KR102450571B1 - Semiconductor device - Google Patents

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KR102450571B1
KR102450571B1 KR1020180108144A KR20180108144A KR102450571B1 KR 102450571 B1 KR102450571 B1 KR 102450571B1 KR 1020180108144 A KR1020180108144 A KR 1020180108144A KR 20180108144 A KR20180108144 A KR 20180108144A KR 102450571 B1 KR102450571 B1 KR 102450571B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 기판 상에 제공되며, 회로 소자들을 포함하는 주변 회로 영역, 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제공되며, 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 메모리 셀 영역 및 제2 기판을 관통하여 제1 방향으로 연장되며 메모리 셀 영역과 회로 소자들을 전기적으로 연결하는 관통 콘택 플러그 및 관통 콘택 플러그를 둘러싸는 절연 영역을 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고, 절연 영역은, 제2 기판을 관통하며 제2 기판과 나란하게 배치되는 제1 절연층, 제1 방향으로 연장되도록 배치되는 제2 절연층들, 및 제2 절연층들의 사이에 배치되며 제1 방향으로 연장되는 수직 연장부 및 제2 절연층들과 접촉되도록 수직 연장부의 측면으로부터 제2 기판의 상면에 평행한 제2 방향으로 연장되는 수평 연장부들을 갖는 제3 절연층을 포함한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention provides a memory provided on a first substrate, a peripheral circuit region including circuit elements, and a second substrate disposed on the first substrate, the memory including memory cells a cell region, and a through-wiring region extending in a first direction through the memory cell region and the second substrate and including a through contact plug electrically connecting the memory cell region and circuit elements and an insulating region surrounding the through contact plug; wherein the insulating region penetrates through the second substrate and is disposed between the first insulating layer disposed in parallel with the second substrate, the second insulating layers disposed to extend in the first direction, and the second insulating layers, and a third insulating layer having a vertical extension extending in a first direction and horizontal extensions extending in a second direction parallel to the upper surface of the second substrate from a side surface of the vertical extension so as to be in contact with the second insulating layers.

Figure R1020180108144
Figure R1020180108144

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor device.

반도체 장치는 그 부피가 점점 작아지면서도 고용량의 데이터 처리를 요하고 있다. 특히, 메모리 반도체 장치의 경우, 고집적화를 위한 메모리 셀 크기의 축소에 따라, 반도체 장치에 포함되는 동작 회로들의 배치 구조 및/또는 배선 구조도 복잡해지고 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 집적도를 향상시키면서도 공정이 용이한 반도체 장치가 요구되고 있다.
Semiconductor devices require high-capacity data processing while their volume is getting smaller. In particular, in the case of a memory semiconductor device, an arrangement structure and/or a wiring structure of operating circuits included in the semiconductor device are becoming more complicated as the size of a memory cell for high integration is reduced. Accordingly, there is a demand for a semiconductor device that is easy to process while improving the degree of integration of the semiconductor device.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 집적도 및 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 integration and reliability.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 제1 기판 상에 제공되며, 회로 소자들을 포함하는 주변 회로 영역, 상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제공되며, 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 상기 메모리 셀 영역 및 상기 제2 기판을 관통하여 제1 방향으로 연장되며 상기 메모리 셀 영역과 상기 회로 소자들을 전기적으로 연결하는 관통 콘택 플러그 및 상기 관통 콘택 플러그를 둘러싸는 절연 영역을 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고, 상기 절연 영역은, 상기 제2 기판을 관통하며 상기 제2 기판과 나란하게 배치되는 제1 절연층, 상기 제1 방향으로 연장되도록 배치되는 제2 절연층들, 및 상기 제2 절연층들의 사이에 배치되며 상기 제1 방향으로 연장되는 수직 연장부 및 상기 제2 절연층들과 접촉되도록 상기 수직 연장부의 측면으로부터 상기 제2 기판의 상면에 평행한 제2 방향으로 연장되는 수평 연장부들을 갖는 제3 절연층을 포함할 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments is provided on a first substrate, a peripheral circuit region including circuit elements, a second substrate disposed on the first substrate, and including memory cells. a memory cell region, a through contact plug extending in a first direction through the memory cell region and the second substrate and electrically connecting the memory cell region and the circuit elements, and an insulating region surrounding the through contact plug; a through wiring region including: a first insulating layer penetrating the second substrate and disposed in parallel with the second substrate; second insulating layers extending in the first direction; and a second direction parallel to the upper surface of the second substrate from a side surface of the vertical extension part disposed between the second insulating layers and in contact with the vertical extension part extending in the first direction and the second insulating layers. and a third insulating layer having extended horizontal extensions.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 제1 기판 상에 제공되며, 회로 소자들을 포함하는 주변 회로 영역, 상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제공되며, 상기 제2 기판 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제2 기판 상에 수직하게 연장되는 채널들을 포함하는 메모리 셀 영역, 및 상기 게이트 전극들 및 상기 제2 기판을 관통하는 절연 영역 및 상기 절연 영역을 관통하며 수직하게 연장되는 관통 콘택 플러그를 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고, 상기 절연 영역은 상기 제1 및 제2 기판에 수직한 제1 방향으로 연장되는 수직 연장부들 및 상기 수직 연장부들의 측면으로부터 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되는 수평 연장부들을 가질 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments is provided on a first substrate, a peripheral circuit region including circuit elements, a second substrate disposed on the first substrate, and on the second substrate a memory cell region including gate electrodes stacked vertically spaced apart from each other, channels passing through the gate electrodes and extending vertically on the second substrate, and an insulation penetrating the gate electrodes and the second substrate and a through wiring region including a through contact plug extending vertically through the region and the insulating region, wherein the insulating region includes vertical extensions extending in a first direction perpendicular to the first and second substrates; Horizontal extensions extending in a second direction perpendicular to the first direction from side surfaces of the vertical extensions may be provided.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 제1 소자들을 포함하는 제1 영역, 상기 제1 영역의 일 측에 제공되며, 제2 소자들을 포함하는 제2 영역, 및 상기 제2 영역의 상부에 배치되며, 상기 제1 소자들과 상기 제2 소자들을 전기적으로 연결하는 관통 배선 구조물 및 상기 관통 배선 구조물을 둘러싸는 절연 영역을 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고, 상기 절연 영역은, 제1 방향으로 연장되는 수직 절연층들 및 상기 수직 절연층들의 사이에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되는 수평 절연층들을 포함할 수 있다.
A semiconductor device according to example embodiments includes a first region including first elements, a second region provided at one side of the first region, and a second region including second elements, and an upper portion of the second region and a through wiring region including a through wiring structure electrically connecting the first elements and the second elements and an insulating region surrounding the through wiring structure, wherein the insulating region is disposed in a first direction It may include vertical insulating layers extending and horizontal insulating layers extending in a second direction perpendicular to the first direction between the vertical insulating layers.

메모리 셀 영역 내에 복수의 절연층들로 구성된 관통 배선 영역을 형성함으로써, 집적도 및 신뢰성이 향상된 반도체 장치가 제공될 수 있다.A semiconductor device having improved integration and reliability can be provided by forming a through wiring region including a plurality of insulating layers in the memory cell region.

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 셀 어레이의 등가회로도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 배치를 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도들이다.
도 6a 및 도 6b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 부분 확대도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 레이아웃도들이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 11a 내지 도 11j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12g는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
1 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to example embodiments.
2 is an equivalent circuit diagram of a cell array of a semiconductor device according to example embodiments.
3 is a schematic layout diagram for explaining the arrangement of semiconductor devices according to example embodiments.
4 is a schematic plan view of a semiconductor device according to example embodiments.
5A and 5B are schematic cross-sectional views of semiconductor devices according to example embodiments.
6A and 6B are partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments.
7A to 7D are schematic layout diagrams of semiconductor devices according to example embodiments.
8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.
9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.
10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.
11A to 11J are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
12A to 12G are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
13 is a schematic cross-sectional view of 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.

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, 반도체 장치(10)는 메모리 셀 어레이(20) 및 주변 회로(30)를 포함할 수 있다. 주변 회로(30)는 로우 디코더(32), 페이지 버퍼(34), 입출력 버퍼(35), 제어 로직(36), 및 전압 발생기(37)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a semiconductor device 10 may include a memory cell array 20 and a peripheral circuit 30 . The peripheral circuit 30 may include a row decoder 32 , a page buffer 34 , an input/output buffer 35 , a control logic 36 , and a voltage generator 37 .

메모리 셀 어레이(20)는 복수의 메모리 블록들을 포함하며, 각각의 메모리 블록들은 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 메모리 셀들은, 스트링 선택 라인(SSL), 워드 라인들(WL) 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 로우 디코더(32)와 연결될 수 있으며, 비트 라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼(34)와 연결될 수 있다. 예시적인 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 memory cell array 20 includes a plurality of memory blocks, and each memory block may include a plurality of memory cells. The plurality of memory cells may be connected to the row decoder 32 through a string select line SSL, word lines WL, and a ground select line GSL, and may be connected to a page buffer 32 through bit lines BL. 34) can be connected. In example embodiments, a plurality of memory cells arranged along the same row may be connected to the same word line WL, and a plurality of memory cells arranged along the same column may be connected to the same bit line BL.

로우 디코더(32)는 입력된 어드레스(ADDR)를 디코딩하여, 워드 라인(WL)의 구동 신호들을 발생하고 전달할 수 있다. 로우 디코더(32)는 제어 로직(36)의 제어에 응답하여 전압 발생기(37)로부터 발생된 워드 라인 전압을 선택된 워드 라인(WL) 및 비선택된 워드 라인들(WL)로 각각 제공할 수 있다. The row decoder 32 may decode the input address ADDR to generate and transmit driving signals of the word line WL. The row decoder 32 may provide the word line voltage generated from the voltage generator 37 to the selected word line WL and the unselected word lines WL in response to the control of the control logic 36 , respectively.

페이지 버퍼(34)는 비트 라인들(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(20)와 연결되어, 상기 메모리 셀들에 저장된 정보를 판독할 수 있다. 페이지 버퍼(34)는 동작 모드에 따라, 상기 메모리 셀들에 저장될 데이터를 임시로 저장하거나, 상기 메모리 셀들에 저장된 데이터를 감지할 수 있다. 페이지 버퍼(34)는 컬럼 디코터 및 감지 증폭기를 포함할 수 있다. 상기 컬럼 디코더는 메모리 셀 어레이(20)의 비트 라인들(BL)을 선택적으로 활성화할 수 있고, 상기 감지 증폭기는 읽기 동작 시에 상기 컬럼 디코더에 의해 선택된 비트 라인(BL)의 전압을 감지하여 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터를 읽어낼 수 있다.The page buffer 34 may be connected to the memory cell array 20 through bit lines BL to read information stored in the memory cells. The page buffer 34 may temporarily store data to be stored in the memory cells or sense data stored in the memory cells according to an operation mode. The page buffer 34 may include a column decoder and a sense amplifier. The column decoder may selectively activate the bit lines BL of the memory cell array 20 , and the sense amplifier senses a voltage of the bit line BL selected by the column decoder during a read operation to select the selected bit line BL. Data stored in the memory cell can be read.

입출력 버퍼(35)는 프로그램 동작 시 데이터(DATA)를 입력 받아 페이지 버퍼(34)에 전달하고, 읽기 동작 시 페이지 버퍼(34)로부터 전달받은 데이터(DATA)를 외부로 출력할 수 있다. 입출력 버퍼(35)는 입력되는 어드레스 또는 명령어를 제어 로직(36)에 전달할 수 있다.The input/output buffer 35 may receive data DATA during a program operation and transmit it to the page buffer 34 , and may output the data DATA received from the page buffer 34 during a read operation to the outside. The input/output buffer 35 may transfer an input address or command to the control logic 36 .

제어 로직(36)은 로우 디코더(32) 및 페이지 버퍼(34)의 동작을 제어할 수 있다. 제어 로직(36)은 외부로부터 전달되는 제어 신호 및 외부 전압을 수신하고, 수신된 제어 신호에 따라 동작할 수 있다. 제어 로직(36)은 상기 제어 신호들에 응답하여 읽기, 쓰기, 및/또는 소거 동작을 제어할 수 있다. The control logic 36 may control operations of the row decoder 32 and the page buffer 34 . The control logic 36 may receive a control signal and an external voltage transmitted from the outside, and operate according to the received control signal. The control logic 36 may control read, write, and/or erase operations in response to the control signals.

전압 발생기(37)는 외부 전압을 이용하여 내부 동작에 필요한 전압들, 예를 들어, 프로그램 전압, 읽기 전압, 소거 전압 등을 생성할 수 있다. 전압 발생기(37)에 의해서 생성되는 전압은 로우 디코더(32)를 통해서 메모리 셀 어레이(20)에 전달될 수 있다.
The voltage generator 37 may generate voltages necessary for an internal operation, for example, a program voltage, a read voltage, and an erase voltage, by using an external voltage. The voltage generated by the voltage generator 37 may be transmitted to the memory cell array 20 through the row decoder 32 .

도 2는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 셀 어레이의 등가회로도이다. 2 is an equivalent circuit diagram of a cell array of a semiconductor device according to example embodiments.

도 2를 참조하면, 메모리 셀 어레이(20)는, 서로 직렬로 연결되는 메모리 셀들(MC), 메모리 셀들(MC)의 양단에 직렬로 연결되는 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)를 포함하는 복수의 메모리 셀 스트링들(S)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 셀 스트링들(S)은 각각의 비트 라인들(BL0-BL2)에 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀 스트링들(S)은 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 비트 라인들(BL0-BL2)과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 복수의 메모리 셀 스트링들(S)이 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 공통 소스 라인(CSL)은 복수 개가 2차원적으로 배열될 수도 있다.Referring to FIG. 2 , the memory cell array 20 includes memory cells MC that are serially connected to each other, a ground select transistor GST and a string select transistor SST1 that are connected in series across both ends of the memory cells MC; A plurality of memory cell strings S including SST2 may be included. The plurality of memory cell strings S may be connected in parallel to respective bit lines BL0 - BL2. The plurality of memory cell strings S may be commonly connected to a common source line CSL. That is, a plurality of memory cell strings S may be disposed between the plurality of bit lines BL0 - BL2 and one common source line CSL. In an exemplary embodiment, a plurality of common source lines CSL may be two-dimensionally arranged.

서로 직렬로 연결되는 메모리 셀들(MC)은 상기 메모리 셀들(MC)을 선택하기 위한 워드 라인들(WL0-WLn)에 의해 제어될 수 있다. 각각의 메모리 셀들(MC)은 데이터 저장 요소를 포함할 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치되는 메모리 셀들(MC)의 게이트 전극들은, 워드 라인들(WL0-WLn) 중 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 또는, 메모리 셀들(MC)의 게이트 전극들이 공통 소스 라인들(CSL)으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치되더라도, 서로 다른 행 또는 열에 배치되는 게이트 전극들이 독립적으로 제어될 수도 있다.The memory cells MC connected in series with each other may be controlled by word lines WL0 - WLn for selecting the memory cells MC. Each of the memory cells MC may include a data storage element. Gate electrodes of the memory cells MC disposed at substantially the same distance from the common source line CSL may be commonly connected to one of the word lines WL0 - WLn to be in an equipotential state. Alternatively, even if the gate electrodes of the memory cells MC are disposed at substantially the same distance from the common source lines CSL, the gate electrodes disposed in different rows or columns may be independently controlled.

접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인(GSL)에 의해 제어되고, 공통 소스 라인(CSL)에 접속될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2)에 의해 제어되고, 비트 라인들(BL0-BL2)에 접속될 수 있다. 도 2에서는 서로 직렬로 연결되는 복수개의 메모리 셀들(MC)에 각각 하나의 접지 선택 트랜지스터(GST)와 두 개의 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)이 연결되는 구조를 도시하였으나, 각각 하나의 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)가 연결되거나, 복수의 접지 선택 트랜지스터(GST)가 연결될 수도 있다. 워드 라인들(WL0-WLn) 중 최상위 워드라인(WLn)과 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2) 사이에 하나 이상의 더미 라인(DWL) 또는 버퍼 라인이 더 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 최하위 워드라인(WL0)과 접지 선택 라인(GSL) 사이에도 하나 이상의 더미 라인(DWL)이 배치될 수 있다.The ground select transistor GST is controlled by the ground select line GSL and may be connected to the common source line CSL. The string select transistor SST is controlled by the string select lines SSL1 and SSL2 and may be connected to the bit lines BL0 - BL2. FIG. 2 illustrates a structure in which one ground select transistor GST and two string select transistors SST1 and SST2 are connected to a plurality of memory cells MC connected in series with each other, respectively. The transistors SST1 and SST2 may be connected, or a plurality of ground select transistors GST may be connected. One or more dummy lines DWL or buffer lines may be further disposed between the uppermost word line WLn and the string selection lines SSL1 and SSL2 among the word lines WL0 - WLn. In an exemplary embodiment, one or more dummy lines DWL may also be disposed between the lowest word line WL0 and the ground selection line GSL.

스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)에 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2)을 통해 신호가 인가되면, 비트 라인(BL0-BL2)을 통해 인가되는 신호가 서로 직렬로 연결된 메모리 셀들(MC)에 전달됨으로써 데이터 읽기 및 쓰기 동작이 실행될 수 있다. 또한, 기판을 통해 소정의 소거 전압을 인가함으로써, 메모리 셀들(MC)에 기록된 데이터를 지우는 소거 동작이 실행될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 메모리 셀 어레이(20)는 비트 라인(BL0-BL2)과 전기적으로 분리되는 적어도 하나의 더미 메모리 셀 스트링을 포함할 수도 있다.
When a signal is applied to the string select transistors SST1 and SST2 through the string select lines SSL1 and SSL2 , the signal applied through the bit lines BL0 - BL2 is transmitted to the memory cells MC connected in series with each other, so that data Read and write operations may be executed. Also, an erase operation of erasing data written in the memory cells MC may be performed by applying a predetermined erase voltage through the substrate. In an exemplary embodiment, the memory cell array 20 may include at least one dummy memory cell string electrically isolated from the bit lines BL0 - BL2 .

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 배치를 설명하기 위한 개략적인 레이아웃도이다.3 is a schematic layout diagram for explaining the arrangement of semiconductor devices according to example embodiments.

도 3을 참조하면, 반도체 장치(10A)는 수직 방향으로 적층된 제1 및 제2 영역들(R1, R2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(R1)은 도 1의 주변 회로(30)를 구성하고, 제2 영역(R2)은 메모리 셀 어레이(20)를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the semiconductor device 10A may include first and second regions R1 and R2 stacked in a vertical direction. The first region R1 may constitute the peripheral circuit 30 of FIG. 1 , and the second region R2 may constitute the memory cell array 20 .

제1 영역(R1)은 로우 디코더(DEC), 페이지 버퍼(PB1, PB2), 패드 회로(PAD), 및 기타 주변 회로(PERI)를 포함할 수 있다. 제2 영역(R2)은 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2) 및 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)을 포함할 수 있다.
The first region R1 may include a row decoder DEC, page buffers PB1 and PB2 , a pad circuit PAD, and other peripheral circuits PERI. The second region R2 may include memory cell arrays MCA1 and MCA2 and first and second through-line regions TB1 and TB2.

제1 영역(R1)에서, 로우 디코더(DEC)는 도 1을 참조하여 상술한 로우 디코더(32)에 해당하고, 페이지 버퍼(PB1, PB2)는 페이지 버퍼(34)에 해당하는 영역일 수 있다. 또한, 기타 주변 회로(PERI)는 도 1의 제어 로직(36) 및 전압 발생기(37)를 포함하는 영역일 수 있으며, 예컨대, 래치 회로(latch circuit), 캐시 회로(cache circuit), 또는 감지 증폭기(sense amplifier)를 포함할 수 있다. 패드 회로(PAD)는 도 1의 입출력 버퍼(35)를 포함하는 영역일 수 있으며, ESD(Electrostatic discharge) 소자 또는 데이터 입출력 회로를 포함할 수 있다. In the first region R1 , the row decoder DEC may correspond to the row decoder 32 described above with reference to FIG. 1 , and the page buffers PB1 and PB2 may correspond to the page buffer 34 . . Also, the other peripheral circuit PERI may be a region that includes the control logic 36 and voltage generator 37 of FIG. 1 , such as a latch circuit, a cache circuit, or a sense amplifier. (sense amplifier) may be included. The pad circuit PAD may be an area including the input/output buffer 35 of FIG. 1 , and may include an electrostatic discharge (ESD) device or a data input/output circuit.

제1 영역(R1)에서 이와 같은 다양한 회로 영역들(DEC, PB1, PB2, PERI, PAD) 중 적어도 일부는 제2 영역(R2)의 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 점선으로 표시한 것과 같이, 페이지 버퍼(PB1, PB2) 및 기타 주변 회로(PERI)가 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)의 하부에서 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 다만, 실시예들에서 제1 영역(R1)에 포함되는 회로들 및 배치 형태는 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 따라 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)의과 중첩되어 배치되는 회로들도 다양하게 변경될 수 있다.
At least some of the various circuit regions DEC, PB1, PB2, PERI, and PAD in the first region R1 may be disposed below the memory cell arrays MCA1 and MCA2 in the second region R2. have. For example, as indicated by a dotted line in FIG. 3 , the page buffers PB1 and PB2 and other peripheral circuits PERI are disposed under the memory cell arrays MCA1 and MCA2 in the memory cell arrays MCA1 and MCA2. It may be arranged to overlap. However, in embodiments, the circuits and arrangement form included in the first region R1 may be variously changed, and accordingly, circuits disposed to overlap the memory cell arrays MCA1 and MCA2 are also variously changed. can be

제2 영역(R2)에서, 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)은 서로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 다만, 실시예들에서 제1 영역(R2)에 배치되는 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)의 개수 및 배치 형태는 다양하게 변경될 수 있으며, 예를 들어, 본 실시예의 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)이 연속적으로 반복하여 배치되는 형태를 가질 수 있다.In the second region R2 , the memory cell arrays MCA1 and MCA2 may be spaced apart from each other and disposed in parallel. However, in embodiments, the number and arrangement of the memory cell arrays MCA1 and MCA2 disposed in the first region R2 may be variously changed, for example, the memory cell arrays MCA1 of the present embodiment. , MCA2) may be continuously and repeatedly arranged.

제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)은 제2 영역(R2)을 관통하여 제1 영역(R1)과 연결되는 배선 구조물을 포함하는 영역일 수 있다. 제1 관통 배선 영역들(TB1)은 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)의 양 측에 배치될 수 있으며, 예를 들어 제1 영역(R1)의 로우 디코더(DEC)와 전기적으로 연결되는 콘택 플러그 등의 배선 구조물을 포함할 수 있다. 제2 관통 배선 영역들(TB2)은 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2) 내에 일정 간격으로 배치될 수 있으며, 예를 들어 제1 영역(R1)의 페이지 버퍼(PB1, PB2)와 전기적으로 연결되는 배선 구조물을 포함할 수 있다. 제1 관통 배선 영역들(TB1)은 제2 관통 배선 영역들(TB2)보다 많은 개수로 배치될 수 있으나, 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)의 형상, 개수, 배치 위치 등은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.
The first and second through wiring regions TB1 and TB2 may be regions including a wiring structure connected to the first region R1 through the second region R2 . The first through wiring regions TB1 may be disposed on both sides of the memory cell arrays MCA1 and MCA2 , for example, a contact plug electrically connected to the row decoder DEC of the first region R1 . It may include a wiring structure such as The second through wiring regions TB2 may be disposed at regular intervals in the memory cell arrays MCA1 and MCA2 , for example, electrically connected to the page buffers PB1 and PB2 of the first region R1 . It may include a wiring structure. Although the number of the first through wiring regions TB1 may be greater than that of the second through wiring regions TB2 , the shape, number, arrangement position, etc. of the first and second through wiring regions TB1 and TB2 , etc. may be variously changed in the embodiments.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도이다. 도 4에서는, 이해를 돕기 위하여, 반도체 장치(100)의 주요 구성만을 도시하였다. 4 is a schematic plan view of a semiconductor device according to example embodiments. In FIG. 4 , only the main configuration of the semiconductor device 100 is illustrated for better understanding.

도 5a 및 도 5b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도들이다. 도 5a 및 도 5b에서는 각각 도 4의 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'를 따른 단면을 도시한다.5A and 5B are schematic cross-sectional views of semiconductor devices according to example embodiments. 5A and 5B show cross-sections taken along cutting lines I-I' and II-II' of FIG. 4, respectively.

도 4 내지 도 5b를 참조하면, 반도체 장치(100)는 메모리 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI)을 포함할 수 있다. 메모리 셀 영역(CELL)은 주변 회로 영역(PERI)의 상단에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 이와 반대로 셀 영역(CELL)이 주변 회로 영역(PERI)의 하단에 배치될 수도 있다.
4 to 5B , the semiconductor device 100 may include a memory cell region CELL and a peripheral circuit region PERI. The memory cell region CELL may be disposed on top of the peripheral circuit region PERI. Conversely, in example embodiments, the cell region CELL may be disposed below the peripheral circuit region PERI.

메모리 셀 영역(CELL)은, 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)을 갖는 기판(101), 기판(101) 상에 적층된 게이트 전극들(130), 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS)을 관통하며 연장되는 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2), 적층 구조물(GS)의 일부를 관통하는 상부 분리 영역들(SS), 적층 구조물(GS)을 관통하도록 배치되는 채널들(CH), 및 적층 구조물(GS)과 기판(101)을 관통하여 주변 회로 영역(PERI)과 연결되는 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)을 포함한다. 메모리 셀 영역(CELL)은 기판(101) 상에 게이트 전극들(130)과 교대로 적층되는 층간 절연층들(120), 게이트 유전층(145), 채널들(CH) 내의 채널 영역(140), 채널 패드(155), 채널 절연층(150), 배선 라인(175), 및 셀 영역 절연층(190)을 더 포함할 수 있다.The memory cell region CELL includes a substrate 101 having a first region A and a second region B, gate electrodes 130 stacked on the substrate 101 , and gate electrodes 130 . The first and second separation regions MS1 and MS2 extending through the stacked structure GS, the upper separation regions SS penetrating a part of the stacked structure GS, and the stacked structure GS. It includes the disposed channels CH, and first and second through interconnection regions TB1 and TB2 that pass through the stack structure GS and the substrate 101 and are connected to the peripheral circuit region PERI. The memory cell region CELL includes interlayer insulating layers 120 alternately stacked with the gate electrodes 130 on the substrate 101 , a gate dielectric layer 145 , a channel region 140 in the channels CH; A channel pad 155 , a channel insulating layer 150 , a wiring line 175 , and a cell region insulating layer 190 may be further included.

기판(101)의 제1 영역(A)은 게이트 전극들(130)이 수직하게 적층되며 채널들(CH)이 배치되는 영역으로 도 1의 메모리 셀 어레이(20) 및 도 3의 메모리 셀 어레이들(MCA1, MCA2)에 해당하는 영역일 수 있으며, 제2 영역(B)은 게이트 전극들(130)이 서로 다른 길이로 연장되는 영역으로 도 1의 메모리 셀 어레이(20)와 주변 회로(30)를 전기적으로 연결하기 위한 영역에 해당할 수 있다. 제2 영역(A)은 적어도 일 방향, 예를 들어 x 방향에서 제1 영역(A)의 적어도 일 단에 배치될 수 있다.The first region A of the substrate 101 is a region in which the gate electrodes 130 are vertically stacked and the channels CH are disposed. The memory cell array 20 of FIG. 1 and the memory cell arrays of FIG. 3 are It may be a region corresponding to (MCA1, MCA2), and the second region B is a region in which the gate electrodes 130 extend to have different lengths, and the memory cell array 20 and the peripheral circuit 30 of FIG. 1 . may correspond to an area for electrically connecting the The second area A may be disposed at at least one end of the first area A in at least one direction, for example, the x direction.

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 화합물 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 substrate 101 may have an upper surface extending in the x-direction and the y-direction. The substrate 101 may include a semiconductor material, for example, a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI compound oxide semiconductor. For example, the group IV semiconductor may include silicon, germanium, or silicon-germanium. The substrate 101 may be provided as a bulk wafer or as an epitaxial layer.

게이트 전극들(130)은 기판(101) 상에 수직으로 이격되어 적층되어 적층 구조물(GS)을 이룰 수 있다. 게이트 전극들(130)은 도 2의 접지 선택 트랜지스터(GST)의 게이트를 이루는 하부 게이트 전극(130G), 복수의 메모리 셀(MC)을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M), 및 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)의 게이트를 이루는 상부 게이트 전극들(130S)을 포함할 수 있다. 반도체 장치(100)의 용량에 따라서 메모리 셀들(MC)을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M)의 개수가 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)의 상부 및 하부 게이트 전극들(130S, 130G)은 각각 1개 또는 2개 이상일 수 있으며, 메모리 셀들(MC)의 게이트 전극들(130)과 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 일부 게이트 전극들(130), 예를 들어, 상부 또는 하부 게이트 전극(130S, 130G)에 인접한 메모리 게이트 전극들(130M)은 더미 게이트 전극들일 수 있다. The gate electrodes 130 may be vertically spaced apart and stacked on the substrate 101 to form a stacked structure GS. The gate electrodes 130 include the lower gate electrode 130G forming the gate of the ground select transistor GST of FIG. 2 , the memory gate electrodes 130M forming the plurality of memory cells MC, and the string select transistor SST1 . , SST2 may include upper gate electrodes 130S forming the gate. The number of memory gate electrodes 130M forming the memory cells MC may be determined according to the capacity of the semiconductor device 100 . According to an embodiment, there may be one or more than one upper and lower gate electrodes 130S and 130G of the string select transistors SST1 and SST2 and the ground select transistor GST, respectively, and gates of the memory cells MC. The electrodes 130 may have the same or different structures as those of the electrodes 130 . Some of the gate electrodes 130 , for example, the memory gate electrodes 130M adjacent to the upper or lower gate electrodes 130S and 130G may be dummy gate electrodes.

게이트 전극들(130)은 제1 영역(A) 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되며, 제1 영역(A)으로부터 제2 영역(B)으로 서로 다른 길이로 연장되어 계단 형상의 단차를 이룰 수 있다. 게이트 전극들(130)은 x 방향을 따라 도 5a에 도시된 것과 같은 단차를 이루며, y 방향에서의 단부에서도 단차를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 단차에 의해, 게이트 전극들(130)은 하부의 게이트 전극(130)이 상부의 게이트 전극(130)보다 길게 연장되어 상부로 노출된 콘택 영역들(CP)을 제공할 수 있다. 게이트 전극들(130)은 콘택 영역들(CP)에서 별도의 콘택 플러그들과 연결되어 상부의 배선 라인들에 연결될 수 있다. 게이트 전극들(130) 중, 상부 및 하부의 게이트 전극들(130S, 130G)을 제외하고, 메모리 게이트 전극들(130M) 중 적어도 일부는 일정 개수, 예를 들어 네 개가 하나의 적층체를 이루어 상기 적층체들 사이에서 단차를 이룰 수 있다. 하나의 상기 적층체를 이루는 네 개의 메모리 게이트 전극들(130M)은 y 방향에서 서로 단차를 가지도록 배치될 수 있다.The gate electrodes 130 may be stacked vertically spaced apart from each other on the first region A, and may extend from the first region A to the second region B at different lengths to form a step-shaped step difference. have. The gate electrodes 130 may have a step as shown in FIG. 5A along the x-direction, and may be disposed to form a step at the end in the y-direction as well. Due to the step, the lower gate electrode 130 may extend longer than the upper gate electrode 130 to provide the upper exposed contact regions CP. The gate electrodes 130 may be connected to separate contact plugs in the contact regions CP to be connected to upper wiring lines. Of the gate electrodes 130 , except for the upper and lower gate electrodes 130S and 130G, at least some of the memory gate electrodes 130M form a stack of a certain number, for example, four. A step may be formed between the laminates. The four memory gate electrodes 130M forming one stack may be disposed to have a step difference in the y-direction.

도 4에 도시된 것과 같이, 게이트 전극들(130)은 x 방향으로 연장되는 제1 분리 영역(MS1)에 의하여 y 방향에서 서로 분리되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 분리 영역들(MS1) 사이의 게이트 전극들(130)은 하나의 메모리 블록을 이룰 수 있으나, 메모리 블록의 범위는 이에 한정되지는 않는다. 게이트 전극들(130) 중 일부, 예를 들어, 메모리 게이트 전극들(130M)은 하나의 메모리 블록 내에서 하나의 층을 이룰 수 있다.As illustrated in FIG. 4 , the gate electrodes 130 may be disposed to be separated from each other in the y direction by the first separation region MS1 extending in the x direction. The gate electrodes 130 between the pair of first isolation regions MS1 may form one memory block, but the scope of the memory block is not limited thereto. Some of the gate electrodes 130, for example, the memory gate electrodes 130M, may form one layer in one memory block.

게이트 전극들(130)은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 게이트 전극들(130)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 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 gate electrodes 130 may include a metal material, for example, tungsten (W). In some embodiments, the gate electrodes 130 may include polycrystalline silicon or a metal silicide material. In example embodiments, the gate electrodes 130 may further include a diffusion barrier, for example, the diffusion barrier may include tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), or titanium nitride (TiN). or a combination thereof.

층간 절연층들(120)은 게이트 전극들(130)의 사이에 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)도 게이트 전극들(130)과 마찬가지로 기판(101)의 상면에 수직한 방향에서 서로 이격되고 x 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.
The interlayer insulating layers 120 may be disposed between the gate electrodes 130 . Like the gate electrodes 130 , the interlayer insulating layers 120 may be spaced apart from each other in a direction perpendicular to the top surface of the substrate 101 and may be disposed to extend in the x direction. The interlayer insulating layers 120 may include an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.

제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)은 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)에서 게이트 전극들(130)을 관통하여 x 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역(MS1, MS2)은 기판(101) 상에 적층된 게이트 전극들(130) 전체를 관통하여 기판(101)과 연결될 수 있다. 실시예들에서, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)의 배치 순서, 개수 등은 도 4에 도시된 것에 한정되지는 않는다. The first and second separation regions MS1 and MS2 may be disposed to extend in the x-direction through the gate electrodes 130 in the first region A and the second region B. The first and second separation regions MS1 and MS2 may be disposed parallel to each other. The first and second separation regions MS1 and MS2 may pass through the entire gate electrodes 130 stacked on the substrate 101 to be connected to the substrate 101 . In embodiments, the arrangement order and number of the first and second separation regions MS1 and MS2 are not limited to those illustrated in FIG. 4 .

제1 분리 영역들(MS1)에는 도 2를 참조하여 설명한 공통 소스 라인(CSL)이 배치될 수 있으며, 제2 분리 영역들(MS2)에는 더미 공통 소스 라인이 배치될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)에는 소스 절연층(107) 및 소스 절연층(107)에 의해 게이트 전극들(130)과 절연되는 소스 도전층(110)이 배치될 수 있다. 소스 도전층(110)은 높은 종횡비로 인하여 기판(101)을 향하면서 폭이 감소되는 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 기판(101)의 상면에 수직한 측면을 가질 수도 있다. 예시적인 실시예들에서, 소스 도전층(110)과 접하는 기판(101)에는 불순물 영역이 배치될 수 있다. 제1 분리 영역들(MS1)의 소스 도전층(110)은 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있으며, 제2 분리 영역들(MS2)의 소스 도전층(110)은 더미 공통 소스 라인에 해당할 수 있다. 따라서, 제2 분리 영역들(MS2)을 이루는 소스 도전층(110)은 반도체 장치(100)를 구동하는 소자들에 연결되지 않거나 전기적 신호가 인가되지 않는 플로팅(floating)된 상태일 수 있다.
The common source line CSL described with reference to FIG. 2 may be disposed in the first separation regions MS1 , and a dummy common source line may be disposed in the second separation regions MS2 . As shown in FIGS. 5A and 5B , in the first and second isolation regions MS1 and MS2 , the source insulating layer 107 and the source insulating layer 107 are insulated from the gate electrodes 130 . A conductive layer 110 may be disposed. The source conductive layer 110 may have a shape in which a width is decreased while facing the substrate 101 due to a high aspect ratio, but is not limited thereto, and may have a side surface perpendicular to the top surface of the substrate 101 . In example embodiments, an impurity region may be disposed on the substrate 101 in contact with the source conductive layer 110 . The source conductive layer 110 of the first isolation regions MS1 may correspond to the common source line CSL, and the source conductive layer 110 of the second isolation regions MS2 may correspond to the dummy common source line. can do. Accordingly, the source conductive layer 110 constituting the second isolation regions MS2 may be in a floating state that is not connected to devices driving the semiconductor device 100 or an electrical signal is not applied thereto.

상부 분리 영역들(SS)은 제1 분리 영역들(MS1)과 제2 분리 영역(MS2)의 사이에서 x 방향으로 연장될 수 있다. 상부 분리 영역들(SS)은 제2 분리 영역(MS2)의 일부와 나란하게 배치될 수 있다. 상부 분리 영역들(SS)은 게이트 전극들(130) 중 상부 게이트 전극들(130S)을 포함한 게이트 전극들(130)의 일부를 관통하도록, 제2 영역(B)의 일부와 제1 영역(A)에 배치될 수 있다. 상부 분리 영역들(SS)에 의해 분리된 상부 게이트 전극들(130S)은 서로 다른 스트링 선택 라인(SSL)(도 2 참조)을 이룰 수 있다. 상부 분리 영역들(SS)은 절연층을 포함할 수 있다. 상부 분리 영역들(SS)은 예를 들어, 상부 게이트 전극들(130S)을 포함하여 총 세 개의 게이트 전극들(130)을 y 방향에서 서로 분리시킬 수 있다. 다만, 상부 분리 영역들(SS)에 의해 분리되는 게이트 전극들(130)의 개수는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 반도체 장치(100)는 게이트 전극들(130) 중 하부 게이트 전극들(130G)을 분리하는 절연층들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층은 x 방향으로의 일직선 상에 이격되어 배치되는 제2 분리 영역들(MS2)의 사이 영역에서 하부 게이트 전극들(130G)을 분리하도록 배치될 수 있다.
The upper separation regions SS may extend in the x direction between the first separation regions MS1 and the second separation region MS2 . The upper separation regions SS may be disposed parallel to a portion of the second separation region MS2 . The upper isolation regions SS pass through a portion of the gate electrodes 130 including the upper gate electrodes 130S among the gate electrodes 130 , and include a portion of the second region B and a portion of the first region A. ) can be placed in The upper gate electrodes 130S separated by the upper isolation regions SS may form different string selection lines SSL (refer to FIG. 2 ). The upper isolation regions SS may include an insulating layer. The upper isolation regions SS may separate a total of three gate electrodes 130 including the upper gate electrodes 130S from each other in the y-direction. However, the number of gate electrodes 130 separated by the upper isolation regions SS may be variously changed in some embodiments. In example embodiments, the semiconductor device 100 may further include insulating layers separating the lower gate electrodes 130G among the gate electrodes 130 . For example, the insulating layer may be disposed to separate the lower gate electrodes 130G in a region between the second isolation regions MS2 spaced apart from each other on a straight line in the x-direction.

채널들(CH)은 제1 영역(A) 상에 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 채널들(CH)은 격자 무늬를 형성하도록 배치되거나 일 방향에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 채널들(CH)은 기둥 형상을 가지며, 종횡비에 따라 기판(101)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제2 영역(B)과 인접한 제1 영역(A)의 단부 및 제2 영역(B)에 더미 채널들이 더 배치될 수 있다.The channels CH may be disposed to be spaced apart from each other while forming rows and columns on the first region A. The channels CH may be disposed to form a grid pattern or may be disposed in a zigzag shape in one direction. The channels CH may have a columnar shape, and may have inclined sides that become narrower as they get closer to the substrate 101 according to an aspect ratio. In example embodiments, dummy channels may be further disposed at an end of the first area A adjacent to the second area B and in the second area B.

채널들(CH) 내에는 채널 영역(140)이 배치될 수 있다. 채널들(CH) 내에서 채널 영역(140)은 내부의 채널 절연층(150)을 둘러싸는 환형(annular)으로 형성될 수 있으나, 실시예에 따라 채널 절연층(150)이 없이 원기둥 또는 각기둥과 같은 기둥 형상을 가질 수도 있다. 채널 영역(140)은 하부에서 에피택셜층(105)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. 제1 또는 제2 분리 영역들(MS1, MS2)과 상부 분리 영역(SS)의 사이에서 y 방향으로 일직선 상에 배치되는 채널들(CH)은, 채널 패드(155)와 연결되는 상부 배선 구조의 배치에 따라 서로 다른 비트 라인(BL0-BL2)(도 2 참조)에 각각 연결될 수 있다.A channel region 140 may be disposed in the channels CH. In the channels CH, the channel region 140 may be formed in an annular shape surrounding the channel insulating layer 150 therein. It may have the same column shape. The channel region 140 may be connected to the epitaxial layer 105 at the bottom. The channel region 140 may include a semiconductor material such as polycrystalline silicon or single crystal silicon, and the semiconductor material may be an undoped material or a material containing p-type or n-type impurities. The channels CH disposed on a straight line in the y-direction between the first or second isolation regions MS1 and MS2 and the upper isolation region SS are of the upper wiring structure connected to the channel pad 155 . Depending on the arrangement, they may be respectively connected to different bit lines BL0-BL2 (see FIG. 2 ).

채널들(CH)에서 채널 영역(140)의 상부에는 채널 패드들(155)이 배치될 수 있다. 채널 패드들(155)은 채널 절연층(150)의 상면을 덮고 채널 영역(140)과 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 채널 패드들(155)은 예컨대, 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.In the channels CH, channel pads 155 may be disposed on the channel region 140 . The channel pads 155 may be disposed to cover the upper surface of the channel insulating layer 150 and be electrically connected to the channel region 140 . The channel pads 155 may include, for example, doped polycrystalline silicon.

게이트 유전층(145)은 게이트 전극들(130)과 채널 영역(140)의 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았으나, 게이트 유전층(145)은 채널 영역(140)으로부터 순차적으로 적층된 터널링층, 전하 저장층 및 블록킹층을 포함할 수 있다. 상기 터널링층은 전하를 상기 전하 저장층으로 터널링시킬 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장층은 전하 트랩층 또는 플로팅 게이트 도전층일 수 있다. 상기 블록킹층은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 고유전율(high-k) 유전 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 유전층(145)의 적어도 일부는 게이트 전극들(130)을 따라 수평 방향으로 연장될 수 있다.The gate dielectric layer 145 may be disposed between the gate electrodes 130 and the channel region 140 . Although not specifically illustrated, the gate dielectric layer 145 may include a tunneling layer, a charge storage layer, and a blocking layer sequentially stacked from the channel region 140 . The tunneling layer may tunnel charges into the charge storage layer, and may include, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiON), or a combination thereof. have. The charge storage layer may be a charge trap layer or a floating gate conductive layer. The blocking layer may include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiON), a high-k dielectric material, or a combination thereof. In example embodiments, at least a portion of the gate dielectric layer 145 may extend in a horizontal direction along the gate electrodes 130 .

에피택셜층(105)은 채널들(CH)의 하단에서 기판(101) 상에 배치되며, 적어도 하나의 게이트 전극(130)의 측면에 배치될 수 있다. 에피택셜층(105)은 기판(101)의 리세스된 영역에 배치될 수 있다. 에피택셜층(105)의 상부면의 높이는 최하부의 게이트 전극(130)의 상면보다 높고 그 상부의 게이트 전극(130)의 하면보다 낮을 수 있으나, 도시된 것에 한정되지는 않는다. 예시적인 실시예들에서, 에피택셜층(105)은 생략될 수도 있으며, 이 경우, 채널 영역(140)은 기판(101)과 직접 연결되거나 기판(101) 상의 다른 도전층과 연결될 수 있다.
The epitaxial layer 105 is disposed on the substrate 101 at the lower end of the channels CH, and may be disposed on a side surface of the at least one gate electrode 130 . The epitaxial layer 105 may be disposed in the recessed region of the substrate 101 . The height of the upper surface of the epitaxial layer 105 may be higher than the upper surface of the lowermost gate electrode 130 and lower than the lower surface of the upper gate electrode 130 , but is not limited thereto. In example embodiments, the epitaxial layer 105 may be omitted, and in this case, the channel region 140 may be directly connected to the substrate 101 or connected to another conductive layer on the substrate 101 .

제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)은 메모리 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI)을 서로 연결하기 위한 배선 구조물을 포함하는 영역일 수 있다. 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)은, 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS) 및 기판(101)을 관통하여 z 방향으로 연장되는 관통 콘택 플러그(170) 및 관통 콘택 플러그(170)를 둘러싸는 절연 영역(160)을 포함할 수 있다. 제1 관통 배선 영역(TB1)은 제2 영역(B) 내에 배치될 수 있으며, 하나의 메모리 블록 당 하나씩 배치될 수 있다. 제2 관통 배선 영역(TB2)은 제1 영역(A) 내에 배치될 수 있으며, 복수의 메모리 블록 당 하나씩 배치될 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)의 개수, 크기, 배치 형태, 및 형상 등은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.The first and second through wiring regions TB1 and TB2 may be regions including a wiring structure for connecting the memory cell region CELL and the peripheral circuit region PERI to each other. The first and second through wiring regions TB1 and TB2 may include a through contact plug 170 and a through contact extending in the z direction through the stack structure GS of the gate electrodes 130 and the substrate 101 . An insulating region 160 surrounding the plug 170 may be included. The first through wiring area TB1 may be disposed in the second area B, and may be disposed one per memory block. The second through wiring area TB2 may be disposed in the first area A, and may be disposed one per plurality of memory blocks. However, the number, size, arrangement, and shape of the first and second through-wiring areas TB1 and TB2 illustrated in FIG. 4 may be variously changed in the embodiments.

절연 영역(160)은 게이트 전극(130)이 연장 또는 배치되지 않으며, 절연 물질로 이루어진 영역일 수 있다. 절연 영역(160)은 기판(101)의 사이에서보다 기판(101)의 상부에서 더 큰 폭을 가질 수 있으며, 이에 따라 기판(101)의 상면 및 측면을 따른 절곡부를 가질 수 있다. 절연 영역(160)은 기판(101)과 동일 레벨로 배치되는 제1 절연층(161), 기판(101)의 상면에 수직하게 연장되는 제2 절연층들(162), 제2 절연층들(162)의 사이에 배치되는 제3 절연층들(163A, 163B), 및 층간 절연층들(120)과 동일 레벨에 위치하는 제4 절연층들(164)을 포함할 수 있다.The insulating region 160 may be a region in which the gate electrode 130 is not extended or disposed and made of an insulating material. The insulating region 160 may have a greater width at the upper portion of the substrate 101 than between the substrate 101 , and thus may have bent portions along the upper surface and side surfaces of the substrate 101 . The insulating region 160 includes a first insulating layer 161 disposed on the same level as the substrate 101 , second insulating layers 162 extending perpendicular to the upper surface of the substrate 101 , and second insulating layers ( It may include third insulating layers 163A and 163B disposed between the 162 , and fourth insulating layers 164 positioned at the same level as the interlayer insulating layers 120 .

제1 절연층(161)은 기판(101)의 일부를 제거한 영역에 배치되어, 기판(101)으로 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 제1 절연층(161)은 기판(101)의 상면과 실질적으로 공면인 상면을 가질 수 있으며, 하면은 기판(101)의 하면과 공면이거나 기판(101)의 하면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.The first insulating layer 161 may be disposed in a region from which a portion of the substrate 101 is removed and may be disposed to be surrounded by the substrate 101 . The first insulating layer 161 may have an upper surface substantially coplanar with the upper surface of the substrate 101 , and the lower surface may be coplanar with the lower surface of the substrate 101 or located at a level lower than the lower surface of the substrate 101 . .

제2 절연층들(162)은 제1 절연층(161) 및 제1 절연층(161)의 주변 영역에 배치될 수 있다. 제2 절연층들(162)은 제3 절연층들(163A, 163B)의 형성 시에 지지 구조물로서 기능할 수 있으며, 예를 들어, 기둥 형태를 가질 수 있다. 제2 절연층들(162) 중 일부는 제1 절연층(161)을 관통하고 제1 절연층(161)의 하부까지 연장될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 제1 절연층(161)의 상부 일부만 관통하도록 배치될 수도 있다. 또한, 실시예들에 따라, 제2 절연층들(162)은 제1 절연층(161)의 하부에서 별도의 정지층 상으로 연장되거나, 회로 배선 라인들(280)까지 연장될 수도 있다. 제2 절연층들(162) 중 다른 일부는 기판(101) 상에 배치될 수 있으며 기판(101)의 일부를 리세스하도록 배치될 수 있다. 기판(101) 상에 배치되는 제2 절연층들(162) 중 최외각에 배치되는 일부 제2 절연층들(162)은, 절연 영역(160)의 주변에서 게이트 전극들(130)을 관통하도록 배치될 수 있다. 이러한 제2 절연층들(162)은 절연 영역(160)의 둘레에 배치되므로 더미 절연층 또는 더미 구조물로 지칭될 수도 있다.The second insulating layers 162 may be disposed on the first insulating layer 161 and in a peripheral region of the first insulating layer 161 . The second insulating layers 162 may function as a support structure when the third insulating layers 163A and 163B are formed, and may have, for example, a pillar shape. Some of the second insulating layers 162 may pass through the first insulating layer 161 and may extend to a lower portion of the first insulating layer 161 , but the present invention is not limited thereto. It may be arranged to penetrate only a part of the upper part. Also, according to embodiments, the second insulating layers 162 may extend on a separate stop layer under the first insulating layer 161 or extend to the circuit wiring lines 280 . Another portion of the second insulating layers 162 may be disposed on the substrate 101 and may be disposed to recess a portion of the substrate 101 . Some of the second insulating layers 162 disposed at the outermost of the second insulating layers 162 disposed on the substrate 101 may pass through the gate electrodes 130 in the periphery of the insulating region 160 . can be placed. Since these second insulating layers 162 are disposed around the insulating region 160 , they may be referred to as a dummy insulating layer or a dummy structure.

제3 절연층들(163A, 163B)은 기판(101)의 상면에 수직하게 연장되는 수직 연장부들(163A) 및 수직 연장부들(163A)의 측면으로부터 기판(101)의 상면에 평행한 방향, 예를 들어, x 방향으로 연장되는 수평 연장부들(163B)을 가질 수 있다. 수직 연장부들(163A)은 제2 절연층들(162)의 사이에 배치될 수 있다. 수직 연장부들(163A)은 평면 상에서 라인 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 원형 또는 장방형을 가질 수도 있다. 수직 연장부들(163A) 중 일부는 제1 절연층(161)을 관통하고 제1 절연층(161)의 하부까지 연장될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 제1 절연층(161)의 상부 일부만 관통하도록 배치될 수도 있다. 또한, 실시예들에 따라, 제1 절연층(161)을 관통하는 수직 연장부(163A)는 제1 절연층(161)의 하부에서 별도의 정지층 상으로 연장되거나, 회로 배선 라인들(280)까지 연장될 수도 있다. 수직 연장부들(163A) 중 다른 일부는 기판(101) 상에 배치될 수 있으며 기판(101)의 일부를 리세스하도록 배치될 수 있다. 수평 연장부들(163B)은 게이트 전극들(130)과 동일한 높이 레벨에 위치할 수 있으며, 절연 영역(160)의 경계에서 게이트 전극들(130)과 접촉하는 측면을 가질 수 있다. 다만, 채널들(CH) 내의 게이트 유전층(145) 중 일부가 게이트 전극들(130)을 따라 게이트 전극들(130)의 둘레에 배치되는 경우, 수평 연장부들(163B)은 절연 영역(160)의 경계에서 게이트 유전층(145)과 접촉할 수 있다. 실시예들에서, 제2 절연층들(162) 및 수직 연장부들(163A)의 크기는 도면에 도시된 것에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있으며, 채널들(CH)의 크기보다 크거나 작을 수 있다.The third insulating layers 163A and 163B are parallel to the upper surface of the substrate 101 from the vertical extensions 163A extending perpendicular to the upper surface of the substrate 101 and the side surfaces of the vertical extensions 163A, for example For example, it may have horizontal extensions 163B extending in the x-direction. The vertical extensions 163A may be disposed between the second insulating layers 162 . The vertical extensions 163A may have a line shape on a plane, but are not limited thereto, and may have a circular shape or a rectangular shape. Some of the vertical extensions 163A may pass through the first insulating layer 161 and may extend to a lower portion of the first insulating layer 161 , but is not limited thereto, and only a portion of the upper portion of the first insulating layer 161 . It may be arranged to penetrate. Also, in some embodiments, the vertical extension 163A penetrating the first insulating layer 161 may extend from the lower portion of the first insulating layer 161 onto a separate stop layer or the circuit wiring lines 280 . ) may be extended. Other portions of the vertical extensions 163A may be disposed on the substrate 101 and may be disposed to recess a portion of the substrate 101 . The horizontal extensions 163B may be positioned at the same height level as the gate electrodes 130 , and may have side surfaces contacting the gate electrodes 130 at the boundary of the insulating region 160 . However, when some of the gate dielectric layers 145 in the channels CH are disposed along the gate electrodes 130 and around the gate electrodes 130 , the horizontal extensions 163B are formed in the insulating region 160 . It may contact the gate dielectric layer 145 at the boundary. In embodiments, the sizes of the second insulating layers 162 and the vertical extensions 163A are not limited to those shown in the drawings and may be variously changed, and may be larger or smaller than the sizes of the channels CH. have.

제4 절연층들(164)은 제1 내지 제3 절연층들(161, 162, 163A, 163B) 사이를 채우도록 배치될 수 있다. 제4 절연층들(164)은 층간 절연층들(120)과 동일 레벨에 위치하며, 층간 절연층들(120)이 연장되어 이루어질 수 있다. 따라서, 층간 절연층들(120) 중 절연 영역(160) 내에 위치하는 영역이 제4 절연층들(164)을 이루는 것으로 해석될 수 있다.The fourth insulating layers 164 may be disposed to fill spaces between the first to third insulating layers 161 , 162 , 163A, and 163B. The fourth insulating layers 164 are positioned at the same level as the interlayer insulating layers 120 , and the interlayer insulating layers 120 may extend. Accordingly, a region located in the insulating region 160 among the interlayer insulating layers 120 may be interpreted as forming the fourth insulating layers 164 .

절연 영역(160)을 이루는 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)은 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)이 동일한 물질로 이루어지는 경우에도, 형성 공정, 조성 등에 따라 물성이 다를 수 있으며, 이에 의해 경계가 서로 구분될 수 있다. 절연 영역(160)은 전체적으로는, 기판(101)에서 제1 절연층(161)의 폭에 해당하는 제1 폭을 갖고, 기판(101) 상에서는 수평 연장부들(163B)에 의해 결정되며 상기 제1 폭보다 큰 제2 폭을 가질 수 있다.
The first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B, and 164 forming the insulating region 160 may be formed of an insulating material. For example, the first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B, and 164 may include silicon oxide or silicon oxynitride. For example, even when the first to fourth insulating layers 161, 162, 163A, 163B, and 164 are made of the same material, physical properties may be different depending on the formation process, composition, etc., whereby the boundary may be separated from each other. can The insulating region 160 generally has a first width corresponding to the width of the first insulating layer 161 in the substrate 101 , and is determined by the horizontal extensions 163B on the substrate 101 , and the first insulating region 160 . It may have a second width greater than the width.

관통 콘택 플러그들(170)은 절연 영역(160)을 관통하여 기판(101)의 상면에 수직하게 연장되며, 메모리 셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI)의 회로 소자들(220)을 전기적으로 연결할 수 있다. 다만, 메모리 셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI)의 회로 소자들(220)을 전기적으로 연결하는 배선 구조물이 관통 콘택 플러그들(170)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 제2 영역(B)의 외측, 즉 기판(101)이 배치되지 않은 영역 등에 추가적인 배선 구조물이 더 배치될 수 있다. 관통 콘택 플러그들(170)은 상부에서 배선 라인들(175)과 연결될 수 있으나, 실시예들에 따라 별도의 콘택 플러그와 연결될 수도 있다. 관통 콘택 플러그들(170)은 하부에서 회로 배선 라인들(280)과 연결될 수 있다.The through contact plugs 170 penetrate the insulating region 160 and extend perpendicularly to the top surface of the substrate 101 , and electrically connect the circuit elements 220 of the memory cell region CELL and the peripheral circuit region PERI. can be connected to However, a wiring structure electrically connecting the circuit elements 220 of the memory cell region CELL and the peripheral circuit region PERI is not limited to the through contact plugs 170 , and for example, the second region An additional wiring structure may be further disposed outside (B), that is, in a region where the substrate 101 is not disposed. The through contact plugs 170 may be connected to the wiring lines 175 at an upper portion thereof, but may also be connected to a separate contact plug according to embodiments. The through contact plugs 170 may be connected to the circuit wiring lines 280 at the bottom.

관통 콘택 플러그들(170)은 절연 영역(160)의 제1 절연층(161)을 관통하고, 제2 내지 제4 절연층들(162, 163A, 163B, 164) 중 적어도 일부를 관통하며 연장될 수 있다. 예를 들어, 하나의 관통 콘택 플러그(170)는, 도 5b에 도시된 것과 같이, 제2 절연층(162), 제3 절연층들(163A, 163B), 및 제4 절연층들(164)의 일부를 관통하고, 하부에서 제1 절연층(161)을 관통할 수 있다. 다만, 절연 영역(160) 내에서, 관통 콘택 플러그들(170)의 배치는 제2 절연층(162) 및 제3 절연층(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)의 위치와 무관하게 결정될 수 있다. 하나의 절연 영역(160)을 관통하여 배치되는 관통 콘택 플러그들(170)의 개수, 형태, 및 형상은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 실시예들에 따라, 관통 콘택 플러그들(170)은 복수의 층들이 연결된 형태를 가질 수도 있다. 또한, 실시예들에 따라, 절연 영역(160) 내에는 관통 콘택 플러그들(170) 외에, 배선 라인 형태의 배선 구조물들이 더 배치될 수도 있다. 관통 콘택 플러그들(170)은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다. The through contact plugs 170 may extend through the first insulating layer 161 of the insulating region 160 and pass through at least some of the second to fourth insulating layers 162 , 163A, 163B, and 164 . can For example, as shown in FIG. 5B , one through-contact plug 170 includes a second insulating layer 162 , third insulating layers 163A and 163B, and fourth insulating layers 164 . It may pass through a portion of the first insulating layer 161 at the lower portion. However, in the insulating region 160 , the arrangement of the through contact plugs 170 may be determined regardless of the positions of the vertical extension portions 163A of the second insulating layer 162 and the third insulating layers 163A and 163B. can The number, shape, and shape of the through contact plugs 170 that are disposed to pass through one insulating region 160 may be variously changed in some embodiments. In some embodiments, the through contact plugs 170 may have a form in which a plurality of layers are connected. Also, in some embodiments, in addition to the through contact plugs 170 , wiring structures in the form of wiring lines may be further disposed in the insulating region 160 . The through contact plugs 170 may include a conductive material, for example, tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), or the like.

배선 라인(175)은 메모리 셀 영역(CELL) 내의 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 배선 구조물을 구성할 수 있다. 배선 라인(175)은 예를 들어, 게이트 전극들(130) 또는 채널들(CH)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선 구조물을 구성하는 콘택 플러그들 및 배선 라인들의 개수는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 배선 라인(175)은 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다.The wiring line 175 may constitute a wiring structure electrically connected to the memory cells in the memory cell region CELL. The wiring line 175 may be electrically connected to, for example, the gate electrodes 130 or the channels CH. The number of contact plugs and wiring lines constituting the wiring structure may be variously changed in some embodiments. The wiring line 175 may include metal, for example, tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), or the like.

셀 영역 절연층(190)은 기판(101), 기판(101) 상의 게이트 전극들(130) 및 주변 영역 절연층(290)을 덮도록 배치될 수 있다. 셀 영역 절연층(190)은 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
The cell region insulating layer 190 may be disposed to cover the substrate 101 , the gate electrodes 130 on the substrate 101 , and the peripheral region insulating layer 290 . The cell region insulating layer 190 may be made of an insulating material.

주변 회로 영역(PERI)은, 베이스 기판(201), 베이스 기판(201) 상에 배치된 회로 소자들(220), 회로 콘택 플러그들(270) 및 회로 배선 라인들(280)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit region PERI may include a base substrate 201 , circuit elements 220 disposed on the base substrate 201 , circuit contact plugs 270 , and circuit wiring lines 280 . .

베이스 기판(201)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 베이스 기판(201)은 별도의 소자분리층들이 형성되어 활성 영역이 정의될 수 있다. 상기 활성 영역의 일부에는 불순물을 포함하는 소스/드레인 영역들(205)이 배치될 수 있다. 베이스 기판(201)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 산화물 반도체를 포함할 수 있다. The base substrate 201 may have an upper surface extending in the x-direction and the y-direction. In the base substrate 201 , separate device isolation layers may be formed to define an active region. Source/drain regions 205 including impurities may be disposed in a portion of the active region. The base substrate 201 may include a semiconductor material, for example, a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI compound oxide semiconductor.

회로 소자들(220)은 수평 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각각의 회로 소자들(220)은 회로 게이트 유전층(222), 스페이서층(224) 및 회로 게이트 전극(225)을 포함할 수 있다. 회로 게이트 전극(225)의 양 측에서 베이스 기판(201) 내에는 소스/드레인 영역들(205)이 배치될 수 있다.The circuit elements 220 may include horizontal transistors. Each of the circuit elements 220 may include a circuit gate dielectric layer 222 , a spacer layer 224 , and a circuit gate electrode 225 . Source/drain regions 205 may be disposed in the base substrate 201 at both sides of the circuit gate electrode 225 .

주변 영역 절연층(290)이 베이스 기판(201) 상에서 회로 소자(220) 상에 배치될 수 있다. 회로 콘택 플러그들(270)은 주변 영역 절연층(290)을 관통하여 소스/드레인 영역들(205)에 연결될 수 있다. 회로 콘택 플러그들(270)에 의해 회로 소자(220)에 전기적 신호가 인가될 수 있다. 도시되지 않은 영역에서, 회로 게이트 전극(225)에도 회로 콘택 플러그들(270)이 연결될 수 있다. 회로 배선 라인들(280)은 회로 콘택 플러그들(270)과 연결될 수 있으며, 복수의 층으로 배치될 수 있다.
A peripheral region insulating layer 290 may be disposed on the circuit device 220 on the base substrate 201 . The circuit contact plugs 270 may pass through the peripheral region insulating layer 290 to be connected to the source/drain regions 205 . An electrical signal may be applied to the circuit device 220 by the circuit contact plugs 270 . In an area not shown, circuit contact plugs 270 may also be connected to the circuit gate electrode 225 . The circuit wiring lines 280 may be connected to the circuit contact plugs 270 and may be arranged in a plurality of layers.

도 6a 및 도 6b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 부분 확대도들이다. 도 6a 및 도 6b는 도 5a의 'C' 영역에 대응되는 영역을 확대하여 도시한다.6A and 6B are partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments. 6A and 6B are enlarged views of a region corresponding to region 'C' of FIG. 5A .

도 6a를 참조하면, 절연 영역(160)을 이루는 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)이 도시된다. 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B) 중 수직 연장부들(163A)은, 일부는 제1 절연층(161)을 관통하고 일부는 기판(101) 상에 배치될 수 있다. 제3 절연층들(163A, 163B) 중 수평 연장부들(163B)은 수직 연장부들(163A)의 측면으로부터 연장되어 게이트 전극들(130)과 접촉될 수 있다. 수평 연장부들(163B)의 상하면 상에는 층간 절연층(120)으로부터 연장된 제4 절연층(164)이 배치될 수 있다.
Referring to FIG. 6A , first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B and 164 constituting the insulating region 160 are illustrated. Among the second insulating layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B, the vertical extension portions 163A may partially penetrate the first insulating layer 161 and partially be disposed on the substrate 101 . can Horizontal extensions 163B of the third insulating layers 163A and 163B may extend from side surfaces of the vertical extensions 163A to contact the gate electrodes 130 . A fourth insulating layer 164 extending from the interlayer insulating layer 120 may be disposed on upper and lower surfaces of the horizontal extension parts 163B.

도 6b를 참조하면, 절연 영역(160)은 도 6a의 실시예에서와 달리, 제3 절연층들(163A, 163B)이 내부에 형성된 심(seam)(S)을 가질 수 있다. 예를 들어, 심(S)은 수직 연장부들(163A) 내에서, 수평 연장부들(163B)이 배치되는 영역들의 내측에 형성될 수 있다. 다만, 심(S)의 형태 및 배치는, 수직 연장부들(163A) 및 수평 연장부들(163B)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예들에서, 심(S)은 수직 연장부들(163A)의 중심 영역 및/또는 수평 연장부들(163B)의 중심 영역에 위치할 수도 있다.
Referring to FIG. 6B , unlike the embodiment of FIG. 6A , the insulating region 160 may have a seam S in which the third insulating layers 163A and 163B are formed. For example, the shim S may be formed in the vertical extensions 163A, inside regions in which the horizontal extensions 163B are disposed. However, the shape and arrangement of the shim S may vary depending on the widths of the vertical extensions 163A and the horizontal extensions 163B. For example, in exemplary embodiments, the shim S may be located in the central region of the vertical extensions 163A and/or the central region of the horizontal extensions 163B.

도 7a 내지 도 7d는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 레이아웃도들이다. 도 7a 내지 도 7d는 절연 영역(160)에서 주요 층들의 레이아웃을 도시한다.7A to 7D are schematic layout diagrams of semiconductor devices according to example embodiments. 7A-7D show the layout of the main layers in the insulating region 160 .

도 7a를 참조하면, 제2 절연층들(162)은 제1 절연층(161)이 배치된 영역을 포함하는 영역에 일정 간격으로 열 및 행을 이루어 배치될 수 있다. 제2 절연층들(162)은 평면 상에서 예를 들어, 원형의 형상을 가질 수 있다. 제2 절연층들(162)은, 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)가 배치된 영역에서는 x 방향을 따라 인접하는 제2 절연층(162)과 상대적으로 큰 이격거리를 갖도록 배치될 수 있다. 제2 절연층들(162) 중 제3 절연층들(163A, 163B)의 수평 연장부(163B)의 외측에 배치된 일부는, 게이트 전극들(130)(도 5a 참조)을 관통하는 더미 패턴일 수 있다.Referring to FIG. 7A , the second insulating layers 162 may be arranged in columns and rows at regular intervals in the region including the region where the first insulating layer 161 is disposed. The second insulating layers 162 may have, for example, a circular shape on a plane. The second insulating layers 162 are spaced apart from the adjacent second insulating layer 162 in the x-direction in a region where the vertically extended portions 163A of the third insulating layers 163A and 163B are disposed. It may be arranged to have a distance. A portion of the second insulating layers 162 disposed outside the horizontal extension portion 163B of the third insulating layers 163A and 163B has a dummy pattern penetrating the gate electrodes 130 (refer to FIG. 5A ). can be

제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)는 일 방향, 예를 들어 y 방향으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 수직 연장부(163A)는 절연 영역(160)의 경계, 즉 수평 연장부(163B)의 경계 내에서, 연장 방향에 수직한 x 방향을 따라 소정 간격으로 배치될 수 있다.
The vertical extension portion 163A of the third insulating layers 163A and 163B may have a line shape extending in one direction, for example, the y-direction. The vertical extension portions 163A may be disposed at predetermined intervals along the x-direction perpendicular to the extension direction within the boundary of the insulating region 160 , that is, within the boundary of the horizontal extension portion 163B.

도 7b를 참조하면, 제2 절연층들(162)은 평면 상에서 예를 들어, 타원형, 세장형(elongated), 또는 바(bar) 형상을 가질 수 있다. 제2 절연층들(162)은, 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)가 배치된 영역에서는 x 방향 및 y 방향을 따라 인접하는 제2 절연층(162)과 상대적으로 큰 이격거리를 갖도록 배치될 수 있다. Referring to FIG. 7B , the second insulating layers 162 may have, for example, an elliptical shape, an elongated shape, or a bar shape on a plane. The second insulating layers 162 are relative to the second insulating layer 162 adjacent in the x-direction and the y-direction in the region where the vertical extension portions 163A of the third insulating layers 163A and 163B are disposed. It can be arranged to have a large separation distance.

제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)는 외측면이 사각형을 이룰 수 있으며, 복수의 라인들을 포함한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 연장부(163A)는 절연 영역(160)의 경계 내에서, x 방향을 따라 연장되는 라인 패턴 및 y 방향을 따라 연장되는 라인 패턴을 모두 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 x 방향을 따라 연장되는 라인 패턴 및 y 방향을 따라 연장되는 라인 패턴은, 반드시 본 실시예에서와 같이 서로 연결되도록 배치되어야 하는 것은 아니며, 이격되어 배치될 수도 있다.
The vertical extension portion 163A of the third insulating layers 163A and 163B may have a rectangular outer surface and may have a shape including a plurality of lines. For example, the vertical extension portion 163A may include both a line pattern extending along the x-direction and a line pattern extending along the y-direction within the boundary of the insulating region 160 . In example embodiments, the line pattern extending along the x-direction and the line pattern extending along the y-direction are not necessarily arranged to be connected to each other as in the present embodiment, but may be spaced apart from each other.

도 7c를 참조하면, 제2 절연층들(162)은 도 7a에서와 같이, 원형의 형상으로 열 및 행을 이루어 배치될 수 있다. 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)는 원형 또는 타원형의 형상을 가질 수 있다. 수직 연장부(163A)는 절연 영역(160)의 경계, 즉 수평 연장부(163B)의 경계 내에서, x 방향 및 y 방향을 따라 소정 간격으로 배치될 수 있다.
Referring to FIG. 7C , the second insulating layers 162 may be arranged in columns and rows in a circular shape, as in FIG. 7A . The vertical extension 163A of the third insulating layers 163A and 163B may have a circular or elliptical shape. The vertical extension portions 163A may be disposed at predetermined intervals along the x-direction and the y-direction within the boundary of the insulating region 160 , that is, within the boundary of the horizontal extension portion 163B.

도 7d를 참조하면, 제2 절연층들(162)은 도 7a에서와 같이, 원형의 형상으로 열 및 행을 이루어 배치될 수 있다. 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부(163A)는 직사각형 또는 세장형의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 연장부(163A)는 절연 영역(160)의 경계 내에서, x 방향을 따라 연장되는 패턴들 및 y 방향을 따라 연장되는 패턴들을 모두 포함할 수 있으며, 상기 패턴들은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
Referring to FIG. 7D , the second insulating layers 162 may be arranged in columns and rows in a circular shape as in FIG. 7A . The vertical extension 163A of the third insulating layers 163A and 163B may have a rectangular or elongated shape. For example, the vertical extension portion 163A may include both patterns extending along the x-direction and the patterns extending along the y-direction within the boundary of the insulating region 160 , and the patterns are spaced apart from each other. can be placed.

이와 같이, 예시적인 실시예들에서, 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도 7a 내지 도 7d의 실시예에서의 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B)의 형상들이 서로 조합되는 것도 가능할 것이다.
As such, in exemplary embodiments, the second insulating layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B may have various shapes, and the second insulating layer in the embodiment of FIGS. 7A to 7D . It may also be possible for the shapes of the layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B to be combined with each other.

도 8은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다. 8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.

도 8을 참조하면, 반도체 장치(100a)는 도 5a 및 도 5b의 실시예에서와 달리 채널(CH)이 U자 형상을 가질 수 있다. 채널(CH)은 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS)을 관통하고 기판(101) 내에서 구부러진 형태를 가질 수 있다. 채널(CH)은 채널 영역(140), 게이트 유전층(145), 채널 절연층(150), 및 채널 패드(155)를 포함할 수 있으며, 채널 영역(140), 게이트 유전층(145), 및 채널 절연층(150)도 U자 형상으로 배치될 수 있다. 채널(CH)의 구부러진 영역 사이에는 분리 절연층(195)이 더 배치될 수 있다. Referring to FIG. 8 , in the semiconductor device 100a , the channel CH may have a U-shape unlike the embodiments of FIGS. 5A and 5B . The channel CH penetrates the stack structure GS of the gate electrodes 130 and may have a curved shape in the substrate 101 . The channel CH may include a channel region 140 , a gate dielectric layer 145 , a channel insulating layer 150 , and a channel pad 155 , the channel region 140 , the gate dielectric layer 145 , and the channel. The insulating layer 150 may also be disposed in a U-shape. An isolation insulating layer 195 may be further disposed between the bent regions of the channel CH.

또한, 반도체 장치(100a)는 도 5a의 실시예에서와 달리, 소스 도전층(110)이 기판(101)으로 연장되도록 배치되지 않으며, 도시되지 않은 영역에서, 채널(CH)의 일측 단부 상에 배치될 수 있다.
Also, unlike the embodiment of FIG. 5A , in the semiconductor device 100a , the source conductive layer 110 is not disposed to extend to the substrate 101 , and in an area not shown, on one end of the channel CH can be placed.

도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다. 9 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.

도 9를 참조하면, 반도체 장치(100b)는 도 5a 및 도 5b의 실시예에서와 달리, 관통 콘택 플러그들(170)의 외측면을 둘러싸는 배선 절연층(172)을 더 포함할수 있다.Referring to FIG. 9 , unlike the embodiment of FIGS. 5A and 5B , the semiconductor device 100b may further include a wiring insulating layer 172 surrounding the outer surfaces of the through contact plugs 170 .

배선 절연층(172)은 관통 콘택 플러그들(170)과 절연 영역(160)의 사이에 배치될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 절연 영역(160)의 내부에 도전성 영역이 일부 배치되거나, 절연 영역(160)이 내부에 도전층을 포함하는 경우에도, 관통 콘택 플러그들(170)을 주변 영역과 전기적으로 분리시킬 수 있다. 또한, 도 6b의 실시예에서와 같이, 절연 영역(160)의 일부에 심이 형성된 경우에도, 관통 콘택 플러그들(170)을 주변 영역과 전기적으로 분리시킬 수 있다. 배선 절연층(172)은 기판(101) 내로 연장될 수 있으며, 주변 영역 절연층(290) 내로도 연장될 수 있다. 배선 절연층(172)은 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
The wiring insulating layer 172 may be disposed between the through contact plugs 170 and the insulating region 160 . Accordingly, for example, even when a conductive region is partially disposed in the insulating region 160 or the insulating region 160 includes a conductive layer therein, the through contact plugs 170 are electrically connected to the peripheral region. can be separated. Also, as in the embodiment of FIG. 6B , even when a shim is formed in a portion of the insulating region 160 , the through contact plugs 170 may be electrically isolated from the peripheral region. The wiring insulating layer 172 may extend into the substrate 101 and may also extend into the peripheral region insulating layer 290 . The wiring insulating layer 172 may be made of an insulating material, for example, silicon oxide and/or silicon nitride.

도 10은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다. 10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.

도 10을 참조하면, 반도체 장치(100c)에서, 절연 영역(160a)을 이루는 제2 절연층(162a)은 채널(CH)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 제2 절연층(162a)은 도 5a 및 도 5b의 실시예에서와 달리, 내부에 게이트 유전층(145), 채널 영역(140), 채널 절연층(150), 및 채널 패드(155)에 대응하는 층들을 포함할 수 있다. 특히, 제2 절연층(162a)은 채널 영역(140) 및 채널 패드(155)와 같은 도전층을 포함할 수 있다. 이러한 제2 절연층(162a)의 구조는, 제2 절연층(162a)을 채널(CH)과 함께 형성함에 따라 얻어질 수 있다. Referring to FIG. 10 , in the semiconductor device 100c , the second insulating layer 162a forming the insulating region 160a may have the same structure as the channel CH. That is, unlike the embodiment of FIGS. 5A and 5B , the second insulating layer 162a is formed inside the gate dielectric layer 145 , the channel region 140 , the channel insulating layer 150 , and the channel pad 155 . Corresponding layers may be included. In particular, the second insulating layer 162a may include a conductive layer such as the channel region 140 and the channel pad 155 . The structure of the second insulating layer 162a may be obtained by forming the second insulating layer 162a together with the channel CH.

이 경우, 관통 콘택 플러그(170)는 도시된 것과 같이, 제2 절연층(162a)을 관통하지 않도록 배치될 수 있다. 또는, 도 9를 참조하여 상술한 실시예에서와 같이, 관통 콘택 플러그(170)의 측벽을 둘러싸는 배선 절연층(172)을 더 배치함으로써, 관통 콘택 플러그(170)가 제2 절연층(162a)과 전기적으로 분리되도록 배치할 수 있다.
In this case, the through contact plug 170 may be disposed so as not to penetrate the second insulating layer 162a as shown. Alternatively, as in the embodiment described above with reference to FIG. 9 , by further disposing the wiring insulating layer 172 surrounding the sidewall of the through contact plug 170 , the through contact plug 170 is formed with the second insulating layer 162a. ) and can be arranged to be electrically separated from each other.

도 11a 내지 도 11j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 도 11a 내지 도 11j에서는, 도 5a에 도시된 영역에 대응되는 영역들이 도시된다.11A to 11J are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. 11A to 11J , regions corresponding to the region shown in FIG. 5A are shown.

도 11a를 참조하면, 베이스 기판(201) 상에 회로 소자들(220) 및 하부 배선 구조물들을 포함하는 주변 회로 영역(PERI)을 형성하고, 주변 회로 영역(PERI)의 상부에 메모리 셀 영역이 제공되는 기판(101) 및 제1 절연층(161)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11A , a peripheral circuit region PERI including circuit elements 220 and lower wiring structures is formed on a base substrate 201 , and a memory cell region is provided on the peripheral circuit region PERI The substrate 101 and the first insulating layer 161 may be formed.

먼저, 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극층(225)이 베이스 기판(201) 상에 순차적으로 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극층(225)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)은 실리콘 산화물로 형성되고, 회로 게이트 전극층(225)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다음으로, 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극층(225)의 양 측벽에 스페이서층(224) 및 소스/드레인 영역들(205)을 형성할 수 있다. 실시예들에 따라, 스페이서층(224)은 복수의 층들로 이루어질 수도 있다. 다음으로, 이온 주입 공정을 수행하여 소스/드레인 영역들(205)을 형성할 수 있다.First, a circuit gate dielectric layer 222 and a circuit gate electrode layer 225 may be sequentially formed on the base substrate 201 . The circuit gate dielectric layer 222 and the circuit gate electrode layer 225 may be formed using atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). The circuit gate dielectric layer 222 may be formed of silicon oxide, and the circuit gate electrode layer 225 may be formed of at least one of polycrystalline silicon or a metal silicide layer, but is not limited thereto. Next, a spacer layer 224 and source/drain regions 205 may be formed on both sidewalls of the circuit gate dielectric layer 222 and the circuit gate electrode layer 225 . In some embodiments, the spacer layer 224 may be formed of a plurality of layers. Next, an ion implantation process may be performed to form the source/drain regions 205 .

상기 하부 배선 구조물들 중 회로 콘택 플러그들(270)은 주변 영역 절연층(290)을 일부 형성한 후, 일부를 식각하여 제거하고 도전성 물질을 매립함으로써 형성할 수 있다. 하부 배선 라인들(280)은, 예를 들어, 도전성 물질을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 형성할 수 있다.Among the lower wiring structures, the circuit contact plugs 270 may be formed by partially forming the peripheral region insulating layer 290 , then removing the portion by etching and then filling the conductive material. The lower wiring lines 280 may be formed by, for example, depositing a conductive material and then patterning it.

주변 영역 절연층(290)은 복수 개의 절연층들로 이루어질 수 있다. 주변 영역 절연층(290)은 상기 하부 배선 구조물들을 형성하는 각 단계들에서 일부가 형성되고 최상부의 하부 배선 라인(280)의 상부에 일부를 형성함으로써, 최종적으로 회로 소자들(220) 및 상기 하부 배선 구조물들을 덮도록 형성될 수 있다.
The peripheral region insulating layer 290 may include a plurality of insulating layers. A portion of the peripheral region insulating layer 290 is formed in each step of forming the lower wiring structures, and a portion is formed on the uppermost lower wiring line 280 , so that the circuit elements 220 and the lower portion are finally formed. It may be formed to cover the wiring structures.

다음으로, 기판(101)은 주변 영역 절연층(290) 상에 형성될 수 있다. 기판(101)은 예를 들어, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, CVD 공정에 의해 형성할 수 있다. 기판(101)을 이루는 다결정 실리콘은 불순물을 포함할 수 있다. 기판(101)은 베이스 기판(201)보다 작게 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Next, the substrate 101 may be formed on the peripheral region insulating layer 290 . The substrate 101 may be made of, for example, polycrystalline silicon, and may be formed by a CVD process. Polycrystalline silicon constituting the substrate 101 may contain impurities. The substrate 101 may be formed smaller than the base substrate 201 , but is not limited thereto.

제1 절연층(161)은 제1 및 제2 관통 배선 영역들(TB1, TB2)에 해당하는 영역에서 기판(101)의 일부를 제거한 후, 절연 물질을 매립함으로써 형성할 수 있다. 상기 절연 물질의 매립 후, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정을 이용하여 평탄화 공정을 더 수행할 수 있다. 이에 의해 제1 절연층(161)의 상면은 기판(101)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.
The first insulating layer 161 may be formed by removing a portion of the substrate 101 in the regions corresponding to the first and second through wiring regions TB1 and TB2 and then filling the insulating material with the insulating material. After the insulating material is buried, a planarization process may be further performed using a chemical mechanical polishing (CMP) process. Accordingly, the upper surface of the first insulating layer 161 may be substantially coplanar with the upper surface of the substrate 101 .

도 11b를 참조하면, 기판(101) 상에 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)을 교대로 적층하고, 희생층들(180)이 x 방향에서 서로 다른 길이로 연장되도록 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 일부를 제거할 수 있다.Referring to FIG. 11B , sacrificial layers 180 and interlayer insulating layers 120 are alternately stacked on a substrate 101 , and the sacrificial layers 180 extend to different lengths in the x-direction. Some of the layers 180 and the interlayer insulating layers 120 may be removed.

희생층들(180)은 후속 공정을 통해 게이트 전극들(130)(도 5a 참조)로 교체되는 층일 수 있다. 희생층들(180)은 층간 절연층들(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있으며, 층간 절연층들(120)에 대해 특정 식각 조건에서 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(120)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 한가지로 이루어질 수 있고, 희생층들(180)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물 중에서 선택되는 층간 절연층(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. 실시예들에서, 층간 절연층들(120)의 두께는 모두 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 최하부의 층간 절연층(120)은 상대적으로 얇게 형성되고, 최상부의 층간 절연층(120)은 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다. 층간 절연층들(120) 및 희생층들(180)의 두께 및 구성하는 막들의 개수는 도시된 것으로부터 다양하게 변경될 수 있다.The sacrificial layers 180 may be replaced by the gate electrodes 130 (refer to FIG. 5A ) through a subsequent process. The sacrificial layers 180 may be made of a material different from that of the interlayer insulating layers 120 , and may be formed of a material that can be etched with etching selectivity for the interlayer insulating layers 120 under specific etching conditions. For example, the interlayer insulating layer 120 may be made of at least one of silicon oxide and silicon nitride, and the sacrificial layers 180 may include an interlayer insulating layer 120 selected from silicon, silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride. and other materials. In embodiments, the thicknesses of the interlayer insulating layers 120 may not all be the same. For example, the lowermost interlayer insulating layer 120 may be formed to be relatively thin, and the uppermost interlayer insulating layer 120 may be formed to be relatively thick. The thickness of the interlayer insulating layers 120 and the sacrificial layers 180 and the number of layers constituting the interlayer insulating layers 120 and the sacrificial layers 180 may be variously changed from the illustrated ones.

도 4의 제2 영역(B)에서, 상부의 희생층들(180)이 하부의 희생층들(180)보다 짧게 연장되도록, 마스크층을 이용하여 희생층들(180)에 대한 포토 리소그래피 공정 및 식각 공정을 반복하여 수행할 수 있다. 이에 의해, 희생층들(180)은 계단 형상을 이룰 수 있으며, 콘택 영역(CP)이 제공될 수 있다. 희생층들(180)은 상부 적층체(ST1), 중간 적층체(ST2), 및 하부 적층체(ST3)를 포함할 수 있다. 상부 적층체(ST1)는 중간 적층체(ST2)와의 경계에 더미 적층체를 포함할 수 있으며, 중간 적층체(ST2)를 이루는 희생층들(180)의 개수는 형성하려는 게이트 전극들(130)의 개수에 따라 증감될 수 있다. 상부 적층체(ST1) 및 하부 적층체(ST3)는 x 방향에서 제1 단차로 낮아지고, 중간 적층체(ST2)는 상기 제1 단차보다 큰 제2 단차로 낮아질 수 있다. 실시예들에서, 적층체들(ST1, ST2, ST3)을 이루는 희생층들(180)의 개수 및 단차의 크기 등은 다양하게 변경될 수 있다.In the second region B of FIG. 4 , a photolithography process for the sacrificial layers 180 using a mask layer so that the upper sacrificial layers 180 extend shorter than the lower sacrificial layers 180; The etching process may be repeated. Accordingly, the sacrificial layers 180 may form a step shape, and a contact region CP may be provided. The sacrificial layers 180 may include an upper stacked body ST1 , an intermediate stacked body ST2 , and a lower stacked body ST3 . The upper stacked body ST1 may include a dummy stack at a boundary with the intermediate stacked body ST2 , and the number of sacrificial layers 180 constituting the intermediate stacked body ST2 is determined by the number of gate electrodes 130 to be formed. can be increased or decreased according to the number of The upper stacked body ST1 and the lower stacked body ST3 may be lowered by a first step in the x direction, and the intermediate stacked body ST2 may be lowered by a second step greater than the first step. In embodiments, the number of sacrificial layers 180 forming the stacked bodies ST1 , ST2 , and ST3 , the size of the step, etc. may be variously changed.

다음으로, 희생층들(180)과 층간 절연층들(120)의 적층 구조물 상부를 덮는 제1 셀 영역 절연층(192)을 형성할 수 있다.
Next, the first cell region insulating layer 192 covering the upper portion of the stack structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

도 11c를 참조하면, 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하는 제2 절연층들(162)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11C , second insulating layers 162 penetrating through the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

제2 절연층들(162)은 제1 절연층(161)을 포함하는 영역에 일정 간격으로 형성될 수 있다. 제2 절연층들(162)은 제1 셀 영역 절연층(192), 희생층들(180), 및 층간 절연층들(120)의 일부를 제거하여 개구부를 형성한 후, 상기 개구부를 절연 물질로 매립함으로써 형성할 수 있다. 제2 절연층들(162)은 희생층들(180)과 상이한 물질일 수 있다.The second insulating layers 162 may be formed at regular intervals in the region including the first insulating layer 161 . The second insulating layers 162 are formed by removing portions of the first cell region insulating layer 192 , the sacrificial layers 180 , and the interlayer insulating layers 120 to form an opening, and then forming the opening with an insulating material. It can be formed by embedding with The second insulating layers 162 may be made of a material different from that of the sacrificial layers 180 .

제2 절연층들(162) 중 일부는 제1 절연층(161)을 관통하여 주변 영역 절연층(290) 내로 연장될 수 있다. 이 경우, 제2 절연층들(162)이 연장되는 깊이는, 주변 영역 절연층(290) 내에 배치되는 별도의 식각 정지층을 이용하여 제어할 수 있다. 또는, 회로 배선 라인(280)을 식각 정지층으로 이용하여, 제2 절연층들(162)이 회로 배선 라인(280)으로 연장되도록 형성할 수도 있다. 제2 절연층들(162) 중 일부는 제1 절연층(161)의 주변에서 기판(101)의 상부를 리세스하도록 배치될 수 있다. 제2 절연층들(162) 중 최외곽에 배치되는 일부 제2 절연층들(162)은 다른 제2 절연층들(162)의 패터닝을 위한 더미 구조물일 수 있다. 제2 절연층들(162)은 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물의 높이에 따라 경사진 측면을 가질 수도 있다.
Some of the second insulating layers 162 may penetrate the first insulating layer 161 and extend into the peripheral region insulating layer 290 . In this case, the depth to which the second insulating layers 162 extend may be controlled by using a separate etch stop layer disposed in the peripheral region insulating layer 290 . Alternatively, the second insulating layers 162 may be formed to extend to the circuit wiring line 280 by using the circuit wiring line 280 as an etch stop layer. Some of the second insulating layers 162 may be disposed to recess the upper portion of the substrate 101 around the first insulating layer 161 . Some of the second insulating layers 162 disposed at the outermost of the second insulating layers 162 may be a dummy structure for patterning other second insulating layers 162 . The second insulating layers 162 may have inclined sides according to the height of the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 .

도 11d를 참조하면, 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하는 제1 개구부들(OP1)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11D , first openings OP1 passing through the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

제1 개구부들(OP1)은 도 5a의 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부들(163A)에 대응되는 영역에서, 제1 셀 영역 절연층(192), 희생층들(180), 및 층간 절연층들(120)을 제거하여 형성할 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 제2 절연층들(162)의 사이에 일정 간격으로 형성할 수 있다. 제1 개구부들(OP1) 중 일부는 제1 절연층(161)을 관통하여 주변 영역 절연층(290) 내로 연장될 수 있다. 제1 개구부들(OP1) 중 일부는 제1 절연층(161)의 주변에서 기판(101)의 상부를 리세스하도록 형성될 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물의 높이에 따라 경사진 측면을 가질 수도 있다.
The first openings OP1 are formed in a region corresponding to the vertical extensions 163A of the third insulating layers 163A and 163B of FIG. 5A , and include the first cell region insulating layer 192 and the sacrificial layers 180 . , and may be formed by removing the interlayer insulating layers 120 . The first openings OP1 may be formed at regular intervals between the second insulating layers 162 . Some of the first openings OP1 may penetrate the first insulating layer 161 and extend into the peripheral region insulating layer 290 . Some of the first openings OP1 may be formed to recess the upper portion of the substrate 101 around the first insulating layer 161 . The first openings OP1 may have sides inclined according to the height of the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 .

도 11e를 참조하면, 제1 개구부들(OP1)을 통해 노출된 희생층들(180)을 일부 제거할 수 있다.Referring to FIG. 11E , some of the sacrificial layers 180 exposed through the first openings OP1 may be removed.

희생층들(180)은, 예를 들어 습식 식각 공정을 이용하여 일부가 제거될 수 있다. 상기 습식 식각 공정 중에, 식각제가 제1 개구부들(OP1) 통해 플로우되어 제1 개구부들(OP1)에 인접한 희생층들(180)이 제거될 수 있다. 희생층들(180)은 층간 절연층들(120) 및 제1 및 제2 절연층들(161, 162)에 대하여 선택적으로 제거되며, 층간 절연층들(120) 및 제1 및 제2 절연층들(161, 162)은 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 이에 의해, 제1 개구부들(OP1)로부터 층간 절연층들(120)의 사이에서 수평적으로 연장되는 제1 터널부들(LT1)이 형성될 수 있다. 제1 터널부들(LT1)은 제1 개구부들(OP1)의 측면으로부터 실질적으로 동일한 길이로 연장될 수 있으며, 제1 터널부들(LT1)의 길이는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.A portion of the sacrificial layers 180 may be removed using, for example, a wet etching process. During the wet etching process, an etchant may flow through the first openings OP1 to remove the sacrificial layers 180 adjacent to the first openings OP1 . The sacrificial layers 180 are selectively removed with respect to the interlayer insulating layers 120 and the first and second insulating layers 161 and 162 , and the interlayer insulating layers 120 and the first and second insulating layers are removed. The fields 161 and 162 may remain without being removed. Accordingly, first tunnel portions LT1 extending horizontally between the interlayer insulating layers 120 from the first openings OP1 may be formed. The first tunnel parts LT1 may extend to substantially the same length from side surfaces of the first openings OP1 , and lengths of the first tunnel parts LT1 may be variously changed in some embodiments.

본 단계에서, 희생층들(180)이 제거된 영역에서, 층간 절연층(120)의 적층 구조물은 안정성이 떨어질 수 있으나, 제2 절연층들(162)에 의해 상기 적층 구조물이 보다 안정적으로 지지될 수 있다.
In this step, in the region where the sacrificial layers 180 are removed, the stacked structure of the interlayer insulating layer 120 may have poor stability, but the stacked structure is more stably supported by the second insulating layers 162 . can be

도 11f를 참조하면, 제1 개구부들(OP1) 및 제1 터널부들(LT1) 내에 절연 물질을 증착하여, 제3 절연층들(163A, 163B)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11F , an insulating material may be deposited in the first openings OP1 and the first tunnel parts LT1 to form third insulating layers 163A and 163B.

상기 절연 물질은 제1 터널부들(LT1)을 매립하고 제1 개구부들(OP1)을 매립하도록 증착될 수 있다. 상기 절연 물질은, 예를 들어, ALD 공정을 이용하여 증착될 수 있다. 이에 의해 제1 터널부들(LT1)이 매립된 영역에 제3 절연층들(163A, 163B)의 수평 연장부들(163B)이 형성되고, 제1 개구부들(OP1)이 매립된 영역에 수직 연장부들(163A)이 형성될 수 있다. 수평 연장부들(163B)은 제2 절연층들(162)의 사이에서 서로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 가장자리 영역에서 외측면들은 희생층들(180)과 접촉될 수 있다. The insulating material may be deposited to fill the first tunnel parts LT1 and fill the first openings OP1 . The insulating material may be deposited using, for example, an ALD process. Accordingly, horizontal extensions 163B of the third insulating layers 163A and 163B are formed in the region where the first tunnel parts LT1 are buried, and vertical extension parts are formed in the region where the first openings OP1 are buried. 163A may be formed. The horizontal extensions 163B may be connected to each other between the second insulating layers 162 , and outer surfaces of the second insulating layers 162 may be in contact with the sacrificial layers 180 in an edge region.

제3 절연층들(163A, 163B)을 형성함으로써, 제1 내지 제3 절연층들(161, 162, 163A, 163B) 및 제4 절연층들(164)을 포함하는 절연 영역(160)이 최종적으로 형성될 수 있다. 제4 절연층들(164)은 층간 절연층들(120) 중 제1 내지 제3 절연층들(161, 162, 163A, 163B)의 사이에 배치되는 영역들로 이루어질 수 있다. 본 실시예의 경우, 절연 영역(160)은 절연 물질로만 이루어질 수 있으며, 기판(101)의 상면에 수직하게 연장되는 수직 절연층인 제2 절연층들(162) 및 수직 연장부들(163A), 및 수평하게 연장되는 수평 절연층들인 수평 연장부들(163B) 및 제4 절연층들(164)로 이루어질 수 있다. By forming the third insulating layers 163A and 163B, the insulating region 160 including the first to third insulating layers 161 , 162 , 163A and 163B and the fourth insulating layers 164 is finally formed. can be formed with The fourth insulating layers 164 may include regions disposed between the first to third insulating layers 161 , 162 , 163A and 163B of the interlayer insulating layers 120 . In the present embodiment, the insulating region 160 may be made of only an insulating material, and the second insulating layers 162 and vertical extensions 163A, which are vertical insulating layers extending perpendicular to the upper surface of the substrate 101 , and Horizontally extending horizontal insulating layers may be formed of horizontal extensions 163B and fourth insulating layers 164 .

절연 영역(160)을 이루는 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)은 서로 다른 조성을 갖거나 또는 동일하거나 유사한 조성을 가질 수 있다. 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)이 실질적으로 동일한 조성을 갖는 경우라도, 서로 다른 공정 단계에서 형성되므로, 물성이 상이하여 경계가 구별될 수 있다. 또는, 제1 내지 제4 절연층들(161, 162, 163A, 163B, 164)이 서로 다른 증착 방법을 이용하여 형성되는 경우에도 물성이 상이하여 그 경계가 구별될 수 있다.
The first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B, and 164 constituting the insulating region 160 may have different compositions or may have the same or similar composition. Even when the first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B, and 164 have substantially the same composition, since they are formed in different process steps, the boundary may be distinguished due to different physical properties. Alternatively, even when the first to fourth insulating layers 161 , 162 , 163A, 163B, and 164 are formed using different deposition methods, their physical properties may be different, and thus their boundaries may be distinguished.

도 11g를 참조하면, 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하는 채널들(CH)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11G , channels CH passing through the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

먼저, 도시되지 않은 영역에서 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)의 일부를 제거하여 스트링 분리 영역(SS)(도 4 참조)을 형성할 수 있다. 스트링 분리 영역(SS)은, 별도의 마스크층을 이용하여 스트링 분리 영역(SS)이 형성될 영역을 노출시키고, 최상부로부터 소정 개수의 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)을 제거하거 한 후, 절연 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. 스트링 분리 영역(SS)은 도 4의 상부 게이트 전극들(130S)이 형성되는 영역보다 아래로 연장될 수 있다.First, a string separation region SS (refer to FIG. 4 ) may be formed by removing a portion of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 in an area not shown. The string isolation region SS uses a separate mask layer to expose a region where the string isolation region SS is to be formed, and a predetermined number of sacrificial layers 180 and interlayer insulating layers 120 are removed from the top. After removal, it can be formed by depositing an insulating material. The string separation region SS may extend below a region in which the upper gate electrodes 130S of FIG. 4 are formed.

채널들(CH)은 희생층들(180) 및 층간 절연층들(120)을 이방성 식각하여 형성할 수 있으며, 홀 형태로 형성될 수 있다. 상기 적층 구조물의 높이로 인하여, 채널들(CH)의 측벽은 기판(101)의 상면에 수직하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 채널들(CH)은 기판(101)의 일부를 리세스하도록 형성될 수 있다. 다음으로, 채널들(CH) 내에, 에피택셜층(105), 게이트 유전층(145)의 적어도 일부, 채널 영역(140), 채널 절연층(150) 및 채널 패드들(155)을 순차적으로 형성할 수 있다. 채널들(CH) 외에 추가로 배치되는 더미 채널들이 있는 경우, 상기 더미 채널들도, 본 단계에서 채널들(CH)과 함께 형성될 수 있다. 실시예들에 따라, 상기 더미 채널들 중 일부는, 절연 영역(160)을 관통하도록 배치될 수도 있다.The channels CH may be formed by anisotropically etching the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 , and may be formed in a hole shape. Due to the height of the stacked structure, sidewalls of the channels CH may not be perpendicular to the top surface of the substrate 101 . In example embodiments, the channels CH may be formed to recess a portion of the substrate 101 . Next, the epitaxial layer 105 , at least a portion of the gate dielectric layer 145 , the channel region 140 , the channel insulating layer 150 , and the channel pads 155 are sequentially formed in the channels CH. can When there are dummy channels additionally disposed in addition to the channels CH, the dummy channels may also be formed together with the channels CH in this step. In some embodiments, some of the dummy channels may be disposed to pass through the insulating region 160 .

에피택셜층(105)은 선택적 에피택시 공정(Selective Epitaxial Growth, SEG)을 이용하여 형성할 수 있다. 에피택셜층(105)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 에피택셜층(105)은 불순물이 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 게르마늄 혹은 단결정 게르마늄을 포함할 수 있다.The epitaxial layer 105 may be formed using a selective epitaxial growth (SEG) process. The epitaxial layer 105 may be formed of a single layer or a plurality of layers. The epitaxial layer 105 may include polycrystalline silicon, single crystal silicon, polycrystalline germanium, or single crystal germanium doped or undoped with impurities.

게이트 유전층(145)은 ALD 또는 CVD 공정을 이용하여 균일한 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 본 단계에서 게이트 유전층(145)은 전부 또는 일부가 형성될 수 있으며, 채널들(CH)을 따라 기판(101)에 수직하게 연장되는 부분이 본 단계에서 형성될 수 있다. 채널 영역(140)은 채널들(CH) 내에서 게이트 유전층(145) 상에 형성될 수 있다. 채널 절연층(150)은 채널들(CH)을 충전하도록 형성되며, 절연 물질일 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 채널 절연층(150)이 아닌 도전성 물질로 채널 영역(140) 사이를 매립할 수도 있다. 채널 패드(155)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.The gate dielectric layer 145 may be formed to have a uniform thickness using an ALD or CVD process. In this step, all or part of the gate dielectric layer 145 may be formed, and a portion extending perpendicular to the substrate 101 along the channels CH may be formed in this step. The channel region 140 may be formed on the gate dielectric layer 145 in the channels CH. The channel insulating layer 150 is formed to fill the channels CH, and may be an insulating material. However, in some embodiments, the channel region 140 may be filled with a conductive material other than the channel insulating layer 150 . The channel pad 155 may be made of a conductive material, for example, polycrystalline silicon.

예시적인 실시예들에서, 채널들(CH)은 도 11c 내지 도 11f를 참조하여 상술한 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B)의 형성 전에 형성하는 것도 가능하다. 또한, 채널들(CH) 및 절연 영역(160)의 상대적인 높이도 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예들에서, 채널들(CH)의 상면은 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B)의 상면보다 높거나 낮게 위치할 수 있다.In example embodiments, the channels CH may be formed before the formation of the second insulating layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B described above with reference to FIGS. 11C to 11F . . In addition, the relative heights of the channels CH and the insulating region 160 may be variously changed in some embodiments. For example, in example embodiments, upper surfaces of the channels CH may be positioned higher or lower than upper surfaces of the second insulating layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B.

도 10의 반도체 장치(100c)의 경우, 본 단계에서 채널들(CH)과 함께 제2 절연층들(162a)을 형성할 수 있다. 다음으로, 도 11d 내지 도 11f를 참조하여 상술한 공정을 동일하게 수행하여 절연 영역(160)을 형성할 수 있다. 다만, 게이트 유전층(145)의 물질에 따라서 일부가 희생층들(180)과 함께 제거되는 경우, 제2 절연층들(162a)의 측벽에 요철이 형성될 수도 있다.
In the case of the semiconductor device 100c of FIG. 10 , second insulating layers 162a may be formed together with the channels CH in this step. Next, the insulating region 160 may be formed by performing the same process as described above with reference to FIGS. 11D to 11F . However, when a part of the gate dielectric layer 145 is removed together with the sacrificial layers 180 depending on the material of the gate dielectric layer 145 , irregularities may be formed on the sidewalls of the second insulating layers 162a .

도 11h를 참조하면, 희생층들(180)과 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하는 제2 개구부들(OP2)을 형성하고, 제2 개구부들(OP2)을 통해 희생층들(180)을 제거하여 제2 터널부들(LT2)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11H , second openings OP2 passing through the stacked structure of the sacrificial layers 180 and the interlayer insulating layers 120 are formed, and the sacrificial layers OP2 are formed through the second openings OP2. 180 , the second tunnel parts LT2 may be formed.

먼저, 제2 개구부들(OP2)의 형성 전에, 채널들(CH) 상에 제2 셀 영역 절연층(194)을 더 형성할 수 있다. 제2 개구부들(OP2)은 도 4의 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)의 위치에 형성될 수 있다. 제2 개구부들(OP2)은 포토 리소그래피 공정을 이용하여 마스크층을 형성하고, 상기 적층 구조물을 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 제2 개구부들(OP2)은 y 방향으로 연장되는 트렌치 형태로 형성될 수 있으며, 제2 개구부들(OP2)의 하부에서 기판(101)이 노출될 수 있다. First, before forming the second openings OP2 , a second cell region insulating layer 194 may be further formed on the channels CH. The second openings OP2 may be formed at positions of the first and second separation regions MS1 and MS2 of FIG. 4 . The second openings OP2 may be formed by forming a mask layer using a photolithography process and anisotropically etching the stack structure. The second openings OP2 may be formed in a trench shape extending in the y-direction, and the substrate 101 may be exposed under the second openings OP2 .

희생층들(180)은 예를 들어, 습식 식각을 이용하여, 층간 절연층들(120) 및 절연 영역(160)에 대하여 선택적으로 제거될 수 있다. 그에 따라 층간 절연층들(120) 사이에 복수의 제2 터널부들(LT2)이 형성될 수 있으며, 제2 터널부들(LT2)을 통해 채널들(CH)의 게이트 유전층(145)의 일부 측벽들 및 제3 절연층들(163A, 163B)의 수평 연장부들(163B)이 노출될 수 있다.
The sacrificial layers 180 may be selectively removed with respect to the interlayer insulating layers 120 and the insulating region 160 using, for example, wet etching. Accordingly, a plurality of second tunnel portions LT2 may be formed between the interlayer insulating layers 120 , and some sidewalls of the gate dielectric layer 145 of the channels CH may be formed through the second tunnel portions LT2 . and horizontal extensions 163B of the third insulating layers 163A and 163B may be exposed.

도 11i를 참조하면, 희생층들(180)이 제거된 제2 터널부들(LT2)에 도전성 물질을 매립하여 게이트 전극들(130)을 형성하고, 제2 개구부들(OP2) 내에 소스 절연층(107) 및 소스 도전층(110)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11I , the gate electrodes 130 are formed by filling the second tunnel portions LT2 from which the sacrificial layers 180 are removed with a conductive material, and the source insulating layer ( ) is formed in the second openings OP2 . 107) and the source conductive layer 110 may be formed.

상기 도전성 물질은 제2 터널부들(LT2) 내에 매립될 수 있다. 상기 도전성 물질은 금속, 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 게이트 전극들(130)을 형성한 후, 제2 개구부들(OP2) 내에 증착된 상기 도전성 물질을 추가적인 공정을 통하여 제거할 수도 있다.The conductive material may be buried in the second tunnel parts LT2 . The conductive material may include a metal, polycrystalline silicon, or a metal silicide material. After the gate electrodes 130 are formed, the conductive material deposited in the second openings OP2 may be removed through an additional process.

소스 절연층(107)은 제2 개구부들(OP2) 내에 스페이서(spacer)의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 절연 물질을 증착한 후, 제2 개구부들(OP2)의 하부에서 기판(101) 상에 형성된 절연 물질을 제거하여 소스 절연층(107)을 형성할 수 있다.The source insulating layer 107 may be formed in the form of a spacer in the second openings OP2 . That is, after depositing the insulating material, the insulating material formed on the substrate 101 under the second openings OP2 may be removed to form the source insulating layer 107 .

다음으로, 소스 절연층(107) 상에 도전 물질을 증착하여 소스 도전층(110)을 형성할 수 있다. 소스 절연층(107) 및 소스 도전층(110)은 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2)에서 동일한 공정으로 형성되어 동일한 구조를 가질 수 있다. 다만, 상술한 것과 같이, 예를 들어, 제1 분리 영역들(MS1)에서 소스 도전층(110)은 공통 소스 라인(CSL)으로 기능하고, 제2 분리 영역들(MS2)에서 소스 도전층(110)은 더미 공통 소스 라인으로 기능할 수 있다.
Next, the source conductive layer 110 may be formed by depositing a conductive material on the source insulating layer 107 . The source insulating layer 107 and the source conductive layer 110 may be formed by the same process in the first and second isolation regions MS1 and MS2 to have the same structure. However, as described above, for example, in the first isolation regions MS1 , the source conductive layer 110 functions as a common source line CSL, and in the second isolation regions MS2 , the source conductive layer 110 . 110) may function as a dummy common source line.

도 11j를 참조하면, 관통 콘택 플러그들(170)을 형성하기 위한 제3 개구부들(OP3)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11J , third openings OP3 for forming through contact plugs 170 may be formed.

먼저, 소스 절연층(107)을 덮는 제3 셀 영역 절연층(196)을 형성하여, 제1 내지 제3 셀 영역 절연층들(192, 194, 196)을 포함하는 셀 영역 절연층(190)을 형성할 수 있다.First, by forming a third cell region insulating layer 196 covering the source insulating layer 107 , the cell region insulating layer 190 including the first to third cell region insulating layers 192 , 194 , and 196 . can form.

다음으로, 절연 영역(160)의 상부로부터, 셀 영역 절연층(190) 및 절연 영역(160)을 관통하는 제3 개구부들(OP3)을 형성할 수 있다. 제3 개구부들(OP3)의 하단에서는 주변 회로 영역(PERI)의 회로 배선 라인(280)이 노출될 수 있다.Next, from the top of the insulating region 160 , the cell region insulating layer 190 and third openings OP3 passing through the insulating region 160 may be formed. The circuit wiring line 280 of the peripheral circuit area PERI may be exposed at lower ends of the third openings OP3 .

다음으로, 도 5a를 함께 참조하면, 제3 개구부들(OP3)에 도전성 물질을 매립하여 관통 콘택 플러그들(170)을 형성하고, 관통 콘택 플러그들(170)의 상단과 연결되는 배선 라인(175)을 형성하여 반도체 장치(100)가 제조될 수 있다. 다만, 도 11a 내지 도 11j를 참조하여 상술한 제조 방법은, 도 5a의 반도체 장치(100)를 제조하기 위한 일 예이며, 반도체 장치(100)는 다양한 제조 방법으로 제조될 수 있을 것이다.Next, referring to FIG. 5A , the through contact plugs 170 are formed by filling the third openings OP3 with a conductive material, and the wiring line 175 connected to the upper ends of the through contact plugs 170 . ) to form the semiconductor device 100 may be manufactured. However, the manufacturing method described above with reference to FIGS. 11A to 11J is an example for manufacturing the semiconductor device 100 of FIG. 5A , and the semiconductor device 100 may be manufactured by various manufacturing methods.

도 9의 반도체 장치(100b)의 경우, 본 단계에서, 제3 개구부들(OP3)에 배선 절연층(172)을 먼저 형성할 수 있다. 다음으로, 제3 개구부들(OP3)의 하단에서 회로 배선 라인(280)이 노출되도록 배선 절연층(172)을 제거한 후, 관통 콘택 플러그들(170)을 형성함으로써 제조될 수 있다.
In the case of the semiconductor device 100b of FIG. 9 , in this step, the wiring insulating layer 172 may be first formed in the third openings OP3 . Next, after removing the wiring insulating layer 172 to expose the circuit wiring line 280 at the lower end of the third openings OP3 , the through contact plugs 170 may be formed.

도 12a 내지 도 12g는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 도 12a 내지 도 12g에서는, 도 8에 도시된 영역에 대응되는 영역들이 도시된다. 이하에서는, 도 11a 내지 도 11j을 참조한 설명과 중복되는 설명은 생략한다.12A to 12G are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. 12A to 12G, regions corresponding to the region shown in FIG. 8 are shown. Hereinafter, a description overlapping with the description with reference to FIGS. 11A to 11J will be omitted.

도 12a를 참조하면, 먼저 베이스 기판(201) 상에 주변 회로 영역(PERI)을 형성하고, 주변 회로 영역(PERI)의 상부에 메모리 셀 영역이 제공되는 기판(101) 및 제1 절연층(161)을 형성할 수 있다. 다음으로, 기판(101) 상에 게이트 전극들(130)을 포함하는 적층 구조물(GS)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12A , the peripheral circuit region PERI is first formed on the base substrate 201 , and the substrate 101 and the first insulating layer 161 on which the memory cell region is provided on the peripheral circuit region PERI ) can be formed. Next, the stacked structure GS including the gate electrodes 130 may be formed on the substrate 101 .

주변 회로 영역(PERI) 및 제1 절연층(161)은 도 11a를 참조하여 상술한 것과 유사하게 형성될 수 있다.The peripheral circuit region PERI and the first insulating layer 161 may be formed similarly to those described above with reference to FIG. 11A .

다음으로, 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)을 교대로 적층하여 적층 구조물(GS)을 형성하고, 게이트 전극들(130)이 x 방향에서 서로 다른 길이로 연장되도록 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)의 일부를 제거할 수 있다. 이에 의해, 게이트 전극들(130)은 계단 형상을 이룰 수 있으며, 콘택 영역(CP)이 제공될 수 있다. 게이트 전극들(130)은 상부 적층체(ST1), 중간 적층체(ST2), 및 하부 적층체(ST3)를 포함하도록 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다음으로, 적층 구조물(GS) 상부를 덮는 제1 셀 영역 절연층(192)을 형성할 수 있다.
Next, the stacked structure GS is formed by alternately stacking the gate electrodes 130 and the interlayer insulating layers 120 , and the gate electrodes 130 are extended to have different lengths in the x-direction. Part of 130 and the interlayer insulating layers 120 may be removed. Accordingly, the gate electrodes 130 may form a step shape, and a contact region CP may be provided. The gate electrodes 130 may be configured to include an upper stacked body ST1 , an intermediate stacked body ST2 , and a lower stacked body ST3 , but is not limited thereto. Next, a first cell region insulating layer 192 covering an upper portion of the stack structure GS may be formed.

도 12b를 참조하면, 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물(GS)을 관통하는 제2 절연층들(162)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12B , second insulating layers 162 penetrating through the stacked structure GS of the gate electrodes 130 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

제2 절연층들(162)은 제1 절연층(161)을 포함하는 영역에 일정 간격으로 형성될 수 있다. 제2 절연층들(162)은 제1 셀 영역 절연층(192), 게이트 전극들(130, 및 층간 절연층들(120)의 일부를 제거하여 개구부를 형성한 후, 상기 개구부를 절연 물질로 매립함으로써 형성할 수 있다. 제2 절연층들(162)은 게이트 전극들(130과 상이한 물질일 수 있다.
The second insulating layers 162 may be formed at regular intervals in the region including the first insulating layer 161 . In the second insulating layers 162 , openings are formed by removing portions of the first cell region insulating layer 192 , the gate electrodes 130 , and the interlayer insulating layers 120 , and then the openings are formed of an insulating material. The second insulating layers 162 may be formed of a material different from that of the gate electrodes 130 .

도 12c를 참조하면, 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물(GS)을 관통하는 제1 개구부들(OP1)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12C , first openings OP1 passing through the stack structure GS of the gate electrodes 130 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

제1 개구부들(OP1)은 도 8의 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부들(163A)에 대응되는 영역에서, 제1 셀 영역 절연층(192), 게이트 전극들(130), 및 층간 절연층들(120)을 제거하여 형성할 수 있다. 제1 개구부들(OP1)은 제2 절연층들(162)의 사이에 일정 간격으로 형성할 수 있다.
The first openings OP1 are formed in a region corresponding to the vertical extension portions 163A of the third insulating layers 163A and 163B of FIG. 8 , the first cell region insulating layer 192 and the gate electrodes 130 . , and may be formed by removing the interlayer insulating layers 120 . The first openings OP1 may be formed at regular intervals between the second insulating layers 162 .

도 12d를 참조하면, 제1 개구부들(OP1)을 통해 노출된 게이트 전극들(130)을 일부 제거할 수 있다.Referring to FIG. 12D , the gate electrodes 130 exposed through the first openings OP1 may be partially removed.

게이트 전극들(130)은, 예를 들어 습식 식각 공정을 이용하여 일부가 제거될 수 있다. 상기 습식 식각 공정 중에, 식각제가 제1 개구부들(OP1) 통해 플로우되어 제1 개구부들(OP1)에 인접한 게이트 전극들(130)이 제거될 수 있다. 게이트 전극들(130)은 층간 절연층들(120) 및 제1 및 제2 절연층들(161, 162)에 대하여 선택적으로 제거되며, 층간 절연층들(120) 및 제1 및 제2 절연층들(161, 162)은 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 이에 의해, 제1 개구부들(OP1)로부터 층간 절연층들(120)의 사이에서 수평적으로 연장되는 제1 터널부들(LT1)이 형성될 수 있다.
The gate electrodes 130 may be partially removed using, for example, a wet etching process. During the wet etching process, an etchant may flow through the first openings OP1 to remove the gate electrodes 130 adjacent to the first openings OP1 . The gate electrodes 130 are selectively removed with respect to the interlayer insulating layers 120 and the first and second insulating layers 161 and 162 , and the interlayer insulating layers 120 and the first and second insulating layers are removed. The fields 161 and 162 may remain without being removed. Accordingly, first tunnel portions LT1 extending horizontally between the interlayer insulating layers 120 from the first openings OP1 may be formed.

도 12e를 참조하면, 제1 개구부들(OP1) 및 제1 터널부들(LT1) 내에 절연 물질을 증착하여, 제3 절연층들(163A, 163B)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12E , an insulating material may be deposited in the first openings OP1 and the first tunnel parts LT1 to form third insulating layers 163A and 163B.

상기 절연 물질은 제1 터널부들(LT1)을 매립하고 제1 개구부들(OP1)을 매립하도록 증착될 수 있다. 상기 절연 물질은, 예를 들어, ALD 공정을 이용하여 증착될 수 있다. 이에 의해 제1 터널부들(LT1)이 매립된 영역에 제3 절연층들(163A, 163B)의 수평 연장부들(163B)이 형성되고, 제1 개구부들(OP1)이 매립된 영역에 수직 연장부들(163A)이 형성될 수 있다. 수평 연장부들(163B)은 제2 절연층들(162)의 사이에서 서로 연결된 형태를 가질 수 있으며, 가장자리 영역에서 외측면들은 게이트 전극들(130)과 직접 접촉될 수 있다. The insulating material may be deposited to fill the first tunnel parts LT1 and fill the first openings OP1 . The insulating material may be deposited using, for example, an ALD process. Accordingly, horizontal extensions 163B of the third insulating layers 163A and 163B are formed in the region where the first tunnel parts LT1 are buried, and vertical extension parts are formed in the region where the first openings OP1 are buried. 163A may be formed. The horizontal extensions 163B may be connected to each other between the second insulating layers 162 , and outer surfaces of the second insulating layers 162 may be in direct contact with the gate electrodes 130 in the edge region.

제3 절연층들(163A, 163B)을 형성함으로써, 제1 내지 제3 절연층들(161, 162, 163A, 163B) 및 제4 절연층들(164)을 포함하는 절연 영역(160)이 최종적으로 형성될 수 있다. 절연 영역(160)은 절연 물질로만 이루어질 수 있으며, 게이트 전극들(130)이 배치되지 않는 영역일 수 있다.
By forming the third insulating layers 163A and 163B, the insulating region 160 including the first to third insulating layers 161 , 162 , 163A and 163B and the fourth insulating layers 164 is finally formed. can be formed with The insulating region 160 may be made of only an insulating material, and may be a region in which the gate electrodes 130 are not disposed.

도 12f를 참조하면, 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물(GS)을 관통하는 채널(CH)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12F , a channel CH passing through the stack structure GS of the gate electrodes 130 and the interlayer insulating layers 120 may be formed.

채널(CH)은 적층 구조물(GS)을 이방성 식각하여 형성할 수 있으며, 홀 형태로 형성되며 기판(101) 내를 관통하는 U자 형태로 형성될 수 있다. 이를 위하여, 기판(101)에는 미리 별도의 희생층을 형성해놓을 수도 있다. 다음으로, 채널들(CH) 내에, 에피택셜층(105), 게이트 유전층(145), 채널 영역(140), 채널 절연층(150) 및 채널 패드들(155)을 형성할 수 있다. 채널(CH)의 사이에는 분리 절연층(195)을 형성할 수 있다. The channel CH may be formed by anisotropically etching the stacked structure GS, may be formed in a hole shape, and may be formed in a U shape penetrating through the substrate 101 . To this end, a separate sacrificial layer may be previously formed on the substrate 101 . Next, an epitaxial layer 105 , a gate dielectric layer 145 , a channel region 140 , a channel insulating layer 150 , and channel pads 155 may be formed in the channels CH. An isolation insulating layer 195 may be formed between the channels CH.

예시적인 실시예들에서, 채널(CH) 및 분리 절연층(195)은 절연 영역(160)의 형성 전에 먼저 형성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 채널(CH)은 도 12a를 참조하여 상술한 단계에서 먼저 형성될 수 있다.
In example embodiments, the channel CH and the isolation insulating layer 195 may be formed first before the insulating region 160 is formed. For example, the channel CH may be formed first in the step described above with reference to FIG. 12A .

도 12g를 참조하면, 관통 콘택 플러그들(170)을 형성하기 위한 제2 개구부들(OP2)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12G , second openings OP2 for forming through contact plugs 170 may be formed.

먼저, 소스 절연층(107)을 덮는 제2 셀 영역 절연층(194)을 형성하여, 제1 및 제2 셀 영역 절연층들(192, 194)을 포함하는 셀 영역 절연층(190)을 형성할 수 있다. 다음으로, 절연 영역(160)의 상부로부터, 셀 영역 절연층(190) 및 절연 영역(160)을 관통하는 제2 개구부들(OP2)을 형성할 수 있다. 제3 개구부들(OP2)의 하단에서는 주변 회로 영역(PERI)의 회로 배선 라인(280)이 노출될 수 있다.First, the second cell region insulating layer 194 covering the source insulating layer 107 is formed to form the cell region insulating layer 190 including the first and second cell region insulating layers 192 and 194 . can do. Next, second openings OP2 passing through the cell region insulating layer 190 and the insulating region 160 may be formed from an upper portion of the insulating region 160 . The circuit wiring line 280 of the peripheral circuit area PERI may be exposed at lower ends of the third openings OP2 .

다음으로, 도 8을 함께 참조하면, 셀 영역 절연층(190) 및 절연 영역(160)을 관통하는 관통 콘택 플러그들(170)을 형성하고, 관통 콘택 플러그들(170)의 상단과 연결되는 배선 라인(175)을 형성하여 반도체 장치(100a)가 제조될 수 있다. 다만, 도 12a 내지 도 12g를 참조하여 상술한 제조 방법은, 도 8의 반도체 장치(100a)를 제조하기 위한 일 예이며, 반도체 장치(100a)는 다양한 제조 방법으로 제조될 수 있을 것이다.
Next, referring to FIG. 8 , through-contact plugs 170 penetrating the cell region insulating layer 190 and the insulating region 160 are formed, and wiring connected to upper ends of the through contact plugs 170 . The semiconductor device 100a may be manufactured by forming the line 175 . However, the manufacturing method described above with reference to FIGS. 12A to 12G is an example for manufacturing the semiconductor device 100a of FIG. 8 , and the semiconductor device 100a may be manufactured by various manufacturing methods.

도 13은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.13 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.

도 13을 참조하면, 반도체 장치(200)는 메모리 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI)을 포함할 수 있다. 특히, 반도체 장치(200)에서는, 메모리 셀 영역(CELL)의 적어도 일 측에 주변 회로 영역(PERI)이 배치될 수 있다. 메모리 셀 영역(CELL)에 대해서는, 도 4 내지 도 5b를 참조하여 상술한 제1 영역(A)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.Referring to FIG. 13 , the semiconductor device 200 may include a memory cell region CELL and a peripheral circuit region PERI. In particular, in the semiconductor device 200 , the peripheral circuit region PERI may be disposed on at least one side of the memory cell region CELL. For the memory cell region CELL, the description of the first region A described above with reference to FIGS. 4 to 5B may be equally applied.

주변 회로 영역(PERI)은, 메모리 셀 영역(CELL)과 동일한 기판(101) 상에 배치되는 회로 소자들(220), 기판(101) 내에 배치되는 소스/드레인 영역들(205), 회로 소자들(220) 상에 소정 높이로 배치되는 주변 영역 절연층(290), 주변 영역 절연층(290) 내의 식각 정지층(295), 주변 영역 절연층(290) 상으로 절곡되어 연장되는 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS), 적층 구조물(GS)을 관통하여 회로 소자들(220)과 전기적으로 연결되는 관통 배선 영역(TB)을 포함할 수 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서, 주변 회로 영역(PERI)은 도시된 것과 같이 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS)이 배치된 영역 외에, 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS)이 배치되지 않은 영역도 포함할 수 있다.The peripheral circuit region PERI includes circuit elements 220 disposed on the same substrate 101 as the memory cell region CELL, source/drain regions 205 disposed in the substrate 101 , and circuit elements. The peripheral region insulating layer 290 disposed on the 220 , the etch stop layer 295 in the peripheral region insulating layer 290 at a predetermined height, and gate electrodes bent and extended onto the peripheral region insulating layer 290 ( The stacked structure GS of 130 may include a through wiring region TB that is electrically connected to the circuit elements 220 through the stacked structure GS. However, in example embodiments, the peripheral circuit region PERI includes the stacked structure GS of the gate electrodes 130 in addition to the region in which the stacked structure GS of the gate electrodes 130 is disposed as illustrated. This unplaced area may also be included.

소스/드레인 영역들(205) 및 회로 소자들(220)에 대해서는 도 4 내지 도 5b를 참조하여 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 주변 영역 절연층(290)은 상대적으로 낮은 높이로 형성될 수 있으며, 게이트 전극들(130) 및 층간 절연층들(120)이 메모리 셀 영역(CELL)으로부터 주변 영역 절연층(290)의 상부로 절곡되어 연장될 수 있다.For the source/drain regions 205 and the circuit elements 220 , the description described above with reference to FIGS. 4 to 5B may be equally applied. The peripheral region insulating layer 290 may be formed to have a relatively low height, and the gate electrodes 130 and the interlayer insulating layers 120 move from the memory cell region CELL to the upper portion of the peripheral region insulating layer 290 . It can be bent and extended.

관통 배선 영역(TB)은 소스/드레인 영역들(205) 및 회로 소자들(220)을 상부의 배선 라인(175)과 연결하기 위한 배선 구조물을 포함하는 영역일 수 있다. 관통 배선 영역(TB)은 게이트 전극들(130)의 적층 구조물(GS)을 관통하여 z 방향으로 연장되는 관통 콘택 플러그(170a) 및 관통 콘택 플러그(170a)를 둘러싸는 절연 영역(160b)을 포함할 수 있다.The through wiring region TB may be a region including a wiring structure for connecting the source/drain regions 205 and the circuit devices 220 to the wiring line 175 thereon. The through wiring region TB includes a through contact plug 170a extending in the z direction through the stack structure GS of the gate electrodes 130 and an insulating region 160b surrounding the through contact plug 170a. can do.

절연 영역(160b)은 게이트 전극(130)이 연장 또는 배치되지 않으며, 절연 물질로 이루어진 영역일 수 있다. 절연 영역(160b)은 기판(101)의 상면에 수직하게 연장되는 제2 절연층들(162), 제2 절연층들(162)의 사이에 배치되는 제3 절연층들(163A, 163B), 및 층간 절연층들(120)과 동일 레벨에 위치하는 제4 절연층들(164)을 포함할 수 있다. 즉, 절연 영역(160b)은 기판(101)을 관통하지 않으므로, 도 4 내지 도 5b를 참조하여 상술한 절연 영역(160)과 달리 제1 절연층(161)을 포함하지 않을 수 있다. 제2 절연층들(162) 및 제3 절연층들(163A, 163B)의 수직 연장부들(163A)은 식각 정지층(295)의 상면으로 연장될 수 있다. 다만, 식각 정지층(295)은 실시예들에 따라 생략되거나, 주변 영역 절연층(290)의 상면 상에 배치도는 것도 가능하다. 그 외에는 도 4 내지 도 5b를 참조하여 상술한 절연 영역(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. The insulating region 160b may be a region in which the gate electrode 130 is not extended or disposed and made of an insulating material. The insulating region 160b includes second insulating layers 162 extending perpendicularly to the upper surface of the substrate 101 , third insulating layers 163A and 163B disposed between the second insulating layers 162 , and fourth insulating layers 164 positioned at the same level as the interlayer insulating layers 120 . That is, since the insulating region 160b does not penetrate the substrate 101 , the first insulating layer 161 may not be included, unlike the insulating region 160 described above with reference to FIGS. 4 to 5B . Vertical extensions 163A of the second insulating layers 162 and the third insulating layers 163A and 163B may extend to the top surface of the etch stop layer 295 . However, the etch stop layer 295 may be omitted or disposed on the upper surface of the peripheral region insulating layer 290 according to embodiments. Otherwise, the description of the insulating region 160 described above with reference to FIGS. 4 to 5B may be applied in the same manner.

관통 콘택 플러그들(170a)은 절연 영역(160b)을 관통하여 기판(101)의 상면에 수직하게 연장될 수 있다. 관통 콘택 플러그들(170a)은 주변 회로 영역(PERI)의 소스/드레인 영역들(205) 및 회로 소자들(220)을 배선 라인(175)과 같은 상부의 배선 구조물과 연결할 수 있으며, 주변 회로 영역(PERI)은 상기 배선 구조물을 통해 메모리 셀 영역(CELL)과 전기적으로 연결될 수 있다.
The through contact plugs 170a may penetrate the insulating region 160b and extend perpendicularly to the upper surface of the substrate 101 . The through contact plugs 170a may connect the source/drain regions 205 and the circuit elements 220 of the peripheral circuit region PERI to an upper wiring structure such as the wiring line 175 , and the peripheral circuit region. (PERI) may be electrically connected to the memory cell region CELL through the wiring structure.

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. Therefore, various types of substitution, modification and change 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 it is also said that it falls within the scope of the present invention. something to do.

101: 기판 105: 에피택셜층
107: 소스 절연층 110: 소스 도전층
120: 층간 절연층 130: 게이트 전극
140: 채널 영역 145: 게이트 유전층
150: 채널 절연층 155: 채널 패드
160: 절연 영역 161: 제1 절연층
162: 제2 절연층 163A, 163B: 제3 절연층
164: 제4 절연층 170: 콘택 플러그
172: 배선 절연층 175: 배선 라인
180: 희생층 190: 셀 영역 절연층
201: 베이스 기판 205: 소스/드레인 영역
220: 회로 소자 222: 회로 게이트 유전층
224: 스페이서층 225: 회로 게이트 전극층
270: 회로 콘택 플러그 280: 회로 배선 라인
290: 주변 영역 절연층
101: substrate 105: epitaxial layer
107: source insulating layer 110: source conductive layer
120: interlayer insulating layer 130: gate electrode
140: channel region 145: gate dielectric layer
150: channel insulating layer 155: channel pad
160: insulating region 161: first insulating layer
162: second insulating layer 163A, 163B: third insulating layer
164: fourth insulating layer 170: contact plug
172: wiring insulating layer 175: wiring line
180: sacrificial layer 190: cell region insulating layer
201: base substrate 205: source/drain region
220: circuit element 222: circuit gate dielectric layer
224: spacer layer 225: circuit gate electrode layer
270: circuit contact plug 280: circuit wiring line
290: peripheral region insulating layer

Claims (10)

제1 기판 상에 제공되며, 회로 소자들을 포함하는 주변 회로 영역;
상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제공되며, 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 영역; 및
상기 메모리 셀 영역 및 상기 제2 기판을 관통하여 제1 방향으로 연장되며 상기 메모리 셀 영역과 상기 회로 소자들을 전기적으로 연결하는 관통 콘택 플러그 및 상기 관통 콘택 플러그를 둘러싸는 절연 영역을 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고,
상기 절연 영역은,
상기 제2 기판을 관통하며 상기 제2 기판과 나란하게 배치되는 제1 절연층;
상기 제1 방향으로 연장되도록 배치되는 제2 절연층들; 및
상기 제2 절연층들의 사이에 배치되며 상기 제1 방향으로 연장되는 수직 연장부 및 상기 제2 절연층들과 접촉되도록 상기 수직 연장부의 측면으로부터 상기 제2 기판의 상면에 평행한 제2 방향으로 연장되는 수평 연장부들을 갖는 제3 절연층을 포함하는 반도체 장치.
a peripheral circuit region provided on the first substrate and including circuit elements;
a memory cell region provided on a second substrate disposed on the first substrate and including memory cells; and
a through wiring region extending in a first direction through the memory cell region and the second substrate and including a through contact plug electrically connecting the memory cell region and the circuit elements, and an insulating region surrounding the through contact plug including,
The insulating area is
a first insulating layer penetrating the second substrate and disposed in parallel with the second substrate;
second insulating layers arranged to extend in the first direction; and
It is disposed between the second insulating layers and extends in a second direction parallel to the upper surface of the second substrate from a side surface of the vertical extension part so as to be in contact with the vertical extension part extending in the first direction and the second insulating layers. A semiconductor device comprising a third insulating layer having horizontal extensions.
제1 항에 있어서,
상기 제2 절연층들 중 일부는 상기 제1 절연층의 적어도 일부를 관통하고, 일부는 상기 제1 절연층의 둘레에서 상기 제2 기판 상에 배치되는 반도체 장치.
The method of claim 1,
A part of the second insulating layers penetrates at least a part of the first insulating layer, and a part of the second insulating layer is disposed on the second substrate around the first insulating layer.
제2 항에 있어서,
상기 제2 기판은 상기 제2 절연층들 중 일부에 의해 상면에 리세스를 갖는 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
The second substrate has a recess on its upper surface by some of the second insulating layers.
제1 항에 있어서,
상기 제3 절연층의 수직 연장부는 일정 간격으로 배치되며, 상기 제2 절연층들의 사이에 배치되는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The vertical extension portions of the third insulating layer are disposed at regular intervals and are disposed between the second insulating layers.
제1 항에 있어서,
상기 메모리 셀 영역은,
상기 제2 기판 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들;
상기 게이트 전극들과 교대로 배치되는 층간 절연층들; 및
상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제2 기판 상에 수직하게 연장되는 채널들을 포함하고,
상기 제3 절연층의 수평 연장부들은 상기 게이트 전극들과 동일한 높이 레벨에 위치하는 반도체 장치.
The method of claim 1,
The memory cell region is
gate electrodes vertically spaced apart from each other and stacked on the second substrate;
interlayer insulating layers alternately disposed with the gate electrodes; and
channels passing through the gate electrodes and extending vertically on the second substrate;
The horizontal extension portions of the third insulating layer are positioned at the same height level as the gate electrodes.
제5 항에 있어서,
상기 절연 영역은, 상기 제1 내지 제3 절연층들의 사이를 채우는 제4 절연층을 더 포함하고,
상기 제4 절연층은 상기 층간 절연층이 연장되어 이루어지는 반도체 장치.
6. The method of claim 5,
The insulating region further includes a fourth insulating layer filling between the first to third insulating layers,
The fourth insulating layer is a semiconductor device in which the interlayer insulating layer extends.
제1 기판 상에 제공되며, 회로 소자들을 포함하는 주변 회로 영역;
상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제공되며, 상기 제2 기판 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제2 기판 상에 수직하게 연장되는 채널들을 포함하는 메모리 셀 영역; 및
상기 게이트 전극들 및 상기 제2 기판을 관통하는 절연 영역 및 상기 절연 영역을 관통하며 수직하게 연장되는 관통 콘택 플러그를 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고,
상기 절연 영역은 상기 제1 및 제2 기판에 수직한 제1 방향으로 연장되는 수직 연장부들 및 상기 수직 연장부들의 측면으로부터 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되는 수평 연장부들을 갖는 반도체 장치.
a peripheral circuit region provided on the first substrate and including circuit elements;
It is provided on a second substrate disposed on the first substrate, and is vertically spaced apart from each other and stacked on the second substrate, and the gate electrodes pass through the gate electrodes and extend vertically on the second substrate. a memory cell region including channels; and
and an insulating region penetrating the gate electrodes and the second substrate, and a through-wiring region including a through contact plug penetrating the insulating region and extending vertically;
The insulating region is a semiconductor having vertical extension portions extending in a first direction perpendicular to the first and second substrates and horizontal extension portions extending in a second direction perpendicular to the first direction from side surfaces of the vertical extension portions. Device.
제7 항에 있어서,
상기 수평 연장부들은 상기 게이트 전극들의 측면과 접하는 반도체 장치.
8. The method of claim 7,
The horizontal extension portions are in contact with side surfaces of the gate electrodes.
제1 소자들을 포함하는 제1 영역;
상기 제1 영역의 일 측에 제공되며, 제2 소자들을 포함하는 제2 영역; 및
상기 제2 영역의 상부에 배치되며, 상기 제1 소자들과 상기 제2 소자들을 전기적으로 연결하는 관통 배선 구조물 및 상기 관통 배선 구조물을 둘러싸는 절연 영역을 포함하는 관통 배선 영역을 포함하고,
상기 절연 영역은, 제1 방향으로 연장되는 수직 절연층들 및 상기 수직 절연층들의 사이에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되는 수평 절연층들을 포함하는 반도체 장치.
a first region including first elements;
a second region provided on one side of the first region and including second elements; and
a through-wiring region disposed on the second region and including a through-wiring structure electrically connecting the first elements and the second elements and an insulating region surrounding the through-wiring structure;
The insulating region may include vertical insulating layers extending in a first direction and horizontal insulating layers extending in a second direction perpendicular to the first direction between the vertical insulating layers.
제9 항에 있어서,
상기 절연 영역은 상기 제1 소자들을 이루는 게이트 전극들로 둘러싸이도록 배치되는 반도체 장치.
10. The method of claim 9,
The insulating region is disposed to be surrounded by gate electrodes constituting the first elements.
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