KR102627215B1 - Three dimensional flash memory including connection unit and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

연결부를 포함하는 3차원 플래시 메모리 및 그 제조 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함함-을 각각 포함하는 스택 구조체들-상기 스택 구조체들은 상기 수직 방향으로 적층됨-; 및 상기 스택 구조체들의 사이에 배치된 채, 상기 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들을 서로 연결시키도록 상기 수직 채널 패턴들 각각보다 상기 수평 방향으로 돌출되는 연결부들을 포함할 수 있다.A three-dimensional flash memory including a connection portion and a method of manufacturing the same are disclosed. According to one embodiment, the three-dimensional flash memory is formed by extending in the horizontal direction and forming interlayer insulating films and gate electrodes alternately stacked in the vertical direction, penetrating the interlayer insulating films and the gate electrodes and extending in the vertical direction. Vertical channel structures - each of the vertical channel structures includes a data storage pattern extending in the vertical direction and a vertical channel pattern covering an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. Stack structures comprising, the stack structures being stacked in the vertical direction; and connecting portions disposed between the stack structures and protruding in the horizontal direction from each of the vertical channel patterns to connect the vertical channel patterns of each of the stack structures to each other.

Description

연결부를 포함하는 3차원 플래시 메모리 및 그 제조 방법{THREE DIMENSIONAL FLASH MEMORY INCLUDING CONNECTION UNIT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}3D flash memory including connection and manufacturing method thereof {THREE DIMENSIONAL FLASH MEMORY INCLUDING CONNECTION UNIT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

아래의 실시예들은 3차원 플래시 메모리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스택 적층 공정을 통해 제조되는 3차원 플래시 메모리에 대한 기술이다.The following embodiments relate to 3D flash memory, and more specifically, technology for 3D flash memory manufactured through a stack lamination process.

플래시 메모리 소자는 F-N 터널링(Fowler-Nordheimtunneling) 또는 열전자 주입(Hot electron injection)에 의해 전기적으로 데이터의 입출력을 제어하여 전기적으로 프로그램 및 소거가 가능한 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; EEPROM)로서, 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 게임 시스템, 메모리 스틱(Memory stick) 등에 공통적으로 이용될 수 있다.Flash memory devices are electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) that can be electrically programmed and erased by electrically controlling the input and output of data by Fowler-Nordheimtunneling (Fowler-Nordheimtunneling) or hot electron injection. , can be commonly used in computers, digital cameras, MP3 players, game systems, memory sticks, etc.

이러한 플래시 메모리 소자에서는 소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 집적도를 증가시키는 것이 요구된 바, 메모리 셀 트랜지스터들이 수직 방향으로 배열되어 셀 스트링을 구성하는 3차원 구조가 제안되었다.In these flash memory devices, it is required to increase the degree of integration to meet the excellent performance and low price demanded by consumers, and a three-dimensional structure in which memory cell transistors are arranged vertically to form a cell string has been proposed.

3차원 플래시 메모리는 최근 고단화 및 집적화되고 있는 추세로, 제조 공정으로는 고단화 및 집적화된 구조를 구현하기 위해 복수의 스택 구조체들이 수직 방향으로 적층되어 제조되는 공정이 사용되고 있다.3D flash memory has recently become increasingly sophisticated and integrated, and a manufacturing process in which a plurality of stack structures are stacked vertically is being used to implement a highly sophisticated and integrated structure.

그러나 스택 적층 공정의 경우 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴(VCP)이 오정렬되어 채널 전류 특성이 저하되는 문제를 가질 수 있다.However, in the case of a stack lamination process, the vertical channel pattern (VCP) of each stack structure may be misaligned, resulting in a decrease in channel current characteristics.

따라서, 아래의 실시예들은 설명된 문제점들을 해결하는 기술을 제안하고자 한다.Accordingly, the following embodiments are intended to propose techniques for solving the problems described.

일 실시예들은 스택 적층 공정에서의 수직 채널 패턴 오정렬로 인해 채널 전류 특성이 저하되는 문제를 해결하고자, 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들을 서로 연결시키는 연결부들을 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.One embodiment is to solve the problem of deterioration of channel current characteristics due to vertical channel pattern misalignment in the stack stacking process, a three-dimensional flash memory having a structure including connection parts connecting vertical channel patterns of each stack structure to each other, the same. A manufacturing method and an electronic system including the same are proposed.

특히, 일 실시예들은 연결부들 각각이 수직 채널 패턴들 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 구조의 차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.In particular, embodiments propose a dimensional flash memory with a structure in which each of the connection parts protrudes in the horizontal direction beyond each of the vertical channel patterns, a method of manufacturing the same, and an electronic system including the same.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함함-을 각각 포함하는 스택 구조체들-상기 스택 구조체들은 상기 수직 방향으로 적층됨-; 및 상기 스택 구조체들의 사이에 배치된 채, 상기 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들을 서로 연결시키도록 상기 수직 채널 패턴들 각각보다 상기 수평 방향으로 돌출되는 연결부들을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the three-dimensional flash memory includes interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, penetrating the interlayer insulating films and the gate electrodes and extending in the vertical direction. Vertical channel structures formed - each of the vertical channel structures includes a data storage pattern extending in the vertical direction and a vertical channel pattern covering an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. each comprising stack structures, wherein the stack structures are stacked in the vertical direction; and connecting portions disposed between the stack structures and protruding in the horizontal direction from each of the vertical channel patterns to connect the vertical channel patterns of each of the stack structures to each other.

일 측면에 따르면, 상기 연결부들 각각은, 상기 수직 채널 패턴들 각각이 상기 수직 채널 패턴들 각각에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우 상기 백 게이트가 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 내부 홀(Hole)을 포함하는 튜브 형상으로 형성되거나, 상기 수직 채널 패턴들 각각이 수직 반도체 패턴을 포함하는 경우 상기 스택 구조체들 중 상부 스택 구조체에 포함되는 상기 수직 반도체 패턴과 하부 스택 구조체에 포함되는 상기 수직 반도체 패턴이 상기 연결부들 각각에 의해 분리되도록 내부가 막힌 기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, when each of the vertical channel patterns includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by each of the vertical channel patterns, the back gate is formed in the vertical direction. The vertical semiconductor pattern is formed in a tube shape including an internal hole extending in the vertical direction, or is included in an upper stack structure among the stack structures when each of the vertical channel patterns includes a vertical semiconductor pattern. The vertical semiconductor pattern included in the lower stack structure may be formed in a pillar shape with a closed interior so that it is separated by each of the connection parts.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함하는 하부 스택 구조체를 준비하는 단계; 상기 하부 스택 구조체에서의 상기 수직 채널 구조체들의 위치에 기초하여, 상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계; 및 상기 연결부들이 형성된 상기 하부 스택 구조체의 상부에, 상기 수평 방향으로 연장 형성되며 상기 수직 방향으로 교대로 적층된 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 상기 수직 채널 구조체들을 포함하는 상부 스택 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, a method of manufacturing a three-dimensional flash memory includes forming interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, and interlayer insulating films and gate electrodes in the vertical direction. preparing a lower stack structure including penetrating vertical channel structures; forming connections on the lower stack structure based on the positions of the vertical channel structures in the lower stack structure; and the interlayer insulating films and the gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction on the upper part of the lower stack structure where the connection portions are formed, and the interlayer insulating films and the gate electrodes in the vertical direction. and forming an upper stack structure including the vertical channel structures penetrating in one direction.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함하는 하부 스택 구조체를 준비하는 단계; 상기 하부 스택 구조체에서의 상기 수직 채널 구조체들의 위치에 기초하여, 상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계; 상기 연결부들이 형성된 상기 하부 스택 구조체의 상부에, 상기 수평 방향으로 연장 형성되며 상기 수직 방향으로 교대로 적층된 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들을 포함하는 상부 스택 구조체를 형성하는 단계; 상기 채널 홀들의 위치에 기초하여 상기 연결부들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 연결 홀들을 형성하는 단계; 및 상기 채널 홀들의 내측벽 및 상기 채널 연결 홀들의 내측벽에, 상기 수직 채널 구조체들을 상기 수직 방향으로 연장 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, a method of manufacturing a three-dimensional flash memory includes forming interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, and interlayer insulating films and gate electrodes in the vertical direction. preparing a lower stack structure including penetrating vertical channel structures; forming connections on the lower stack structure based on the positions of the vertical channel structures in the lower stack structure; The interlayer insulating films and the gate electrodes are formed extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction on the upper part of the lower stack structure where the connecting portions are formed, and the interlayer insulating films and the gate electrodes are formed in the vertical direction. forming an upper stack structure including channel holes penetrating; forming channel connection holes penetrating the connection parts in the vertical direction based on the positions of the channel holes; and forming the vertical channel structures on inner walls of the channel holes and inner walls of the channel connection holes, extending in the vertical direction.

일 측면에 따르면, 상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계는, 상기 하부 스택 구조체의 상단 일부분을 식각하고 남은 공간들에 상기 연결부들을 형성하는 단계; 또는 상기 하부 스택 구조체의 상부에 상기 연결부들을 형성하는 단계 중 어느 한 항의 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, forming the connections on the lower stack structure includes etching an upper portion of the lower stack structure and forming the connections in the remaining spaces; Alternatively, it may be characterized in that it includes any one of the steps of forming the connection portions on the upper part of the lower stack structure.

일 실시예들은 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들을 서로 연결시키는 연결부들을 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.Embodiments may propose a three-dimensional flash memory with a structure including connectors connecting vertical channel patterns of each of the stack structures, a manufacturing method thereof, and an electronic system including the same.

특히, 일 실시예들은 연결부들 각각이 수직 채널 패턴들 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 구조의 차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.In particular, embodiments may propose a dimensional flash memory with a structure in which each of the connection parts protrudes in the horizontal direction beyond each of the vertical channel patterns, a manufacturing method thereof, and an electronic system including the same.

따라서, 일 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리는 스택 적층 공정에서의 수직 채널 패턴 오정렬로 인해 채널 전류 특성이 저하되는 문제를 해결하는 효과를 도모할 수 있다.Therefore, the three-dimensional flash memory according to one embodiment can solve the problem of deterioration of channel current characteristics due to vertical channel pattern misalignment in the stack stacking process.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be expanded in various ways without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 4는 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 연결부들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 5는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 6은 도 5에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 연결부들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 7은 도 3 및 4에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8a 내지 8e는 도 7에 도시된 제조 방법을 설명하기 위해 3차원 플래시 메모리를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 5 및 6에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 10a 내지 10g는 도 9에 도시된 제조 방법을 설명하기 위해 3차원 플래시 메모리를 도시한 단면도이다.
도 11은 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
1 is a simplified circuit diagram showing an array of three-dimensional flash memory according to one embodiment.
Figure 2 is a plan view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining another example of implementation of connection parts included in the three-dimensional flash memory shown in FIG. 3, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to another embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining another example of implementation of connection parts included in the three-dimensional flash memory shown in FIG. 5, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2.
FIG. 7 is a flow chart showing a method of manufacturing a three-dimensional flash memory having the structure shown in FIGS. 3 and 4.
Figures 8A to 8E are cross-sectional views showing a three-dimensional flash memory to explain the manufacturing method shown in Figure 7.
FIG. 9 is a flow chart showing a method of manufacturing a three-dimensional flash memory having the structure shown in FIGS. 5 and 6.
Figures 10a to 10g are cross-sectional views showing a three-dimensional flash memory to explain the manufacturing method shown in Figure 9.
Figure 11 is a perspective view schematically showing an electronic system including a three-dimensional flash memory according to embodiments.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Additionally, the same reference numerals in each drawing indicate the same members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다.Additionally, terminologies used in this specification are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, and may vary depending on the intention of the viewer, operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification. For example, in this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in the context. Additionally, as used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to a referenced component, step, operation, and/or element that includes one or more other components, steps, operations, and/or elements. It does not exclude the presence or addition of elements. Additionally, although terms such as first and second are used in this specification to describe various areas, directions, and shapes, these areas, directions, and shapes should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one area, direction or shape from another area, direction or shape. Accordingly, a part referred to as a first part in one embodiment may be referred to as a second part in another embodiment.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.Additionally, it should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention with respect to one embodiment. Additionally, it should be understood that the location, arrangement, or configuration of individual components in each presented embodiment category may be changed without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

이하, 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional flash memory according to embodiments, a method of operating the same, and an electronic system including the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.1 is a simplified circuit diagram showing an array of three-dimensional flash memory according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 사이에 배치되는 복수의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an array of three-dimensional flash memory according to an embodiment includes a common source line (CSL), a plurality of bit lines (BL0, BL1, BL2), and a common source line (CSL) and bit lines (BL0). , BL1, and BL2) may include a plurality of cell strings (CSTR).

비트 라인들(BL0, BL1, BL2)은 제2 방향(D2)으로 연장 형성된 채 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3) 각각은 서로 직교하며 X, Y, Z축으로 정의되는 직각 좌표계를 형성할 수 있다.The bit lines BL0, BL1, and BL2 may extend in the second direction D2 and be spaced apart from each other in the first direction D1 and may be arranged two-dimensionally. Here, the first direction (D1), the second direction (D2), and the third direction (D3) are each orthogonal to each other and may form a rectangular coordinate system defined by the X, Y, and Z axes.

비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 각각에는 복수의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR)은 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 제공된 채 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 이 때, 공통 소스 라인(CSL)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수의 공통 소스 라인들(CSL)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 복수의 공통 소스 라인들(CSL)에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 공통 소스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수도 있다.A plurality of cell strings (CSTR) may be connected in parallel to each of the bit lines (BL0, BL1, and BL2). The cell strings CSTR may be provided between the bit lines BL0, BL1, and BL2 and one common source line CSL and may be commonly connected to the common source line CSL. At this time, a plurality of common source lines (CSL) may be provided, and the plurality of common source lines (CSL) may extend in the first direction (D1) and be spaced apart from each other along the second direction (D2), forming a two-dimensional can be arranged sequentially. The same electrical voltage may be applied to the plurality of common source lines (CSL), but this is not limited or limited, and each of the plurality of common source lines (CSL) is electrically independently controlled, so that different voltages may be applied. there is.

셀 스트링들(CSTR)은 제3 방향(D3)으로 연장 형성된 채 비트 라인별로 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 배열될 수 있다. 실시예에 따르면, 셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)에 접속하며 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2), 접지 선택 트랜지스터(GST)와 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 사이에 배치된 채 직렬 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 소거 제어 트랜지스터(ECT)로 구성될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 데이터 저장 요소(Data storage element)를 포함할 수 있다.The cell strings CSTR may extend in the third direction D3 and be arranged to be spaced apart from each other along the second direction D2 for each bit line. According to the embodiment, each of the cell strings (CSTR) is connected to a ground selection transistor (GST) connected to the common source line (CSL), the bit lines (BL0, BL1, BL2), and the first and second strings connected in series. Memory cell transistors (MCT) and erase control transistor (ECT) arranged in series between the selection transistors (SST1, SST2), the ground selection transistor (GST) and the first and second string selection transistors (SST1, SST2) ) can be composed of. Additionally, each memory cell transistor (MCT) may include a data storage element.

일 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)을 포함할 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 하나에 접속될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 다른 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)에서 접지 선택 트랜지스터(GST)는, 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)와 유사하게, 직렬 연결된 복수 개의 모스 트랜지스터들로 구성될 수도 있다.As an example, each cell string CSTR may include first and second string selection transistors SST1 and SST2 connected in series, and the second string selection transistor SST2 may be connected to the bit lines BL0 and BL1. , BL2) can be connected to one of the following. However, without being limited or limited thereto, each cell string CSTR may include one string select transistor. As another example, the ground selection transistor GST in each cell string CSTR may be composed of a plurality of MOS transistors connected in series, similar to the first and second string selection transistors SST1 and SST2. .

하나의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소스 라인들(CSL)로부터의 거리가 서로 다른 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 즉, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에서 제3 방향(D3)을 따라 배치된 채 직렬 연결될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 접지 선택 트랜지스터(GST)와 공통 소스 라인들(CSL) 사이에 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR) 각각은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최상위의 것 사이 및 접지 선택 트랜지스터(GST)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최하위의 것 사이에 각각 연결된 더미 셀 트랜지스터들(DMC)을 더 포함할 수 있다.One cell string (CSTR) may be composed of a plurality of memory cell transistors (MCT) having different distances from the common source lines (CSL). That is, the memory cell transistors MCT may be connected in series while being arranged along the third direction D3 between the first string selection transistor SST1 and the ground selection transistor GST. The erase control transistor (ECT) may be connected between the ground select transistor (GST) and the common source lines (CSL). Each of the cell strings (CSTR) is between the first string select transistor (SST1) and the highest one of the memory cell transistors (MCT) and between the ground select transistor (GST) and the lowest one of the memory cell transistors (MCT). It may further include dummy cell transistors (DMCs) each connected to each other.

실시예에 따르면, 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)는 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3)에 의해 제어될 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)에 의해 제어될 수 있다. 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 복수의 워드 라인들(WL0-WLn)에 의해 각각 제어 될 수 있으며, 더미 셀 트랜지스터들(DMC)은 더미 워드 라인(DWL)에 의해 각각 제어될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2)에 의해 제어될 수 있으며, 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 복수 개로 제공될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)은 소거 제어 트랜지스터들(ECT)의 소스들에 공통으로 연결될 수 있다.According to an embodiment, the first string selection transistor SST1 may be controlled by the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3, and the second string selection transistor SST2 may be controlled by the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3. It can be controlled by 2 string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3). The memory cell transistors (MCT) may each be controlled by a plurality of word lines (WL0-WLn), and the dummy cell transistors (DMC) may each be controlled by a dummy word line (DWL). The ground select transistor GST may be controlled by the ground select lines GSL0, GSL1, and GSL2, and the erase control transistor ECT may be controlled by the erase control line ECL. A plurality of erase control transistors (ECT) may be provided. Common source lines (CSL) may be commonly connected to sources of erase control transistors (ECT).

공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 거리에 제공되는, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들은 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들이 공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되더라도, 서로 다른 행 또는 열에 제공되는 게이트 전극들이 독립적으로 제어될 수도 있다.The gate electrodes of the memory cell transistors (MCT), which are provided at substantially the same distance from the common source lines (CSL), may be commonly connected to one of the word lines (WL0-WLn, DWL) and be in an equipotential state. . However, without being limited or limited thereto, even if the gate electrodes of the memory cell transistors (MCT) are provided at substantially the same level from the common source lines (CSL), the gate electrodes provided in different rows or columns may be controlled independently. there is.

접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 공통 소스라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 전기적으로 서로 분리될 수 있다. 또한, 서로 다른 셀 스트링들(CSTR)의 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 공통의 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 메모리 셀 어레이의 소거 동작 시 게이트 유도 드레인 누설(Gate Induced Drain Leakage; 이하 GIDL)을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 셀 어레이의 소거 동작시 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및/또는 공통 소스 라인들(CSL)에 소거 전압이 인가될 수 있으며, 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및/또는 소거 제어 트랜지스터들(ECT)에서 게이트 유도 누설 전류가 발생될 수 있다.Ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3), and second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) ) extends along the first direction (D1), are spaced apart from each other in the second direction (D2), and may be arranged two-dimensionally. Ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3), and second string provided at substantially the same level from the common source lines (CSL) The selection lines (SSL2-1, SSL2-2, and SSL2-3) may be electrically separated from each other. Additionally, the erase control transistors ECT of different cell strings CSTR may be controlled by a common erase control line ECL. Erase control transistors (ECT) may generate gate induced drain leakage (GIDL) during an erase operation of the memory cell array. In some embodiments, during an erase operation of the memory cell array, an erase voltage may be applied to the bit lines (BL0, BL1, BL2) and/or the common source lines (CSL), and the string select transistor (SST) and/or Alternatively, gate-induced leakage current may be generated in the erase control transistors (ECT).

이상 설명된 스트링 선택 라인(SSL)은 상부 선택 라인(USL)으로 표현될 수 있으며, 접지 선택 라인(GSL)은 하부 선택 라인으로 표현될 수도 있다.The string selection line (SSL) described above may be expressed as an upper selection line (USL), and the ground selection line (GSL) may be expressed as a lower selection line.

도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당되며, 도 4는 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 연결부들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.Figure 2 is a plan view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to an embodiment, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory shown in FIG. 3. This is a cross-sectional view to explain another example of implementation of the connection parts, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' in Figure 2.

도 2 및 도 4를 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.2 and 4, the substrate (SUB) may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a single crystal epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. . The substrate SUB may be doped with a first conductivity type impurity (eg, a P-type impurity).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures (ST) may be disposed on the substrate (SUB). The stacked structures ST may extend in the first direction D1 and be two-dimensionally arranged along the second direction D2. Additionally, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1, EL2, and EL3 and interlayer insulating films ILD that are alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the top surface of the substrate SUB (for example, in the third direction D3). may include. The stacked structures ST may have a substantially flat top surface. That is, the top surface of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or the reverse direction of the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring again to FIG. 1, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 includes an erase control line (ECL), ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), and a word line sequentially stacked on the substrate (SUB). (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) It can be.

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may extend in the first direction D1 and have substantially the same thickness in the third direction D3. Hereinafter, thickness refers to the thickness in the third direction (D3). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 is made of a doped semiconductor (e.g., doped silicon, etc.), a metal (e.g., W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (e.g., titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 include the first gate electrode EL1 at the bottom, the third gate electrode EL3 at the top, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3. It may include a plurality of second gate electrodes EL2 therebetween. The first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 are each shown and described in singular form, but this is illustrative and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0, GSL1, and GLS2 shown in FIG. 1. The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0-WLn and DWL shown in FIG. 1. The third gate electrode EL3 is one of the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3 shown in FIG. 1 or the second string selection lines SSL2-1 and SSL1-3. It may correspond to either SSL2-2 or SSL2-3).

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the length of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 of the stacked structures ST may decrease in the first direction D1 as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the greatest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the greatest length in the first direction D1 and the smallest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures (ST) may decrease as it moves away from the outer-most one of the vertical channel structures (VS), which will be described later, and the gate electrodes (EL1, The side walls of EL2 and EL3) may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 from a plan view.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다. 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.Each of the interlayer dielectric layers (ILD) may have different thicknesses. For example, the lowest and uppermost of the interlayer insulating layers (ILD) may have a smaller thickness than the other interlayer insulating layers (ILD). However, this is an example and is not limited to this, and the thickness of each interlayer dielectric layer (ILD) may have a different thickness depending on the characteristics of the semiconductor device, or may all be set to be the same. The interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material to insulate the gate electrodes EL1, EL2, and EL3. As an example, the interlayer insulating films (ILD) may be formed of silicon oxide.

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH may be provided penetrating a portion of the stacked structures ST and the substrate SUB. Vertical channel structures (VS) may be provided within the channel holes (CH). The vertical channel structures VS are a plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 and may be connected to the substrate SUB and extend in the third direction D3. The connection of the vertical channel structures (VS) to the substrate (SUB) may be achieved by a portion of each of the vertical channel structures (VS) being buried inside the substrate (SUB), but is not limited or limited thereto and the vertical channel structures (VS) are connected to the substrate (SUB). This may be achieved by contacting the lower surface of (VS) with the upper surface of the substrate (SUB). When a portion of each of the vertical channel structures (VS) is buried inside the substrate (SUB), the lower surface of the vertical channel structures (VS) may be located at a lower level than the upper surface of the substrate (SUB).

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of rows of vertical channel structures (VS) penetrating one of the stacked structures (ST) may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , rows of two vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). However, without being limited or limited thereto, rows of three or more vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures (VS) corresponding to one column may be shifted in the first direction (D1) from the vertical channel structures (VS) corresponding to the other adjacent column. there is. From a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited or restricted thereto, the vertical channel structures VS may be arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 식각될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures (VS) is shown as having a pillar shape with the same width at the top and bottom, but it is not limited or limited thereto, and as it moves toward the third direction (D3), the first direction (D1) and the second direction (D2) may have a shape in which the width is increased. This is due to the limitation that when the channel holes CH are etched, their widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease as they go in the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures (VS) may have a circular shape, an oval shape, a square shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP) 및 도전 패드(PAD)로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다.Each of the vertical channel structures (VS) may include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), a vertical semiconductor pattern (VSP), and a conductive pad (PAD). In each of the vertical channel structures (VS), the data storage pattern (DSP) may have a pipe shape with an open bottom or a macaroni shape, and the vertical channel pattern (VCP) may have a pipe shape or a macaroni shape with a closed bottom. It can have a shape. The vertical semiconductor pattern (VSP) can fill the space surrounded by the vertical channel pattern (VCP) and the conductive pad (PAD).

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern (DSP) covers the inner wall of each of the channel holes (CH) and contacts the vertical channel pattern (VCP) on the inside and the side walls of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) on the outside. You can. Accordingly, the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP are the second gate electrodes together with the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by voltage applied through (EL2) can be configured. The memory cells correspond to memory cell transistors (MCT) shown in FIG. 1. That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains the state of the charges (e.g., the polarization state of the charges) in the three-dimensional flash memory. It can act as a data storage. For example, an ONO (tunnel oxide (oxide)-charge storage layer (nitride)-blocking oxide) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern (DSP). Such a data storage pattern (DSP) may represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of trapped charges or holes, or it can represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of the charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 제1 부분(VCP1) 및 제1 부분(VCP1) 상의 제2 부분(VCP2)을 포함할 수 있다.A vertical channel pattern (VCP) may cover the inner wall of the data storage pattern (DSP). The vertical channel pattern (VCP) may include a first part (VCP1) and a second part (VCP2) on the first part (VCP1).

수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 채널 홀들(CH) 각각의 하부에 제공될 수 있고, 기판(SUB)과 접촉할 수 있다. 이러한 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화하는 용도 및/또는 에피택시얼 패턴의 용도로 사용될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 두께는, 예를 들어, 제1 게이트 전극(EL1)의 두께보다 클 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면과 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최하부의 것의 하면 사이에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 일부는 제1 게이트 전극(EL1)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다. 이하에서, 수평 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 나란한 평면 상에서 연장되는 임의의 방향을 의미한다.The first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be provided below each of the channel holes (CH) and may be in contact with the substrate (SUB). The first part (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be used to block, suppress, or minimize leakage current in each of the vertical channel structures (VS) and/or as an epitaxial pattern. For example, the thickness of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be greater than the thickness of the first gate electrode (EL1). A sidewall of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a higher level than the top surface of the first gate electrode (EL1). More specifically, the top surface of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may be located between the top surface of the first gate electrode (EL1) and the bottom surface of the lowest one of the second gate electrodes (EL2). The bottom surface of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be located at a lower level than the top surface of the substrate SUB (that is, the bottom surface of the lowest one of the interlayer insulating layers ILD). A portion of the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP) may overlap the first gate electrode (EL1) in the horizontal direction. Hereinafter, the horizontal direction means any direction extending on a plane parallel to the first direction D1 and the second direction D2.

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 제1 부분(VCP1)의 상면으로부터 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 수직 반도체 패턴(VSP) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The second part (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may extend from the top surface of the first part (VCP1) in the third direction (D3). The second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be provided between the data storage pattern (DSP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) and may correspond to the second gate electrodes (EL2). Accordingly, the second part (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP), together with the regions corresponding to the second gate electrodes (EL2) of the data storage pattern (DSP), as described above, may form memory cells. .

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.The top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be substantially coplanar with the top surface of the vertical semiconductor pattern (VSP). The top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes (EL2). More specifically, the top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) may be located between the top and bottom surfaces of the third gate electrode (EL3).

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern (DSP), and may be formed of single crystalline silicon or polysilicon to form a channel or be boosted by an applied voltage. However, without being limited or limited thereto, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material that can block, suppress, or minimize leakage current. For example, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material or a group 4 semiconductor material containing at least one of In, Zn, or Ga with excellent leakage current characteristics. The vertical channel pattern (VCP) may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern (VCP) can block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) or the substrate (SUB), and at least one of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) The characteristics of any one transistor (for example, threshold voltage distribution and speed of program/read operations) can be improved, and as a result, the electrical characteristics of the 3D flash memory can be improved.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면은 도전 패드(PAD)와 접촉할 수 있고, 수직 반도체 패턴(VSP)의 하면은 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)과 접촉할 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격될 수 있다. 다시 말하면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)으로부터 전기적으로 플로팅될 수 있다.The vertical semiconductor pattern (VSP) may be surrounded by the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP). The upper surface of the vertical semiconductor pattern (VSP) may contact the conductive pad (PAD), and the lower surface of the vertical semiconductor pattern (VSP) may contact the first portion (VCP1) of the vertical channel pattern (VCP). The vertical semiconductor pattern VSP may be spaced apart from the substrate SUB in the third direction D3. In other words, the vertical semiconductor pattern VSP may be electrically floating from the substrate SUB.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)에서의 전하 또는 홀의 확산을 돕는 물질로 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 수직 반도체 패턴(VSP)은 전하, 홀 이동도(Hole mobility)가 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직 반도체 패턴(VSP)은 불순물이 도핑된 반도체 물질, 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(Intrinsic semiconductor) 물질 또는 다결정(Polycrystalline) 반도체 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 동일한 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑된 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 즉, 수직 반도체 패턴(VSP)은 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 개선시켜 메모리 동작의 속도를 향상시킬 수 있다.The vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed of a material that helps diffusion of charges or holes in the vertical channel pattern (VCP). More specifically, the vertical semiconductor pattern (VSP) can be formed of a material with excellent charge and hole mobility. For example, the vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed of a semiconductor material doped with impurities, an intrinsic semiconductor material that is not doped with an impurity, or a polycrystalline semiconductor material. For a more specific example, the vertical semiconductor pattern VSP may be formed of polysilicon doped with the same first conductivity type impurity (eg, P-type impurity) as the substrate SUB. In other words, the vertical semiconductor pattern (VSP) can improve the speed of memory operation by improving the electrical characteristics of 3D flash memory.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the vertical channel structures (VS) include an erase control transistor (ECT), first and second string select transistors (SST1, SST2), a ground select transistor (GST), and memory cell transistors (MCT). ) may correspond to the channels.

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면 상에 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.A conductive pad (PAD) may be provided on the top surface of the second portion (VCP2) of the vertical channel pattern (VCP) and the top surface of the vertical semiconductor pattern (VSP). The conductive pad (PAD) may be connected to the top of the vertical channel pattern (VCP) and the top of the vertical semiconductor pattern (VSP). The sidewall of the conductive pad (PAD) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures ST (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer dielectric layers ILD). The lower surface of the conductive pad PAD may be located at a lower level than the upper surface of the third gate electrode EL3. More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3. That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in the horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 수직 반도체 패턴(VSP)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad (PAD) may be formed of a semiconductor or conductive material doped with impurities. For example, the conductive pad (PAD) is doped with impurities (more precisely, impurities of a second conductivity type (e.g., N-type) different from the first conductivity type (e.g., P-type)) than the vertical semiconductor pattern (VSP). It can be formed from a semiconductor material.

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP)(또는 수직 반도체 패턴(VSP)) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad (PAD) can reduce contact resistance between the bit line (BL) and the vertical channel pattern (VCP) (or vertical semiconductor pattern (VSP)), which will be described later.

이상, 수직 채널 구조체들(VS)이 도전 패드(PAD)를 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 도전 패드(PAD)를 생략한 구조를 가질 수도 있다. 이러한 경우, 수직 채널 구조체들(VS)에서 도전 패드(PAD)가 생략됨에 따라, 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각의 상면이 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이루도록 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각이 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 이러한 경우, 후술되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 도전 패드(PAD)를 통해 수직 채널 패턴(VCP)과 간접적으로 전기적으로 연결되는 대신에, 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 접촉하며 전기적으로 연결될 수 있다.Above, the vertical channel structures VS have been described as having a structure including a conductive pad (PAD), but they are not limited or limited thereto and may have a structure omitting the conductive pad (PAD). In this case, as the conductive pad (PAD) is omitted from the vertical channel structures (VS), the upper surface of each of the vertical channel pattern (VCP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) is the upper surface of each of the stacked structures (ST) (i.e. Each of the vertical channel pattern (VCP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed to extend in the third direction (D3) so as to be substantially coplanar with the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD). Additionally, in this case, the bit line contact plug (BLPG), which will be described later, directly contacts the vertical channel pattern (VCP) instead of being indirectly electrically connected to the vertical channel pattern (VCP) through the conductive pad (PAD). Can be electrically connected.

또한, 이상 수직 채널 구조체들(VS)에 수직 반도체 패턴(VSP)이 포함되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 반도체 패턴(VSP)이 생략될 수도 있다.In addition, although it has been described that the vertical channel structures VS include the vertical semiconductor pattern VSP, the present invention is not limited or limited thereto and the vertical semiconductor pattern VSP may be omitted.

또한, 이상 수직 채널 패턴(VCP)가 제1 부분(VCP1) 및 제2 부분(VCP2)을 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제1 부분(VCP1)이 배제된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 채널 패턴(VCP)은 기판(SUB)까지 연장 형성된 수직 반도체 패턴(VSP) 및 데이터 저장 패턴(DSP) 사이에 제공되며 기판(SUB)과 접촉하도록 기판(SUB)까지 연장 형성될 수 있다. 이러한 경우 수직 채널 패턴(VCP)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있으며, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.In addition, although the vertical channel pattern (VCP) has been described as having a structure including a first part (VCP1) and a second part (VCP2), it is not limited or limited thereto and may have a structure excluding the first part (VCP1). You can. For example, the vertical channel pattern (VCP) is provided between the vertical semiconductor pattern (VSP) and the data storage pattern (DSP) formed to extend to the substrate (SUB) and is formed to extend to the substrate (SUB) to contact the substrate (SUB). You can. In this case, the bottom surface of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a lower level than the top surface of the substrate (SUB) (the bottom surface of the lowest one of the interlayer dielectric layers (ILD)), and the top surface of the vertical channel pattern (VCP) may be located at a lower level than the top surface of the substrate (SUB). It can be substantially coplanar with the top surface of the pattern (VSP).

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.A separation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between adjacent stacked structures ST. The common source region (CSR) may be provided inside the substrate (SUB) exposed by the isolation trench (TR). The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with second conductivity type impurities (eg, N-type impurities). The common source region (CSR) may correspond to the common source line (CSL) in FIG. 1.

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug (CSP) may be provided in the isolation trench (TR). The common source plug (CSP) may be connected to the common source region (CSR). The top surface of the common source plug (CSP) may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures (ST) (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD)). The common source plug (CSP) may have a plate shape extending in the first direction (D1) and the third direction (D3). At this time, the common source plug CSP may have a shape whose width in the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulating spacers (SP) may be interposed between the common source plug (CSP) and the stacked structures (ST). Insulating spacers SP may be provided between adjacent stacked structures ST to face each other. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material with a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer (CAP) may be provided on the stacked structures (ST), the vertical channel structures (VS), and the common source plug (CSP). The capping insulating layer (CAP) may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD), the top surface of the conductive pad (PAD), and the top surface of the common source plug (CSP). The capping insulating film (CAP) may be formed of an insulating material different from the interlayer insulating films (ILD). A bit line contact plug (BLPG) electrically connected to the conductive pad (PAD) may be provided inside the capping insulating film (CAP). The bit line contact plug BLPG may have a shape whose width in the first direction D1 and the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line (BL) may be provided on the capping insulating film (CAP) and the bit line contact plug (BLPG). The bit line BL corresponds to one of the plurality of bit lines BL0, BL1, and BL2 shown in FIG. 1 and may be formed to extend along the second direction D2 using a conductive material. The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through a bit line contact plug (BLPG). Here, the fact that the bit line (BL) is connected to the vertical channel structures (VS) may mean that it is connected to the vertical channel pattern (VCP) included in the vertical channel structures (VS).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다.A three-dimensional flash memory with this structure includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string selection line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground selection line. Based on the voltage applied to the (GSL) and the voltage applied to the common source line (CSL), a program operation, a read operation, and an erase operation can be performed. For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string select line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground select line (GSL). Based on the voltage applied to ) and the voltage applied to the common source line (CSL), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data storage pattern (DSP) of the target memory cell to operate the program. can be performed.

또한, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the three-dimensional flash memory according to one embodiment is not limited or limited to the described structure, and may include a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), and gate electrodes (EL1, EL2, and EL3) depending on the implementation example. , it can be implemented in various structures provided that it includes a bit line (BL) and a common source line (CSL).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리가 스택 적층 공정을 통해 제조됨에 따라, 적층 구조체들(ST) 각각은 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS)를 포함할 수 있다. 하부 스택 구조체(LSS)는 기판(SUB) 상에 배치되며 수직 방향으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 상부 스택 구조체(USS)는 하부 스택 구조체(LSS) 상에 적층되며 수직 방향으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3), 층간 절연막(ILD)을 포함할 수 있다.As the 3D flash memory with this structure is manufactured through a stack stacking process, each of the stacked structures (ST) may include an upper stack structure (USS) and a lower stack structure (LSS). The lower stack structure (LSS) is disposed on the substrate (SUB) and may include gate electrodes (part of EL1 and EL2) and interlayer insulating layers (ILD) alternately stacked in the vertical direction. The upper stack structure (USS) is stacked on the lower stack structure (LSS) and may include gate electrodes (part of EL2, EL3) and an interlayer insulating layer (ILD) alternately stacked in the vertical direction.

하부 스택 구조체(LSS) 및 상부 스택 구조체(USS)가 적층될 시 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 구조체들(VS)과 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 수직 채널 구조체들(VS)이 오정렬되는 문제가 발생될 수 있다. 예를 들어, 하부 스택 구조체(LSS)의 수직 채널 패턴들(VCP)과 상부 스택 구조체(USS)의 수직 채널 패턴들(VCP)이 오정렬되는 경우 채널 전류 특성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 3차원 플래시 메모리의 적층 구조체들(ST) 각각은, 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS) 사이에 배치된 채, 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키는 연결부들(CU)을 포함할 수 있다. 이러한 연결부들(CU)은 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 수직 반도체 패턴(VSP) 및 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 반도체 패턴(VSP)이 분리되도록 내부가 막힌 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 제조 공정에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형 또는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 형성될 수 있다. 연결부들(CU)이 돌출형으로 형성되는 경우, 연결부들(CU)은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS)에 포함되지 않는 추가적인 층간 절연막들(ILD)에 의해 수용될 수 있다.When the lower stack structure (LSS) and the upper stack structure (USS) are stacked, the vertical channel structures (VS) included in the lower stack structure (LSS) and the vertical channel structures (VS) included in the upper stack structure (USS) This misalignment problem may occur. For example, if the vertical channel patterns (VCP) of the lower stack structure (LSS) and the vertical channel patterns (VCP) of the upper stack structure (USS) are misaligned, a problem of deterioration of channel current characteristics may occur. Accordingly, each of the stacked structures (ST) of the three-dimensional flash memory is disposed between the upper stack structure (USS) and the lower stack structure (LSS), and has vertical channel patterns ( It may include connecting units (CU) that connect VCPs to each other. These connection units (CU) may be formed in a pillar shape with a closed interior so that the vertical semiconductor pattern (VSP) included in the upper stack structure (USS) and the vertical semiconductor pattern (VSP) included in the lower stack structure (LSS) are separated. Depending on the manufacturing process, there is a recessed type that is recessed in the uppermost interlayer dielectric (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in FIG. 3, or a recessed type that is included in the lower stack structure (LSS) as shown in FIG. 4. It may be formed in a protruding shape located on top of the uppermost interlayer insulating layer (ILD). When the connection portions CU are formed in a protruding shape, the connection portions CU may be accommodated by additional interlayer insulating films ILD that are not included in the upper and lower stack structures USS and LSS.

특히, 연결부들(CU) 각각은, 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게, 연결부들(CU) 각각은 평면 상 수직 채널 패턴들(VCP) 각각을 수용하는 크기로 형성됨으로써 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 연결부들(CU)은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키도록 수직 채널 패턴들(VCP)을 수용하는 위치에 형성될 수 있다.In particular, each of the connection units CU may have a shape that protrudes in the horizontal direction more than each of the vertical channel patterns VCP. In more detail, each of the connection portions CU may be formed to a size that accommodates each of the vertical channel patterns VCP on a plane, and thus may have a shape that protrudes in the horizontal direction beyond each of the vertical channel patterns VCP. Additionally, the connection units CU may be formed at a location to accommodate the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS to connect the vertical channel patterns VCP to each other.

또한, 연결부들(CU) 각각은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴(VCP)을 연결시키기 위하여, 수직 채널 패턴들(VCP)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결부들(CU) 각각은 수직 채널 패턴들(VCP)을 구성하는 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 연결부들(CU) 각각은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴(VCP)을 서로 연결시킬 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다.Additionally, each of the connection units CU may be formed of the same material as the vertical channel patterns VCP in order to connect the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS. For example, each of the connection units CU may be formed of single crystalline silicon or polysilicon constituting the vertical channel patterns VCP. However, without being limited or limited thereto, each of the connection units CU may be formed of various materials capable of connecting the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS.

설명된 바와 같이 3차원 플래시 메모리는 연결부들(CU)을 포함함으로써 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시켜 채널 전류 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.As described, the 3D flash memory includes connection units (CU), thereby connecting the vertical channel patterns (VCP) of each of the stack structures (USS, LSS) to each other, thereby solving the problem of deteriorating channel current characteristics.

이상 3차원 플래시 메모리는 스택 적층 공정을 통해 제조됨으로써, 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS)를 포함하는 것으로 설명되나, 스택 적층 공정에서 적층되는 스택 구조체들의 개수가 조절되어 세 개 이상의 스택 구조체들(예컨대 상부 스택 구조체들(USS), 중부 스택 구조체들(MSS) 및 하부 스택 구조체들(LSS))을 포함할 수도 있다. 이러한 경우 연결부들(CU)은 수평 방향(제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2))으로 배열된 그룹들이 제3 방향(D3)으로 이격되며 스택 구조체들의 연결 부위에 배치될 수 있다. 버퍼층(BU)은 제3 방향(D3)으로 이격되며 배치된 연결부들(CU)의 그룹들을 감싸도록 복수 개 구비되어 제3 방향(D3)으로 서로 이격되며 위치할 수 있다.The three-dimensional flash memory is manufactured through a stack stacking process and is described as including an upper stack structure (USS) and a lower stack structure (LSS). However, the number of stack structures stacked in the stack stacking process is adjusted to produce three or more. It may also include stack structures (eg, top stack structures (USS), middle stack structures (MSS), and bottom stack structures (LSS). In this case, the connection units CU may be arranged in groups arranged in the horizontal direction (first direction D1 and second direction D2) and spaced apart in the third direction D3 and placed at connection portions of the stack structures. A plurality of buffer layers BU may be provided to surround groups of connection units CU arranged to be spaced apart in the third direction D3, and may be positioned to be spaced apart from each other in the third direction D3.

도 5는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당되고, 도 6은 도 5에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 연결부들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a three-dimensional flash memory according to another embodiment, corresponding to a cross-section taken along line A-A' of FIG. 2, and FIG. 6 is a structure included in the three-dimensional flash memory shown in FIG. 5. This is a cross-sectional view to explain another example of implementation of the connection parts, and corresponds to a cross-section taken along line A-A' in Figure 2.

도 5 내지 6을 참조하면, 도 5를 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.5 to 6, referring to FIG. 5, the substrate (SUB) is a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a single crystal epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. It may be a semiconductor substrate. The substrate SUB may be doped with a first conductivity type impurity (eg, a P-type impurity).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures (ST) may be disposed on the substrate (SUB). The stacked structures ST may extend in the first direction D1 and be two-dimensionally arranged along the second direction D2. Additionally, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1, EL2, and EL3 and interlayer insulating films ILD that are alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the top surface of the substrate SUB (for example, in the third direction D3). may include. The stacked structures ST may have a substantially flat top surface. That is, the top surface of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or the reverse direction of the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring again to FIG. 1, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 includes an erase control line (ECL), ground selection lines (GSL0, GSL1, GSL2), and a word line sequentially stacked on the substrate (SUB). (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) It can be.

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may extend in the first direction D1 and have substantially the same thickness in the third direction D3. Hereinafter, thickness refers to the thickness in the third direction (D3). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 is made of a doped semiconductor (e.g., doped silicon, etc.), a metal (e.g., W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (e.g., titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 include the first gate electrode EL1 at the bottom, the third gate electrode EL3 at the top, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3. It may include a plurality of second gate electrodes EL2 therebetween. The first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 are each shown and described in singular form, but this is illustrative and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0, GSL1, and GLS2 shown in FIG. 1. The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0-WLn and DWL shown in FIG. 1. The third gate electrode EL3 is one of the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3 shown in FIG. 1 or the second string selection lines SSL2-1 and SSL1-3. It may correspond to either SSL2-2 or SSL2-3).

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the length of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 of the stacked structures ST may decrease in the first direction D1 as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the greatest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the greatest length in the first direction D1 and the smallest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures (ST) may decrease as it moves away from the outer-most one of the vertical channel structures (VS), which will be described later, and the gate electrodes (EL1, The side walls of EL2 and EL3) may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 from a plan view.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다. 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.Each of the interlayer dielectric layers (ILD) may have different thicknesses. For example, the lowest and uppermost of the interlayer insulating layers (ILD) may have a smaller thickness than the other interlayer insulating layers (ILD). However, this is an example and is not limited to this, and the thickness of each interlayer dielectric layer (ILD) may have a different thickness depending on the characteristics of the semiconductor device, or may all be set to be the same. The interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material to insulate the gate electrodes EL1, EL2, and EL3. As an example, the interlayer insulating films (ILD) may be formed of silicon oxide.

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH may be provided penetrating a portion of the stacked structures ST and the substrate SUB. Vertical channel structures (VS) may be provided within the channel holes (CH). The vertical channel structures VS are a plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 and may be connected to the substrate SUB and extend in the third direction D3. The connection of the vertical channel structures (VS) to the substrate (SUB) may be achieved by a portion of each of the vertical channel structures (VS) being buried inside the substrate (SUB), but is not limited or limited thereto and the vertical channel structures (VS) are connected to the substrate (SUB). This may be achieved by contacting the lower surface of (VS) with the upper surface of the substrate (SUB). When a portion of each of the vertical channel structures (VS) is buried inside the substrate (SUB), the lower surface of the vertical channel structures (VS) may be located at a lower level than the upper surface of the substrate (SUB).

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of rows of vertical channel structures (VS) penetrating one of the stacked structures (ST) may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , rows of two vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). However, without being limited or limited thereto, rows of three or more vertical channel structures (VS) may penetrate one of the stacked structures (ST). In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures (VS) corresponding to one column may be shifted in the first direction (D1) from the vertical channel structures (VS) corresponding to the other adjacent column. there is. From a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited or restricted thereto, the vertical channel structures VS may be arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 식각될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures (VS) is shown as having a pillar shape with the same width at the top and bottom, but it is not limited or limited thereto, and as it moves toward the third direction (D3), the first direction (D1) and the second direction (D2) may have a shape in which the width is increased. This is due to the limitation that when the channel holes CH are etched, their widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease as they go in the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures (VS) may have a circular shape, an oval shape, a square shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 백 게이트(BG) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이하, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함된다는 것은, 설명된 바와 같이 백 게이트(BF)가 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태를 의미할 수 있다.Each of the vertical channel structures (VS) may include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), a back gate (BG), and a conductive pad (PAD). In each of the vertical channel structures (VS), the data storage pattern (DSP) may have a pipe shape with an open bottom or a macaroni shape, and the vertical channel pattern (VCP) may have a pipe shape or a macaroni shape with a closed bottom. It can have a shape. The back gate (BG) may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern (VCP) while being at least partially surrounded by the vertical channel pattern (VCP). Hereinafter, the fact that the back gate (BG) is included in the vertical channel pattern (VCP) may mean that the back gate (BF) is at least partially surrounded by the vertical channel pattern (VCP), as described.

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern (DSP) covers the inner wall of each of the channel holes (CH), contacts the vertical channel pattern (VCP) on the inside, and contacts the sidewalls of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) on the outside. You can. Accordingly, the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP are the second gate electrodes together with the areas corresponding to the second gate electrodes EL2 in the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by voltage applied through (EL2) can be configured. The memory cells correspond to memory cell transistors (MCT) shown in FIG. 1. That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains the state of the charges (e.g., the polarization state of the charges) in the three-dimensional flash memory. It can act as a data storage. For example, an ONO (tunnel oxide (oxide)-charge storage layer (nitride)-blocking oxide) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern (DSP). Such a data storage pattern (DSP) may represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the trapped charges or holes, or it can represent a binary data value or a multi-valued data value by changing the state of the charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있으며, 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 백 게이트(BG) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) may cover the inner wall of the data storage pattern (DSP) and may extend in the third direction (D3). The vertical channel pattern (VCP) may be provided between the data storage pattern (DSP) and the back gate (BG) and may correspond to the second gate electrodes (EL2). Accordingly, as described above, the vertical channel pattern VCP may form memory cells together with regions corresponding to the second gate electrodes EL2 in the data storage pattern DSP.

수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.The top surface of the vertical channel pattern VCP may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes EL2. More specifically, the top surface of the vertical channel pattern VCP may be located between the top and bottom surfaces of the third gate electrode EL3.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern (VCP) is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern (DSP), and may be formed of single crystalline silicon or polysilicon to form a channel or be boosted by an applied voltage. However, without being limited or limited thereto, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material that can block, suppress, or minimize leakage current. For example, the vertical channel pattern (VCP) may be formed of an oxide semiconductor material or a group 4 semiconductor material containing at least one of In, Zn, or Ga with excellent leakage current characteristics. The vertical channel pattern (VCP) may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern (VCP) can block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) or the substrate (SUB), and at least one of the gate electrodes (EL1, EL2, EL3) The characteristics of any one transistor (for example, threshold voltage distribution and speed of program/read operations) can be improved, and as a result, the electrical characteristics of the 3D flash memory can be improved.

백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 맞닿으며 메모리 동작을 위한 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 백 게이트(BG)는 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 백 게이트(BG)는 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The back gate (BG) is at least partially surrounded and contacted by the vertical channel pattern (VCP) and may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern (VCP) for a memory operation. For this purpose, the back gate (BG) is a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), metal (ex, W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), It may be formed of a conductive material containing at least one selected from Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). The back gate (BG) may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal materials described.

이 때, 백 게이트(BG)는 제1 게이트 전극(EL1)에 대응하는 레벨부터 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제2 게이트 전극(EL2)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제3 게이트 전극(EL3)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수도 있다.At this time, the back gate BG extends along the third direction D3 from the level corresponding to the first gate electrode EL1 to the level corresponding to the second gate electrode EL2 within the vertical channel pattern VCP. can be formed. That is, the top surface of the back gate BG may be located at a higher level than the top surface of the uppermost one of the second gate electrodes EL2. However, without being limited or restricted thereto, the back gate BG may be formed to extend along the third direction D3 within the vertical channel pattern VCP to a level corresponding to the third gate electrode EL3.

도면에는 백 게이트(BG)의 하부와 접촉하는 하부 기판이 생략되었지만, 구현 예시에 따라 백 게이트(BG)의 하면과 접촉하는 하부 기판이 포함될 수 있다. 또한, 구현 예시에 따라, 백 게이트(BG)가 기판(SUB) 내부로부터 형성되거나, 기판(SUB)의 상부로부터 형성될 수도 있다.Although the lower substrate in contact with the lower surface of the back gate (BG) is omitted in the drawing, the lower substrate in contact with the lower surface of the back gate (BG) may be included depending on the implementation example. Additionally, depending on the implementation example, the back gate BG may be formed from inside the substrate SUB or may be formed from the top of the substrate SUB.

이와 같은 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 것으로, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 백 게이트(BG)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)가 형성하는 평면상에서 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR)에 공통적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어되어 모두 동일한 전압이 인가될 수 있다.This back gate (BG) is included in the vertical channel pattern (VCP) of each cell string (CSTR), and the back gate (BG) included in the vertical channel pattern (VCP) of each cell string (CSTR) is The back gate BG may be electrically connected to all planes formed by the first direction D1 and the second direction D2. That is, the back gate (BG) may be commonly connected to the cell strings (CSTR). In this case, the back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) are collectively controlled so that the same voltage can be applied to all of them.

그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제1 방향(D1)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.However, without being limited or limited thereto, the back gates BG included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the first direction D1 of FIG. 1 . In this case, each back gate (BG) of the cell strings (CSTR) arranged along the second direction (D2) is electrically independently controlled, so that different voltages can be applied, and in the first direction of FIG. 1 The back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) arranged along (D1) are collectively controlled so that the same voltage can be applied.

또한, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제2 방향(D2)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.Additionally, the back gates BG included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the second direction D2 of FIG. 1 . In this case, the back gates BG of each of the cell strings CSTR arranged along the first direction D1 are electrically independently controlled, so that different voltages can be applied, and in the second direction of FIG. 1 The back gates (BG) of each of the cell strings (CSTR) arranged along (D2) are collectively controlled so that the same voltage can be applied.

백 게이트(BG)와 수직 채널 패턴(VCP) 사이에는 절연막(INS)이 배치됨으로써, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 맞닿는 것을 방지할 수 있다. 절연막(ILD)은 층간 절연막들(ILD)과 마찬가지로 실리콘 산화물과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.An insulating film (INS) is disposed between the back gate (BG) and the vertical channel pattern (VCP), thereby preventing the back gate (BG) from directly contacting the vertical channel pattern (VCP). The insulating layer (ILD), like the interlayer insulating layers (ILD), may be formed of an insulating material such as silicon oxide.

이상, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)의 내부 홀에 형성되어 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 빈틈없이 둘러싸인 채 형성되는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분만이 감싸지는 구조로 형성될 수도 있다. 예컨대, 백 게이트(BG) 및 절연막(INS)이 수직 채널 패턴(VCP)의 적어도 일부분에 포함되는 구조 또는 수직 채널 패턴(VCP)을 관통하는 구조가 구현될 수 있다.Above, it has been described as a structure in which the back gate (BG) is formed in the inner hole of the vertical channel pattern (VCP) and is tightly surrounded by the vertical channel pattern (VCP), but is not limited or limited thereto and is not limited to the vertical channel pattern (VCP). It may be formed in a structure in which at least part of the structure is surrounded by VCP). For example, a structure in which the back gate (BG) and the insulating layer (INS) are included in at least a portion of the vertical channel pattern (VCP) or a structure that penetrates the vertical channel pattern (VCP) may be implemented.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the vertical channel structures (VS) include an erase control transistor (ECT), first and second string select transistors (SST1, SST2), a ground select transistor (GST), and memory cell transistors (MCT). ) may correspond to the channels.

수직 채널 패턴(VCP)의 상면 상에는 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.A conductive pad (PAD) may be provided on the upper surface of the vertical channel pattern (VCP). The conductive pad (PAD) may be connected to the top of the vertical channel pattern (VCP). The sidewall of the conductive pad (PAD) may be surrounded by a data storage pattern (DSP). The top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures ST (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer dielectric layers ILD). The lower surface of the conductive pad PAD may be located at a lower level than the upper surface of the third gate electrode EL3. More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3. That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in the horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 기판(SUB)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad (PAD) may be formed of a semiconductor or conductive material doped with impurities. For example, the conductive pad (PAD) is a semiconductor material doped with impurities different from the substrate SUB (more precisely, impurities of a second conductivity type (e.g., N-type) different from the first conductivity type (e.g., P-type)). It can be formed as

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad (PAD) can reduce contact resistance between the bit line (BL) and the vertical channel pattern (VCP), which will be described later.

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.A separation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between adjacent stacked structures ST. The common source region (CSR) may be provided inside the substrate (SUB) exposed by the isolation trench (TR). The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with second conductivity type impurities (eg, N-type impurities). The common source region (CSR) may correspond to the common source line (CSL) in FIG. 1.

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug (CSP) may be provided in the isolation trench (TR). The common source plug (CSP) may be connected to the common source region (CSR). The top surface of the common source plug (CSP) may be substantially coplanar with the top surface of each of the stacked structures (ST) (that is, the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD)). The common source plug (CSP) may have a plate shape extending in the first direction (D1) and the third direction (D3). At this time, the common source plug CSP may have a shape whose width in the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulating spacers (SP) may be interposed between the common source plug (CSP) and the stacked structures (ST). Insulating spacers SP may be provided between adjacent stacked structures ST to face each other. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material with a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer (CAP) may be provided on the stacked structures (ST), the vertical channel structures (VS), and the common source plug (CSP). The capping insulating layer (CAP) may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers (ILD), the top surface of the conductive pad (PAD), and the top surface of the common source plug (CSP). The capping insulating film (CAP) may be formed of an insulating material different from the interlayer insulating films (ILD). A bit line contact plug (BLPG) electrically connected to the conductive pad (PAD) may be provided inside the capping insulating film (CAP). The bit line contact plug BLPG may have a shape whose width in the first direction D1 and the second direction D2 increases as it moves toward the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line (BL) may be provided on the capping insulating film (CAP) and the bit line contact plug (BLPG). The bit line BL corresponds to one of the plurality of bit lines BL0, BL1, and BL2 shown in FIG. 1 and may be formed to extend along the second direction D2 using a conductive material. The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1, EL2, and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through a bit line contact plug (BLPG). Here, the fact that the bit line (BL) is connected to the vertical channel structures (VS) may mean that it is connected to the vertical channel pattern (VCP) included in the vertical channel structures (VS).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다.A three-dimensional flash memory with this structure includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string selection line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground selection line. Program operations, read operations, and erase operations can be performed based on the voltage applied to the (GSL), the voltage applied to the common source line (CSL), and the voltage applied to the back gate (BG). For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings (CSTR), a voltage applied to the string select line (SSL), a voltage applied to each of the word lines (WL0-WLn), and a ground select line (GSL). ) Based on the voltage applied to the common source line (CSL) and the voltage applied to the back gate (BG), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data of the target memory cell. Program operations can be performed by passing it to a stored pattern (DSP).

또한, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 백 게이트(BG), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the three-dimensional flash memory according to another embodiment is not limited or limited to the described structure, and may include a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), a back gate (BG), and a gate electrode ( EL1, EL2, EL3), a bit line (BL), and a common source line (CSL).

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리가 스택 적층 공정을 통해 제조됨에 따라, 적층 구조체들(ST) 각각은 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS)를 포함할 수 있다. 하부 스택 구조체(LSS)는 기판(SUB) 상에 배치되며 수직 방향으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 상부 스택 구조체(USS)는 하부 스택 구조체(LSS) 상에 적층되며 수직 방향으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3), 층간 절연막(ILD)을 포함할 수 있다.As the 3D flash memory with this structure is manufactured through a stack stacking process, each of the stacked structures (ST) may include an upper stack structure (USS) and a lower stack structure (LSS). The lower stack structure (LSS) is disposed on the substrate (SUB) and may include gate electrodes (part of EL1 and EL2) and interlayer insulating layers (ILD) alternately stacked in the vertical direction. The upper stack structure (USS) is stacked on the lower stack structure (LSS) and may include gate electrodes (part of EL2, EL3) and an interlayer insulating layer (ILD) alternately stacked in the vertical direction.

하부 스택 구조체(LSS) 및 상부 스택 구조체(USS)가 적층될 시 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 구조체들(VS)과 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 수직 채널 구조체들(VS)이 오정렬되는 문제가 발생될 수 있다. 예를 들어, 하부 스택 구조체(LSS)의 수직 채널 패턴들(VCP)과 상부 스택 구조체(USS)의 수직 채널 패턴들(VCP)이 오정렬되는 경우 채널 전류 특성이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 3차원 플래시 메모리의 적층 구조체들(ST) 각각은, 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS) 사이에 배치된 채, 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키는 연결부들(CU)을 포함할 수 있다. 이러한 연결부들(CU)은 백 게이트(BG)가 수직 방향(제3 방향(D3))으로 연장 형성되는 내부 홀(Hole)을 포함하는 튜브 형상으로 형성될 수 있으며, 제조 공정에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형 또는 도 6에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 형성될 수 있다. 연결부들(CU)이 돌출형으로 형성되는 경우, 연결부들(CU)은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS)에 포함되지 않는 추가적인 층간 절연막들(ILD)에 의해 수용될 수 있다. 연결부들(CU)이 튜브 형상으로 형성됨에 따라, 백 게이트(BG) 및 절연막(INS)은 연결부들(CU) 각각의 내부 홀을 통해 하부 스택 구조체(LSS)로부터 상부 스택 구조체(USS)까지 연장 형성될 수 있다.When the lower stack structure (LSS) and the upper stack structure (USS) are stacked, the vertical channel structures (VS) included in the lower stack structure (LSS) and the vertical channel structures (VS) included in the upper stack structure (USS) This misalignment problem may occur. For example, if the vertical channel patterns (VCP) of the lower stack structure (LSS) and the vertical channel patterns (VCP) of the upper stack structure (USS) are misaligned, a problem of deterioration of channel current characteristics may occur. Accordingly, each of the stacked structures (ST) of the three-dimensional flash memory is disposed between the upper stack structure (USS) and the lower stack structure (LSS), and has vertical channel patterns ( It may include connection units (CU) that connect VCPs to each other. These connection units CU may be formed in a tube shape including an internal hole extending in the vertical direction (third direction D3) of the back gate BG, as shown in FIG. 5 according to the manufacturing process. As shown, it is recessed in the uppermost interlayer insulating film (ILD) included in the lower stack structure (LSS), or in the upper part of the uppermost interlayer insulating film (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in FIG. 6. It can be formed in a protruding shape. When the connection portions CU are formed in a protruding shape, the connection portions CU may be accommodated by additional interlayer insulating films ILD that are not included in the upper and lower stack structures USS and LSS. As the connection units (CU) are formed in a tube shape, the back gate (BG) and the insulating film (INS) extend from the lower stack structure (LSS) to the upper stack structure (USS) through the internal holes of each of the connection units (CU). can be formed.

특히, 연결부들(CU) 각각은, 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 보다 상세하게, 연결부들(CU) 각각은 평면 상 수직 채널 패턴들(VCP) 각각을 수용하는 크기로 형성됨으로써 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 연결부들(CU)은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키도록 수직 채널 패턴들(VCP)을 수용하는 위치에 형성될 수 있다.In particular, each of the connection units CU may have a shape that protrudes in the horizontal direction more than each of the vertical channel patterns VCP. In more detail, each of the connection portions CU may be formed to a size that accommodates each of the vertical channel patterns VCP on a plane, and thus may have a shape that protrudes in the horizontal direction beyond each of the vertical channel patterns VCP. Additionally, the connection units CU may be formed at a location to accommodate the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS to connect the vertical channel patterns VCP to each other.

또한, 연결부들(CU) 각각은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴(VCP)을 연결시키기 위하여, 수직 채널 패턴들(VCP)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결부들(CU) 각각은 수직 채널 패턴들(VCP)을 구성하는 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 연결부들(CU) 각각은 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴(VCP)을 서로 연결시킬 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있다.Additionally, each of the connection units CU may be formed of the same material as the vertical channel patterns VCP in order to connect the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS. For example, each of the connection units CU may be formed of single crystalline silicon or polysilicon constituting the vertical channel patterns VCP. However, without being limited or limited thereto, each of the connection units CU may be formed of various materials capable of connecting the vertical channel patterns VCP of the upper and lower stack structures USS and LSS.

설명된 바와 같이 3차원 플래시 메모리는 연결부들(CU)을 포함함으로써 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시켜 채널 전류 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.As described, the 3D flash memory includes connection units (CU), thereby connecting the vertical channel patterns (VCP) of each of the stack structures (USS, LSS) to each other, thereby solving the problem of deteriorating channel current characteristics.

이상 3차원 플래시 메모리는 스택 적층 공정을 통해 제조됨으로써, 상부 스택 구조체(USS) 및 하부 스택 구조체(LSS)를 포함하는 것으로 설명되나, 스택 적층 공정에서 적층되는 스택 구조체들의 개수가 조절되어 세 개 이상의 스택 구조체들(예컨대 상부 스택 구조체들(USS), 중부 스택 구조체들(MSS) 및 하부 스택 구조체들(LSS))을 포함할 수도 있다. 이러한 경우 연결부들(CU)은 수평 방향(제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2))으로 배열된 그룹들이 제3 방향(D3)으로 이격되며 스택 구조체들의 연결 부위에 배치될 수 있다. 버퍼층(BU)은 제3 방향(D3)으로 이격되며 배치된 연결부들(CU)의 그룹들을 감싸도록 복수 개 구비되어 제3 방향(D3)으로 서로 이격되며 위치할 수 있다.The three-dimensional flash memory is manufactured through a stack stacking process and is described as including an upper stack structure (USS) and a lower stack structure (LSS). However, the number of stack structures stacked in the stack stacking process is adjusted to produce three or more. It may also include stack structures (eg, top stack structures (USS), middle stack structures (MSS), and bottom stack structures (LSS). In this case, the connection units CU may be arranged in groups arranged in the horizontal direction (first direction D1 and second direction D2) and spaced apart in the third direction D3 and placed at connection portions of the stack structures. A plurality of buffer layers BU may be provided to surround groups of connection units CU arranged to be spaced apart in the third direction D3, and may be positioned to be spaced apart from each other in the third direction D3.

도 7은 도 3 및 5에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 8a 내지 8e는 도 7에 도시된 제조 방법을 설명하기 위해 3차원 플래시 메모리를 도시한 단면도이다.FIG. 7 is a flow chart showing a manufacturing method of a three-dimensional flash memory with the structure shown in FIGS. 3 and 5, and FIGS. 8A to 8E are cross-sectional views showing a three-dimensional flash memory to explain the manufacturing method shown in FIG. 7. .

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은 도 3 및 4를 참조하여 설명된 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위한 것으로서 자동화 및 기계화된 제조 시스템에 의해 수행됨을 전제로, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비하는 단계(S710); 하부 스택 구조체(LSS)에서의 수직 채널 구조체들(VS)의 위치에 기초하여, 하부 스택 구조체(LSS) 상에 연결부들(CU)을 형성하는 단계(S720); 및 연결부들(CU)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)의 상부에, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극(EL2의 일부, EL3)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성하는 단계(S730)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, a method of manufacturing a three-dimensional flash memory according to an embodiment is for manufacturing the three-dimensional flash memory described with reference to FIGS. 3 and 4, provided that it is performed by an automated and mechanized manufacturing system. Interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) extending in the horizontal direction and stacked alternately in the vertical direction, and interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) Preparing a lower stack structure (LSS) including vertical channel structures (VS) penetrating in the vertical direction (S710); Forming connections (CU) on the lower stack structure (LSS) based on the positions of the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS) (S720); and interlayer insulating films (ILD) and gate electrode (part of EL2, EL3) extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction on the upper part of the lower stack structure (LSS) where the connection portions (CU) are formed, and interlayer It may include forming an upper stack structure (USS) including vertical channel structures (VS) penetrating insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL2, EL3) in the vertical direction (S730). .

특히, 단계(S720)는 하부 스택 구조체(LSS)의 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출된 형상의 연결부들(CU)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 제조 공정에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형 또는 도 4에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 연결부들(CU)을 형성할 수 있다.In particular, step S720 may be characterized by forming connection portions CU that have a shape that protrudes in the horizontal direction from each of the vertical channel patterns (VCP) of the lower stack structure (LSS), and may be formed according to the manufacturing process. A recessed type that is recessed in the uppermost interlayer insulating layer (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in Figure 3, or a recessed type in the uppermost interlayer insulating layer (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in FIG. Connection units (CU) can be formed in a protruding form located at the top.

이하, 도 8a 내지 8e를 참조하여, 도 7의 각 단계들(S710 내지 S730)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 8A to 8E, each step (S710 to S730) of FIG. 7 will be described in detail.

도 8a를 참조하면, 단계(S710)에서 제조 시스템은, 기판(SUB) 상에서 수평 방향(예컨대 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2))으로 연장 형성된 채 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비할 수 있다. 여기서, 수직 채널 구조체들(VS)은 도 3 내지 4에서 설명된 구조로, 도면에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 일부들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8A, in step S710, the manufacturing system is formed to extend in the horizontal direction (e.g., the first direction D1 and the second direction D2) on the substrate SUB and is extended in the vertical direction (e.g., the third direction (e.g., Penetrating in the vertical direction through the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) alternately stacked along D3)) and the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) A lower stack structure (LSS) including vertical channel structures (VS) can be prepared. Here, the vertical channel structures (VS) are the structures described in FIGS. 3 and 4, and include parts of a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), and a vertical semiconductor pattern (VSP) as shown in the drawings. can do.

별도의 단계 및 도면으로 설명 및 도시되지는 않았으나, 하부 스택 구조체(LSS)가 준비되는 단계(S710) 이전에 제조 시스템은, 층간 절연막들(ILD) 및 희생층들(SAC)이 수직 방향을 교대로 적층된 구조체에 채널 홀들(CH)을 형성하고, 채널 홀들(CH)을 통해 희생층들(SAC)을 선택적으로 제거하며, 희생층들(SAC)이 제거된 공간들인 게이트 영역들(GR)에 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 형성하는 단계와, 채널 홀들(CH)에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향으로 연장 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 제조 시스템은 단계(S710) 이전에 WL Replacement 공정과 수직 채널 구조체 형성 공정을 수행함으로써, 단계(S710)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과 수직 채널 구조체들(VS)을 함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비할 수 있다. 여기서, 희생층들(SAC)이 선택적으로 제거되는 것은, 채널 홀들(CH)을 통해 이루어질 뿐만 아니라, 분리 트렌치(TR)를 통해 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 단계(S710) 이전에 분리 트렌치(TR)가 형성되는 단계가 선행될 수 있다.Although not explained or shown in separate steps and drawings, before the step (S710) in which the lower stack structure (LSS) is prepared, the manufacturing system has interlayer dielectric layers (ILD) and sacrificial layers (SAC) alternating vertical directions. Channel holes (CH) are formed in the stacked structure, the sacrificial layers (SAC) are selectively removed through the channel holes (CH), and the gate regions (GR) are spaces where the sacrificial layers (SAC) are removed. Forming gate electrodes (part of EL1 and EL2) and forming vertical channel structures (VS) extending in the vertical direction in the channel holes (CH) may be performed. That is, the manufacturing system performs the WL replacement process and the vertical channel structure formation process before step S710, thereby forming the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) and the vertical channel structure in step S710. A lower stack structure (LSS) containing VS can be prepared. Here, the sacrificial layers (SAC) may be selectively removed not only through the channel holes (CH) but also through the separation trench (TR). In this case, the step S710 may be preceded by the step of forming the isolation trench TR.

또한, 이상 단계(S710) 이전에 WL Replacement 공정이 수행되어 게이트 전극들(EL, EL2의 일부)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)가 준비되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 게이트 퍼스트(Gate first) 공정을 통해 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)가 준비될 수도 있다.In addition, it has been explained that the WL Replacement process is performed before the above step (S710) to prepare the lower stack structure (LSS) in which the gate electrodes (EL, part of EL2) are formed, but it is not limited or limited thereto and the gate first (Gate first) process is performed before the above step (S710). A lower stack structure (LSS) in which gate electrodes (part of EL1 and EL2) are formed may be prepared through a first) process.

도 8b 내지 8d를 참조하면, 단계(S720)에서 제조 시스템은, 하부 스택 구조체(LSS)에서의 수직 채널 구조체들(VS)의 위치에 기초하여, 하부 스택 구조체(LSS) 상에 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이 때, 제조 시스템은 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)과 후술되는 단계(S730)에서 형성될 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키기 위해, 수직 채널 패턴들(VCP)을 구성하는 물질과 동일한 물질(예컨대, 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘)로 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)의 상부에 연결부들(CU) 각각을 형성할 수 있다.8B to 8D, in step S720, the manufacturing system connects the connections CU on the lower stack structure LSS based on the positions of the vertical channel structures VS in the lower stack structure LSS. ) can be formed. At this time, the manufacturing system connects the vertical channel patterns (VCP) included in the lower stack structure (LSS) and the vertical channel patterns (VCP) included in the upper stack structure (USS) to be formed in step S730, which will be described later. In order to connect, connection parts are formed on the upper part of the vertical channel patterns (VCP) included in the lower stack structure (LSS) made of the same material (e.g., single crystalline silicon or polysilicon) as the material constituting the vertical channel patterns (VCP). (CU) can form each.

예를 들어, 제조 시스템은 도 8b에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)의 상단 일부분(하부 스택 구조체(LSS)에서 수직 채널 구조체들(VS)에 대응하는 상단 일부분)(810)을 식각한 뒤, 도 8c에 도시된 바와 같이 식각 이후 남은 공간들(820)에 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이처럼 형성되는 연결부들(CU)은 도 3에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형일 수 있다.For example, the manufacturing system may etch the top portion of the lower stack structure (LSS) (the top portion corresponding to the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS)) 810 as shown in FIG. 8B. Later, as shown in FIG. 8C, connection units CU may be formed in the spaces 820 remaining after etching. The connection portions CU formed in this way may be recessed in the uppermost interlayer insulating layer ILD included in the lower stack structure LSS, as shown in FIG. 3 .

다른 예를 들면, 제조 시스템은 도 8d에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)의 상부(하부 스택 구조체(LSS)에서 수직 채널 구조체들(VS)에 대응하는 상부)에 연결부들(CU)을 형성함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 제조 시스템은 연결부들(CU)을 수용하는 추가적인 층간 절연막(ILD)을 형성할 수 있다.As another example, the manufacturing system may provide connections CU at the top of the lower stack structure (LSS) (the upper part corresponding to the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS)) as shown in FIG. 8D. By forming, as shown in FIG. 4 , the connection portions CU can be formed in a protruding shape located on top of the uppermost interlayer insulating layer ILD included in the lower stack structure LSS. In this case, the manufacturing system can form an additional interlayer dielectric (ILD) that accommodates the connections (CU).

이하 도면을 참조해서는, 돌출형으로 형성된 연결부들(CU)을 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리가 제조되는 것으로 설명된다.With reference to the drawings below, it will be explained that a three-dimensional flash memory having a structure including connection units (CU) formed in a protruding shape is manufactured.

도 8e를 참조하면, 단계(S730)에서 제조 시스템은, 연결부들(CU)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)의 상부에, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극(EL2의 일부, EL3)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성할 수 있다. 여기서, 수직 채널 구조체들(VS)은 도 5 내지 6에서 설명된 구조로, 도면에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 나머지 일부분(도 5 내지 6에 도시된 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 중 전술된 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 일부분을 제외한 나머지 부분)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8E, in step S730, the manufacturing system extends in the horizontal direction on the upper part of the lower stack structure (LSS) where the connection portions (CU) are formed, and interlayer insulating films (ILD) are alternately stacked in the vertical direction. ) and a gate electrode (part of EL2, EL3), an upper stack structure ( USS) can be formed. Here, the vertical channel structures (VS) are the structures described in FIGS. 5 to 6, and the remaining portions of the data storage pattern (DSP), the vertical channel pattern (VCP), and the vertical semiconductor pattern (VSP) as shown in the figures ( Among the data storage pattern (DSP), vertical channel pattern (VCP), and vertical semiconductor pattern (VSP) shown in FIGS. 5 and 6, the data storage pattern (DSP), vertical channel pattern (VCP) included in the above-described lower stack structure (LSS) It may include the remaining portion excluding a portion of the VCP) and the vertical semiconductor pattern (VSP).

별도의 단계 및 도면으로 설명 및 도시되지는 않았으나, 상부 스택 구조체(USS)가 준비되는 단계(S730) 이전에 제조 시스템은, 층간 절연막들(ILD) 및 희생층들(SAC)이 수직 방향을 교대로 적층된 구조체에 채널 홀들(CH)을 형성하고, 채널 홀들(CH)을 통해 희생층들(SAC)을 선택적으로 제거하며, 희생층들(SAC)이 제거된 공간들인 게이트 영역들(GR)에 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 형성하는 단계와, 채널 홀들(CH)에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향으로 연장 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 제조 시스템은 단계(S720)와 단계(S730) 사이에서 WL Replacement 공정과 수직 채널 구조체 형성 공정을 수행함으로써, 단계(S730)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)과 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성할 수 있다. 여기서, 희생층들(SAC)이 선택적으로 제거되는 것은, 채널 홀들(CH)을 통해 이루어질 뿐만 아니라, 분리 트렌치(TR)를 통해 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 단계(S720)와 단계(S730) 사이에서 분리 트렌치(TR)가 형성되는 단계가 선행될 수 있다.Although not explained or shown in separate steps and drawings, before the step (S730) in which the upper stack structure (USS) is prepared, the manufacturing system has interlayer dielectric layers (ILD) and sacrificial layers (SAC) alternating vertical directions. Channel holes (CH) are formed in the stacked structure, the sacrificial layers (SAC) are selectively removed through the channel holes (CH), and the gate regions (GR) are spaces where the sacrificial layers (SAC) are removed. Forming gate electrodes (part of EL2, EL3) and forming vertical channel structures VS in the channel holes CH extending in the vertical direction may be performed. That is, the manufacturing system performs the WL replacement process and the vertical channel structure formation process between steps S720 and S730, thereby forming the interlayer insulating films (ILD) and the gate electrodes (part of EL2, EL3) in step S730. ) and a top stack structure (USS) including vertical channel structures (VS). Here, the sacrificial layers (SAC) may be selectively removed not only through the channel holes (CH) but also through the separation trench (TR). In this case, the step of forming the separation trench TR may be preceded between steps S720 and S730.

또한, 이상 단계(S730) 이전에 WL Replacement 공정이 수행되어 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)이 형성된 상부 스택 구조체(USS)가 준비되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 게이트 퍼스트(Gate first) 공정을 통해 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)이 형성된 상부 스택 구조체(USS)가 형성될 수도 있다.In addition, it has been explained that the WL Replacement process is performed before the above step (S730) to prepare the upper stack structure (USS) on which the gate electrodes (part of EL2, EL3) are formed, but it is not limited or limited thereto and the gate first (Gate First) process is performed before the above step (S730). The upper stack structure (USS) in which the gate electrodes (part of EL2, EL3) are formed may be formed through the first) process.

별도의 단계로 설명되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계들(S710 내지 S7630)에 더해, 분리 트렌치(TR)를 형성하는 단계, 분리 트렌치(TR)를 통해 WL Replacement 공정을 수행하는 단계(WL Replacement 공정이 채널 홀들(CH)을 통해 이루어진 경우에는 생략 가능), 분리 트렌치(TR)를 통해 노출되는 기판(SUB) 내에 공통 소스 영역(CSR)을 형성하는 단계, 분리 트렌치(TR)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(SP) 및 절연 스페이서(SP)로 둘러싸인 분리 트렌치(TR)의 내부 공간을 채우는 공통 소스 플러그(CSP)를 형성하는 단계, 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)을 형성하는 단계, 캡핑 절연막(CAP)을 관통하여 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)을 형성하는 단계와, 캡핑 절연막(CAP) 상에서 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)와 전기적으로 연결되는 비트 라인(BL)을 제2 방향(D2)을 따라 연장 형성하는 단계 등을 더 포함할 수 있다.Although not described as a separate step, the manufacturing system includes the steps of forming a separation trench (TR) and performing a WL replacement process through the separation trench (TR) in addition to the steps (S710 to S7630) (WL Replacement process) (can be omitted if made through channel holes (CH)), forming a common source region (CSR) in the substrate (SUB) exposed through the isolation trench (TR), insulation covering the sidewalls of the isolation trench (TR) forming a common source plug (CSP) filling the interior space of the isolation trench (TR) surrounded by spacers (SP) and insulating spacers (SP), capping the vertical channel structures (VS) and the common source plug (CSP); Forming an insulating film (CAP), forming a bit line contact plug (BLPG) that penetrates the capping insulating film (CAP) and electrically connected to the conductive pad (PAD), and forming a bit line contact plug on the capping insulating film (CAP). It may further include forming a bit line (BL) electrically connected to (BLPG) extending along the second direction (D2).

도 9는 도 5 및 6에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 10a 내지 10g는 도 9에 도시된 제조 방법을 설명하기 위해 3차원 플래시 메모리를 도시한 단면도이다. FIG. 9 is a flow chart showing a manufacturing method of a three-dimensional flash memory with the structure shown in FIGS. 5 and 6, and FIGS. 10A to 10G are cross-sectional views showing a three-dimensional flash memory to explain the manufacturing method shown in FIG. 9. .

도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은 도 5 및 6을 참조하여 설명된 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위한 것으로서 자동화 및 기계화된 제조 시스템에 의해 수행됨을 전제로, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비하는 단계(S910); 하부 스택 구조체(LSS)에서의 수직 채널 구조체들(VS)의 위치에 기초하여, 하부 스택 구조체(LSS) 상에 연결부들(CU)을 형성하는 단계(S920); 연결부들(CU)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)의 상부에, 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극(EL2의 일부, EL3)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)(채널 홀들 각각의 내측벽에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 구성요소들 중 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)이 형장 형성되어 있음)을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성하는 단계(S930); 채널 홀들(CH)의 위치에 기초하여 연결부들(CU)을 수직 방향으로 채널 연결 홀들(CCH)을 형성하는 단계(S940); 및 채널 홀들(CH)의 내측벽 및 채널 연결 홀들(CCH)의 내측벽에, 수직 채널 구조체들(VS) 중 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)을 제외한 나머지 적어도 하나의 구성요소를 수직 방향으로 연장 형성하는 단계(S950)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, a method of manufacturing a three-dimensional flash memory according to another embodiment is for manufacturing the three-dimensional flash memory described with reference to FIGS. 5 and 6, provided that it is performed by an automated and mechanized manufacturing system. Interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) extending in the horizontal direction and stacked alternately in the vertical direction, and interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) Preparing a lower stack structure (LSS) including vertical channel structures (VS) penetrating in the vertical direction (S910); Forming connections (CU) on the lower stack structure (LSS) based on the positions of the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS) (S920); On the upper part of the lower stack structure (LSS) where the connections (CU) are formed, interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL2, EL3) extending in the horizontal direction and stacked alternately in the vertical direction, and an interlayer insulating film Channel holes (CH) penetrating in the vertical direction through the ILD and the gate electrodes (part of EL2, EL3) (on the inner walls of each channel hole, there is a data storage pattern among the components of each of the vertical channel structures (VS) forming an upper stack structure (USS) including (DSP) and a vertical channel pattern (VCP) formed thereon (S930); Forming channel connection holes (CCH) in the vertical direction of the connection portions (CU) based on the positions of the channel holes (CH) (S940); and at least one component other than the data storage pattern (DSP) and the vertical channel pattern (VCP) among the vertical channel structures (VS) on the inner walls of the channel holes (CH) and the inner walls of the channel connection holes (CCH). It may include the step of extending in the vertical direction (S950).

특히, 단계(S920)는 하부 스택 구조체(LSS)의 수직 채널 패턴들(VCP) 각각보다 수평 방향으로 돌출된 형상의 연결부들(CU)을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 제조 공정에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형 또는 도 6에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 연결부들(CU)을 형성할 수 있다.In particular, step S920 may be characterized by forming connection portions CU that have a shape that protrudes in the horizontal direction from each of the vertical channel patterns (VCP) of the lower stack structure (LSS). Depending on the manufacturing process, A recessed type that is recessed in the uppermost interlayer insulating film (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in Figure 5, or a recessed type in the uppermost interlayer insulating film (ILD) included in the lower stack structure (LSS) as shown in FIG. Connection units (CU) can be formed in a protruding form located at the top.

이하, 도 10a 내지 10g를 참조하여, 도 9의 각 단계들(S910 내지 S950)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 10A to 10G, each step (S910 to S950) of FIG. 9 will be described in detail.

도 10a를 참조하면, 단계(S910)에서 제조 시스템은, 기판(SUB) 상에서 수평 방향(예컨대 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2))으로 연장 형성된 채 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비할 수 있다. 여기서, 수직 채널 구조체들(VS)은 도 5 내지 6에서 설명된 구조로, 도면에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 절연막(INS) 및 백 게이트(BG)의 일부분을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10A, in step S910, the manufacturing system is formed to extend in a horizontal direction (e.g., first direction D1 and second direction D2) on the substrate SUB and is extended in a vertical direction (e.g., third direction (e.g., third direction)). Penetrating in the vertical direction through the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) alternately stacked along D3)) and the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) A lower stack structure (LSS) including vertical channel structures (VS) can be prepared. Here, the vertical channel structures (VS) are the structures described in FIGS. 5 to 6 and include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), an insulating film (INS), and a back gate (BG) as shown in the figures. It may include part of .

별도의 단계 및 도면으로 설명 및 도시되지는 않았으나, 하부 스택 구조체(LSS)가 준비되는 단계(S910) 이전에 제조 시스템은, 층간 절연막들(ILD) 및 희생층들(SAC)이 수직 방향을 교대로 적층된 구조체에 채널 홀들(CH)을 형성하고, 채널 홀들(CH)을 통해 희생층들(SAC)을 선택적으로 제거하며, 희생층들(SAC)이 제거된 공간들인 게이트 영역들(GR)에 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)을 형성하는 단계와, 채널 홀들(CH)에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향으로 연장 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 제조 시스템은 단계(S910) 이전에 WL Replacement 공정과 수직 채널 구조체 형성 공정을 수행함으로써, 단계(S910)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)과 수직 채널 구조체들(VS)을 포함하는 하부 스택 구조체(LSS)를 준비할 수 있다. 여기서, 희생층들(SAC)이 선택적으로 제거되는 것은, 채널 홀들(CH)을 통해 이루어질 뿐만 아니라, 분리 트렌치(TR)를 통해 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 단계(S710) 이전에 분리 트렌치(TR)가 형성되는 단계가 선행될 수 있다.Although not explained or shown in separate steps and drawings, before the step (S910) in which the lower stack structure (LSS) is prepared, the manufacturing system has interlayer dielectric layers (ILD) and sacrificial layers (SAC) alternating vertical directions. Channel holes (CH) are formed in the stacked structure, the sacrificial layers (SAC) are selectively removed through the channel holes (CH), and the gate regions (GR) are spaces where the sacrificial layers (SAC) are removed. Forming gate electrodes (part of EL1 and EL2) and forming vertical channel structures (VS) extending in the vertical direction in the channel holes (CH) may be performed. That is, the manufacturing system performs the WL replacement process and the vertical channel structure formation process before step S910, thereby forming the interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL1 and EL2) and the vertical channel structure in step S910. A lower stack structure (LSS) including VS can be prepared. Here, the sacrificial layers (SAC) may be selectively removed not only through the channel holes (CH) but also through the separation trench (TR). In this case, the step S710 may be preceded by the step of forming the isolation trench TR.

또한, 이상 단계(S910) 이전에 WL Replacement 공정이 수행되어 게이트 전극들(EL, EL2의 일부)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)가 준비되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 게이트 퍼스트(Gate first) 공정을 통해 게이트 전극들(EL1, EL2의 일부)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)가 준비될 수도 있다.In addition, it has been explained that the WL Replacement process is performed before the above step (S910) to prepare the lower stack structure (LSS) in which the gate electrodes (EL, part of EL2) are formed, but it is not limited or limited thereto and the gate first (Gate first) process is performed before the above step (S910). A lower stack structure (LSS) in which gate electrodes (part of EL1 and EL2) are formed may be prepared through a first) process.

도 10b 내지 10d를 참조하면, 단계(S920)에서 제조 시스템은, 하부 스택 구조체(LSS)에서의 수직 채널 구조체들(VS)의 위치에 기초하여, 하부 스택 구조체(LSS) 상에 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이 때, 제조 시스템은 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)과 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)을 서로 연결시키기 위해, 수직 채널 패턴들(VCP)을 구성하는 물질과 동일한 물질(예컨대, 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘)로 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 패턴들(VCP)의 상부에 연결부들(CU) 각각을 형성할 수 있다.10B to 10D, in step S920, the manufacturing system connects the connections CU on the lower stack structure LSS based on the positions of the vertical channel structures VS in the lower stack structure LSS. ) can be formed. At this time, the manufacturing system uses vertical channel patterns (VCP) included in the lower stack structure (LSS) and vertical channel patterns (VCP) included in the upper stack structure (USS) to each other. Each of the connection portions (CU) may be formed on the upper part of the vertical channel patterns (VCP) included in the lower stack structure (LSS) using the same material (e.g., single crystalline silicon or polysilicon) as the material constituting the VCP. .

예를 들어, 제조 시스템은 도 10b에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)의 상단 일부분(하부 스택 구조체(LSS)에서 수직 채널 구조체들(VS)에 대응하는 상단 일부분)(1010)을 식각한 뒤, 도 10c에 도시된 바와 같이 식각 이후 남은 공간들(1020)에 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이처럼 형성되는 연결부들(CU)은 도 5에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)에 함몰되는 함몰형일 수 있다.For example, the manufacturing system may etch the top portion of the lower stack structure (LSS) (the top portion corresponding to the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS)) 1010 as shown in FIG. 10B. Later, as shown in FIG. 10C, connection units CU may be formed in the spaces 1020 remaining after etching. The connection portions CU formed in this way may be recessed in the uppermost interlayer insulating layer ILD included in the lower stack structure LSS, as shown in FIG. 5 .

다른 예를 들면, 제조 시스템은 도 10d에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)의 상부(하부 스택 구조체(LSS)에서 수직 채널 구조체들(VS)에 대응하는 상부)에 연결부들(CU)을 형성함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 최상위 층간 절연막(ILD)의 상부에 위치하는 돌출형으로 연결부들(CU)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 제조 시스템은 연결부들(CU)을 수용하는 추가적인 층간 절연막(ILD)을 형성할 수 있다.As another example, the manufacturing system may provide connections CU at the top of the lower stack structure (LSS) (the upper part corresponding to the vertical channel structures (VS) in the lower stack structure (LSS)) as shown in FIG. 10D. By forming, as shown in FIG. 6 , the connection portions CU can be formed in a protruding shape located on top of the uppermost interlayer insulating layer ILD included in the lower stack structure LSS. In this case, the manufacturing system can form an additional interlayer dielectric (ILD) that accommodates the connections (CU).

이하 도면을 참조해서는, 돌출형으로 형성된 연결부들(CU)을 포함하는 구조의 3차원 플래시 메모리가 제조되는 것으로 설명된다.With reference to the drawings below, it will be explained that a three-dimensional flash memory having a structure including connection units (CU) formed in a protruding shape is manufactured.

도 10e를 참조하면, 단계(S930)에서 제조 시스템은, 연결부들(CU)이 형성된 하부 스택 구조체(LSS)의 상부에, 수평 방향(예컨대 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2))으로 연장 형성된 채 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)과, 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)(채널 홀들 각각의 내측벽에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 구성요소들 중 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)이 형장 형성되어 있음)을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10E, in step S930, the manufacturing system is installed on the upper part of the lower stack structure (LSS) where the connection portions (CU) are formed, in a horizontal direction (e.g., in the first direction (D1) and the second direction (D2)). Interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (part of EL2, EL3) and interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes that are alternately stacked along a vertical direction (e.g., third direction D3) and extend to Channel holes (CH) penetrating (part of EL2, EL3) in the vertical direction (on the inner wall of each channel hole are vertical channel structures (VS), a data storage pattern (DSP) and a vertical channel pattern ( It is possible to form an upper stack structure (USS) including (VCP) is formed.

이 때, 채널 홀들(CH) 각각에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부 구성요소들(예컨대, 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP))이 형성된 상부 스택 구조체(USS)가 형성될 수 있다. 이는 연결부들(CU)에 의해 상하부 스택 구조체들(USS, LSS) 각각의 수직 채널 패턴들(VCP)이 연결되도록 하기 위함이다.At this time, an upper stack structure (USS) in which some components (e.g., data storage pattern (DSP) and vertical channel pattern (VCP)) of each of the vertical channel structures (VS) are formed in each of the channel holes (CH). It can be. This is to ensure that the vertical channel patterns (VCP) of the upper and lower stack structures (USS, LSS) are connected by the connection units (CU).

별도의 단계 및 도면으로 설명 및 도시되지는 않았으나, 상부 스택 구조체(USS)가 준비되는 단계(S930) 이전에 제조 시스템은, 층간 절연막들(ILD) 및 희생층들(SAC)이 수직 방향을 교대로 적층된 구조체에 채널 홀들(CH)을 형성하고, 채널 홀들(CH)을 통해 희생층들(SAC)을 선택적으로 제거하며, 희생층들(SAC)이 제거된 공간들인 게이트 영역들(GR)에 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)을 형성하는 단계와, 수직 채널 구조체들(VS) 중 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 제조 시스템은 단계(S920)와 단계(S930) 사이에서 WL Replacement 공정과, 데이터 저장 패턴(DSP)/수직 채널 패턴(VCP) 형성 공정을 수행함으로써, 단계(S930)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)과 채널 홀들(CH)(데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)이 형성된 채널 홀들(CH))을 포함하는 상부 스택 구조체(USS)를 형성할 수 있다. 여기서, 희생층들(SAC)이 선택적으로 제거되는 것은, 채널 홀들(CH)을 통해 이루어질 뿐만 아니라, 분리 트렌치(TR)를 통해 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 단계(S920)와 단계(S930) 사이에서 분리 트렌치(TR)가 형성되는 단계가 선행될 수 있다.Although not explained or shown in separate steps and drawings, before the step (S930) in which the upper stack structure (USS) is prepared, the manufacturing system is such that the interlayer dielectric layers (ILD) and sacrificial layers (SAC) alternate in vertical directions. Channel holes (CH) are formed in the stacked structure, the sacrificial layers (SAC) are selectively removed through the channel holes (CH), and the gate regions (GR) are spaces where the sacrificial layers (SAC) are removed. Forming gate electrodes (part of EL2, EL3) and forming a data storage pattern (DSP) and a vertical channel pattern (VCP) among the vertical channel structures (VS) may be performed. That is, the manufacturing system performs a WL replacement process and a data storage pattern (DSP)/vertical channel pattern (VCP) formation process between steps S920 and S930, thereby forming interlayer dielectric layers (ILD) in step S930. ) and an upper stack structure (USS) including gate electrodes (part of EL2, EL3) and channel holes (CH) (channel holes (CH) in which a data storage pattern (DSP) and a vertical channel pattern (VCP) are formed. can be formed. Here, the sacrificial layers (SAC) may be selectively removed not only through the channel holes (CH) but also through the separation trench (TR). In this case, the step of forming the separation trench TR may be preceded between steps S920 and S930.

또한, 이상 단계(S930) 이전에 WL Replacement 공정이 수행되어 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)이 형성된 상부 스택 구조체(USS)가 준비되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 게이트 퍼스트(Gate first) 공정을 통해 게이트 전극들(EL2의 일부, EL3)이 형성된 상부 스택 구조체(USS)가 형성될 수도 있다.In addition, it has been explained that the WL Replacement process is performed before the above step (S930) to prepare the upper stack structure (USS) on which the gate electrodes (part of EL2, EL3) are formed, but it is not limited or limited thereto and the gate first (Gate First) process is performed before the above step (S930). The upper stack structure (USS) in which the gate electrodes (part of EL2, EL3) are formed may be formed through the first) process.

도 10f를 참조하면, 단계(S940)에서 제조 시스템은, 채널 홀들(CH)의 위치에 기초하여 연결부들(CU)을 수직 방향으로 관통하는 채널 연결 홀들(CCH)을 형성할 수 있다. 보다 상세하게, 제조 시스템은 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 수직 채널 구조체들(VS)과 상부 스택 구조체(USS)에 포함되는 채널 홀들(CH)이 채널 연결 홀들(CCH)을 통해 서로 연결될 수 있도록 상부 스택 구조체들(USS)의 채널 홀들(CH)의 위치 및 하부 스택 구조체들(LSS)의 수직 채널 구조체들(VS)의 위치에 기초하여 채널 연결 홀들(CCH)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10F , in step S940, the manufacturing system may form channel connection holes (CCH) that vertically penetrate the connection portions (CU) based on the positions of the channel holes (CH). More specifically, the manufacturing system allows vertical channel structures (VS) included in the lower stack structure (LSS) and channel holes (CH) included in the upper stack structure (USS) to be connected to each other through channel connection holes (CCH). Channel connection holes (CCH) may be formed based on the positions of the channel holes (CH) of the upper stack structures (USS) and the positions of the vertical channel structures (VS) of the lower stack structures (LSS).

채널 연결 홀들(CCH)을 형성하는 단계(S940)에서는, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하는 이방성 식각 방식이 이용될 수 있다. 그러나 이는 예시에 지나지 않으며 단계(S940)에는 다양한 식각 공정이 활용될 수 있다.In the step S940 of forming the channel connection holes (CCH), an anisotropic etching method using a mask pattern as an etch mask may be used. However, this is only an example, and various etching processes may be used in step S940.

도 10g를 참조하면, 단계(S950)에서 제조 시스템은, 채널 홀들(CH)의 내측벽 및 채널 연결 홀들(CCH)의 내측벽에, 수직 채널 구조체들(VS) 중 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP)을 제외한 나머지 적어도 하나의 구성요소를 수직 방향으로 연장 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10g, in step S950, the manufacturing system stores a data storage pattern (DSP) and a data storage pattern (DSP) among the vertical channel structures (VS) on the inner walls of the channel holes (CH) and the inner walls of the channel connection holes (CCH). At least one component other than the vertical channel pattern (VCP) may be formed to extend in the vertical direction.

전술된 바와 같이 단계(S930)에서 채널 홀들(CH)에 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 구성요소들 중 일부 구성요소들(예컨대, 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 채널 패턴(VCP))이 형성되어 있는 상부 스택 구조체(USS)가 형성된 경우, 단계(S950)에서는 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 구성요소들 중 나머지 구성요소들(예컨대, 절연막(INS) 및 백 게이트(BG))이 형성될 수 있다.As described above, in step S930, some of the components (eg, data storage pattern (DSP) and vertical channel pattern (VCP)) of the vertical channel structures (VS) are installed in the channel holes (CH). When the upper stack structure (USS) is formed, in step S950, the remaining components (e.g., insulating layer (INS) and back gate (BG)) among the components of each of the vertical channel structures (VS) are can be formed.

여기서, 수직 채널 구조체들(VS)은 도 5 내지 6에서 설명된 구조로, 도면에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 절연막(INS) 및 백 게이트(BG)의 나머지 일부분(도 5 내지 6에 도시된 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 절연막(INS) 및 백 게이트(BG) 중 전술된 하부 스택 구조체(LSS)에 포함되는 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 절연막(INS) 및 백 게이트(BG)의 일부분을 제외한 나머지 부분)을 포함할 수 있다.Here, the vertical channel structures (VS) are the structures described in FIGS. 5 to 6 and include a data storage pattern (DSP), a vertical channel pattern (VCP), an insulating film (INS), and a back gate (BG) as shown in the figures. The remaining portion (data storage pattern included in the aforementioned lower stack structure (LSS) among the data storage pattern (DSP), vertical channel pattern (VCP), insulating layer (INS), and back gate (BG) shown in FIGS. 5 and 6 (DSP), vertical channel pattern (VCP), insulating layer (INS), and the remaining portion excluding a portion of the back gate (BG)).

또한, 별도의 단계로 설명되지는 않았으나, 제조 시스템은 단계들(S910 내지 S950)에 더해, 분리 트렌치(TR)를 형성하는 단계, 분리 트렌치(TR)를 통해 WL Replacement 공정을 수행하는 단계(WL Replacement 공정이 채널 홀들(CH)을 통해 이루어진 경우에는 생략 가능), 분리 트렌치(TR)를 통해 노출되는 기판(SUB) 내에 공통 소스 영역(CSR)을 형성하는 단계, 분리 트렌치(TR)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(SP) 및 절연 스페이서(SP)로 둘러싸인 분리 트렌치(TR)의 내부 공간을 채우는 공통 소스 플러그(CSP)를 형성하는 단계, 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)을 형성하는 단계, 캡핑 절연막(CAP)을 관통하여 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)을 형성하는 단계와, 캡핑 절연막(CAP) 상에서 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)와 전기적으로 연결되는 비트 라인(BL)을 제2 방향(D2)을 따라 연장 형성하는 단계 등을 더 포함할 수 있다.In addition, although not described as a separate step, the manufacturing system includes, in addition to steps S910 to S950, forming a separation trench (TR) and performing a WL replacement process through the separation trench (TR) (WL (can be omitted if the replacement process is performed through channel holes (CH)), forming a common source region (CSR) in the substrate (SUB) exposed through the isolation trench (TR), forming the sidewalls of the isolation trench (TR) forming a covering insulating spacer (SP) and a common source plug (CSP) filling the interior space of the isolation trench (TR) surrounded by the insulating spacer (SP), on the vertical channel structures (VS) and on the common source plug (CSP). forming a capping insulating film (CAP) on the capping insulating film (CAP), forming a bit line contact plug (BLPG) that penetrates the capping insulating film (CAP) and is electrically connected to the conductive pad (PAD), and forming a bit line contact plug (BLPG) on the capping insulating film (CAP). The step of extending the bit line BL electrically connected to the contact plug BLPG along the second direction D2 may be further included.

도 11은 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.Figure 11 is a perspective view schematically showing an electronic system including a three-dimensional flash memory according to embodiments.

도 11을 참조하면, 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템(1100)은 메인 기판(1101)과, 메인 기판(1101)에 실장되는 컨트롤러(1102), 하나 이상의 반도체 패키지(1103) 및 DRAM(1104)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, an electronic system 1100 including a three-dimensional flash memory according to embodiments includes a main board 1101, a controller 1102 mounted on the main board 1101, and one or more semiconductor packages 1103. ) and DRAM 1104.

반도체 패키지(1103) 및 DRAM(1104)은 메인 기판(1101)에 제공되는 배선 패턴들(1105)에 의해 컨트롤러(1102)와 서로 연결될 수 있다.The semiconductor package 1103 and the DRAM 1104 may be connected to the controller 1102 through wiring patterns 1105 provided on the main board 1101.

메인 기판(1101)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(1106)를 포함할 수 있다. 커넥터(1106)에서 복수의 핀들의 개수와 배치는, 전자 시스템(1100)과 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다.The main board 1101 may include a connector 1106 including a plurality of pins coupled to an external host. The number and arrangement of a plurality of pins in the connector 1106 may vary depending on the communication interface between the electronic system 1100 and an external host.

전자 시스템(1100)은, 예를 들어, USB(Universal Serial Bus), PCIExpress(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 전자 시스템(1100)은 예를 들어, 커넥터(1106)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(1100)은 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(1102) 및 반도체 패키지(1103)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다.For example, the electronic system 1100 may use any of the interfaces such as Universal Serial Bus (USB), Peripheral Component Interconnect Express (PCIExpress), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), and M-Phy for Universal Flash Storage (UFS). Depending on one, you can communicate with an external host. The electronic system 1100 may operate by, for example, power supplied from an external host through the connector 1106. The electronic system 1100 may further include a Power Management Integrated Circuit (PMIC) that distributes power supplied from an external host to the controller 1102 and the semiconductor package 1103.

컨트롤러(1102)는 반도체 패키지(1103)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(1103)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 전자 시스템(1100)의 동작 속도를 개선할 수 있다.The controller 1102 can write data to or read data from the semiconductor package 1103 and improve the operating speed of the electronic system 1100.

DRAM(1104)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(1103)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 전자 시스템(1100)에 포함되는 DRAM(1104)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(1103)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 전자 시스템(1100)에 DRAM(1104)이 포함되는 경우, 컨트롤러(1102)는 반도체 패키지(1103)를 제어하기 위한 NAND 컨트롤러 외에 DRAM(1104)을 제어하기 위한 DRAM 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The DRAM 1104 may be a buffer memory to alleviate the speed difference between the semiconductor package 1103, which is a data storage space, and an external host. The DRAM 1104 included in the electronic system 1100 may operate as a type of cache memory and may provide space for temporarily storing data during control operations for the semiconductor package 1103. When the electronic system 1100 includes the DRAM 1104, the controller 1102 may further include a DRAM controller for controlling the DRAM 1104 in addition to a NAND controller for controlling the semiconductor package 1103.

반도체 패키지(1103)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지들(1103a, 1103b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(1103a, 1103b)은 각각 복수의 반도체 칩들(1120)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(1103a, 1103b) 각각은, 패키지 기판(1110), 패키지 기판(1110) 상의 반도체 칩들(1120), 반도체 칩들(1120) 각각의 하부면에 배치되는 접착층들(1130), 반도체 칩들(1120)과 패키지 기판(1110)을 전기적으로 연결하는 연결 구조체들(1140) 및 패키지 기판(1110) 상에서 반도체 칩들(1120) 및 연결 구조체들(1140)을 덮는 몰딩층(1150)을 포함할 수 있다.The semiconductor package 1103 may include first and second semiconductor packages 1103a and 1103b that are spaced apart from each other. The first and second semiconductor packages 1103a and 1103b may each include a plurality of semiconductor chips 1120. Each of the first and second semiconductor packages 1103a and 1103b includes a package substrate 1110, semiconductor chips 1120 on the package substrate 1110, and adhesive layers 1130 disposed on the lower surfaces of each of the semiconductor chips 1120. ), connection structures 1140 that electrically connect the semiconductor chips 1120 and the package substrate 1110, and a molding layer 1150 that covers the semiconductor chips 1120 and the connection structures 1140 on the package substrate 1110. may include.

패키지 기판(1110)은 패키지 상부 패드들(1111)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩들(1120)은 입출력 패드들(1121)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(1120) 각각은 도 3 내지 6을 참조하여 전술된 3차원 플래시 메모리를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 칩들(1120) 각각은 게이트 적층 구조체들(1122) 및 메모리 채널 구조체들(1123)을 포함할 수 있다. 게이트 적층 구조체들(1122)은 상술한 적층 구조체들(ST)에 해당할 수 있고, 메모리 채널 구조체들(1123)은 상술한 수직 채널 구조체들(VS)에 해당할 수 있다.The package substrate 1110 may be a printed circuit board including upper package pads 1111. Each semiconductor chip 1120 may include input/output pads 1121 . Each of the semiconductor chips 1120 may include the three-dimensional flash memory described above with reference to FIGS. 3 to 6 . More specifically, each of the semiconductor chips 1120 may include gate stacked structures 1122 and memory channel structures 1123. The gate stacked structures 1122 may correspond to the above-described stacked structures (ST), and the memory channel structures 1123 may correspond to the above-described vertical channel structures (VS).

연결 구조체들(1140)은 예를 들어, 입출력 패드들(1121)과 패키지 상부 패드들(1111)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들일 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(1103a, 1103b)에서, 반도체 칩들(1120)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(1110)의 패키지 상부 패드들(1111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(1103a, 1103b)에서, 반도체 칩들(1120)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조체들(1140) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The connection structures 1140 may be, for example, bonding wires that electrically connect the input/output pads 1121 and the upper package pads 1111. Accordingly, in each of the first and second semiconductor packages 1103a and 1103b, the semiconductor chips 1120 may be electrically connected to each other using a bonding wire method, and may be electrically connected to the package upper pads 1111 of the package substrate 1110. Can be electrically connected. According to embodiments, in each of the first and second semiconductor packages 1103a and 1103b, the semiconductor chips 1120 are connected to a through electrode (Through Silicon Via) instead of the bonding wire-type connection structures 1140. They may be electrically connected to each other.

도시된 바와 달리, 컨트롤러(1102)와 반도체 칩들(1120)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 메인 기판(1101)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(1102)와 반도체 칩들(1120)이 실장되고, 인터포저 기판에 제공되는 배선에 의해 컨트롤러(1102)와 반도체 칩들(1120)이 서로 연결될 수도 있다.Unlike shown, the controller 1102 and the semiconductor chips 1120 may be included in one package. The controller 1102 and the semiconductor chips 1120 may be mounted on a separate interposer board different from the main board 1101, and the controller 1102 and the semiconductor chips 1120 may be connected to each other by wiring provided on the interposer board. there is.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (5)

수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함함-을 각각 포함하는 스택 구조체들-상기 스택 구조체들은 상기 수직 방향으로 적층됨-; 및
상기 스택 구조체들의 사이에 배치된 채, 상기 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들을 서로 연결시키도록 상기 수직 채널 패턴들 각각보다 상기 수평 방향으로 돌출되는 연결부들
을 포함하고,
상기 연결부들 각각은,
상기 수직 채널 패턴들을 형성하는 물질만으로 구성되는 단층막 구조를 기반으로, 상기 스택 구조체들 각각의 수직 채널 패턴들만을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.
Interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, and vertical channel structures penetrating the interlayer insulating films and the gate electrodes and extending in the vertical direction - the vertical channel structures Stack structures each including a data storage pattern extending in the vertical direction and a vertical channel pattern covering an inner wall of the data storage pattern and extending in the vertical direction. Stacked vertically -; and
Connection parts disposed between the stack structures and protruding in the horizontal direction from each of the vertical channel patterns to connect the vertical channel patterns of each of the stack structures to each other.
Including,
Each of the above connections,
A three-dimensional flash memory, characterized in that only the vertical channel patterns of each of the stack structures are connected to each other based on a single layer structure composed only of materials forming the vertical channel patterns.
제1항에 있어서
상기 연결부들 각각은,
상기 수직 채널 패턴들 각각이 상기 수직 채널 패턴들 각각에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 백 게이트를 포함하는 경우 상기 백 게이트가 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 내부 홀(Hole)을 포함하는 튜브 형상으로 형성되거나, 상기 수직 채널 패턴들 각각이 수직 반도체 패턴을 포함하는 경우 상기 스택 구조체들 중 상부 스택 구조체에 포함되는 상기 수직 반도체 패턴과 하부 스택 구조체에 포함되는 상기 수직 반도체 패턴이 상기 연결부들 각각에 의해 분리되도록 내부가 막힌 기둥 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.
In paragraph 1
Each of the above connections,
When each of the vertical channel patterns includes a back gate extending in the vertical direction with at least a portion surrounded by each of the vertical channel patterns, an internal hole in which the back gate extends in the vertical direction It is formed in a tube shape including, or when each of the vertical channel patterns includes a vertical semiconductor pattern, the vertical semiconductor pattern included in the upper stack structure and the vertical semiconductor pattern included in the lower stack structure among the stack structures A three-dimensional flash memory characterized in that it is formed in the shape of a pillar with a closed interior so that it is separated by each of the connection parts.
수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함하는 하부 스택 구조체를 준비하는 단계;
상기 하부 스택 구조체에서의 상기 수직 채널 구조체들의 위치에 기초하여, 상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계; 및
상기 연결부들이 형성된 상기 하부 스택 구조체의 상부에, 상기 수평 방향으로 연장 형성되며 상기 수직 방향으로 교대로 적층된 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 상기 수직 채널 구조체들을 포함하는 상부 스택 구조체를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 연결부들을 형성하는 단계는,
상기 수직 채널 구조체들 각각에 포함되는 수직 채널 패턴을 형성하는 물질만으로 구성되는 단층막 구조를 기반으로, 상기 하부 스택 구조체 및 상기 상부 스택 구조체 각각의 수직 채널 패턴만을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 제조 방법.
Preparing a lower stack structure including interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, and vertical channel structures penetrating the interlayer insulating films and the gate electrodes in the vertical direction. ;
forming connections on the lower stack structure based on the positions of the vertical channel structures in the lower stack structure; and
The interlayer insulating films and the gate electrodes are formed extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction on the upper part of the lower stack structure where the connecting portions are formed, and the interlayer insulating films and the gate electrodes are formed in the vertical direction. forming an upper stack structure comprising the vertical channel structures passing through
Including,
The step of forming the connections is,
A three-dimensional structure characterized in that only the vertical channel patterns of each of the lower stack structure and the upper stack structure are connected to each other based on a single-layer film structure composed only of a material forming a vertical channel pattern included in each of the vertical channel structures. Manufacturing method of flash memory.
수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체들을 포함하는 하부 스택 구조체를 준비하는 단계;
상기 하부 스택 구조체에서의 상기 수직 채널 구조체들의 위치에 기초하여, 상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계;
상기 연결부들이 형성된 상기 하부 스택 구조체의 상부에, 상기 수평 방향으로 연장 형성되며 상기 수직 방향으로 교대로 적층된 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들과, 상기 층간 절연막들 및 상기 게이트 전극들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 홀-상기 채널 홀들 각각의 내측벽에는 상기 수직 채널 구조체들 각각의 구성요소들 중 데이터 저장 패턴 및 수직 채널 패턴이 연장 형성되어 있음-들을 포함하는 상부 스택 구조체를 형성하는 단계;
상기 채널 홀들의 위치에 기초하여 상기 연결부들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 연결 홀들을 형성하는 단계; 및
상기 채널 홀들의 내측벽 및 상기 채널 연결 홀들의 내측벽에, 상기 수직 채널 구조체들의 구성요소들 중 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴을 제외한 적어도 하나의 나머지 구성요소를 상기 수직 방향으로 연장 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 연결부들을 형성하는 단계는,
상기 수직 채널 구조체들 각각에 포함되는 수직 채널 패턴을 형성하는 물질만으로 구성되는 단층막 구조를 기반으로, 상기 하부 스택 구조체 및 상기 상부 스택 구조체 각각의 수직 채널 패턴만을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 제조 방법.
Preparing a lower stack structure including interlayer insulating films and gate electrodes extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction, and vertical channel structures penetrating the interlayer insulating films and the gate electrodes in the vertical direction. ;
forming connections on the lower stack structure based on the positions of the vertical channel structures in the lower stack structure;
The interlayer insulating films and the gate electrodes are formed extending in the horizontal direction and alternately stacked in the vertical direction on the upper part of the lower stack structure where the connecting portions are formed, and the interlayer insulating films and the gate electrodes are formed in the vertical direction. forming an upper stack structure including channel holes penetrating through the channel holes, each of which has a data storage pattern and a vertical channel pattern extending from inner walls of each of the components of the vertical channel structures;
forming channel connection holes penetrating the connection parts in the vertical direction based on the positions of the channel holes; and
On the inner walls of the channel holes and the inner walls of the channel connection holes, at least one remaining component excluding the data storage pattern and the vertical channel pattern among the components of the vertical channel structures is formed to extend in the vertical direction. step
Including,
The step of forming the connections is,
A three-dimensional structure characterized in that only the vertical channel patterns of each of the lower stack structure and the upper stack structure are connected to each other based on a single-layer film structure composed only of a material forming a vertical channel pattern included in each of the vertical channel structures. Manufacturing method of flash memory.
제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하부 스택 구조체 상에 연결부들을 형성하는 단계는,
상기 하부 스택 구조체의 상단 일부분을 식각하고 남은 공간들에 상기 연결부들을 형성하는 단계; 또는
상기 하부 스택 구조체의 상부에 상기 연결부들을 형성하는 단계
중 어느 한 항의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 제조 방법.
According to any one of paragraphs 3 or 4,
Forming connections on the lower stack structure includes:
etching the upper portion of the lower stack structure and forming the connection portions in the remaining spaces; or
Forming the connections on top of the lower stack structure
A method of manufacturing a three-dimensional flash memory comprising the step of any one of the following.
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