판(105) 상에 수직으로 배치될 수 있다. For example, each
측방향 확장부(135)는 기판(105)에 평행한 단면을 기준으로 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 측방향 확장부(135)는 실질적으로 제 1 반도체 기둥(130a)의 상면을 전체적으로 덮고 측면으로 더 신장될 수 있다. 제 2 반도체 기둥(130b)의 하단부는 전체적으로 또는 적어도 일부분이 측방향 확장부(135)와 접촉될 수 있다.The
측방향 확장부(135)는 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b)과 동일한 반도체 물질로 형성되거나 또는 서로 다른 반도체 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b)과 측방향 확장부(135)는 실질적으로 단결정 구조를 갖는 동일한 반도체 물질로 형성될 수 있다. 하지만, 이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b)과 측방향 확장부(135)의 일부 또는 전부가 다결정 구조의 반도체 물질로 형성될 수도 있다. 반도체 기둥(130) 및 측방향 확장부(135)는 불순물로 도핑될 수 있다.The
반도체 기둥들(130)의 상단은 비트 라인들(155, BL)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기둥들(130)이 매트릭스로 배열된 경우, 동일 열에 배치된 반도체 기둥들(130)은 동일한 비트 라인(155)에 연결될 수 있다. 이러한 배치는 비트 라인들(155)의 수를 줄일 수 있어서, 비휘발성 메모리 소자의 구조를 단순화 할 수 있다.Upper ends of the
제어 게이트 전극들(140)은 반도체 기둥들(130)을 둘러싸면서, 기판(105) 상에 복수의 층들로 적층될 수 있다. 제어 게이트 전극들(140) 사이에는 층간 절연층(110)이 개재될 수 있다. 측방향 확장부(135) 상하의 제어 게이트 전극들(140)의 수는 동일하거나 동일하지 않을 수도 있다. 도 1에는 예시적으로, 측방향 확장부(135) 아래에 4개의 제어 게이트 전극들(140)이 배치되고, 측방향 확장부(135) 위에 4개의 제어 게이트 전극들(140)이 배치된 구조가 도시되어 있다. 제어 게이트 전극들(140)의 이러한 적층 수는 비휘발성 메모리 소자의 용량에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.The
제어 게이트 전극들(140)은 비어 플러그들(150)을 통해서 워드 라인들(160, WL)로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어 게이트 전극들(140)은 각 평면 내에 라인 패턴으로 배열될 수 있고, 동일 층의 제어 게이트 전극들(140)은 동일한 하나의 워드 라인 전극(160)에 연결될 수 있다. 비어 플러그들(150)의 배치를 위하여, 제어 게이트 전극들(140)은 기판(105)으로부터 멀어질수록 폭이 좁은 계단 형태로 배치될 수 있다.The
워드 라인들(160)은 제어 게이트 전극들(140)에 수직하고, 비트 라인들(155)에 평행하게 신장할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 제어 게이트 전극들(140)은 평판 타입으로 제공될 수 있고, 이 경우 각 평판에 하나의 워드 라인(160)이 각각 연결될 수 있다. The word lines 160 may extend perpendicular to the
제 1 및 제 2 전하 저장층들(125a, 125b)은 적어도 제어 게이트 전극들(140) 및 반도체 기둥(130) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전하 저장층(125a)은 제 1 반도체 기둥(130a) 및 측방향 확장부(135) 아래의 제어 게이트 전극들(140) 사이에 제공되고, 제 2 전하 저장층(125b)은 제 2 반도체 기둥(130b) 및 측방향 확장부(135) 위의 제어 게이트 전극들(140) 사이에 제공될 수 있다. 선택적으로, 제 1 전하 저장층(125a)의 일부는 측방향 확장부(135) 바로 아래의 제어 게이트 전극(140) 상으로 더 신장될 수도 있다.The first and second
제 1 및 제 2 전하 저장층들(125a, 125b)은 반도체 기둥(130)과 제어 게이트 전극들(140) 사이의 적층 구조로 구성되는 메모리셀들(도 4의 TMC 참조)의 데이터 저장층으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전하 저장층들(125a, 125b)은 반도체 기둥(130) 및 제어 게이트 전극들(140) 사이에 터널링 절연층/전하 트랩층/블로킹 절연층의 적층 구조(미도시)를 포함할 수 있다. 전하 트랩층은 전하 저장 능력을 갖고, 터널링 절연층은 전하의 터널링 통로로 이용되고, 블로킹 절연층은 전하의 역터널링을 억제하는 역할을 할 수 있다.The first and second
예를 들어, 전하 트랩층은 실리콘 질화층이거나 또는 양자 도트(quantum dots) 또는 나노입자들(nano-particles)을 포함하는 절연층을 포함할 수 있다. 양자 도트 또는 나노입자들은 도전체, 예컨대 금속 또는 반도체의 미세 입자들로 구성될 수 있다. 터널링 절연층들 및 블로킹 절연층은 적절한 여하의 절연막, 예컨대 산화막, 질화막 또는 고유전율막을 포함할 수 있다. 고유전율막은 산화막 및 질화막보다 높은 유전 상수를 갖는 유전막을 지칭할 수 있다.For example, the charge trap layer may be a silicon nitride layer or may include an insulating layer including quantum dots or nano-particles. Quantum dots or nanoparticles can be composed of fine particles of a conductor, such as a metal or a semiconductor. The tunneling insulating layers and the blocking insulating layer may include any suitable insulating film, such as an oxide film, a nitride film or a high dielectric constant film. The high dielectric constant film may refer to a dielectric film having a higher dielectric constant than the oxide film and the nitride film.
스트링 선택 라인들(145)은 비트 라인들(155)과 최상부의 제어 게이트 전극(140)의 사이에 반도체 기둥(130)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제 2 전하 저장층(125b)은 스트링 선택 라인들(145) 및 제 2 반도체 기둥(130b) 사이로 더 신장되어 배치되어 게이트 절연층의 역할을 할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 스트링 선택 라인들(145) 및 제 2 반도체 기둥(130b) 사이에 제 2 전하 저장층(125b) 대신에 단층의 게이트 절연층(미도시)이 개재될 수도 있다.The string
스트링 선택 라인들(145)은 비트 라인들(155)과 수직하게 신장될 수 있고, 라인 패턴으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 동일 행에 배치된 반도체 기둥들(130)은 동일한 스트링 선택 라인(145)에 의해서 각각 둘러싸일 수 있다. 한편, 스트링 선택 라인들(145) 양측의 반도체 기둥(130) 부분에는 소오스/드레인 영역이 형성될 수 있다.The string
반도체 기둥(130)과 스트링 선택 라인들(145) 사이의 적층 구조는 스트링 선택 트랜지스터들(도 4의 TSS)을 구성할 수 있다. 이 실시예에서, 스트링 선택 라인들(145)은 스트링 선택 트랜지스터들(도 4의 TSS)의 게이트 전극들의 역할을 할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 스트링 선택 게이트 전극들이 반도체 기둥(130)을 둘러싸도록 제공되고, 스트링 선택 라인들은 게이트 전극들에 연결되도록 부가적으로 제공될 수도 있다.The stacked structure between the
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자를 보여주는 단면도이다. 이 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자는 도 1 및 도 2의 비휘발성 메모리 소자를 참조할 수 있고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.3 is a cross-sectional view illustrating a nonvolatile memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. The nonvolatile memory device according to this embodiment may refer to the nonvolatile memory device of FIGS. 1 and 2, and thus, redundant descriptions of the two embodiments are omitted.
도 3을 참조하면, 기판(105)과 최하단 제어 게이트 전극(140) 사이에 접지 선택 라인(147)이 더 배치될 수 있다. 접지 선택 라인(147)은 기판(105) 상에 반도체 기둥(130)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 제 1 전하 저장층(125a)은 접지 선택 라인(147) 및 제 1 반도체 기둥(130a) 사이로 더 신장되어 배치되어 게이트 절연층의 역할을 할 수 있다. Referring to FIG. 3, a ground
이 실시예의 변형된 예에서, 접지 선택 라인들(147) 및 제 1 반도체 기둥(130a) 사이에 제 2 전하 저장층(125b) 대신에 단층의 게이트 절연층(미도시)이 개재될 수도 있다. 예를 들어, 접지 선택 라인(147)은 비트 라인들(155)과 수직하게 신장될 수 있고, 라인 패턴으로 제공될 수 있다. 다른 예로, 접지 선택 라인(147)은 하나의 판 형태로 제공될 수도 있다.In a modified example of this embodiment, a single gate insulating layer (not shown) may be interposed between the ground
반도체 기둥(130)과 접지 선택 라인(147) 사이의 적층 구조는 접지 선택 트랜지스터(도 4의 TGS)를 구성할 수 있다. 이 실시예에서, 접지 선택 라인(147)은 접지 선택 트랜지스터(도 4의 TGS)의 게이트 전극의 역할을 할 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 접지 선택 게이트 전극이 반도체 기둥(130)을 둘러싸도록 제공되고, 접지 선택 라인은 접지 선택 게이트 전극에 연결되도록 부가적으로 제공될 수도 있다.The stacked structure between the
제 1 측방향 확장부(135a)는 제 1 반도체 기둥(130a) 상에 제공되고, 제 2 측방향 확장부(135b)는 제 2 반도체 기둥(130b) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 측방향 확장부(135a)는 제 1 반도체 기둥(130a)의 상면을 덮도록 제공되고, 제 2 측방향 확장부(135b)는 제 2 반도체 기둥(130b)의 상면을 덮도록 제공될 수 있다. The first
제 3 반도체 기둥(130c)은 제 2 측방향 확장부(135b) 상에 제공될 수 있다. 제 1 및 제 2 측방향 확장부들(135a, 135b)의 기판(105)과 평행한 방향의 단면적은 제 1 내지 제 3 반도체 기둥들(130a, 130b, 130c)의 기판(105)과 평행한 방향의 단면적보다 클 수 있다. 비트 라인들(155)은 반도체 기둥(130)의 상면, 즉 제 3 반도체 기둥(130c)의 상면 상에 연결될 수 있다.The
제어 게이트 전극들(140)은 제 1 내지 제 3 반도체 기둥들(130a, 130b, 130c)을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 제 1 내지 제 3 전하 저장층들(125a, 125b, 125c)은 제 1 내지 제 3 반도체 기둥들(130a, 130b, 130c) 및 제어 게이트 전극들(140) 사이에 각각 배치될 수 있다. 선택적으로, 제 1 전하 저장층(125a)은 제 1 측방향 확장부(135a) 바로 아래의 제어 게이트 전극(140) 상으로 더 신장될 수 있고, 제 2 전하 저장층(125b)은 제 2 측방향 확장부(135b) 바로 아래의 제어 게이트 전극(140) 상으로 더 신장될 수 있다.The
제 1 및 제 2 측방향 확장부들(135a, 135b) 사이의 제어 게이트 전극들(140)의 수는 적절하게 선택될 수 있다. 도 3에는 예시적으로, 제 1 측방향 확장부(135a) 아래에는 2개의 제어 게이트 전극들(140)이 배치되고, 제 1 및 제 2 측방향 확장부들(135a, 135b) 사이에는 3개의 제어 게이트 전극들(140)이 배치되고, 제 2 측방향 확장부(135b) 위에는 3개의 제어 게이트 전극들(140)이 배치된 구조가 도시되어 있다.The number of
본 발명의 또 다른 실시예에서, 측방향 확장부들은 하나 또는 복수개로 제공되고, 제어 게이트 전극들은 측방향 확장부들에 의해서 다수의 군으로 그룹화 될 수 있다. 예를 들어, 각 군의 제어 게이트 전극들은 2 내지 6개 일 수 있으나, 이 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제어 게이트 전극들을 다수의 군으로 그룹화하는 것은 후술하는 바와 같이, 수직 적층 구조의 메모리셀 어레이의 제조 신뢰성을 높일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the lateral extensions are provided in one or a plurality, and the control gate electrodes can be grouped into a plurality of groups by the lateral extensions. For example, the control gate electrodes of each group may be two to six, but this embodiment is not limited thereto. Grouping the control gate electrodes into a plurality of groups may increase manufacturing reliability of a memory cell array having a vertical stacked structure, as described below.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자들의 일부분에 대한 등가 회로도이다. 이 회로도에서, 비트 라인 및 낸드 스트링들의 수는 예시적으로 도시되었다.4 is an equivalent circuit diagram of a portion of non-volatile memory devices according to embodiments of the present invention. In this schematic, the number of bit lines and NAND strings is shown by way of example.
도 4를 참조하면, 수직 구조의 메모리셀 어레이는 기판(도 1 내지 도 3의 105) 상에 수직 구조로 배치된 낸드 스트링들(NS1, NS2)을 포함할 수 있다. 낸드 스트링들(NS1, NS2) 각각은 기판(105) 상에 수직으로 직렬 연결된 복수의 메모리셀들(TMC)을 포함할 수 있다. 낸드 스트링들(NS1, NS2)의 일단은 비트 라인(BL)에 연결되고, 타단은 공통 소오스 라인(CSL)에 연결된다.Referring to FIG. 4, the memory cell array having a vertical structure may include NAND strings NS1 and NS2 arranged in a vertical structure on a
비트 라인(BL)과 메모리셀들(TMC) 사이에는 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)이 배치되고, 공통 소오스 라인(CSL)과 메모리셀들(TMC) 사이에는 접지 선택 트랜지스터들(TGS)이 배치될 수 있다. 선택적으로, 도 1 및 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 경우, 접지 선택 트랜지스터들(TGS)이 생략될 수 있다.String select transistors T SS are disposed between the bit line BL and the memory cells T MC , and ground select transistors T GS are disposed between the common source line CSL and the memory cells T MC . ) May be arranged. Optionally, in the case of the nonvolatile memory devices of FIGS. 1 and 2, the ground select transistors T GS may be omitted.
워드 라인들(WL01 ~ WLn)은 복층으로 배치되고, 해당 층의 메모리셀들(TMC)에 공유로 결합될 수 있다. 워드 라인들(WL01 ~ WLn)은 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 워드 라인들(WL01 ~ WLn)은 메모리셀들(TMC)의 제어 게이트 전극들(도 1 내지 도 3의 140 참조)을 제어하여, 메모리셀들(TMC)의 프로그램, 소거 및 판독 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 워드 라인들(WL01 ~ WLn) 중 하나를 선택하여 프로그램 전압을 인가함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있고, 아울러 판독 전압을 인가함으로써 프로그램 상태를 판독할 수도 있다.The word lines WL01 to WLn may be arranged in multiple layers, and may be covalently coupled to the memory cells T MC of the corresponding layer. Word lines WL01 to WLn may be appropriately selected and do not limit the scope of this embodiment. Word lines (WL01 ~ WLn) by controlling the memory cells (see 140 of FIG. 1 to FIG. 3), the control gate electrodes of the (T MC), the program, erase and read operations of the memory cells (T MC) Can be controlled. For example, a program operation may be performed by selecting one of the word lines WL01 to WLn to apply a program voltage, and may also read a program state by applying a read voltage.
접지 선택 라인(GSL)은 접지 선택 트랜지스터(TGS)에 공유로 결합될 수 있다. 도 1 및 도 2의 비휘발성 메모리 소자의 경우, 접지 선택 라인(GSL)이 생략될 수 있다. 접지 선택 라인(GSL)은 낸드 스트링들(NS1, NS2)에 공유로 결합되어 있기 때문에, 공통 소오스 라인(CSL)의 신호, 예컨대 접지 전압은 낸드 스트링들(NS1, NS2)에 동시에 인가될 수 있다. 메모리셀들(TMC)의 프로그램 및 판독 동작 시 접지 선택 라인(GSL)에는 접지 선택 트랜지스터들(TGS)을 켜기 위한 턴-온(turn-on) 전압이 인가되고, 프로그램 방지 동작 시에는 접지 선택 트랜지스터들(TGS)을 끄기 위한 턴-오프(turn-off) 전압이 인가될 수 있다. The ground select line GSL may be covalently coupled to the ground select transistor T GS . In the nonvolatile memory device of FIGS. 1 and 2, the ground select line GSL may be omitted. Since the ground select line GSL is covalently coupled to the NAND strings NS1 and NS2, a signal of the common source line CSL, for example, a ground voltage, may be simultaneously applied to the NAND strings NS1 and NS2. . The turn-on voltage for turning on the ground select transistors T GS is applied to the ground select line GSL during the program and read operations of the memory cells T MC , and the ground during the program protection operation. A turn-off voltage may be applied to turn off the selection transistors T GS .
스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2)은 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)에 각각 결합될 수 있다. 비트 라인(BL)을 공유하는 낸드 스트링들(NS1, NS2)의 신호를 분리하기 위하여, 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2)은 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)에 각각 결합될 수 있다. 다만, 도 1의 경우와 같이 낸드 스트링들(NS1, NS2)이 어레이로 배치된 경우, 스트링 선택 라인들(SSL1, SSL2)은 동일 행에 배치된 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)에 공유로 결합될 수 있다.The string select lines SSL1 and SSL2 may be respectively coupled to the string select transistors T SS . In order to separate signals of the NAND strings NS1 and NS2 sharing the bit line BL, the string select lines SSL1 and SSL2 may be respectively coupled to the string select transistors T SS . However, when the NAND strings NS1 and NS2 are arranged in an array as in the case of FIG. 1, the string select lines SSL1 and SSL2 are covalently coupled to the string select transistors T SS disposed in the same row. Can be.
예를 들어, 낸드 스트링(NS1)을 선택하기 위해서, 스트링 선택 라인(SSL1)에는 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)을 켜기 위한 턴-온 전압을 인가하고 스트링 선택 라인(SSL2)에는 이들을 끄기 위한 턴-오프 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 비트 라인(BL)의 신호가 선택적으로 낸드 스트링(NS1) 내의 메모리셀들(TMC)에 인가되도록 할 수 있다. 유사하게, 낸드 스트링(NS2)을 선택하기 위해서, 스트링 선택 라인(SSL2)에는 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)을 켜기 위한 턴-온 전압을 인가하고 스트링 선택 라인(SSL1)에는 스트링 선택 트랜지스터들(TSS)을 끄기 위한 턴-오프 전압을 인가할 수 있다. 이에 따라, 비트 라인(BL)의 신호가 선택적으로 낸드 스트링(NS2) 내의 메모리셀들(TMC)에 인가되도록 할 수 있다. For example, to select the NAND string NS1, a turn-on voltage for applying the string select transistors T SS to the string select line SSL1 is applied and a turn for turning off the string select line SSL2 to the string select line SSL2. An off voltage can be applied. Accordingly, the signal of the bit line BL may be selectively applied to the memory cells T MC in the NAND string NS1. Similarly, to select the NAND string NS2, the turn-on voltage for turning on the string select transistors T SS is applied to the string select line SSL2 and the string select transistors are applied to the string select line SSL1. A turn-off voltage for turning off T SS ) may be applied. Accordingly, the signal of the bit line BL may be selectively applied to the memory cells T MC in the NAND string NS2.
도 5 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 보여주는 단면도들이다.5 through 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 기판(105) 상에 제 1 도전층들(115a)을 적층할 수 있다. 예를 들어, 기판(105) 상에 제 1 절연층(110a)을 형성하고, 제 1 절연층(110a) 상에 제 1 도전층(115a)을 형성하는 단계를 반복하여, 제 1 절연층(110a)/제 1 도전층(115a)의 반복 적층 구조를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5, first
예를 들어, 제 1 절연층(110a)은 여하의 절연물, 예컨대 산화물을 적절한 증착법으로 형성할 수 있다. 제 1 도전층(115a)은 적절한 도전물, 예컨대 폴리실리콘을 절적한 증착법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전층(115a)은 화학기상증착(chemical vapor deposition; CVD)법을 이용하여 폴리실리콘층으로 형성하고, 그 증착과 동시에 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.For example, the first insulating
이어서, 제 1 절연층들(110a) 및 제 1 도전층들(115a)을 관통하는 제 1 관통 홀들(120a)을 형성할 수 있다. 제 1 관통 홀들(120a)의 수는 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. 예를 들어, 포토리소그래피 기술을 이용하여 포토레지스트 마스크(미도시)를 형성하고, 이 마스크를 보호막으로 하여 제 1 절연층(110a) 및 제 1 도전층들(115a)을 식각함으로써 제 1 관통 홀들(120a)을 형성할 수 있다.Subsequently, first through
도 6을 참조하면, 제 1 관통 홀들(120a)의 측벽 상에 제 1 전하 저장층들(125a)을 형성할 수 있다. 나아가, 제 1 전하 저장층들(125a)은 최상부의 제 1 도전층(115a) 상으로 더 신장될 수 있다. 예를 들어, 제 1 관통 홀들(120a)이 형성된 결과물 상에 터널링 절연층/전하 트랩층/블로킹 절연층의 적층 구조를 형성하고, 제 1 관통 홀들(120a) 바닥면 상의 적층 구조 부분을 식각하여 제 1 전하 저장층들(125a)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6, first
선택적으로, 제 1 절연층들(110a) 및 제 1 도전층들(115a)의 적층 구조의 최상부층은 제 1 절연층(110a)일 수 있고, 이 경우 제 1 전하 저장층들(125a)은 증착 및 건식 식각 기술을 이용하여 제 1 관통 홀들(120a) 내에 스페이서 형태로 배치되어 제 1 절연층(110a) 및 제 1 도전층(115a) 상으로 신장되지 않을 수 있다.Optionally, the uppermost layer of the stacked structure of the first insulating
이어서, 제 1 관통 홀들(120a) 내의 제 1 전하 저장층들(125a) 상에 제 1 반도체 기둥들(130a)을 형성할 수 있다. 제 1 반도체 기둥들(130a)은 제 1 관통 홀들(120a)을 채우도록 형성될 수 있다. 이 실시예의 변형된 예에서, 제 1 반도체 기둥들(130a)은 제 1 관통 홀들(120a)을 완전히 채우지 않도록 그 두께가 조절될 수도 있다. 제 1 반도체 기둥들(130a)은 메모리셀들(도 4의 TMC)의 채널층으로 이용될 수 있다.Subsequently, the
예를 들어, 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth; SEG)법을 이용하여, 기판(105) 상에 기둥 형상의 반도체층을 형성하고, 이를 평탄화하여 제 1 반도체 기둥들(130a)을 형성할 수 있다. 이 경우, 기판(105)이 단결정인 경우 제 1 반도체 기둥들(130a)은 단결정 구조로 형성될 수 있다. 나아가, 제 1 반도체 기둥들(130a) 형성 시 SEG 조건은 기판(105)을 기준으로 수직 성장 조건일 수 있다. 예를 들어, 반도체층은 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다.For example, a columnar semiconductor layer may be formed on the
다른 예로, 제 1 관통 홀들(120a) 내에 비정질 구조의 반도체층을 형성하고, 이를 평탄화 및 열처리하여 제 1 반도체 기둥들(130a)을 형성할 수 있다. 이 경우, 비정질 구조의 반도체층은 제 1 관통 홀들(120a)의 폭이 작기 때문에 열처리 단계에서 실질적으로 단결정 구조로 재결정될 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 반도체 기둥들(130a)은 제 1 관통 홀들(120a) 내에 다결정 구조의 반도체층을 형성하고, 이를 평탄화하여 다결정 구조로 형성될 수도 있다. As another example, an amorphous semiconductor layer may be formed in the first through
도 7을 참조하면, 제 1 반도체 기둥들(130a) 상에 측방향 확장층(135)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 측방향 확장층(135)은 선택적 에피택셜 성장(SEG)법을 이용하여 제 1 반도체 기둥들(130a)로부터 단결정 구조로 형성될 수 있다. 측방향 확장층(135) 형성 시 SEG 조건은 제 1 반도체 기둥(130a) 형성 시와는 달리 기판(105)을 기준으로 수평 방향이 우선적으로 성장하는 측면 성장(lateral growth) 조건일 수 있다. 이 경우, SEG 시간을 조절함으로써, 부가적인 패터닝 공정 없이 SEG법만으로 측방향 확장층(135)을 형성할 수 있다. 하지만, 이 실시예의 변형된 예에서, SEG 성장 후 패터닝 공정이 부가될 수도 있다.Referring to FIG. 7, the
다른 예로, 측방향 확장층(135)은 비정질 구조의 반도체층을 증착 후 패터닝 및 열처리 공정을 통해서 형성할 수도 있다. 측방향 확장층(135)의 크기가 크지 않기 때문에, 열처리에 의해서 비정질 구조의 반도체층은 단결정 구조로 재결정 될 수 있다. 패터닝 공정은 포토리소그래피 및 식각 기술을 이용할 수 있다. 또 다른 예로, 측방향 확장층(135)은 다결정 반도체층을 형성하고, 이를 평탄화 및 패터닝하여 다결정 구조로 형성될 수도 있다. As another example, the
도 8을 참조하면, 측방향 확장층(135)이 형성된 결과물 상에 제 2 절연층들(110b) 및 제 2 도전층들(115b)의 적층 구조를 형성할 수 있다. 이러한 적층 구조에 대한 설명은 도 5의 제 1 절연층들(110a) 및 제 1 도전층들(115a)의 적층 구조에 대한 설명을 참조할 수 있다.Referring to FIG. 8, a stacked structure of the second insulating
도 9를 참조하면, 제 2 절연층들(110b) 및 제 2 도전층들(115b)을 관통하는 제 2 관통 홀들(120b)을 형성할 수 있다. 제 2 관통 홀들(120b)은 측방향 확장층(135)의 상면 일부 또는 전체를 노출할 수 있다. 제 2 관통 홀들(120b)은 제 1 관통 홀들(도 5의 120a)과 마찬가지로, 포토리소그래피 및 식각 기술을 이용하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 9, second through
포토리소그래피 단계에서, 제 2 관통 홀들(120b)은 측방향 확장층들(135)에 정렬되도록 형성될 수 있다. 측방향 확장층들(135)은 제 1 반도체 기둥들(130a)보다 넓은 단면적을 갖기 때문에, 제 2 관통 홀들(120b)을 측방향 확장층들(135)에 정렬하는 것이 제 1 반도체 기둥들(130a)에 정렬하는 것보다 유리하다. 이에 따라, 측방향 확장층들(135)을 배치함으로써 제 2 관통 홀들(120b)의 정렬 마진이 향상될 수 있다.In the photolithography step, the second through
도 10을 참조하면, 제 2 관통 홀들(120b) 내에 제 2 전하 저장층들(125b) 및 제 2 반도체 기둥(130b)을 순차로 형성할 수 있다. 제 2 전하 저장층들(125b) 및 제 2 반도체 기둥(130b)의 형성방법은 도 6의 제 1 전하 저장층(125a) 및 제 1 반도체 기둥(130a)의 설명을 참조할 수 있다.Referring to FIG. 10, the second charge storage layers 125b and the
도 11을 참조하면, 제 1 및 제 2 도전층들(115a, 115b)을 패터닝하여, 제어 게이트 전극들(140) 및 스트링 선택 라인들(145)을 형성할 수 있다. 제어 게이트 전극들(140)은 계단식으로 패터닝 될 수 있다. 이 후 제 3 절연층(미도시)을 채워 절연층(110)을 형성하고, 이를 관통하는 비어 홀들(미도시)을 형성하고, 이 비어 홀들 내에 비어 플러그들(150)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11, the
이어서, 반도체 기둥(130) 상에 비트 라인들(155)을 형성하고, 비어 플러그들(150) 상에 워드 라인들(160)을 형성할 수 있다. 비트 라인들(155) 및 워드 라인들(160)은 동일 평면 상에 배치되거나 또는 서로 다른 평면 상에 배치될 수도 있다.Subsequently,
이 실시예에 따른 제조 방법에 따르면, 반도체 기둥(130)을 한번에 형성하지 않고 제 1 반도체 기둥(130a), 측방향 확장층(135) 및 제 2 반도체 기둥(130b)으로 분할하여 형성할 수 있다. 반도체 기둥(130)을 한번에 형성하는 경우, 관통 홀의 애스펙트비가 커져 관통 홀을 형성하기도 어렵고, 이러한 관통 홀 내에 반도체 물질을 채우기도 어려워진다. 이와 같은 어려움은 반도체 기둥(130)의 높이를 제한하게 되고, 이는 수직 낸드 스트링들(도 4의 NS1, NS2) 내 메모리셀들(TMC)의 수를 제한하게 된다.According to the manufacturing method according to this embodiment, the
하지만, 반도체 기둥(130)을 분할하여 제 1 반도체 기둥(130a) 및 제 2 반도체 기둥(130b)으로 분할함으로써, 제 1 관통 홀(120a) 및 제 2 관통 홀(120b)의 애스펙트비를 크게 낮출 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 관통 홀들(120a, 120b)의 형성뿐만 아니라, 이를 채우는 제 1 및 제 2 반도체 기둥들(130a, 130b)의 형성도 용이해진다. However, by dividing the
아울러, 제 1 반도체 기둥(130a) 및 제 2 반도체 기둥(130b) 사이에 측방향 확장부(135)를 배치함으로써, 제 2 관통 홀들(120b) 형성 시 정렬 마진을 높임으로써 제 1 반도체 기둥(130a)과 제 2 반도체 기둥(130b)의 연결 신뢰성을 높일 수 있다. 이러한 점에서, 측방향 확장부(135)의 수는 제 1 및 제 2 관통 홀들(120a, 120b)의 애스펙트비를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 복수의 측방향 확장부들(135)이 2 내지 6 개의 제어 게이트 전극들(140) 사이에 제공될 수 있다.In addition, by arranging the
이에 따라, 이 실시예에 따른 제조 방법을 이용하면, 수직 구조의 반도체 기둥(130)의 길이를 늘릴 수 있고, 이에 따라 제어 게이트 전극들(140)의 적층 수를 늘릴 수 있다. 그 결과, 각 낸드 스트링 내에 적층되는 메모리셀들의 수가 증가되어, 비휘발성 메모리 소자의 용량이 증대될 수 있다.Accordingly, using the manufacturing method according to this embodiment, it is possible to increase the length of the
전술한 제조 방법을 참조하여, 도 3의 비휘발성 메모리 소자도 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 10의 결과물 상에 도 8 내지 도 10의 단계를 반복하고, 이어서 도 11의 단계를 진행함으로써 도 3의 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.With reference to the manufacturing method described above, the nonvolatile memory device of FIG. 3 may also be manufactured. For example, the nonvolatile memory device of FIG. 3 may be manufactured by repeating the steps of FIGS. 8 to 10 and then proceeding to the steps of FIG. 11 on the resultant of FIG. 10.
나아가, 도 8 내지 도 10의 단계를 적절한 회수만큼 반복함으로써, 4개 이상의 측방향 확장부를 갖는 비휘발성 메모리 소자도 제조할 수 있다.Furthermore, by repeating the steps of FIGS. 8 to 10 as many times as appropriate, a nonvolatile memory device having four or more lateral extensions can also be manufactured.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 칩(300)을 보여주는 개략적인 블록도이다.12 is a schematic block diagram illustrating a
도 12를 참조하면, 메모리셀 어레이(310)는 전술한 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자들 가운데 적어도 하나를 포함할 수 있다. 메모리셀 어레이(310)는 X-버퍼/로우 디코더(320) 및 Y-버퍼/칼럼 디코더(330)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 메모리셀 어레이(310)의 워드 라인들(WL)이 X-버퍼/로우 디코더(320)에 연결될 수 있다. 메모리셀 어레이(310)의 비트 라인들(BL)은 Y-버퍼/칼럼 디코더(330)에 연결될 수 있다. 제어 로직(340)은 X-버퍼/로우 디코더(320) 및 Y-버퍼/칼럼 디코더(330)에 결합되어, 이들을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 12, the
예를 들어, 어드레스 신호의 전달 과정을 보면, 제어 로직(340)은 로우 어드레스 신호를 X-버퍼/로우 디코더(320)에 전달하고, X-버퍼/로우 디코더(320)는 이러한 신호들을 디코딩하여 메모리셀 어레이(310)에 로우 어드레스 신호를 전달할 수 있다. 또한, 제어 로직(340)은 칼럼 어드레스 신호를 Y-버퍼/칼럼 디코더(330)에 전달하고, Y-버퍼/칼럼 디코더(330)는 이 신호를 디코딩하여 비트 라인들(BL)을 통해서 메모리셀 어레이(310)에 칼럼 어드레스 신호를 전달할 수 있다.For example, in the process of transferring an address signal, the
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention in combination with the above embodiments. Do.
Claims (18)
상기 기판 상의 적어도 하나의 낸드 스트링을 포함하고,
상기 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 기판 상으로 상향 신장된 적어도 하나의 반도체 기둥 및 상기 적어도 하나의 반도체 기둥을 따라 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들을 포함하고,
상기 적어도 하나의 반도체 기둥은 각 낸드 스트링 내에 적어도 하나의 측방향 확장부를 포함하고,
각 낸드 스트링 내 상기 복수의 메모리셀들은,
상기 기판 상에 복수의 층으로 적층되고 상기 적어도 하나의 반도체 기둥을 둘러싸는 복수의 제어 게이트 전극들; 및
상기 적어도 하나의 반도체 기둥 및 상기 제어 게이트 전극들 사이의 적어도 하나의 전하 저장층을 포함하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.Board; And
At least one NAND string on said substrate,
The at least one NAND string includes at least one semiconductor pillar extending upwardly onto the substrate and a plurality of memory cells connected in series along the at least one semiconductor pillar;
The at least one semiconductor pillar includes at least one lateral extension in each NAND string,
The plurality of memory cells in each NAND string,
A plurality of control gate electrodes stacked in a plurality of layers on the substrate and surrounding the at least one semiconductor pillar; And
And at least one charge storage layer between the at least one semiconductor pillar and the control gate electrodes.
상기 적어도 하나의 낸드 스트링은 상기 복수의 메모리셀들 및 상기 적어도 하나의 비트 라인 사이의 스트링 선택 트랜지스터를 더 포함하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method of claim 1, further comprising at least one bit line connected to an end of the at least one NAND string.
The at least one NAND string further comprises a string select transistor between the plurality of memory cells and the at least one bit line.
상기 복수의 제 1 도전층들을 관통하여 신장하는 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥을 형성하는 단계;
상기 복수의 제 1 도전층들 상에 상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥의 단부와 연결된 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부를 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부 상에 복수의 제 2 도전층들을 적층하는 단계; 및
상기 복수의 제 2 도전층들을 관통하여 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장부에 연결된 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥을 형성하는 단계를 포함하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.Stacking a plurality of first conductive layers on a substrate;
Forming at least one first semiconductor pillar extending through the plurality of first conductive layers;
Forming at least one first lateral extension connected to an end of the at least one first semiconductor pillar on the plurality of first conductive layers;
Stacking a plurality of second conductive layers on the at least one first lateral extension; And
Forming at least one second semiconductor pillar connected to the at least one first lateral extension through the plurality of second conductive layers.
상기 적어도 하나의 제 1 관통 홀의 내부 표면 상에 적어도 하나의 제 1 전하 저장층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 제 1 반도체 기둥은 상기 적어도 하나의 제 1 관통 홀 내의 상기 적어도 하나의 제 1 전하 저장층 상에 형성하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.8. The method of claim 7, further comprising: forming at least one first through hole through the plurality of first conductive layers before forming the at least one first semiconductor pillar; And
Forming at least one first charge storage layer on an inner surface of the at least one first through hole,
And forming the at least one first semiconductor pillar on the at least one first charge storage layer in the at least one first through hole.
상기 적어도 하나의 제 2 관통 홀의 내부 표면 상에 적어도 하나의 제 2 전하 저장층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 제 2 반도체 기둥은 상기 적어도 하나의 제 2 관통 홀 내의 상기 적어도 하나의 제 2 전하 저장층 상에 상기 적어도 하나의 제 1 측방향 확장층과 연결되게 형성하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.The at least one second through hole of claim 8, wherein the at least one second lateral extension layer is exposed through the plurality of second conductive layers before forming the at least one second semiconductor pillar. Forming a; And
Forming at least one second charge storage layer on an inner surface of the at least one second through hole,
Wherein the at least one second semiconductor pillar is formed to be connected to the at least one first lateral extension layer on the at least one second charge storage layer in the at least one second through hole. Method of manufacturing volatile memory device.
상기 적어도 하나의 제 2 측방향 확장부 상에 복수의 제 3 도전층들을 적층하는 단계; 및
상기 복수의 제 3 도전층들을 관통하여 상기 적어도 하나의 제 2 측방향 확장부에 연결된 적어도 하나의 제 3 반도체 기둥을 형성하는 단계를 더 포함하는, 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자의 제조방법.8. The method of claim 7, further comprising: forming at least one second lateral extension connected to an end of the at least one second semiconductor pillar on the second conductive layers;
Stacking a plurality of third conductive layers on the at least one second lateral extension; And
And forming at least one third semiconductor pillar connected to said at least one second lateral extension through said plurality of third conductive layers.
상기 메모리셀 어레이의 워드 라인들에 결합된 로우 디코더;
상기 메모리셀 어레이의 비트 라인들에 결합된 칼럼 디코더; 및
상기 로우 디코더 및 상기 칼럼 디코더에 결합된 제어 로직을 포함하는, 메모리 칩.
A memory cell array comprising a non-volatile memory device having a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4;
A row decoder coupled to word lines of the memory cell array;
A column decoder coupled to the bit lines of the memory cell array; And
And control logic coupled to the row decoder and the column decoder.
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