KR102427647B1 - Semiconductor devices and manufacturing methods of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 수직하게 적층되는 게이트 전극들, 게이트 전극들을 관통하여 기판에 수직하게 연장되며, 채널 영역이 배치되는 채널홀들, 및 채널홀들 각각의 상단에서 채널 영역과 연결되도록 배치되며, 볼록한 상면을 갖는 채널 패드들을 포함한다.In a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, gate electrodes stacked vertically on a substrate, channel holes extending perpendicular to the substrate through the gate electrodes, a channel region is disposed, and upper ends of each of the channel holes It is disposed to be connected to the channel region and includes channel pads having a convex top surface.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
반도체 장치는 그 부피가 점점 작아지면서도 고용량의 데이터 처리를 요하고 있다. 이에 따라, 이러한 반도체 장치를 구성하는 반도체 소자의 집적도를 높일 필요가 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 집적도를 향상시키기 위한 방법들 중 하나로서, 기존의 평면 트랜지스터 구조 대신 수직 트랜지스터 구조를 가지는 반도체 장치가 제안되고 있다.
Semiconductor devices require high-capacity data processing while their volume is getting smaller. Accordingly, it is necessary to increase the degree of integration of semiconductor elements constituting such a semiconductor device. Accordingly, as one of methods for improving the degree of integration of a semiconductor device, a semiconductor device having a vertical transistor structure instead of a conventional planar transistor structure has been proposed.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 신뢰성이 향상된 반도체 장치를 제공하는 것이다.
One of the technical problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a semiconductor device with improved reliability.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 수직하게 적층되는 게이트 전극들, 상기 게이트 전극들을 관통하여 상기 기판에 수직하게 연장되며, 채널 영역이 배치되는 채널홀들, 및 상기 채널홀들 각각의 상단에서 상기 채널 영역과 연결되도록 배치되며, 볼록한 상면을 갖는 채널 패드들을 포함할 수 있다.In a semiconductor device according to example embodiments, gate electrodes vertically stacked on a substrate, channel holes extending perpendicular to the substrate through the gate electrodes, and in which a channel region is disposed, and the channel holes The channel pads may be disposed to be connected to the channel region at their upper ends, and may include channel pads having a convex top surface.
일 예로, 상기 채널 패드들은 상부를 향하여 볼록한 상면을 가질 수 있다.For example, the channel pads may have upper surfaces convex toward the top.
일 예로, 상기 채널 패드들은 상기 상면과 반대 방향을 향하여 볼록한 하면을 가질 수 있다.For example, the channel pads may have lower surfaces convex in a direction opposite to the upper surfaces.
일 예로, 상기 채널 패드들의 상기 상면 주위에서 경계면을 갖도록 배치되는 제1 및 제2 절연층들을 더 포함할 수 있다.For example, first and second insulating layers disposed to have an interface around the upper surfaces of the channel pads may be further included.
일 예로, 상기 채널 패드들은 하부에 배치되는 상기 제1 절연층으로부터 돌출되어 배치될 수 있다.For example, the channel pads may be disposed to protrude from the first insulating layer disposed thereunder.
일 예로, 상기 채널 패드들은 p형 또는 n형 불순물을 포함할 수 있다.For example, the channel pads may include p-type or n-type impurities.
일 예로, 상기 게이트 전극들과 상기 채널 영역의 사이에 배치되는 게이트 유전층을 더 포함하고, 상기 게이트 유전층은 상기 채널홀 내에서 상기 채널 패드의 측면으로 연장될 수 있다.For example, the display device may further include a gate dielectric layer disposed between the gate electrodes and the channel region, wherein the gate dielectric layer may extend to a side surface of the channel pad in the channel hole.
일 예로, 상기 채널 영역은 상기 채널홀 내에서 상기 채널 패드의 측면으로 연장될 수 있다.For example, the channel region may extend to a side surface of the channel pad in the channel hole.
일 예로, 상기 채널 패드들은 상기 상면보다 하면의 폭이 작을 수 있다.For example, the width of the lower surface of the channel pads may be smaller than that of the upper surface.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판 상에 수직하게 적층되는 게이트 전극들, 상기 게이트 전극들을 관통하여 상기 기판에 수직하게 연장되며, 채널 영역이 배치되는 채널홀들, 및 상기 채널홀들 각각의 상단에 배치되며, 서로 다른 방향으로 굴곡을 갖는 상면 및 하면을 갖는 채널 패드들을 포함할 수 있다.In a semiconductor device according to example embodiments, gate electrodes vertically stacked on a substrate, channel holes extending perpendicular to the substrate through the gate electrodes, and in which a channel region is disposed, and the channel holes It is disposed on the upper end of each, and may include channel pads having upper and lower surfaces curved in different directions.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 상에 희생층들 및 층간 절연층들을 교대로 적층하여 적층 구조물을 형성하는 단계, 상기 적층 구조물 상에 제1 절연층 및 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층을 이용하여, 상기 적층 구조물 및 상기 제1 절연층을 관통하는 채널홀들을 형성하는 단계, 상기 채널홀들의 측벽에 게이트 유전층들 및 채널 영역들을 형성하는 단계, 상기 채널홀들의 하부를 매립하는 채널 절연층들을 형성하는 단계, 상기 채널 절연층들 상에 상기 채널홀들의 상부를 매립하며 상기 마스크층 상으로 연장되는 도전층을 형성하는 단계, 및 상기 채널홀들 내에만 잔존하도록 상기 마스크층의 상부에서 상기 도전층을 제거하여, 볼록한 상면을 갖는 채널 패드들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments includes forming a stacked structure by alternately stacking sacrificial layers and interlayer insulating layers on a substrate, and forming a first insulating layer and a mask layer on the stacked structure. forming channel holes penetrating the stacked structure and the first insulating layer using the mask layer; forming gate dielectric layers and channel regions on sidewalls of the channel holes; Forming channel insulating layers to fill the lower portion, forming a conductive layer to fill the upper portions of the channel holes on the channel insulating layers and extending over the mask layer, and to remain only in the channel holes The method may include removing the conductive layer from an upper portion of the mask layer to form channel pads having a convex top surface.
일 예로, 상기 채널 패드들을 형성하는 단계에서, 상기 도전층은 평탄화 공정을 이용하여 제거되며, 상기 평탄화 공정 중에 상기 제1 절연층을 정지층으로 이용할 수 있다.For example, in the forming of the channel pads, the conductive layer may be removed using a planarization process, and the first insulating layer may be used as a stop layer during the planarization process.
일 예로, 상기 평탄화 공정 중에, 상기 마스크층이 전부 제거되고 상기 제1 절연층은 제거되지 않을 수 있다.For example, during the planarization process, all of the mask layer may be removed and the first insulating layer may not be removed.
일 예로, 상기 채널 패드들의 상면은 적어도 일부가 상기 제1 절연층으로부터 돌출될 수 있다.For example, at least a portion of upper surfaces of the channel pads may protrude from the first insulating layer.
일 예로, 상기 마스크층은 하부에 형성되는 제1 마스크층 및 상기 제1 마스크층 상에 형성되는 제2 마스크층을 포함하고, 상기 채널 패드들을 형성하는 단계는, 상기 제2 마스크층을 정지층으로 이용하여 상기 도전층의 일부를 제거하는 단계, 및 상기 제1 절연층을 정지층으로 이용하여 상기 제1 마스크층 및 상기 도전층의 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the mask layer includes a first mask layer formed below and a second mask layer formed on the first mask layer, and the forming of the channel pads may include forming the second mask layer as a stop layer. It may include removing a portion of the conductive layer by using a
일 예로, 상기 채널 절연층들을 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 마스크층을 정지층으로 이용하여, 평탄화 공정에 의해 상기 제2 마스크층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.For example, after forming the channel insulating layers, the method may further include removing the second mask layer by a planarization process using the first mask layer as a stop layer.
일 예로, 상기 제1 마스크층 및 상기 제2 마스크층은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.For example, the first mask layer and the second mask layer may be formed of different materials.
일 예로, 상기 채널 절연층들을 형성하는 단계는, 상기 채널홀들을 매립하도록 절연 물질을 증착하는 단계, 및 상기 채널홀들의 상단에서 상기 절연 물질이 제거되도록 에치-백 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.For example, forming the channel insulating layers may include depositing an insulating material to fill the channel holes, and performing an etch-back process to remove the insulating material from the top of the channel holes. can
일 예로, 상기 에치-백 공정에 의해 상기 채널 절연층들은 상기 기판을 향하여 볼록한 상면을 갖게 될 수 있다.For example, the channel insulating layers may have a convex top surface toward the substrate by the etch-back process.
일 예로, 상기 채널 패드들은 상기 기판을 향하여 볼록한 하면 및 상기 기판을 향하는 방향의 반대 방향을 향하여 볼록한 상면을 가질 수 있다.For example, the channel pads may have a convex lower surface toward the substrate and a convex upper surface toward the opposite direction to the substrate.
일 예로, 상기 제1 절연층의 두께는 상기 채널 패드의 두께의 1.5 배 내지 2.5 배의 범위일 수 있다.For example, the thickness of the first insulating layer may be in the range of 1.5 times to 2.5 times the thickness of the channel pad.
일 예로, 상기 제1 절연층의 두께는 약 1000 Å 내지 2200 Å의 범위일 수 있다.For example, the thickness of the first insulating layer may be in the range of about 1000 Å to 2200 Å.
일 예로, 상기 채널 패드들을 덮는 제2 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.For example, the method may further include forming a second insulating layer covering the channel pads.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 상에 희생층들 및 층간 절연층들을 교대로 적층하여 적층 구조물을 형성하는 단계, 상기 적층 구조물 상에 절연층을 형성하는 단계, 상기 적층 구조물 및 상기 절연층을 관통하는 채널홀들을 형성하는 단계, 상기 채널홀들 내에 게이트 유전층들, 채널 영역들 및 채널 절연층들을 형성하는 단계, 및 상기 채널홀들의 상단에 볼록한 상면을 가지며, 상기 절연층으로부터 적어도 일부가 돌출되는 채널 패드들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments may include forming a stacked structure by alternately stacking sacrificial layers and interlayer insulating layers on a substrate, forming an insulating layer on the stacked structure, and the stacking structure. forming channel holes penetrating the structure and the insulating layer, forming gate dielectric layers, channel regions and channel insulating layers in the channel holes, and having a convex top surface on top of the channel holes, the insulating layer and forming channel pads at least partially protruding from the layer.
일 예로, 상기 절연층의 두께는 상기 채널 패드의 두께의 1.5 배 내지 2.5 배의 범위일 수 있다.
For example, the thickness of the insulating layer may be in the range of 1.5 times to 2.5 times the thickness of the channel pad.
채널 패드 주위의 절연층의 두께를 제어하여 상면이 볼록한 채널 패드를 형성함으로써, 신뢰성이 향상된 반도체 장치가 제공될 수 있다.By controlling the thickness of the insulating layer around the channel pad to form the channel pad having a convex top, a semiconductor device with improved reliability can be provided.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
Various and advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 예시적인 실시예들에 따른 게이트 유전층을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 예시적인 실시예들에 따른 채널 패드를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 채널 패드를 설명하기 위한 전자 현미경 사진이다.
도 7a 내지 도 7j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 주요 단계별 도면들이다.
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도들이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 저장 장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 기기를 나타낸 블록도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 시스템을 보여주는 개략도이다.1 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to example embodiments.
2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a semiconductor device according to example embodiments.
3 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to example embodiments.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating a gate dielectric layer according to example embodiments.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a channel pad according to example embodiments.
6 is an electron micrograph for explaining a channel pad according to example embodiments.
7A to 7J are main step-by-step views schematically illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
8 and 9 are schematic perspective views of a semiconductor device according to example embodiments.
10 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to example embodiments.
11 is a block diagram illustrating a storage device including a semiconductor device according to example embodiments.
12 is a block diagram illustrating an electronic device including a semiconductor device according to example embodiments.
13 is a schematic diagram illustrating a system including a semiconductor device according to example embodiments.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Embodiments of the present invention may be modified in various other forms or various embodiments may be combined, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description, and elements indicated by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 지적하는 것이 아니라면, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함하다", "구비하다", 또는 "가지다" 등과 같은 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합이 존재함을 특정하려는 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, terms such as “comprise,” “comprise,” or “have” are intended to specify that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification is present. , the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof should not be construed as precluding the possibility of addition. The term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of those listed items.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다. Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers, and/or parts are limited by these terms, so that It is self-evident that These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, a first member, component, region, layer or portion discussed below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
본 명세서에서, '더미(dummy)'의 용어는, 다른 구성 요소와 동일하거나 유사한 구조 및 형상을 가지지만, 내에서 실질적인 기능을 하지 않고, 단지 패턴으로 존재하는 구성을 지칭하는 용도로 사용된다. 따라서, '더미' 구성 요소에는 전기적 신호가 인가되지 않거나 전기적으로 특정 기능을 수행하지 않는다.
In this specification, the term 'dummy' is used to refer to a configuration that has the same or similar structure and shape as other components, but does not have a substantial function within, and exists only as a pattern. Therefore, no electrical signal is applied to the 'dummy' component or it does not electrically perform a specific function.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 블록 다이어그램이다.1 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to example embodiments.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(10)는 메모리 셀 어레이(20), 구동 회로(30), 읽기/쓰기(read/write) 회로(40) 및 제어 회로(50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
메모리 셀 어레이(20)는 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있으며, 복수의 메모리 셀들은 복수의 행들과 열들을 따라 배열될 수 있다. 메모리 셀 어레이(20)에 포함되는 복수의 메모리 셀들은, 워드 라인(Word Line, WL), 공통 소스 라인(Common Source Line, CSL), 스트링 선택 라인(String Select Line, SSL), 접지 선택 라인(Ground Select Line, GSL) 등을 통해 구동 회로(30)와 연결될 수 있으며, 비트 라인(Bit Line, BL)을 통해 읽기/쓰기 회로(40)와 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 동일한 행을 따라 배열되는 복수의 메모리 셀들은 동일한 워드 라인(WL)에 연결되고, 동일한 열을 따라 배열되는 복수의 메모리 셀들은 동일한 비트 라인(BL)에 연결될 수 있다.The
메모리 셀 어레이(20)에 포함되는 복수의 메모리 셀들은 복수의 메모리 블록들로 구분될 수 있다. 각 메모리 블록은 복수의 워드 라인들(WL), 복수의 스트링 선택 라인들(SSL), 복수의 접지 선택 라인들(GSL), 복수의 비트 라인들(BL)과 적어도 하나의 공통 소스 라인(CSL)을 포함할 수 있다.A plurality of memory cells included in the
구동 회로(30)와 읽기/쓰기 회로(40)는 제어 회로(50)에 의해 동작될 수 있다. 일 실시예로, 구동 회로(30)는 외부로부터 어드레스(address) 정보(ADDR)를 수신하고, 수신한 어드레스 정보(ADDR)를 디코딩하여 메모리 셀 어레이에 연결된 워드 라인(WL), 공통 소스 라인(CSL), 스트링 선택 라인(SSL) 및 접지 선택 라인(GSL) 중 적어도 일부를 선택할 수 있다. 구동 회로(30)는 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 공통 소스 라인(CSL) 각각에 대한 구동 회로를 포함할 수 있다.The driving
읽기/쓰기 회로(40)는 제어 회로(50)로부터 수신하는 명령에 따라 메모리 셀 어레이(20)에 연결되는 비트 라인(BL) 중 적어도 일부를 선택할 수 있다. 읽기/쓰기 회로(40)는 선택한 적어도 일부의 비트 라인(BL)과 연결된 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어오거나, 선택한 적어도 일부의 비트 라인(BL)과 연결된 메모리 셀에 데이터를 기입할 수 있다. 읽기/쓰기 회로(40)는 상기와 같은 동작을 수행하기 위해, 페이지 버퍼, 입/출력 버퍼, 데이터 래치 등과 같은 회로를 포함할 수 있다.The read/
제어 회로(50)는 외부로부터 전달되는 제어 신호(CTRL)에 응답하여 구동 회로(30) 및 읽기/쓰기 회로(40)의 동작을 제어할 수 있다. 메모리 셀 어레이(20)에 저장된 데이터를 읽어오는 경우, 제어 회로(50)는 읽어오고자 하는 데이터가 저장된 워드 라인(WL)에 읽기 동작을 위한 전압을 공급하도록 구동 회로(30)의 동작을 제어할 수 있다. 읽기 동작을 위한 전압이 특정 워드 라인(WL)에 공급되면, 제어 회로(50)는 읽기/쓰기 회로(40)가 읽기 동작을 위한 전압이 공급된 워드 라인(WL)과 연결된 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어오도록 제어할 수 있다.The
한편, 메모리 셀 어레이(20)에 데이터를 쓰는 경우, 제어 회로(50)는 데이터를 쓰고자 하는 워드 라인(WL)에 쓰기 동작을 위한 전압을 공급하도록 구동 회로(30)의 동작을 제어할 수 있다. 쓰기 동작을 위한 전압이 특정 워드 라인(WL)에 공급되면, 제어 회로(50)는 쓰기 동작을 위한 전압이 공급된 워드 라인(WL)에 연결된 메모리 셀에 데이터를 기록하도록 읽기/쓰기 회로(40)를 제어할 수 있다.
Meanwhile, when data is written to the
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a semiconductor device according to example embodiments.
도 2는 수직 구조의 반도체 장치(100A)에 포함되는 메모리 셀 어레이의 3차원 구조를 나타낸 등가회로도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 메모리 셀 어레이는, 서로 직렬로 연결되는 n 개의 메모리 셀 소자(MC1~MCn), 메모리 셀 소자(MC1~MCn)의 양단에 직렬로 연결되는 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)를 포함하는 복수의 메모리 셀 스트링들(S)을 포함할 수 있다.2 is an equivalent circuit diagram illustrating a three-dimensional structure of a memory cell array included in the
서로 직렬로 연결되는 n 개의 메모리 셀 소자(MC1~MCn)는 메모리 셀 소자(MC1~MCn) 중 적어도 일부를 선택하기 위한 워드 라인(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다.The n memory cell elements MC1 to MCn connected in series may be respectively connected to the word lines WL1 to WLn for selecting at least some of the memory cell elements MC1 to MCn.
접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 단자는 접지 선택 라인(GSL)과 연결되고, 소스 단자는 공통 소스 라인(CSL)에 연결될 수 있다. 한편, 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 단자는 스트링 선택 라인(SSL)에 연결되고, 소스 단자는 메모리 셀 소자(MCn)의 드레인 단자에 연결될 수 있다. 도 2에서는 서로 직렬로 연결되는 n 개의 메모리 셀 소자(MC1~MCn)에 접지 선택 트랜지스터(GST)와 스트링 선택 트랜지스터(SST)가 하나씩 연결되는 구조를 도시하였으나, 이와 달리 복수의 접지 선택 트랜지스터들(GST) 또는 복수의 스트링 선택 트랜지스터들(SST)이 연결될 수도 있다.The gate terminal of the ground select transistor GST may be connected to the ground select line GSL, and the source terminal may be connected to the common source line CSL. Meanwhile, a gate terminal of the string select transistor SST may be connected to the string select line SSL, and a source terminal may be connected to a drain terminal of the memory cell device MCn. 2 illustrates a structure in which the ground select transistor GST and the string select transistor SST are connected one by one to the n memory cell elements MC1 to MCn connected in series, but unlike the plurality of ground select transistors ( GST) or a plurality of string select transistors SST may be connected.
스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인 단자는 비트 라인(BL1~BLm)에 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 단자에 스트링 선택 라인(SSL)을 통해 신호가 인가되면, 비트 라인(BL1~BLm)을 통해 인가되는 신호가 서로 직렬로 연결된 n 개의 메모리 셀 소자(MC1~MCn)에 전달됨으로써 데이터 읽기 또는 쓰기 동작이 실행될 수 있다. 또한, 소스 단자가 공통 소스 라인(CSL)에 연결된 게이트 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 단자에 게이트 선택 라인(GSL)을 통해 신호를 인가함으로써, n 개의 메모리 셀 소자(MC1~MCn)에 저장된 전하를 모두 제거하는 소거(erase) 동작이 실행될 수 있다.
A drain terminal of the string select transistor SST may be connected to the bit lines BL1 to BLm. When a signal is applied to the gate terminal of the string select transistor SST through the string select line SSL, the signal applied through the bit lines BL1 to BLm is connected in series to the n memory cell devices MC1 to MCn. By being transferred to , a data read or write operation can be executed. In addition, by applying a signal through the gate selection line GSL to the gate terminal of the gate selection transistor GST whose source terminal is connected to the common source line CSL, the charges stored in the n memory cell elements MC1 to MCn are removed. An erase operation that removes all may be performed.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 메모리 셀 스트링들의 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.3 is a schematic perspective view illustrating a structure of memory cell strings of a semiconductor device according to example embodiments.
도 3을 참조하면, 반도체 장치(100)는, 기판(101), 기판(101) 상면에 수직한 방향으로 연장되며 채널 영역(140)이 내부에 배치되는 채널홀들(CH) 및 채널홀들(CH)의 외측벽을 따라 적층된 복수의 층간 절연층들(120) 및 복수의 게이트 전극들(130)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 장치(100)는 채널 영역(140)과 게이트 전극들(130)의 사이에 배치되는 게이트 유전층(150), 채널 영역들(140)의 하부에 배치되는 에피택셜층들(107), 채널홀들(CH)의 상단의 채널 패드들(160), 게이트 전극들(130) 사이의 기판(101) 내의 불순물 영역(105), 및 불순물 영역(105) 상의 도전층(170)을 더 포함할 수 있다. 도 3에서는 상부의 배선 구조, 예를 들어 비트 라인(BL1~BLm)(도 2 참조)과 같은 일부 구성 요소들은 생략하고 도시되었다.Referring to FIG. 3 , the
반도체 장치(100)에서, 각각의 채널 영역(140)을 중심으로 하나의 메모리 셀 스트링이 구성될 수 있으며, 복수의 메모리 셀 스트링이 x 방향과 y 방향으로 열과 행을 이루며 배열될 수 있다.
In the
기판(101)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 기판(101)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 기판(101)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층으로 제공될 수도 있다.
The
채널홀들(CH)은 기판(101) 상에 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치되고, y 방향에서 서로 쉬프트되도록 배치될 수 있다. 즉, 채널홀들(CH)은 격자 무늬를 형성하도록 배치되거나 일 방향에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 채널홀들(CH)은 종횡비에 따라 기판(101)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가질 수 있다. 다만, 채널홀들(CH)의 배치는 실시예에 따라 다양할 수 있으며, 도시된 형태에 한정되지 않는다. The channel holes CH may be disposed to be spaced apart from each other while forming rows and columns on the
기둥 형상의 채널 영역(140)이 기판(101)의 상면에 수직한 방향으로 연장되는 채널홀(CH) 내에 배치될 수 있다. 채널홀(CH) 내에서 채널 영역(140)은 내부의 채널 절연층(162)을 둘러싸는 환형(annular)으로 형성될 수 있으나, 실시예에 따라 채널 절연층(162)이 없는 원기둥 또는 각기둥과 같은 기둥 형상을 가질 수도 있다. 채널 영역(140) 중 일부는 더미 채널 영역일 수 있다. 채널 영역(140)은 하단에서 에피택셜층(107)을 통해 기판(101)과 연결될 수 있다. 채널 영역(140)은 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 도핑되지 않은 물질이거나, p형 또는 n형 불순물을 포함하는 물질일 수 있다.
The
복수의 게이트 전극(131-138: 130)이 채널홀들(CH) 각각의 측면을 따라 기판(101)으로부터 수직한 방향에서 이격되어 배치될 수 있다. 도 2를 함께 참조하면, 게이트 전극들(130) 각각은 접지 선택 트랜지스터(GST), 복수의 메모리 셀(MC1~MCn) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트를 이룰 수 있다. 게이트 전극(130)은 워드 라인들(WL1~ WLn)을 이루며 연장될 수 있고, x 방향 및 y 방향으로 배열된 소정 단위의 인접한 메모리 셀 스트링들에서 공통으로 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트 전극들(132-136)은 5개가 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 반도체 장치(100)의 용량에 따라서 메모리 셀들(MC1~MCn)을 이루는 게이트 전극들(130)의 개수가 결정될 수 있다. 예컨대, 메모리 셀들(MC1~MCn)을 이루는 게이트 전극들(130)의 개수는 2n개(n은 자연수)일 수 있다. A plurality of gate electrodes 131-138: 130 may be disposed to be spaced apart from the
접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극(131)은 y 방향으로 연장되어 접지 선택 라인(GSL)을 형성할 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)의 기능을 위하여, 게이트 전극(131) 하부의 기판(101) 내에도 소정의 불순물이 도핑될 수 있다.The
스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극들(137, 138)은 y 방향으로 연장되어 스트링 선택 라인(SSL)을 형성할 수 있다. x 방향으로 일직선 상에 배치되는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극들(137, 138)은 별도의 배선 구조에 의해, 인접한 메모리 셀 스트링들이 서로 다른 비트 라인(BL1~BLm)(도 2 참조)에 각각 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극들(137, 138)은 x 방향으로 인접한 메모리 셀 스트링들 사이에서 서로 분리되어 서로 다른 스트링 선택 라인(SSL)을 이루도록 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극들(137, 138) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극(131)은 각각 1개 또는 2개 이상일 수 있으며, 메모리 셀들(MC1~MCn)의 게이트 전극들(132-136)과 동일하거나 상이한 구조를 가질 수도 있다. The
또한, 일부 게이트 전극들(130), 예를 들어, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극(131) 또는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극들(137, 138)에 인접한 게이트 전극들(130)은 더미 게이트 전극일 수 있다. 예를 들어, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극(131)과 인접한 게이트 전극(132)은 더미 게이트 전극일 수 있다.In addition, some
게이트 전극들(130)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 실리사이드 물질은, 예컨대, Co, Ni, Hf, Pt, W 및 Ti 중에서 선택되는 금속의 실리사이드 물질 또는 이들의 조합일 수 있다. 실시예에 따라, 게이트 전극들(130)은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수도 있다. 또한, 별도로 도시되지는 않았지만, 게이트 전극들(130)은 확산 방지막(diffusion barrier)을 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 확산 방지막은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
The
복수의 층간 절연층들(121-128: 120)이 게이트 전극들(130)의 사이에 배열될 수 있다. 층간 절연층들(120)도 게이트 전극들(130)과 마찬가지로 z 방향으로 서로 이격되고 y 방향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 층간 절연층들(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.A plurality of interlayer insulating layers 121-128 (120) may be arranged between the
제1 절연층(180)은 게이트 전극들(130)의 최상부에 배치될 수 있다. 제1 절연층(180)은 층간 절연층들(120)과 같이 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.
The first insulating
채널 패드들(160)은, 메모리 셀 스트링들의 상단에서, 채널 절연층들(162)의 상면을 덮고 채널 영역들(140)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 채널 패드들(160)은 스트링 선택 트랜지스터(SST)(도 2 참조)의 드레인 영역으로 작용할 수 있다. 채널 패드들(160)은 콘택 플러그와 같은 연결 구조물에 의해 비트 라인들(BL1~BLm)(도 2 참조)과 전기적으로 연결될 수 있다.The
채널 패드들(160)은 서로 다른 방향으로 굴곡을 갖는 상면(160U) 및 하면(160L)을 가질 수 있다. 채널 패드들(160)은 볼록한 상면(160U)을 가질 수 있다. 특히, 채널 패드(160)의 상면(160U)은 기판(101)으로부터 멀어지는 방향인 상부를 향하여 볼록한 형상을 가질 수 있다. 채널 패드(160)의 상면(160U)은 제1 절연층(180)으로부터 적어도 일부가 돌출될 수 있다. 이러한 형상에 의해, 채널 패드(160)는 상부의 배선 구조와 안정적으로 연결될 수 있다.The
이와 달리, 채널 패드들(160)의 하면(160L)은 기판(101)을 향하여 볼록할 수 있다. 따라서, 채널 패드들(160)은 중심부에서의 최대 높이인 제1 높이(H1)를 가지며, 가장자리로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다. 제1 높이(H1)는 약 600 Å 내지 1200 Å의 범위일 수 있다. 채널 패드들(160)은 중심부에서 제2 높이(H2)만큼 제1 절연층(180)으로부터 돌출될 수 있다. 제2 높이(H2)는 수 Å 내지 수십 Å일 수 있다. 채널 패드들(160)은 최상부의 게이트 전극(138)으로부터 제3 높이(H3)만큼 이격되어 위치할 수 있다. 제3 높이(H3)는 약 600 Å 내지 1200 Å의 범위일 수 있으며, 제1 높이(H1)보다 클 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. Alternatively, the
채널 패드들(160)의 측면은 채널 영역(140)과 접촉될 수 있다. 본 실시예에서, 채널 패드들(160)의 측면을 채널 영역(140) 및 게이트 유전층(150)이 둘러싸는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 채널 패드들(160)의 측면에는 채널 영역(140)만 배치되거나, 채널 영역(140)과 게이트 유전층(150)이 모두 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 채널 패드(160)는 채널홀(CH)의 측벽으로 연장되며 제1 절연층(180)과 접촉될 수도 있다.Sides of the
채널 패드들(160)은 예컨대, 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 채널 패드들(160)은 p형 또는 n형 불순물을 포함할 수 있다.
The
게이트 유전층(150)은 채널홀(CH) 내에서 게이트 전극들(130)과 채널 영역(140)의 사이에 배치될 수 있다. 게이트 유전층(150)은 채널 영역(140)을 따라 기판(101) 상으로 수직하게 연장될 수 있다. 게이트 유전층(150)은 채널 영역(140)으로부터 순차적으로 적층된 터널링층, 전하 저장층 및 블록킹층을 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 하기에 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
The
에피택셜층(107)은 채널홀들(CH)의 하단에서 기판(101) 상에 배치되며, 적어도 하나의 게이트 전극(130)의 측면에 배치될 수 있다. 에피택셜층(107)은 기판(101)의 리세스된 영역에 배치될 수 있다. 에피택셜층(107)의 상부면의 높이는 최하부의 게이트 전극(131)의 상부면보다 높을 수 있으며, 그 상부의 게이트 전극(132)의 하부면보다 낮을 수 있다. 에피택셜층(107)에 의해 채널 영역(140)의 종횡비가 증가하여도 채널 영역(140)이 기판(101)과 안정적으로 전기적으로 연결될 수 있으며, 메모리 셀 스트링들 사이의 접지 선택 트랜지스터(GST)의 특성이 균일해질 수 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서, 에피택셜층(107)은 생략될 수도 있으며, 이 경우, 채널 영역(140)은 기판(101)과 직접 연결될 수 있다.The
에피택셜층(107)은 선택적 에피택시 공정(Selective Epitaxial Growth, SEG)을 이용하여 형성된 층일 수 있다. 에피택셜층(107)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 에피택셜층(107)은 불순물이 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 게르마늄 혹은 단결정 게르마늄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(101)이 단결정 실리콘(Si)인 경우, 에피택셜층(107)도 단결정 실리콘일 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 기판(101)이 단결정 실리콘(Si)인 경우라도 에피택셜층(107)의 적어도 일부는 복수의 결정립들(grain)을 포함하는 다결정 실리콘 구조를 가질 수도 있다.
The
도전층(170)은 채널 영역들(140)의 사이에서 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)을 관통하여 기판(101)과 연결될 수 있으며, 매립 절연층(164)에 의해 게이트 전극들(130)과 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 게이트 전극들(130)은 도전층(170)을 사이에 두고 x 방향에서 서로 분리될 수 있다. 도전층(170)은 y 방향으로 연장되는 라인 형상으로 배치될 수 있다. 도전층(170)은, x 방향으로 소정 간격으로, 예를 들어, 채널 영역(140) 2열 내지 4열마다 하나씩 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도전층(170)은 높은 종횡비로 인하여, 기판(101)을 향하면서 폭이 감소되는 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
The
불순물 영역(105)은 도전층(170)의 하부에서 기판(101) 내에 배치될 수 있다. 불순물 영역(105)은 기판(101)의 상면에 인접하여 y 방향으로 연장될 수 있다. 불순물 영역(105)은 기판(101)과 동일하거나 반대되는 도전형의 불순물을 포함할 수 있으며, 동일한 도전형의 불순물을 포함하는 경우, 기판(101)보다 높은 농도로 포함할 수 있다. 도전층(170)은 불순물 영역(105)을 통해 기판(101)에 전압을 인가할 수 있다.
The
도 4a 내지 도 4c는 예시적인 실시예들에 따른 게이트 유전층을 설명하기 위한 단면도들로서 도 3의 'A' 영역에 대응되는 영역이 도시된다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a gate dielectric layer according to example embodiments, and a region corresponding to region 'A' of FIG. 3 is shown.
도 4a를 참조하면, 메모리 셀 스트링들의 게이트 전극(132), 게이트 유전층(150) 및 채널 영역(140)이 도시된다. 게이트 유전층(150)은 채널 영역(140)으로부터 순차적으로 적층된 터널링층(152), 전하 저장층(154) 및 블록킹층(156)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4A , the
터널링층(152)은 F-N 터널링 방식으로 전하를 전하 저장층(154)으로 터널링시킬 수 있다. 터널링층(152)은 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
전하 저장층(154)은 전하 트랩층 또는 플로팅 게이트 도전층일 수 있다. 예컨대, 전하 저장층(154)은 유전 물질, 양자 도트(quantum dots) 또는 나노 크리스탈(nanocrystals)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 양자 도트 또는 나노 크리스탈은 도전체, 예를 들면 금속 또는 반도체의 미세 입자들로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전하 저장층(154)이 전하 트랩층인 경우, 전하 저장층(154)은 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. The
블록킹층(156)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 고유전율(high-k) 유전 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 고유전율 유전 물질은, 알루미늄 산화물(Al2O3), 탄탈륨 산화물(Ta2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 지르코늄 산화물(ZrO2), 지르코늄 실리콘 산화물(ZrSixOy), 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 실리콘 산화물(HfSixOy), 란탄 산화물(La2O3), 란탄 알루미늄 산화물(LaAlxOy), 란탄 하프늄 산화물(LaHfxOy), 하프늄 알루미늄 산화물(HfAlxOy), 및 프라세오디뮴 산화물(Pr2O3) 중 어느 하나일 수 있다.
The
도 4b를 참조하면, 메모리 셀 스트링들의 게이트 전극(132), 게이트 유전층(150a) 및 채널 영역(140)이 도시된다. 게이트 유전층(150a)은 채널 영역(140)으로부터 순차적으로 터널링층(152), 전하 저장층(154) 및 블록킹층(156a)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 게이트 유전층(150a)을 이루는 상기 층들의 상대적인 두께는 도면에 도시된 것에 한정되지 않으며 다양하게 변화될 수 있다.Referring to FIG. 4B , the
특히, 본 실시예의 게이트 유전층(150a)은 도 4a의 실시예에서와 달리, 터널링층(152) 및 전하 저장층(154)은 채널 영역(140)을 따라 수직하게 연장되도록 배치되지만, 블록킹층(156a)은 게이트 전극층(132)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
In particular, in the
도 4c를 참조하면, 메모리 셀 스트링들의 게이트 전극(132), 게이트 유전층(150b) 및 채널 영역(140)이 도시된다. 게이트 유전층(150b)은 채널 영역(140)으로부터 순차적으로 터널링층(152b), 전하 저장층(154b) 및 블록킹층(156b)이 적층된 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 4C , the
특히, 본 실시예의 게이트 유전층(150b)은 도 4a 및 도 4b의 실시예들에서와 달리, 터널링층(152b), 전하 저장층(154b) 및 블록킹층(156b)이 모두 게이트 전극층(132)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 블록킹층(156b)의 일부는 채널 영역(140)을 따라 수직하게 연장되도록 배치되고, 일부는 게이트 전극층(132)을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
In particular, in the
도 5a 내지 도 5c는 예시적인 실시예들에 따른 채널 패드들을 설명하기 위한 단면도들로서 도 3의 'B' 영역에 대응되는 영역이 도시된다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating channel pads according to example embodiments, and a region corresponding to region 'B' of FIG. 3 is shown.
도 5a를 참조하면, 채널홀(CH) 내의 채널 영역(140), 게이트 유전층(150) 및 채널 패드(160a)가 도시된다. 채널 패드(160a)는 상부로 볼록한 상면(160aU)을 가질 수 있다. Referring to FIG. 5A , the
특히, 본 실시예의 채널 패드(160a)는 도 3의 실시예에서와 달리, 편평한 하면(160aL)을 가질 수 있다. 이와 같은 채널 패드(160a)의 하면(160aL)의 형상은 제조 방법에 따라 변경될 수 있다.
In particular, the
도 5b를 참조하면, 채널홀(CH) 내의 채널 영역(140), 게이트 유전층(150) 및 채널 패드(160b)가 도시된다. 채널 패드(160b)는 상부로 볼록한 상면(160bU) 및 하부로 볼록한 하면(160bL)을 가질 수 있다.Referring to FIG. 5B , the
특히, 본 실시예의 채널 패드(160b)는 도 3의 실시예에서와 달리, 채널홀(CH) 전체가 제1 절연층(180)으로부터 상부로 돌출될 수 있다. 즉, 채널 패드(160b)의 측면을 둘러싸는 채널 영역(140) 및 게이트 유전층(150)이 채널 패드(160b)와 함께 제1 절연층(180)으로부터 돌출될 수 있다. 게이트 유전층(150)은 제1 절연층(180)으로부터 제4 높이(H4)로 돌출될 수 있으며, 제4 높이(H4)는 예를 들어, 수 Å 내지 수십 Å의 범위일 수 있다.
In particular, in the
도 5c는 채널홀(CH) 내의 채널 영역(140), 게이트 유전층(150) 및 채널 패드(160c)가 도시된다. 채널 패드(160c)는 상부로 볼록한 상면(160cU) 및 하부로 볼록한 하면(160cL)을 가질 수 있다.5C shows the
특히, 본 실시예의 채널 패드(160c)는 도 3의 실시예에서와 달리, 상면(160cU)의 폭(W1)보다 하면(160cL)의 폭(W2)이 작을 수 있다. 이는, 채널홀(CH)이 기판(101)을 향하는 하부로 갈수록 폭이 감소하는 형태를 가지기 때문일 수 있다. 채널홀(CH)이 높은 종횡비를 갖는 경우, 형성 공정에 따라 하부로 갈수록 폭이 감소하는 형태로 형성될 수 있으며, 이에 따라, 채널홀(CH)의 상단을 채우는 채널 패드(160c)도 상면(160cU)과 하면(160cL)의 폭이 다르게 형성될 수 있다.
In particular, in the
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 채널 패드들을 설명하기 위한 전자 현미경 사진이다.6 is an electron micrograph for explaining channel pads according to example embodiments.
도 6을 참조하면, 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)에 의해 분석된 채널 패드(160)가 나타난다. 채널홀(CH) 내에 측벽으로부터 게이트 유전층(150) 및 채널 영역(140)이 순차적으로 배치될 수 있다. 채널홀(CH)의 하부에는 채널 절연층(162)이 채널홀(CH)을 매립하고, 상단에는 채널 절연층(162) 상에 채널 패드(160)가 배치될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
채널 패드(160)는 상부를 향하여 볼록한 상면(160U)을 가질 수 있으며, 볼록한 정도는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 채널 패드(160)는 하부를 향하여 볼록한 하면(160L)을 가질 수 있다. 채널 영역(140)과 채널 패드(160)는 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 도 6에 나타난 것과 같이 경계가 사진 상에서 구별되지 어려울 수 있다.The
또한, 본 실시예에서는, 도 4b의 실시예와 유사하게, 게이트 전극(138)과 채널홀(CH) 사이에 게이트 유전층(150)의 일부가 배치될 수 있다.
Also, in this embodiment, similar to the embodiment of FIG. 4B , a portion of the
도 7a 내지 도 7j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 주요 단계별 도면들이다. 도 7a 내지 도 7j에서는, 도 3의 반도체 장치(100)의 제조 방법이 설명된다.7A to 7J are main step-by-step views schematically illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. 7A to 7J , a method of manufacturing the
도 7a를 참조하면, 기판(101) 상에 희생층들(111-117: 110) 및 층간 절연층들(121-128: 120)을 교대로 적층한 후, 제1 절연층(180)을 최상부에 형성할 수 있다. 후속 공정을 통해, 희생층들(110)은 게이트 전극(130)으로 교체될 수 있다.Referring to FIG. 7A , after sacrificial layers 111-117: 110 and interlayer insulating layers 121-128: 120 are alternately stacked on the
먼저, 층간 절연층(121)을 형성하고, 희생층들(110) 및 층간 절연층들(120)을 도시된 것과 같이 기판(101) 상에 서로 교대로 적층하여 적층 구조물을 형성할 수 있다. 희생층들(110)은 층간 절연층들(120)에 대해 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 희생층들(110)은, 희생층들(110)을 식각하는 공정 중에 층간 절연층들(120)의 식각을 최소화하면서 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 식각 선택성 또는 식각 선택비는 층간 절연층(120)의 식각 속도에 대한 희생층들(110)의 식각 속도의 비율을 통해 정량적으로 표현될 수 있다. 예를 들면, 층간 절연층(120)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 한가지로 이루어질 수 있고, 희생층들(110)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물 중에서 선택되는 층간 절연층(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있다.First, the
일부 실시예들에서, 층간 절연층들(120)의 두께는 모두 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 최하부의 층간 절연층(121)은 상대적으로 얇게 형성될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 도 2의 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)와 메모리 셀들(MC1~MCn)의 사이에 배치되는 층간 절연층들(122, 126)은 메모리 셀들(MC1~MCn) 사이에 배치되는 층간 절연층들(123-125)보다 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다. 층간 절연층들(120) 및 희생층들(110)의 두께는 도시된 것으로부터 다양하게 변형될 수 있으며, 층간 절연층들(120) 및 희생층들(110)을 구성하는 막들의 개수 역시 다양하게 변경될 수 있다. In some embodiments, the thicknesses of the
최상부에 형성되는 제1 절연층(180)은 후속에서 채널 패드(160)(도 3 참조)가 형성되는 영역을 포함할 수 있으며, 층간 절연층들(120)에 비하여 상대적으로 두꺼운 두께(T1)로 형성될 수 있다. 상기 두께(T1)는 채널 패드(160)의 두께의 1.5 배 내지 2.5 배의 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 두께(T1)는 약 1000 Å 내지 2200 Å의 범위, 예를 들어, 약 1500 Å 내지 2000 Å의 범위일 수 있다. 제1 절연층(180)이 상기 범위보다 두꺼운 경우, 후속에서 평탄화 공정 중에 제거되어야 하는 양이 많아져, 채널 패드(160)에 디싱(dishing)이 발생할 수 있다. 제1 절연층(180)이 상기 범위보다 얇은 경우, 후속에서 형성되는 최상부의 게이트 전극(138)과의 거리가 가까워져 불량이 발생될 수 있다.The first insulating
제1 절연층(180)은, 예를 들어, TEOS(Tetra-Ethly-Ortho-Silicate) 산화막일 수 있다.
The first insulating
도 7b를 참조하면, 적층된 층간 절연층들(120), 희생층들(110) 및 제1 절연층(180) 상에 제1 내지 제3 마스크층들(182, 184, 186)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7B , first to third mask layers 182 , 184 , and 186 are to be formed on the stacked
제1 및 제2 마스크층들(182, 184)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 의해 서로 식각 선택성을 가질 수 있다. 제2 마스크층(184)은 층간 절연층(120)들과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 마스크층(182)은 실리콘 질화물일 수 있으며, 제2 마스크층(184)는 TEOS와 같은 실리콘 질화물일 수 있다.The first and second mask layers 182 and 184 may be made of different materials, and thus may have etch selectivity from each other. The
제3 마스크층(186)은 예를 들어, 포토레지스트층일 수 있으며, 채널홀들(CH)(도 3 참조)에 대응되는 영역을 오픈시키도록 패터닝될 수 있다.
The
도 7c를 참조하면, 제3 마스크층(186)을 이용하여 채널홀들(CH)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7C , channel holes CH may be formed using the
채널홀들(CH)은 제1 및 제2 마스크층들(182, 184), 제1 절연층(180), 희생층들(110) 및 층간 절연층들(120)을 이방성 식각하여 형성할 수 있다. 상기 식각 시에, 제2 마스크층(184)은 하드 마스크층으로서 기능할 수 있다. 채널홀들(CH)에 의해 기판(101)의 일부가 리세스될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. The channel holes CH may be formed by anisotropically etching the first and second mask layers 182 and 184 , the first insulating
서로 다른 종류의 막들을 포함한 적층 구조물을 식각하기 때문에, 일부 실시예들에서, 채널홀들(CH)의 측벽은 기판(101)의 상부면에 수직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 채널홀들(CH)의 폭은 기판(101)의 상부면에 가까울수록 감소될 수 있다.
Since the stack structure including different types of layers is etched, sidewalls of the channel holes CH may not be perpendicular to the top surface of the
도 7d를 참조하면, 채널홀들(CH) 내에, 에피택셜층(107), 게이트 유전층(150), 채널 영역(140) 및 예비 채널 절연층(162P)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7D , an
먼저, 기판(101)의 리세스된 영역 상에 에피택셜층(107)을 형성할 수 있다. 에피택셜층(107)은 기판(101)으로부터 SEG를 이용하여 성장시킬 수 있으며, 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 에피택셜층(107)은 불순물이 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 게르마늄 혹은 단결정 게르마늄을 포함할 수 있다. 에피택셜층(107)은 상부면이 접지 선택 트랜지스터(GST)(도 2 참조)의 게이트 전극(131)으로 대체되는 희생층(111)의 상부면보다 높게 형성될 수 있다.First, an
다음으로, 게이트 유전층(150)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 사용하여 균일한 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 본 단계에서 게이트 유전층(150)은 전부 또는 일부 형성될 수 있으며, 채널홀(CH)을 따라 기판(101)에 수직하게 연장되는 부분이 본 단계에서 형성될 수 있다. 채널 영역(140)은 채널홀들(CH) 내에서 게이트 유전층(150) 상에 형성될 수 있다.Next, the
예비 채널 절연층(162P)은 채널홀들(CH)을 충전하도록 형성되며, 절연 물질일 수 있다. 다만, 일부 실시예들에서는, 예비 채널 절연층(162P)이 아닌 도전성 물질로 채널 영역(140) 사이를 매립할 수도 있다. 본 단계에서, 예비 채널 절연층(162P)은 채널홀들(CH)을 매립하고 제2 마스크층(184)의 상부에도 형성될 수 있다.
The preliminary
도 7e를 참조하면, 채널홀들(CH)의 상단에서 예비 채널 절연층(162P)의 일부를 제거하여 채널 절연층(162)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7E , the
먼저, 제1 마스크층(182)을 정지층으로 이용하여 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정과 같은 평탄화 공정을 수행하여, 상부에 형성된 예비 채널 절연층(162P)의 물질들을 제거하고, 적층 구조물의 평탄한 상부면을 형성할 수 있다. 이에 의해, 제2 마스크층(184)이 제거될 수 있다. 다만, 본 공정은 선택적인 것으로 생략될 수도 있다.First, a planarization process such as a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed using the
다음으로, 에치-백(etch-back) 공정을 이용하여, 예비 채널 절연층(162P)의 일부를 제거할 수 있다. 본 공정에 의해 형성된 채널 절연층(162)의 상면은, 제1 절연층(180) 내에 위치할 수 있으며 기판(101)을 향하여 볼록한 형상을 갖게 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예비 채널 절연층(162P)의 일부 제거 시에, 측면의 채널 영역(140) 및/또는 게이트 유전층(150)도 적어도 일부가 함께 제거될 수 있다. 상기 평탄화 공정 또는 에치-백 공정 시에, 제1 마스크층(182)도 일부 제거될 수 있으며, 이에 따라 이전 단계에서의 두께(T2)(도 7d 참조)보다 감소한 두께(T3)를 가질 수 있다.
Next, a portion of the preliminary
도 7f를 참조하면, 채널 절연층(162) 상에 채널 패드층(160P)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7F , a channel pad layer 160P may be formed on the
도전성 물질을 증착하여 채널 절연층(162) 상에 채널홀들(CH)을 매립하고 적층 구조물의 상부로 연장되는 채널 패드층(160P)을 형성할 수 있다. 제1 마스크층(182)의 상면에는 채널 패드층(160P)이 소정 두께(T4)로 형성될 수 있다. 상기 두께(T4)는 복수의 채널홀들(CH)을 모두 안정적으로 매립할 수 있는 범위에서 최소 두께로 결정될 수 있다.A conductive material may be deposited to fill the channel holes CH on the
본 단계에서, 채널홀들(CH) 내에 형성되는 채널 패드층(160P)은 그 깊이를 조절함으로써 내부에 보이드와 같은 결함을 포함하지 않도록 형성될 수 있다. 채널 패드층(160P)이 형성되는 깊이는 제1 절연층(180) 및 제1 마스크층(182)의 두께 및 목적하는 채널 패드(160)의 두께에 따라 결정될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 특히 도 7a를 참조하여 상술한 것과 같이, 제1 절연층(180)의 두께를 조절함으로써 상기 깊이를 조절할 수 있다.
In this step, the channel pad layer 160P formed in the channel holes CH may be formed so as not to include defects such as voids therein by adjusting the depth thereof. The depth at which the channel pad layer 160P is formed may be determined according to the thicknesses of the first insulating
도 7g를 참조하면, 채널홀들(CH) 내에만 잔존하도록 채널 패드층(160P)의 일부를 제거하여 채널 패드들(160)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7G , the
먼저, 제1 마스크층(182)을 정지층으로 이용하여 CMP와 같은 평탄화 공정을 수행하여, 제1 마스크층(182) 상부의 채널 패드층(160P)을 제거할 수 있다. First, a planarization process such as CMP may be performed using the
다음으로, 제1 절연층(180)을 이용하여 CMP와 같은 평탄화 공정을 수행하여, 제1 마스크층(182) 상부의 채널 패드층(160P) 및 제1 마스크층(182)을 제거할 수 있다. 이 때, 주로 제1 마스크층(182)을 제거하는 조건으로 평탄화 공정이 수행되므로, 상대적으로 채널 패드층(160P)이 잘 제거되지 않을 수 있으며, 이에 의해 채널 패드들(160)의 상면이 볼록하게 형성될 수 있다. 또한, 제1 절연층(180)을 거의 제거하지 않으므로, 채널 패드(160)에서 디싱(dishing)과 같은 현상을 방지할 수 있다. 채널 패드들(160)의 하면은 채널 절연층(162)의 형상에 의해 하부로 볼록하게 형성될 수 있다.Next, a planarization process such as CMP may be performed using the first insulating
채널 패드들(160)이 형성된 후, 제1 절연층(180)의 두께(T5)는 처음 형성 시의 두께(T1)(도 7a 참조)와 동일하거나, 본 단계에서 소량이 제거되어 다소 작을 수 있다. 상기 두께(T5)는 채널 패드(160)의 두께의 약 1.5 배 내지 2.5 배, 예를 들어, 약 1.5배 내지 2배의 범위일 수 있다.
After the
도 7h를 참조하면, 채널 패드(160) 상에 제2 절연층(188)을 형성한 후, 희생층들(110) 및 층간 절연층들(120)의 적층물을 소정 간격으로 분리하는 개구부(OP)를 형성하고, 개구부(OP)를 통해 노출된 희생층들(110)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 7H , after forming the second insulating
제2 절연층(188)은 채널 패드(160) 및 그 하부의 채널 영역(140) 등의 손상을 방지할 수 있다. 제1 및 제2 절연층(180, 188)의 경계면은 채널 패드(160)의 상면(160U)에 인접한 채널 영역(140) 및 게이트 유전층(150)의 가장자리에 형성될 수 있다.The second
개구부(OP)는 포토 리소그래피 공정을 이용하여 마스크층을 형성하고, 희생층들(110) 및 층간 절연층들(120)의 적층물을 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 개구부(OP)는 y 방향(도 3 참조)으로 연장되는 트랜치 형태로 형성될 수 있다. 개구부(OP)는 채널 영역들(140)의 사이에서 기판(101)을 노출시킬 수 있다. 희생층들(110)이 식각 공정에 의해 제거될 수 있으며, 그에 따라 층간 절연층들(120) 사이에 복수의 측면 개구부들이 형성될 수 있다. 상기 측면 개구부들을 통해 게이트 유전층(150)의 일부 측벽들이 노출될 수 있다.
The opening OP may be formed by forming a mask layer using a photolithography process and anisotropically etching the stack of the
도 7i를 참조하면, 게이트 전극(130)을 희생층(110)이 제거된 상기 측면 개구부들 내에 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7I , the
게이트 전극들(130)은 금속, 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속 실리사이드 물질은, 예컨대, Co, Ni, Hf, Pt, W 및 Ti 중에서 선택되는 금속의 실리사이드 물질 또는 이들의 조합일 수 있다. 게이트 전극들(130)이 금속 실리사이드 물질로 이루어지는 경우, 실리콘(Si)을 터널부들(TP) 내에 매립한 후, 별도의 금속층을 형성하여 실리사이드화 공정을 수행함으로써 게이트 전극들(130)을 형성할 수 있다.The
게이트 전극(130)을 형성한 후, 상기 측면 개구부들 내에만 게이트 전극(130)이 배치되도록, 개구부(OP) 내에 형성된 게이트 전극(130)을 이루는 물질을 추가적인 공정을 통하여 제거할 수 있다. 본 단계에서, 도시된 것과 같이 개구부(OP)를 향하여 게이트 전극(130)보다 층간 절연층(120)이 돌출될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
After the
도 7j를 참조하면, 개구부(OP) 내의 기판(101)에 불순물 영역(105)을 형성하고, 불순물 영역(105) 상에 매립 절연층(164) 및 도전층(170)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7J , an
먼저, 개구부(OP)에 의해 노출된 기판(101) 내에 불순물을 주입함으로써 불순물 영역(105)이 형성될 수 있다. 다음으로, 개구부(OP)의 측벽에 매립 절연층(164)을 형성할 수 있다. 매립 절연층(164)은 절연 물질을 형성하고 기판(101)의 상면이 노출되도록 기판(101) 상에서 절연 물질을 제거하여 스페이서 형태로 제조될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 불순물 영역(105)은 매립 절연층(164)의 적어도 일부를 먼저 형성한 후 형성될 수도 있다. 예시적인 실시예들에서, 매립 절연층(164)은 다층막으로 이루어질 수도 있다.First, the
다음으로, 매립 절연층(164)에 의해 정의되는 영역에 도전층(170)을 형성할 수 있다. 도전층(170)의 형성 전에, 매립 절연층(164) 상에 확산 방지층이 더 형성될 수 있다. 상기 확산 방지층은, 예를 들어, TiN, WN과 같은 질화물을 포함할 수 있다. Next, the
이후에, 채널 패드들(160) 상에 제2 절연층(188)을 관통하는 콘택홀들을 형성하고, 상기 콘택홀들을 매립하는 콘택 플러그들(190)을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 채널 패드들(160)이 상부를 향하여 볼록한 상면을 가지므로, 본 단계에서 복수의 콘택 플러그들(190)을 형성할 때 일부가 채널 패드들(160)와 연결되지 않는 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 채널 패드들(160)의 볼록한 상면에 의해, 상기 콘택홀들의 형성 시의 공정 마진을 확보할 수 있게 되어, 상기 콘택홀에 의해 채널 패드들(160)이 노출되지 않는 현상을 방지할 수 있게 된다.Thereafter, contact holes penetrating the second insulating
일부 실시예들에서, 콘택 플러그들(190)은 채널 패드들(160)을 일부 리세스하도록 형성될 수도 있다. 콘택 플러그들(190)은 채널 패드들(160)을 비트 라인(BL1~BLm)(도 2 참조)과 같은 배선 구조들과 연결시킬 수 있다. In some embodiments, the contact plugs 190 may be formed to partially recess the
콘택 플러그들(190)은 도전성 물질, 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
The contact plugs 190 may be formed of a conductive material, for example, a metal such as tungsten (W), aluminum (Al), or copper (Cu).
도 8 및 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도들이다.8 and 9 are schematic perspective views of a semiconductor device according to example embodiments.
도 8을 참조하면, 반도체 장치(100a)는, 기판(101), 채널 영역(140)이 내부에 배치되는 채널홀들(CH), 복수의 층간 절연층들(120), 복수의 게이트 전극들(130), 게이트 유전층(150), 에피택셜층들(107), 채널 패드들(160), 불순물 영역(105), 및 도전층(170)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 장치(100a)는, 채널 패드들(160) 상의 콘택 플러그들(190) 및 비트 라인들(195)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
채널 패드들(160)은 콘택 플러그들(190)을 통해서 비트 라인들(195)과 전기적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 채널 패드들(160)은 상부를 향하여 볼록한 상면을 가지므로, 콘택 플러그들(190)과 전기적으로 안정적으로 연결될 수 있다.The
콘택 플러그들(190)은 하부로 갈수록 폭이 감소하는 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 콘택 플러그들(190)은 채널 패드들(160)의 상부를 소정 깊이로 리세스하도록 형성될 수 있다.The contact plugs 190 may have a shape that decreases in width toward the bottom, but is not limited thereto. In some embodiments, the contact plugs 190 may be formed to recess upper portions of the
비트 라인들(195)은 콘택 플러그들(190)의 상부에서 일 방향, 예를 들어, x 방향으로 연장될 수 있다. 비트 라인들(195)은 x 방향으로 일직선 상에 배치되는 채널 패드들(160)이 서로 다른 비트 라인들(195)에 연결되도록 배치될 수 있다. 이를 위해, 일부 실시예들에서 비트 라인들(195)은 하부 또는 상부에 위치하는 추가적인 배선 라인들 및 콘택 플러그들을 더 포함하는 구조를 가질 수도 있다.The bit lines 195 may extend above the contact plugs 190 in one direction, for example, the x-direction. The bit lines 195 may be arranged such that
콘택 플러그들(190) 및 비트 라인들(195)은 도전성 물질, 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다.
The contact plugs 190 and the
도 9를 참조하면, 반도체 장치(100b)는, 기판(101), 채널 영역(140)이 내부에 배치되는 채널홀들(CH), 복수의 층간 절연층들(120), 복수의 게이트 전극들(130), 기판(101) 상에 배치되며 채널 영역(140)이 수평하게 연장된 영역을 포함하는 수평부(SP), 수평부(SP) 외측의 수평 충전층(108), 게이트 유전층(150) 및 채널 패드들(160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
특히, 본 실시예의 반도체 장치(100b)는 게이트 전극(130)의 하부에 배치되는 수평부(SP)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수평부(SP)는 기판(101) 내에 배치될 수도 있다. In particular, the
수평부(SP)는 채널홀들(CH)과 연결되며, 기판(101)의 상면에 평행한 층으로 배치되어 적어도 일부 채널홀들(CH) 사이에서 연결된 구조를 가질 수 있다. 수평부(SP)는 적어도 일부 채널홀들(CH)의 사이에서 서로 연결된 판 형상의 구조를 가질 수 있으며, 수평부(SP)에 의해 연결되는 채널홀들(CH)의 개수는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.The horizontal portion SP may be connected to the channel holes CH, may be disposed as a layer parallel to the upper surface of the
수평부(SP)는 게이트 유전층(150) 및 채널 영역(140)의 일부로 이루어질 수 있다. 즉, 수평부(SP)는 채널 영역(140) 및 게이트 유전층(150)이 채널홀들(CH)로부터 수평 방향으로 연장되어 이루어질 수 있다. 수평부(SP)의 하면 및 측면에는 게이트 유전층(150)이 배치될 수 있으며, 수평부(SP)의 내부는 채널 영역(140)으로 채워질 수 있다. 다만, 수평부(SP) 내의 채널 영역(140) 및 게이트 유전층(150)의 배치는 이에 한정되지 않으며, 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.The horizontal portion SP may be formed of a part of the
수평 충전층(108)은 수평부(SP)의 외측에서 수평부(SP)와 수평하게 배치될 수 있다. 즉, 수평 충전층(108)은 수평부(SP)와 함께 기판(101)의 상면에 평행한 하나의 층을 형성할 수 있다. 수평 충전층(108)은 도전성 물질, 예를 들어, 반도체 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 수평 충전층(108)은 생략될 수도 있으며, 이 경우 수평부(SP)가 수평 충전층(108)이 형성된 영역까지 연장될 수 있다.The
본 실시예에서, 채널 패드들(160) 중 일부는 상부에서 비트 라인(195)(도 8 참조)과 연결되고 일부는 비트 라인(195)과 다른 전기적 신호가 인가되는 배선 라인에 연결될 수 있다.
In the present embodiment, some of the
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도이다.10 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to example embodiments.
도 10을 참조하면, 반도체 장치(200)는 셀 영역(CELL) 및 주변 회로(peripheral circuit) 영역(PERI)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10 , the
셀 영역(CELL)은 도 1의 메모리 셀 어레이(20)가 배치되는 영역에 해당할 수 있으며, 주변 회로 영역(PERI)은 도 1의 메모리 셀 어레이(20)의 구동 회로(30)가 배치되는 영역에 해당할 수 있다. 셀 영역(CELL)은 주변 회로 영역(PERI)의 상단에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 셀 영역(CELL)은 주변 회로 영역(PERI)의 하단에 배치될 수도 있다.
The cell region CELL may correspond to a region in which the
셀 영역(CELL)은, 반도체 장치(100)는, 기판(101), 기판(101) 상면에 수직한 방향으로 연장되며 채널 영역(140)이 내부에 배치되는 채널홀들(CH) 및 채널홀들(CH)의 외측벽을 따라 적층된 복수의 층간 절연층들(120) 및 복수의 게이트 전극들(130)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 장치(100)는 채널 영역(140)과 게이트 전극들(130)의 사이에 배치되는 게이트 유전층(150), 채널 영역들(140)의 하부에 배치되는 에피택셜층들(107), 채널홀들(CH)의 상단의 채널 패드들(160), 게이트 전극들(130) 사이의 기판(101) 내의 불순물 영역(105), 및 불순물 영역(105) 상의 도전층(170)을 더 포함할 수 있다. The cell region CELL includes the
본 실시예에서, 셀 영역(CELL)은 도 3의 실시예와 동일한 구조를 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 셀 영역(CELL)은 예를 들어, 도 4a 내지 도 5c, 도 8 및 도 9를 참조하여 상술한 것과 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구조를 갖는 반도체 장치를 포함할 수 있다.
In the present embodiment, the cell region CELL is illustrated as having the same structure as the embodiment of FIG. 3 , but is not limited thereto. The cell region CELL may include, for example, a semiconductor device having a structure according to various embodiments of the present disclosure as described above with reference to FIGS. 4A to 5C , 8 and 9 .
주변 회로 영역(PERI)은, 기저 기판(201), 기저 기판(201) 상에 배치된 회로 소자들(230), 콘택 플러그들(250) 및 배선 라인들(260)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit region PERI may include a
기저 기판(201)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 기저 기판(201)은 소자분리층(210)이 형성되어 활성 영역이 정의될 수 있다. 상기 활성 영역의 일부에는 불순물을 포함하는 도핑 영역(205)이 배치될 수 있다. 기저 기판(201)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다.The
회로 소자(230)는 수평 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각각의 회로 소자(230)는 회로 게이트 절연층(232), 스페이서층(234) 및 회로 게이트 전극(235)을 포함할 수 있다. 회로 게이트 전극(235)의 양 측에서 기저 기판(201) 내에는 도핑 영역(205)이 배치되어, 회로 소자(230)의 소스 영역 또는 드레인 영역으로 작용할 수 있다.The
복수의 주변 영역 절연층들(244, 246, 248)이 기저 기판(201) 상에서 회로 소자(230) 상에 배치될 수 있다.A plurality of peripheral
콘택 플러그들(250)은 주변 영역 절연층(244)을 관통하여 도핑 영역(205)에 연결될 수 있다. 콘택 플러그들(250)에 의해 회로 소자(230)에 전기적 신호가 인가될 수 있다. 도시되지 않은 영역에서, 회로 게이트 전극(235)에도 콘택 플러그들(250)가 연결될 수 있다. 배선 라인들(260)은 콘택 플러그들(250)과 연결될 수 있으며, 예시적인 실시예들에서, 복수의 층으로 배치될 수 있다.
The contact plugs 250 may be connected to the doped
주변 회로 영역(PERI)이 먼저 제조된 후에, 셀 영역(CELL)의 기판(101)이 그 상부에 형성되어 셀 영역(CELL)이 제조될 수 있다. 기판(101)은 기저 기판(201)과 동일한 크기를 갖거나, 기저 기판(201)보다 작게 형성될 수 있다. 기판(101)은 다결정 실리콘으로 형성되거나, 비정질 실리콘으로 형성된 후 단결정화될 수도 있다.After the peripheral circuit region PERI is first manufactured, the
셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI)은 도시되지 않은 영역에서 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(130)의 y 방향에서의 일단은 회로 소자(230)와 전기적으로 연결될 수 있다.
The cell region CELL and the peripheral circuit region PERI may be connected to each other in an area not shown. For example, one end of the
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 저장 장치를 나타낸 블록도이다. 11 is a block diagram illustrating a storage device including a semiconductor device according to example embodiments.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 저장 장치(1000)는 호스트(HOST)와 통신하는 컨트롤러(1010) 및 데이터를 저장하는 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)를 포함할 수 있다. 각 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)는, 도 3 내지 도 5c, 및 도 8 내지 도 10을 참조하여 상술한 것과 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
컨트롤러(1010)와 통신하는 호스트(HOST)는 저장 장치(1000)가 장착되는 다양한 전자 기기일 수 있으며, 예를 들어 스마트폰, 디지털 카메라, 데스크 톱, 랩톱, 미디어 플레이어 등일 수 있다. 컨트롤러(1010)는 호스트(HOST)에서 전달되는 데이터 쓰기 또는 읽기 요청을 수신하여 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)에 데이터를 저장하거나, 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)로부터 데이터를 인출하기 위한 명령(CMD)을 생성할 수 있다.The host (HOST) communicating with the
도 11에 도시한 바와 같이, 저장 장치(1000) 내에 하나 이상의 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)가 컨트롤러(1010)에 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 메모리(1020-1, 1020-2, 1020-3)를 컨트롤러(1010)에 병렬로 연결함으로써, SSD(Solid State Drive)와 같이 큰 용량을 갖는 저장 장치(1000)를 구현할 수 있다.
11 , one or more memories 1020-1, 1020-2, and 1020-3 in the
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 기기를 나타낸 블록도이다. 12 is a block diagram illustrating an electronic device including a semiconductor device according to example embodiments.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(2000)는 통신부(2010), 입력부(2020), 출력부(2030), 메모리(2040) 및 프로세서(2050)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12 , the
통신부(2010)는 유/무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, GPS 모듈, 이동통신 모듈 등을 포함할 수 있다. 통신부(2010)에 포함되는 유/무선 통신 모듈은 다양한 통신 표준 규격에 의해 외부 통신망과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. The
입력부(2020)는 사용자가 전자 기기(2000)의 동작을 제어하기 위해 제공되는 모듈로서, 기계식 스위치, 터치스크린, 음성 인식 모듈 등을 포함할 수 있다. 또한, 입력부(2020)는 트랙 볼 또는 레이저 포인터 방식 등으로 동작하는 마우스, 또는 핑거 마우스 장치를 포함할 수도 있으며, 그 외에 사용자가 데이터를 입력할 수 있는 다양한 센서 모듈을 더 포함할 수도 있다.The
출력부(2030)는 전자 기기(2000)에서 처리되는 정보를 음성 또는 영상의 형태로 출력하며, 메모리(2040)는 프로세서(2050)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이나, 또는 데이터 등을 저장할 수 있다. 프로세서(2050)는 필요한 동작에 따라 메모리(2040)에 명령어를 전달하여 데이터를 저장 또는 인출할 수 있다.The
메모리(2040)는 전자 기기(2000)에 내장되거나 또는 별도의 인터페이스를 통해 프로세서(2050)와 통신할 수 있다. 별도의 인터페이스를 통해 프로세서(2050)와 통신하는 경우, 프로세서(2050)는 SD, SDHC, SDXC, MICRO SD, USB 등과 같은 다양한 인터페이스 규격을 통해 메모리(2040)에 데이터를 저장하거나 또는 인출할 수 있다.The
프로세서(2050)는 전자 기기(2000)에 포함되는 각부의 동작을 제어한다. 프로세서(2050)는 음성 통화, 화상 통화, 데이터 통신 등과 관련된 제어 및 처리를 수행하거나, 멀티미디어 재생 및 관리를 위한 제어 및 처리를 수행할 수도 있다. 또한, 프로세서(2050)는 입력부(2020)를 통해 사용자로부터 전달되는 입력을 처리하고 그 결과를 출력부(2030)를 통해 출력할 수 있다. 또한, 프로세서(2050)는 앞서 설명한 바와 같이 전자 기기(2000)의 동작을 제어하는데 있어서 필요한 데이터를 메모리(2040)에 저장하거나 메모리(2040)로부터 인출할 수 있다. 프로세서(2050) 및 메모리(2040) 중 적어도 하나는 도 3 내지 도 5c, 및 도 8 내지 도 10을 참조하여 상술한 것과 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다.
The
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 시스템을 보여주는 개략도이다.13 is a schematic diagram illustrating a system including a semiconductor device according to example embodiments.
도 13을 참조하면, 시스템(3000)은 제어기(3100), 입/출력 장치(3200), 메모리(3300) 및 인터페이스(3400)를 포함할 수 있다. 시스템(3000)은 모바일 시스템 또는 정보를 전송하거나 전송받는 시스템일 수 있다. 상기 모바일 시스템은 PDA, 휴대용 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 폰(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player) 또는 메모리 카드(memory card)일 수 있다. Referring to FIG. 13 , a
제어기(3100)는 프로그램을 실행하고, 시스템(3000)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 제어기(3100)는, 예를 들어 마이크로프로세서(microprocessor), 디지털 신호 처리기(digital signal processor), 마이크로콘트롤러(microcontroller) 또는 이와 유사한 장치일 수 있다. The
입/출력 장치(3200)는 시스템(3000)의 데이터를 입력 또는 출력하는데 이용될 수 있다. 시스템(3000)은 입/출력 장치(3200)를 이용하여 외부 장치, 예컨대 개인용 컴퓨터 또는 네트워크에 연결되어, 외부 장치와 서로 데이터를 교환할 수 있다. 입/출력 장치(3200)는, 예를 들어 키패드(keypad), 키보드(keyboard) 또는 표시장치(display)일 수 있다. The input/
메모리(3300)는 제어기(3100)의 동작을 위한 코드 및/또는 데이터를 저장하거나, 및/또는 제어기(3100)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(3300)는 본 발명의 실시예들 중 어느 하나에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다. The
인터페이스(3400)는 시스템(3000)과 외부의 다른 장치 사이의 데이터 전송통로일 수 있다. 제어기(3100), 입/출력 장치(3200), 메모리(3300) 및 인터페이스(3400)는 버스(3500)를 통하여 서로 통신할 수 있다.The
제어기(3100) 또는 메모리(3300) 중 적어도 하나는 도 3 내지 도 5c, 및 도 8 내지 도 10을 참조하여 상술한 것과 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다.
At least one of the
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Accordingly, various types of substitutions, modifications and changes will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and this also falls within the scope of the present invention. something to do.
CH: 채널홀 100: 반도체 장치
101: 기판 105: 불순물 영역
107: 에피택셜층 110: 희생층
120: 층간 절연층 130: 게이트 전극
140: 채널 영역 150: 게이트 유전층
152: 터널링층 154: 전하 저장층
156: 블록킹층 160: 채널 패드
162: 채널 절연층 164: 매립 절연층
170: 도전층 180: 제1 절연층
182: 제1 마스크층 184: 제2 마스크층
186: 제3 마스크층 188: 제2 절연층
190: 콘택 플러그 195: 비트 라인CH: channel hole 100: semiconductor device
101: substrate 105: impurity region
107: epitaxial layer 110: sacrificial layer
120: interlayer insulating layer 130: gate electrode
140: channel region 150: gate dielectric layer
152: tunneling layer 154: charge storage layer
156: blocking layer 160: channel pad
162: channel insulating layer 164: buried insulating layer
170: conductive layer 180: first insulating layer
182: first mask layer 184: second mask layer
186: third mask layer 188: second insulating layer
190: contact plug 195: bit line
Claims (20)
상기 게이트 전극들을 관통하여 상기 기판에 수직하게 연장되며, 채널 영역이 각각 배치되는 채널홀들;
상기 채널홀들 각각의 상단에서 상기 채널 영역과 연결되도록 배치되며, 볼록한 상면을 갖는 채널 패드들; 및
상기 채널 패드들의 상기 상면 주위에서 경계면을 갖도록 배치되는 제1 및 제2 절연층들을 포함하고,
상기 채널 패드들은, 상기 채널홀들 및 하부에 배치되는 상기 제1 절연층으로부터, 상부에 배치되는 상기 제2 절연층 내로 돌출되어 배치되고,
상기 채널 영역은 상기 제1 절연층으로부터 돌출된 반도체 장치.
gate electrodes vertically stacked on the substrate;
channel holes extending perpendicular to the substrate through the gate electrodes and having channel regions respectively;
channel pads disposed on top of each of the channel holes to be connected to the channel region and having a convex top surface; and
first and second insulating layers disposed to have an interface around the upper surfaces of the channel pads;
The channel pads are disposed to protrude from the channel holes and the lower first insulating layer into the second insulating layer disposed thereon,
The channel region protrudes from the first insulating layer.
상기 채널 패드들은 상기 상면과 반대 방향을 향하여 볼록한 하면을 갖는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The channel pads have a lower surface convex in a direction opposite to the upper surface.
각각의 상기 채널홀들 내에서 상기 채널 영역의 내측에 배치되며, 상기 기판을 향하여 볼록한 상면을 갖는 채널 절연층을 더 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
and a channel insulating layer disposed inside the channel region in each of the channel holes and having an upper surface convex toward the substrate.
상기 채널 패드들은 p형 또는 n형 불순물을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The channel pads include p-type or n-type impurities.
상기 게이트 전극들과 상기 채널 영역의 사이에 배치되는 게이트 유전층을 더 포함하고,
상기 게이트 유전층은 상기 채널홀 내에서 상기 채널 패드의 측면으로 연장되는 반도체 장치.
The method of claim 1,
Further comprising a gate dielectric layer disposed between the gate electrodes and the channel region,
and the gate dielectric layer extends from the channel hole to a side surface of the channel pad.
상기 채널 영역은 상기 채널홀 내에서 상기 채널 패드의 측면으로 연장되는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The channel region extends to a side surface of the channel pad in the channel hole.
상기 채널 패드들은 상기 상면보다 하면의 폭이 작은 반도체 장치.
The method of claim 1,
The channel pads have a lower width than the upper surface of the semiconductor device.
상기 게이트 전극들을 관통하여 상기 기판에 수직하게 연장되며, 채널 영역이 각각 배치되는 채널홀들;
상기 채널홀들 각각의 상단에 배치되며, 서로 다른 방향으로 굴곡을 갖는 상면 및 하면을 갖는 채널 패드들; 및
상기 채널 패드들의 상기 상면 주위에서 경계면을 갖도록 배치되는 제1 및 제2 절연층들을 포함하고,
상기 채널 패드들은, 상기 채널홀들 및 하부에 배치되는 상기 제1 절연층으로부터, 상부에 배치되는 상기 제2 절연층 내로 돌출되어 배치되고,
상기 채널 영역은 상기 제1 절연층으로부터 돌출된 반도체 장치.
gate electrodes vertically stacked on the substrate;
channel holes extending perpendicular to the substrate through the gate electrodes and having channel regions respectively;
channel pads disposed on top of each of the channel holes and having upper and lower surfaces curved in different directions; and
first and second insulating layers disposed to have an interface around the upper surfaces of the channel pads;
The channel pads are disposed to protrude from the channel holes and the lower first insulating layer into the second insulating layer disposed thereon,
The channel region protrudes from the first insulating layer.
상기 적층 구조물 상에 절연층 및 마스크층을 형성하는 단계;
상기 마스크층을 이용하여, 상기 적층 구조물 및 상기 절연층을 관통하는 채널홀들을 형성하는 단계;
상기 채널홀들의 측벽에 게이트 유전층들 및 채널 영역들을 형성하는 단계;
상기 채널홀들의 하부를 매립하는 채널 절연층들을 형성하는 단계;
상기 채널 절연층들 상에 상기 채널홀들의 상부를 매립하며 상기 마스크층 상으로 연장되는 도전층을 형성하는 단계; 및
상기 채널홀들 내에만 잔존하도록 상기 마스크층의 상부에서 상기 도전층을 제거하여, 볼록한 상면을 갖는 채널 패드들을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
forming a stacked structure by alternately stacking sacrificial layers and interlayer insulating layers on a substrate;
forming an insulating layer and a mask layer on the laminate structure;
forming channel holes penetrating the stacked structure and the insulating layer by using the mask layer;
forming gate dielectric layers and channel regions on sidewalls of the channel holes;
forming channel insulating layers filling the lower portions of the channel holes;
forming a conductive layer on the channel insulating layers to fill the upper portions of the channel holes and extend onto the mask layer; and
and forming channel pads having a convex top surface by removing the conductive layer from an upper portion of the mask layer so as to remain only in the channel holes.
상기 채널 패드들을 형성하는 단계에서, 상기 도전층은 평탄화 공정을 이용하여 제거되며, 상기 평탄화 공정 중에 상기 절연층을 정지층으로 이용하는 반도체 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
In the forming of the channel pads, the conductive layer is removed using a planarization process, and the insulating layer is used as a stop layer during the planarization process.
상기 평탄화 공정 중에, 상기 마스크층이 전부 제거되고 상기 절연층은 제거되지 않는 반도체 장치의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
During the planarization process, all of the mask layer is removed and the insulating layer is not removed.
상기 채널 패드들의 상면은 적어도 일부가 상기 절연층으로부터 돌출되는 반도체 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
At least a portion of upper surfaces of the channel pads protrude from the insulating layer.
상기 마스크층은 하부에 형성되는 제1 마스크층 및 상기 제1 마스크층 상에 형성되는 제2 마스크층을 포함하고,
상기 채널 패드들을 형성하는 단계는,
상기 제2 마스크층을 정지층으로 이용하여 상기 도전층의 일부를 제거하는 단계; 및
상기 절연층을 정지층으로 이용하여 상기 제1 마스크층 및 상기 도전층의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The mask layer includes a first mask layer formed below and a second mask layer formed on the first mask layer,
The forming of the channel pads comprises:
removing a portion of the conductive layer using the second mask layer as a stop layer; and
and removing a portion of the first mask layer and the conductive layer by using the insulating layer as a stop layer.
상기 채널 절연층들을 형성하는 단계 이후에, 상기 제1 마스크층을 정지층으로 이용하여, 평탄화 공정에 의해 상기 제2 마스크층을 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
and removing the second mask layer by a planarization process using the first mask layer as a stop layer after forming the channel insulating layers.
상기 채널 절연층들을 형성하는 단계는,
상기 채널홀들을 매립하도록 절연 물질을 증착하는 단계; 및
상기 채널홀들의 상단에서 상기 절연 물질이 제거되도록 에치-백 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The forming of the channel insulating layers comprises:
depositing an insulating material to fill the channel holes; and
and performing an etch-back process to remove the insulating material from upper ends of the channel holes.
상기 에치-백 공정에 의해 상기 채널 절연층들은 상기 기판을 향하여 볼록한 상면을 갖게 되는 반도체 장치의 제조 방법.
18. The method of claim 17,
The method of manufacturing a semiconductor device in which the channel insulating layers have a convex top surface toward the substrate by the etch-back process.
상기 절연층의 두께는 상기 채널 패드의 두께의 1.5 배 내지 2.5 배의 범위인 반도체 장치의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The thickness of the insulating layer is in the range of 1.5 to 2.5 times the thickness of the channel pad.
상기 적층 구조물 상에 절연층을 형성하는 단계;
상기 적층 구조물 및 상기 절연층을 관통하는 채널홀들을 형성하는 단계;
상기 채널홀들 내에 게이트 유전층들, 채널 영역들 및 채널 절연층들을 형성하는 단계; 및
상기 채널홀들의 상단에 볼록한 상면을 가지며, 상기 절연층으로부터 적어도 일부가 돌출되는 채널 패드들을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
forming a stacked structure by alternately stacking sacrificial layers and interlayer insulating layers on a substrate;
forming an insulating layer on the laminate structure;
forming channel holes penetrating the multilayer structure and the insulating layer;
forming gate dielectric layers, channel regions and channel insulating layers in the channel holes; and
and forming channel pads having convex top surfaces on top of the channel holes and protruding at least a portion of the insulating layer.
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