KR102341716B1 - Semiconductor memory device and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체가 기판 상에 제공된다. 적층 구조체를 관통하며 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴, 및 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체가 기판 상에 제공된다. 적층 구조체와 이격되며, 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴, 및 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 포함하는 더미 수직 채널 구조체가 기판 상에 제공된다. 기판의 표면으로부터 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이는 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이보다 크다.A laminate structure in which gate electrodes and insulating layers are alternately repeatedly stacked is provided on a substrate. A cell channel structure is provided on a substrate, the cell channel structure including a first semiconductor pattern passing through the stacked structure and connecting to the substrate, and a first channel pattern disposed on the first semiconductor pattern and connected to the first semiconductor pattern. A dummy vertical channel structure including a second semiconductor pattern spaced apart from the stacked structure and connected to the substrate, and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern is provided on the substrate. The first height from the surface of the substrate to the upper surface of the first semiconductor pattern is greater than the second height from the surface of the substrate to the upper surface of the second semiconductor pattern.

Figure R1020150022401
Figure R1020150022401

Description

반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법{Semiconductor memory device and method of fabricating the same}TECHNICAL FIELD [0002] Semiconductor memory device and method of fabricating the same

본 발명의 기술적 사상은 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신뢰성 및 집적도가 보다 향상된 3차원 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a 3D semiconductor memory device with improved reliability and integration, and a method for manufacturing the same.

소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 반도체 장치의 집적도를 증가시키는 것이 요구되고 있다. 반도체 장치의 집적도는 제품의 가격을 결정하는 중요한 요인이기 때문에, 특히 증가된 집적도가 요구되고 있다. 종래의 2차원 또는 평면적 반도체 장치의 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 패턴의 미세화를 위해서는 초고가의 장비들이 필요하기 때문에, 2차원 반도체 장치의 집적도는 증가하고는 있지만 여전히 제한적이다.In order to meet the excellent performance and low price demanded by consumers, it is required to increase the degree of integration of semiconductor devices. Since the degree of integration of a semiconductor device is an important factor in determining the price of a product, an increased degree of integration is particularly required. Since the degree of integration of a conventional two-dimensional or planar semiconductor device is mainly determined by an area occupied by a unit memory cell, it is greatly affected by the level of a fine pattern forming technique. However, since ultra-expensive equipment is required for pattern miniaturization, the degree of integration of the 2D semiconductor device is increasing, but is still limited.

이러한 한계를 극복하기 위한, 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 메모리 장치들이 제안되고 있다.To overcome this limitation, three-dimensional semiconductor memory devices including memory cells arranged three-dimensionally have been proposed.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 신뢰성 및 집적도가 보다 향상된 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device with improved reliability and integration.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 신뢰성 및 집적도가 보다 향상된 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device with improved reliability and integration.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 배치되며 게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체, 및 상기 적층 구조체와 이격되어 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 포함하는 제1 더미 채널 구조체를 포함할 수 있다. 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이는 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이보다 클 수 있다.In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to embodiments of the technical idea of the present invention includes a stacked structure in which gate electrodes and insulating layers are alternately and repeatedly stacked on a substrate, passing through the stacked structure, , a cell channel structure including a first semiconductor pattern connected to the substrate, a cell channel structure disposed on the first semiconductor pattern and a first channel pattern connected to the first semiconductor pattern, and spaced apart from the stacked structure on the substrate and a first dummy channel structure including a second semiconductor pattern connected to the substrate and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern. A first height from the surface of the substrate to the upper surface of the first semiconductor pattern may be greater than a second height from the surface of the substrate to the upper surface of the second semiconductor pattern.

일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 장치는 상기 셀 채널 구조체와 전기적으로 연결되는 비트라인을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the memory device may further include a bit line electrically connected to the cell channel structure.

일부 실시예들에 따르면, 상기 셀 채널 구조체는 상기 제1 채널 패턴과 상기 적층 구조체 사이에 배치되는 제1 정보저장 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 더미 채널 구조체는 상기 제2 채널 패턴의 측벽에 접하는 제2 정보저장 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 채널 패턴과 상기 제2 채널 패턴은 동일 물질을 포함하고, 상기 제1 정보저장 패턴과 상기 제2 정보저장 패턴은 동일 물질을 포함할 수 있다.According to some embodiments, the cell channel structure may further include a first information storage pattern disposed between the first channel pattern and the stacked structure. The first dummy channel structure may further include a second data storage pattern in contact with a sidewall of the second channel pattern. The first channel pattern and the second channel pattern may include the same material, and the first data storage pattern and the second data storage pattern may include the same material.

일부 실시예들에 따르면, 상기 기판은 셀 어레이 영역 및 상기 셀 어레이 영역에 인접한 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 상기 셀 영역과 이격된 주변 영역, 및 상기 셀 영역과 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함할 수 있다. 상기 적층 구조체는 상기 셀 영역에 배치되고 제1 방향으로 연장되며, 상기 연결 영역에서 계단 구조의 단부를 가질 수 있다.In some embodiments, the substrate includes a cell region including a cell array region and a connection region adjacent to the cell array region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and a boundary region between the cell region and the peripheral region. can do. The stacked structure may be disposed in the cell area and extend in the first direction, and may have an end of the step structure in the connection area.

일부 실시예들에 따르면, 상기 적층 구조체의 상기 단부를 덮고 상기 연결 영역, 상기 경계 영역 및 상기 주변 영역의 상기 기판 상에 배치되는 몰드 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 더미 채널 구조체는 상기 몰드 절연층을 관통하며 상기 기판과 접속할 수 있다.In some embodiments, a mold insulating layer covering the end of the stack structure and disposed on the substrate in the connection region, the boundary region, and the peripheral region may be further included. The first dummy channel structure may pass through the mold insulating layer and may be connected to the substrate.

일부 실시예들에 따르면, 상기 연결 영역에서 상기 몰드 절연층과 상기 적층 구조체의 상기 단부를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제3 반도체 패턴 및 상기 제3 반도체 패턴과 접속하고 상기 제3 반도체 패턴 상에 배치된 제3 채널 패턴을 포함하는 제2 더미 채널 구조체를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, a third semiconductor pattern passing through the mold insulating layer and the end portion of the stacked structure in the connection region, and connected to the substrate, and a third semiconductor pattern connected to the third semiconductor pattern and on the third semiconductor pattern It may further include a second dummy channel structure including a third channel pattern disposed on the .

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 더미 채널 구조체는, 평면도로 볼 때, 원 형상, 타원 형상 또는 바 형상을 가질 수 있다.According to some embodiments, the first dummy channel structure may have a circular shape, an elliptical shape, or a bar shape when viewed in a plan view.

일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 장치는 상기 주변 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변회로 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 주변회로 소자는 게이트 절연막, 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역을 포함할 수 있다.In some embodiments, the memory device may further include a peripheral circuit device disposed on the substrate in the peripheral region. The peripheral circuit device may include a gate insulating layer, a gate electrode, and a source/drain region.

일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 장치는 상기 제1 반도체 패턴의 측벽 상에 배치된 게이트 산화막을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 패턴의 측벽 상에 상기 게이트 산화막이 배치되지 않을 수 있다.In some embodiments, the memory device may further include a gate oxide layer disposed on a sidewall of the first semiconductor pattern. The gate oxide layer may not be disposed on a sidewall of the second semiconductor pattern.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 셀 어레이 영역과 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 상기 셀 영역과 이격된 주변 영역, 및 상기 연결 영역과 상기 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함하는 기판, 상기 셀 영역의 상기 기판 상에 제1 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 연결 영역에서 계단 구조의 단부를 가지며 교대로 적층된 게이트 전극들과 절연막들을 각각 포함하는 적층 구조체들, 상기 셀 어레이 영역에서 상기 적층 구조체들의 각각을 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 각각 포함하는 셀 채널 구조체들, 상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체들의 각각의 단부를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 각각 포함하는 제1 더미 채널 구조체들, 상기 경계 영역에서 상기 기판과 접속하는 제3 반도체 패턴 및 상기 제3 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제3 반도체 패턴과 접속하는 제3 채널 패턴을 포함하는 제2 더미 채널 구조체를 포함할 수 있다.A semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept includes a cell region including a cell array region and a connection region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and a boundary region between the connection region and the peripheral region. stacked structures spaced apart from each other in a first direction on the substrate in the cell region, each having an end of a step structure in the connection region, and including gate electrodes and insulating layers alternately stacked, the cell A cell channel structure penetrating through each of the stacked structures in an array region and including a first semiconductor pattern connected to the substrate and a first channel pattern disposed on the first semiconductor pattern and connected to the first semiconductor pattern, respectively a second semiconductor pattern passing through each end of the stacked structures in the connection region and connecting to the substrate and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern, respectively A second dummy including first dummy channel structures including: a third semiconductor pattern connected to the substrate in the boundary region; and a third channel pattern disposed on the third semiconductor pattern and connected to the third semiconductor pattern; It may include a channel structure.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 반도체 패턴들의 각각은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴들 각각의 상면까지의 제1 높이를 갖고, 상기 제2 반도체 패턴들은 상기 제3 반도체 패턴에 가장 인접한 제1 서브 반도체 패턴을 포함하고, 상기 제1 서브 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 서브 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이를 갖고, 상기 제3 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제3 반도체 패턴의 상면까지의 제3 높이를 가지며, 상기 제3 높이는 상기 제1 높이보다 작고, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 작을 수 있다,In some embodiments, each of the first semiconductor patterns has a first height from a surface of the substrate to an upper surface of each of the first semiconductor patterns, and the second semiconductor patterns are the closest to the third semiconductor pattern. an adjacent first sub-semiconductor pattern, wherein the first sub-semiconductor pattern has a second height from the surface of the substrate to an upper surface of the first sub-semiconductor pattern, and the third semiconductor pattern is formed from the surface of the substrate to the The third semiconductor pattern may have a third height to the upper surface, the third height may be smaller than the first height, and the second height may be smaller than the first height.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 반도체 패턴들은 상기 제1 반도체 패턴들에 가장 인접한 제2 서브 반도체 패턴을 포함하고, 상기 제2 서브 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 서브 반도체 패턴의 상면까지의 제4 높이를 가지며, 상기 제4 높이는 상기 제1 높이와 실질적으로 동일할 수 있다.In some embodiments, the second semiconductor patterns may include a second sub-semiconductor pattern closest to the first semiconductor patterns, and the second sub-semiconductor pattern may be formed of the second sub-semiconductor pattern from the surface of the substrate. It has a fourth height to the top surface, and the fourth height may be substantially equal to the first height.

일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 장치는 상기 주변 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변회로 소자, 및 상기 주변회로 소자를 덮는 주변 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 주변회로 소자는 게이트 절연막, 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역을 포함할 수 있다.In some embodiments, the memory device may further include a peripheral circuit element disposed on the substrate in the peripheral region, and a peripheral protective layer covering the peripheral circuit element. The peripheral circuit device may include a gate insulating layer, a gate electrode, and a source/drain region.

일부 실시예들에 따르면, 상기 메모리 장치는 상기 주변 보호층, 상기 경계 영역의 상기 기판, 및 상기 적층 구조체의 상기 단부를 덮는 몰드 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 더미 채널 구조체들은 상기 몰드 절연층을 관통할 수 있다.In some embodiments, the memory device may further include a mold insulating layer covering the peripheral protective layer, the substrate in the boundary region, and the end portion of the stacked structure. The first and second dummy channel structures may penetrate the mold insulating layer.

일부 실시예들에 따르면, 상기 셀 채널 구조체들의 각각은 상기 제1 채널 패턴의 측벽과 접하는 제1 정보저장 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 더미 채널 구조체들의 각각은 상기 제2 채널 패턴의 측벽과 접하는 제2 정보저장 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 더미 채널 구조체는 상기 제3 채널 패턴의 측벽과 접하는 제3 정보저장 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 채널 패턴, 상기 제2 채널 패턴, 및 상기 제3 채널 패턴은 동일 물질을 포함하고, 상기 제1 정보저장 패턴, 상기 제2 정보저장 패턴, 및 상기 제3 정보저장 패턴은 동일 물질을 포함할 수 있다.According to some embodiments, each of the cell channel structures may further include a first data storage pattern in contact with a sidewall of the first channel pattern. Each of the first dummy channel structures may further include a second data storage pattern in contact with a sidewall of the second channel pattern. The second dummy channel structure may further include a third data storage pattern in contact with a sidewall of the third channel pattern. The first channel pattern, the second channel pattern, and the third channel pattern include the same material, and the first data storage pattern, the second data storage pattern, and the third data storage pattern include the same material. may include

일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 더미 채널 구조체는 복수 개로 제공될 수 있다. 상기 제2 더미 채널 구조체들의 각각은, 평면도로 볼 때, 원 형상 또는 타원 형상을 가지고, 상기 제1 방향을 따라 배열될 수 있다.According to some embodiments, a plurality of second dummy channel structures may be provided. Each of the second dummy channel structures may have a circular shape or an elliptical shape when viewed in a plan view, and may be arranged in the first direction.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 더미 채널 구조체는, 평면도로 볼 때, 바 형상을 가지고 상기 제1 방향을 따라 연장될 수 있다.According to some embodiments, the second dummy channel structure may have a bar shape and extend in the first direction when viewed in a plan view.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 배치되며 게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 관통하며 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체, 상기 적층 구조체와 이격되어 상기 기판 상에 배치되며 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 포함하는 더미 채널 구조체, 및 상기 제1 반도체 패턴의 측벽 상에 배치된 게이트 산화막을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 패턴의 측벽 상에 상기 게이트 산화막이 배치되지 않을 수 있다.A semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept includes a stacked structure in which gate electrodes and insulating layers are alternately and repeatedly stacked on a substrate, and a first semiconductor pattern passing through the stacked structure and connecting to the substrate and a first channel pattern disposed on the first semiconductor pattern and connected to the first semiconductor pattern; and a second semiconductor pattern spaced apart from the stacked structure and disposed on the substrate and connected to the substrate. and a dummy channel structure disposed on the second semiconductor pattern and including a second channel pattern connected to the second semiconductor pattern, and a gate oxide layer disposed on a sidewall of the first semiconductor pattern. The gate oxide layer may not be disposed on a sidewall of the second semiconductor pattern.

일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 반도체 패턴의 측벽의 일부는 오목하고, 상기 제2 반도체 패턴의 측벽은 오목하지 않을 수 있다.In some embodiments, a portion of a sidewall of the first semiconductor pattern may be concave, and a sidewall of the second semiconductor pattern may not be concave.

일부 실시예들에 따르면, 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이는 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이보다 클 수 있다.In some embodiments, a first height from the surface of the substrate to the upper surface of the first semiconductor pattern may be greater than a second height from the surface of the substrate to the upper surface of the second semiconductor pattern.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법은 셀 영역, 주변 영역, 및 상기 셀 영역과 상기 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함하는 기판을 제공하고, 상기 셀 영역의 상기 기판 상에, 게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체를 형성하고, 상기 적층 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체를 형성하고, 상기 주변 영역 및 상기 경계 영역의 상기 기판 상에 몰드 절연층을 형성하고, 그리고 상기 적층 구조체와 이격되며 상기 몰드 절연층을 관통하고, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 포함하는 제1 더미 채널 구조체를 형성할 수 있다. 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이는 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이보다 클 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept provides a substrate including a cell region, a peripheral region, and a boundary region between the cell region and the peripheral region, wherein the substrate in the cell region A stacked structure in which gate electrodes and insulating layers are alternately repeatedly stacked is formed on the first semiconductor pattern passing through the stacked structure, and disposed on the first semiconductor pattern and the first semiconductor pattern connected to the substrate. forming a cell channel structure including a first channel pattern connected to a semiconductor pattern, forming a mold insulating layer on the substrate in the peripheral region and the boundary region, and spaced apart from the stacked structure and forming the mold insulating layer A first dummy channel structure including a second semiconductor pattern passing through and connected to the substrate and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern may be formed. A first height from the surface of the substrate to the upper surface of the first semiconductor pattern may be greater than a second height from the surface of the substrate to the upper surface of the second semiconductor pattern.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법은 셀 어레이 영역과 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 상기 셀 영역과 이격된 주변 영역, 상기 연결 영역과 상기 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함하는 기판을 제공하고, 상기 셀 영역의 기판 상에, 교대로 적층된 절연막들과 희생막들을 포함하는 몰드 구조체를 형성하고, 상기 몰드 구조체의 일부를 덮고, 상기 연결 영역, 상기 경계 영역, 및 상기 주변 영역의 기판 상에 몰드 절연층을 형성하고, 상기 셀 어레이 영역 상의 상기 몰드 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체를 형성하고, 상기 연결 영역 상의 상기 몰드 절연층과 상기 몰드 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 각각 포함하는 제1 더미 채널 구조체들을 형성하고, 그리고 상기 경계 영역의 상기 몰드 절연층을 관통하며 상기 기판과 접속하는 제3 반도체 패턴 및 상기 제3 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제3 반도체 패턴과 접속하는 제3 채널 패턴을 포함하는 제2 더미 채널 구조체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. In a method of manufacturing a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept, a cell region including a cell array region and a connection region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and a boundary region between the connection region and the peripheral region providing a substrate comprising: forming a mold structure including insulating films and sacrificial films alternately stacked on the substrate of the cell region, covering a part of the mold structure, the connection region, the boundary region; and a first semiconductor pattern that forms a mold insulating layer on the substrate in the peripheral region, passes through the mold structure on the cell array region, and is connected to the substrate, and is disposed on the first semiconductor pattern forming a cell channel structure including a first channel pattern connected to the pattern, passing through the mold insulating layer on the connection region and the mold structure, and on the second semiconductor pattern and the second semiconductor pattern connected to the substrate forming first dummy channel structures disposed on the first dummy channel structures each including a second channel pattern connected to the second semiconductor pattern, and passing through the mold insulating layer in the boundary region and connecting to the substrate; and The method may include forming a second dummy channel structure disposed on the third semiconductor pattern and including a third channel pattern connected to the third semiconductor pattern.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 셀 어레이 영역과 연결 영역을 포함하는 셀 영역 및 셀 영역과 이격된 주변 영역을 포함하는 기판, 상기 셀 영역의 상기 기판 상에 배치되며, 상기 연결 영역에서 계단 구조의 단부를 가지며, 게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체, 및 상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체의 단부를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 각각 포함하는 더미 채널 구조체들을 포함할 수있다. 상기 제1 반도체 패턴은 상기 기판으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이를 갖고, 상기 제2 반도체 패턴들은 상기 제1 반도체 패턴으로부터 가장 멀게 배치된 서브 반도체 패턴을 포함하고, 상기 서브 반도체 패턴은 상기 기판으로부터 상기 서브 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이를 가지고, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 작을 수 있다.A semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept is disposed on a substrate including a cell region including a cell array region and a connection region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and the substrate in the cell region, A stacked structure having an end of a step structure in the connection region, in which gate electrodes and insulating layers are alternately stacked, a first semiconductor pattern passing through the stacked structure and connecting to the substrate, and on the first semiconductor pattern a cell channel structure disposed and including a first channel pattern connected to the first semiconductor pattern, and a second semiconductor pattern and the second semiconductor pattern passing through an end of the stack structure in the connection region and connected to the substrate It may include dummy channel structures disposed on the dummy channel structures each including a second channel pattern connected to the second semiconductor pattern. The first semiconductor pattern has a first height from the substrate to a top surface of the first semiconductor pattern, and the second semiconductor patterns include a sub-semiconductor pattern that is furthest from the first semiconductor pattern, and the sub-semiconductor The pattern may have a second height from the substrate to a top surface of the sub-semiconductor pattern, and the second height may be smaller than the first height.

본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따르면, 반도체 메모리 장치는 셀 어레이 영역과 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 주변 영역, 및 셀 영역과 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함할 수 있다. 셀 어레이 영역에 배치되는 셀 채널 구조체들의 제1 반도체 패턴들과 연결 영역에 배치되는 제1 더미 채널 구조체의 제2 반도체 패턴들 및 경계 영역에 배치되는 제2 더미 수직 채널 구조체의 제3 반도체 패턴은 에피텍셜 성장 방법으로 형성된다. 제3 반도체 패턴에 근접한 제2 반도체 패턴의 에피텍셜 성장에 미치는 몰드 절연층으로부터 불순물들의 아웃 개싱에 의한 영향이 약화 될 수 있다. 이에 따라 경계 영역에 근접한 제2 반도체 패턴의 상면이 최하층 게이트 전극의 상면 보다 높도록 형성되고, 제2 반도체 패턴의 측면 상에 게이트 산화막은 균일하게 형성될 수 있다. 그 결과, 제2 반도체 패턴과 게이트 전극 사이의 절연성이 확보되므로 제2 반도체 패턴을 통한 누설 전류 현상이 방지되어 고신뢰성의 메모리 반도체 장치가 구현될 수 있다.According to embodiments of the inventive concept, a semiconductor memory device may include a cell region including a cell array region and a connection region, a peripheral region, and a boundary region between the cell region and the peripheral region. The first semiconductor patterns of the cell channel structures disposed in the cell array region, the second semiconductor patterns of the first dummy channel structure disposed in the connection region, and the third semiconductor pattern of the second dummy vertical channel structure disposed in the boundary region are It is formed by an epitaxial growth method. The influence of outgassing of impurities from the mold insulating layer on the epitaxial growth of the second semiconductor pattern adjacent to the third semiconductor pattern may be weakened. Accordingly, the upper surface of the second semiconductor pattern adjacent to the boundary region may be formed to be higher than the upper surface of the lowermost gate electrode, and the gate oxide layer may be uniformly formed on the side surface of the second semiconductor pattern. As a result, since insulation between the second semiconductor pattern and the gate electrode is secured, leakage current through the second semiconductor pattern is prevented, so that a highly reliable memory semiconductor device can be realized.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 평면도들로서, 도 1의 AR 부분을 확대한 도면들이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 나타내는 단면도들로서, 도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 2의 II-II'선을 따라 자른 단면도들이다.
도 6a 내지 6c는 각각 도 3의 A1, 도 4의 A2, 및 도 4의 A3 부분을 확대한 도면들이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적 평면도들이다.
도 8a 내지 18a, 및 도 8b 내지 18b는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단도면들로서, 도 8a 내지 18a는 도 2의 I-I'선에 대응하는 단면도들이고, 도 8b내지 18b는 도 2의 II-II'선에 대응하는 단면도들이다.
도 19a 내지 도 19c는 도 12a의 B1, 도 12b의 B2, 및 도 12b의 B3 부분을 확대한 도면들이다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
도 21은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.
1 is a schematic plan view of a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.
2A to 2C are plan views of a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept, and are enlarged views of an AR portion of FIG. 1 .
3 to 5 are cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to embodiments of the inventive concept. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2 , and FIGS. 4 and 5 are FIG. 2 . These are cross-sectional views taken along the II-II' line.
6A to 6C are enlarged views of portions A1 of FIG. 3 , A2 of FIG. 4 , and portions A3 of FIG. 4 , respectively.
7A to 7D are schematic plan views of semiconductor memory devices according to embodiments of the inventive concept.
8A to 18A and 8B to 18B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the inventive concept, and FIGS. 8A to 18A correspond to the line II′ of FIG. 2 . are cross-sectional views, and FIGS. 8B to 18B are cross-sectional views corresponding to the line II-II′ of FIG. 2 .
19A to 19C are enlarged views of portions B1 of FIG. 12A , B2 of FIG. 12B , and B3 of FIG. 12B .
20 is a schematic block diagram illustrating a memory system including a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.
21 is a schematic block diagram illustrating an electronic system including a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.

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

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, 'comprises' and/or 'comprising' means that a referenced component, step, operation and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or addition is not excluded. Also, in this specification, when a certain film is referred to as being on another film or substrate, it means that it may be directly formed on the other film or substrate, or a third film may be interposed therebetween.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상에 따른 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and/or plan views, which are ideal illustrative views according to the technical spirit of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Accordingly, the shape of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. For example, the etched region shown at a right angle may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have a schematic nature, and the shapes of the illustrated regions in the drawings are intended to illustrate specific shapes of regions of the device and not to limit the scope of the invention.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적인 평면도이다. 1 is a schematic plan view of a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.

도 1을 참조하면, 셀 영역(CR)이 반도체 메모리 장치의 중앙에 배치될 수 있다. 셀 영역(CR)은 셀 어레이 영역(CAA), 및 셀 어레이 영역(CAA)의 가장자리의 연결 영역(CTA)을 포함할 수 있다. 셀 어레이 영역(CAA)은 어레이로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the cell region CR may be disposed in the center of the semiconductor memory device. The cell area CR may include a cell array area CAA and a connection area CTA at an edge of the cell array area CAA. The cell array area CAA may include memory cells arranged in an array.

연결 영역(CTA)에, 메모리 셀들의 게이트 전극들(또는 워드 라인들)과 접속하는 게이트 콘택들이 배치될 수 있다. 반도체 메모리 장치의 주변에, 주변 영역(PR)이 배치되어 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다. 주변 영역(PR)에, 메모리 셀들을 제어하는 주변회로(예를 들면, 로우 디코더, 또는 센스 엠프 등)가 배치될 수 있다. 셀 영역(CR)과 주변 영역(PR) 사이에 경계 영역(BR)이 제공될 수 있다.Gate contacts connected to gate electrodes (or word lines) of memory cells may be disposed in the connection area CTA. A peripheral region PR may be disposed around the semiconductor memory device to surround the cell region CR. A peripheral circuit (eg, a row decoder, a sense amplifier, etc.) for controlling the memory cells may be disposed in the peripheral region PR. A boundary area BR may be provided between the cell area CR and the peripheral area PR.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 평면도들로서, 도 1의 AR 부분을 확대한 도면들이다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 나타내는 단도면들로서, 도 3은 도 2a의 I-I'선을 따라 자른 단면도이고, 도 4 및 도 5는 도 2a의 II-II'선을 따라 자른 단면도들이다. 도 6a 내지 6c는 각각 도 3의 A1, 도 4의 A2 및 도 4의 A3를 확대한 도면들이다. 도 7a 내지 7d는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 개략적 평면도들이다.2A to 2C are plan views of a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept, and are enlarged views of an AR portion of FIG. 1 . 3 to 5 are cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to embodiments of the inventive concept. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2A, and FIGS. 4 and 5 are FIGS. These are cross-sectional views taken along the II-II' line of 2a. 6A to 6C are enlarged views of A1 of FIG. 3 , A2 of FIG. 4 , and A3 of FIG. 4 , respectively. 7A to 7D are schematic plan views of semiconductor memory devices according to embodiments of the inventive concept.

도 2a, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판(100) 상에 배치된 적층 구조체들(30), 적층 구조체들(30)의 각각을 관통하는 셀 채널 구조체들(200a), 적층 구조체들(30) 사이의 기판(100)에 배치된 공통 소오스 영역(152), 셀 채널 구조체들(200a)과 이격된 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c), 및 적어도 하나의 주변회로 소자(PT)를 포함할 수 있다. 2A and 3 to 5 , in the semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept, stacked structures 30 and stacked structures 30 disposed on a substrate 100 are respectively included. The cell channel structures 200a passing through the structure, the common source region 152 disposed on the substrate 100 between the stack structures 30 , and first and second dummy channels spaced apart from the cell channel structures 200a. It may include structures 200b and 200c, and at least one peripheral circuit device PT.

기판(100)은 셀 어레이 영역(CAA) 및 셀 어레이 영역(CAA)에 인접한 연결 영역(CTA)을 포함하는 셀 영역(CR), 셀 영역(PR)과 이격된 주변 영역(PR), 및 셀 영역(CR)과 주변 영역(PR) 사이의 경계 영역(BR)을 포함할 수 있다. The substrate 100 includes a cell area CR including a cell array area CAA and a connection area CTA adjacent to the cell array area CAA, a peripheral area PR spaced apart from the cell area PR, and a cell. A boundary area BR between the area CR and the peripheral area PR may be included.

기판(100)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 실리콘(Si) 단결정 기판, 게르마늄(Ge) 단결정 기판, 또는 실리콘-게르마늄(SiGe) 단결정 기판일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 SOI(Semiconductor on Insulator) 기판일 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 반도체 기판 상에 제공된 트랜지스터들을 보호하는 절연층 상에 배치된 반도체 활성층(예를 들면, 실리콘층, 실리콘-게르마늄층, 또는 게르마늄층)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 예를 들면, P형의 반도체 기판일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 기판(100)은 웰 영역(미도시)을 포함할 수 있다.The substrate 100 may include a semiconductor material. For example, the substrate 100 may be a silicon (Si) single crystal substrate, a germanium (Ge) single crystal substrate, or a silicon-germanium (SiGe) single crystal substrate. According to some embodiments, the substrate 100 may be a semiconductor on insulator (SOI) substrate. For example, the substrate 100 may include a semiconductor active layer (eg, a silicon layer, a silicon-germanium layer, or a germanium layer) disposed on an insulating layer that protects transistors provided on the semiconductor substrate. The substrate 100 may be, for example, a P-type semiconductor substrate, but is not limited thereto. The substrate 100 may include a well region (not shown).

주변 영역(PR) 내에 적어도 하나의 주변회로 소자(PT)가 배치될 수 있다. 주변회로 소자(PT)는 주변 게이트 절연막(101), 주변 게이트 절연막(101) 상의 주변 게이트 전극(103), 및 주변 게이트 전극(103)의 측벽들에 인접한 소오스/드레인 영역(107)을 포함할 수 있다. 주변 게이트 절연막(101)은 기판(100) 상에 배치되고, 산화막, 고유전막 및/또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 주변 게이트 전극(103)은, 예를 들면, 실리콘(예를 들면, 폴리실리콘), 금속 실리사이드(예를 들면, 텅스텐 실리사이드(WSi), 니켈 실리사이드(NiSi), 코발트 실리사이드(CoSi), 또는 티탄 실리사이드(TiSi), 탄탈룸 실리사이드(TaSi)), 또는 금속(예를 들면, 텅스텐 또는 알루미늄), 및/또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 주변 게이트 스페이서(105)가 주변 게이트 전극(103)의 측벽들 상에 배치될 수 있다. 소오스/드레인 영역(107)은 기판 (100) 내에 배치되고, N형의 불순물(예를 들어, 인(P)) 또는 P형의 불순물(예를 들어, 보론(B))을 포함할 수 있다. 주변회로 소자(PT)를 덮는 주변 보호층(109)이 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 주변 보호층(109)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 주변회로 소자(PT)는, 예를 들면, 고전압 또는 저전압 트랜지스터를 포함할 수 있다.At least one peripheral circuit element PT may be disposed in the peripheral region PR. The peripheral circuit device PT may include a peripheral gate insulating film 101 , a peripheral gate electrode 103 on the peripheral gate insulating film 101 , and a source/drain region 107 adjacent to sidewalls of the peripheral gate electrode 103 . can The peripheral gate insulating film 101 is disposed on the substrate 100 and may include an oxide film, a high-k film, and/or a combination thereof. The peripheral gate electrode 103 is, for example, silicon (eg, polysilicon), metal silicide (eg, tungsten silicide (WSi), nickel silicide (NiSi), cobalt silicide (CoSi), or titanium silicide). (TiSi), tantalum silicide (TaSi)), or a metal (eg, tungsten or aluminum), and/or combinations thereof. A peripheral gate spacer 105 may be disposed on sidewalls of the peripheral gate electrode 103 . The source/drain regions 107 are disposed in the substrate 100 and may include N-type impurities (eg, phosphorus (P)) or P-type impurities (eg, boron (B)). . A peripheral protective layer 109 covering the peripheral circuit element PT may be disposed on the substrate 100 . The peripheral passivation layer 109 may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. The peripheral circuit element PT may include, for example, a high voltage or a low voltage transistor.

적층 구조체들(30)은 셀 영역(CR) 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 적층 구조체들(30)의 각각은 셀 영역(CAA)에서 연결 영역(CTA)으로 연장될 수 있다. 적층 구조체들(30)의 각각은 기판(100)의 표면에 평행한 제1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있다. 적층 구조체들(30)은, 기판(100)의 표면과 평행하고 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 서로 분리되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 적층 구조체들(30)은 제1 방향(D1)으로 연장하는 트렌치(150)에 의해 제2 방향(D2)으로 서로 분리될 수 있다. The stack structures 30 may be disposed in the cell region CR. For example, each of the stack structures 30 may extend from the cell area CAA to the connection area CTA. Each of the stack structures 30 may extend in a first direction D1 parallel to the surface of the substrate 100 . The stacked structures 30 may be disposed to be separated from each other in a second direction D2 parallel to the surface of the substrate 100 and perpendicular to the first direction D1 . For example, the stack structures 30 may be separated from each other in the second direction D2 by the trench 150 extending in the first direction D1 .

적층 구조체들(30)의 각각은 기판(100) 상에 교대로 반복적으로 적층된 게이트 전극들(GE) 및 절연막들(110)을 포함할 수 있다. 절연막들(110) 중 일부는 다른 절연막들(110)보다 두껍거나 얇을 수 있다. 예를 들면, 최하층의 절연막(110-1)의 두께는 다른 절연막들(110) 보다 얇을 수 있다. 예를 들면, 기판(100)으로부터 2번째의 절연막(110-2)과 최상층 절연막(110-3)은 다른 절연막들(110) 보다 두꺼울 수 있다. 절연막들(110)의 각각은 예를 들면, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. Each of the stack structures 30 may include gate electrodes GE and insulating layers 110 alternately and repeatedly stacked on the substrate 100 . Some of the insulating layers 110 may be thicker or thinner than other insulating layers 110 . For example, the thickness of the lowermost insulating layer 110 - 1 may be thinner than that of other insulating layers 110 . For example, the second insulating layer 110 - 2 and the uppermost insulating layer 110 - 3 from the substrate 100 may be thicker than the other insulating layers 110 . Each of the insulating layers 110 may include, for example, silicon oxide.

게이트 전극들(GE)의 각각은 도전막을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 게이트 전극들(GE)의 각각은 반도체막(예를 들면, 불순물이 도핑된 실리콘막), 금속 실리사이드막(예를 들면, 코발트 실리사이드막, 니켈 실리사이드막, 티타늄 실리사이드막, 텅스텐 실리사이드막, 또는 탄탈룸 실리사이드막), 금속 질화막(예를 들면, 티타늄 질화막, 텅스텐 질화막, 또는 탄탈룸 질화막), 금속막(예를 들면, 텅스텐막, 니켈막, 코발트막, 티타늄막, 또는 탄탈룸막) 및/또는 이들의 조합막을 포함할 수 있다. Each of the gate electrodes GE may include a conductive film. For example, each of the gate electrodes GE may include a semiconductor film (eg, a silicon film doped with impurities), a metal silicide film (eg, For example, a cobalt silicide film, a nickel silicide film, a titanium silicide film, a tungsten silicide film, or a tantalum silicide film), a metal nitride film (eg, a titanium nitride film, a tungsten nitride film, or a tantalum nitride film), a metal film (eg, tungsten film, nickel film, cobalt film, titanium film, or tantalum film) and/or a combination film thereof.

반도체 메모리 장치는 3차원 메모리 장치일 수 있다. 예를 들면, 반도체 메모리 장치는 3차원 낸드 플래시 메모리 장치일 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극들(GE)은 메모리 셀들의 제어 게이트 전극들로 사용될 수 있다. 예를 들면, 최상층의 게이트 전극(GE3) 및 최하층의 게이트 전극(GE1) 사이의 게이트 전극들(GE2)은 제어 게이트 전극들(예를 들면, 워드라인)로 사용될 수 있다. 게이트 전극들(GE2)은 셀 채널 구조체들(200a)과 결합하여 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 따라서, 기판(100)의 셀 어레이 영역(CAA)에는 수직으로 배열된 메모리 셀들을 포함하는 수직 메모리 셀 스트링들이 제공될 수 있다. 최하층 및 최상층의 게이트 전극들(GE1, GE3)은 선택 트랜지스터들(SST, GST)의 게이트 전극들로 이용될 수 있다. 예를 들면, 최상층의 게이트 전극(GE3)은 비트 라인(BL)과 셀 채널 구조체들(200a) 사이의 전기적 연결을 제어하는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극으로 사용되고, 최하층의 게이트 전극(GE1)은 공통 소오스 영역(152)과 셀 채널 구조체들(200a) 사이의 전기적 연결을 제어하는 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극으로 사용될 수 있다.The semiconductor memory device may be a 3D memory device. For example, the semiconductor memory device may be a 3D NAND flash memory device. Accordingly, the gate electrodes GE may be used as control gate electrodes of the memory cells. For example, the gate electrodes GE2 between the uppermost gate electrode GE3 and the lowermost gate electrode GE1 may be used as control gate electrodes (eg, word lines). The gate electrodes GE2 may be combined with the cell channel structures 200a to form memory cells. Accordingly, vertical memory cell strings including vertically arranged memory cells may be provided in the cell array area CAA of the substrate 100 . The lowermost and uppermost gate electrodes GE1 and GE3 may be used as gate electrodes of the selection transistors SST and GST. For example, the uppermost gate electrode GE3 is used as a gate electrode of the string select transistor SST that controls the electrical connection between the bit line BL and the cell channel structures 200a, and the lowermost gate electrode GE1 ) may be used as a gate electrode of the ground selection transistor GST for controlling an electrical connection between the common source region 152 and the cell channel structures 200a.

적층 구조체들(30)의 각각은 연결 영역(CTA)에서 계단식 구조(stepwise structure)의 단부(30e)를 가질 수 있다. 예를 들면, 연결 영역(CTA)에서, 게이트 전극들(GE)의 각각은 셀 어레이 영역(CAA)으로부터 제1 방향(D1)으로 연장하는 패드부(GEP)를 가질 수 있다. 예를 들면, 연결 영역(CTA)에서, 적층 구조체들(30) 각각의 수직적 높이는 경계 영역(BR)에 근접할수록 계단식으로 작아질 수 있다. 적층 구조체들(30)을 덮는 몰드 절연층(118)이 연결 영역(CTA), 경계 영역(BR), 및 주변회로 영역(PR)에 배치될 수 있다. 예를 들면, 몰드 절연층(118)은 적층 구조체들(30)의 단부들(30e) (예를 들면, 게이트 전극들(GE)의 패드부들(GEP))을 덮을 수 있다. 몰드 절연층(118)은 경계 영역(BR)에서 기판(100)과 접할 수 있다. 몰드 절연층(118)은 주변 보호층(109) 상에 배치될 수 있다. 몰드 절연층(118)은 주변회로 소자(PT)를 덮을 수 있다. 몰드 절연층(118)은 산화막 또는 저유전체(low-K dielctric) 막을 포함할 수 있다. Each of the stack structures 30 may have an end 30e of a stepwise structure in the connection area CTA. For example, in the connection area CTA, each of the gate electrodes GE may have a pad part GEP extending from the cell array area CAA in the first direction D1 . For example, in the connection area CTA, the vertical height of each of the stack structures 30 may be decreased in a stepwise manner as it approaches the boundary area BR. A mold insulating layer 118 covering the stacked structures 30 may be disposed in the connection area CTA, the boundary area BR, and the peripheral circuit area PR. For example, the mold insulating layer 118 may cover the ends 30e of the stacked structures 30 (eg, the pad parts GEP of the gate electrodes GE). The mold insulating layer 118 may contact the substrate 100 in the boundary region BR. The mold insulating layer 118 may be disposed on the peripheral protective layer 109 . The mold insulating layer 118 may cover the peripheral circuit device PT. The mold insulating layer 118 may include an oxide layer or a low-K dielectric layer.

셀 채널 구조체들(200a)은 적층 구조체들(30)의 각각을 관통하여 기판(100)에 연결될 수 있다. 즉, 셀 채널 구조체들(200a)은 기판(100)과 접속하고 기판(100)의 표면에 대해 수직한 제3 방향(D3)으로 연장되며, 적층 구조체들(30)의 각각에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들면, 셀 채널 구조체들(200a)은 적층 구조체들(30)의 각각의 게이트 전극들(GE)에 의해 둘러싸일 수 있다. 평면도로 볼 때, 셀 채널 구조체들(200a)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 예를 들면, 셀 채널 구조체들(200a)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2 방향(D2)으로 서로 이웃하고 제1 방향(D1)을 따라 지그재그로 형태로 배열되는 한 쌍의 셀 채널 구조체들(200a)의 열들이 제2 방향(D2)를 따라 반복하여 배치될 수 있다. 즉, 한 쌍의 셀 채널 구조체들(200a)의 열들이 적층 구조체들(30)의 각각을 관통할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 방향(D1)으로 지그재그로 형태로 배열되는 하나의 셀 채널 구조체들(200a)의 열이 제2 방향(D2)를 따라 반복하여 배치되거나, 제2 방향(D2)에서 서로 이웃하고 제1 방향(D1)으로 지그재그로 형태로 배열되는 3 개 이상의 셀 채널 구조체들(200a)의 열들이 제2 방향(D2)를 따라 반복하여 배치될 수 있다. The cell channel structures 200a may pass through each of the stack structures 30 to be connected to the substrate 100 . That is, the cell channel structures 200a may be connected to the substrate 100 and extend in a third direction D3 perpendicular to the surface of the substrate 100 , and may be surrounded by each of the stacked structures 30 . have. For example, the cell channel structures 200a may be surrounded by respective gate electrodes GE of the stack structures 30 . When viewed in a plan view, the cell channel structures 200a may be arranged in the first direction D1 and the second direction D2 . For example, as shown in FIG. 2A , the cell channel structures 200a are a pair of cell channel structures adjacent to each other in the second direction D2 and arranged in a zigzag shape along the first direction D1. Columns of the columns 200a may be repeatedly arranged along the second direction D2. That is, columns of the pair of cell channel structures 200a may pass through each of the stacked structures 30 . According to some embodiments, a row of one cell channel structures 200a arranged in a zigzag form in the first direction D1 is repeatedly disposed along the second direction D2 or the second direction D2 ), columns of three or more cell channel structures 200a adjacent to each other and arranged in a zigzag form in the first direction D1 may be repeatedly arranged along the second direction D2.

셀 채널 구조체들(200a)의 각각은 제1 반도체 패턴(126a), 제1 채널 패턴(140a), 및 제1 정보저장 패턴(130a)을 포함할 수 있다. 셀 구조체들(200a)의 각각은 제1 매립절연 패턴(144a)을 더 포함할 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130a), 제1 채널 패턴(140a), 및 제1 매립절연 패턴(144a)은 제1 반도체 패턴(126a) 상에 배치될 수 있다. Each of the cell channel structures 200a may include a first semiconductor pattern 126a, a first channel pattern 140a, and a first data storage pattern 130a. Each of the cell structures 200a may further include a first buried insulating pattern 144a. The first data storage pattern 130a, the first channel pattern 140a, and the first buried insulating pattern 144a may be disposed on the first semiconductor pattern 126a.

제1 반도체 패턴(126a)은 기판(100)과 직접 접속하며, 기판(100) 내부로 연장될 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a)의 일부는 기판(100) 내에 매립되고, 그 것의 다른 일부는 기판(100) 상에 수직으로 돌출된 필라 형상을 가질 수 있다. 제1 반도체 패턴(126a)은, 기판(100)의 표면으로부터 제1 반도체 패턴(126a)의 상면까지의 최대 높이인, 제1 높이(T1)를 가질 수 있다. 즉, 제1 높이(T1)는 최하층 게이트 전극(GE1)의 두께 보다 클 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a)의 상면은 최하층 게이트 전극(GE1)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 제1 반도체 패턴(126a)의 상면은 기판(100)으로부터 2번째 절연막(110-2)의 상면 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 제1 반도체 패턴(126a)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다, 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a)은 단결정 실리콘 또는 폴리 실리콘을 포함하는 에피텍셜 패턴일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 반도체 패턴(126a)은 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 반도체 화합물, 또는 II-VI족 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 제1 반도체 패턴(126a)은 불순물이 언도프트된 패턴이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물이 도핑된 패턴일 수 있다. The first semiconductor pattern 126a is directly connected to the substrate 100 and may extend into the substrate 100 . For example, a portion of the first semiconductor pattern 126a may be buried in the substrate 100 , and another portion thereof may have a pillar shape vertically protruding from the substrate 100 . The first semiconductor pattern 126a may have a first height T1 that is the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the first semiconductor pattern 126a. That is, the first height T1 may be greater than the thickness of the lowermost gate electrode GE1 . For example, the upper surface of the first semiconductor pattern 126a may be positioned at a level higher than the upper surface of the lowermost gate electrode GE1 . The top surface of the first semiconductor pattern 126a may be positioned at a level lower than the top surface of the second insulating layer 110 - 2 from the substrate 100 . The first semiconductor pattern 126a may include silicon (Si). For example, the first semiconductor pattern 126a may be an epitaxial pattern including single crystal silicon or polysilicon. In some embodiments, the first semiconductor pattern 126a may include germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a group III-V semiconductor compound, or a group II-VI semiconductor compound. The first semiconductor pattern 126a may be an undoped pattern or a pattern doped with an impurity having the same conductivity type as that of the substrate 100 .

제1 반도체 패턴(126a)의 측벽 상에 게이트 산화막(156)이 배치될 수 있다. 게이트 산화막(156)은 최하층 게이트 전극(GE1)과 제1 반도체 패턴(126a) 사이에 배치될 수 있다. 게이트 산화막(156)은 실리콘 산화막(예를 들어, 열 산화막)을 포함할 수 있다. 게이트 산화막(156)은 불룩한 형태를 가질 수 있다. 제1 반도체 패턴(126a)은 일부가 오목한 측벽(126as)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a)의 측벽(126as)의 일부는 게이트 산화막(156)에 의해 오목해질 수 있다.A gate oxide layer 156 may be disposed on a sidewall of the first semiconductor pattern 126a. The gate oxide layer 156 may be disposed between the lowermost gate electrode GE1 and the first semiconductor pattern 126a. The gate oxide layer 156 may include a silicon oxide layer (eg, a thermal oxide layer). The gate oxide layer 156 may have a bulging shape. The first semiconductor pattern 126a may have a partially concave sidewall 126as. For example, a portion of the sidewall 126as of the first semiconductor pattern 126a may be concave by the gate oxide layer 156 .

제1 채널 패턴(140a)은 제1 반도체 패턴(126a) 상에 배치되고 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 제1 반도체 패턴(126a)과 접속할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 제1 정보저장 패턴(130a)과 제1 매립절연 패턴(144a) 사이에 배치될 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)의 상단은 오픈된(opened) 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 채널 패턴(140a)은 상단 및 하단이 모두 오픈된 형태, 속이 빈 실린더 형태, 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 채널 패턴(140a)은 원기둥 형태일 수 있다. 이 경우, 셀 채널 구조체(200a)는 제1 매립절연 패턴(144a)을 포함하지 않을 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 다결정 반도체 물질, 비정질 반도체 물질 또는 단결정 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 불순물이 언도프트된 반도체 물질이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물이 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다. The first channel pattern 140a may be disposed on the first semiconductor pattern 126a and may extend in the third direction D3 . The first channel pattern 140a may be connected to the first semiconductor pattern 126a. The first channel pattern 140a may be disposed between the first data storage pattern 130a and the first buried insulating pattern 144a. An upper end of the first channel pattern 140a may have an open shape. According to some embodiments, the first channel pattern 140a may have an open top and bottom end, a hollow cylinder shape, or a macaroni shape. According to some embodiments, the first channel pattern 140a may have a cylindrical shape. In this case, the cell channel structure 200a may not include the first buried insulating pattern 144a. The first channel pattern 140a may include a polycrystalline semiconductor material, an amorphous semiconductor material, or a single crystal semiconductor material. The first channel pattern 140a may include at least one of silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), or a mixture thereof. may contain one. The first channel pattern 140a may include a semiconductor material undoped with impurities or a semiconductor material doped with impurities having the same conductivity type as that of the substrate 100 .

제1 정보저장 패턴(130a)은 적층 구조체(30)와 제1 채널 패턴(140a) 사이에 배치될 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130a)은 제1 반도체 기판(126a) 상에 배치되며 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130a)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 형태를 가질 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130a)은 데이터를 저장하는 박막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 정보저장 패턴(130a)은 그것에 저장되는 데이터가 셀 채널 구조체(200a)와 게이트 전극들(GE) 사이의 전압 차이 또는 그에 따른 파울러-노던하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 효과를 이용하여 변경될 수 있도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는 것은 아니다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 정보저장 패턴(130a)은 다른 동작 원리에 기초하여 데이터를 저장하는 것이 가능한 박막(예를 들면, 상변화 메모리 장치를 위한 박막 또는 가변저항 메모리 장치를 위한 박막)을 포함할 수도 있다.The first data storage pattern 130a may be disposed between the stacked structure 30 and the first channel pattern 140a. The first data storage pattern 130a is disposed on the first semiconductor substrate 126a and may extend in the third direction D3. The first data storage pattern 130a may have an open top and bottom. The first data storage pattern 130a may include a thin film for storing data. For example, in the first data storage pattern 130a, the data stored therein is a voltage difference between the cell channel structure 200a and the gate electrodes GE or a Fowler-Nordheim tunneling effect resulting therefrom. It may be configured to be changed using , but is not limited thereto. According to some embodiments, the first data storage pattern 130a is a thin film capable of storing data based on a different operating principle (eg, a thin film for a phase change memory device or a thin film for a variable resistance memory device) may include

도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 정보저장 패턴(130)은 게이트 전극들(GE)에 인접한 제1 블로킹 절연막(132), 제1 채널 패턴(140a)과 접하는 터널 절연막(136), 및 이들 사이의 전하 저장막(134)을 포함할 수 있다. 터널 절연막(136)은, 예를 들면, 실리콘 산화막일 수 있다. 전하 저장막(134)은 트랩 절연막 또는 도전성 나노 입자들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막일 수 있다. 트랩 절연막은, 예를 들면, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막 및/또는 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 단일 막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막을 포함하는 단일막일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 제1 블로킹 절연막(132)은 알루미늄 산화막 및/또는 하프늄 산화막을 포함하는 복수의 박막들을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6A , the first data storage pattern 130 includes a first blocking insulating layer 132 adjacent to the gate electrodes GE, a tunnel insulating layer 136 in contact with the first channel pattern 140a, and these It may include a charge storage layer 134 therebetween. The tunnel insulating layer 136 may be, for example, a silicon oxide layer. The charge storage layer 134 may be a trap insulating layer or an insulating layer including conductive nano dots. The trap insulating layer may include, for example, silicon nitride. The first blocking insulating layer 132 may include a silicon oxide layer and/or a high-k layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). The first blocking insulating film 132 may be formed of a single film or a plurality of thin films. According to some embodiments, the first blocking insulating layer 132 may be a single layer including a silicon oxide layer. According to other embodiments, the first blocking insulating layer 132 may include a plurality of thin films including an aluminum oxide layer and/or a hafnium oxide layer.

제2 블로킹 절연막(158)이 게이트 전극들(GE)과 셀 채널 구조체(200a) 사이, 및 절연막들(110)과 게이트 전극들(GE) 사이에 더 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 블로킹 절연막(158)은 게이트 전극들(GE)과 셀 채널 구조체(200a) 사이에 개재된 부분, 및 게이트 전극들(GE)의 상면과 하면을 덮는 부분을 포함할 수 있다. 제2 블로킹 절연막(158)은 단일막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(158)은 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 및/또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 블로킹 절연막(158)은 형성되지 않을 수 있다. A second blocking insulating layer 158 may be further disposed between the gate electrodes GE and the cell channel structure 200a and between the insulating layers 110 and the gate electrodes GE. For example, the second blocking insulating layer 158 may include a portion interposed between the gate electrodes GE and the cell channel structure 200a and a portion covering upper and lower surfaces of the gate electrodes GE. . The second blocking insulating layer 158 may be formed of a single layer or a plurality of thin films. The second blocking insulating layer 158 may include a high dielectric layer (eg, an aluminum oxide layer and/or a hafnium oxide layer). According to some embodiments, the second blocking insulating layer 158 may not be formed.

제1 매립절연 패턴(144a)은 제1 반도체 패턴(126a) 상에 배치되며 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제1 매립절연 패턴(144a)은 제1 채널 패턴(140a)에 의해 제공된 공간을 채우도록 배치될 수 있다. 제1 매립절연 패턴(144a)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. The first buried insulating pattern 144a is disposed on the first semiconductor pattern 126a and may extend in the third direction D3 . The first buried insulating pattern 144a may be disposed to fill a space provided by the first channel pattern 140a. The first buried insulating pattern 144a may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

연결 영역(CAA)에 제1 더미 채널 구조체들(200b)이 배치되고, 경계 영역(BR)에 제2 더미 채널 구조체들(200c)이 배치될 수 있다. 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)은 비활성 채널 구조체들(200b, 200c)이다.The first dummy channel structures 200b may be disposed in the connection area CAA, and the second dummy channel structures 200c may be disposed in the boundary area BR. The first and second dummy channel structures 200b and 200c are inactive channel structures 200b and 200c.

제1 더미 채널 구조체들(200b)은 몰드 절연층(118) 및 적층 구조체들(30)의 각각을 관통하여 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 제1 더미 채널 구조체들(200b)의 각각은 적층 구조체들(30)의 각각의 계단 형태의 단부(30e)를 관통할 수 있다. 예를 들면, 제1 더미 채널 구조체들(200b)의 각각은 해당하는 게이트 전극들(GE)의 패드부(GEP)의 단부, 그 것 아래의 배치된 적어도 하나의 게이트 전극들(GE)과 적어도 하나의 절연막들(110), 및 그 것 상에 배치된 몰드 절연층(118)을 관통할 수 있다. The first dummy channel structures 200b may be disposed on the substrate 100 through each of the mold insulating layer 118 and the stack structures 30 . Each of the first dummy channel structures 200b may pass through each of the step-shaped ends 30e of the stacked structures 30 . For example, each of the first dummy channel structures 200b may include at least one end of the pad portion GEP of the corresponding gate electrodes GE, at least one gate electrode GE disposed below the corresponding gate electrode GE, and at least one of the first dummy channel structures 200b. One of the insulating layers 110 and the mold insulating layer 118 disposed thereon may be penetrated.

일부 실시예들에 따르면, 셀 어레이 영역(CAA)에 제일 근접한 제1 더미 채널 구조체(200b)는 몰드 절연층(118), 최상층 게이트 전극(GE3)의 패드부(GEP)의 단부, 그 것 아래의 게이트 전극들(GE) 및 절연막들(110)을 관통하여 기판(100)과 접속할 수 있다. 셀 어레이 영역(CAA)으로부터 가장 멀게 배치된(혹은, 경계 영역(BR)에 가장 인접한) 제1 더미 채널 구조체(200b)는 몰드 절연층(118), 기판(100)으로부터 2번째 게이트 전극(GE2)의 패드부(GEP)의 단부, 최하층 게이트 전극(GE1), 기판(100)으로부터 2번째 절연막(110-2), 및 최하층 절연막(110-1)을 관통하여 기판(100)과 접속할 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 경계 영역(BR)에 가장 근접한 제1 더미 채널 구조체(200b)는 몰드 절연층(118), 최하층 게이트 전극(GE1)의 패드부(GEP)의 단부, 및 최하층 절연막(110-1)을 관통하여 기판(100)과 접속할 수 있다. 제1 더미 채널 구조체들(200b)은 도 2a 도시된 바와 같이 제1 방향(D1)에 평행한 2 열로 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 1 열 또는 3 열 이상으로 배열될 수 있다. According to some embodiments, the first dummy channel structure 200b closest to the cell array area CAA may include the mold insulating layer 118 and the end of the pad part GEP of the uppermost gate electrode GE3, below the mold insulating layer 118 . It may be connected to the substrate 100 through the gate electrodes GE and the insulating layers 110 . The first dummy channel structure 200b disposed furthest from the cell array area CAA (or closest to the boundary area BR) has the mold insulating layer 118 and the second gate electrode GE2 from the substrate 100 . ) of the pad portion GEP, the lowermost gate electrode GE1, the second insulating layer 110-2 from the substrate 100, and the lowermost insulating layer 110-1 may pass through the substrate 100 to be connected to the substrate 100 . According to other embodiments, the first dummy channel structure 200b closest to the boundary region BR may include the mold insulating layer 118, the end of the pad portion GEP of the lowest gate electrode GE1, and the lowest insulating layer ( 110 - 1) and may be connected to the substrate 100 . The first dummy channel structures 200b may be arranged in two rows parallel to the first direction D1 as shown in FIG. 2A , but is not limited thereto, and may be arranged in one column or three or more columns.

제1 더미 채널 구조체들(200b)의 각각은 제2 반도체 패턴(126b), 제2 채널 패턴(140b), 제2 정보저장 패턴(130b), 및 제2 매립절연 패턴(144b)을 포함할 수 있다. 제2 정보저장 패턴(130b), 제2 채널 패턴(140b), 및 제2 매립절연 패턴(144b)은 제2 반도체 패턴(126b) 상에 배치되고 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. Each of the first dummy channel structures 200b may include a second semiconductor pattern 126b, a second channel pattern 140b, a second data storage pattern 130b, and a second buried insulating pattern 144b. have. The second data storage pattern 130b, the second channel pattern 140b, and the second buried insulating pattern 144b may be disposed on the second semiconductor pattern 126b and may extend in the third direction D3.

제2 반도체 패턴(126b)은 기판(100)과 직접 접속되며, 기판(100) 내부로 연장될 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 패턴(126b)의 일부는 기판(100) 내에 매립되고, 제2 반도체 패턴(126b)의 다른 일부는 기판(100) 상에 수직으로 돌출된 필라 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 반도체 패턴들(126b) 중 일부(예를 들면, 경계 영역(BR)에 가장 인접한 제2 반도체 패턴(126b-1))은 제1 반도체 패턴(126a)보다 기판(100) 내로 더 깊게 연장될 수 있다. 제2 반도체 패턴(126b)은 해당하는 적층 구조체(30)의 하부에 배치될 수 있다. The second semiconductor pattern 126b may be directly connected to the substrate 100 and may extend into the substrate 100 . For example, a portion of the second semiconductor pattern 126b may be buried in the substrate 100 , and another portion of the second semiconductor pattern 126b may have a pillar shape that protrudes vertically from the substrate 100 . According to some embodiments, a portion of the second semiconductor patterns 126b (eg, the second semiconductor pattern 126b - 1 closest to the boundary region BR) is larger than the first semiconductor pattern 126a by the substrate. It may extend deeper into (100). The second semiconductor pattern 126b may be disposed under the corresponding stacked structure 30 .

제2 반도체 패턴(126b)의 상면은 최하층 게이트 전극(GE1)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 제2 반도체 패턴(126b)의 상면은 기판(100)으로부터 2번째 절연막(110-2)의 상면 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 제2 반도체 패턴들(126b)은 제1 서브 반도체 패턴(126b-1) 및 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)을 포함할 수 있다. 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)은 경계 영역(BR)(예를 들면, 제3 반도체 패턴(126c))에 가장 인접하고, 셀 어레이 영역(CAA)(예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a))으로부터 가장 멀리 배치될 수 있다. 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)은 셀 어레이 영역(CAA)(예를 들면, 제1 반도체 패턴(126a))에 가장 인접할 수 있다. 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)은 기판(100)의 표면으로부터 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 상면까지의 최대 높이인 제2 높이(T2)를 가질 수 있다. 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)은 기판(100)의 표면으로부터 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)의 상면까지의 최대 높이인 제3 높이(T3)를 가질 수 있다. 제2 및 제3 높이들(T2, T3)은 최하층 게이트 전극(GE1)의 두께 보다 클 수 있다. 제3 높이(T3)는 제1 반도체 패턴(126a)의 제1 높이(T1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 높이(T2)는 제1 및 제3 높이들(T1, T3) 보다 작을 수 있다. 제2 반도체 패턴(126b)은 제1 반도체 패턴(126a)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. The upper surface of the second semiconductor pattern 126b may be positioned at a level higher than the upper surface of the lowermost gate electrode GE1 . The upper surface of the second semiconductor pattern 126b may be positioned at a level lower than the upper surface of the second insulating layer 110 - 2 from the substrate 100 . The second semiconductor patterns 126b may include a first sub-semiconductor pattern 126b-1 and a second sub-semiconductor pattern 126b-2. The first sub-semiconductor pattern 126b - 1 is closest to the boundary region BR (eg, the third semiconductor pattern 126c), and the cell array region CAA (eg, the first semiconductor pattern 126c) 126a))). The second sub-semiconductor pattern 126b - 2 may be closest to the cell array area CAA (eg, the first semiconductor pattern 126a). The first sub-semiconductor pattern 126b - 1 may have a second height T2 that is the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 . The second sub-semiconductor pattern 126b - 2 may have a third height T3 that is the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the second sub-semiconductor pattern 126b - 2 . The second and third heights T2 and T3 may be greater than the thickness of the lowermost gate electrode GE1 . The third height T3 may be substantially the same as the first height T1 of the first semiconductor pattern 126a. The second height T2 may be smaller than the first and third heights T1 and T3 . The second semiconductor pattern 126b may include the same material as the first semiconductor pattern 126a.

제2 반도체 패턴(126b)의 측벽 상에 게이트 산화막(156)이 배치될 수 있다. 게이트 산화막(156)은 최하층 게이트 전극(GE1)과 제2 반도체 패턴(126b) 사이에 배치될 수 있다. 게이트 산화막(156)은 산화막(예를 들어 열 산화막)을 포함할 수 있다. 게이트 산화막(156)은 불룩한 형태를 가질 수 있다. 제2 반도체 패턴(126b)은 일부가 오목한 측벽(126bs)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 패턴(126b)의 측벽(126bs)의 일부는 게이트 산화막(156)에 의해 오목해질 수 있다.A gate oxide layer 156 may be disposed on a sidewall of the second semiconductor pattern 126b. The gate oxide layer 156 may be disposed between the lowermost gate electrode GE1 and the second semiconductor pattern 126b. The gate oxide layer 156 may include an oxide layer (eg, a thermal oxide layer). The gate oxide layer 156 may have a bulging shape. The second semiconductor pattern 126b may have a partially concave sidewall 126bs. For example, a portion of the sidewall 126bs of the second semiconductor pattern 126b may be concave by the gate oxide layer 156 .

결과적으로, 제2 반도체 패턴(126b)의 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 상면은 최하층 게이트 전극(GE1)의 상면 보다 높은 레벨로 위치할 수 있다. 게이트 산화막(156)은 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 측벽에 균일하게 형성되어 최하층 게이트 전극(GE1)과 제1 서브 반도체 패턴(126b) 사이의 절연 특성이 확보될 수 있다. 이에 따라, 제2 반도체 패턴(126b)를 통한 누설 전류 현상이 방지되어 고신뢰성의 메모리 반도체 장치가 구현될 수 있다. As a result, the upper surface of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 of the second semiconductor pattern 126b may be positioned at a higher level than the upper surface of the lowermost gate electrode GE1 . The gate oxide layer 156 is uniformly formed on the sidewall of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 to ensure insulation between the lowermost gate electrode GE1 and the first sub-semiconductor pattern 126b. Accordingly, a phenomenon of leakage current through the second semiconductor pattern 126b may be prevented, and thus a highly reliable memory semiconductor device may be realized.

제2 채널 패턴(140b)은 제2 반도체 패턴(126b)과 접속될 수 있다. 제2 채널 패턴(140b)은 제2 정보저장 패턴(130b)과 제2 매립절연 패턴(144b) 사이에 배치될 수 있다. 제2 패널 패턴(140b)은 제1 채널 패턴(140a)과 실질적으로 동일 형상을 가지며, 실질적으로 동일 물질을 포함할 수 있다. 제2 정보저장 패턴(130b)은 적층 구조체(30)와 제2 채널 패턴(140b) 사이에 배치될 수 있다. The second channel pattern 140b may be connected to the second semiconductor pattern 126b. The second channel pattern 140b may be disposed between the second data storage pattern 130b and the second buried insulating pattern 144b. The second panel pattern 140b may have substantially the same shape as the first channel pattern 140a and may include substantially the same material. The second data storage pattern 130b may be disposed between the stacked structure 30 and the second channel pattern 140b.

제2 정보저장 패턴(130b)은 제1 정보저장 패턴(130a)과 실질적으로 동일한 물질을 포함하고, 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 정보저장 패턴(130b)은 게이트 전극들(GE)에 인접한 제1 블로킹 절연막(132), 제2 채널 패턴(140b)과 접하는 터널 절연막(136), 및 이들 사이의 전하 저장막(134)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)의 일측은 게이트 전극(GE)에 인접하고, 제1 블로킹 절연막(132)의 타측은 몰드 절연층(118)과 접촉할 수 있다.The second data storage pattern 130b may include substantially the same material as the first data storage pattern 130a and may have substantially the same structure. For example, as shown in FIG. 6B , the second data storage pattern 130b includes a first blocking insulating layer 132 adjacent to the gate electrodes GE and a tunnel insulating layer 136 in contact with the second channel pattern 140b. ), and a charge storage layer 134 therebetween. One side of the first blocking insulating layer 132 may be adjacent to the gate electrode GE, and the other side of the first blocking insulating layer 132 may be in contact with the mold insulating layer 118 .

제2 블로킹 절연막(138)은 게이트 전극들(GE)과 제1 더미 채널 구조체(200b) 사이, 및 절연막들(110)과 게이트 전극들(GE) 사이에 더 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제2 블로킹 절연막(138)은 형성되지 않을 수 있다.The second blocking insulating layer 138 may be further disposed between the gate electrodes GE and the first dummy channel structure 200b and between the insulating layers 110 and the gate electrodes GE. According to some embodiments, the second blocking insulating layer 138 may not be formed.

제2 매립절연 패턴(144b)은 제2 반도체 패턴(126b) 상에 배치되며 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제2 매립절연 패턴(144b)은 제2 채널 패턴(140b)에 의해 제공된 공간을 채우도록 배치될 수 있다. 제2 매립절연 패턴(144b)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. The second buried insulating pattern 144b is disposed on the second semiconductor pattern 126b and may extend in the third direction D3 . The second buried insulating pattern 144b may be disposed to fill a space provided by the second channel pattern 140b. The second buried insulating pattern 144b may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

제2 더미 채널 구조체들(200c)은 경계 영역(BR)에서 몰드 절연층(118)을 관통할 수 있다. 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은 기판(100)과 접속될 수 있다. 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은, 평면도로 볼 때, 도 2a에 도시된 원 형상 또는 타원 형상을 가지거나, 도 2b에 도시된 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 평면도로 볼 때, 제2 방향(D2)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 적층 구조체들(30)과 이격되고, 적층 구조체들(30)의 각각에 인접하여 적어도 하나가 배치되고 제2 방향(D2)으로 열을 이루어 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 도 2c에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은, 평면도로 볼 때, 원 형상 또는 타원 형상을 가지고, 제2 방향(D2)에 평행한 2열로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제2 방향(D2)에 평행한 3열 이상으로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7a에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c) 각각은 바 형상을 가지고, 연결 영역(CTA)과 주변 영역(PR) 사이에서 제2 방향(D2)을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은 적층 구조체들(30)과 제1 방향(D1)에서 이격되고 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 제2 방향(D2)을 따라 연결 영역(CTA)과 주변 영역(PR) 사이에 배열되고, 제1 방향(D1)을 따라 셀 영역(CR)과 주변 영역(PR) 사이에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제2 더미 채널 구조체(200c)는 루프 형상으로 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다.The second dummy channel structures 200c may penetrate the mold insulating layer 118 in the boundary region BR. Each of the second dummy channel structures 200c may be connected to the substrate 100 . Each of the second dummy channel structures 200c may have a circular shape or an oval shape shown in FIG. 2A or a bar shape shown in FIG. 2B when viewed in plan view. 2A and 2B , the second dummy channel structures 200c may be arranged in a column along the second direction D2 in a plan view. For example, the second dummy channel structures 200c are spaced apart from the stacked structures 30 , and at least one is disposed adjacent to each of the stacked structures 30 and formed in a row in the second direction D2 . can be arranged. According to some embodiments, as shown in FIG. 2C , each of the second dummy channel structures 200c has a circular shape or an elliptical shape when viewed in a plan view, and has two rows parallel to the second direction D2. However, the present invention is not limited thereto and may be arranged in three or more rows parallel to the second direction D2. According to some embodiments, as shown in FIG. 7A , each of the second dummy channel structures 200c has a bar shape and moves in the second direction D2 between the connection area CTA and the peripheral area PR. It may be arranged to extend along. For example, each of the second dummy channel structures 200c may be spaced apart from the stack structures 30 in the first direction D1 and extend in the second direction D2 . According to some embodiments, as shown in FIGS. 7B and 7C , the second dummy channel structures 200c may surround the cell region CR. For example, the second dummy channel structures 200c are arranged between the connection area CTA and the peripheral area PR along the second direction D2 , and the cell area CR along the first direction D1 . ) and the peripheral region PR. According to some embodiments, as shown in FIG. 7D , the second dummy channel structure 200c may surround the cell region CR in a loop shape.

제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은 제3 반도체 패턴(126c), 제3 채널 패턴(140c), 제3 정보저장 패턴(130c), 및 제3 매립절연 패턴(144c)을 포함할 수 있다. 제3 정보저장 패턴(130c), 제3 채널 패턴(140c), 및 제3 매립절연 패턴(144c)은 제3 반도체 패턴(126c) 상에 배치되며 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. Each of the second dummy channel structures 200c may include a third semiconductor pattern 126c, a third channel pattern 140c, a third data storage pattern 130c, and a third buried insulating pattern 144c. have. The third data storage pattern 130c, the third channel pattern 140c, and the third buried insulating pattern 144c are disposed on the third semiconductor pattern 126c and may extend in the third direction D3.

제3 반도체 패턴(126c)은 기판(100)과 직접 접속하며, 기판(100) 내부로 연장될 수 있다. 예를 들면, 제3 반도체 패턴(126c)의 일부는 기판(100) 내에 매립되고, 그 것의 다른 일부는 기판(100) 상에 수직으로 돌출된 필라 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 반도체 패턴(126c)은 제1 반도체 패턴(126a)보다 기판(100) 내로 더 깊이 연장될 수 있다. 제3 반도체 패턴(126c)은 기판(100)의 표면으로부터 제3 반도체 패턴(126c)의 상면까지의 최대 높이인 제4 높이(T4)를 가질 수 있다. 제4 높이(T4)는 제1 반도체 패턴(126a)의 제1 높이(T1), 및 제2 반도체 패턴(126b)의 제2 및 제3 높이들(T2, T3)보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 제4 높이(T4)는 제2 높이(T2)보다 크고 제1 및 제3 높이들(T1, T3)보다 작을 수 있다. 제3 반도체 패턴(126c)은 제1 반도체 패턴(126a)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. The third semiconductor pattern 126c is directly connected to the substrate 100 and may extend into the substrate 100 . For example, a portion of the third semiconductor pattern 126c may be buried in the substrate 100 , and another portion thereof may have a pillar shape that protrudes vertically from the substrate 100 . According to some embodiments, the third semiconductor pattern 126c may extend deeper into the substrate 100 than the first semiconductor pattern 126a. The third semiconductor pattern 126c may have a fourth height T4 that is the maximum height from the surface of the substrate 100 to the upper surface of the third semiconductor pattern 126c. The fourth height T4 may be smaller than the first height T1 of the first semiconductor pattern 126a and the second and third heights T2 and T3 of the second semiconductor pattern 126b. According to some embodiments, as shown in FIG. 5 , the fourth height T4 may be greater than the second height T2 and smaller than the first and third heights T1 and T3 . The third semiconductor pattern 126c may include the same material as the first semiconductor pattern 126a.

제3 반도체 패턴(126c)의 측벽 상에 게이트 산화막(156)이 형성되지 않을 수 있다. 따라서 제3 반도체 패턴(126c)은 오목한 부분이 없는 측벽(126cs)을 가질 수 있다. 제3 반도체 패턴(126c)의 측벽(126cs)은 몰드 절연층(118)과 직접 접촉할 수 있다. The gate oxide layer 156 may not be formed on the sidewall of the third semiconductor pattern 126c. Accordingly, the third semiconductor pattern 126c may have a sidewall 126cs without a concave portion. The sidewall 126cs of the third semiconductor pattern 126c may directly contact the mold insulating layer 118 .

제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 상면들은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 상면들은 평평한 형상, 기판(100)에 대해 기울어진 형상, 또는 첨탑 형상 가질 수 있다. Top surfaces of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may have various shapes. For example, upper surfaces of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may have a flat shape, an inclined shape with respect to the substrate 100 , or a spire shape.

제3 수직 채널 패턴(140c)은 제3 반도체 패턴(126c)과 접속될 수 있다. 제3 수직 채널 패턴(140c)은 제3 정보저장 패턴(130c)과 제3 매립절연 패턴(144c) 사이에 배치될 수 있다. 제3 채널 패턴(140c)은 제1 채널 패턴(140a)과 실질적으로 동일 형상을 가지며, 실질적으로 동일 물질을 포함할 수 있다. The third vertical channel pattern 140c may be connected to the third semiconductor pattern 126c. The third vertical channel pattern 140c may be disposed between the third data storage pattern 130c and the third buried insulating pattern 144c. The third channel pattern 140c may have substantially the same shape as the first channel pattern 140a and may include substantially the same material.

제3 정보저장 패턴(130c)은 몰드 절연층(118)과 제3 채널 패턴(140c) 사이에 배치될 수 있다. 제3 정보저장 패턴(130c)은 제1 정보저장 패턴(130a)과 실질적으로 동일한 물질을 포함하고, 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제3 정보저장 패턴(130c)은 몰드 절연층(118) 접하는 제1 블로킹 절연막(132), 제3 수직 채널 패턴(140c)과 접하는 터널 절연막(136), 및 이들 사이의 전하 저장막(134)을 포함할 수 있다. The third data storage pattern 130c may be disposed between the mold insulating layer 118 and the third channel pattern 140c. The third data storage pattern 130c may include substantially the same material as the first data storage pattern 130a and may have substantially the same structure. For example, as shown in FIG. 6C , the third data storage pattern 130c includes the first blocking insulating layer 132 in contact with the mold insulating layer 118 and the tunnel insulating layer 136 in contact with the third vertical channel pattern 140c. ), and a charge storage layer 134 therebetween.

제3 매립절연 패턴(144c)은 제3 반도체 패턴(126c) 상에 배치되며 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 제3 매립절연 패턴(144c)은 제3 채널 패턴(140c)에 의해 제공된 공간을 채우도록 배치될 수 있다. 제3 매립절연 패턴(144c)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. The third buried insulating pattern 144c is disposed on the third semiconductor pattern 126c and may extend in the third direction D3 . The third buried insulating pattern 144c may be disposed to fill a space provided by the third channel pattern 140c. The third buried insulating pattern 144c may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

도전 패드들(128)의 각각이 셀 채널 구조체들(200a)의 각각, 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)의 각각 상에 배치될 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 도전 물질을 포함할 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 불순물이 도핑된 불순물 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도전 패드(128)에 접하는 셀 채널 구조체(200a)의 일단은 드레인 영역을 포함할 수 있다. Each of the conductive pads 128 may be disposed on each of the cell channel structures 200a and on each of the first and second dummy channel structures 200b and 200c. Each of the conductive pads 128 may include a conductive material. Each of the conductive pads 128 may include an impurity region doped with an impurity. According to some embodiments, one end of the cell channel structure 200a in contact with the conductive pad 128 may include a drain region.

공통 소오스 영역(152)이 적층 구조체들(30)을 서로 분리하는 트렌치(150)에 노출된 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 예를 들면, 공통 소오스 영역(152)은 적층 구조체들(30) 사이의 기판(100) 내에 배치되고 제1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있다. 공통 소오스 영역(152)은 예를 들어, N형의 불순물(예를 들어, 비소(As) 또는 인(P))을 포함할 수 있다. A common source region 152 may be formed in the substrate 100 exposed to the trench 150 separating the stack structures 30 from each other. For example, the common source region 152 may be disposed in the substrate 100 between the stack structures 30 and may extend in the first direction D1 . The common source region 152 may include, for example, N-type impurities (eg, arsenic (As) or phosphorus (P)).

공통 소오스 플러그(166)가 트렌치(150) 내에 형성되어 공통 소오스 영역(152)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 소오스 플러그(166)는 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 분리 절연 스페이서(162)가 적층 구조체들(30)과 공통 소오스 플러그(166) 사이에 배치될 수 있다. 분리 절연 스페이서(162)는 적층 구조체들(30)의 측벽을 덮을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 분리 절연 스페이서(162)는 서로 인접하는 적층 구조체들(30) 사이를 채울 수 있으며, 홀 형태를 가지는 공통 소오스 플러그(166)가 분리 절연 스페이서(162)를 관통하여 공통 소오스 영역(152)과 접촉할 수 있다. 분리 절연 스페이서(162)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 저유전(low-k) 물질을 포함할 수 있다. 공통 소오스 플러그(166)는 도전 물질(예를 들면, 텅스텐, 구리, 실리콘, 또는 알루미늄)을 포함할 수 있다. 추가로, 공통 소오스 플러그(166)는 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 장벽 금속층은 전이 금속(예를 들면, 티타늄 또는 탄탈룸) 또는 도전성 금속질화물(예를 들면, 질화티타늄 또는 질화탄탈룸) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A common source plug 166 may be formed in the trench 150 to be electrically connected to the common source region 152 . The common source plug 166 may extend in the first direction D1 . A separation insulating spacer 162 may be disposed between the stack structures 30 and the common source plug 166 . The isolation insulating spacer 162 may cover sidewalls of the stack structures 30 . According to some embodiments, the isolation insulating spacer 162 may fill between the stacked structures 30 adjacent to each other, and the common source plug 166 having a hole shape passes through the isolation insulating spacer 162 to provide a common common source plug 166 . It may contact the source region 152 . The isolation insulating spacer 162 may include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material. The common source plug 166 may include a conductive material (eg, tungsten, copper, silicon, or aluminum). Additionally, the common source plug 166 may include a barrier metal layer. For example, the barrier metal layer may include at least one of a transition metal (eg, titanium or tantalum) or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride).

캡핑 절연층(148)과 제1 층간 절연층(170)이 적층 구조체들(30) 및 몰드 절연층(118) 상에 배치될 수 있다. 제1 층간 절연층(170)은 공통 소오스 플러그(166)를 덮을 수 있다. 제1 층간 절연층(170)과 캡핑 절연층(148)을 관통하여 도전 패드들(128) 각각에 접속하는 서브 비트 라인 콘택들(168), 및 서브 비트 라인 콘택들(168)과 접속하는 서브 비트 라인들(SBL)이 셀 어레이 영역(CAA)에 배치될 수 있다. 서브 비트 라인들(SBL)의 각각은 제1 층간 절연층(170) 상에 배치되며 트렌치(150)를 사이에 두고 제2 방향(D2)에서 이웃하는 한 쌍의 셀 수직 채널 구조체들(200a)을 전기적으로 연결할 수 있다. A capping insulating layer 148 and a first interlayer insulating layer 170 may be disposed on the stack structures 30 and the mold insulating layer 118 . The first interlayer insulating layer 170 may cover the common source plug 166 . Sub bit line contacts 168 passing through the first interlayer insulating layer 170 and the capping insulating layer 148 to connect to each of the conductive pads 128 , and sub bit line contacts 168 connecting to the sub bit line contacts 168 . The bit lines SBL may be disposed in the cell array area CAA. Each of the sub-bit lines SBL is disposed on the first interlayer insulating layer 170 and has a pair of cell vertical channel structures 200a adjacent in the second direction D2 with the trench 150 interposed therebetween. can be electrically connected.

제1 층간 절연층(170) 상에 서브 비트 라인들(SBL)을 덮는 제2 층간 절연층(174)이 배치될 수 있다. 캡핑 절연층(148)과 제1 및 제2 층간 절연층들(170, 174)은 질화막 또는 산화막을 포함할 수 있다. A second interlayer insulating layer 174 covering the sub bit lines SBL may be disposed on the first interlayer insulating layer 170 . The capping insulating layer 148 and the first and second interlayer insulating layers 170 and 174 may include a nitride layer or an oxide layer.

연결 영역(CTA)에 게이트 전극들(GE)의 패드부들(GEP)과 접속하는 게이트 콘택들(180)이 배치될 수 있다. 게이트 콘택들(180)의 각각은 제1 및 제2 층간 절연층들(170, 174), 캡핑 절연층(148), 몰드 절연층(118), 및 제2 블로킹 절연막(158)을 관통할 수 있다. 게이트 콘택들(180)의 각각은 해당하는 게이트 전극(GE)의 패드부(GEP)와 접속할 수 있다. 게이트 콘택들(180)의 각각의 높이는 제1 방향(D1)에서 경계 영역(BR)에 근접할수록 커질 수 있다.Gate contacts 180 connecting to the pad parts GEP of the gate electrodes GE may be disposed in the connection area CTA. Each of the gate contacts 180 may penetrate the first and second interlayer insulating layers 170 and 174 , the capping insulating layer 148 , the mold insulating layer 118 , and the second blocking insulating layer 158 . have. Each of the gate contacts 180 may be connected to the pad portion GEP of the corresponding gate electrode GE. The height of each of the gate contacts 180 may increase as it approaches the boundary region BR in the first direction D1 .

주변 콘택(182)이 주변 영역(PR)에 배치될 수 있다. 주변 콘택(182)은 제1 및 제2 층간 절연층들(170, 174), 캡핑 절연층(148), 몰드 절연층(118), 및 주변 보호층(109)를 관통하여 적어도 주변회로 소자(PT)의 소오스/드레인 영역(107)과 접속할 수 있다. A peripheral contact 182 may be disposed in the peripheral area PR. The peripheral contact 182 penetrates through the first and second interlayer insulating layers 170 and 174, the capping insulating layer 148, the mold insulating layer 118, and the peripheral protective layer 109 to at least the peripheral circuit element ( It can be connected to the source/drain region 107 of the PT).

제2 층간 절연층(174) 상에 비트 라인들(BL), 제1 및 제2 배선들(M1, M2)이 배치될 수 있다. 비트 라인(BL)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 비트 라인들(BL)의 각각은 해당하는 비트라인 콘택들(176)을 통해 해당하는 서브 비트 라인들(SBL)과 연결될 수 있다. 결과적으로, 비트 라인들(BL)은 셀 수직 채널 구조체들(200a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 배선들(M1)은 게이트 콘택들(180)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 배선들(M1)의 각각은 동일 레벨에 위치하는 적층 구조체들(30)의 각각의 게이트 전극(GE)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 최하층 게이트 전극들(GE1)과 연결되는 제1 배선들(M1)은 서로 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 제2 배선들(M2)은 주변 콘택들(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 배선들(M2)은 제1 배선들(M1) 및/또는 비트 라인들(BL)과 전기적으로 연결될 수 있다.Bit lines BL and first and second wirings M1 and M2 may be disposed on the second interlayer insulating layer 174 . The bit line BL may extend in the second direction D2 . Each of the bit lines BL may be connected to the corresponding sub bit lines SBL through the corresponding bit line contacts 176 . As a result, the bit lines BL may be electrically connected to the cell vertical channel structures 200a. The first wirings M1 may be electrically connected to the gate contacts 180 . Each of the first wirings M1 may electrically connect each gate electrode GE of the stacked structures 30 positioned at the same level. According to some embodiments, the first wirings M1 connected to the lowermost gate electrodes GE1 may not be electrically connected to each other. The second wirings M2 may be electrically connected to the peripheral contacts 182 . The second wirings M2 may be electrically connected to the first wirings M1 and/or the bit lines BL.

서브 비트 라인 콘택(168), 서브 비트 라인(SBL), 비트 라인 콘택(176), 게이트 콘택(180) 및 주변 콘택(182)은 도전 물질(예를 들면, 텅스텐, 실리콘, 또는 구리)을 포함할 수 있다. 추가로, 서브 비트 라인 콘택(168), 서브 비트 라인(SBL), 비트 라인 콘택(176), 게이트 콘택(180) 및 주변 콘택(182)은 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 장벽 금속층은, 예를 들면, 전이 금속(예를 들면, 티타늄 또는 탄탈룸) 및/또는 도전성 금속질화물(예를 들면, 질화티타늄 또는 질화탄탈룸) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비트 라인(BL) 및 제1 및 제2 배선들(M1, M2)은 금속(예를 들면, 알루미늄 또는 구리)을 포함할 수 있다. Sub bit line contact 168 , sub bit line SBL , bit line contact 176 , gate contact 180 , and peripheral contact 182 include a conductive material (eg, tungsten, silicon, or copper). can do. Additionally, the sub bit line contact 168 , the sub bit line SBL , the bit line contact 176 , the gate contact 180 , and the peripheral contact 182 may include a barrier metal layer. The barrier metal layer may include, for example, at least one of a transition metal (eg, titanium or tantalum) and/or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride). The bit line BL and the first and second interconnections M1 and M2 may include metal (eg, aluminum or copper).

재1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)은 비트 라인(BL), 제1 배선(M1), 및 제2 배선(M2)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 따라서 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)은 전기적으로 격리될 수 있다. The first and second dummy channel structures 200b and 200c may not be electrically connected to the bit line BL, the first wiring M1, and the second wiring M2. Accordingly, the first and second dummy channel structures 200b and 200c may be electrically isolated.

도 8a 내지 18a, 및 도 8b 내지 18b는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들로서, 도 8a 내지 18a는 도 2a의 I-I'선에 대응하는 단면도들이고, 도 8b 내지 18b는 도 2a의 II-II'선에 대응하는 단면도들이다. 도 19a 내지 도 19c는 도 12a의 B1, 도 12b의 B2 및, 도12b의 B3 부분을 확대한 도면들이다.8A to 18A and 8B to 18B are views for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept. FIGS. 8A to 18A correspond to line I-I' of FIG. 2A. are cross-sectional views, and FIGS. 8B to 18B are cross-sectional views corresponding to the line II-II′ of FIG. 2A . 19A to 19C are enlarged views of portions B1 of FIG. 12A, B2 of FIG. 12B, and B3 of FIG. 12B.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 기판(100) 상에 주변 회로 소자(PT)및 적층 몰드 구조체(10)를 형성할 수 있다. 기판(100)은 셀 어레이 영역(CAA) 및 연결 영역(CTA)을 포함하는 셀 영역(CR), 셀 영역(CR)과 이격된 주변 영역(PR), 및 셀 영역(CR)의 연결 영역(CTA)과 주변 영역(PR) 사이의 경계 영역(BR)을 포함할 수 있다. 8A and 8B , the peripheral circuit device PT and the stacked mold structure 10 may be formed on the substrate 100 . The substrate 100 includes a cell area CR including a cell array area CAA and a connection area CTA, a peripheral area PR spaced apart from the cell area CR, and a connection area of the cell area CR. CTA) and a boundary area BR between the peripheral area PR.

기판(100)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 실리콘(Si) 단결정 기판, 게르마늄(Ge) 단결정 기판, 또는 실리콘-게르마늄(SiGe) 단결정 기판일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 SOI(Semiconductor on Insulator) 기판일 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 반도체 기판 상에 제공된 트랜지스터들을 보호하는 절연층 상에 배치된 반도체 활성층(예를 들면, 실리콘층, 실리콘-게르마늄층, 또는 게르마늄층)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 제 1 도전형(예를 들면, P형)의 반도체 기판일 수 있다. 기판(100)에 웰 영역(미도시)을 형성할 수 있다.The substrate 100 may include a semiconductor material. For example, the substrate 100 may be a silicon (Si) single crystal substrate, a germanium (Ge) single crystal substrate, or a silicon-germanium (SiGe) single crystal substrate. According to some embodiments, the substrate 100 may be a semiconductor on insulator (SOI) substrate. For example, the substrate 100 may include a semiconductor active layer (eg, a silicon layer, a silicon-germanium layer, or a germanium layer) disposed on an insulating layer that protects transistors provided on the semiconductor substrate. The substrate 100 may be a semiconductor substrate of the first conductivity type (eg, P-type). A well region (not shown) may be formed in the substrate 100 .

주변회로 소자(PT)는 주변 영역(PR)의 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 주변회로 소자(PT)는 주변 게이트 절연막(101), 주변 게이트 전극(103), 및 주변 게이트 전극(103)의 양측에 인접한 소오스/드레인 영역(107)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 주변회로 소자(PT)의 형성은 기판(100) 상에 차례로 주변 게이트 절연막(101) 및 주변 게이트 전극(103)을 형성하고, 주변 게이트 전극(103)의 양측에 인접한 기판(100)에 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역(107)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 주변 게이트 스페이서(107)가 주변 게이트 전극(103)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 주변회로 소자(PT)는 예를 들면, 저전압 또는 고전압 트랜지스터를 포함할 수 있다. 주변 보호층(109)이 주변회로 소자(PT)를 덮도록 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 주변 보호층(109)은 셀 영역(CR)과 경계 영역(BR)의 기판(100)을 노출시킬 수 있다. The peripheral circuit device PT may be formed on the substrate 100 in the peripheral region PR. The peripheral circuit device PT may include a peripheral gate insulating layer 101 , a peripheral gate electrode 103 , and a source/drain region 107 adjacent to both sides of the peripheral gate electrode 103 . For example, in the formation of the peripheral circuit device PT, the peripheral gate insulating layer 101 and the peripheral gate electrode 103 are sequentially formed on the substrate 100 , and the substrate 100 adjacent to both sides of the peripheral gate electrode 103 . ) by implanting impurities into the source/drain region 107 . A peripheral gate spacer 107 may be formed on a sidewall of the peripheral gate electrode 103 . The peripheral circuit element PT may include, for example, a low-voltage or high-voltage transistor. A peripheral protective layer 109 may be formed on the substrate 100 to cover the peripheral circuit element PT. The peripheral passivation layer 109 may expose the substrate 100 in the cell region CR and the boundary region BR.

주변 게이트 절연막(101)은 산화막(예를 들면, 실리콘 산화막) 또는 고유전체(high-k dielectic) 막을 포함할 수 있다. 주변 게이트 전극(103)은 실리콘(예를 들면, 폴리실리콘), 금속 실리사이드(예를 들면, 텅스텐 실리사이드(WSi), 니켈 실리사이드(NiSi), 코발트 실리사이드(CoSi), 또는 티탄 실리사이드(TiSi), 탄탈룸 실리사이드(TaSi)), 금속(예를 들면, 텅스텐 또는 알루미늄), 및/또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 주변 보호층(109)은 산화막, 또는 질화막을 포함할 수 있다.The peripheral gate insulating layer 101 may include an oxide layer (eg, a silicon oxide layer) or a high-k dielectic layer. The peripheral gate electrode 103 is formed of silicon (eg, polysilicon), metal silicide (eg, tungsten silicide (WSi), nickel silicide (NiSi), cobalt silicide (CoSi), or titanium silicide (TiSi), tantalum) silicide (TaSi)), a metal (eg, tungsten or aluminum), and/or combinations thereof. The peripheral protective layer 109 may include an oxide film or a nitride film.

몰드 구조체(10)는 셀 영역(CR)의 기판(100), 경계 영역(BR)의 기판(100) 및 주변 영역(PR)의 주변 보호층(109) 상에 형성될 수 있다. 몰드 구조체(10)는 절연막들(110)과 희생막들(112)이 교대로 반복 적층되어 형성될 수 있다. 몰드 구조체(10)는 복수의 절연막들(110) 및 복수의 희생막들(112)을 포함할 수 있다. 희생막들(112)은 절연막들(110)에 대해 식각 선택성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 희생막들(112)은 절연막들(110)에 비해 케미컬 용액을 이용한 습식 식각 공정에서 높은 식각 선택비를 가질 수 있다. 예를 들면, 절연막들(110)의 각각은 실리콘 산화막이고, 희생막들(112)의 각각은 실리콘 질화막일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 희생막들(112)의 각각은 실리콘 카바이드 막, 실리콘 막, 및 실리콘 게르마늄 막 중 어느 하나일 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 절연막들(110)의 각각은 실리콘 질화막이고, 희생막들(112)의 각각은 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드 막, 실리콘 막, 및 실리콘 게르마늄 막 중 어느 하나일 수 있다. The mold structure 10 may be formed on the substrate 100 of the cell region CR, the substrate 100 of the boundary region BR, and the peripheral protective layer 109 of the peripheral region PR. The mold structure 10 may be formed by alternately repeatedly stacking insulating layers 110 and sacrificial layers 112 . The mold structure 10 may include a plurality of insulating layers 110 and a plurality of sacrificial layers 112 . The sacrificial layers 112 may be formed of a material having etch selectivity with respect to the insulating layers 110 . For example, the sacrificial layers 112 may have higher etch selectivity compared to the insulating layers 110 in a wet etching process using a chemical solution. For example, each of the insulating layers 110 may be a silicon oxide layer, and each of the sacrificial layers 112 may be a silicon nitride layer. According to some embodiments, each of the sacrificial layers 112 may be any one of a silicon carbide layer, a silicon layer, and a silicon germanium layer. According to other embodiments, each of the insulating layers 110 may be a silicon nitride layer, and each of the sacrificial layers 112 may be any one of a silicon oxide layer, a silicon carbide layer, a silicon layer, and a silicon germanium layer.

절연막들(110) 및 희생막들(112)은 열적 화학기상 증착(Thermal CVD) 공정, 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정, 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다.The insulating layers 110 and the sacrificial layers 112 are formed using a Thermal CVD process, a plasma enhanced CVD process, or an Atomic Layer Deposition (ALD) process. can be formed by

희생막들(112)은 동일한 두께들을 가질 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 기판(100)과 접하는 절연막(110-1)은 열산화 공정 또는 증착 공정으로 형성된 실리콘 산화막일 수 있으며, 다른 절연막들(110)에 비해 얇게 형성될 수 있다. 기판(100)으로부터 두번째층의 절연막(110-2) 및 최상층의 절연막(110-3)은 다른 절연막들(110) 또는 희생막들(112)에 비해 두껍게 형성될 수 있다.The sacrificial layers 112 may have the same thickness. According to some embodiments, the insulating layer 110 - 1 in contact with the substrate 100 may be a silicon oxide layer formed by a thermal oxidation process or a deposition process, and may be formed thinner than other insulating layers 110 . The second insulating layer 110 - 2 and the uppermost insulating layer 110 - 3 from the substrate 100 may be formed to be thicker than other insulating layers 110 or sacrificial layers 112 .

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 몰드 구조체(10)는 연결 영역(CTA)에서 계단 구조(stepwise structure)를 갖도록 패턴될 수 있다. 즉, 몰드 구조체(10)는 계단 구조의 단부(10e)를 가질 수 있다. 예를 들면, 희생막들(112)은 계단 구조를 형성하는 패드부들(112a)을 가질 수 있다. 희생막들(112)의 각각의 패드부(112a)의 일부는 노출될 수 있다. 연결 영역(CTA)에서 몰드 구조체(10)의 수직적 높이가 셀 어레이 영역(CAA)에 인접할수록 계단식으로 증가할 수 있다. 9A and 9B , the mold structure 10 may be patterned to have a stepwise structure in the connection area CTA. That is, the mold structure 10 may have an end 10e of a step structure. For example, the sacrificial layers 112 may have pad parts 112a forming a step structure. A portion of each of the pad portions 112a of the sacrificial layers 112 may be exposed. The vertical height of the mold structure 10 in the connection area CTA may increase in a stepwise manner as it is adjacent to the cell array area CAA.

몰드 절연층(118)이 연결 영역(CTA) 및 주변 영역(PR)의 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 몰드 절연층(118)은 몰드 구조체(10)의 단부(10e)를 덮을 수 있다. 예를 들면, 몰드 절연층(118)은 희생막들(112)의 패드부들(112a)를 덮을 수 있다. 몰드 절연층(118)은 경계 영역(BR)의 기판(100)과 주변 보호층(109)을 덮을 수 있다. 몰드 절연층(118)은 경계 영역(BR)의 기판(100)과 접촉할 수 있다. 몰드 절연층(118)은 예를 들면, 산화막 또는 저유전체(low-k dielectic) 막을 포함할 수 있다.A mold insulating layer 118 may be formed on the substrate 100 in the connection area CTA and the peripheral area PR. The mold insulating layer 118 may cover the end 10e of the mold structure 10 . For example, the mold insulating layer 118 may cover the pad portions 112a of the sacrificial layers 112 . The mold insulating layer 118 may cover the substrate 100 and the peripheral protective layer 109 of the boundary region BR. The mold insulating layer 118 may be in contact with the substrate 100 in the boundary region BR. The mold insulating layer 118 may include, for example, an oxide film or a low-k dielectic film.

도 10a 및 10b를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAA), 연결 영역(CTA), 및 경계 영역(BR)에 제1 채널 홀들(120a), 제2 채널 홀들(120b), 및 제3 채널 개구부(120c)가 각각 형성될 수 있다.10A and 10B , first channel holes 120a, second channel holes 120b, and third channel openings in the cell array area CAA, the connection area CTA, and the boundary area BR. 120c) may be formed respectively.

셀 어레이 영역(CAA)에서, 제1 채널 홀들(120a)은 몰드 구조체(10)을 관통하고 기판(100)을 노출시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 채널 홀들(120a)은 몰드 구조체(10)를 이방성 식각하여 형성될 수 있다. 몰드 구조체(10)의 식각 시에 기판(100)이 과식각되어 리세스될 수 있다. 평면도로 볼 때, 제1 채널 홀들(120a)은 도 2a에 도시된 셀 채널 구조체들(200a)과 동일한 형태로 배열되도록 형성될 수 있다. In the cell array area CAA, the first channel holes 120a may penetrate the mold structure 10 and expose the substrate 100 . For example, the first channel holes 120a may be formed by anisotropically etching the mold structure 10 . When the mold structure 10 is etched, the substrate 100 may be over-etched and recessed. When viewed from a plan view, the first channel holes 120a may be formed to be arranged in the same shape as the cell channel structures 200a illustrated in FIG. 2A .

연결 영역(CTA)에서, 제2 채널 홀들(120b)은 몰드 절연층(118)과 계단 구조의 몰드 구조체(10)의 단부(10e)를 관통하여 기판(100)을 노출시킬 수 있다. 제2 채널 홀들(120b)은 몰드 절연층(118)과 몰드 구조체(10)를 이방성 식각하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 채널 홀들(120b)은 몰드 절연층(118)과 계단 모양의 희생막들(112)의 패드부(112a)의 단부와 그 것 아래의 적어도 하나의 절연막(110) 및 희생막(112)를 식각하여 형성될 수 있다. 제2 채널 홀들(120b) 형성 시에 기판(100)은 과식각되어 리세스될 수 있다. 제2 채널 홀들(120b)은 도 2a에 도시된 제1 더미 수직 채널 구조체들(200b)와 동일한 형태로 배열되도록 형성될 수 있다.In the connection area CTA, the second channel holes 120b may penetrate the mold insulating layer 118 and the end 10e of the step structure mold structure 10 to expose the substrate 100 . The second channel holes 120b may be formed by anisotropically etching the mold insulating layer 118 and the mold structure 10 . For example, the second channel holes 120b may include the mold insulating layer 118 and the end of the pad portion 112a of the step-shaped sacrificial layers 112 and at least one insulating layer 110 and the sacrificial layer below the mold insulating layer 118 . It may be formed by etching the layer 112 . When the second channel holes 120b are formed, the substrate 100 may be over-etched and recessed. The second channel holes 120b may be formed to be arranged in the same shape as the first dummy vertical channel structures 200b illustrated in FIG. 2A .

경계 영역(BR)에서, 제3 채널 개구부(120c)가 몰드 절연층(118)을 식각하여 형성될 수 있으며 기판(100)은 과식각되어 리세스될 수 있다. 제3 채널 개구부(120c)는 도 2a에 도시된 바와 같이 홀 형태를 가질 수 있다. 복수개의 제3 채널 개구부들(120c)이 제2 방향(D2)으로 열을 이루며 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 채널 개구부들(120c)은 홀 형태를 가지며, 도 2c에 도시된 바와 같이 제2 방향(D2)에 평행한 복수의 열로 배열되어 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 채널 개구부들(200c)은 도 7b에 도시된 바와 같이 각각 홀 형태를 가지며, 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 배치되며 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 2b에 도시된 바와 같이 제3 채널 개구부(120c)는 트렌치 형태 (또는 슬릿 형태)를 가질 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이 제3 채널 개구부(120c)는 트렌치 형태 (또는 슬릿 형태)를 가지고 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제3 채널 개구부(120c)는 트렌치 형태를 가지며, 도 7c 및 도 7d에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 방향(D1, D2)으로 연장되거나, 루프 형태로 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다. In the boundary region BR, the third channel opening 120c may be formed by etching the mold insulating layer 118 and the substrate 100 may be over-etched and recessed. The third channel opening 120c may have a hole shape as shown in FIG. 2A . A plurality of third channel openings 120c may be formed in a row in the second direction D2 . According to some embodiments, the third channel openings 120c may have a hole shape and may be arranged in a plurality of rows parallel to the second direction D2 as shown in FIG. 2C . According to some embodiments, each of the third channel openings 200c has a hole shape as shown in FIG. 7B , is disposed in the first direction D1 and the second direction D2 , and is disposed in the cell region CR. ) can be enclosed. According to some embodiments, as shown in FIG. 2B , the third channel opening 120c may have a trench shape (or a slit shape). As shown in FIG. 7A , the third channel opening 120c may have a trench shape (or a slit shape) and may extend in the second direction D2 . According to some embodiments, the third channel opening 120c has a trench shape and extends in the first and second directions D1 and D2 as shown in FIGS. 7C and 7D , or a cell region in a loop shape. (CR) can be surrounded.

도 11a 내지 도 11b를 참조하면, 제1 채널 홀들(120a), 제2 채널 홀들(120b), 및 제3 채널 개구부(120c)에 제1 반도체 패턴(126a), 제2 반도체 패턴(126b), 및 제3 반도체 패턴(126c)이 각각 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 각각은 기판(100)과 접속할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c) 각각의 일부는 기판(100) 내에 매립되고, 각각의 다른 일부는 기판(100) 상으로 돌출되어 필라 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패턴들(126a, 126b)은 희생막들(112) 중 최하층 희생막(112)의 상면보다 높고 기판(100)으로부터 두번?? 절연막(110-2)의 상면보다 낮은 레벨에 위치하는 상면들을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 상면들은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 상면들은 평평한 형상, 기판(100)에 대해 기울어진 형상, 또는 첨탑 형상 가질 수 있다. 11A to 11B , a first semiconductor pattern 126a and a second semiconductor pattern 126b are formed in the first channel holes 120a, the second channel holes 120b, and the third channel opening 120c; and third semiconductor patterns 126c may be respectively formed. Each of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be connected to the substrate 100 . A portion of each of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be embedded in the substrate 100 , and each other portion may protrude onto the substrate 100 to have a pillar shape. The first and second semiconductor patterns 126a and 126b are higher than the top surface of the lowermost sacrificial layer 112 among the sacrificial layers 112 , and are separated from the substrate 100 twice. Top surfaces of the insulating layer 110 - 2 may be positioned at a lower level than the top surface of the insulating layer 110 - 2 . Top surfaces of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may have various shapes. For example, upper surfaces of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may have a flat shape, an inclined shape with respect to the substrate 100 , or a spire shape.

제1 반도체 패턴들(126a)의 각각은 제1 높이(T1)을 가질 수 있다. 제1 높이(T1)는 기판(100)의 표면으로부터 제1 반도체 패턴(126a)의 상면까지의 최대 높이일 수 있다. 제2 반도체 패턴들(126b)은 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)과 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)을 포함할 수 있다. 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)은 경계 영역(BR)(예를 들면, 제 3 반도체 패턴(126c))에 가장 인접하거나, 또는 셀 어레이 영역(CAA)(예를 들면, 제1 반도체 패턴들(126a))으로부터 가장 멀리 위치할 수 있다. 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)은 셀 어레이 영역(CAA)예를 들면, 제1 반도체 패턴들(120a))에 가장 인접할 수 있다. 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)은 제2 높이(T2)를 가질 수 있고, 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)은 제3 높이(T3)를 가질 수 있다. 제2 높이(T2)는 기판(100)의 표면으로부터 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 상면까지의 최대 높이이고, 제3 높이(T3)는 기판(100)의 표면으로부터 제2 서브 반도체 패턴(126b-2)의 상면까지의 최대 높이일 수 있다. 제3 반도체 패턴(126c)은 제4 높이(T4)를 가질 수 있다, 제4 높이(T4)는 기판(100)의 표면으로부터 제3 반도체 패턴(126c)의 상면까지의 최대 높이일 수 있다. 제4 높이(T4)는 제1 내지 제3 높이들(T1, T2, T3)보다 작을 수 있다. 제1 높이(T1)는 제3 높이(T3)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 높이(T2)는 제1 및 제3 높이들(T1, T3)보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 제4 높이(T4)는 제2 높이(T2)보다 높고 제1 및 제3 높이들(T1, T3)보다 작을 수 있다. Each of the first semiconductor patterns 126a may have a first height T1 . The first height T1 may be the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the first semiconductor pattern 126a. The second semiconductor patterns 126b may include a first sub-semiconductor pattern 126b-1 and a second sub-semiconductor pattern 126b-2. The first sub-semiconductor pattern 126b - 1 is closest to the boundary region BR (eg, the third semiconductor pattern 126c) or the cell array region CAA (eg, the first semiconductor pattern). It may be located farthest from the fields 126a). The second sub-semiconductor pattern 126b - 2 may be closest to the cell array area CAA, for example, the first semiconductor patterns 120a. The first sub-semiconductor pattern 126b-1 may have a second height T2, and the second sub-semiconductor pattern 126b-2 may have a third height T3. The second height T2 is the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 , and the third height T3 is the height from the surface of the substrate 100 to the second sub-semiconductor pattern 126b - 1 . It may be the maximum height to the top surface of the pattern 126b - 2 . The third semiconductor pattern 126c may have a fourth height T4 . The fourth height T4 may be the maximum height from the surface of the substrate 100 to the top surface of the third semiconductor pattern 126c. The fourth height T4 may be smaller than the first to third heights T1 , T2 , and T3 . The first height T1 may be substantially equal to the third height T3 . The second height T2 may be smaller than the first and third heights T1 and T3 . According to some embodiments, as shown in FIG. 5 , the fourth height T4 may be higher than the second height T2 and smaller than the first and third heights T1 and T3 .

제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)은 선택적 에피텍셜 성장 방법에 의한 동일 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)은 실리콘(Si)을 포함하는 에피텍셜 패턴일 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)은 단결정 실리콘, 또는 폴리 실리콘을 포함하는 에피텍셜 패턴일 수 있다. The first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be formed using the same process using a selective epitaxial growth method. The first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be epitaxial patterns including silicon (Si). For example, the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be epitaxial patterns including single crystal silicon or polysilicon.

선택적 에피텍설 성장은 예를 들면, Dichlorosilane (SiH2Cl2)를 사용하여 700°C 내지 1000°C의 범위의 고온에서 수행될 수 있다. 이에 따라, 몰드 절연층(118)으로부터 발생된 불순물들(예를 들면, 수소, 탄소, 또는 질소)이 제3 채널 개구부(120c)를 통해 아웃가스될 수 있다. 제3 채널 개구부(120c)로 인해 경계 영역(BR)에 가장 인접한 제2 채널 홀(120b)에 형성되는 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)은 원할하게 성장할 수 있어 최하층 희생막(112)의 상면보다 높은 상면을 가질 수 있다. Selective epitaxial growth can be performed at high temperatures in the range of 700°C to 1000°C using, for example, Dichlorosilane (SiH2Cl2). Accordingly, impurities (eg, hydrogen, carbon, or nitrogen) generated from the mold insulating layer 118 may be outgassed through the third channel opening 120c. Due to the third channel opening 120c , the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 formed in the second channel hole 120b closest to the boundary region BR can grow smoothly so that the lowermost sacrificial layer 112 is formed. It may have an upper surface higher than the upper surface.

제3 채널 개구부(120c)가 없는 일반적인 기술에 의하면, 제2 채널 홀들(120b) 중에서 경계 영역(BR)에 인접한 제2 채널 홀(120b)을 통한 불순물들의 아웃가싱의 양이 증가될수 있다. 이에 따라, 경계 영역(BR)에 인접한 제2 반도체 패턴들(126b)의 성장이 억제될 수 있다. 결과적으로, 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 상면이 최하층 희생막(112)의 상면보다 낮을 수 있다. 따라서, 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)을 통한 누설 전류 발생으로 메모리 반도체 장치의 신뢰성이 저하될 수 있다. According to a general technique without the third channel opening 120c, the amount of outgassing of impurities through the second channel hole 120b adjacent to the boundary region BR among the second channel holes 120b may be increased. Accordingly, growth of the second semiconductor patterns 126b adjacent to the boundary region BR may be suppressed. As a result, a top surface of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 may be lower than a top surface of the lowermost sacrificial layer 112 . Accordingly, the reliability of the memory semiconductor device may be deteriorated due to generation of a leakage current through the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 .

전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 제3 채널 개구부(120c)가 몰드 절연층(118)으로부터 발생하는 불순물들이 방출되는 통로로 활용되므로 제2 반도체 패턴들(126b)(예를 들면, 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 에피텍셜 성장의 억제가 방지될 수 있다. According to the above-described embodiments of the present invention, since the third channel opening 120c is used as a passage through which impurities generated from the mold insulating layer 118 are discharged, the second semiconductor patterns 126b (eg, the second semiconductor pattern 126b) Inhibition of epitaxial growth of the first sub-semiconductor pattern 126b - 1 may be prevented.

일부 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)은 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), III-V족 반도체 화합물, 및/또는 II-VI족 반도체 화합물을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(126a, 126b, 126c)의 각각은 불순물이 언도프트되거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물로 도핑될 수 있다. According to some embodiments, the first to third semiconductor patterns 126a, 126b, and 126c may include germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), a group III-V semiconductor compound, and/or a group II-VI semiconductor compound. Each of the first to third semiconductor patterns 126a , 126b , and 126c may be undoped with an impurity or doped with an impurity having the same conductivity type as that of the substrate 100 .

도 12a, 도 12b, 도 19a, 도 19b 및 도 19c를 참조하면, 셀 채널 구조체들(200a), 제1 더미 채널 구조체들(200b), 제2 더미 채널 구조체(200c)가 셀 어레이 영역(CAA), 연결 영역(CTA), 및 경계 영역(BR)에 각각 형성될 수 있다, 셀 채널 구조체들(200a)의 각각은 제1 채널 홀들(120a)에 형성되고, 제1 더미 채널 구조체들(200b)의 각각은 제2 채널 홀들(120b)에 형성되고, 제2 더미 채널 구조체(200c)는 제3 채널 개구부(120c)에 형성될 수 있다. 셀 채널 구조체들(200a)은 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 방향(D1, D2)으로 배열될 수 있다. 12A, 12B, 19A, 19B, and 19C , the cell channel structures 200a, the first dummy channel structures 200b, and the second dummy channel structure 200c are formed in the cell array area CAA. ), the connection area CTA, and the boundary area BR, respectively. Each of the cell channel structures 200a is formed in the first channel holes 120a, and the first dummy channel structures 200b ) may be formed in the second channel holes 120b, and the second dummy channel structure 200c may be formed in the third channel opening 120c. The cell channel structures 200a may be arranged in first and second directions D1 and D2 as shown in FIG. 2A .

셀 채널 구조체들(200a)의 각각은 제1 반도체 패턴(126a), 제1 채널 패턴(140a), 제1 정보저장 패턴(130a), 및 제1 매립절연 패턴(144a)을 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a), 제1 정보저장 패턴(130a), 및 제1 매립절연 패턴(144a)은 제1 반도체 패턴(126a) 상에 형성될 수 있다.Each of the cell channel structures 200a may include a first semiconductor pattern 126a , a first channel pattern 140a , a first data storage pattern 130a , and a first buried insulating pattern 144a . The first channel pattern 140a , the first data storage pattern 130a , and the first buried insulating pattern 144a may be formed on the first semiconductor pattern 126a .

제1 정보저장 패턴(130a)은 제1 채널 홀들(120a)의 각각의 내벽을 덮을 수 있다. 예를 들면, 제1 정보저장 패턴(130a)은 제1 채널 홀(120a)의 각각의 내벽에 스페이서 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 정보저장 패턴(130a)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 형태일 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130a)은 몰딩 구조체(10)의 절연막들(110) 및 희생막들(112)과 접할 수 있다. 제1 정보저장 패턴(130)은 데이터를 저장할 수 있는 박막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 정보저장 패턴(130)은 파울러-노던하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 이용하여 데이터를 저장할 수 있는 박막을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 정보저장 패턴(130a)은 다른 동작 원리에 기초하여 데이터를 저장하는 것이 가능한 박막(예를 들면, 상변화 메모리 장치를 위한 박막 또는 가변저항 메모리 장치를 위한 박막)을 포함할 수 있다. The first data storage pattern 130a may cover inner walls of each of the first channel holes 120a. For example, the first data storage pattern 130a may be formed in the form of a spacer on each inner wall of the first channel hole 120a. For example, the first data storage pattern 130a may have an open top and an open bottom. The first data storage pattern 130a may contact the insulating layers 110 and the sacrificial layers 112 of the molding structure 10 . The first data storage pattern 130 may include a thin film capable of storing data. For example, the data storage pattern 130 may include a thin film capable of storing data using Fowler-Nordheim tunneling. According to some embodiments, the first data storage pattern 130a is a thin film capable of storing data based on a different operating principle (eg, a thin film for a phase change memory device or a thin film for a variable resistance memory device) may include

도 19a에 도시된 바와 같이, 제1 정보저장 패턴(130a)은 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134), 및 터널 절연막(136)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134), 및 터널 절연막(136)은 제1 채널 홀(120a)의 내벽 상에 차례로 형성될 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막 및/또는 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132)은 단일 막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 제1 블로킹 절연막(132)은 실리콘 산화막을 포함하는 단일막일 수 있다. 예를 들면, 제1 블로킹 절연막(132)은 알루미늄 산화막 및/또는 하프늄 산화막을 포함하는 복수의 박막들을 포함할 수 있다.19A , the first data storage pattern 130a may include a first blocking insulating layer 132 , a charge storage layer 134 , and a tunnel insulating layer 136 . For example, the first blocking insulating layer 132 , the charge storage layer 134 , and the tunnel insulating layer 136 may be sequentially formed on the inner wall of the first channel hole 120a. The first blocking insulating layer 132 may include a silicon oxide layer and/or a high-k layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). The first blocking insulating film 132 may be formed of a single film or a plurality of thin films. For example, the first blocking insulating layer 132 may be a single layer including a silicon oxide layer. For example, the first blocking insulating layer 132 may include a plurality of thin films including an aluminum oxide layer and/or a hafnium oxide layer.

전하 저장막(134)은 트랩 절연막 또는 도전성 나노 입자들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막일 수 있다. 트랩 절연막은 예를 들면, 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 터널 절연막(136)은 예를 들면, 실리콘 산화막일 수 있다. 제1 블로킹 절연막(132) 및 전하 저장막(134)은 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 터널 절연막(136)은 플라즈마 인핸스드 화학기상 증착(Plasma enhanced CVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 공정, 또는 열산화 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 터널 절연막(136)은 제1 채널 패턴(140a)과 접할 수 있다. The charge storage layer 134 may be a trap insulating layer or an insulating layer including conductive nano dots. The trap insulating layer may include, for example, a silicon nitride layer. The tunnel insulating layer 136 may be, for example, a silicon oxide layer. The first blocking insulating layer 132 and the charge storage layer 134 may be formed using a plasma enhanced CVD process or an atomic layer deposition (ALD) process. The tunnel insulating layer 136 may be formed using a plasma enhanced CVD process, an atomic layer deposition (ALD) process, or a thermal oxidation process. The tunnel insulating layer 136 may be in contact with the first channel pattern 140a.

제1 채널 패턴(140a)은 제1 정보저장 패턴(130a)과 접하며, 제1 채널 패턴(140a)은 제1 채널 홀들(120a) 내에서 라이너 형태로 컨포멀하게 형성될 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 제1 반도체 패턴(126a)과 접속될 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 상단이 오픈된(opened) 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 채널 패턴(140a)은 상단 및 하단이 오픈된 형태, 속이 빈 실린더 형태, 또는 마카로니 형태일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 제1 채널 패턴(140a)은 제1 채널 홀들(120a)을 채운 원기둥 형태일 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 다결정 반도체 물질, 비정질 반도체 물질, 또는 단결정 반도체 물질 중 어느 하나를 포함하는 패턴일 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 언도프트된 반도체 물질이거나, 기판(100)의 도전형과 동일한 불순물을 포함한 반도체 물질일 수 있다. 제1 채널 패턴(140a)은 원자층 증착(ALD) 공정, 화학기상 증착(CVD) 공정, 또는 에피텍셜 성장을 이용하여 형성될 수 있다. The first channel pattern 140a may be in contact with the first data storage pattern 130a, and the first channel pattern 140a may be conformally formed in a liner shape in the first channel holes 120a. The first channel pattern 140a may be connected to the first semiconductor pattern 126a. The first channel pattern 140a may have an open top. According to some embodiments, the first channel pattern 140a may have an open top and bottom, a hollow cylinder shape, or a macaroni shape. According to some embodiments, the first channel pattern 140a may have a cylindrical shape filling the first channel holes 120a. The first channel pattern 140a may include a semiconductor material. The first channel pattern 140a may be a pattern including any one of a polycrystalline semiconductor material, an amorphous semiconductor material, or a single crystal semiconductor material. The first channel pattern 140a may be selected from among silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), or a mixture thereof. It may include at least one. The first channel pattern 140a may be an undoped semiconductor material or a semiconductor material including impurities having the same conductivity type as that of the substrate 100 . The first channel pattern 140a may be formed using an atomic layer deposition (ALD) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, or an epitaxial growth process.

제1 매립절연 패턴(144a)은 제1 채널 패턴(140a)이 형성된 제1 채널 홀들(120a)을 채우도록 형성될 수 있다. 제1 매립절연 패턴(144a)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. The first buried insulating pattern 144a may be formed to fill the first channel holes 120a in which the first channel pattern 140a is formed. The first buried insulating pattern 144a may include a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.

제1 더미 채널 구조체들(200b)의 각각은 제2 반도체 패턴(126b), 제2 채널 패턴(140b), 제2 정보저장 패턴(130b), 및 제2 매립절연 패턴(144b)을 포함할 수 있다. 제2 채널 패턴(140b), 제2 정보저장 패턴(130b), 및 제2 매립절연 패턴(144b)은 제2 반도체 패턴(126b) 상에 형성될 수 있다.Each of the first dummy channel structures 200b may include a second semiconductor pattern 126b, a second channel pattern 140b, a second data storage pattern 130b, and a second buried insulating pattern 144b. have. The second channel pattern 140b, the second data storage pattern 130b, and the second buried insulating pattern 144b may be formed on the second semiconductor pattern 126b.

제2 정보저장 패턴(130b)은 제2 채널 홀들(120b)의 내벽을 덮을 수 있다. 예를 들면, 제2 정보저장 패턴(130b)은 제2 채널 홀들(120b)의 내벽들에 스페이서 형태로 형성될 수 있다. 제2 정보저장 패턴(130b)은 셀 채널 구조체(200a)의 제1 정보저장 패턴(130a)과 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 정보저장 패턴(130b)은 도 19b에 도시된 바와 같이 제2 채널 홀들(120b)의 내벽들에 차례로 형성된 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134), 및 터널 절연막(136)을 포함할 수 있다. The second data storage pattern 130b may cover inner walls of the second channel holes 120b. For example, the second data storage pattern 130b may be formed in the form of a spacer on inner walls of the second channel holes 120b. The second data storage pattern 130b has substantially the same structure as the first data storage pattern 130a of the cell channel structure 200a and may include the same material. For example, the second data storage pattern 130b may include a first blocking insulating layer 132, a charge storage layer 134, and a tunnel sequentially formed on inner walls of the second channel holes 120b as shown in FIG. 19B . An insulating layer 136 may be included.

제2 채널 패턴(140b)은 제2 정보저장 패턴(130b)과 접하며, 제2 채널 홀들(120b) 내에서 라이너 형태로 컨포멀하게 형성될 수 있다. 제2 채널 패턴(140b)은 제2 반도체 패턴(126b)과 접속될 수 있다. 제2 채널 패턴(140b)은 제1 채널 패턴(140a)과 실질적으로 동일한 형상을 가지고, 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제2 매립절연 패턴(144b)은 제2 채널 패턴(140b)이 형성된 제2 채널 홀들(120b)을 채우도록 형성될 수 있다. 제2 매립절연 패턴(144b)은 제1 매립절연 패턴(144a)과 실질적으로 동일 형상을 가지며, 동일 물질을 포함할 수 있다.The second channel pattern 140b may be in contact with the second data storage pattern 130b and may be conformally formed in the form of a liner in the second channel holes 120b. The second channel pattern 140b may be connected to the second semiconductor pattern 126b. The second channel pattern 140b may have substantially the same shape as the first channel pattern 140a and may include the same material. The second buried insulating pattern 144b may be formed to fill the second channel holes 120b in which the second channel pattern 140b is formed. The second buried insulating pattern 144b has substantially the same shape as the first buried insulating pattern 144a and may include the same material.

제2 더미 채널 구조체(200c)는 제3 반도체 패턴(126c), 제3 정보저장 패턴(130c), 및 제3 매립절연 패턴(144c)을 포함할 수 있다. 제3 채널 패턴(140c), 제3 정보저장 패턴(130c), 및 제3 매립절연 패턴(144c)은 제3 반도체 패턴(126c) 상에 형성될 수 있다. 제2 더미 채널 구조체(200c)는 몰드 절연층(118)과 접할 수 있다. The second dummy channel structure 200c may include a third semiconductor pattern 126c, a third data storage pattern 130c, and a third buried insulating pattern 144c. The third channel pattern 140c, the third data storage pattern 130c, and the third buried insulating pattern 144c may be formed on the third semiconductor pattern 126c. The second dummy channel structure 200c may contact the mold insulating layer 118 .

제3 정보저장 패턴(130c)은 제3 채널 개구부(120c)의 내벽을 덮을 수 있다. 예를 들면, 제3 정보저장 패턴(130c)은 제3 채널 개구부(120c)의 내벽에 스페이서 형태로 형성될 수 있다. 제3 정보저장 패턴(130c)은 몰드 절연층(118)과 접할 수 있다. 제3 정보저장 패턴(130c)은 셀 채널 구조체들(200a)의 제1 정보저장 패턴(130a)과 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제3 정보저장 패턴(130c)은 도 19c에 도시된 바와 같이 제3 채널 개구부(120c)의 내벽에 차례로 형성된 제1 블로킹 절연막(132), 전하 저장막(134), 및 터널 절연막(136)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 정보 저장 패턴들(130a, 130b, 130c)은 동일 공정으로 형성될 수 있다.The third data storage pattern 130c may cover the inner wall of the third channel opening 120c. For example, the third data storage pattern 130c may be formed in the form of a spacer on the inner wall of the third channel opening 120c. The third data storage pattern 130c may be in contact with the mold insulating layer 118 . The third data storage pattern 130c has substantially the same structure as the first data storage pattern 130a of the cell channel structures 200a and may include the same material. For example, as shown in FIG. 19C , the third data storage pattern 130c may include a first blocking insulating layer 132 , a charge storage layer 134 , and a tunnel insulating layer sequentially formed on the inner wall of the third channel opening 120c. (136). The first to third information storage patterns 130a, 130b, and 130c may be formed by the same process.

제3 채널 패턴(140c)은 제3 정보저장 패턴(130c)과 접하며, 제3 반도체 패턴(126c) 상에 형성될 수 있다. 제3 채널 패턴(140c)은 제3 채널 개구부(120c) 내에서 라이너 형태로 컨포멀하게 형성되며 제3 반도체 패턴(126c)과 접속될 수 있다. 제3 채널 패턴(140c)은 제1 채널 패턴(140a)과 동일한 형상을 가지고, 동일한 물질을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 채널 패턴들(140a, 140b, 140c)은 동일 공정으로 형성될 수 있다.The third channel pattern 140c may be in contact with the third data storage pattern 130c and may be formed on the third semiconductor pattern 126c. The third channel pattern 140c may be conformally formed in a liner shape within the third channel opening 120c and may be connected to the third semiconductor pattern 126c. The third channel pattern 140c may have the same shape as the first channel pattern 140a and include the same material. The first to third channel patterns 140a, 140b, and 140c may be formed by the same process.

제3 매립절연 패턴(144c)은 제3 채널 패턴(140c)이 형성된 제3 채널 개구부(120c)를 채우도록 형성될 수 있다. 제3 매립절연 패턴(144c)은 제1 매립절연 패턴(144a)과 실질적으로 동일 형상을 가지며, 동일 물질을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 채널 패턴들(140a, 140b, 140c)은 동일 공정으로 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 매립 절연 패턴들(144a, 144b, 144c)은 동일 공정으로 형성될 수 있다.The third buried insulating pattern 144c may be formed to fill the third channel opening 120c in which the third channel pattern 140c is formed. The third buried insulating pattern 144c has substantially the same shape as the first buried insulating pattern 144a and may include the same material. The first to third channel patterns 140a, 140b, and 140c may be formed by the same process. The first to third buried insulating patterns 144a , 144b , and 144c may be formed by the same process.

제1 내지 제3 정보저장 패턴들(130a, 130b, 130c)은 동일 물질을 사용하여 동일 공정으로 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 채널 패턴들(140a, 140b, 140c)은 동일 물질을 사용하여 동일 공정으로 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 매립절연 패턴들(144a, 144b, 144c)은 동일 물질을 사용하여 동일 공정으로 형성될 수 있다.The first to third data storage patterns 130a, 130b, and 130c may be formed using the same material and in the same process. The first to third channel patterns 140a, 140b, and 140c may be formed using the same material and in the same process. The first to third buried insulating patterns 144a , 144b , and 144c may be formed using the same material by the same process.

제2 더미 채널 구조체(200c)는 평면도로 볼 ?? 도 2a에 도시된 원 형상 또는 타원 형상을 가질 수 있거나, 도 2b에 도시된 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 평면도로 볼 때, 제2 방향(D2)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 적층 구조체들(30)과 이격되고, 적층 구조체들(30)의 각각에 인접하여 적어도 하나가 배치되고 제2 방향(D2)으로 열을 이루어 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 도 2c에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은 평면도도 볼 때, 원 형상 또는 타원 형상을 가지고, 제2 방향(D2)에 평행한 2열로 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 제2 방향(D2)에 평행한 3열 이상으로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7a에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 각각 바 형상을 가지고, 연결 영역(CTA)과 주변 영역(PR) 사이에서 제2 방향(D2)을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)의 각각은 적층 구조체들(30)과 제1 방향(D1)에서 이격되고 제2 방향(D2)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 제2 더미 채널 구조체들(200c)은 제2 방향(D2)을 따라 연결 영역(CTA)과 주변 영역(PR) 사이에 배열되고, 제1 방향(D1)을 따라 셀 영역(CR)과 주변 영역(PR) 사이에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제2 더미 채널 구조체(200c)는 루프 형상으로 셀 영역(CR)을 둘러쌀 수 있다.The second dummy channel structure 200c is viewed from a top view. It may have a circular shape or an elliptical shape shown in FIG. 2A , or a bar shape shown in FIG. 2B . 2A and 2B , the second dummy channel structures 200c may be arranged in a column along the second direction D2 in a plan view. For example, the second dummy channel structures 200c are spaced apart from the stacked structures 30 , and at least one is disposed adjacent to each of the stacked structures 30 and formed in a row in the second direction D2 . can be arranged. According to some embodiments, as shown in FIG. 2C , each of the second dummy channel structures 200c has a circular shape or an elliptical shape in a plan view, and is arranged in two rows parallel to the second direction D2. However, the present invention is not limited thereto and may be arranged in three or more rows parallel to the second direction D2. According to some embodiments, as shown in FIG. 7A , each of the second dummy channel structures 200c has a bar shape and moves in the second direction D2 between the connection area CTA and the peripheral area PR. It may be arranged to extend along. For example, each of the second dummy channel structures 200c may be spaced apart from the stack structures 30 in the first direction D1 and extend in the second direction D2 . According to some embodiments, as shown in FIGS. 7B and 7C , the second dummy channel structures 200c may surround the cell region CR. For example, the second dummy channel structures 200c are arranged between the connection area CTA and the peripheral area PR along the second direction D2 , and the cell area CR along the first direction D1 . ) and the peripheral region PR. According to some embodiments, as shown in FIG. 7D , the second dummy channel structure 200c may surround the cell region CR in a loop shape.

도전 패드들(128)이 셀 채널 구조체들(200a), 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c) 상에 각각 형성될 수 있다. 도전 패드들(126)의 각각은 도전 물질을 포함할 수 있다. 도전 패드들(128)의 각각은 불순물이 도핑된 불순물 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도전 패드들(128)과 접하는 셀 채널 구조체들(200)의 일단은 드레인 영역을 포함할 수 있다. 캡핑 절연층(148)이 도전 패드들(128)을 덮도록 몰드 구조체(10)와 몰드 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 캡핑 절연층(148)은 산화막 또는 질화막을 포함할 수 있다. Conductive pads 128 may be formed on the cell channel structures 200a and the first and second dummy channel structures 200b and 200c, respectively. Each of the conductive pads 126 may include a conductive material. Each of the conductive pads 128 may include an impurity region doped with an impurity. According to some embodiments, one end of the cell channel structures 200 in contact with the conductive pads 128 may include a drain region. A capping insulating layer 148 may be formed on the mold structure 10 and the mold insulating layer 118 to cover the conductive pads 128 . The capping insulating layer 148 may include an oxide layer or a nitride layer.

도 13a, 및 도 13b를 참조하면, 셀 영역(CR)에서 트렌치(150)가 몰드 구조체(10) 내에 형성될 수 있다. 트렌치(150)는 기판(100)을 노출시키도록 캡핑 절연층(148)과 몰드 구조체(10)를 패터닝하여 형성될수 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 트렌치(150)는 셀 어레이 영역(CAA)에서 연결 영역(CTA)으로 제1 방향(D1)에서 연장되도록 형성될 수 있다, 도 2a에 도시된 바와 같이, 트렌치(150)는 셀 채널 구조체들(200a)이 제1 방향(D1)으로 지그재그 형태로 2열로 배열되도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 방향(D1)으로 지그재그 형태로 2열로 배열된 셀 채널 구조체들(200a)은 제2 방향(D2)에서 반복하여 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 트렌치(150)는 셀 채널 구조체들(200a)이 제1 방향(D2)으로 지그 재그로 형태로 1열 또는 또는 3열 이상으로 배열되도록 할 수 있다. 13A and 13B , a trench 150 may be formed in the mold structure 10 in the cell region CR. The trench 150 may be formed by patterning the capping insulating layer 148 and the mold structure 10 to expose the substrate 100 . For example, as shown in FIG. 2A , the trench 150 may be formed to extend from the cell array area CAA to the connection area CTA in the first direction D1 , as shown in FIG. 2A . Similarly, the trench 150 may allow the cell channel structures 200a to be arranged in two rows in a zigzag shape in the first direction D1 . Accordingly, the cell channel structures 200a arranged in two rows in a zigzag form in the first direction D1 may be repeatedly disposed in the second direction D2 . According to some embodiments, the trench 150 may allow the cell channel structures 200a to be arranged in one or three or more rows in a zigzag form in the first direction D2 .

트렌치(150)에 노출된 기판(100) 내에 공통 소오스 영역(152)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)에 N 형의 도전형의 불순물들(예를 들면, 인(P) 또는 비소(As)을 이온 주입하여 공통 소오스 영역(152)을 형성할 수 있다. A common source region 152 may be formed in the substrate 100 exposed to the trench 150 . For example, the common source region 152 may be formed by ion-implanting N-type conductivity-type impurities (eg, phosphorus (P) or arsenic (As)) into the substrate 100 .

도 14a 및 14b를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAA) 및 연결 영역(CTA)에서 개구부들(154)이 몰드 구조체(10) 내에 형성될 수 있다. 예를 들면, 개구부들(154)은 트렌치(150)에 노출된 몰드 구조체(10)의 희생막들(112)을 제거하여 형성될 수 있다. 개구부들(154)은 등방성 식각으로 희생막들(112)을 제거하여 형성될 수 있다. 개구부들(150)은 셀 채널 구조체들(200a) 및 제1 더미 채널 구조체들(200b)의 일부 측벽들을 노출시키도록 형성될 수 있다. 14A and 14B , openings 154 may be formed in the mold structure 10 in the cell array area CAA and the connection area CTA. For example, the openings 154 may be formed by removing the sacrificial layers 112 of the mold structure 10 exposed in the trench 150 . The openings 154 may be formed by removing the sacrificial layers 112 by isotropic etching. The openings 150 may be formed to expose some sidewalls of the cell channel structures 200a and the first dummy channel structures 200b.

제1 반도체 패턴들(126a)의 측벽들(126as), 및 제2 반도체 패턴들(126a)의 측벽들(126bs) 상에 게이트 산화막(156)이 형성될 수 있다. 게이트 산화막(156)은 개구부들(154)에 의해 노츨된 제1 및 제2 반도체 패턴들(126a, 126b)의 측벽들(126as, 126bs)을 열산화하여 형성될 수 있다. 셀 영역(CR)에서 게이트 산화막(156)은 불룩한 형태를 가지며, 균일하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 패턴들(126b)의 제1 서브 반도체 패턴(126b-1)의 측벽(126bs) 상에도 게이트 산화막(156)이 균일하게 형성될 수 있다. 열 산화 공정에 의한 게이트 산화막(156)이 형성되어 제1 및 제2 반도체 패턴들(126a, 126b)의 측벽들(126as, 126bs)은 오목한 형상의 단면을 가질 수 있다. 제3 반도체 패턴들(126c)은 개구부들(154)에 의해 노출되지 않으므로, 몰드 절연층(118)과 접하는 제3 반도체 패턴(126c)의 측벽(126cs) 상에는 게이트 산화막(156)이 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제3 반도체 패턴(126c)의 측벽(126cs)의 적어도 일부는 제3 방향(D3)으로 평탄한 단면의 프로파일을 가질 수 있다. A gate oxide layer 156 may be formed on the sidewalls 126as of the first semiconductor patterns 126a and the sidewalls 126bs of the second semiconductor patterns 126a. The gate oxide layer 156 may be formed by thermally oxidizing the sidewalls 126as and 126bs of the first and second semiconductor patterns 126a and 126b exposed by the openings 154 . In the cell region CR, the gate oxide layer 156 has a bulge shape and may be uniformly formed. For example, the gate oxide layer 156 may also be uniformly formed on the sidewalls 126bs of the first sub-semiconductor pattern 126b-1 of the second semiconductor patterns 126b. Since the gate oxide layer 156 is formed by a thermal oxidation process, the sidewalls 126as and 126bs of the first and second semiconductor patterns 126a and 126b may have concave cross-sections. Since the third semiconductor patterns 126c are not exposed by the openings 154 , the gate oxide layer 156 may not be formed on the sidewall 126cs of the third semiconductor pattern 126c in contact with the mold insulating layer 118 . can Accordingly, at least a portion of the sidewall 126cs of the third semiconductor pattern 126c may have a flat cross-section profile in the third direction D3 .

도 15a, 및 도 15b를 참조하면, 개구부들(154)을 채우는 게이트 도전막(159)을 형성할 수 있다. 게이트 도전막(159)은 반도체막, 금속 실리사이드막, 금속막, 금속 질화막, 또는 이들의 조합막을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체막은 불순물이 도핑된 실리콘막일 수 있다. 다른 예를 들면, 금속 실리사이드막은 코발트 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 또는 탄탈룸 실리사이드를 포함할 수 있다. 금속막은 예를 들면, 텅스텐, 니켈, 코발트, 티타늄, 또는 탄탈룸을 포함할 수 있다. 금속 질화막은 예를 들면, 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 탄탈룸 질화물을 포함할 수 있다. 15A and 15B , a gate conductive layer 159 filling the openings 154 may be formed. The gate conductive layer 159 may include a semiconductor layer, a metal silicide layer, a metal layer, a metal nitride layer, or a combination thereof. For example, the semiconductor film may be a silicon film doped with impurities. As another example, the metal silicide layer may include cobalt silicide, titanium silicide, tungsten silicide, or tantalum silicide. The metal layer may include, for example, tungsten, nickel, cobalt, titanium, or tantalum. The metal nitride layer may include, for example, titanium nitride, tungsten nitride, or tantalum nitride.

게이트 도전막(159)이 형성되기 전에, 제2 블로킹 절연막(158)이 개구부(154) 내에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 블로킹 절연막(158)이 게이트 도전막(159)의 상면, 하면, 및 측면을 감싸며, 제1 블로킹 절연막(132)과 접할 수 있다. 제2 블로킹 절연막(158)은 단일막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(158)은 고유전막(예를 들면, 알루미늄 산화막 또는 하프늄 산화막)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 제2 블로킹 절연막(158)은 형성되지 않을 수 있다. Before the gate conductive layer 159 is formed, a second blocking insulating layer 158 may be formed in the opening 154 . Accordingly, the second blocking insulating layer 158 may surround the top, bottom, and side surfaces of the gate conductive layer 159 and may be in contact with the first blocking insulating layer 132 . The second blocking insulating layer 158 may be formed of a single layer or a plurality of thin films. The second blocking insulating layer 158 may include a high dielectric layer (eg, an aluminum oxide layer or a hafnium oxide layer). According to some embodiments, the second blocking insulating layer 158 may not be formed.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 게이트 도전막(159)이 패터닝되어, 게이트 전극들(GE)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 트렌치(150) 내 및 캡핑 절연층(148) 상에 형성된 게이트 도전막(159)이 완전히 제거되도록 등방성 식각 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 제 3 방향(D3)에서 절연막들(110)에 의해 분리된 게이트 전극들(GE)이 형성될 수 있다. 16A and 16B , the gate conductive layer 159 may be patterned to form gate electrodes GE. For example, an isotropic etching process may be performed to completely remove the gate conductive layer 159 formed in the trench 150 and on the capping insulating layer 148 . Accordingly, the gate electrodes GE separated by the insulating layers 110 in the third direction D3 may be formed.

게이트 전극들(GE)은 셀 어레이 영역(CAA)에서 연결 영역(CTA)으로 연장되며, 연결 영역(CTA)에서 계단 구조(stepwise structure)를 이루는 패드부들(GEP)을 가질 수 있다. 게이트 전극들(GE)의 수평 길이는 기판(100)으로부터 제3 방향(D2) 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다. The gate electrodes GE extend from the cell array area CAA to the connection area CTA, and may have pad parts GEP forming a stepwise structure in the connection area CTA. The horizontal lengths of the gate electrodes GE may decrease as they move away from the substrate 100 in the third direction D2.

결과적으로, 셀 영역(CR)의 기판(100) 상에 제3 방향(D3)으로 교대로 반복 적층된 절연막(110)과 전극들(GE)를 포함하는 적층 구조체들(30)이 형성될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 적층 구조체들(30)은 제1 방향(D1)으로 연장되고, 제2 방향(D2)으로 트렌치(150)에 의해 서로 분리되도록 형성될 수 있다. 셀 채널 구조체들(200a)은 적층 구조체들(30)을 관통할 수 있으며, 게이트 전극들(GE)은 셀 채널 구조체들(200a)을 감쌀 수 있다. 제1 더미 채널 구조체들(200b)은 적층 구조체들(30)의 일부를 관통할 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극들(GE)은 제1 더미 채널 구조체들(200b)의 일부를 감쌀 수 있다. 적층 구조체들(30)은 연결 영역(CTA)에서 계단 구조(stepwise structure)의 단부(30e)를 가질 수 있다. As a result, stacked structures 30 including the insulating layer 110 and electrodes GE alternately repeatedly stacked in the third direction D3 may be formed on the substrate 100 in the cell region CR. have. As shown in FIG. 2A , the stack structures 30 may be formed to extend in a first direction D1 and to be separated from each other by a trench 150 in a second direction D2 . The cell channel structures 200a may pass through the stacked structures 30 , and the gate electrodes GE may surround the cell channel structures 200a. The first dummy channel structures 200b may penetrate a portion of the stack structures 30 . For example, the gate electrodes GE may surround a portion of the first dummy channel structures 200b. The stacked structures 30 may have an end 30e of a stepwise structure in the connection area CTA.

게이트 전극들(GE)은 셀 채널 구조체들(200a)과 결합하여 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 따라서, 셀 어레이 영역(CAA)에는 수직으로 배열된 메모리 셀들을 포함하는 수직 메모리 셀 스트링들이 제공될 수 있다. 최하층 및 최상층의 게이트 전극들(GE1, GE3)은 선택 트랜지스터들(SST, GST)의 게이트 전극들로 이용될 수 있다. 최하층 및 최상층 게이트 전극(GE1, GE3) 사이의 게이트 전극들(GE)은 메모리 셀들의 제어 게이트 전극들로 사용될 수 있다.The gate electrodes GE may be combined with the cell channel structures 200a to form memory cells. Accordingly, vertical memory cell strings including vertically arranged memory cells may be provided in the cell array area CAA. The lowermost and uppermost gate electrodes GE1 and GE3 may be used as gate electrodes of the selection transistors SST and GST. The gate electrodes GE between the lowermost and uppermost gate electrodes GE1 and GE3 may be used as control gate electrodes of the memory cells.

공통 소오스 플러그(166)와 분리 절연 스페이서(162)가 공통 소오스 영역(152) 상에서 트렌치(150)를 채우도록 형성될 수 있다. 분리 절연 스페이서(162)는 게이트 전극들(GE)의 측면을 보호하고, 게이트 전극들(GE)과 공통 소오스 플러그(166)를 절연시킬 수 있다. 분리 절연 스페이서(162)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 저유전(low-k) 물질로 형성될 수 있다. 공통 소오스 플러그(166)는 공통 소오스 영역(152)과 전기적으로 연결되도록 절연 스페이서(162)가 형성된 트렌치(150) 내에 형성될수 있다. 공통 소오스 플러그는 제1 방향(D1)으로 연장되게 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 홀 형태를 가지는 공통 소오스 플러그(166)가 분리 절연 스페이서(162)를 관통하여 공통 소오스 영역(152)과 접촉할 수 있다. 공통 소오스 플러그(166)는 금속(예를 들면, 텅스텐, 구리. 또는 알루미늄)을 포함할 수 있다. 추가로, 공통 소오스 플러그(166)는 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 장벽 금속층은 전이 금속(예를 들면, 티타늄 또는 탄탈룸) 및/또는 도전성 금속질화물(예를 들면, 질화티타늄 또는 질화탄탈룸) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 공통 소오스 플러그(166) 형성 전에 공통 소오스 영역(152)에 고농도의 불순물들이 주입될 수 있다.A common source plug 166 and an isolation insulating spacer 162 may be formed on the common source region 152 to fill the trench 150 . The isolation insulating spacer 162 may protect side surfaces of the gate electrodes GE and may insulate the gate electrodes GE from the common source plug 166 . The isolation insulating spacers 162 may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material. The common source plug 166 may be formed in the trench 150 in which the insulating spacer 162 is formed to be electrically connected to the common source region 152 . The common source plug may be formed to extend in the first direction D1. According to some embodiments, the common source plug 166 having a hole shape may pass through the isolation insulating spacer 162 to contact the common source region 152 . The common source plug 166 may include a metal (eg, tungsten, copper, or aluminum). Additionally, the common source plug 166 may include a barrier metal layer. For example, the barrier metal layer may include at least one of a transition metal (eg, titanium or tantalum) and/or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride). According to some embodiments, high-concentration impurities may be implanted into the common source region 152 before the common source plug 166 is formed.

도 17a, 및 도 17b를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAA)에서 셀 채널 구조체들(200a)과 전기적으로 연결되는 서브 비트라인 콘택들(168), 서브 비트라인 콘택들(168)과 전기적으로 연결되는 서브 비트 라인들(SBL)이 형성될 수 있다. 17A and 17B , the sub bit line contacts 168 electrically connected to the cell channel structures 200a and the sub bit line contacts 168 are electrically connected to the cell channel structures 200a in the cell array area CAA. Sub-bit lines SBL may be formed.

캡핑 절연층(148) 상에 제1 층간 절연층(170)을 형성할 수 있다. 제1 층간 절연층(170)은 산화막, 저유전체막, 또는 질화막을 포함할 수 있다. 제1 층간 절연층(170)과 캠핑 절연층(148)을 관통하여 셀 채널 구조체들(200a) 상의 도전패드들(128)에 접속하도록 서브 비트라인 콘택들(168)이 형성될 수 있다. A first interlayer insulating layer 170 may be formed on the capping insulating layer 148 . The first interlayer insulating layer 170 may include an oxide film, a low dielectric film, or a nitride film. Sub-bit line contacts 168 may be formed to penetrate the first interlayer insulating layer 170 and the camping insulating layer 148 to connect to the conductive pads 128 on the cell channel structures 200a.

서브 비트 라인 콘택들(168)의 형성은 제1 층간 절연층(170)과 캡핑 절연층(148) 내에 셀 수직 채널 구조체들(200a) 상의 도전패드들(128)을 노출시키는 콘택홀들을 형성하고, 콘택홀들 내에 도전막을 증착하고, 도전막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. The formation of the sub-bit line contacts 168 forms contact holes exposing the conductive pads 128 on the cell vertical channel structures 200a in the first interlayer insulating layer 170 and the capping insulating layer 148 , and , depositing a conductive film in the contact holes and planarizing the conductive film.

서브 비트 라인 콘택들(168)과 전기적으로 연결되는 서브 비트 라인들(SBL)이 제1 층간 절연층(170) 상에 형성될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 서브 비트 라인들(SBL)의 각각은 트렌치(150)를 사이에 두고 이웃하는 셀 채널 구조체들(200a)과 접속하는 한 쌍의 서브 비트라인 콘택들(168)을 전기적으로 연결할 수 있다. 서브 비트 라인들(SBL)의 각각은 제2 방향(D2)으로 연장되는 패턴일 수 있다. 서브 비트 라인 콘택들(168)과 서브 비트 라인들(SBL)의 각각은 도전 물질(예를 들면, 실리콘, 텅스텐, 또는 구리)을 포함할 수 있다. 추가로, 서브 비트 라인 콘택들(178) 및 서브 비트 라인들(SBL)의 각각은 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 장벽 금속층은 전이 금속(예를 들면, 티타늄 또는 탄탈룸) 및/또는 도전성 금속질화물(예를 들면, 질화티타늄 또는 질화탄탈룸) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Sub bit lines SBL electrically connected to the sub bit line contacts 168 may be formed on the first interlayer insulating layer 170 . As shown in FIG. 2A , each of the sub bit lines SBL includes a pair of sub bit line contacts 168 connected to the neighboring cell channel structures 200a with the trench 150 interposed therebetween. It can be electrically connected. Each of the sub-bit lines SBL may have a pattern extending in the second direction D2 . Each of the sub-bit line contacts 168 and the sub-bit lines SBL may include a conductive material (eg, silicon, tungsten, or copper). Additionally, each of the sub bit line contacts 178 and the sub bit lines SBL may include a barrier metal layer. For example, the barrier metal layer may include at least one of a transition metal (eg, titanium or tantalum) and/or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride).

도 18a, 및 도 18b를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAA)에 비트 라인들(BL)이 형성되고, 연결 영역(CTA)에 게이트 콘택들(180) 및 제1 배선들(M1)이 형성되고, 주변 영역(PR)에 주변 콘택들(182) 및 제2 배선(M2)이 형성될 수 있다.18A and 18B , bit lines BL are formed in the cell array area CAA, gate contacts 180 and first wirings M1 are formed in the connection area CTA, and , peripheral contacts 182 and a second wiring M2 may be formed in the peripheral region PR.

서브 비트 라인들(SBL)을 덮는 제2 층간 절연층(174)이 제1 층간 절연층(170) 상에 형성될 수 있다. 제2 층간 절연층(170)은 산화막, 저유전체막, 또는 질화막을 포함할 수 있다. 제2 층간 절연층(174), 제1 층간 절연층(170), 캡핑 절연층(148), 몰드 절연층(118), 및 제2 블로킹 절연막(158)을 관통하는 게이트 콘택(180)이 연결 영역(CTA)에 형성될 수 있다. 게이트 콘택들(180)의 각각은 해당하는 게이트 전극(GE)의 패드부(GEP)와 접속할 수 있다. 게이트 콘택들(180)의 각각의 높이는 제1 방향(D1)에서 경계 영역(BR)에 근접할수록 커질 수 있다. A second interlayer insulating layer 174 covering the sub bit lines SBL may be formed on the first interlayer insulating layer 170 . The second interlayer insulating layer 170 may include an oxide film, a low dielectric film, or a nitride film. The second interlayer insulating layer 174 , the first interlayer insulating layer 170 , the capping insulating layer 148 , the mold insulating layer 118 , and the gate contact 180 passing through the second blocking insulating layer 158 are connected. It may be formed in the region CTA. Each of the gate contacts 180 may be connected to the pad portion GEP of the corresponding gate electrode GE. The height of each of the gate contacts 180 may increase as it approaches the boundary region BR in the first direction D1 .

제2 층간 절연층(174), 제1 층간 절연층(170), 캡핑 절연층(148), 몰드 절연층(118), 및 주변 보호층(109)을 관통하는 주변 콘택들(182)이 주변 영역(PR)에 형성될 수 있다. 주변 콘택들(182)은 주변회로 소자(PT)의 소오스/드레인 영역(107)과 접속할 수 있다. Peripheral contacts 182 penetrating through the second interlayer insulating layer 174 , the first interlayer insulating layer 170 , the capping insulating layer 148 , the mold insulating layer 118 , and the peripheral protective layer 109 are formed around the periphery. It may be formed in the region PR. The peripheral contacts 182 may be connected to the source/drain region 107 of the peripheral circuit element PT.

게이트 콘택들(180) 및 주변 콘택들(182)은 도전 물질(예를 들면, 실리콘, 텅스텐, 또는 구리)를 포함할 수 있다. 추가로, 게이트 콘택들(180) 및 주변 콘택들(182)은 장벽 금속층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 장벽 금속층은 전이 금속(예를 들면, 티타늄 또는 탄탈룸) 및/또는 도전성 금속질화물(예를 들면, 질화티타늄 또는 질화탄탈룸) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate contacts 180 and the peripheral contacts 182 may include a conductive material (eg, silicon, tungsten, or copper). Additionally, gate contacts 180 and peripheral contacts 182 may include a barrier metal layer. For example, the barrier metal layer may include at least one of a transition metal (eg, titanium or tantalum) and/or a conductive metal nitride (eg, titanium nitride or tantalum nitride).

비트 라인들(BL)은 제2 층간 절연층(174) 상에 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)은 제2 층간 절연층(174)을 관통하며 서브 비트 라인들(SBL)과 연결되는 비트라인 콘택들(176)과 접속할 수 있다. 비트 라인들(BL)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 비트 라인들(BL)은 셀 채널 구조체들(200a)과 전기적으로 연결될 수 있다. The bit lines BL may be formed on the second interlayer insulating layer 174 . The bit line BL may pass through the second interlayer insulating layer 174 and may be connected to bit line contacts 176 connected to the sub bit lines SBL. The bit lines BL may extend in the second direction D2 . The bit lines BL may be electrically connected to the cell channel structures 200a.

게이트 콘택들(180)을 전기적으로 서로 연결하는 재1 배선들(M1)이 연결 영역(CTA)에 형성될 수 있다. 제1 배선들(M1)의 각각은 동일 레벨에 위치하는 게이트 전극들(GE)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 최하층 게이트 전극들(GE1)과 전기적으로 연결되는 제1 배선들(M1)은 서로 연결되지 않을 수 있다. The first interconnections M1 that electrically connect the gate contacts 180 to each other may be formed in the connection area CTA. Each of the first wirings M1 may electrically connect the gate electrodes GE positioned at the same level. According to some embodiments, the first wirings M1 electrically connected to the lowermost gate electrodes GE1 may not be connected to each other.

제2 배선들(M2)은 주변 영역(PR)에 형성되며, 주변 콘택들(182)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 배선들(M2)은 제1 배선들(M1) 및/또는 비트 라인들(BL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 비트 라인들(BL)과 제1 및 제 배선들(M1, M2)은 금속(예를 들면, 알루미늄 또는 구리)을 포함할 수 있다. The second interconnections M2 may be formed in the peripheral region PR and may be electrically connected to the peripheral contacts 182 . The second wirings M2 may be electrically connected to the first wirings M1 and/or the bit lines BL. The bit lines BL and the first and first interconnections M1 and M2 may include metal (eg, aluminum or copper).

재1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)은 비트 라인(BL), 제1 배선(M1), 및 제2 배선(M2)과 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 따라서 제1 및 제2 더미 채널 구조체들(200b, 200c)은 전기적으로 격리될 수 있다. The first and second dummy channel structures 200b and 200c may not be electrically connected to the bit line BL, the first wiring M1, and the second wiring M2. Accordingly, the first and second dummy channel structures 200b and 200c may be electrically isolated.

도 20은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템을 나타내는 개략 블록도이다.20 is a schematic block diagram illustrating a memory system including a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.

도 20을 참조하면, 메모리 시스템(1000)은 반도체 저장 장치일 수 있다. 예를 들면, 메모리 시스템(1000)은 메모리 카드 또는 SSD(Solid State Drive)일 수 있다. 메모리 시스템(1000)은 하우징(1100) 내에 제어기(1200)와 메모리(1300)를 포함할 수 있다. 제어기(1200)와 메모리(1300)는 전기적인 신호를 교환할 수 있다. 예를 들면, 제어기(1200)의 명령(command)에 따라, 메모리(1300)와 제어기(1200)는 데이터(data)를 주고 받을 수 있다. 이에 따라, 메모리 시스템(1000)은 메모리(1300)에 데이터를 저장하거나, 또는 메모리(1300)로부터 데이터를 외부로 출력할 수 있다. 메모리(1300)는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 20 , the memory system 1000 may be a semiconductor storage device. For example, the memory system 1000 may be a memory card or a solid state drive (SSD). The memory system 1000 may include a controller 1200 and a memory 1300 in a housing 1100 . The controller 1200 and the memory 1300 may exchange electrical signals. For example, according to a command of the controller 1200 , the memory 1300 and the controller 1200 may send and receive data. Accordingly, the memory system 1000 may store data in the memory 1300 or output data from the memory 1300 to the outside. The memory 1300 may include a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.

도 21은 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 개략 블록도이다. 21 is a schematic block diagram illustrating an electronic system including a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept.

도 21를 참조하면, 전자 시스템(2000)은 제어기(2200), 기억 장치(2300) 및 입출력 장치(230)를 포함할 수 있다. 제어기(2200), 기억 장치(2300), 및 입출력 장치(230)는 버스(2100, bus)를 통하여 결합될 수 있다. 버스(2100)는 데이터들이 이동하는 통로라 할 수 있다. 예를 들면, 제어기(2200)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 그리고 이들과 동일한 기능을 수행할 수 있는 로직 소자들 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(230)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기억 장치(2300)는 데이터를 저장하는 장치이다. 기억 장치(2300)는 데이터 및/또는 제어기(2200)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다. 기억 장치(2300)는 휘발성 기억 소자 및/또는 비휘발성 기억 소자를 포함할 수 있다. 기억 장치(2300)는 플래시 메모리로 형성될 수 있다. 이러한 플래시 메모리는 SSD로 구성될 수 있다. 이 경우 전자 시스템(2000)은 대용량의 데이터를 기억 장치(2300)에 안정적으로 저장할 수 있다. 기억 장치(2300)는 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(2500)를 더 포함할 수 있다. 인터페이스(2500)는 유무선 형태일 수 있다. 예를 들면, 인터페이스(2500)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 21 , the electronic system 2000 may include a controller 2200 , a storage device 2300 , and an input/output device 230 . The controller 2200 , the memory device 2300 , and the input/output device 230 may be coupled through a bus 2100 . The bus 2100 may be referred to as a path through which data moves. For example, the controller 2200 may include at least one of at least one microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic devices capable of performing the same function. The input/output device 230 may include at least one selected from a keypad, a keyboard, and a display device. The storage device 2300 is a device for storing data. The memory device 2300 may store data and/or instructions executed by the controller 2200 . The memory device 2300 may include a volatile memory device and/or a non-volatile memory device. The memory device 2300 may be formed of a flash memory. Such a flash memory may be configured as an SSD. In this case, the electronic system 2000 may stably store a large amount of data in the storage device 2300 . The memory device 2300 may include a semiconductor memory device according to embodiments of the inventive concept. The electronic system 2000 may further include an interface 2500 for transmitting data to or receiving data from the communication network. The interface 2500 may be in a wired/wireless form. For example, the interface 2500 may include an antenna or a wired/wireless transceiver.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들을 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 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, embodiments of the technical idea of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can express the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (18)

기판 상에 배치되며 게이트 전극들과 절연층들이 교대로 반복 적층된 적층 구조체;
상기 적층 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체; 및
상기 적층 구조체와 이격되어 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 포함하는 제1 더미 채널 구조체를 포함하고,
상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이는 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이보다 크고,
상기 기판은 셀 어레이 영역 및 상기 셀 어레이 영역에 인접한 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 상기 셀 영역과 이격된 주변 영역, 및 상기 셀 영역과 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함하고,
상기 적층 구조체는 상기 셀 영역에 배치되고 제1 방향으로 연장되며, 상기 연결 영역에서 계단 구조의 단부를 가지는 반도체 메모리 장치.
a stacked structure disposed on a substrate and in which gate electrodes and insulating layers are alternately stacked;
a cell channel structure penetrating the stack structure and including a first semiconductor pattern connected to the substrate and a first channel pattern disposed on the first semiconductor pattern and connected to the first semiconductor pattern; and
A first dummy spaced apart from the stacked structure and disposed on the substrate, the first dummy including a second semiconductor pattern connected to the substrate and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern comprising a channel structure;
A first height from the surface of the substrate to the upper surface of the first semiconductor pattern is greater than a second height from the surface of the substrate to the upper surface of the second semiconductor pattern;
The substrate includes a cell region including a cell array region and a connection region adjacent to the cell array region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and a boundary region between the cell region and the peripheral region;
The stacked structure is disposed in the cell region, extends in a first direction, and has an end of a step structure in the connection region.
제 1 항에 있어서,
상기 셀 채널구조체는 상기 제1 채널 패턴과 상기 적층 구조체 사이에 배치되는 제1 정보저장 패턴을 더 포함하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
The cell channel structure may further include a first data storage pattern disposed between the first channel pattern and the stacked structure.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 더미 채널 구조체는 상기 제2 채널 패턴의 측벽에 접하는 제2 정보저장 패턴을 더 포함하고, 상기 제1 채널 패턴과 상기 제2 채널 패턴은 동일 물질을 포함하고, 상기 제1 정보저장 패턴과 상기 제2 정보저장 패턴은 동일 물질을 포함하는 반도체 메모리 장치.
3. The method of claim 2,
The first dummy channel structure further includes a second data storage pattern in contact with a sidewall of the second channel pattern, wherein the first channel pattern and the second channel pattern include the same material, and the first data storage pattern and the second data storage pattern include the same material.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 주변 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변회로 소자를 더 포함하고
상기 주변회로 소자는 게이트 절연막, 게이트 전극 및 소오스/드레인 영역을 포함하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a peripheral circuit element disposed on the substrate in the peripheral region,
The peripheral circuit device includes a gate insulating layer, a gate electrode, and a source/drain region.
제 1 항에 있어서,
상기 적층 구조체의 상기 단부를 덮고 상기 연결 영역, 상기 경계 영역 및 상기 주변 영역의 상기 기판 상에 배치되는 몰드 절연층을 더 포함하며, 상기 제1 더미 채널 구조체는 상기 몰드 절연층을 관통하며 상기 기판과 접속하는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
and a mold insulating layer covering the end portion of the stack structure and disposed on the substrate in the connection region, the boundary region, and the peripheral region, wherein the first dummy channel structure passes through the mold insulating layer and passes through the substrate and a semiconductor memory device to be connected to.
제 6 항에 있어서,
상기 연결 영역에서 상기 몰드 절연층과 상기 적층 구조체의 상기 단부를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제3 반도체 패턴 및 상기 제3 반도체 패턴과 접속하고 상기 제3 반도체 패턴 상에 배치된 제3 채널 패턴을 포함하는 제2 더미 채널 구조체를 더 포함하는 반도체 메모리 장치.
7. The method of claim 6,
A third semiconductor pattern passing through the mold insulating layer and the end of the stacked structure in the connection region and connected to the substrate, and a third channel pattern connected to the third semiconductor pattern and disposed on the third semiconductor pattern The semiconductor memory device further comprising a second dummy channel structure comprising:
제 7 항에 있어서,
상기 제1 더미 채널 구조체는, 평면도로 볼 때, 원 형상, 타원 형상, 또는 바 형상을 가지는 반도체 메모리 장치.
8. The method of claim 7,
The first dummy channel structure may have a circular shape, an elliptical shape, or a bar shape when viewed in plan view.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 반도체 패턴의 측벽 상에 배치된 게이트 산화막을 더 포함하고, 상기 제2 반도체 패턴의 측벽 상에 상기 게이트 산화막이 배치되지 않는 반도체 메모리 장치.
The method of claim 1,
The semiconductor memory device further includes a gate oxide layer disposed on a sidewall of the first semiconductor pattern, wherein the gate oxide layer is not disposed on a sidewall of the second semiconductor pattern.
셀 어레이 영역과 연결 영역을 포함하는 셀 영역, 상기 셀 영역과 이격된 주변 영역, 상기 연결 영역과 상기 주변 영역 사이의 경계 영역을 포함하는 기판을 제공하고;
상기 셀 영역의 기판 상에, 교대로 적층된 절연막들과 희생막들을 포함하는 몰드 구조체를 형성하고;
상기 몰드 구조체의 일부를 덮고, 상기 연결 영역, 상기 경계 영역, 및 상기 주변 영역의 기판 상에 몰드 절연층을 형성하고;
상기 셀 어레이 영역 상의 상기 몰드 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제1 반도체 패턴 및 상기 제1 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제1 반도체 패턴과 접속하는 제1 채널 패턴을 포함하는 셀 채널 구조체를 형성하고;
상기 연결 영역 상의 상기 몰드 절연층과 상기 몰드 구조체를 관통하며, 상기 기판과 접속하는 제2 반도체 패턴 및 상기 제2 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제2 반도체 패턴과 접속하는 제2 채널 패턴을 각각 포함하는 제1 더미 채널 구조체들을 형성하고; 그리고
상기 경계 영역의 상기 몰드 절연층을 관통하며 상기 기판과 접속하는 제3 반도체 패턴 및 상기 제3 반도체 패턴 상에 배치되며 상기 제3 반도체 패턴과 접속하는 제3 채널 패턴을 포함하는 제2 더미 채널 구조체를 형성하는 것을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
providing a substrate including a cell region including a cell array region and a connection region, a peripheral region spaced apart from the cell region, and a boundary region between the connection region and the peripheral region;
forming a mold structure including insulating layers and sacrificial layers alternately stacked on the substrate in the cell region;
forming a mold insulating layer covering a portion of the mold structure and on the substrate in the connection region, the boundary region, and the peripheral region;
a cell channel structure penetrating through the mold structure on the cell array region and including a first semiconductor pattern connected to the substrate and a first channel pattern disposed on the first semiconductor pattern and connected to the first semiconductor pattern; form;
a second semiconductor pattern passing through the mold insulating layer on the connection region and the mold structure and connected to the substrate; and a second channel pattern disposed on the second semiconductor pattern and connected to the second semiconductor pattern, respectively. forming first dummy channel structures to and
A second dummy channel structure including a third semiconductor pattern passing through the mold insulating layer in the boundary region and connected to the substrate, and a third channel pattern disposed on the third semiconductor pattern and connected to the third semiconductor pattern A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising forming a.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 반도체 패턴의 상면까지의 제1 높이를 갖고, 상기 제2 반도체 패턴들은 상기 제3 반도체 패턴에 가장 인접한 제1 서브 반도체 패턴을 포함하고, 상기 제1 서브 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제1 서브 반도체 패턴의 상면까지의 제2 높이를 갖고, 상기 제3 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제3 반도체 패턴의 상면까지의 제3 높이를 가지며, 상기 제3 높이는 상기 제1 높이보다 작고, 상기 제2 높이는 상기 제1 높이보다 작은 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The first semiconductor pattern has a first height from a surface of the substrate to an upper surface of the first semiconductor pattern, the second semiconductor patterns include a first sub-semiconductor pattern closest to the third semiconductor pattern, and The first sub-semiconductor pattern has a second height from the surface of the substrate to the upper surface of the first sub-semiconductor pattern, and the third semiconductor pattern has a third height from the surface of the substrate to the upper surface of the third semiconductor pattern. , wherein the third height is smaller than the first height, and the second height is smaller than the first height.
제 11 항에 있어서,
상기 제2 반도체 패턴들은 상기 제1 반도체 패턴에 가장 인접한 제2 서브 반도체 패턴을 더 포함하고, 성기 제2 서브 반도체 패턴은 상기 기판의 표면으로부터 상기 제2 서브 반도체 패턴의 상면까지의 제4 높이를 가지며, 상기 제4 높이는 상기 제1 높이와 실질적으로 동일한 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The second semiconductor patterns further include a second sub-semiconductor pattern closest to the first semiconductor pattern, wherein the sparse second sub-semiconductor pattern has a fourth height from the surface of the substrate to the upper surface of the second sub-semiconductor pattern. and wherein the fourth height is substantially equal to the first height.
제 11 항에 있어서,
상기 주변 영역의 상기 기판 상에 주변회로 소자를 형성하고; 그리고
상기 주변회로 소자를 보호하는 주변 보호층을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 주변회로 소자는 상기 기판 상에 적층된 게이트 절연막과 게이트 전극, 및 상기 게이트 전극에 인접한 상기 기판 내에 형성된 소오스/드레인 영역을 포함하고, 상기 몰드 절연층은 상기 주변 보호층을 덮는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
forming a peripheral circuit element on the substrate in the peripheral region; and
Further comprising forming a peripheral protective layer to protect the peripheral circuit element,
The peripheral circuit device includes a gate insulating layer and a gate electrode stacked on the substrate, and a source/drain region formed in the substrate adjacent to the gate electrode, wherein the mold insulating layer covers the peripheral protective layer. manufacturing method.
제 11 항에 있어서,
상기 셀 채널 구조체는 상기 제1 채널 패턴의 측벽과 접하는 제1 정보저장 패턴을 더 포함하고,
상기 제1 더미 채널 구조체들 각각은 상기 제2 채널 패턴의 측벽과 접하는 제2 정보저장 패턴을 더 포함하고,
상기 제2 더미 채널 구조체는 상기 제3 채널 패턴의 측벽과 접하는 제3 정보저장 패턴을 더 포함하고, 그리고
상기 제1 채널 패턴, 상기 제2 채널 패턴, 및 상기 제3 채널 패턴은 동일 물질을 포함하고, 상기 제1 정보저장 패턴, 상기 제2 정보저장 패턴, 및 상기 제3 정보저장 패턴은 동일 물질을 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The cell channel structure further includes a first data storage pattern in contact with a sidewall of the first channel pattern,
Each of the first dummy channel structures further includes a second data storage pattern in contact with a sidewall of the second channel pattern,
The second dummy channel structure further includes a third data storage pattern in contact with a sidewall of the third channel pattern, and
The first channel pattern, the second channel pattern, and the third channel pattern include the same material, and the first data storage pattern, the second data storage pattern, and the third data storage pattern include the same material. A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising:
제 11 항에 있어서,
상기 제2 더미 채널 구조체는 복수 개로 형성되고, 상기 제2 더미 채널 구조체들의 각각은, 평면도로 볼 때, 원 형상 또는 타원 형상을 가지고 일 방향을 따라 배열되는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The method of manufacturing a semiconductor memory device includes a plurality of second dummy channel structures, and each of the second dummy channel structures has a circular shape or an elliptical shape when viewed from a plan view and is arranged in one direction.
제 11 항에 있어서,
상기 제2 더미 채널 구조체는, 평면도로 볼 때, 바 형상을 가지고, 일 방향을 따라 연장하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The second dummy channel structure has a bar shape in a plan view and extends in one direction.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반도체 패턴들의 측벽들 상에 게이트 산화막을 형성하는 것을 더 포함하고,
상기 제3 반도체 패턴의 측벽 상에 상기 게이트 산화막이 형성되지 않는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The method further comprises forming a gate oxide layer on sidewalls of the first and second semiconductor patterns,
A method of manufacturing a semiconductor memory device in which the gate oxide layer is not formed on a sidewall of the third semiconductor pattern.
제 11 항에 있어서,
상기 희생막들을 제거하여 개구부들을 형성하고;
상기 개구부들 내에 게이트 도전막을 형성하고; 그리고
상기 게이트 도전막을 패터닝하여 게이트 전극들을 형성하는 것을 더 포함하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
removing the sacrificial layers to form openings;
forming a gate conductive film in the openings; and
The method of manufacturing a semiconductor memory device further comprising patterning the gate conductive layer to form gate electrodes.
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