KR101843567B1 - Semiconductor memory device and method of forming the same - Google Patents

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Abstract

반도체 소자가 제공된다. 셀 게이트 패턴들 및 셀 게이트 패턴들 상의 선택 게이트 패턴을 포함하는 적층 구조체 및 적층 구조체를 관통하여 기판과 전기적으로 연결되는 반도체 패턴이 제공된다. 반도체 패턴은 상기 셀 게이트 패턴들의 활성 영역인 제 1 영역 및 상기 선택 게이트 패턴의 활성 영역인 제 2 반도체 영역을 포함하고, 상기 제 2 영역의 결정립 크기는 상기 제 1 반도체 영역의 결정립 크기보다 크다.A semiconductor device is provided. There is provided a semiconductor pattern that is electrically connected to a substrate through a laminate structure and a laminate structure including cell gate patterns and a selection gate pattern on cell gate patterns. The semiconductor pattern includes a first region which is an active region of the cell gate patterns and a second semiconductor region which is an active region of the select gate pattern, and the grain size of the second region is larger than the grain size of the first semiconductor region.

Description

반도체 메모리 소자 및 그의 제조 방법{SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND METHOD OF FORMING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device,

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.

전자 산업이 고도 발전함에 따라, 반도체 메모리 장치의 집적도가 증가되고 있다. 반도체 메모리 장치의 집적도는 제품의 가격을 결정하는 중요한 요인으로 작용하고 있다. 즉, 집적도가 높아질수록 반도체 메모리 장치의 제품 가격이 감소될 수 있다. 이에 따라, 반도체 메모리 장치의 집적도 향상에 대한 요구가 심화되고 있다. 통상적으로, 반도체 메모리 장치의 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 평면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 초고가의 장비들 및 반도체 제조 공정의 어려움 등에 의하여 패턴의 미세화가 점점 한계에 다다르고 있다.As the electronics industry develops, the degree of integration of semiconductor memory devices is increasing. The degree of integration of semiconductor memory devices is an important factor in determining the price of a product. That is, as the degree of integration increases, the product price of the semiconductor memory device may decrease. As a result, there is a growing demand for improvement in the degree of integration of semiconductor memory devices. Generally, the degree of integration of the semiconductor memory device is largely influenced by the level of the fine pattern forming technique, since it is mainly determined by the planar area occupied by the unit memory cell. However, miniaturization of patterns is becoming more and more limited due to expensive equipment and difficulty of semiconductor manufacturing process.

이러한 한계를 극복하기 위한, 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 메모리 장치들이 제안되고 있다. 그러나, 3차원 반도체 메모리 장치의 대량 생산을 위해서는, 비트당 제조 비용을 2차원 반도체 메모리 장치의 그것보다 줄일 수 있으면서 신뢰성 있는 제품 특성을 구현할 수 있는 공정 기술이 요구되고 있다.In order to overcome these limitations, three-dimensional semiconductor memory devices having three-dimensionally arranged memory cells have been proposed. However, in order to mass-produce a three-dimensional semiconductor memory device, a process technology capable of reducing the manufacturing cost per bit of the two-dimensional semiconductor memory device and realizing a reliable product characteristic is required.

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 전기적 특성이 향상된 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor memory device having improved electrical characteristics and a method of manufacturing the same.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화에 최적화된 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. It is another object of the present invention to provide a semiconductor memory device optimized for high integration and a manufacturing method thereof.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 소자를 제공한다. 상기 소자는 셀 게이트 패턴들 및 상기 셀 게이트 패턴들 상의 선택 게이트 패턴을 포함하는 적층 구조체, 및 상기 적층 구조체를 관통하여 상기 기판과 전기적으로 연결되는 반도체 패턴을 포함하고, 상기 반도체 패턴은 상기 셀 게이트 패턴들의 활성 영역인 제 1 반도체 영역, 및 상기 선택 게이트 패턴의 활성 영역인 제 2 반도체 영역을 포함하고, 상기 제 2 반도체 영역의 결정립 크기는 상기 제 1 반도체 영역의 결정립 크기보다 클 수 있다.A semiconductor device for achieving the above object is provided. Wherein the device comprises a laminate structure including cell gate patterns and a select gate pattern on the cell gate patterns and a semiconductor pattern electrically connected to the substrate through the laminate structure, And a second semiconductor region that is an active region of the select gate pattern, wherein a grain size of the second semiconductor region may be larger than a grain size of the first semiconductor region.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 반도체 영역의 결정립들은 상기 기판의 표면과 평행한 방향으로의 폭보다 상기 기판에 수직한 방향으로의 길이가 더 클 수 있다.In one embodiment, the crystal grains of the second semiconductor region may have a greater length in a direction perpendicular to the substrate than a width in a direction parallel to the surface of the substrate.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 반도체 영역에 의해 둘러싸인 매립 패턴을 더 포함하고, 상기 매립 패턴의 상면은 상기 셀 게이트 패턴들 중 최상층과 상기 선택 게이트 패턴 사이에 제공될 수 있다.In one embodiment, the semiconductor device further includes a buried pattern surrounded by the first semiconductor region, and an upper surface of the buried pattern may be provided between the uppermost one of the cell gate patterns and the select gate pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 반도체 영역 및 상기 제 2 반도체 영역에 의해 둘러싸인 매립 패턴을 더 포함하고, 상기 매립 패턴의 상면은 상기 선택 게이트 패턴의 상면보다 높을 수 있다.In one embodiment, the semiconductor device further includes a buried pattern surrounded by the first semiconductor region and the second semiconductor region, wherein an upper surface of the buried pattern may be higher than an upper surface of the select gate pattern.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 기판 상에 반복적으로 번갈아 제 1 및 제 2 물질막들을 적층하는 것, 상기 제 1 및 제 2 물질막들을 패터닝하여 상기 기판을 노출하는 제 1 관통 영역을 형성하는 것, 상기 제 1 관통 영역 내에 제 1 반도체층 및 매립막을 차례로 형성하는 것, 제 1 반도체층의 일부를 식각하여 제 2 관통 영역을 형성하는 것, 및 상기 제 2 관통 영역 내에 제 2 반도체층을 형성하는 것을 포함하고, 상기 제 2 반도체층은 상기 제 2 관통 영역에 의하여 노출된 상기 제 1 반도체층을 씨드(seed)로 하는 에피택시얼 공정에 의해 형성될 수 있다.A method of fabricating a semiconductor device for achieving the above object is provided. The method includes: laminating first and second material layers alternately and repeatedly on a substrate; patterning the first and second material layers to form a first through region exposing the substrate; Forming a first semiconductor layer and a buried film in the region in order; etching a portion of the first semiconductor layer to form a second penetrating region; and forming a second semiconductor layer in the second penetrating region, The second semiconductor layer may be formed by an epitaxial process in which the first semiconductor layer exposed by the second through region is a seed.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 관통 영역을 형성하는 것은 상기 매립막의 상부를 식각하는 것을 더 포함하고, 식각된 상기 매립막의 상면은 식각된 상기 제 1 반도체층의 상면보다 높을 수 있다.In one embodiment, forming the second penetrating region further includes etching the top of the buried layer, and the top surface of the etched buried layer may be higher than the top surface of the etched first semiconductor layer.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 물질막을 게이트 전극들로 교체하는 것을 더 포함하고, 상기 게이트 전극들은 셀 게이트 패턴들 및 상기 셀 게이트 패턴들 상의 선택 게이트 패턴을 포함하고, 상기 제 1 반도체층의 식각 공정은 상기 셀 게이트 패턴들 중 최상층과 상기 선택 게이트 패턴 사이의 깊이로 수행될 수 있다.In one embodiment, the method further comprises replacing the second material layer with gate electrodes, wherein the gate electrodes comprise cell gate patterns and a select gate pattern on the cell gate patterns, The etch process may be performed at a depth between the top of the cell gate patterns and the select gate pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 관통 영역을 형성하는 것은 상기 매립막의 상부를 식각하는 것을 더 포함하고, 식각된 상기 매립막의 상면은 상기 선택 게이트 패턴의 하면 보다 낮을 수 있다.In one embodiment, forming the second through region further includes etching the upper portion of the buried layer, and the upper surface of the etched buried layer may be lower than the lower portion of the select gate pattern.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 관통 영역을 형성하는 것은 상기 매립막의 상부를 식각하는 것을 더 포함하고, 상기 매립막의 식각 공정은 상기 선택 게이트 패턴의 상면보다 높은 깊이로 수행될 수 있다.In one embodiment, forming the second through region further comprises etching the top of the buried layer, and the etching process of the buried layer may be performed to a depth greater than the top surface of the select gate pattern.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 셀 게이트 패턴과 선택 게이트 패턴에 인접한 채널 영역들의 구조가 서로 다른 채널 패턴이 제공될 수 있다. 선택 게이트 패턴에 인접한 채널 영역들의 결정립 크기를 상대적으로 크게 형성하여 반도체 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, channel patterns having different structures of channel regions adjacent to the cell gate pattern and the selection gate pattern may be provided. The grain size of the channel regions adjacent to the select gate pattern can be relatively increased to improve the electrical characteristics of the semiconductor device.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 3은 도 2의 채널 구조체의 확대도이다.
도 4 내지 도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 상부면도들이다.
도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이다.
도 16은 도 15의 채널 구조체의 확대도이다.
도 17 내지 도 24는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 상부면도이다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 정보 저장막의 구조를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 27은 본 발명의 실시예들에 따른 형성된 반도체 소자를 포함하는 메모리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 28은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 구비하는 메모리 카드의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 29는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 장착하는 정보 처리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
2 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged view of the channel structure of Figure 2;
FIGS. 4 to 14 are cross-sectional views and top view views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
15 is a perspective view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
16 is an enlarged view of the channel structure of Fig.
17 to 24 are cross-sectional views and a top view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
25 and 26 are perspective views illustrating a structure of an information storage layer according to embodiments of the present invention.
27 is a schematic block diagram illustrating an example of a memory system including a semiconductor device formed in accordance with embodiments of the present invention.
28 is a schematic block diagram showing an example of a memory card having semiconductor elements according to the embodiments of the present invention.
29 is a schematic block diagram showing an example of an information processing system for mounting a semiconductor device according to the embodiments of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 층들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a layer is referred to as being on another layer or substrate, it may be directly formed on another layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. Also, in the drawings, The size and thickness of the configurations are exaggerated for clarity. Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various regions, layers, etc., these regions and films should not be limited by these terms . These terms are merely used to distinguish certain regions or layers from other regions or layers. Thus, the membrane referred to as the first membrane in one embodiment may be referred to as the second membrane in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. The expression " and / or " is used herein to mean including at least one of the elements listed before and after. Like numbers refer to like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 소자의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 소자는 공통 소오스 라인(CSL), 복수개의 비트 라인들(BL0-BL3) 및 상기 공통 소오스 라인(CSL)과 상기 비트 라인들(BL0-BL3) 사이에 배치되는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다. 1, a semiconductor memory device according to embodiments of the present invention includes a common source line CSL, a plurality of bit lines BL0-BL3, and a common source line CSL and bit lines BL0 And a plurality of cell strings CSTR disposed between the cell strings BLl and BLl.

상기 공통 소오스 라인(CSL)은 반도체 기판 상에 배치되는 도전성 박막 또는 기판 내에 형성되는 불순물 영역일 수 있다. 상기 비트 라인들(BL0-BL3)은 반도체 기판으로부터 이격되어 그 상부에 배치되는 도전성 패턴들일 수 있다. 상기 비트 라인들(BL0-BL3)은 2차원적으로 배열되고, 그 각각에는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결된다. 이에 따라 상기 셀 스트링들(CSTR)은 상기 공통 소오스 라인(CSL) 또는 기판 상에 2차원적으로 배열된다. The common source line CSL may be an electrically conductive thin film disposed on the semiconductor substrate or an impurity region formed in the substrate. The bit lines BL0-BL3 may be conductive patterns that are spaced apart from the semiconductor substrate and disposed thereon. The bit lines BL0-BL3 are two-dimensionally arranged, and a plurality of cell strings CSTR are connected in parallel to each of the bit lines BL0-BL3. Accordingly, the cell strings CSTR are two-dimensionally arranged on the common source line CSL or the substrate.

상기 셀 스트링들(CSTR) 각각은 상기 공통 소오스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 상기 비트 라인(BL0-BL3)에 접속하는 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 상기 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 사이에 배치되는 복수개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 상기 접지 선택 트랜지스터(GST), 상기 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 상기 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 직렬로 연결될 수 있다. 이에 더하여, 상기 공통 소오스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL0-BL3) 사이에 배치되는, 접지 선택 라인(GSL), 상기 복수개의 워드 라인들(WL0-WL3) 및 스트링 선택 라인들(SSL0-SSL2)이 상기 접지 선택 트랜지스터(GST), 상기 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 상기 스트링 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들로서 각각 사용될 수 있다. Each of the cell strings CSTR includes a ground selection transistor GST connected to the common source line CSL, a string selection transistor SST connected to the bit lines BL0-BL3, And a plurality of memory cell transistors MCT arranged between the memory cells GST and SST. The ground selection transistor GST, the string selection transistor SST, and the memory cell transistors MCT may be connected in series. In addition, the ground selection line GSL, the plurality of word lines WL0-WL3 and the string selection lines SSL0-BL3 disposed between the common source line CSL and the bit lines BL0- SSL2 may be used as the gate electrodes of the ground selection transistor GST, the memory cell transistors MCT, and the string selection transistors SST, respectively.

상기 접지 선택 트랜지스터들(GST)은 기판으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치될 수 있고, 이들의 게이트 전극들은 상기 접지 선택 라인(GSL)에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 이를 위해, 상기 접지 선택 라인(GSL)은 상기 공통 소오스 라인(CSL) 및 이에 가장 인접하는 메모리 셀 트랜지스터(MCT) 사이에 배치되는, 평판(plate) 모양 또는 빗(comb) 모양의 도전 패턴일 수 있다. 유사하게, 상기 공통 소오스 라인(CSL)으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치되는, 상기 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들 역시 상기 워드 라인들(WL0-WL3) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 이를 위해, 상기 워드 라인들(WL0-WL3) 각각은 기판의 상부면에 평행한 평판 모양 또는 빗 모양의 도전 패턴일 수 있다. 한편, 하나의 셀 스트링(CSTR)은 상기 공통 소오스 라인(CSL)으로부터의 거리가 서로 다른 복수개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성되기 때문에, 상기 공통 소오스 라인(CSL)과 상기 비트 라인들(BL0-BL3) 사이에는 다층의 워드 라인들(WL0-WL3)이 배치된다. The ground selection transistors GST may be disposed at substantially the same distance from the substrate, and their gate electrodes may be connected in common to the ground selection line GSL to be in an equipotential state. To this end, the ground selection line GSL may be a plate-like or comb-shaped conductive pattern disposed between the common source line CSL and the memory cell transistor MCT closest thereto. have. Likewise, the gate electrodes of the memory cell transistors MCT, which are disposed at substantially the same distance from the common source line CSL, are also commonly connected to one of the word lines WL0-WL3, Lt; / RTI > To this end, each of the word lines WL0-WL3 may be a flat plate-shaped or comb-shaped conductive pattern parallel to the upper surface of the substrate. On the other hand, since one cell string CSTR is composed of a plurality of memory cell transistors MCT having different distances from the common source line CSL, the common source line CSL and the bit lines BL0 to BL3 are arranged between the word lines WL0 to WL3.

상기 셀 스트링들(CSTR) 각각은 상기 공통 소오스 라인(CSL)으로부터 수직하게 연장되어 상기 비트 라인(BL0-BL3)에 접속하는 채널 구조체를 포함할 수 있다. 상기 채널 구조체는 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 반도체층은 상기 접지 선택 라인(GSL) 및 상기 워드 라인들(WL0-WL3)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이에 더하여, 반도체층은 몸체부 및 몸체부의 일단 또는 양단에 형성되는 불순물 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 드레인 영역이 반도체층의 상단에 형성될 수 있다. Each of the cell strings CSTR may include a channel structure that extends vertically from the common source line CSL and connects to the bit lines BL0 to BL3. The channel structure may include a semiconductor layer. The semiconductor layer may be formed to penetrate the ground selection line GSL and the word lines WL0 to WL3. In addition, the semiconductor layer may include impurity regions formed at one or both ends of the body portion and the body portion. For example, a drain region may be formed at the top of the semiconductor layer.

한편, 상기 워드 라인들(WL0-WL3)과 반도체층 사이에는 정보 저장막이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 정보 저장막은 전하저장막일 수 있다. 예를 들면, 정보 저장막은 트랩 절연막, 부유 게이트 전극 또는 도전성 나노 도트들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막 중의 한가지일 수 있다. Meanwhile, an information storage layer may be disposed between the word lines WL0-WL3 and the semiconductor layer. According to one embodiment, the information storage film may be a charge storage film. For example, the information storage film may be one of an insulating film including a trap insulating film, a floating gate electrode, or conductive nano dots.

상기 접지 선택 라인(GSL)과 반도체층 사이 또는 상기 스트링 선택 라인들(SSL0-SSL2)과 반도체층 사이에는, 상기 접지 선택 트랜지스터(GST) 또는 상기 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 절연막으로 사용되는 유전막이 배치될 수 있다. 상기 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 중의 적어도 하나의 게이트 절연막은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)의 정보 저장막과 동일한 물질로 형성될 수 있지만, 통상적인 모스펫(MOSFET)을 위한 게이트 절연막일 수도 있다. A dielectric film used as a gate insulating film of the ground selection transistor GST or the string selection transistor SST is formed between the ground selection line GSL and the semiconductor layer or between the string selection lines SSL0- Can be arranged. The gate insulating film of at least one of the ground and string select transistors GST and SST may be formed of the same material as that of the information storage film of the memory cell transistor MCT but may be a gate insulating film for a typical MOSFET have.

상기 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 그리고 상기 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 반도체층을 채널 영역으로 사용하는 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 반도체층은, 상기 접지 선택 라인(GSL), 상기 워드 라인들(WL0-WL3) 및 상기 스트링 선택 라인들(SSL0-SSL2)과 함께, 모스 커패시터(MOS capacitor)를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 접지 선택 트랜지스터(GST), 상기 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 상기 스트링 선택 트랜지스터(SST)은 상기 접지 선택 라인(GSL), 상기 워드 라인들(WL0-WL3) 및 상기 스트링 선택 라인들(SSL0-SSL2)로부터의 기생 전계(fringe field)에 의해 형성되는 반전 영역들(inversion layer)을 공유함으로써 전기적으로 연결될 수 있다. The ground and string select transistors GST and SST and the memory cell transistors MCT may be MOS field effect transistors (MOSFETs) using a semiconductor layer as a channel region. According to another embodiment, the semiconductor layer may comprise a MOS capacitor together with the ground selection line GSL, the word lines WL0-WL3 and the string selection lines SSL0-SSL2 . In this case, the ground selection transistor GST, the memory cell transistors MCT and the string selection transistor SST are connected to the ground selection line GSL, the word lines WL0 to WL3, Can be electrically connected by sharing an inversion layer formed by a fringe field from the gate line (SSL0-SSL2).

도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자가 설명된다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이고, 도 3은 도 2의 채널 구조체의 확대도이다.2 and 3, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention is described. FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of the channel structure of FIG.

도 2 및 3을 참조하면, 기판(100) 상에 적층 구조체가 제공된다. 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판 또는 실리콘-게르마늄 기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 제 1 도전형일 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 도전형은 p형일 수 있다. 상기 적층 구조체는 상기 기판(100) 상에 반복적으로 번갈아 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴들은 하부 선택 게이트 패턴(157L), 셀 게이트 패턴들(157m, 157) 및 상부 선택 게이트 패턴(157U)을 포함할 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들은 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 및 그 아래의 셀 게이트 패턴들(157)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)과 상기 하부 선택 게이트 패턴(157L) 사이에 버퍼 절연막(105)이 제공될 수 있다. 상기 버퍼 절연막(105)은 실리콘 산화막일 수 있다. 일 예로, 상기 하부 및 상기 상부 선택 게이트 패턴들(157L, 157U)은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157) 보다 두껍게 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 하부 및 상부 선택 게이트 패턴들(157L, 157U)은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157)과 실질적으로 동일한 두께로 형성될 수 있다.Referring to Figures 2 and 3, a laminate structure is provided on a substrate 100. The substrate 100 may be a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon-germanium substrate. The substrate 100 may be of the first conductivity type. For example, the first conductivity type may be p-type. The stacked structure may include gate patterns and insulating patterns which are alternately stacked on the substrate 100 repeatedly. The gate patterns may include a lower select gate pattern 157L, cell gate patterns 157m and 157, and an upper select gate pattern 157U. The cell gate patterns may include an uppermost cell gate pattern 157m and cell gate patterns 157 below the uppermost cell gate pattern 157m. A buffer insulating layer 105 may be provided between the substrate 100 and the lower selection gate pattern 157L. The buffer insulating layer 105 may be a silicon oxide layer. For example, the lower and upper select gate patterns 157L and 157U may be thicker than the cell gate patterns 157m and 157, respectively. Alternatively, the lower and upper selection gate patterns 157L and 157U may be formed to have substantially the same thickness as the cell gate patterns 157m and 157, respectively.

상기 절연 패턴들은 최상층 절연 패턴(120Ua), 최하층 절연 패턴(120La) 및 상기 최상층 절연 패턴(120Ua)과 상기 최하층 절연 패턴(120La) 사이의 중간 절연 패턴들(120a)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)은 수평방향, 예를 들면 y방향으로 연장될 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)은 각각 6개만 도시되어 있지만 이는 설명의 간략함을 위하여 생략한 것이다. 또한, 상기 하부 및 상부 선택 게이트 패턴들(157L, 157U)은 각각 하나씩 도시하였으나, 이와는 달리 각각 두 개 이상의 게이트 패턴들로 구성될 수 있다.The insulating patterns may include an uppermost insulating pattern 120Ua, a lowermost insulating pattern 120La and intermediate insulating patterns 120a between the uppermost insulating pattern 120Ua and the lowest insulating pattern 120La. The gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulation patterns 120Ua, 120a and 120La may extend in the horizontal direction, for example, the y direction. Only six of the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulating patterns 120Ua, 120a and 120La are shown, but these are omitted for the sake of simplicity. Although the lower and upper selection gate patterns 157L and 157U are shown one by one, they may be formed of two or more gate patterns.

상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)은 금속, 금속 실리사이드, 도전성 금속 질화물, 및 도핑된 반도체 물질에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 사이의 이격된 공간에 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)이 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)은 산화막 또는 산화질화막일 수 있다. The gate patterns 157U, 157m, 157, and 157L may include at least one selected from a metal, a metal silicide, a conductive metal nitride, and a doped semiconductor material. The insulating patterns 120Ua, 120a and 120La may be provided in the spaced spaces between the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L. For example, the insulating patterns 120Ua, 120a and 120La may be an oxide film or a nitrided oxide film.

상기 기판(100)으로부터 연장되어 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)을 관통하는 채널 구조체들(139)이 제공될 수 있다. 상기 채널 구조체들(139)은 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)을 관통하는 제 1 관통 영역들(125) 내에 제공될 수 있다. The channel structures 139 extending from the substrate 100 and passing through the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulating patterns 120Ua, 120a and 120La may be provided. The channel structures 139 may be provided in the first penetration areas 125 passing through the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulation patterns 120Ua, 120a and 120La.

상기 채널 구조체들(139)은 제 1 반도체층(132)을 포함하는 제 1 영역(P1), 및 제 2 반도체층(133)을 포함하는 제 2 영역(P2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 영역은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157) 및 하부 선택 게이트 패턴(157L)의 활성 영역(active region)일 수 있고, 상기 제 2 영역(P2)은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 활성 영역일 수 있다. 상기 제 2 영역(P2)은 상기 제 1 영역 (P1) 상에 제공될 수 있다. 상기 제 1 영역(P1)과 상기 제 2 영역(P2)의 경계는 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)과 상기 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 사이에 제공될 수 있다. 상기 제 2 영역(P2)은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)에 인접할 수 있고, 상기 제 1 영역(P1)은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157)에 인접할 수 있다. 즉, 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)이 스트링 선택 트랜지스터의 게이트 전극일 경우, 상기 제 2 영역(P2)의 일부는 상기 스트링 선택 트랜지스터의 채널 영역일 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157)이 메모리 셀 트랜지스터들의 게이트 전극들일 경우, 상기 제 1 영역(P1)의 일부는 상기 메모리 셀 트랜지스터들의 채널 영역일 수 있다. The channel structures 139 may include a first region P1 including a first semiconductor layer 132 and a second region P2 including a second semiconductor layer 133. [ The first region may be an active region of the cell gate patterns 157m and 157 and the lower select gate pattern 157L and the second region P2 may be an active region of the upper select gate pattern 157U. Lt; / RTI > The second region P2 may be provided on the first region P1. A boundary between the first region P1 and the second region P2 may be provided between the upper select gate pattern 157U and the uppermost cell gate pattern 157m. The second region P2 may be adjacent to the upper select gate pattern 157U and the first region P1 may be adjacent to the cell gate patterns 157m and 157. [ That is, when the upper select gate pattern 157U is the gate electrode of the string select transistor, a part of the second region P2 may be a channel region of the string select transistor. If the cell gate patterns 157m and 157 are gate electrodes of the memory cell transistors, a part of the first region P1 may be a channel region of the memory cell transistors.

상기 제 2 영역(P2)의 결정립 크기(grain size)는 상기 제 1 영역(P1)의 결정립 크기보다 클 수 있다. 일 예로, 제 2 영역(P2)의 결정립들은 상기 기판(100)의 표면과 평행한 방향(x방향 및 y 방향)으로의 폭 보다 상기 기판(100)에 수직한 방향(z방향)으로의 길이가 더 클 수 있다. 일 예로, 상기 제 2 영역(P2) 내의 결정립들의 종횡비(aspect ratio)는 약 2 ~ 100 일 수 있다. 일 예로, 상기 제 2 영역(P2) 내의 결정립들의 z 방향으로의 길이는 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 두께보다 클 수 있다. 즉, 상기 스트링 선택 트랜지스터는 상기 메모리 셀 트랜지스터들에 비해 상대적으로 결정립 크기가 큰 채널 영역을 가질 수 있다. 따라서, 상기 스트링 선택 트랜지스터의 채널 영역 내의 결정립계(grain boundary)의 면적을 줄일 수 있다. 그에 의하여, 결정립계에 의하여 발생될 수 있는 누설 전류 등의 반도체 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다. The grain size of the second region P2 may be greater than the grain size of the first region P1. For example, the crystal grains in the second region P2 may have a length in a direction (z direction) perpendicular to the substrate 100, in a direction parallel to the surface of the substrate 100 (x direction and y direction) Can be larger. As an example, the aspect ratio of the grains in the second region P2 may be about 2 to 100. For example, the length in the z direction of the crystal grains in the second region P2 may be greater than the thickness of the upper select gate pattern 157U. That is, the string selection transistor may have a channel region having a relatively larger grain size than the memory cell transistors. Therefore, the area of the grain boundary in the channel region of the string selection transistor can be reduced. Thereby, it is possible to improve the electrical characteristics of the semiconductor element such as the leakage current which can be generated by the grain boundaries.

상기 채널 구조체들(139)은 상기 제 1 영역(P1)에 둘러싸인 매립 패턴(156)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 채널 구조체들(139)의 하부는 상기 제 1 관통 영역들(125)의 하면 및 내측벽을 따라 형성된 상기 반도체 패턴(136) 내에, 상기 매립 패턴(156)이 채워진 마카로니(macaroni) 형태 또는 쉘(shell) 형태일 수 있다. 상기 매립 패턴(156)은 상기 반도체 패턴(136)에 의하여 상기 기판(100)과 이격될 수 있다. 이와는 달리, 상기 채널 구조체들(139)의 상부는 상기 매립 패턴(156)을 포함하지 않을 수 있다. 일 예로, 상기 채널 구조체들(139)의 상부는 상기 제 1 관통 영역들(125) 내에 상기 반도채 패턴(136)이 완전히 채워진 영역일 수 있다. 따라서, 상기 스트링 선택 트랜지스터는 상기 메모리 셀 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 넓은 채널 영역을 확보할 수 있다. The channel structures 139 may further include a buried pattern 156 surrounded by the first region P1. The bottom of the channel structures 139 may be formed in the semiconductor pattern 136 formed along the lower and inner sidewalls of the first through regions 125 by a macaroni filled with the embedding pattern 156. [ Or in the form of a shell. The embedded pattern 156 may be spaced apart from the substrate 100 by the semiconductor pattern 136. Alternatively, the top of the channel structures 139 may not include the embedding pattern 156. [ For example, an upper portion of the channel structures 139 may be a region filled with the semi-filled pattern 136 in the first through regions 125. Therefore, the string selection transistor can secure a relatively wide channel region as compared with the memory cell transistors.

상기 매립 패턴(156)의 상면은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)과 상기 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 사이에 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 매립 패턴(156)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 반도체 패턴(136)은 제 1 도전형이거나 진성 상태(intrinsic state)의 실리콘, 또는 실리콘-게르마늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.An upper surface of the buried pattern 156 may be provided between the upper select gate pattern 157U and the uppermost cell gate pattern 157m. For example, the buried pattern 156 may include at least one of a silicon oxide film and a silicon oxynitride film. The semiconductor pattern 136 may include at least one of silicon of the first conductivity type or intrinsic state, or silicon-germanium.

상기 x 방향으로 배열된 채널 구조체들(139)은 하나의 행을 이루고, 상기 y축 방향으로 배열된 채널 구조체들(139)은 하나의 열을 이룬다. 상기 기판(100) 상에 복수의 행들 및 복수의 열들이 배열될 수 있다. 소자 분리 패턴(175)이 인접한 한 쌍의 상기 열들 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 소자 분리 패턴(175)은 y 방향으로 연장할 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 소자 분리 패턴(175)은 고밀도 플라즈마 산화막, SOG막(Spin On Glass layer) 및/또는 CVD 산화막 등으로 형성될 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175) 아래의 기판(100) 내에 제 1 불순물 영역(170)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 불순물 영역(170)은 y 방향으로 연장된 라인 형태일 수 있다. 상기 제 1 불순물 영역(170)은 제 2 도전형의 불순물로 도핑된 영역일 수 있다. 상기 제 2 도전형은 상기 제 1 도전형과는 다른 도전형일 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)과 상기 채널 구조체들(139) 사이에 정보 저장막(150)이 제공될 수 있다. 상기 정보 저장막(150)의 구조에 대해서는 이하, 도 25 및 도 26을 참조하여 보다 상세히 설명된다.The channel structures 139 arranged in the x-direction form one row, and the channel structures 139 arranged in the y-axis direction form one column. A plurality of rows and a plurality of columns may be arranged on the substrate 100. A device isolation pattern 175 may be disposed between a pair of adjacent columns. That is, the device isolation pattern 175 may extend in the y direction. The device isolation pattern 175 may include an insulating material. For example, the device isolation pattern 175 may be formed of a high-density plasma oxide film, an SOG film (Spin On Glass layer), a CVD oxide film, or the like. A first impurity region 170 may be formed in the substrate 100 under the device isolation pattern 175. As an example, the first impurity region 170 may be in the form of a line extended in the y direction. The first impurity region 170 may be a region doped with an impurity of the second conductivity type. The second conductive type may be a conductive type different from the first conductive type. An information storage layer 150 may be provided between the gate patterns 157U, 157m, 157, and 157L and the channel structures 139. FIG. The structure of the information storage layer 150 will be described in more detail with reference to FIGS. 25 and 26. FIG.

상기 최상층 절연 패턴(120Ua)에 인접하는 상기 반도체 패턴(136)의 상부에 제 2 불순물 영역(198)이 제공될 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)과 동일한 도전형의 불순물 영역일 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)과 교차하는 방향(일 예로, x 방향)으로 연장되며, 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 연결되는 비트 라인들(BL)이 제공된다. 상기 비트 라인들(BL)은 콘택 플러그들(199)을 통하여 상기 채널 구조체들(139)과 연결될 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 금속, 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 반도체 물질 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. A second impurity region 198 may be provided on the semiconductor pattern 136 adjacent to the uppermost insulating pattern 120Ua. The second impurity region 198 may be an impurity region having the same conductivity type as that of the first impurity region 170. Bit lines BL extending in a direction (for example, x direction) intersecting with the gate patterns 157U, 157m, 157, and 157L and electrically connected to the second impurity region 198 are provided . The bit lines BL may be connected to the channel structures 139 via contact plugs 199. The bit lines BL may comprise at least one selected from a metal, a conductive metal nitride, or a doped semiconductor material.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 선택 트랜지스터는 메모리 셀 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 결정립 크기가 큰 채널 영역을 가질 수 있다. 따라서, 결정립계에 의해 누설 전류가 증가되는 것을 완화할 수 있다. 또한 선택 트랜지스터는 메모리 셀 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 넓은 부피의 채널 영역을 확보할 수 있어 채널 저항을 줄일 수 있다. According to the first embodiment of the present invention, the selection transistor may have a channel region having a relatively large grain size as compared with the memory cell transistors. Therefore, it is possible to alleviate the increase of the leakage current by the grain boundaries. In addition, the select transistor can secure a relatively large volume of channel region as compared with the memory cell transistors, thereby reducing the channel resistance.

도 4 내지 도 14는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 상부면도들이다. FIGS. 4 to 14 are cross-sectional views and top view views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여, 기판(100)이 준비된다. 상기 기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 또는 화합물 반도체 기판일 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 제 1 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다.Referring to Fig. 4, a substrate 100 is prepared. The substrate 100 may be a semiconductor substrate. For example, the substrate 100 may be a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon-germanium substrate, or a compound semiconductor substrate. For example, the substrate 100 may be doped with an impurity of the first conductivity type.

상기 기판(100) 상에 제 1 물질막들 및 상기 제 2 물질막들이 번갈아 그리고 반복적으로 적층된 적층 구조체가 제공될 수 있다. 상기 제 2 물질막들은 상기 제 1 물질막들과 다른 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 물질막들은 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)일 수 있다. 상기 제 2 물질막들은 절연막들(120L, 120, 120U)일 수 있다. 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)은 상기 절연막들(120L, 120, 120U)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막들(120L, 120, 120U)은 산화물로 형성될 수 있고, 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)은 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다. A laminated structure in which the first material films and the second material films are alternately and repeatedly laminated on the substrate 100 may be provided. The second material layers may include a material different from the first material layers. For example, the first material layers may be sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U. The second material films may be the insulating films 120L, 120, and 120U. The sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U may be formed of a material having an etch selectivity with respect to the insulating layers 120L, 120, and 120U. For example, the insulating layers 120L, 120, and 120U may be formed of an oxide, and the sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U may include a nitride and / or an oxide nitride.

상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)은 서로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U) 중에서 상부 선택 게이트 희생막(110U) 및 하부 선택 게이트 희생막(110L)은 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)과 상기 하부 선택 게이트 희생막(110L) 사이의 셀 게이트 희생막들(110m, 110)에 비하여 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다. 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)은 이하 설명될 상부 선택 게이트 패턴이 형성될 공간을 점유하고, 상기 셀 게이트 희생막들(110m, 110)은 이하 설명될 셀 게이트 패턴들이 형성될 공간을 점유할 수 있다. 상기 셀 게이트 희생막들은 최상층 셀 게이트 희생막(110m) 및 그 아래의 셀 게이트 희생막들(110)을 포함할 수 있다. 상기 하부 선택 게이트 희생막(110L)은 이하 설명될 하부 선택 게이트 패턴이 형성될 공간을 점유할 수 있다. 상기 절연막들(120L, 120, 120U) 중에서 최상층 절연막(120U)은 그 아래의 절연막들(120,120L)에 비하여 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다. The sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U may have the same thickness. Alternatively, the upper select gate sacrificial layer 110U and the lower select gate sacrificial layer 110L may be formed between the upper select gate sacrificial layer 110U and the lower select gate sacrificial layer 110U, among the sacrificial layers 110L, 110m, 110, May be relatively thicker than the cell gate sacrificial films 110m and 110 between the films 110L. The upper select gate sacrificial layer 110U occupies a space where the upper select gate pattern is to be formed, and the cell gate sacrificial layers 110m and 110 occupy a space where cell gate patterns to be described below are to be formed . The cell gate sacrificial layers may include an uppermost cell gate sacrificial layer 110m and cell gate sacrificial layers 110 thereunder. The lower selection gate sacrificial layer 110L may occupy a space where the lower selection gate pattern is to be formed, which will be described below. The uppermost insulating film 120U among the insulating films 120L, 120, and 120U may be formed to be relatively thicker than the insulating films 120 and 120L thereunder.

상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U) 및 절연막들(120L, 120, 120U)을 형성하기 전에, 상기 기판(100) 상에 버퍼 절연막(105)이 형성될 수 있다. 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U) 및 절연막들(120L, 120, 120U)은 상기 버퍼 절연막(105) 상에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 선택 게이트 희생막(110L)이 상기 버퍼 절연막(105) 바로 위(directly on)에 형성될 수 있다. 상기 버퍼 절연막(105)은 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)에 대하여 식각선택비를 갖는 유전물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 버퍼 절연막(105)은 산화물, 특히, 열산화물로 형성될 수 있다.A buffer insulating layer 105 may be formed on the substrate 100 before forming the sacrificial layers 110L, 110m, 110 and 110U and the insulating layers 120L, 120 and 120U. The sacrificial layers 110L, 110m, 110 and 110U and the insulating layers 120L, 120 and 120U may be formed on the buffer insulating layer 105. [ For example, the lower select gate sacrificial layer 110L may be formed directly on the buffer insulating layer 105. The buffer insulating layer 105 may be formed of a dielectric material having an etch selectivity with respect to the sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U. For example, the buffer insulating layer 105 may be formed of an oxide, particularly, a thermal oxide.

상기 버퍼 절연막(105), 상기 절연막들(120L, 120U, 120) 및 희생막들(110U, 110m, 110, 110L)이 연속적으로 패터닝되어, 상기 기판(100)을 노출하는 제 1 관통 영역들(125)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 이방성 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)의 형성 시에, 과도 식각(over etch)의 결과로 상기 기판(100)의 상부가 함께 식각될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 상기 기판(100) 상에 2차원적으로 배열될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 평면적 관점(in plan view)에서 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다. The buffer insulating layer 105, the insulating layers 120L, 120U and 120 and the sacrificial layers 110U, 110m, 110 and 110L are continuously patterned to form first through regions 125 may be formed. The first through regions 125 may be formed using an anisotropic etching process. At the time of forming the first through regions 125, the top of the substrate 100 may be etched together as a result of over etch. The first through regions 125 may be two-dimensionally arranged on the substrate 100. The first through regions 125 may be circular, elliptical or polygonal in plan view.

도 5를 참조하면, 상기 제 1 관통 영역들(125)의 측벽 및 하부를 따라 제 1 예비 반도체층(131)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131)은 실리콘층일 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 예비 반도체층(131)은 상기 제 1 관통 영역들(125)을 완전히 채우지 않을 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131) 상에 상기 제 1 관통 영역들(125)을 채우는 매립막 (155)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 매립막(155)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131) 및 상기 매립막(155)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:CVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition:ALD)을 통하여 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 예비 반도체층(131)의 형성은 제 1 열처리 공정에 의한 재결정화를 포함할 수 있다. 증착 후 반도체층이 실질적으로 비정질인 경우, 상기 재결정화에 의하여 상대적으로 작은 결정립을 갖는 다결정 실리콘막이 될 수 있다. 상기 제 1 열처리 공정은 고상 결정화(solid phase crystallization) 공정일 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131) 및 상기 매립막(155)이 증착된 후, 평탄화 공정에 의하여 상기 최상층 절연막(120U)이 노출될 수 있다. 이와는 달리, 상기 평탄화 공정이 수행되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 5, the first preliminary semiconductor layer 131 may be formed along the sidewalls and the bottom of the first through regions 125. The first preliminary semiconductor layer 131 may be a silicon layer. For example, the first preliminary semiconductor layer 131 may not completely fill the first through regions 125. A buried layer 155 filling the first through regions 125 may be formed on the first preliminary semiconductor layer 131. For example, the buried layer 155 may include at least one of a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, and a silicon oxynitride layer. The first preliminary semiconductor layer 131 and the buried layer 155 may be formed by chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD). In one embodiment, the formation of the first preliminary semiconductor layer 131 may include recrystallization by a first heat treatment process. If the semiconductor layer after the deposition is substantially amorphous, it may be a polycrystalline silicon film having a relatively small crystal grain size by the recrystallization. The first heat treatment process may be a solid phase crystallization process. After the first preliminary semiconductor layer 131 and the buried layer 155 are deposited, the uppermost insulating layer 120U may be exposed by a planarization process. Alternatively, the planarization process may not be performed.

도 6 내지 8을 참조하여, 상기 제 1 예비 반도체층(131)의 상부가 식각되어 제 1 반도체층(132)이 형성된다. 도 7은 도 6의 제 1 반도체층(132)의 확대도이고, 도 8은 상기 제 1 반도체층(132)의 상부면도이다. 상기 제 1 반도체층(132)의 상면은 제 2 관통 영역들(126)에 의하여 노출될 수 있다. 상기 식각 공정은 상기 최상층 셀 게이트 희생막(110m)의 상면과 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 하면 사이의 깊이로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통 영역들(126)의 하면은 상기 최상층 셀 게이트 희생막(110m)의 상면과 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 하면 사이에 배치될 수 있다. Referring to FIGS. 6 to 8, an upper portion of the first preliminary semiconductor layer 131 is etched to form a first semiconductor layer 132. FIG. 7 is an enlarged view of the first semiconductor layer 132 in FIG. 6, and FIG. 8 is a top view of the first semiconductor layer 132. The upper surface of the first semiconductor layer 132 may be exposed by the second through regions 126. The etch process may be performed at a depth between the top surface of the topmost cell gate sacrificial layer 110m and the bottom surface of the top select gate sacrificial layer 110U. That is, the lower surface of the second through regions 126 may be disposed between the upper surface of the uppermost cell gate sacrificial layer 110m and the lower surface of the upper select gate sacrificial layer 110U.

상기 매립막(155)의 상부가 식각되어 매립 패턴(156)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 매립 패턴(156)의 상면은 상기 최상층 셀 게이트 희생막(110m)의 상면과 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 하면 사이에 배치될 수 있다. 상기 매립 패턴(156)의 상면의 높이는 상기 제 1 반도체층(132)의 상면의 높이와 같거나 더 높을 수 있다. 상기 매립 패턴(156)의 상면 및 상기 제 1 반도체층(132)의 상면은 상기 제 2 관통 영역들(126)의 하면을 이룰 수 있다. 따라서 상기 제 1 반도체층(132)의 상면은 상기 매립 패턴(156)이 없는 경우에 비하여 상기 제 2 관통 영역들(126)에 의해 상대적으로 적은 수의 결정립들을 노출할 수 있다.The upper portion of the buried layer 155 may be etched to form the buried pattern 156. [ For example, the upper surface of the buried pattern 156 may be disposed between the upper surface of the uppermost cell gate sacrificial layer 110m and the lower surface of the upper select gate sacrificial layer 110U. The height of the upper surface of the buried pattern 156 may be equal to or higher than the height of the upper surface of the first semiconductor layer 132. The upper surface of the buried pattern 156 and the upper surface of the first semiconductor layer 132 may be the lower surface of the second through regions 126. Therefore, the upper surface of the first semiconductor layer 132 can expose a relatively small number of crystal grains by the second through regions 126 compared to the case where the buried pattern 156 is not present.

상기 제 2 관통 영역들(126)은 건식 식각, 습식 식각, 또는 이들을 조합한 다양한 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 반도체층(132) 및 상기 매립 패턴(156)의 형성을 위한 식각은 동시에 진행될 수 있다. 이 경우, 상기 식각 공정은 상기 제 1 반도체층(132)과 상기 매립 패턴(156)에 대해 식각률이 다소 다른(slightly different) 식각 레시피로 진행될 수 있다. 상기 식각 공정이 진행됨에 따라, 상기 식각률 차이에 의하여 상기 제 1 반도체층(132)의 상면과 상기 매립 패턴(156)의 상면 사이에 단차가 발생될 수 있다.The second through regions 126 may be formed by various etching processes such as dry etching, wet etching, or a combination thereof. In one embodiment, the etching for the formation of the first semiconductor layer 132 and the buried pattern 156 may proceed at the same time. In this case, the etching process may proceed to a slightly different etch recipe with respect to the first semiconductor layer 132 and the buried pattern 156. As the etching process proceeds, a step may be generated between the upper surface of the first semiconductor layer 132 and the upper surface of the buried pattern 156 due to the etching rate difference.

다른 실시예에서, 상기 제 1 반도체층(132)과 상기 매립 패턴(156)의 형성을 위한 식각 공정이 각각 진행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 예비 반도체층(131)과 상기 매립막(155)을 함께 식각 한 후, 상기 제 1 예비 반도체층(131) 또는 상기 매립막(155) 중 하나를 더욱 식각하는 추가 공정이 수행될 수 있다. 상기 매립막(155)의 식각 시에, 상기 최상층 절연막(120U) 또는 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 일부가 함께 식각될 수 있다. In another embodiment, the etching process for forming the first semiconductor layer 132 and the buried pattern 156 may be performed, respectively. In another embodiment, the first preliminary semiconductor layer 131 and the buried layer 155 are etched together, and then one of the first preliminary semiconductor layer 131 and the buried layer 155 is further etched An additional process can be performed. At the time of etching the buried layer 155, the uppermost insulating layer 120U or a portion of the upper select gate sacrificial layer 110U may be etched together.

도 9 내지 도 11을 참조하여, 상기 제 2 관통 영역들(126)을 채우는 제 2 반도체층(133)이 형성될 수 있다. 도 10은 도 9의 제 1 및 제 2 반도체층들(132, 133)의 확대도이고, 도 11은 상기 제 2 반도체층(133)의 상부면도이다. 상기 제 2 반도체층(133)은 실리콘 또는 실리콘-게르마늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 상기 제 2 관통 영역들(126)에 의하여 노출된 상기 제 1 반도체층(132)의 상면을 씨드(seed)로 하는 에피택시얼 성장(epitaxial growth) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 반도체층(132)의 상면을 이루는 결정립들을 씨드로하여 에피택시얼 공정이 진행될 수 있다. 상기 제 1 반도체층(132)은 상기 매립 패턴(156)이 없는 경우에 비하여 상대적으로 적은 수의 결정립들을 노출한다. 따라서, 상기 제 1 반도체층(132)을 씨드로 상기 제 2 반도체층(133)이 성장되는 경우, 상기 제 2 반도체층(133)은 도 11에 도시된 바와 같이 상대적으로 적은 수의 결정립들로 구성될 수 있다. 상기 제 1 반도체층(132)을 씨드로하여 성장된 각각의 결정립들은 상기 매립 패턴(156) 상에서 서로 접촉하여 결정립계를 형성할 수 있다. 상기 성장 공정 중에, 일부의 결정립들이 서로 합쳐지거나, 하나의 결정립이 복수의 결정립들로 분화되거나, 씨드 결정립들 중 일부에서만 공정 완료 시까지 성장이 유지될 수 있으나, 상기 제 2 반도체층(133)의 결정립 수는 상기 씨드 결정립들의 수와 유사한 개수로 형성될 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)을 이루는 결정립들은 상기 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로 길게 연장된 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 상기 최상층 절연막(120U)의 상면 보다 높게 형성된 후, 평탄화 공정을 통하여 상기 최상층 절연막(120U)과 실질적으로 동일한 높이가 될 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 진성 상태이거나, 제 1 형 불순물로 도핑될 수 있다. 9 to 11, a second semiconductor layer 133 filling the second through regions 126 may be formed. FIG. 10 is an enlarged view of the first and second semiconductor layers 132 and 133 of FIG. 9, and FIG. 11 is a top view of the second semiconductor layer 133. The second semiconductor layer 133 may include at least one of silicon or silicon-germanium. The second semiconductor layer 133 is formed by an epitaxial growth process in which the upper surface of the first semiconductor layer 132 exposed by the second penetration regions 126 is seeded . That is, the epitaxial process can be performed using the seeds of the crystal grains forming the upper surface of the first semiconductor layer 132 as a seed. The first semiconductor layer 132 exposes a relatively small number of crystal grains as compared with the case where the buried pattern 156 is absent. Therefore, when the second semiconductor layer 133 is grown with the seeds of the first semiconductor layer 132 as seeds, the second semiconductor layer 133 may have a relatively small number of crystal grains Lt; / RTI > Each of the grains grown by seeding the first semiconductor layer 132 may be in contact with each other on the buried pattern 156 to form a crystal grain boundary. During the growth process, some of the crystal grains may be combined with each other, one crystal grain may be divided into a plurality of crystal grains, or growth may be maintained until the process is completed in only some of the seed crystal grains. May be formed in a number similar to the number of the seed crystal grains. The crystal grains constituting the second semiconductor layer 133 may have a shape elongated in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate 100. The second semiconductor layer 133 may be formed to be higher than the upper surface of the uppermost insulating layer 120U and then be substantially the same height as the uppermost insulating layer 120U through a planarization process. The second semiconductor layer 133 may be intrinsic or may be doped with a first type impurity.

도 12를 참조하여, 상기 희생막들(110U, 110m, 110, 110L)이 제거될 수 있다. 상기 제거 공정은 상기 절연막들(120U, 120, 120L) 및 상기 희생막들(110U, 110m, 110, 110L)을 연속적으로 패터닝하여 제 1 트렌치(140)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제 1 트렌치(140)의 형성에 의하여, 상기 절연막들(120U, 120, 120L)은 각각은 절연 패턴들(120Ua, 120a, 102La)로 분리될 수 있다. 상기 제 1 트렌치(140)를 형성하는 것은 이방성 식각 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 제 1 트렌치(140)에 의하여 노출된 희생 패턴들(110La, 110m, 110a, 110Ua)이 선택적 식각 공정으로 제거되어, 리세스 영역들(145L, 145, 145U)이 형성될 수 있다. 상기 선택적 식각 공정에서, 상기 희생 패턴들(110La, 110m, 110a, 110Ua)의 식각율은 상기 절연 패턴들(120La, 120a, 120Ua), 상기 버퍼 절연막(105) 및 상기 반도체 패턴(136)의 식각율들보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 선택적 식각 공정을 수행한 후에, 상기 절연 패턴들(120La, 120a, 120Ua), 상기 버퍼 절연막(105) 및 상기 채널 구조체들(139)이 잔존될 수 있다. 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)은 상기 희생 패턴들(110La, 110m, 110a, 110Ua)과 접하던 상기 채널 구조체들(139)의 측벽의 일부분들을 각각 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 12, the sacrificial films 110U, 110m, 110, and 110L may be removed. The removal process may include forming the first trench 140 by continuously patterning the insulating films 120U, 120, and 120L and the sacrificial films 110U, 110m, 110, and 110L. By the formation of the first trench 140, the insulating layers 120U, 120 and 120L can be separated into insulating patterns 120Ua, 120a and 102La, respectively. The formation of the first trench 140 may be performed by an anisotropic etching process. The sacrificial patterns 110La, 110m, 110a, and 110Ua exposed by the first trench 140 may be removed by the selective etching process to form the recess regions 145L, 145, and 145U. In the selective etching process, the etching rates of the sacrificial patterns 110La, 110m, 110a, and 110Ua are determined by etching the insulating patterns 120La, 120a, and 120Ua, the buffer insulating film 105, Rate. Accordingly, after the selective etching process, the insulating patterns 120La, 120a, and 120Ua, the buffer insulating layer 105, and the channel structures 139 may remain. The recess regions 145L, 145 and 145U may expose portions of the sidewalls of the channel structures 139 that are in contact with the sacrificial patterns 110La, 110m, 110a, and 110Ua, respectively.

도 13을 참조하면, 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)이 형성된 결과물 상에, 정보 저장막(150)이 형성될 수 있다. 상기 정보 저장막(150)은 우수한 단차 도포성을 제공할 수 있는 증착 기술(예컨대, CVD 또는 ALD 등)을 사용하여 형성될 수 있다. 이로써, 상기 정보 저장막(150)은 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)을 따라 실질적으로 콘포말(conformal)하게 형성될 수 있다. 상기 정보 저장막(150)은 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)의 일부를 채울 수 있다. 상기 정보 저장막(150)의 구조에 대해서는 이하, 도 25 및 도 26을 참조하여 보다 상세히 설명된다. Referring to FIG. 13, an information storage layer 150 may be formed on the resulting recessed regions 145L, 145, and 145U. The information storage layer 150 may be formed using a deposition technique (e.g., CVD or ALD) capable of providing excellent step coverage. Accordingly, the information storage layer 150 may be formed substantially conformally along the recessed regions 145L, 145, and 145U. The information storage layer 150 may fill a portion of the recessed regions 145L, 145, and 145U. The structure of the information storage layer 150 will be described in more detail with reference to FIGS. 25 and 26. FIG.

상기 정보 저장막(150)을 형성 한 후, 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)을 채우는 게이트 도전층(158)이 형성될 수 있다. 상기 게이트 도전층(158)은 상기 제 1 트렌치(140)의 적어도 일부분을 채울 수 있다. 상기 게이트 도전층(158)은 상기 정보 저장막(150)에 의해 상기 채널 구조체들(139) 및 상기 기판(100)으로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 게이트 도전층(158)은 화학 기상 증착법(CVD), 물리 기상 증착법(Physical Vapor Depositon: PVD) 또는 원자층 화학 증착법(ALD)에 의해 형성될 수 있다. 상기 게이트 도전층(158)은 금속, 금속 실리사이드, 도전성 금속 질화물, 및 도핑된 반도체 물질 등에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. After the information storage layer 150 is formed, a gate conductive layer 158 filling the recessed regions 145L, 145, and 145U may be formed. The gate conductive layer 158 may fill at least a portion of the first trench 140. The gate conductive layer 158 may be electrically separated from the channel structures 139 and the substrate 100 by the data storage layer 150. The gate conductive layer 158 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or atomic layer chemical vapor deposition (ALD). The gate conductive layer 158 may include at least one selected from a metal, a metal silicide, a conductive metal nitride, and a doped semiconductor material.

도 14를 참조하면, 상기 게이트 도전층(158)의 형성 후, 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U)의 외부에 위치한 상기 게이트 도전층(158)의 일부를 제거하여, 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U) 내에 게이트 전극들(157L, 157m, 157, 157U)이 형성된다. 상기 리세스 영역들(145L, 145, 145U) 외부에 위치한 게이트 도전층(158)은 습식 식각 및/또는 건식 식각 공정에 의하여 제거될 수 있다. 그 결과 제 2 트렌치(141)가 형성될 수 있다. 14, after forming the gate conductive layer 158, a part of the gate conductive layer 158 located outside the recess regions 145L, 145, and 145U is removed, Gate electrodes 157L, 157m, 157, and 157U are formed in the gate lines 145L, 145, and 145U. The gate conductive layer 158 located outside the recessed regions 145L, 145, and 145U may be removed by a wet etch and / or dry etch process. As a result, the second trench 141 can be formed.

상기 게이트 전극들 중 최하부의 패턴은 하부 선택 게이트 패턴(157L)이고, 최상부의 패턴은 상부 선택 게이트 패턴(157U)일 수 있다. 상기 하부 선택 게이트 패턴(157L)과 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U) 사이에 셀 게이트 패턴들(157m, 157)이 제공될 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들은 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 및 그 아래의 셀 게이트 패턴들(157)을 포함할 수 있다.The lowermost pattern among the gate electrodes may be the lower select gate pattern 157L and the uppermost pattern may be the upper select gate pattern 157U. Cell gate patterns 157m and 157 may be provided between the lower selection gate pattern 157L and the upper selection gate pattern 157U. The cell gate patterns may include an uppermost cell gate pattern 157m and cell gate patterns 157 below the uppermost cell gate pattern 157m.

상기 제 2 트렌치(141)의 바닥면 아래의 상기 기판(100) 내에 제 1 불순물 영역(170)이 형성될 수 있다. 제 1 불순물 영역(170)은 상기 제 2 트렌치(141)를 따라 연장될 수 있다. 상기 제 1 불순물 영역(170)은 제 2 도전형의 불순물 이온들을 주입하여 형성될 수 있다. 상기 최상층 절연 패턴(120Ua)이 이온 주입 마스크로 사용될 수 있다. A first impurity region 170 may be formed in the substrate 100 under the bottom surface of the second trench 141. The first impurity region 170 may extend along the second trench 141. The first impurity region 170 may be formed by implanting impurity ions of the second conductivity type. The uppermost insulating pattern 120Ua may be used as an ion implantation mask.

상기 채널 구조체들(139)의 상부에 제 2 불순물 영역(198)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 2 도전형의 불순물 도핑된 영역일 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)의 하면은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 상면보다 높을 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)과 동시에 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)을 형성하기 전에 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 채널 구조체들(139)을 형성한 후, 상기 제 2 트렌치(141)를 형성하기 전에 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)을 형성한 후에 형성될 수 있다.A second impurity region 198 may be formed on the channel structures 139. The second impurity region 198 may be an impurity doped region of the second conductivity type. The lower surface of the second impurity region 198 may be higher than the upper surface of the upper select gate pattern 157U. The second impurity region 198 may be formed simultaneously with the first impurity region 170. Alternatively, the second impurity region 198 may be formed before the first impurity region 170 is formed. In this case, the second impurity region 198 may be formed after forming the channel structures 139 and before forming the second trench 141. Alternatively, the second impurity region 198 may be formed after the first impurity region 170 is formed.

상기 제 2 트렌치(141)를 채우는 소자 분리 패턴(175)이 형성될 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175)을 형성하는 것은, 상기 기판(100) 상에 상기 제 2 트렌치(141)를 채우는 소자 분리막을 형성하는 것 및 상기 최상층 절연 패턴(120Ua) 상의 상기 정보 저장막(150)의 상부면을 식각 정지막으로 평탄화 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 소자 분리 패턴(175)은 고밀도 플라즈마 산화막, SOG막(Spin On Glass layer) 및/또는 CVD 산화막 등으로 형성될 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175)을 형성한 후에, 노출된 상기 정보 저장막(150)을 식각하여 상기 최상층 절연 패턴(120Ua)을 노출시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 불순물 영역(198)이 함께 노출될 수 있다.A device isolation pattern 175 filling the second trenches 141 may be formed. The device isolation pattern 175 may be formed by forming an isolation layer filling the second trench 141 on the substrate 100 and forming the isolation layer on the uppermost insulation layer 120Ua. Lt; RTI ID = 0.0 > planarization < / RTI > process with an etch stop film. The device isolation pattern 175 may include an insulating material. For example, the device isolation pattern 175 may be formed of a high-density plasma oxide film, an SOG film (Spin On Glass layer), a CVD oxide film, or the like. After the element isolation pattern 175 is formed, the exposed uppermost insulating layer 120Ua may be exposed by etching the exposed information storage layer 150. FIG. In this case, the second impurity region 198 may be exposed together.

도 2를 다시 참조하여, 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 접속되는 비트 라인들(BL)이 형성될 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 x 방향으로 연장될 수 있다. 상기 최상층 절연 패턴(120Ua) 및 소자 분리 패턴(175)을 덮는 층간 절연막(미도시)을 형성하고, 상기 층간 절연막 상에 상기 비트 라인들(BL)을 형성할 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 상기 층간 절연막을 관통하는 콘택 플러그들(199)을 경유하여 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 콘택 플러그들(199)은 금속, 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 2, bit lines BL which are electrically connected to the second impurity region 198 may be formed. The bit lines BL may extend in the x direction. An interlayer insulating film (not shown) may be formed to cover the uppermost insulating pattern 120Ua and the device isolation pattern 175, and the bit lines BL may be formed on the interlayer insulating film. The bit lines BL may be electrically connected to the second impurity region 198 via contact plugs 199 penetrating the interlayer insulating film. The contact plugs 199 may include at least one of a metal, a conductive metal nitride, or a doped semiconductor material.

도 15 및 도 16을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자가 설명된다. 도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 사시도이고, 도 16은 도 15의 채널 구조체의 확대도이다. 본 실시예의 일부 구조 및 형성 방법은 앞서 제 1 실시예의 그것과 유사하다. 따라서 설명의 간결함을 위해, 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 아래에서 생략될 수 있다.15 and 16, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention is described. FIG. 15 is a perspective view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 16 is an enlarged view of the channel structure of FIG. Some structures and forming methods of this embodiment are similar to those of the first embodiment. Thus, for brevity's sake, a description of overlapping technical features may be omitted below.

도 15 및 도 16을 참조하면, 기판(100) 상에 적층 구조체가 제공된다. 상기 적층 구조체는 상기 기판(100) 상에 반복적으로 번갈아 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴들은 하부 선택 게이트 패턴(157L), 셀 게이트 패턴들(157m, 157) 및 상부 선택 게이트 패턴(157U)을 포함할 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들은 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 및 그 아래의 셀 게이트 패턴들(157)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)과 상기 하부 선택 게이트 패턴(157L) 사이에 버퍼 절연막(105)이 제공될 수 있다. 상기 절연 패턴들은 최상층 절연 패턴(120Ua), 최하층 절연 패턴(120La) 및 상기 최상층 절연 패턴(120Ua)과 상기 최하층 절연 패턴(120La) 사이의 중간 절연 패턴들(120a)을 포함할 수 있다. Referring to Figs. 15 and 16, a laminated structure is provided on a substrate 100. Fig. The stacked structure may include gate patterns and insulating patterns which are alternately stacked on the substrate 100 repeatedly. The gate patterns may include a lower select gate pattern 157L, cell gate patterns 157m and 157, and an upper select gate pattern 157U. The cell gate patterns may include an uppermost cell gate pattern 157m and cell gate patterns 157 below the uppermost cell gate pattern 157m. A buffer insulating layer 105 may be provided between the substrate 100 and the lower selection gate pattern 157L. The insulating patterns may include an uppermost insulating pattern 120Ua, a lowermost insulating pattern 120La and intermediate insulating patterns 120a between the uppermost insulating pattern 120Ua and the lowest insulating pattern 120La.

상기 기판(100)으로부터 연장되어 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)을 관통하는 채널 구조체들(139)이 제공될 수 있다. 상기 채널 구조체들(139)은 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L) 및 상기 절연 패턴들(120Ua, 120a, 120La)을 관통하는 제 1 관통 영역들(125) 내에 제공될 수 있다. The channel structures 139 extending from the substrate 100 and passing through the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulating patterns 120Ua, 120a and 120La may be provided. The channel structures 139 may be provided in the first penetration areas 125 passing through the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the insulation patterns 120Ua, 120a and 120La.

상기 채널 구조체들(139)은 제 1 반도체층(132)을 포함하는 제 1 영역(P1) 및 제 2 반도체층(133)을 포함하는 제 3 영역(P3)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 영역은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157) 및 하부 선택 게이트 패턴(157L)의 활성 영역(active region)일 수 있고, 상기 제 3 영역(P3)은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 활성 영역일 수 있다. 상기 제 3 영역(P3)은 상기 제 1 영역(P1) 상에 제공될 수 있다. 상기 제 1 영역(P1)과 상기 제 3 영역(P3)의 경계는 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)과 상기 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 사이에 제공될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 반도체층들(132, 133)은 반도체 패턴(136)의 일부를 구성할 수 있다. 상기 제 3 영역(P3)은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)에 인접할 수 있고, 상기 제 1 영역(P1)은 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157)에 인접할 수 있다. 즉, 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)이 스트링 선택 트랜지스터의 게이트 전극일 경우, 상기 제 3 영역(P3)의 일부는 상기 스트링 선택 트랜지스터의 채널 영역일 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들(157m, 157)이 메모리 셀 트랜지스터의 게이트 전극들일 경우, 상기 제 1 영역(P1)의 일부는 상기 메모리 셀 트랜지스터의 채널 영역일 수 있다. The channel structures 139 may include a first region P1 including a first semiconductor layer 132 and a third region P3 including a second semiconductor layer 133. [ The first region may be an active region of the cell gate patterns 157m and 157 and the lower select gate pattern 157L and the third region P3 may be an active region of the upper select gate pattern 157U, Lt; / RTI > The third region P3 may be provided on the first region P1. A boundary between the first region P1 and the third region P3 may be provided between the upper select gate pattern 157U and the uppermost cell gate pattern 157m. The first and second semiconductor layers 132 and 133 may form part of the semiconductor pattern 136. The third region P3 may be adjacent to the upper select gate pattern 157U and the first region P1 may be adjacent to the cell gate patterns 157m and 157. [ That is, when the upper select gate pattern 157U is the gate electrode of the string select transistor, a part of the third region P3 may be a channel region of the string select transistor. If the cell gate patterns 157m and 157 are gate electrodes of the memory cell transistor, a part of the first region P1 may be a channel region of the memory cell transistor.

상기 제 3 영역(P3) 내의 결정립 크기(grain size)는 상기 제 1 영역(P1) 내의 결정립 크기보다 클 수 있다. 일 예로, 상기 제 3 영역(P3) 내의 결정립들은 상기 기판(100)의 표면과 평행한 방향(x방향 또는 y 방향)으로의 폭 보다 상기 기판(100)에 수직한 방향(z방향)으로의 길이가 더 클 수 있다. 일 예로, 상기 제 3 영역(P3) 내의 결정립들의 종횡비(aspect ratio)는 약 2 ~ 100 일 수 있다. 일 예로, 상기 제 3 영역(P3) 내의 결정립들의 z 방향으로의 길이는 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 두께보다 클 수 있다. 즉, 상기 스트링 선택 트랜지스터는 상기 메모리 셀 트랜지스터들에 비해 상대적으로 결정립 크기가 큰 채널 영역을 가질 수 있다. 따라서, 상기 스트링 선택 트랜지스터의 채널 영역 내의 결정립계(grain boundary)의 면적을 줄일 수 있다. 그에 의하여, 결정립계에 의하여 발생될 수 있는 누설 전류 등의 반도체 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다. The grain size in the third region P3 may be greater than the grain size in the first region P1. For example, the crystal grains in the third region P3 may be arranged in a direction (z direction) perpendicular to the substrate 100 in a direction parallel to the surface of the substrate 100 (x direction or y direction) The length may be larger. For example, the aspect ratio of the grains in the third region P3 may be about 2-100. For example, the length in the z direction of the crystal grains in the third region P3 may be greater than the thickness of the upper select gate pattern 157U. That is, the string selection transistor may have a channel region having a relatively larger grain size than the memory cell transistors. Therefore, the area of the grain boundary in the channel region of the string selection transistor can be reduced. Thereby, it is possible to improve the electrical characteristics of the semiconductor element such as the leakage current which can be generated by the grain boundaries.

상기 채널 구조체들(139)은 상기 반도체 패턴(136)에 의해 둘러싸인 매립 패턴(156)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 관통 영역들(125)의 하면 및 내측벽을 따라 상기 반도체 패턴(136)이 제공되고, 상기 반도체 패턴(136) 내에 상기 매립 패턴(156)이 채워질 수 있다. 상기 매립 패턴(156)은 상기 반도체 패턴(136)에 의하여 상기 기판(100)과 이격될 수 있다. 상기 매립 패턴(156)의 상면은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 상면보다 높을 수 있다. The channel structures 139 may further include a buried pattern 156 surrounded by the semiconductor pattern 136. For example, the semiconductor pattern 136 may be provided along the lower and inner sidewalls of the first through regions 125, and the buried pattern 156 may be filled in the semiconductor pattern 136. The embedded pattern 156 may be spaced apart from the substrate 100 by the semiconductor pattern 136. The upper surface of the buried pattern 156 may be higher than the upper surface of the upper select gate pattern 157U.

상기 채널 구조체들(139) 사이로 연장되는 소자 분리 패턴(175)이 제공될 수 있다. 상기 소자 분리 패턴(175) 아래의 기판(100) 내에 제 1 불순물 영역(170)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 불순물 영역(170)은 y 방향으로 연장된 라인 형태일 수 있다. 상기 제 1 불순물 영역(170)은 제 2 도전형 불순물로 도핑된 영역일 수 있다. 상기 제 2 도전형은 상기 제 1 도전형과는 다른 도전형일 수 있다. A device isolation pattern 175 extending between the channel structures 139 may be provided. A first impurity region 170 may be formed in the substrate 100 under the device isolation pattern 175. The first impurity region 170 may be in the form of a line extended in the y direction. The first impurity region 170 may be a region doped with a second conductive impurity. The second conductive type may be a conductive type different from the first conductive type.

상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)과 상기 채널 구조체들(139) 사이에 제 1 및 제 2 정보 저장막들(DA1, DA2)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 정보 저장막(DA1)은 제 1 관통 영역들(125)의 측벽을 따라 수직으로 연장될 수 있다. 상기 제 2 정보 저장막(DA2)은 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)의 상면, 하면, 및 측벽을 따라 연장될 수 있다. 상기 정보 저장막들(DA1, DA2)의 구조에 대해서는 이하, 도 25 및 도 26을 참조하여 보다 상세히 설명된다.The first and second information storage layers DA1 and DA2 may be provided between the gate patterns 157U, 157m, 157 and 157L and the channel structures 139. [ The first information storage layer DA1 may extend vertically along the sidewalls of the first through regions 125. The second data storage layer DA2 may extend along the top, bottom, and sidewalls of the gate patterns 157U, 157m, 157, and 157L. The structure of the data storage layers DA1 and DA2 will be described in more detail with reference to FIGS. 25 and 26. FIG.

상기 최상층 절연 패턴(120Ua)에 인접하는 상기 반도체 패턴(136)의 상부에 제 2 불순물 영역(198)이 제공될 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)과 동일한 도전형의 불순물 영역일 수 있다. 상기 게이트 패턴들(157U, 157m, 157, 157L)과 교차하는 방향(일 예로, x 방향)으로 연장되며, 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 연결되는 비트 라인들(BL)이 제공된다. 상기 비트 라인들(BL)은 콘택 플러그들(199)을 통하여 상기 채널 구조체들(139)과 연결될 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 금속, 도전성 금속 질화물, 또는 반도체 물질 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. A second impurity region 198 may be provided on the semiconductor pattern 136 adjacent to the uppermost insulating pattern 120Ua. The second impurity region 198 may be an impurity region having the same conductivity type as that of the first impurity region 170. Bit lines BL extending in a direction (for example, x direction) intersecting with the gate patterns 157U, 157m, 157, and 157L and electrically connected to the second impurity region 198 are provided . The bit lines BL may be connected to the channel structures 139 via contact plugs 199. The bit lines BL may include at least one selected from a metal, a conductive metal nitride, or a semiconductor material.

도 17 내지 도 24는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들 및 상부면도이다. 17 to 24 are cross-sectional views and a top view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

도 17을 참조하여, 기판(100) 상에 제 1 물질막들 및 상기 제 2 물질막들이 번갈아 그리고 반복적으로 적층된 적층 구조체가 제공될 수 있다. 상기 제 1 물질막들은 희생막들(110L, 110m, 110, 110U)일 수 있다. 상기 제 2 물질막들은 절연막들(120L, 120, 120U)일 수 있다. 상기 희생막들은 상부 선택 게이트 희생막(110U), 셀 게이트 희생막들(110m, 110), 및 하부 선택 게이트 희생막(110L)을 포함할 수 있다. 상기 희생막들(110L, 110m, 110, 110U) 및 절연막들(120L, 120, 120U)을 형성하기 전에, 상기 기판(100) 상에 버퍼 절연막(105)이 형성될 수 있다. Referring to Fig. 17, a laminated structure in which first material films and second material films are alternately and repeatedly laminated on a substrate 100 may be provided. The first material layers may be the sacrificial layers 110L, 110m, 110, and 110U. The second material films may be the insulating films 120L, 120, and 120U. The sacrificial layers may include an upper select gate sacrificial layer 110U, cell gate sacrificial layers 110m, 110, and a lower select gate sacrificial layer 110L. A buffer insulating layer 105 may be formed on the substrate 100 before forming the sacrificial layers 110L, 110m, 110 and 110U and the insulating layers 120L, 120 and 120U.

상기 버퍼 절연막(105), 상기 절연막들(120L, 120U, 120) 및 희생막들(110U, 110m, 110, 110L)이 연속적으로 패터닝되어, 상기 기판(100)을 노출하는 제 1 관통 영역들(125)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 이방성 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 x 방향 및 y 방향을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. 상기 제 1 관통 영역들(125)은 평면적 관점(in plan view)에서 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다. The buffer insulating layer 105, the insulating layers 120L, 120U and 120 and the sacrificial layers 110U, 110m, 110 and 110L are continuously patterned to form first through regions 125 may be formed. The first through regions 125 may be formed using an anisotropic etching process. The first through regions 125 may be two-dimensionally arranged along the x and y directions. The first through regions 125 may be circular, elliptical or polygonal in plan view.

상기 제 1 관통 영역들(125)의 측벽 및 하면을 따라 제 1 정보 저장막(DA1)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 정보 저장막(DA1)은 적어도 하나의 절연막을 포함할 수 있다. 상기 제 1 정보 저장막(DA1)의 구체적인 구성은 이하, 도 25 및 도 26을 참조하여 보다 상세히 설명된다.The first information storage layer DA1 may be formed along the sidewalls and the bottom surface of the first through regions 125. [ The first information storage layer DA1 may include at least one insulating layer. The specific configuration of the first information storage film DA1 will be described in more detail below with reference to FIGS. 25 and 26. FIG.

도 18을 참조하여, 상기 제 1 관통 영역들(125) 내에 제 1 예비 반도체층(131)과 매립막(155)이 차례로 형성될 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131)은 상기 제 1 정보 저장막(DA1) 상에 형성될 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131)을 형성하기 전에, 상기 제 1 정보 저장막(DA1)의 하부가 식각되어 상기 기판(100)을 노출할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 예비 반도체층(131)은 상기 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 정보 저장막(DA1)의 식각은 상기 제 1 관통 영역들(125)의 측벽 상에 상기 제 1 정보 저장막(DA1)의 하부를 노출하는 스페이서(미도시)를 형성한 후, 상기 스페이서를 식각 마스크로하여 수행될 수 있다. 상기 스페이서는 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 상기 스페이서는 상기 식각 공정 이후 제거되거나, 제거되지 않고 상기 제 1 예비 반도체층(131)의 일부를 구성할 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131)의 형성은 제 1 열처리 공정에 의한 재결정 공정을 포함할 수 있다. 상기 재결정 공정에 의하여 상기 제 1 예비 반도체층(131)은 상대적으로 작은 결정립을 갖는 다결정 실리콘막이 될 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 열처리 공정은 고상 결정화(solid phase crystallization) 공정일 수 있다. 상기 제 1 예비 반도체층(131) 및 상기 매립막(155)이 증착된 후, 평탄화 공정에 의하여 최상층 절연막(120U)을 노출시킬 수 있다. 이와는 달리, 상기 평탄화 공정이 수행되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 18, a first preliminary semiconductor layer 131 and a buried layer 155 may be sequentially formed in the first through regions 125. The first preliminary semiconductor layer 131 may be formed on the first data storage layer DA1. Before forming the first preliminary semiconductor layer 131, the bottom of the first data storage layer DA 1 may be etched to expose the substrate 100. Therefore, the first preliminary semiconductor layer 131 may be electrically connected to the substrate 100. The first information storage layer DA1 may be etched by forming a spacer (not shown) exposing a lower portion of the first information storage layer DA1 on the sidewall of the first through regions 125, The spacer may be performed as an etch mask. The spacer may comprise a silicon material. The spacer may form a part of the first preliminary semiconductor layer 131 without being removed or removed after the etching process. The formation of the first preliminary semiconductor layer 131 may include a recrystallization process by a first heat treatment process. The first preliminary semiconductor layer 131 may be a polysilicon film having a relatively small grain size by the recrystallization process. For example, the first heat treatment process may be a solid phase crystallization process. After the first preliminary semiconductor layer 131 and the buried layer 155 are deposited, the uppermost insulating layer 120U may be exposed by a planarization process. Alternatively, the planarization process may not be performed.

도 19 내지 21을 참조하여, 상기 제 1 예비 반도체층(131)의 상부가 식각되어 제 1 반도체층(132)이 형성된다. 도 20은 도 19의 제 1 반도체층(132)의 확대도이고, 도 21은 상기 제 1 반도체층(132)의 상부면도이다. 상기 제 1 반도체층(132)은 제 2 관통 영역들(126)에 의하여 노출된 상면을 가질 수 있다. 상기 식각 공정은 최상층 셀 게이트 희생막(110m)의 상면과 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 하면 사이의 깊이로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제 2 관통 영역들(126)의 하면은 상기 최상층 셀 게이트 희생막(110m)의 상면과 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 하면 사이에 배치될 수 있다. 19 to 21, an upper portion of the first preliminary semiconductor layer 131 is etched to form a first semiconductor layer 132. FIG. 20 is an enlarged view of the first semiconductor layer 132 in FIG. 19, and FIG. 21 is a top view of the first semiconductor layer 132. The first semiconductor layer 132 may have a top surface exposed by the second through regions 126. The etch process may be performed at a depth between the top surface of the topmost cell gate sacrificial film 110m and the bottom surface of the top select gate sacrificial film 110U. That is, the lower surface of the second through regions 126 may be disposed between the upper surface of the uppermost cell gate sacrificial layer 110m and the lower surface of the upper select gate sacrificial layer 110U.

상기 매립막(155)의 상부가 식각되어 매립 패턴(156)이 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 매립 패턴(156)의 상면은 상기 상부 선택 게이트 희생막(110U)의 상면보다 높고, 상기 최상층 절연막(120U)의 상면보다 낮을 수 있다. 상기 매립막(155)의 식각 시에, 상기 제 1 정보 저장막(DA1)의 상부가 함께 식각될 수 있다. 이와는 달리, 제 1 정보 저장막(DA1)의 상부는 식각되지 않을 수 있다. The upper portion of the buried layer 155 may be etched to form the buried pattern 156. [ For example, the upper surface of the buried pattern 156 may be higher than the upper surface of the upper select gate sacrificial layer 110U and lower than the upper surface of the uppermost insulating layer 120U. At the time of etching the buried layer 155, the upper portion of the first information storage layer DA1 may be etched together. Alternatively, the upper portion of the first information storage film DA1 may not be etched.

상기 제 1 반도체층(132)의 상면은 상기 제 2 관통 영역들(126)의 하면을 이룰 수 있다. 따라서 상기 제 1 반도체층(132)의 상면은 상기 매립 패턴(156)이 없는 경우에 비하여 상기 제 2 관통 영역들(126) 내에서 상대적으로 적은 수의 결정립들을 노출할 수 있다.The upper surface of the first semiconductor layer 132 may be the lower surface of the second through regions 126. Therefore, the upper surface of the first semiconductor layer 132 may expose a relatively small number of crystal grains in the second through regions 126 compared to the case where the buried pattern 156 is not present.

상기 제 2 관통 영역들(126)은 건식 식각, 습식 식각, 또는 이들을 조합한 다양한 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 반도체층(132) 및 상기 매립 패턴(156)의 형성을 위한 식각은 동시에 진행될 수 있다. 이 경우, 상기 식각 공정은 상기 제 1 반도체층(132)에 대하여 상대적으로 높은 식각률을 갖는 식각 레시피로 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제 1 반도체층(132)과 상기 매립 패턴(156)의 형성을 위한 식각 공정이 각각 진행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 매립 패턴(156)은 이하 설명될 제 2 반도체층(133)의 형성 후에 형성될 수 있다.The second through regions 126 may be formed by various etching processes such as dry etching, wet etching, or a combination thereof. In one embodiment, the etching for the formation of the first semiconductor layer 132 and the buried pattern 156 may proceed at the same time. In this case, the etching process may be performed with an etch recipe having a relatively high etch rate with respect to the first semiconductor layer 132. In another embodiment, the etching process for forming the first semiconductor layer 132 and the buried pattern 156 may be performed, respectively. In another embodiment, the buried pattern 156 may be formed after the formation of the second semiconductor layer 133, which will be described below.

도 22 및 도 23을 참조하여, 상기 제 2 관통 영역들(126)을 채우는 제 2 반도체층(133)이 형성될 수 있다. 도 22는 도 21의 제 1 및 제 2 반도체층들(132, 133)의 확대도이다. 상기 제 2 반도체층(133)의 상부면도는 도 11과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 실리콘 또는 실리콘-게르마늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 상기 제 2 관통 영역들(126)에 의하여 노출된 상기 제 1 반도체층(132)을 씨드(seed)로 하는 에피택시얼 성장(epitaxial growth) 공정을 통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 반도체층(132)의 상면을 이루는 결정립들을 씨드로하여 에피택시얼 공정이 진행될 수 있다. 상기 제 1 반도체층(132)은 상기 매립 패턴(156)이 없는 경우에 비하여 상대적으로 적은 수의 결정립들을 노출한다. 따라서, 상기 제 1 반도체층(132)을 씨드로 상기 제 2 반도체층(133)이 성장되는 경우, 상기 제 2 반도체층(133)은 도 11에 도시된 바와 같이 상대적으로 적은 수의 결정립들로 구성될 수 있다. 상기 제 1 반도체층(132)을 씨드로하여 성장된 각각의 결정립들은 상기 매립 패턴(156) 상에서 서로 접촉하여 결정립계를 형성할 수 있다. 상기 성장 공정 중에, 일부의 결정립들이 서로 합쳐지거나, 하나의 결정립이 복수의 결정립들로 분화되거나, 씨드 결정립들 중 일부에서만 공정 완료 시까지 성장이 유지될 수 있으나, 상기 제 2 반도체층(133)의 결정립 수는 상기 씨드 결정립들의 수와 유사한 개수로 형성될 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)을 이루는 결정립들은 상기 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로 길게 연장된 형상을 가질 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 상기 최상층 절연막(120U)의 상면 보다 높게 형성된 후, 평탄화 공정을 통하여 상기 최상층 절연막(120U)과 실질적으로 동일한 높이가 될 수 있다. 상기 제 2 반도체층(133)은 진성 상태이거나, 제 1 형 불순물로 도핑될 수 있다.Referring to FIGS. 22 and 23, a second semiconductor layer 133 filling the second through regions 126 may be formed. 22 is an enlarged view of the first and second semiconductor layers 132 and 133 of FIG. The top view of the second semiconductor layer 133 may be substantially the same as that of FIG. The second semiconductor layer 133 may include at least one of silicon or silicon-germanium. The second semiconductor layer 133 is formed through an epitaxial growth process in which the first semiconductor layer 132 exposed by the second penetration regions 126 is seeded . That is, the epitaxial process can be performed using the seeds of the crystal grains forming the upper surface of the first semiconductor layer 132 as a seed. The first semiconductor layer 132 exposes a relatively small number of crystal grains as compared with the case where the buried pattern 156 is absent. Therefore, when the second semiconductor layer 133 is grown with the seeds of the first semiconductor layer 132 as seeds, the second semiconductor layer 133 may have a relatively small number of crystal grains Lt; / RTI > Each of the grains grown by seeding the first semiconductor layer 132 may be in contact with each other on the buried pattern 156 to form a crystal grain boundary. During the growth process, some of the crystal grains may be combined with each other, one crystal grain may be divided into a plurality of crystal grains, or growth may be maintained until the process is completed in only some of the seed crystal grains. May be formed in a number similar to the number of the seed crystal grains. The crystal grains constituting the second semiconductor layer 133 may have a shape elongated in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate 100. The second semiconductor layer 133 may be formed to be higher than the upper surface of the uppermost insulating layer 120U and then be substantially the same height as the uppermost insulating layer 120U through a planarization process. The second semiconductor layer 133 may be intrinsic or may be doped with a first type impurity.

도 24를 참조하여, 상기 희생막들(110U, 110m, 110, 110L)이 제거되어 리세스 영역들(미도시)이 형성된 후, 상기 리세스 영역들 내에 제 2 정보 저장막(DA2) 및 게이트 전극들(157L, 157m, 157, 157U)이 형성된다. 상기 게이트 전극들 중 최하부의 패턴은 하부 선택 게이트 패턴(157L)이고, 최상부의 패턴은 상부 선택 게이트 패턴(157U)일 수 있다. 상기 하부 선택 게이트 패턴(157L)과 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U) 사이에 셀 게이트 패턴들(157m, 157)이 제공될 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴들은 최상층 셀 게이트 패턴(157m) 및 그 아래의 셀 게이트 패턴들(157)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 24, after the sacrificial films 110U, 110m, 110, and 110L are removed to form recessed regions (not shown), the second information storage film DA2 and the gate Electrodes 157L, 157m, 157, and 157U are formed. The lowermost pattern among the gate electrodes may be the lower select gate pattern 157L and the uppermost pattern may be the upper select gate pattern 157U. Cell gate patterns 157m and 157 may be provided between the lower selection gate pattern 157L and the upper selection gate pattern 157U. The cell gate patterns may include an uppermost cell gate pattern 157m and cell gate patterns 157 below the uppermost cell gate pattern 157m.

제 2 트렌치(141)의 바닥면 아래의 상기 기판(100) 내에 제 1 불순물 영역(170)이 형성될 수 있다. 상기 제 1 불순물 영역(170)은 제 2 형의 도펀트 이온들을 주입하여 형성될 수 있다. 상기 채널 구조체들(139)의 상부에 제 2 불순물 영역(198)이 형성될 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 2 형의 도펀트로 도핑된 영역일 수 있다. 상기 제 2 불순물 영역(198)의 하면은 상기 상부 선택 게이트 패턴(157U)의 상면보다 높을 수 있다. 일 예로, 상기 제 2 불순물 영역(198)은 상기 제 1 불순물 영역(170)과 동시에 형성될 수 있다. 상기 제 2 트렌치(141)를 채우는 소자 분리 패턴(175)이 형성될 수 있다. The first impurity region 170 may be formed in the substrate 100 under the bottom surface of the second trench 141. The first impurity region 170 may be formed by implanting dopant ions of the second type. A second impurity region 198 may be formed on the channel structures 139. The second impurity region 198 may be a region doped with the second type dopant. The lower surface of the second impurity region 198 may be higher than the upper surface of the upper select gate pattern 157U. For example, the second impurity region 198 may be formed simultaneously with the first impurity region 170. A device isolation pattern 175 filling the second trenches 141 may be formed.

도 15를 다시 참조하여, 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 접속되는 비트 라인들(BL)이 형성될 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 x 방향으로 연장될 수 있다. 상기 비트 라인들(BL)은 층간 절연막(미도시)을 관통하는 콘택 플러그들(199)을 경유하여 상기 제 2 불순물 영역(198)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 콘택 플러그들(199)은 금속, 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 15, bit lines BL which are electrically connected to the second impurity region 198 may be formed. The bit lines BL may extend in the x direction. The bit lines BL may be electrically connected to the second impurity region 198 via contact plugs 199 penetrating an interlayer insulating film (not shown). The contact plugs 199 may include at least one of a metal, a conductive metal nitride, or a doped semiconductor material.

도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 정보 저장막의 구조를 설명하기 위한 사시도들이다. 25 and 26 are perspective views illustrating a structure of an information storage layer according to embodiments of the present invention.

도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 정보 저장막(150)을 설명하기 위한 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 25의 정보 저장막(150)은 본 발명의 제 1 실시예에 도시된 정보 저장막일 수 있다.25 is a perspective view illustrating an information storage layer 150 according to embodiments of the present invention. More specifically, the information storage film 150 of FIG. 25 may be the information storage film shown in the first embodiment of the present invention.

제 1 관통 영역들(125) 내에 매립 패턴(DP) 및 반도체 패턴(SP)이 제공되고, 상기 반도체 패턴(SP)의 측벽 상에 정보 저장막(150)이 제공될 수 있다. 상기 정보 저장막(150)은 리세스 영역들(145) 내에 차례로 적층된 터널 절연막(TIL), 전하 저장막(CL), 및 블로킹 절연막(BLL)을 포함할 수 있다. 상기 정보 저장막(150)을 구성하는 막들은 우수한 단차 도포성을 제공할 수 있는 증착 기술(예를 들면, 화학기상증착 또는 원자층 증착 기술)을 사용하여 형성될 수 있다. A buried pattern DP and a semiconductor pattern SP may be provided in the first penetration regions 125 and an information storage layer 150 may be provided on a sidewall of the semiconductor pattern SP. The information storage layer 150 may include a tunnel insulating layer TIL, a charge storage layer CL, and a blocking insulating layer BLL, which are sequentially stacked in the recessed regions 145. The films constituting the information storage film 150 may be formed using a deposition technique (for example, a chemical vapor deposition or atomic layer deposition technique) capable of providing excellent step coverage.

상기 전하 저장막(CL)은 트랩 사이트들이 풍부한 절연막들 및 나노 입자들을 포함하는 절연막들 중의 하나일 수 있으며, 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전하 저장막(CL)은 트랩 절연막, 부유 게이트 전극 또는 도전성 나노 돗들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막 중의 한가지를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 전하 저장막(CL)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 실리콘-풍부 질화막(Si-rich nitride), 나노크리스탈 실리콘(nanocrystalline Si) 및 박층화된 트랩막(laminated trap layer) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. The charge storage film (CL) may be one of insulating films comprising trapping sites rich in insulating films and nanoparticles, and may be formed using one of chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques. For example, the charge storage film CL may include one of a trap insulating film, a floating gate electrode, or an insulating film including conductive nano dots. For example, the charge storage layer CL may include at least one of a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, a silicon-rich nitride layer, a nanocrystalline silicon layer, and a laminated trap layer . ≪ / RTI >

상기 터널 절연막(TIL)은 상기 전하 저장막(CL)보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질들 중의 하나일 수 있으며, 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 터널 절연막(TIL)은 상술한 증착 기술들 중의 하나를 사용하여 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 이에 더하여, 상기 터널 절연막(TIL)에 증착 공정 이후 실시되는 소정의 열처리 단계가 더 수행될 수 있다. 상기 열처리 단계는 급속-열-질화 공정(Rapid Thermal Nitridation; RTN) 또는 질소 및 산소 중의 적어도 하나를 포함하는 분위기에서 실시되는 어닐링 공정일 수 있다. The tunnel insulating film TIL may be one of materials having a larger bandgap than the charge storage film CL and may be formed using one of chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques. For example, the tunnel insulating film TIL may be a silicon oxide film formed using one of the deposition techniques described above. In addition, a predetermined heat treatment step after the deposition process may be further performed on the tunnel insulating film TIL. The heat treatment step may be an annealing process performed in an atmosphere containing Rapid Thermal Nitridation (RTN) or at least one of nitrogen and oxygen.

상기 블로킹 절연막(BLL)은 단일 절연막일 수 있다. 이와는 달리 상기 블로킹 절연막(BLL)은 제 1 및 제 2 블로킹 절연막들(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 블로킹 절연막들은 서로 다른 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 블로킹 절연막들 중의 하나는 상기 터널 절연막(TIL)보다 작고 상기 전하 저장막(CL)보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질들 중의 하나일 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 블로킹 절연막들은 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있으며, 이들 중의 적어도 하나는 습식 산화 공정을 통해 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 블로킹 절연막은 알루미늄 산화막 및 하프늄 산화막 등과 같은 고유전막들 중의 하나이고, 상기 제 2 블로킹 절연막은 상기 제 1 블로킹 절연막보다 작은 유전 상수를 갖는 물질일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 블로킹 절연막은 고유전막들 중의 하나이고, 상기 제 1 블로킹 절연막은 상기 제 2 블로킹 절연막보다 작은 유전 상수를 갖는 물질일 수 있다.The blocking insulating film BLL may be a single insulating film. Alternatively, the blocking insulating layer BLL may include first and second blocking insulating layers (not shown). The first and second blocking insulating films may be formed of different materials, and one of the first and second blocking insulating films may have a band gap smaller than the tunnel insulating film TIL and larger than the charge storage film CL Lt; / RTI > In addition, the first and second blocking insulating films may be formed using one of chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques, at least one of which may be formed through a wet oxidation process. According to one embodiment, the first blocking insulating layer is one of high-k films such as an aluminum oxide layer and a hafnium oxide layer, and the second blocking insulating layer may be a material having a lower dielectric constant than the first blocking insulating layer. According to another embodiment, the second blocking insulating film is one of the high-k films, and the first blocking insulating film may be a material having a smaller dielectric constant than the second blocking insulating film.

도 26은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정보 저장막의 구조를 도시하는 사시도이다. 보다 구체적으로, 도 26의 정보 저장막들(DA1, DA2)은 본 발명의 제 2 실시예에 도시된 정보 저장막일 수 있다. 본 실시예에 따른 정보 저장막은 제 1 정보 저장막(DA1) 및 제 2 정보 저장막(DA2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 정보 저장막(DA1)은 상기 제 1 관통 영역들(125) 내에 형성되고, 상기 제 1 관통 영역들(125)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 상기 제 2 정보 저장막(DA2)은 상기 리세스 영역들(145) 내에 형성될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 정보 저장막들(DA1, DA2)은 각각 상기 블로킹 절연막(BLL), 전하 저장막(CL), 및 터널 절연막(TIL) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 26 is a perspective view showing a structure of an information storage film according to another embodiment of the present invention. More specifically, the information storage layers DA1 and DA2 in FIG. 26 may be the information storage layers shown in the second embodiment of the present invention. The information storage layer according to this embodiment may include a first information storage layer DA1 and a second information storage layer DA2. The first information storage layer DA1 may be formed in the first through regions 125 and may extend along the sidewalls of the first through regions 125. [ The second information storage layer DA2 may be formed in the recessed regions 145. [ The first and second information storage layers DA1 and DA2 may include at least one of the blocking insulating layer BLL, the charge storage layer CL, and the tunnel insulating layer TIL.

도 27은 본 발명의 실시예들의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다. 27 is a schematic block diagram showing an example of a memory system including a semiconductor memory device manufactured according to the manufacturing method of the embodiments of the present invention.

도 27을 참조하면, 메모리 시스템(1100)은 PDA, 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 소자에 적용될 수 있다.27, the memory system 1100 may be a personal digital assistant (PDA), a portable computer, a web tablet, a wireless phone, a mobile phone, a digital music player, A memory card, or any device capable of transmitting and / or receiving information in a wireless environment.

메모리 시스템(1100)은 컨트롤러(1110), 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이와 같은 입출력 장치(1120), 메모리(1130), 인터페이스(1140), 및 버스(1150)를 포함한다. 메모리(1130)와 인터페이스(1140)는 버스(1150)를 통해 상호 소통된다.The memory system 1100 includes an input / output device 1120 such as a controller 1110, a keypad, a keyboard and a display, a memory 1130, an interface 1140, and a bus 1150. Memory 1130 and interface 1140 are in communication with one another via bus 1150.

컨트롤러(1110)는 적어도 하나의 마이크로 프로세서, 디지털 시그널 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 또는 그와 유사한 다른 프로세스 장치들을 포함한다. 메모리(1130)는 컨트롤러에 의해 수행된 명령을 저장하는 데에 사용될 수 있다. 입출력 장치(1120)는 메모리 시스템(1100) 외부로부터 데이터 또는 신호를 입력받거나 또는 메모리 시스템(1100) 외부로 데이터 또는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 입출력 장치(1120)는 키보드, 키패드 또는 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.The controller 1110 includes at least one microprocessor, digital signal processor, microcontroller, or other similar process device. Memory 1130 may be used to store instructions executed by the controller. The input / output device 1120 may receive data or signals from outside the memory system 1100, or may output data or signals to the outside of the memory system 1100. For example, the input / output device 1120 may include a keyboard, a keypad, or a display device.

메모리(1130)는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치를 포함한다. 메모리(1130)는 또한 다른 종류의 메모리, 임의의 수시 접근이 가능한 휘발성 메모리, 기타 다양한 종류의 메모리를 더 포함할 수 있다. 인터페이스(1140)는 데이터를 통신 네트워크로 송출하거나, 네트워크로부터 데이터를 받는 역할을 한다.Memory 1130 includes a non-volatile memory device in accordance with embodiments of the present invention. Memory 1130 may also include other types of memory, volatile memory that may be accessed at any time, and various other types of memory. The interface 1140 serves to transmit data to and receive data from the communication network.

도 28은 본 발명의 실시예들의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 메모리 장치를 구비하는 메모리 카드의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다. 28 is a schematic block diagram showing an example of a memory card having a semiconductor memory device manufactured according to the manufacturing method of the embodiments of the present invention.

도 28을 참조하면, 고용량의 데이터 저장 능력을 지원하기 위한 메모리 카드(1200)는 본 발명의 실시예들에 따른 플래시 메모리 장치(1210)가 장착될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와 플래시 메모리 장치(1210) 간의 제반 데이터 교환을 제어하는 메모리 컨트롤러(1220)를 포함한다. Referring to FIG. 28, a memory card 1200 for supporting a high capacity data storage capability may be equipped with a flash memory device 1210 according to embodiments of the present invention. The memory card 1200 according to embodiments of the present invention includes a memory controller 1220 that controls exchange of data between a host and a flash memory device 1210. [

SRAM(1221)은 프로세싱 유닛(1222)의 동작 메모리로써 사용된다. 호스트 인터페이스(1223)는 메모리 카드(1200)와 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비한다. 에러 정정 블록(1224)은 멀티 비트 플래시 메모리 장치(1210)로부터 독출된 데이터에 포함되는 에러를 검출 및 정정한다. 메모리 인터페이스(1225)는 본 발명의 플래시 메모리 장치(1210)와 인터페이싱 한다. 프로세싱 유닛(1222)은 메모리 컨트롤러(1220)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행한다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 ROM(미도시됨) 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다. The SRAM 1221 is used as the operating memory of the processing unit 1222. The host interface 1223 has a data exchange protocol of a host connected to the memory card 1200. Error correction block 1224 detects and corrects errors contained in data read from multi-bit flash memory device 1210. The memory interface 1225 interfaces with the flash memory device 1210 of the present invention. The processing unit 1222 performs all control operations for data exchange of the memory controller 1220. Although it is not shown in the drawing, the memory card 1200 according to the present invention may be further provided with a ROM (not shown) or the like for storing code data for interfacing with a host, To those who have learned.

도 29는 본 발명의 실시예들의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 메모리 장치를 장착하는 정보 처리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다. 29 is a schematic block diagram showing an example of an information processing system for mounting a semiconductor memory device manufactured according to the manufacturing method of the embodiments of the present invention.

도 29를 참조하면, 모바일 기기나 데스크 톱 컴퓨터와 같은 정보 처리 시스템에 본 발명의 메모리 시스템(1310)이 장착된다. 본 발명에 따른 정보 처리 시스템(1300)은 메모리 시스템(1310)과 각각 시스템 버스(1360)에 전기적으로 연결된 모뎀(1320), 중앙처리장치(1330), 램(1340), 유저 인터페이스(1350)를 포함한다. 메모리 시스템(1310)은 앞서 언급된 메모리 시스템 또는 메모리 시스템과 실질적으로 동일하게 구성될 것이다. 메모리 시스템(1310)에는 중앙처리장치(1330)에 의해서 처리된 데이터 또는 외부에서 입력된 데이터가 저장된다. 상술한 메모리 시스템(1310)은 반도체 디스크 장치(SSD)로 구성될 수 있으며, 이 경우 정보 처리 시스템(1300)은 대용량의 데이터를 메모리 시스템(1310)에 안정적으로 저장할 수 있다. 그리고 신뢰성의 증대에 따라, 메모리 시스템(1310)은 에러 정정에 소요되는 자원을 절감할 수 있어 고속의 데이터 교환 기능을 정보 처리 시스템(1300)에 제공할 것이다. 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 정보 처리 시스템(1300)에는 응용 칩셋(Application Chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 입출력 장치 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.29, the memory system 1310 of the present invention is mounted in an information processing system such as a mobile device or a desktop computer. An information processing system 1300 according to the present invention includes a memory system 1310 and a modem 1320, a central processing unit 1330, a RAM 1340, and a user interface 1350, which are each electrically connected to the system bus 1360 . The memory system 1310 may be configured substantially the same as the memory system or memory system described above. The memory system 1310 stores data processed by the central processing unit 1330 or externally input data. The memory system 1310 described above may be configured as a semiconductor disk device (SSD), in which case the information processing system 1300 may store a large amount of data reliably in the memory system 1310. As the reliability increases, the memory system 1310 can save resources required for error correction and provide a high-speed data exchange function to the information processing system 1300. Although not shown, the information processing system 1300 according to the present invention can be provided with an application chipset, a camera image processor (CIS), an input / output device, and the like. It is clear to those who have learned.

또한, 본 발명에 따른 플래시 메모리 장치 또는 메모리 시스템은 다양한 형태들의 패키지로 실장 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 플래시 메모리 장치 또는 메모리 시스템은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 방식으로 패키지화되어 실장될 수 있다.Further, the flash memory device or memory system according to the present invention can be mounted in various types of packages. For example, the flash memory device or the memory system according to the present invention may be implemented as a package on package (PoP), ball grid arrays (BGAs), chip scale packages (CSPs), plastic leaded chip carriers (PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board (COB), Ceramic Dual In-Line Package (CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack (MQFP), Thin Quad Flatpack (TQFP) SOIC), Shrink Small Outline Package (SSOP), Thin Small Outline (TSOP), Thin Quad Flatpack (TQFP), System In Package (SIP), Multi Chip Package (MCP), Wafer-level Fabricated Package Level Processed Stack Package (WSP) or the like.

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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

100: 기판 105: 버퍼 절연막
110: 희생막 120: 절연막
139: 채널 구조체 157: 게이트 패턴들
156: 매립 패턴 175: 소자 분리 패턴
100: substrate 105: buffer insulating film
110: sacrificial film 120: insulating film
139: Channel structure 157: Gate patterns
156: buried pattern 175: device isolation pattern

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판 상에 반복적으로 번갈아 제 1 및 제 2 물질막들을 적층하는 것;
상기 제 1 및 제 2 물질막들을 패터닝하여 상기 기판을 노출하는 제 1 관통 영역을 형성하는 것;
상기 제 1 관통 영역 내에 제 1 반도체층 및 매립막을 차례로 형성하는 것;
제 1 반도체층의 일부를 식각하여 제 2 관통 영역을 형성하는 것;
상기 제 2 관통 영역 내에 제 2 반도체층을 형성하는 것; 및
상기 제 2 물질막을 게이트 전극들로 교체하는 것을 포함하고,
상기 제 2 반도체층은 상기 제 2 관통 영역에 의하여 노출된 상기 제 1 반도체층을 씨드(seed)로 하는 에피택시얼 공정에 의해 형성되고,
상기 기판의 상면에 수직한 방향에 있어서, 상기 제 2 반도체층의 결정립 크기는 상기 제 1 반도체층의 결정립 크기보다 크고,
상기 게이트 전극들은 셀 게이트 패턴들 및 상기 셀 게이트 패턴들 상의 선택 게이트 패턴을 포함하고,
상기 제 1 반도체층의 식각 공정은 상기 셀 게이트 패턴들 중 최상층과 상기 선택 게이트 패턴 사이의 깊이로 수행되는 반도체 메모리 소자의 제조 방법.
Laminating the first and second material layers alternately and repeatedly on the substrate;
Patterning the first and second material layers to form a first pass-through region exposing the substrate;
Forming a first semiconductor layer and a buried film in the first penetration region in order;
Etching a portion of the first semiconductor layer to form a second through region;
Forming a second semiconductor layer in the second through region; And
And replacing the second material film with gate electrodes,
Wherein the second semiconductor layer is formed by an epitaxial process in which the first semiconductor layer exposed by the second through region is a seed,
Wherein a grain size of the second semiconductor layer is larger than a grain size of the first semiconductor layer in a direction perpendicular to an upper surface of the substrate,
Wherein the gate electrodes comprise cell gate patterns and a select gate pattern on the cell gate patterns,
Wherein the etching of the first semiconductor layer is performed at a depth between the uppermost one of the cell gate patterns and the selected gate pattern.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 관통 영역을 형성하는 것은 상기 매립막의 상부를 식각하는 것을 더 포함하고,
식각된 상기 매립막의 상면은 상기 선택 게이트 패턴의 하면 보다 낮은 반도체 메모리 소자의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming the second through region further comprises etching an upper portion of the buried film,
Wherein the upper surface of the etched buried layer is lower than the lower surface of the select gate pattern.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 관통 영역을 형성하는 것은 상기 매립막의 상부를 식각하는 것을 더 포함하고,
상기 매립막의 식각 공정은 상기 선택 게이트 패턴의 상면보다 높은 깊이로 수행되는 반도체 메모리 소자의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming the second through region further comprises etching an upper portion of the buried film,
Wherein the etching process of the buried film is performed at a depth higher than the top surface of the select gate pattern.
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