KR20120042420A - Therr dimensional semiconductor memory devices - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A three-dimensional semiconductor memory device is provided to minimize resistance of a common source area by forming a strapping contact plug in order to be connected to the common source area. CONSTITUTION: A plurality of laminated structures(170) is located on a substrate. Each laminated structure includes a repetitively laminated gate pattern and an insulating pattern. A plurality of vertical type active patterns(130) respectively penetrates the laminated structures. Common source areas(150) are formed inside of the substrate between the laminated structures. A strapping contact plug(180) is electrically connected to the common source area.

Description

3차원 반도체 기억 소자{THERR DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICES}3D Semiconductor Memory Device {THERR DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICES}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 3차원 반도체 기억 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a three-dimensional semiconductor memory device.

소형화, 다기능화 및/또는 낮은 제조 단가 등의 특성들로 인하여 반도체 소자는 전자 산업에서 중요한 요소로 각광 받고 있다. 전자 산업이 발전함에 따라 좀더 우수한 성능 및/또는 저렴한 가격의 반도체 소자들에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 요구 사항들은 충족시키기 위하여 반도체 소자의 고집적화 경향이 심화되고 있다. 특히, 논리 데이터를 저장하는 반도체 기억 소자의 고집적화는 더욱 심화되고 있다.Due to their small size, versatility and / or low manufacturing cost, semiconductor devices are becoming an important element in the electronics industry. As the electronics industry develops, there is an increasing demand for better performance and / or lower cost semiconductor devices. In order to meet these requirements, the trend toward higher integration of semiconductor devices is intensifying. In particular, high integration of semiconductor memory devices for storing logic data is further intensified.

종래의 2차원적인 반도체 기억 소자의 집적도는 단위 기억 셀이 점유하는 평면적이 주 결정 요인으로 작용될 수 있다. 이로써, 2차원적인 반도체 기억 소자의 집적도는 미세 패턴의 형성 기술 수준에 크게 영향을 받을 수 있다. 하지만, 미세 패턴의 형성 기술은 점점 한계에 다다르고 있으며, 또한, 초 고가의 장비들이 요구되어 반도체 기억 소자의 제조 단가가 증가되는 것 등의 문제점들이 야기되고 있다.The degree of integration of a conventional two-dimensional semiconductor memory device may act as a main determinant of the planar area occupied by the unit memory cells. As a result, the degree of integration of the two-dimensional semiconductor memory device may be greatly influenced by the level of technology for forming a fine pattern. However, the technology of forming fine patterns is approaching the limit, and also, there are problems such as an increase in the manufacturing cost of semiconductor memory devices due to the need for expensive equipment.

이러한 제약들을 극복하기 위하여, 3차원적으로 배열된 기억 셀들을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자가 제안된 바 있다. 하지만, 3차원 반도체 기억 소자는 그 구조적 형태로 인하여 여러 문제점들이 발생되어 신뢰성이 저하되는 것 등의 문제점들이 야기될 수 있다.In order to overcome these limitations, a three-dimensional semiconductor memory device including three-dimensionally arranged memory cells has been proposed. However, the three-dimensional semiconductor memory device may cause problems such as deterioration in reliability due to its structural shape.

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 갖는 3차원 반도체 기억 소자를 제공하는 데 있다.One object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device optimized for high integration.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 3차원 반도체 기억 소자를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자는 기판 상에 배치되고 제1 방향으로 연장된 적층-구조체, 상기 적층-구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하고, 상기 적층-구조체는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 적층-구조체의 제2 부분은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 상기 제1 부분 보다 작은 폭을 갖고; 상기 적층-구조체를 관통하는 복수의 수직형 활성 패턴들; 상기 각 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 게이트 패턴 사이에 개재된 다층 유전막; 상기 적층-구조체 일 측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역; 및 상기 공통 소오스 영역 상에 배치된 스트래핑 콘택 플러그를 포함할 수 있다. 이때, 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 적층-구조체의 제2 부분 옆에 위치할 수 있다.Provided are a three-dimensional semiconductor memory device for solving the above technical problems. A three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention is a stacked structure disposed on a substrate and extending in a first direction, the stacked structure includes gate patterns and insulating patterns stacked alternately and repeatedly The stack-structure comprises a first portion and a second portion, the second portion of the stack-structure having a width less than the first portion in a second direction perpendicular to the first direction; A plurality of vertical active patterns penetrating the stack-structure; A multilayer dielectric film interposed between sidewalls of each vertical active pattern and each gate pattern; A common source region formed in the substrate on one side of the stack-structure; And a strapping contact plug disposed on the common source region. In this case, the strapping contact plug may be located next to the second portion of the stack-structure.

일 실시예에 따르면, 상기 적층-구조체의 제1 부분은, 서로 대향되고 상기 제1 방향으로 나란히 연장된 제1 측벽 및 제2 측벽을 가질 수 있으며, 상기 적층-구조체의 제2 부분은 서로 대향된 제1 측벽 및 제2 측벽을 가질 수 있다. 상기 적층-구조체의 제2 부분의 상기 제1 측벽은 상기 제1 부분의 상기 제1 측벽을 기준으로 옆으로 오목할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 제2 부분의 상기 제1 측벽 옆에 위치할 수 있다.According to one embodiment, the first portion of the laminate-structure may have a first sidewall and a second sidewall facing each other and extending side by side in the first direction, the second portion of the laminate-structure facing each other. It may have a first side wall and a second side wall. The first sidewall of the second portion of the stack-structure may be laterally recessed relative to the first sidewall of the first portion. The strapping contact plug may be located next to the first sidewall of the second portion.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 부분의 상기 제2 측벽 및 상기 제2 부분의 상기 제2 측벽은 실질적으로 상기 제1 방향으로 연장된 하나의 평평한 측벽(a flat sidewall)을 이룰 수 있다.According to one embodiment, the second sidewall of the first portion and the second sidewall of the second portion may form a flat sidewall extending substantially in the first direction.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 부분의 상기 제2 측벽은 상기 제1 부분의 상기 제2 측벽을 기준으로 옆으로 오목할 수 있다.In example embodiments, the second sidewall of the second portion may be laterally recessed with respect to the second sidewall of the first portion.

일 실시예에 따르면, 상기 공통 소오스 영역은 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역은 상기 적층-구조체의 상기 제1 부분 옆에 위치한 비랜딩부(non-landing portion) 및 상기 적층-구조체의 상기 제2 부분 옆에 위치한 랜딩부(landing portion)를 포함할 수 있다. 상기 랜딩부의 상기 제2 방향의 폭은 상기 비랜딩부의 상기 제2 방향의 폭에 비하여 큰 것이 바람직하다.In example embodiments, the common source region may extend in the first direction. The common source region may include a non-landing portion located next to the first portion of the stack-structure and a landing portion located next to the second portion of the stack-structure. . Preferably, the width of the landing part in the second direction is larger than the width of the non-landing part in the second direction.

일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 공통 소오스 영역 상에 배치된 소자분리 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 소자분리 패턴을 관통하여 상기 공통 소오스 영역과 전기적으로 접속될 수 있다.In example embodiments, the device may further include an isolation pattern disposed on the common source region. The strapping contact plug may be electrically connected to the common source region through the device isolation pattern.

일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 수직형 활성 패턴의 상단에 전기적으로 접속된 비트 라인; 및 상기 스트래핑 콘택 플러그의 상부면에 전기적으로 접속된 스트래핑 라인을 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the device comprises a bit line electrically connected to the top of the vertical active pattern; And a strapping line electrically connected to an upper surface of the strapping contact plug.

일 실시예에 따르면, 상기 비트 라인 및 상기 스트래핑 라인은 상기 기판의 상부면으로부터 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 비트 라인 및 상기 스트래핑 라인은 상기 제2 방향으로 나란히 연장될 수 있다.In example embodiments, the bit line and the strapping line may be positioned at substantially the same level from an upper surface of the substrate. In this case, the bit line and the strapping line may extend side by side in the second direction.

일 실시예에 따르면, 상기 다층 유전막의 적어도 일부는 옆으로 연장되어 상기 각 게이트 패턴의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다.In example embodiments, at least a portion of the multilayer dielectric layer may extend laterally to cover top and bottom surfaces of the gate patterns.

본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자는 기판 상에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장된 복수의 적층-구조체들, 상기 각 적층-구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하고, 상기 복수의 적층-구조체들은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 동일한 피치(pitch)로 배열되고; 상기 각 적층-구조체를 관통하는 복수의 수직형 활성 패턴들; 상기 각 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 게이트 패턴 사이에 개재된 다층 유전막; 상기 적층-구조체들 사이의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 제1 방향으로 나란히 연장된 복수의 공통 소오스 영역들; 및 상기 공통 소오스 영역들 중에서 어느 하나에 전기적으로 접속된 스트래핑 콘택 플러그를 포함할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그 양측에 인접한 한 쌍의 상기 적층-구조체들 중에서 적어도 하나는 제1 부분, 및 상기 제1 부분 보다 상기 제2 방향의 폭이 작은 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 제2 부분 옆에 위치할 수 있다.A three-dimensional semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of stacked-structures disposed on a substrate and extending side by side in a first direction, each stacked-structure being alternately and repeatedly stacked gate patterns and An insulating pattern, wherein the plurality of stack-structures are arranged at the same pitch in a second direction perpendicular to the first direction; A plurality of vertical active patterns penetrating the respective stacked-structures; A multilayer dielectric film interposed between sidewalls of each vertical active pattern and each gate pattern; A plurality of common source regions formed in the substrate between the stack-structures and extending side by side in the first direction; And a strapping contact plug electrically connected to any one of the common source regions. At least one of the pair of stack-structures adjacent to both sides of the strapping contact plug may include a first portion and a second portion having a smaller width in the second direction than the first portion. The strapping contact plug may be located next to the second portion.

일 실시예에 따르면, 상기 스트래핑 콘택 플러그와 전기적으로 접속된 공통 소오스 영역은 비랜딩부 및 랜딩부를 포함할 수 있다. 상기 랜딩부는 상기 제2 방향으로 상기 비랜딩부 보다 큰 폭을 가질 수 있으며, 상기 랜딩부 및 상기 적층-구조체의 상기 제2 부분은 상기 제2 방향으로 배열될 수 있다.According to an embodiment, the common source region electrically connected to the strapping contact plug may include a non-landing portion and a landing portion. The landing portion may have a larger width than the non-landing portion in the second direction, and the landing portion and the second portion of the stack-structure may be arranged in the second direction.

일 실시예에 따르면, 상기 스트래핑 콘택 플러그는 복수로 제공될 수 있다. 상기 복수의 스트래핑 콘택 플러그들은 상기 공통 소오스 영역들에 각각 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 적층-구조체들의 각각은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 포함할 수 있으며, 상기 스트래핑 콘택 플러그들 및 상기 적층-구조체들의 상기 제2 부분들은 상기 제2 방향을 따라 교대로 그리고 반복적으로 배열될 수 있다.According to one embodiment, the strapping contact plug may be provided in plurality. The plurality of strapping contact plugs may be electrically connected to the common source regions, respectively. Each of the stack-structures may include the first portion and the second portion, wherein the strapping contact plugs and the second portions of the stack-structures are alternately and repeatedly arranged along the second direction. Can be.

일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 기판 내에 형성되고, 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 공통 소오스 영역들을 연결하는 접속 도핑된 영역(connection doped region); 및 상기 스트래핑 콘택 플러그의 상부면에 전기적으로 접속되고, 상기 제2 방향으로 연장된 스트래핑 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 스트래핑 라인 아래의 상기 스트래핑 콘택 플러그의 개수는 상기 공통 소오스 영역들의 개수 보다 적을 수 있다.In an embodiment, the device may include: a connection doped region formed in the substrate and extending in the second direction to connect the common source regions; And a strapping line electrically connected to an upper surface of the strapping contact plug and extending in the second direction. The number of the strapping contact plugs below the strapping line may be smaller than the number of the common source regions.

상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 스트래핑 콘택 플러그가 상기 공통 소오스 영역에 접촉된다. 이로써, 상기 공통 소오스 영역의 저항을 최소화시킬 수 있다. 또한, 상기 스트래핑 콘택 플러그가 상대적으로 작은 폭을 갖는 상기 적층-구조체의 상기 제2 부분 옆에 위치한다. 상기 적층 구조체의 상기 제2 부분으로 인하여, 상기 스트래핑 콘택 플러그와 접촉되는 상기 공통 소오스 영역의 일부분의 평면적을 제한된 면적 내에서 충분히 확보할 수 있다. 그 결과, 우수한 신뢰성을 갖고 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the three-dimensional semiconductor memory element described above, a strapping contact plug is in contact with the common source region. As a result, the resistance of the common source region can be minimized. The strapping contact plug is also located next to the second portion of the stack-structure having a relatively small width. Due to the second portion of the laminate structure, a planar area of a portion of the common source region in contact with the strapping contact plug can be sufficiently secured within a limited area. As a result, a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration can be realized.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 1b는 도 1a의 적층-구조체(stack-structure)의 일부를 확대한 평면도.
도 1c는 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도.
도 2b는 도 2a의 A 부분을 확대한 도면.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 3b는 도 3a의 게이트 적층-구조체의 일부를 확대한 평면도.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 4b는 도 4a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 취해진 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도들.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도들.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 4a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 취해진 단면도.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 간략히 도시한 블록도.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 메모리 카드의 일 예를 간략히 도시한 블록도.
1A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1B is an enlarged plan view of a portion of the stack-structure of FIG. 1A. FIG.
1C is a cross-sectional view taken along II ′ and II-II ′ of FIG. 1A;
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to illustrate a three-dimensional semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2B is an enlarged view of a portion A of FIG. 2A; FIG.
3A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention.
3B is an enlarged plan view of a portion of the gate stack-structure of FIG. 3A.
4A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention.
4B is a cross sectional view taken along III-III ′ and IV-IV ′ of FIG. 4A;
5A through 5F are cross-sectional views taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to illustrate a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B are cross-sectional views taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to illustrate a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along III-III 'and IV-IV' of FIG. 4A to explain a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention;
8 is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic system including a three-dimensional semiconductor memory device based on the technical idea of the present invention.
9 is a block diagram schematically illustrating an example of a memory card including a three-dimensional semiconductor memory device based on the technical idea of the present invention;

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

본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 본 명세서에서 '및/또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In the present specification, when it is mentioned that a film (or layer) is on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on another film (or layer) or substrate or a third film between them. In addition, in the drawings, sizes, thicknesses, etc. of components are exaggerated for clarity. It should also be understood that although the terms first, second, third, etc. have been used in various embodiments herein to describe various regions, films (or layers), etc., It should not be. These terms are merely used to distinguish any given region or film (or layer) from another region or film (or layer). Thus, the membrane referred to as the first membrane in one embodiment may be referred to as the second membrane in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. The expression 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 적층-구조체의 일부를 확대한 평면도이며, 도 1c는 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 1A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 1B is an enlarged plan view of a part of the stack-structure of FIG. 1A, and FIG. 1C is II ′ and II-II of FIG. 1A. It is a cross section taken along.

도 1a 및 1c를 참조하면, 반도체 기판(100, 이하, 기판이라 함) 상에 복수의 적층-구조체들(170, stack-structures)이 배치될 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 상기 복수의 적층-구조체들(170)은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 제1 방향은 상기 기판(100)의 상부면에 평행할 수 있다. 상기 제1 방향은 도 1a에서 x축 방향에 해당할 수 있다. 상기 기판(100)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다.1A and 1C, a plurality of stack-structures 170 may be disposed on a semiconductor substrate 100 (hereinafter, referred to as a substrate). As disclosed in FIG. 1A, the plurality of stack-structures 170 may extend side by side in a first direction. The first direction may be parallel to an upper surface of the substrate 100. The first direction may correspond to the x-axis direction in FIG. 1A. The substrate 100 may be doped with a dopant of a first conductivity type.

상기 각 적층-구조체(170)는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG) 및 절연 패턴들(110a)을 포함할 수 있다. 상기 각 적층-구조체(170) 내 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG)은 적어도 한 층의 접지 선택 게이트 패턴(GSG), 상기 접지 선택 게이트 패턴(GSG) 상에 차례로 적층된 복수의 셀 게이트 패턴들(CG) 및 최상부의 셀 게이트 패턴 상에 적층된 적어도 한 층의 스트링 선택 게이트 패턴(SSG)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 1c에 개시된 바와 같이, 최하부의 셀 게이트 패턴과 기판(100) 사이에 복수의 접지 선택 게이트 패턴들(GSG)이 적층될 수 있다. 또한, 최상부의 셀 게이트 패턴 상에 복수의 스트링 선택 게이트 패턴들(SSG)이 적층될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 각 적층-구조체(170)는 하나의 접지 선택 게이트 패턴(GSG) 및 하나의 스트링 선택 게이트 패턴(SSG)을 포함할 수도 있다.Each stack-structure 170 may include gate patterns GSG, CG, and SSG and insulating patterns 110a that are alternately and repeatedly stacked. The gate patterns GSG, CG, and SSG in each stack structure 170 may include at least one ground select gate pattern GSG, and a plurality of cell gate patterns stacked on the ground select gate pattern GSG in turn. At least one layer of the string selection gate pattern SSG stacked on the cell CG and the uppermost cell gate pattern. According to an embodiment, as shown in FIG. 1C, a plurality of ground select gate patterns GSG may be stacked between the lowermost cell gate pattern and the substrate 100. In addition, a plurality of string select gate patterns SSG may be stacked on the uppermost cell gate pattern. However, the present invention is not limited thereto. Each stack-structure 170 may include one ground select gate pattern GSG and one string select gate pattern SSG.

상기 적층-구조체(170)내 절연 패턴들(110a)의 두께들은 소자가 요구하는 특성을 위하여 조절될 수 있다. 예컨대, 최하부의 셀 게이트 패턴 및 접지 선택 게이트 패턴(GSG) 사이의 절연 패턴은 셀 게이트 패턴들(CG) 사이의 절연 패턴들에 비하여 두꺼울 수 있다. 이와 유사하게, 최상부의 셀 게이트 패턴 및 스트링 선택 게이트 패턴(SSG) 사이의 절연 패턴도 셀 게이트 패턴들(CG) 사이의 절연 패턴들에 비하여 두꺼울 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 절연 패턴들(110a)의 두께들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.The thicknesses of the insulating patterns 110a in the stack-structure 170 may be adjusted for characteristics required by the device. For example, the insulating pattern between the lowermost cell gate pattern and the ground select gate pattern GSG may be thicker than the insulating patterns between the cell gate patterns CG. Similarly, the insulating pattern between the uppermost cell gate pattern and the string select gate pattern SSG may also be thicker than the insulating patterns between the cell gate patterns CG. However, the present invention is not limited thereto. Thicknesses of the insulating patterns 110a may be implemented in various forms.

상기 절연 패턴들(110a)은 산화물을 포함할 수 있다. 상기 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG)은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속질화물 (ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 또는 전이금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The insulating patterns 110a may include an oxide. The gate patterns GSG, CG, and SSG may include a conductive material. For example, the gate patterns GSG, CG, and SSG may be formed of doped semiconductors (ex, doped silicon, etc.), metals (ex, tungsten, copper, aluminum, etc.), conductive metal nitrides (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Etc.) or transition metals (ex, titanium, tantalum, etc.) and the like.

복수의 수직형 활성 패턴들(130)이 상기 각 적층-구조체(170)을 관통할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴들(130)은 상기 기판(100)과 접촉될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(130)은 파이브 형태 또는 마카로니 형태를 갖는 수직형 반도체 패턴(120)을 포함할 수 있다. 상기 수직형 반도체 패턴(120)은 충전 유전 패턴(125, filling dielectric pattern)에 의해 채워질 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(130)은 상기 충전 유전 패턴(125) 및 수직형 반도체 패턴(120) 상에 배치된 캐핑 반도체 패턴(127)을 더 포함할 수 있다. 상기 수직형 및 캐핑 반도체 패턴들(120, 127)은 상기 기판(100)과 동일한 반도체 원소를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)이 실리콘 기판인 경우에, 상기 수직형 및 캐핑 반도체 패턴들(120, 127)은 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 수직형 반도체 패턴(120)은 상기 기판(100)과 동일한 타입의 도펀트로 도핑되거나, 언도프트 상태(undoped)일 수 있다. 상기 캐핑 반도체 패턴(127)의 적어도 일부분 내에 드레인 영역이 형성될 수 있다. 상기 드레인 영역은 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다.A plurality of vertical active patterns 130 may penetrate each of the stack-structures 170. The vertical active patterns 130 may be in contact with the substrate 100. The vertical active pattern 130 may include a vertical semiconductor pattern 120 having a five shape or a macaroni shape. The vertical semiconductor pattern 120 may be filled by a filling dielectric pattern 125. The vertical active pattern 130 may further include a capping semiconductor pattern 127 disposed on the charge dielectric pattern 125 and the vertical semiconductor pattern 120. The vertical and capping semiconductor patterns 120 and 127 may include the same semiconductor element as the substrate 100. For example, when the substrate 100 is a silicon substrate, the vertical and capping semiconductor patterns 120 and 127 may include silicon. The vertical semiconductor pattern 120 may be doped with the same type of dopant as the substrate 100 or may be undoped. A drain region may be formed in at least a portion of the capping semiconductor pattern 127. The drain region may be doped with a dopant of a second conductivity type.

다층 유전막(160)이 상기 각 수직형 활성 패턴(130)의 측벽 및 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG) 사이에 개재될 수 있다. 상기 다층 유전막(160)은 터널 유전막, 전하저장막 및 블로킹 유전막을 포함할 수 있다. 상기 터널 유전막은 상기 수직형 활성 패턴(130)의 측벽에 인접할 수 있으며, 상기 블로킹 유전막은 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG)에 인접할 수 있다. 상기 전하저장막은 상기 터널 유전막 및 블로킹 유전막 사이에 개재될 수 있다. 상기 터널 유전막은 산화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다. 상기 블로킹 유전막은 상기 터널 유전막에 비하여 높은 유전상수를 갖는 고유전막(ex, 하프늄 산화막 및/또는 알루미늄 산화막 등과 같은 금속 산화막 등)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 블로킹 유전막은 상기 고유전막에 비하여 높은 에너지 밴드 갭을 갖는 장벽 유전막을 더 포함할 수 있다. 상기 장벽 유전막은 상기 고유전막 및 상기 전하저장막 사이에 개재될 수 있다. 상기 전하저장막은 전하를 저장할 수 있는 트랩들을 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전하저장막은 산화물 및/또는 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 셀 게이트 패턴(CG) 및 수직형 활성 패턴(130) 사이의 다층 유전막(160)은 논리 데이터를 저장하는 데이터 저장 요소로 사용될 수 있다. 상기 선택 게이트 패턴들(GSG, SSG) 및 수직형 활성 패턴(130) 사이의 다층 유전막(160)은 선택 트랜지스터들의 게이트 유전막으로 사용될 수 있다. 상기 다층 유전막(160)의 적어도 일부는 수평적으로 연장되어 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG)의 하부면 및 상부면을 덮을 수 있다. 도 1c에 개시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 상기 다층 유전막(160) 내 터널 유전막, 전하저장막 및 블로킹 유전막 전체가 수평적으로 연장되어, 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG)의 하부면 및 상부면을 덮을 수 있다.The multilayer dielectric layer 160 may be interposed between sidewalls of the vertical active patterns 130 and the gate patterns GSG, CG, and SSG. The multilayer dielectric layer 160 may include a tunnel dielectric layer, a charge storage layer, and a blocking dielectric layer. The tunnel dielectric layer may be adjacent to the sidewall of the vertical active pattern 130, and the blocking dielectric layer may be adjacent to each of the gate patterns GSG, CG, and SSG. The charge storage layer may be interposed between the tunnel dielectric layer and the blocking dielectric layer. The tunnel dielectric layer may include an oxide and / or an oxynitride. The blocking dielectric layer may include a high dielectric layer (eg, a metal oxide layer such as a hafnium oxide layer and / or an aluminum oxide layer) having a higher dielectric constant than the tunnel dielectric layer. In addition, the blocking dielectric layer may further include a barrier dielectric layer having a higher energy band gap than the high dielectric layer. The barrier dielectric layer may be interposed between the high dielectric layer and the charge storage layer. The charge storage layer may include a dielectric material having traps capable of storing charge. For example, the charge storage layer may include an oxide and / or a metal oxide. The multilayer dielectric layer 160 between the cell gate pattern CG and the vertical active pattern 130 may be used as a data storage element for storing logic data. The multilayer dielectric layer 160 between the selection gate patterns GSG and SSG and the vertical active pattern 130 may be used as a gate dielectric layer of the selection transistors. At least a portion of the multilayer dielectric layer 160 may extend horizontally to cover lower and upper surfaces of the gate patterns GSG, CG, and SSG. As illustrated in FIG. 1C, according to one embodiment, the entire tunnel dielectric layer, the charge storage layer, and the blocking dielectric layer in the multilayer dielectric layer 160 extend horizontally to form lower portions of the gate patterns GSG, CG, and SSG. It can cover the surface and the top surface.

상기 각 수직형 활성 패턴(130)은 하나의 수직형 셀 스트링을 구현할 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링은, 서로 직렬로 연결되고 적층된 셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수직형 셀 스트링은 차례로 적층된 적어도 하나의 접지 선택 트랜지스터, 복수의 셀 트랜지스터들 및 적어도 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 접지 선택 트랜지스터, 셀 트랜지스터들 및 스트링 선택 트랜지스터들은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 상기 셀 트랜지스터는 상기 각 수직형 활성 패턴(130) 및 상기 각 셀 게이트 패턴(CG)의 교차지점에 정의될 수 있다. 상기 접지 선택 트랜지스터는 상기 각 수직형 활성 패턴(130) 및 상기 접지 선택 게이트 패턴(GSG)의 교차지점에 정의될 수 있으며, 상기 스트링 선택 트랜지스터는 상기 각 수직형 활성 패턴(130) 및 상기 스트링 선택 게이트 패턴(SSG)의 교차지점에 정의될 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링에 포함된 접지 선택, 셀 및 스트링 선택 트랜지스터들은 상기 수직형 활성 패턴(130)의 측벽에 정의된 수직형 채널 영역들을 각각 포함할 수 있다. 최하부의 접지 선택 게이트 패턴(GSG)을 포함하는 접지 선택 트랜지스터는 상기 접지 선택 게이트 패턴(GSG) 아래에 정의되는 수평형 채널 영역을 더 포함할 수 있다.Each vertical active pattern 130 may implement one vertical cell string. The vertical cell string may include cell transistors connected and stacked in series with each other. In addition, the vertical cell string may include at least one ground select transistor, a plurality of cell transistors, and at least one string select transistor that are sequentially stacked. The ground select transistor, cell transistors, and string select transistors may be connected in series with each other. The cell transistor may be defined at an intersection point of each vertical active pattern 130 and each cell gate pattern CG. The ground select transistor may be defined at an intersection point of each of the vertical active pattern 130 and the ground select gate pattern GSG, and the string select transistor may include the vertical active pattern 130 and the string select. It may be defined at the intersection of the gate pattern SSG. The ground select, cell and string select transistors included in the vertical cell string may include vertical channel regions defined on sidewalls of the vertical active pattern 130. The ground select transistor including the lowermost ground select gate pattern GSG may further include a horizontal channel region defined under the ground select gate pattern GSG.

버퍼 유전 패턴(103a)이 상기 각 적층-구조체(170) 및 상기 기판(100) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우에, 상기 수직형 활성 패턴(130)은 아래로 연장되어 상기 버퍼 유전막(103)을 관통할 수 있다. 이로써, 상기 수직형 활성 패턴(130)은 상기 기판(130)과 접촉될 수 있다. 상기 버퍼 유전 패턴(103a)은 산화물을 포함할 수 있다. 캐핑 유전 패턴(135)이 상기 각 적층-구조체(170) 및 상기 각 적층-구조체를 관통하는 수직형 활성 패턴들(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(135)의 양 측벽은 그 아래의 적층-구조체(170)의 양 측벽에 각각 정렬될 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(135)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.A buffer dielectric pattern 103a may be disposed between each of the stack-structures 170 and the substrate 100. In this case, the vertical active pattern 130 may extend downward to penetrate the buffer dielectric layer 103. Thus, the vertical active pattern 130 may be in contact with the substrate 130. The buffer dielectric pattern 103a may include an oxide. Capping dielectric patterns 135 may be disposed on each of the stack-structures 170 and vertical active patterns 130 penetrating through the stack-structures. Both sidewalls of the capping dielectric pattern 135 may be aligned with both sidewalls of the stack-structure 170 below. The capping dielectric pattern 135 may include an oxide, nitride, and / or oxynitride.

상기 적층-구조체들(170) 사이의 기판(100) 내에 공통 소오스 영역들(150)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 각 적층-구조체(170)의 양측에 인접한 기판(100) 내에 상기 공통 소오스 영역들(150)이 각각 배치될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역들(150)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역들(150)은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제2 방향은 상기 기판(100)의 상부면에 평행할 수 있다. 상기 제2 방향은 도 1a의 y축 방향에 해당할 수 있다. 상기 적층-구조체들(170) 및 공통 소오스 영역들(150)은 상기 제2 방향으로 교대로 그리고 반복적으로 배열될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역들(150)은 상기 제2 도전형의 도펀트들로 도핑될 수 있다. 즉, 상기 공통 소오스 영역들(150)은 상기 기판(100)과 다른 타입의 도펀트로 도핑되고, 상기 드레인 영역과 동일한 도펀트로 도핑될 수 있다.Common source regions 150 may be formed in the substrate 100 between the stack-structures 170. That is, the common source regions 150 may be disposed in the substrate 100 adjacent to both sides of each stack-structure 170. The common source regions 150 may extend side by side in the first direction. The common source regions 150 may be spaced apart from each other in a second direction perpendicular to the first direction. The second direction may be parallel to an upper surface of the substrate 100. The second direction may correspond to the y-axis direction of FIG. 1A. The stack-structures 170 and the common source regions 150 may be alternately and repeatedly arranged in the second direction. The common source regions 150 may be doped with dopants of the second conductivity type. That is, the common source regions 150 may be doped with a different type of dopant from the substrate 100 and may be doped with the same dopant as the drain region.

소자분리 패턴들(177)이 상기 적층-구조체들(170) 사이의 공간들을 각각 채울 수 있다. 즉, 상기 각 소자분리 패턴(177)은 상기 각 공통 소오스 영역(150) 상에 배치될 수 있다. 상기 소자분리 패턴(177)의 상부면은 실질적으로 상기 캐핑 유전 패턴(135)의 상부면과 공면을 이룰 수 있다. 상기 소자분리 패턴(177)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.Device isolation patterns 177 may fill the spaces between the stacked structures 170, respectively. That is, each device isolation pattern 177 may be disposed on each common source region 150. An upper surface of the device isolation pattern 177 may be substantially coplanar with an upper surface of the capping dielectric pattern 135. The device isolation pattern 177 may include an oxide, nitride, and / or oxynitride.

스트래핑 콘택 플러그(180, strapping contact plug)가 상기 소자분리 패턴(177)을 관통하여 상기 공통 소오스 영역(150)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이때, 상기 스트래핑 콘택 플러그(180) 양 측에 인접한 한 쌍의 적층-구조체들(170) 중에서 적어도 하나는, 평면적 관점에서, 제1 부분 및 상기 제1 부분에 비하여 작은 폭을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다. 이를 도 1b를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다. 도 1b는 도 1a의 적층-구조체(170) 및 그에 인접한 공통 소오스 영역(150)을 확대한 평면도이다. 도 1b는 설명의 편의를 위하여 도 1a의 비트 라인(190a) 및 스트래핑 라인(190b)을 생략하였다.A strapping contact plug 180 may be electrically connected to the common source region 150 through the device isolation pattern 177. In this case, at least one of the pair of stacked-structures 170 adjacent to both sides of the strapping contact plug 180 may have a first portion and a second portion having a smaller width than the first portion. It may include. This will be described in more detail with reference to FIG. 1B. FIG. 1B is an enlarged plan view of the stack-structure 170 and the common source region 150 adjacent thereto in FIG. 1A. 1B omits the bit line 190a and the strapping line 190b of FIG. 1A for convenience of description.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 복수의 적층-구조체들(170)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 이때, 상기 복수의 적층-구조체들(170)은 상기 제2 방향을 따라 실질적으로 동일한 피치(P, pitch)로 배열될 수 있다. 1A and 1B, as described above, the plurality of stack-structures 170 may extend side by side in the first direction. In this case, the plurality of stacked structures 170 may be arranged at substantially the same pitch P along the second direction.

도 1b를 참조하면, 상기 적층-구조체(170)는 제1 부분(168a) 및 제2 부분(168b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분(168a) 및 제2 부분(168b)은 상기 제1 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제2 부분(168b)은 상기 제2 방향으로 상기 제1 부분(168a) 보다 작은 폭을 갖는 것이 바람직하다. 상기 제1 부분(168a)의 전체는 실질적으로 균일한 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 상기 제1 부분(168b)의 폭은 상기 제1 방향의 위치에 따라 변화될 수 있다. 상기 제2 부분(168b)의 최소 폭을 제2 폭(W2)이라 정의한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 부분(168b)의 제2 폭(W2)은 상기 제2 부분(168b)의 실질적인 중심부일 수 있다.Referring to FIG. 1B, the stack-structure 170 may include a first portion 168a and a second portion 168b. The first portion 168a and the second portion 168b may be aligned in the first direction. The second portion 168b preferably has a smaller width than the first portion 168a in the second direction. The entirety of the first portion 168a may have a substantially uniform first width W1. The width of the first portion 168b may vary depending on the position of the first direction. The minimum width of the second portion 168b is defined as a second width W2. According to one embodiment, the second width W2 of the second portion 168b may be a substantially central portion of the second portion 168b.

상기 적층-구조체(170)의 제1 부분(168a)은, 상기 제1 방향으로 나란히 연장되고 서로 대향된(opposite to) 제1 측벽(172a) 및 제2 측벽을(172b)을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b)은 서로 대향된 제1 측벽(173a) 및 제2 측벽(173b)을 가질 수 있다. 상기 제1 부분(168a)의 제1 측벽(172a) 및 제2 측벽(172b)은 상기 제2 부분(168b)의 제1 측벽(173a) 및 제2 측벽(173b)에 각각 연결될 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 제2 부분(168b)의 제1 측벽(173a)은 상기 제1 부분(168a)의 제1 측벽(172a)을 기준으로 옆으로 오목할 수 있다. 즉, 상기 제2 부분(168b)의 제1 측벽(173a)은 상기 제2 부분(168b)의 제2 측벽(173b)을 향하여 오목한 형태일 수 있다. 상기 제2 부분(168b)의 제1 측벽(173a)은 둥근 형태일 수 있다.The first portion 168a of the stack-structure 170 may have a first sidewall 172a and a second sidewall 172b extending side by side in the first direction and facing each other. Similarly, second portion 168b of stack-structure 170 may have first sidewall 173a and second sidewall 173b opposite each other. The first sidewall 172a and the second sidewall 172b of the first portion 168a may be connected to the first sidewall 173a and the second sidewall 173b of the second portion 168b, respectively. In plan view, the first sidewall 173a of the second portion 168b may be laterally concave with respect to the first sidewall 172a of the first portion 168a. That is, the first sidewall 173a of the second portion 168b may be concave toward the second sidewall 173b of the second portion 168b. The first sidewall 173a of the second portion 168b may have a round shape.

도 1b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 부분(168b)의 제2 측벽(173b) 및 상기 제1 부분(168a)의 제2 측벽(172b)은 상기 제1 방향으로 연장된 하나의 평평한 측벽(a flat sidewall)을 이룰 수 있다.As shown in FIG. 1B, according to one embodiment, the second sidewall 173b of the second portion 168b and the second sidewall 172b of the first portion 168a extend in the first direction. One flat sidewall can be made.

상기 제1 및 제2 부분들(168a, 168b)을 갖는 적층-구조체(170) 옆의 공통 소오스 영역(150)은 비랜딩부(148a) 및 랜딩부(148b)을 포함할 수 있다. 상기 비랜딩부(148a)는 상기 적층-구조체(170)의 제1 부분(168a) 옆에 위치할 수 있으며, 상기 랜딩부(148b)는 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b) 옆에 위치할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)는 상기 랜딩부(148b)에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 랜딩부(148b)는 상기 비랜딩부(148ab)에 비하여 큰 폭을 가질 수 있다. 상기 적층-구조체(170)의 제1 및 제2 부분들(168a, 168b)과 유사하게, 상기 비랜딩부(148a)의 전체는 실질적으로 균일한 폭(S1)을 가질 수 있으며, 상기 랜딩부(148b)의 폭은 상기 제1 방향의 위치에 따라 변화될 수 있다. 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b)에 기인하여, 상기 공통 소오스 영역(150)의 랜딩부(148b)는 최대폭(S2)을 갖는 부분을 포함할 수 있다. 상기 적층-구조체(170)의 제1 부분(168a)의 제1 폭(W1) 및 상기 비랜딩부(148a)의 폭(S1)의 합은 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b)의 제2 폭(W2) 및 상기 랜딩부(148b)의 최대폭(S2)의 합과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)는 상기 랜딩부(148b)에 직접 접촉될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 공통 소오스 영역(150)의 상부면 상에 금속-반도체 화합물층(미도시함)이 형성될 수 있으며, 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)는 상기 금속-반도체 화합물층에 접촉될 수 있다. 상기 금속-반도체 화합물층은 상기 소자분리 패턴(177) 아래에 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 금속 화합물 반도체층은 금속 실리사이드층일 수 있다.The common source region 150 next to the stack-structure 170 having the first and second portions 168a and 168b may include a non-landing portion 148a and a landing portion 148b. The non-landing portion 148a may be located next to the first portion 168a of the stack-structure 170, and the landing portion 148b is a second portion 168b of the stack-structure 170. It can be located next to it. The strapping contact plug 180 may be electrically connected to the landing portion 148b. The landing part 148b may have a larger width than the non-landing part 148ab. Similar to the first and second portions 168a and 168b of the stack-structure 170, the entirety of the non-landing portion 148a may have a substantially uniform width S1, and the landing portion The width of 148b may vary depending on the position of the first direction. Due to the second portion 168b of the stack-structure 170, the landing portion 148b of the common source region 150 may include a portion having a maximum width S2. The sum of the first width W1 of the first portion 168a of the stack-structure 170 and the width S1 of the non-landing portion 148a is the second portion 168b of the stack-structure 170. It may be substantially equal to the sum of the second width (W2) and the maximum width (S2) of the landing portion (148b). The strapping contact plug 180 may directly contact the landing portion 148b. Alternatively, a metal-semiconductor compound layer (not shown) may be formed on an upper surface of the common source region 150, and the strapping contact plug 180 may contact the metal-semiconductor compound layer. The metal-semiconductor compound layer may be disposed under the device isolation pattern 177. For example, the metal compound semiconductor layer may be a metal silicide layer.

계속해서 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 복수의 적층-구조체들(170)의 각각이 상기 제1 부분(168a) 및 제2 부분(168b)을 가질 수 있다. 이로써, 상기 공통 소오스 영역들(150)의 각각이 상기 비랜딩부(148a) 및 랜딩부(148b)를 포함할 수 있다. 복수의 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180)이 상기 소자분리 패턴들(177)을 관통하여 상기 공통 소오스 영역들(150)에 각각 접촉될 수 있다. 상기 적층-구조체들(170)의 제2 부분들(148b) 및 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180)은 상기 제2 방향으로 교대로 그리고 반복적으로 배열될 수 있다.With continued reference to FIGS. 1A and 1B, each of the plurality of stack-structures 170 may have the first portion 168a and the second portion 168b. Thus, each of the common source regions 150 may include the non-landing portion 148a and the landing portion 148b. A plurality of strapping contact plugs 180 may penetrate the device isolation patterns 177 and contact the common source regions 150, respectively. Second portions 148b of the stack-structures 170 and the strapping contact plugs 180 may be alternately and repeatedly arranged in the second direction.

계속해서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 층간 유전막(183)이 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180), 소자분리 패턴들(177) 및 수직형 활성 패턴들(130) 상에 배치될 수 있다. 비트 라인들(190a)이 상기 층간 유전막(183) 상에 배치될 수 있다. 상기 비트 라인들(190a)은 상기 수직형 활성 패턴들(130)의 상단들에 전기적으로 접속될 수 있다. 스트래핑 라인(190b)이 상기 층간 유전막(183) 상에 배치될 수 있다. 상기 스트래핑 라인(190b)은 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180)의 상부면들과 전기적으로 접속될 수 있다.1A, 1B, and 1C, an interlayer dielectric layer 183 may be disposed on the strapping contact plugs 180, the device isolation patterns 177, and the vertical active patterns 130. Can be. Bit lines 190a may be disposed on the interlayer dielectric layer 183. The bit lines 190a may be electrically connected to upper ends of the vertical active patterns 130. A strapping line 190b may be disposed on the interlayer dielectric film 183. The strapping line 190b may be electrically connected to upper surfaces of the strapping contact plugs 180.

도 1b에 개시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 상기 비트 라인들(190a) 및 스트래핑 라인(190b)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 실질적으로 동일한 레벨(level)에 위치할 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 상기 비트 라인들(190a) 및 스트래핑 라인(190b)은 상기 제2 방향으로 나란히 연장될 수 있다.As shown in FIG. 1B, the bit lines 190a and the strapping line 190b may be positioned at substantially the same level from the top surface of the substrate 100. As illustrated in FIG. 1A, the bit lines 190a and the strapping line 190b may extend side by side in the second direction.

상기 비트 라인(190a)은 제1 도전 플러그(185a)를 경유하여 상기 비트 라인(190a) 아래의 수직형 활성 패턴(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제1 도전 플러그(185a)는 상기 비트 라인(190a) 및 수직형 활성 패턴(130) 사이의 층간 유전막(183) 및 캐핑 유전 패턴(135)을 연속적으로 관통할 수 있다. 상기 스트래핑 라인(190ba)은 제2 도전 플러그(185b)를 경유하여 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)와 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 제2 도전 플러그(185b)는 상기 스트래핑 라인(190ab) 및 스트래핑 콘택 플러그(180) 사이의 층간 유전막(183)을 관통할 수 있다. 상기 도전 플러그들(185a, 185b)은 금속(ex, 텅스텐, 구리 또는 알루미늄 등), 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄 또는 질화탄탈늄 등) 또는 전이 금속(ex, 티타늄 또는 탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비트 라인(190a) 및 스트래핑 라인(190b)은 금속(ex, 텅스텐, 구리 또는 알루미늄 등), 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄 또는 질화탄탈늄 등) 또는 전이 금속(ex, 티타늄 또는 탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The bit line 190a may be electrically connected to the vertical active pattern 130 under the bit line 190a via the first conductive plug 185a. The first conductive plug 185a may continuously penetrate the interlayer dielectric layer 183 and the capping dielectric pattern 135 between the bit line 190a and the vertical active pattern 130. The strapping line 190ba may be electrically connected to the strapping contact plug 180 via the second conductive plug 185b. The second conductive plug 185b may pass through the interlayer dielectric layer 183 between the strapping line 190ab and the strapping contact plug 180. The conductive plugs 185a and 185b may be selected from a metal (ex, tungsten, copper or aluminum, etc.), a conductive metal nitride (ex, titanium nitride or tantalum nitride, etc.) or a transition metal (ex, titanium, tantalum, etc.). It may include at least one. The bit line 190a and the strapping line 190b may be formed of a metal (ex, tungsten, copper, or aluminum), a conductive metal nitride (ex, titanium nitride or tantalum nitride, etc.) or a transition metal (ex, titanium, tantalum, etc.). It may include at least one selected from).

일 실시예에 따르면, 상기 스트래핑 라인(190ba) 아래에 위치한 수직형 활성 패턴은 더미(dummy) 수직형 활성 패턴일 수 있다. 이에 더하여, 상기 스트래핑 라인(190ab)에 인접한 수직형 활성 패턴도 더미 수직형 활성 패턴일 수 있다. 상기 더미 수직형 활성 패턴은 수직형 셀 스트링으로 사용되지 않을 수 있다. 상기 더미 수직형 활성 패턴 상에는 상기 제1 도전 플러그(185a)가 형성되지 않을 수 있다. 이로써, 상기 더미 수직형 활성 패턴의 기능을 제한할 수 있다. 상기 더미 수직형 활성 패턴은 비트 라인에 전기적으로 접속되지 않을 수 있다. 상기 더미 수직형 활성 패턴의 적어도 일부는 상기 적층-구조체(170)의 상기 제2 부분(168b)을 관통할 수 있다.According to an embodiment, the vertical active pattern under the strapping line 190ba may be a dummy vertical active pattern. In addition, the vertical active pattern adjacent to the strapping line 190ab may also be a dummy vertical active pattern. The dummy vertical active pattern may not be used as a vertical cell string. The first conductive plug 185a may not be formed on the dummy vertical active pattern. As a result, the function of the dummy vertical active pattern may be limited. The dummy vertical active pattern may not be electrically connected to the bit line. At least a portion of the dummy vertical active pattern may penetrate the second portion 168b of the stack-structure 170.

상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 상기 공통 소오스 영역(150)은 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)를 경유하여 상기 스트래핑 라인(190b)에 전기적으로 접속된다. 이로써, 상기 공통 소오스 영역(150)의 저항을 낮추어 3차원 반도체 기억 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 적층-구조체(170)는 제1 부분(168a) 및 상기 제1 부분(168a) 보다 작은 폭을 갖는 제2 부분(168b)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)가 상기 공통 소오스 영역(150)에 접촉할 수 있는 평면적을 충분히 확보할 수 있다. 그 결과, 적층-구조체들(170)간의 간격을 최소화 상태에서, 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)를 상기 공통 소오스 영역(150)에 접촉시킬 수 있다. 특히, 상기 적층-구조체들(170)을 동일한 피치(P)로 배열시킴과 더불어, 상기 공통 소오스 영역(150)의 상기 랜딩부(148b)의 폭을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the three-dimensional semiconductor memory element described above, the common source region 150 is electrically connected to the strapping line 190b via the strapping contact plug 180. As a result, the resistance of the common source region 150 may be lowered to improve reliability of the 3D semiconductor memory device. In addition, the stack-structure 170 may include a first portion 168a and a second portion 168b having a smaller width than the first portion 168a. Accordingly, it is possible to secure a planar area in which the strapping contact plug 180 can contact the common source region 150. As a result, the strapping contact plug 180 may be brought into contact with the common source region 150 while the gap between the stack structures 170 is minimized. In particular, the stack-structures 170 may be arranged at the same pitch P, and the width of the landing portion 148b of the common source region 150 may be increased. As a result, a three-dimensional semiconductor memory device optimized for high integration can be realized.

상술된 3차원 반도체 기억 소자에서, 상기 다층 유전막(160)의 전체가 수평적으로 연장되어 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG)의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다. 이와는 다르게, 상기 다층 유전막은 다른 형태를 가질 수도 있다. 이를 도면을 참조하여 설명한다.In the above-described three-dimensional semiconductor memory device, the entirety of the multilayer dielectric layer 160 may extend horizontally to cover the top and bottom surfaces of the gate patterns GSG, CG, and SSG. Alternatively, the multilayer dielectric film may have a different shape. This will be described with reference to the drawings.

도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 A 부분을 확대한 도면이다.FIG. 2A is a cross-sectional view taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to illustrate a three-dimensional semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of portion A of FIG. 2A.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 수직형 활성 패턴(230) 및 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG) 사이의 다층 유전막(260)은 터널 유전막, 전하저장막 및 블로킹 유전막을 포함할 수 있다. 상기 다층 유전막(260)의 터널 유전막, 전하저장막 및 블로킹 유전막은 각각 도 1b의 다층 유전막(160)의 터널 유전막, 전하저장막 및 블로킹 유전막과 동일한 물질로 형성될 수 있다.2A and 2B, the multilayer dielectric layer 260 between the vertical active pattern 230 and the gate patterns GSG, CG, and SSG may include a tunnel dielectric layer, a charge storage layer, and a blocking dielectric layer. The tunnel dielectric layer, the charge storage layer, and the blocking dielectric layer of the multilayer dielectric layer 260 may be formed of the same material as the tunnel dielectric layer, the charge storage layer, and the blocking dielectric layer of the multilayer dielectric layer 160 of FIG. 1B, respectively.

상기 다층 유전막(260)은 제1 서브막(255) 및 제2 서브막(257)을 포함할 수 있다. 상기 제1 서브막(255)은 수직적으로 연장되어 상기 수직형 활성 패턴(230) 및 절연 패턴(110a) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2 서브막(257)은 수평적으로 연장되어 상기 각 게이트 패턴(GSG, CG, SSG)의 하부면 및 상부면을 덮을 수 있다. 상기 제1 서브막(255)은 적어도 상기 터널 유전막의 일부분을 포함할 수 있으며, 상기 제2 서브막(257)은 적어도 상기 블로킹 유전막의 일부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브막들(255, 257) 중에서 어느 하나는 상기 전하저장막을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 서브막(255)은 상기 터널 유전막, 전하저장막 및 상기 블로킹 유전막 내 장벽 유전막을 포함할 수 있으며, 상기 제2 서브막(257)은 상기 블로킹 유전막 내 고유전막을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 서브막들(255, 257)은 다른 조합으로 구성될 수도 있다.The multilayer dielectric film 260 may include a first sub film 255 and a second sub film 257. The first sub layer 255 may extend vertically to be interposed between the vertical active pattern 230 and the insulating pattern 110a. The second sub layer 257 may extend horizontally to cover lower and upper surfaces of the gate patterns GSG, CG, and SSG. The first sub layer 255 may include at least a portion of the tunnel dielectric layer, and the second sub layer 257 may include at least a portion of the blocking dielectric layer. One of the first and second sub layers 255 and 257 may include the charge storage layer. In example embodiments, the first sub layer 255 may include the tunnel dielectric layer, the charge storage layer, and a barrier dielectric layer in the blocking dielectric layer, and the second sub layer 257 may be a high dielectric layer in the blocking dielectric layer. It may include. However, the present invention is not limited thereto. The first and second sub layers 255 and 257 may be configured in other combinations.

상기 수직형 활성 패턴(230)은 제1 수직형 반도체 패턴(227) 및 제2 수직형 반도체 패턴(228)을 포함할 수 있다. 상기 제1 수직형 반도체 패턴(227)은 상기 제2 수직형 반도체 패턴(228) 및 상기 제1 서브막(255) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 수직형 반도체 패턴(227)은 상기 제1 서브막(255)의 연장부에 의하여 상기 기판(100)과 접촉되지 않을 수 있다. 상기 제2 수직형 반도체 패턴(228)은 상기 제1 수직형 반도체 패턴(227) 및 상기 기판(100)과 접촉될 수 있다. 충전 유전 패턴(125)이 상기 제2 수직형 반도체 패턴(228)으로 둘러싸인 내부 공간을 채울 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(230)은 상기 제1 및 제2 수직형 반도체 패턴들(227, 228) 및 상기 충전 유전 패턴(125) 상에 배치된 캐핑 반도체 패턴(127)을 더 포함할 수 있다.The vertical active pattern 230 may include a first vertical semiconductor pattern 227 and a second vertical semiconductor pattern 228. The first vertical semiconductor pattern 227 may be interposed between the second vertical semiconductor pattern 228 and the first sub layer 255. The first vertical semiconductor pattern 227 may not be in contact with the substrate 100 by an extension of the first sub layer 255. The second vertical semiconductor pattern 228 may be in contact with the first vertical semiconductor pattern 227 and the substrate 100. The charge dielectric pattern 125 may fill an inner space surrounded by the second vertical semiconductor pattern 228. The vertical active pattern 230 may further include the first and second vertical semiconductor patterns 227 and 228 and a capping semiconductor pattern 127 disposed on the charging dielectric pattern 125.

한편, 도 1a, 1b 및 도 1c를 참조하여 설명한 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b)의 제2 측벽(173b)은 상기 제1 부분(168a)의 제2 측벽(172b)가 함께 하나의 평평한 측벽을 이룰 수 있다. 이와는 다르게, 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분의 제2 측벽은 다른 형태일 수도 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.Meanwhile, the second sidewall 173b of the second portion 168b of the stack-structure 170 described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C may have the second sidewall 172b of the first portion 168a together. One flat side wall can be achieved. Alternatively, the second sidewall of the second portion of the stack-structure 170 may be of other shapes. This will be described with reference to the drawings.

도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 게이트 적층-구조체의 일부를 확대한 평면도이다.FIG. 3A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an enlarged plan view of a part of the gate stack-structure of FIG. 3A.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 스트래핑 콘택 플러그(180)의 양 측에 인접한 한 쌍의 적층-구조체들(170)은 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)를 기준으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다. 도 3b에 개시된 바와 같이, 상기 적층-구조체(170)는 제1 부분(168a) 및 제2 부분(168b')을 포함할 수 있다. 상기 제2 부분(168b')의 제1 측벽(173a)은 상기 제1 부분(168a)의 제1 측벽(172a)을 기준으로 옆으로 오목할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 부분(168b')의 제2 측벽(173b')은 상기 제1 부분(168a)의 제2 측벽(172b)을 기준으로 옆으로 오목한 형태일 수 있다. 즉, 상기 제2 부분(168b')의 제1 측벽(173a) 및 제2 측벽(173b')은 서로를 향하여 오목한 형태들일 수 있다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 적층-구조체들(170)의 제2 부분들(168b')의 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)에 인접한 측벽들은 모두 오목한 형태일 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 실시에에서도, 상기 적층-구조체들(170)은 상기 제2 방향으로 동일한 피치(P)로 배열될 수 있다. 결과적으로, 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)가 접촉되는 공통 소오스 영역(150)의 랜딩부(148b')의 폭은 제한된 면적 내에서 더욱 증가될 수 있다. 본 실시예에서도, 상기 랜딩부(148b')의 최대폭(S2') 및 상기 적층-구조체(170)의 제2 부분(168b')의 최소폭(W2')의 합은 공통 소오스 영역(150)의 비랜딩부(148a)의 폭(S1) 및 적층-구조체(170)의 제1 부분(168a)의 폭(W1)의 합과 동일할 수 있다.3A and 3B, the pair of stacked-structures 170 adjacent to both sides of the strapping contact plug 180 may have a symmetrical structure with respect to the strapping contact plug 180. As disclosed in FIG. 3B, the stack-structure 170 may include a first portion 168a and a second portion 168b '. The first sidewall 173a of the second portion 168b 'may be laterally recessed based on the first sidewall 172a of the first portion 168a. Similarly, the second sidewall 173b 'of the second portion 168b' may be concave laterally based on the second sidewall 172b of the first portion 168a. That is, the first sidewall 173a and the second sidewall 173b 'of the second portion 168b' may be concave toward each other. Accordingly, the sidewalls adjacent to the strapping contact plug 180 of the second portions 168b 'of the pair of stack-structures 170 may be concave. As shown in FIG. 3A, even in the present embodiment, the stack-structures 170 may be arranged at the same pitch P in the second direction. As a result, the width of the landing portion 148b 'of the common source region 150 to which the strapping contact plug 180 is in contact may be further increased within a limited area. Also in this embodiment, the sum of the maximum width S2 'of the landing portion 148b' and the minimum width W2 'of the second portion 168b' of the stack-structure 170 is the common source region 150. May be equal to the sum of the width S1 of the non-landing portion 148a and the width W1 of the first portion 168a of the stack-structure 170.

도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 수직형 활성 패턴(230) 및 다층 유전막(260)은 도 3a 및 도 3b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자에도 적용될 수 있다.The vertical active pattern 230 and the multilayer dielectric film 260 described with reference to FIGS. 2A and 2B may also be applied to the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 3A and 3B.

상술한 실시예들에 따르면, 상기 각 공통 소오스 영역(150) 상에 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)가 배치될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 공통 소오스 영역들(150) 중에서 일부(some) 상에는 스트래핑 콘택 플러그가 형성되지 않을 수 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.According to the embodiments described above, the strapping contact plug 180 may be disposed on each common source region 150. Alternatively, a strapping contact plug may not be formed on some of the common source regions 150. This will be described with reference to the drawings.

도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 III-III' 및 IV-IV'을 따라 취해진 단면도이다.4A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along III-III 'and IV-IV' of FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 스트래핑 콘택 플러그들(180)은 상기 공통 소오스 영역들(150) 중에서 선택된 공통 소오스 영역들 상에 접촉될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역들(150) 중에서 비선택된 공통 소오스 영역들 상에는 상기 스트래핑 콘택 플러그가 접촉되지 않을 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180)은 상기 제2 방향으로 배열될 수 있으며, 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180) 사이에 상기 비선택된 공통 소오스 영역이 배치될 수 있다. 상기 스트래핑 콘택 플러그들(180)은 스트래핑 라인(190b)과 전기적으로 접속된다. 본 실시예에 따르면, 상기 스트래핑 라인(190b) 아래의 스트래핑 콘택 플러그들(180)의 개수는 상기 스트래핑 라인(190b) 아래의 공통 소오스 영역들(150)의 개수 보다 작을 수 있다.4A and 4B, the strapping contact plugs 180 may contact the common source regions selected from the common source regions 150. The strapping contact plug may not be in contact with the non-selected common source regions among the common source regions 150. The strapping contact plugs 180 may be arranged in the second direction, and the non-selected common source region may be disposed between the strapping contact plugs 180. The strapping contact plugs 180 are electrically connected to the strapping line 190b. According to the present embodiment, the number of strapping contact plugs 180 under the strapping line 190b may be smaller than the number of common source regions 150 under the strapping line 190b.

상기 스트래핑 콘택 플러그와 접촉된 공통 소오스 영역(150)은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 비랜딩부(148a) 및 랜딩부(148b')를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 랜딩부(148b') 양 측에 인접한 한 쌍의 적층-구조체들(170)의 제2 부분들의 서로 마주보는(facing) 측벽들은 모두 옆으로 오목한 형태일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 스트래핑 콘택 플러그와 접촉된 공통 소오스 영역(150)은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 비랜딩부(148a) 및 랜딩부(148b)를 포함할 수도 있다. 이 경우에, 상기 랜딩부(148bb) 양 측에 인접한 한 쌍의 적층-구조체들(170)의 제2 부분들의 서로 마주보는(facing) 측벽들 중에서 어느 하나가 옆으로 오목한 형태일 수 있다. 상기 비선택된 공통 소오스 영역은 랜딩부를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 상기 비선택된 공통 소오스 영역은 실질적으로 균일한 폭을 가질 수 있으며, 상기 비선택된 공통 소오스 영역의 폭은 상기 선택된 공통 소오스 영역의 비랜딩부(148a)의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 적층-구조체들(170)은 전체적으로 균일한 폭을 갖는 적층-구조체를 포함할 수도 있다.The common source region 150 in contact with the strapping contact plug may include a non-landing portion 148a and a landing portion 148b 'described with reference to FIGS. 3A and 3B. In this case, the facing sidewalls of the second portions of the pair of stack-structures 170 adjacent to both sides of the landing portion 148b 'may all be concave laterally. Alternatively, the common source region 150 in contact with the strapping contact plug may include the non-landing portion 148a and the landing portion 148b described with reference to FIGS. 1A and 1B. In this case, any one of the sidewalls facing each other of the second portions of the pair of stack-structures 170 adjacent to both sides of the landing portion 148bb may be concave sideways. The non-selected common source region may not include a landing portion. That is, the non-selected common source region may have a substantially uniform width, and the width of the non-selected common source region may be substantially the same as the width of the non-landing unit 148a of the selected common source region. According to one embodiment, the stack-structures 170 may comprise a stack-structure having an overall uniform width.

도 4b에 개시된 바와 같이, 기판(100) 내에 상기 공통 소오스 영역들(150)과 동일한 타입의 도펀트로 도핑된 접속 도핑된 영역(200, connection doped region)이 배치될 수 있다. 도 4a에 개시된 바와 같이, 상기 접속 도핑된 영역(200)은 상기 제2 방향으로 연장되어 상기 선택된 공통 소오스 영역 및 상기 비선택된 공통 소오스 영역과 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 접속 도핑된 영역(200)은 스트래핑 라인(190ab) 아래에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 접속 도핑된 영역(200) 및 스트래핑 라인(190ab)은 중첩될 수 있다. 이로써, 상기 접속 도핑된 영역(200)은 상기 선택된 공통 소오스 영역의 랜딩부와 접속될 수 있다. 상기 비선택된 공통 소오스 영역은 상기 접속 도핑된 영역(200)을 경유하여 상기 선택된 공통 소오스 영역 상의 스트래핑 콘택 플러그(180)와 전기적으로 접속될 수 있다.As shown in FIG. 4B, a connection doped region 200 doped with the same type of dopant as the common source regions 150 may be disposed in the substrate 100. As illustrated in FIG. 4A, the connection doped region 200 may extend in the second direction to be connected to the selected common source region and the non-selected common source region. According to an embodiment, the connection doped region 200 may be disposed under the strapping line 190ab. In other words, the connection doped region 200 and the strapping line 190ab may overlap. As a result, the connection doped region 200 may be connected to the landing portion of the selected common source region. The unselected common source region may be electrically connected to the strapping contact plug 180 on the selected common source region via the connection doped region 200.

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법들을 도면들을 참조하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도들이다.5A through 5F are cross-sectional views taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to explain a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to example embodiments.

도 5a를 참조하면, 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 기판(100) 상에 버퍼 유전막(103)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 유전막(103) 상에 희생막들(105) 및 절연막들(110)을 교대로 그리고 반복적으로 적층시킬 수 있다. 상기 희생막들(105)은 상기 절연막(110)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 절연막들(110)은 산화막들로 형성할 수 있으며, 상기 희생막들(105)은 질화막들로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5A, a buffer dielectric layer 103 may be formed on a substrate 100 doped with a dopant of a first conductivity type. The sacrificial layers 105 and the insulating layers 110 may be alternately and repeatedly stacked on the buffer dielectric layer 103. The sacrificial layers 105 may be formed of a material having an etching selectivity with respect to the insulating layer 110. For example, the insulating layers 110 may be formed of oxide layers, and the sacrificial layers 105 may be formed of nitride layers.

상기 절연막들(110), 희생막들(105) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여 채널 홀들(115)을 형성한다. 상기 채널 홀들(115)은 상기 기판(100)을 노출시킬 수 있다. 상기 채널 홀들(115)을 갖는 기판(100) 상에 반도체막을 콘포말하게 형성하고, 상기 반도체막 상에 상기 채널 홀들(115)을 채우는 충전 유전막을 형성할 수 있다. 상기 충전 유전막(115)은 산화막, 질화막 및/또는 산화질화막 등으로 형성될 수 있다. 상기 충전 유전막 및 반도체막을 최상부의 상기 절연막이 노출될 때까지 평탄화시키어, 상기 각 채널 홀(115) 내에 수직형 반도체 패턴(120) 및 충전 유전 패턴(125)을 형성할 수 있다. 상기 수직형 반도체 패턴(120) 및 상기 충전 유전 패턴(125)를 리세스하여, 상기 수직형 반도체 패턴(120) 및 충전 유전 패턴(125)의 상단들이 상기 최상부의 절연막의 상부면 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 이어서, 상기 기판(100) 상에 캐핑 반도체막을 형성할 수 있다. 상기 캐핑 반도체막은 상기 수직형 반도체 패턴(120) 및 충전 유전 패턴(125) 위의 상기 채널 홀(115)을 채울 수 있다. 상기 캐핑 반도체막을 상기 최상부의 절연막이 노출될 때까지 평탄화시키어, 캐핑 반도체 패턴(127)을 형성할 수 있다. 상기 수직형 반도체 패턴(120) 및 캐핑 반도체 패턴(127)은 수직형 활성 패턴(130)을 구성할 수 있다. 적어도 상기 캐핑 반도체 패턴(127)의 일부 내에 제2 도전형의 도펀트를 제공하여 드레인 영역을 형성할 수 있다.The insulating layers 110, the sacrificial layers 105, and the buffer dielectric layer 103 are successively patterned to form channel holes 115. The channel holes 115 may expose the substrate 100. A semiconductor film may be conformally formed on the substrate 100 having the channel holes 115, and a charge dielectric layer may be formed on the semiconductor film to fill the channel holes 115. The charging dielectric layer 115 may be formed of an oxide layer, a nitride layer, and / or an oxynitride layer. The charge dielectric layer and the semiconductor layer may be planarized until the uppermost insulating layer is exposed to form a vertical semiconductor pattern 120 and a charge dielectric pattern 125 in each channel hole 115. The vertical semiconductor pattern 120 and the charge dielectric pattern 125 are recessed so that upper ends of the vertical semiconductor pattern 120 and the charge dielectric pattern 125 are lower than the upper surface of the upper insulating layer. Can be located. Subsequently, a capping semiconductor layer may be formed on the substrate 100. The capping semiconductor layer may fill the channel hole 115 on the vertical semiconductor pattern 120 and the charge dielectric pattern 125. The capping semiconductor layer may be planarized until the uppermost insulating layer is exposed to form the capping semiconductor pattern 127. The vertical semiconductor pattern 120 and the capping semiconductor pattern 127 may constitute a vertical active pattern 130. A drain region may be formed by providing a second conductive dopant in at least a portion of the capping semiconductor pattern 127.

도 5b를 참조하면, 상기 수직형 활성 패턴들(130) 및 최상부의 절연막 상에 캐핑 유전막을 형성할 수 있다. 상기 캐핑 유전막, 절연막들(110), 희생막들(105) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여, 차례로 적층된 버퍼 유전 패턴(103a), 예비 몰드 구조체(140) 및 캐핑 유전 패턴(135)을 형성할 수 있다. 이때, 기판(100) 상에 복수의 상기 예비 몰드 구조체들(140)이 형성될 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체들(140) 사이에 트렌치(145)가 형성된다. 상기 희생 패턴들(105a)은 상기 트렌치(145)에 의해 노출될 수 있다. 상기 각 예비 몰드 구조체(140)는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 희생 패턴들(105a) 및 절연 패턴들(110a)을 포함할 수 있다. 상기 각 예비 몰드 구조체(140)는 복수의 수직형 활성 패턴들(130)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5B, a capping dielectric layer may be formed on the vertical active patterns 130 and the uppermost insulating layer. The capping dielectric layer, the insulating layers 110, the sacrificial layers 105, and the buffer dielectric layer 103 are successively patterned to sequentially stack the buffer dielectric patterns 103a, the preliminary mold structure 140, and the capping dielectric patterns 135. ) Can be formed. In this case, the plurality of preliminary mold structures 140 may be formed on the substrate 100. A trench 145 is formed between the preliminary mold structures 140. The sacrificial patterns 105a may be exposed by the trench 145. Each preliminary mold structure 140 may include sacrificial patterns 105a and insulating patterns 110a that are alternately and repeatedly stacked. Each preliminary mold structure 140 may include a plurality of vertical active patterns 130.

도 1a의 적층-구조체(170)와 같이, 평면적 관점에서 상기 예비 몰드 구조체들(140)은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 평면적 관점에서 상기 예비 몰드 구조체들(140)은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 동일한 피치로 배열될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 각 예비 몰드 구조체(140)는 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체(140)의 제1 부분은 상기 제2 방향으로 제1 폭(W1)을 갖고, 상기 예비 몰드 구조체(140)의 제2 부분은 상기 제2 방향으로 상기 제1 폭(W1) 보다 작은 폭을 가질 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체(140)의 제2 부분은 제2 폭(W2)을 가질 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체(140)의 제2 부분의 상기 제2 폭(W2)은 상기 예비 몰드 구조체(140)의 제2 부분의 최소 폭일 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 예비 몰드 구조체(140)는 도 1a의 적층-구조체(170)의 평면적 형태와 실질적으로 동일한 형태를 가질 수 있다.Like the stack-structure 170 of FIG. 1A, the preliminary mold structures 140 may extend side by side in a first direction in a plan view. In the plan view, the preliminary mold structures 140 may be arranged at the same pitch in a second direction perpendicular to the first direction. According to one embodiment, each preliminary mold structure 140 may include a first portion and a second portion. The first portion of the preliminary mold structure 140 has a first width W1 in the second direction, and the second portion of the preliminary mold structure 140 has the first width W1 in the second direction. It can have a smaller width. The second portion of the preliminary mold structure 140 may have a second width W2. The second width W2 of the second portion of the preliminary mold structure 140 may be the minimum width of the second portion of the preliminary mold structure 140. In plan view, the preliminary mold structure 140 may have a shape substantially the same as the planar shape of the stack-structure 170 of FIG. 1A.

상기 트렌치(145) 아래의 기판(100) 내에 상기 제2 도전형의 도펀트를 제공하여 공통 소오스 영역들(150)을 형성할 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체들(140)의 형태로 인하여, 상기 공통 소오스 영역들(150)은 도 1a 및 1b를 참조하여 설명한 형태로 형성될 수 있다.Common source regions 150 may be formed by providing the second conductivity type dopant in the substrate 100 under the trench 145. Due to the shape of the preliminary mold structures 140, the common source regions 150 may be formed in the shape described with reference to FIGS. 1A and 1B.

도 5c를 참조하면, 상기 트렌치(145)에 노출된 희생 패턴들(105a)을 제거하여 빈 영역들(155)을 형성할 수 있다. 이로써, 몰드 구조체(140a)가 형성될 수 있다. 상기 몰드 구조체(140a)는 상기 적층된 절연 패턴들(110a) 및 상기 절연 패턴들(110a) 사이의 상기 빈 영역들(155)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 빈 영역들(155)은 상기 수직형 활성 패턴(130)의 측벽의 일부분들을 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 5C, empty regions 155 may be formed by removing sacrificial patterns 105a exposed in the trench 145. As a result, the mold structure 140a may be formed. The mold structure 140a may include the stacked insulating patterns 110a and the empty regions 155 between the insulating patterns 110a. In example embodiments, the empty regions 155 may expose portions of sidewalls of the vertical active pattern 130.

도 5d를 참조하면, 상기 빈 영역들(155)을 갖는 기판(100) 상에 다층 유전막(160)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 다층 유전막(160)은 상기 빈 영역들(155)의 내면들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5D, the multilayer dielectric layer 160 may be conformally formed on the substrate 100 having the empty regions 155. The multilayer dielectric layer 160 may be formed on the inner surfaces of the empty regions 155 to have a substantially uniform thickness.

상기 다층 유전막(160)을 갖는 기판(100) 상에 상기 빈 영역들(155)을 채우는 게이트 도전막(165)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 도전막(165)은 상기 트렌치(145)를 부분적으로 채울 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.A gate conductive layer 165 may be formed on the substrate 100 having the multilayer dielectric layer 160 to fill the empty regions 155. The gate conductive layer 165 may partially fill the trench 145. However, the present invention is not limited thereto.

도 5e를 참조하면, 상기 빈 영역들(155) 외부의 상기 게이트 도전막(165)을 제거하여 상기 빈 영역들(155)을 각각 채우는 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG)을 형성할 수 있다. 상기 빈 영역들(155) 외부의 상기 게이트 도전막(165)을 제거함으로써, 상기 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG)이 서로 분리될 수 있다. 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들(GSG, CG, SSG) 및 절연 패턴들(110a)은 적층-구조체(170)에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 5E, gate patterns GSG, CG, and SSG filling the empty regions 155 may be formed by removing the gate conductive layer 165 outside the empty regions 155. . By removing the gate conductive layer 165 outside the empty regions 155, the gate patterns GSG, CG, and SSG may be separated from each other. Alternately and repeatedly stacked gate patterns GSG, CG, SSG and insulating patterns 110a may be included in stack-structure 170.

일 실시예에 따르면, 상기 빈 영역들(155) 외부의 상기 다층 유전막(160)을 제거할 수 있다. 이와는 달리, 상기 빈 영역들(155) 외부의 상기 다층 유전막(160)의 적어도 일부는 잔존될 수도 있다.In example embodiments, the multilayer dielectric layer 160 outside the empty regions 155 may be removed. Alternatively, at least a portion of the multilayer dielectric layer 160 outside the empty regions 155 may remain.

이어서, 트렌치(145)를 채우는 소자분리막을 기판(100) 상에 형성하고, 상기 소자분리막을 평탄화시키어, 상기 트렌치(145)를 채우는 소자분리 패턴(177)을 형성할 수 있다.Subsequently, a device isolation layer filling the trench 145 may be formed on the substrate 100, and the device isolation layer may be planarized to form a device isolation pattern 177 filling the trench 145.

도 5f를 참조하면, 상기 소자분리 패턴(177)을 관통하여 상기 공통 소오스 영역들(150)에 각각 접촉되는 스트래핑 콘택 플러그들(180)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5F, strapping contact plugs 180 may be formed to penetrate the device isolation pattern 177 and contact the common source regions 150, respectively.

이어서, 상기 기판(100) 전면 상에 층간 유전막(183)을 형성할 수 있다. 상기 층간 유전막(183) 및 캐핑 유전 패턴(135)을 연속적으로 관통하여 상기 수직형 활성 패턴(130)의 상단에 접촉된 제1 도전 플러그(185a)가 형성될 수 있다. 이때, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하여 설명한 더미 수직형 활성 패턴으로 사용되는 수직형 활성 패턴 상에는 상기 제1 도전 플러그(185a)가 형성되지 않을 수 있다. 상기 층간 유전막(183)을 관통하여 상기 스트래핑 콘택 플러그(180)와 접촉된 제2 도전 플러그(185b)가 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 도전 플러그들(185a, 185b)은 동시에 형성될 수 있다.Subsequently, an interlayer dielectric layer 183 may be formed on the entire surface of the substrate 100. A first conductive plug 185a may be formed to continuously penetrate through the interlayer dielectric layer 183 and the capping dielectric pattern 135 to be in contact with the top of the vertical active pattern 130. In this case, the first conductive plug 185a may not be formed on the vertical active pattern used as the dummy vertical active pattern described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C. A second conductive plug 185b may be formed through the interlayer dielectric layer 183 and in contact with the strapping contact plug 180. The first and second conductive plugs 185a and 185b may be formed at the same time.

상기 층간 유전막(183) 상에 도 1a 및 도 1c의 비트 라인들(190a) 및 스트래핑 라인(190b)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하여 설명한 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Bit lines 190a and strapping lines 190b of FIGS. 1A and 1C may be formed on the interlayer dielectric layer 183. As a result, the three-dimensional semiconductor memory device described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C may be implemented.

다음으로, 도 2a 및 도 2b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 특징적인 부분들을 중심으로 설명한다.Next, a method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in Figs. 2A and 2B will be described centering on the characteristic parts.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 1a의 I-I' 및 II-II'을 따라 취해진 단면도들이다.6A and 6B are cross-sectional views taken along lines II ′ and II-II ′ of FIG. 1A to explain a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to another exemplary embodiment.

도 6a를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼 유전막(103)을 형성할 수 있으며, 상기 버퍼 유전막(103) 상에 희생막들(105) 및 절연막들(110)을 교대로 그리고 반복적으로 적층시킬 수 있다. 상기 절연막들(110), 희생막들(105) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여 채널 홀들(115)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6A, a buffer dielectric layer 103 may be formed on the substrate 100, and the sacrificial layers 105 and the insulating layers 110 are alternately and repeatedly stacked on the buffer dielectric layer 103. You can. The channel holes 115 may be formed by successively patterning the insulating layers 110, the sacrificial layers 105, and the buffer dielectric layer 103.

상기 채널 홀들(115)을 갖는 기판(100) 상에 제1 서브막(255)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 제1 서브막(255) 상에 제1 반도체막을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 채널 홀(115) 아래의 기판(100)이 노출될 때까지 상기 제1 반도체막 및 제1 서브막(255)을 연속적으로 이방성 식각할 수 있다. 이에 따라, 상기 채널 홀(115)의 측벽 상에 제1 수직형 반도체 패턴(227)이 형성될 수 있다. 상기 제1 서브막(255)은 상기 채널 홀(115)의 측벽 및 상기 제1 수직형 반도체 패턴(227) 사이에 개재될 수 있다. 상기 채널 홀(115)의 바닥면 상 및 최상부의 절연막 상의 제1 서브막(255)은 상기 이방성 식각에 의하여 제거될 수 있다.The first sub layer 255 may be conformally formed on the substrate 100 having the channel holes 115. The first semiconductor layer may be conformally formed on the first sub layer 255. The first semiconductor layer and the first sub layer 255 may be continuously anisotropically etched until the substrate 100 under the channel hole 115 is exposed. Accordingly, a first vertical semiconductor pattern 227 may be formed on the sidewall of the channel hole 115. The first sub layer 255 may be interposed between the sidewall of the channel hole 115 and the first vertical semiconductor pattern 227. The first sub layer 255 on the bottom surface of the channel hole 115 and the upper insulating layer may be removed by the anisotropic etching.

도 6b를 참조하면, 이어서, 상기 기판(100) 전면 상에 제2 반도체막을 콘포말하게 형성하고, 상기 제2 반도체막 상에 상기 채널 홀(115)을 채우는 충전 유전막을 형성할 수 있다. 상기 충전 유전막 및 제1 반도체막을 상기 최상부의 절연막이 노출될 때까지 평탄화시킬 수 있다. 이로써, 상기 채널 홀(115) 내에 제2 수직형 반도체 패턴(228) 및 충전 유전 패턴(125)이 형성될 수 있다. 상기 제2 수직형 반도체 패턴(228)은 상기 제1 수직형 반도체 패턴(227) 및 상기 채널 홀(115) 아래의 기판(100)과 접촉할 수 있다. 상기 제1 및 제2 수직형 반도체 패턴들(227, 228)과 충전 유전 패턴(125)의 상단들을 리세스하고, 캐핑 반도체 패턴(127)을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 수직형 활성 패턴들(227, 228)과 상기 캐핑 반도체 패턴(127)은 수직형 활성 패턴(230)에 포함될 수 있다. 적어도 상기 캐핑 반도체 패턴(127)의 일부분 내에 드레인 영역을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6B, a second semiconductor layer may be conformally formed on the entire surface of the substrate 100, and a filling dielectric layer may be formed on the second semiconductor layer to fill the channel hole 115. The charge dielectric layer and the first semiconductor layer may be planarized until the uppermost insulating layer is exposed. As a result, a second vertical semiconductor pattern 228 and a charging dielectric pattern 125 may be formed in the channel hole 115. The second vertical semiconductor pattern 228 may contact the substrate 100 under the first vertical semiconductor pattern 227 and the channel hole 115. Upper ends of the first and second vertical semiconductor patterns 227 and 228 and the charging dielectric pattern 125 may be recessed to form a capping semiconductor pattern 127. The first and second vertical active patterns 227 and 228 and the capping semiconductor pattern 127 may be included in the vertical active pattern 230. A drain region may be formed in at least a portion of the capping semiconductor pattern 127.

이어서, 상기 기판(100) 전면 상에 캐핑 유전막을 형성할 수 있다. 상기 캐핑 유전막, 절연막들(110), 희생막들(105) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여 트렌치(145)와, 차례로 적층된 버퍼 유전 패턴(103a), 예비 몰드 구조체 및 캐핑 유전 패턴(135)을 형성할 수 있다. 상기 예비 몰드 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 희생 패턴들 및 절연 패턴(110a)을 포함할 수 있다. 상기 희생 패턴들을 제거하여 빈 영역들(155)을 형성할 수 있다. 상기 빈 영역들(155)은 상기 수직형 활성 패턴(230)의 측벽 상의 제1 서브막(255)을 노출시킬 수 있다.Subsequently, a capping dielectric layer may be formed on the entire surface of the substrate 100. The capping dielectric layer, the insulating layers 110, the sacrificial layers 105, and the buffer dielectric layer 103 are successively patterned to form a trench 145, a buffer dielectric pattern 103a, a preliminary mold structure, and a capping dielectric pattern, which are sequentially stacked. 135 can be formed. The preliminary mold structure may include sacrificial patterns and insulating patterns 110a that are alternately and repeatedly stacked. The sacrificial patterns may be removed to form empty regions 155. The empty regions 155 may expose the first sub layer 255 on the sidewall of the vertical active pattern 230.

상기 빈 영역들(155)을 갖는 기판(100) 상에 제2 서브막(257)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 제2 서브막(257)은 상기 빈 영역들(155)의 내면들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 서브막들(255, 257)은 다층 유전막(260)에 포함될 수 있다. 이 후의 후속 공정들은 도 5d 내지 도 5f를 참조하여 설명한 방법들과 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 도 2a 및 도 2b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.The second sub layer 257 may be conformally formed on the substrate 100 having the empty regions 155. The second sub-film 257 may be formed on the inner surfaces of the empty regions 155 to have a substantially uniform thickness. The first and second sub layers 255 and 257 may be included in the multilayer dielectric layer 260. Subsequent subsequent processes may be performed in the same manner as described with reference to FIGS. 5D to 5F. Thus, the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 2A and 2B can be implemented.

한편, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명한 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법에서, 도 5b의 예비 몰드 구조체(140)의 평면적 형태를 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 적층-구조체들(170)의 평면적 형태로 형성할 수 있다. 이로써, 도 3a 및 도 3b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Meanwhile, in the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device described with reference to FIGS. 5A to 5F, the planar shape of the preliminary mold structure 140 of FIG. 5B is described with reference to FIGS. 3A and 3B. It can be formed in the planar form of. Thus, the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 3A and 3B can be implemented.

도 4a 및 도 4b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 특징적인 부분을 중심으로 설명한다. 도 4a 및 도 4b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법도 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명한 제조 방법과 유사하다. 다만, 도 7에 개시된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b의 접속 도핑된 영역(200)은 희생막들(105) 및 절연막들(110)을 형성하기 전에 형성될 수 있다. 상기 접속 도핑된 영역(200)은 상기 접속 도핑된 영역(200)을 정의하는 마스크 패턴을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 버퍼 유전막(103)은 상기 접속 도핑된 영역(200)의 형성을 위한 이온 주입 버퍼막으로 사용될 수 있다. 이와는 달리, 상기 접속 도핑된 영역(200)을 형성한 후에, 상기 버퍼 유전막(103)을 형성할 수 있다. 또한, 도 5b의 예비 몰드 구조체(140)의 평면적 형태를 도 4a 및 도 4b의 적층-구조체들(170)의 평면적 형태로 형성할 수 있다. 이외의 제조 공정들은 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 설명한 방법들과 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 도 4a 및 도 4b에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.The manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in Figs. 4A and 4B will be described centering on the characteristic parts. The manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 4A and 4B is also similar to the manufacturing method described with reference to FIGS. 5A to 5F. However, as shown in FIG. 7, the connection doped region 200 of FIGS. 4A and 4B may be formed before forming the sacrificial layers 105 and the insulating layers 110. The connection doped region 200 may be formed using a mask pattern defining the connection doped region 200. The buffer dielectric layer 103 may be used as an ion implantation buffer layer for forming the connection doped region 200. Alternatively, the buffer dielectric layer 103 may be formed after the connection doped region 200 is formed. In addition, the planar shape of the preliminary mold structure 140 of FIG. 5B may be formed into the planar shape of the stack-structures 170 of FIGS. 4A and 4B. Other manufacturing processes may be performed in the same manner as described with reference to FIGS. 5A to 5F. Thus, the three-dimensional semiconductor memory device shown in FIGS. 4A and 4B can be implemented.

상술된 실시예들에서 개시된 3차원 반도체 기억 소자들은 다양한 형태들의 반도체 패키지(semiconductor package)로 구현될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 기억 소자들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등의 방식으로 패키징될 수 있다.The 3D semiconductor memory devices disclosed in the above-described embodiments may be implemented in various types of semiconductor package. For example, three-dimensional semiconductor memory devices according to embodiments of the present invention may be packaged on packages (PoP), ball grid arrays (BGAs), chip scale packages (CSPs), plastic leaded chip carriers (PLCC), plastic dual in Line Package (PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board (COB), Ceramic Dual In-Line Package (CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack (MQFP), Thin Quad Flatpack (TQFP), Small Outline (SOIC), Shrink Small Outline Package (SSOP), Thin Small Outline (TSOP), Thin Quad Flatpack (TQFP), System In Package (SIP), Multi Chip Package (MCP), Wafer-level Fabricated Package (WFP) The package may be packaged in a Wafer-Level Processed Stack Package (WSP).

본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 기억 소자가 실장된 패키지는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 다른 반도체 소자(ex, 컨트롤러, 기억 소자, 및/또는 하이브리드 소자 등)등을 더 포함할 수도 있다.The package in which the 3D semiconductor memory device is mounted according to embodiments of the present invention may further include at least one other semiconductor device (eg, a controller, a memory device, and / or a hybrid device, etc.) that performs other functions. have.

도 8은 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 간략히 도시한 블록도 이다.8 is a block diagram schematically illustrating an example of an electronic system including a 3D semiconductor memory device based on the technical spirit of the present invention.

도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 시스템(1100)은 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120, I/O), 기억 장치(1130, memory device), 인터페이스(1140) 및 버스(1150, bus)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(1110), 입출력 장치(1120), 기억 장치(1130) 및/또는 인터페이스(1140)는 상기 버스(1150)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 상기 버스(1150)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.Referring to FIG. 8, an electronic system 1100 according to an embodiment may include a controller 1110, an input / output device 1120, an I / O, a memory device 1130, an interface 1140, and a bus 1150. bus). The controller 1110, the input / output device 1120, the memory device 1130, and / or the interface 1140 may be coupled to each other through the bus 1150. The bus 1150 corresponds to a path through which data is moved.

상기 컨트롤러(1110)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로 컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(1120)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(1130)는 데이터 및/또는 명령어 등을 저장할 수 있다. 상기 기억 장치(1130)는 상술된 실시예들에 개시된 3차원 반도체 기억 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기억 장치(1130)는 다른 형태의 반도체 기억 소자(ex, 자기 기억 소자, 상변화 기억 소자, 디램 소자 및/또는 에스램 소자 등)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터페이스(1140)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인터페이스(1140)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(1140)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전자 시스템(1100)은 상기 컨트롤러(1110)의 동작을 향상시키기 위한 동작 기억 소자로서, 고속의 디램 소자 및/또는 에스램 소자 등을 더 포함할 수도 있다The controller 1110 may include at least one of a microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic elements capable of performing functions similar thereto. The input / output device 1120 may include a keypad, a keyboard, a display device, and the like. The storage device 1130 may store data and / or instructions and the like. The memory device 1130 may include at least one of the three-dimensional semiconductor memory devices disclosed in the above-described embodiments. In addition, the memory device 1130 may further include other types of semiconductor memory devices (eg, magnetic memory devices, phase change memory devices, DRAM devices, and / or SRAM devices). The interface 1140 may perform a function of transmitting data to or receiving data from a communication network. The interface 1140 may be in wired or wireless form. For example, the interface 1140 may include an antenna or a wired / wireless transceiver. Although not shown, the electronic system 1100 may further include a high speed DRAM device and / or an SRAM device as an operation memory device for improving the operation of the controller 1110.

상기 전자 시스템(1100)은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant) 포터블 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.The electronic system 1100 may be a personal digital assistant (PDA) portable computer, a web tablet, a wireless phone, a mobile phone, a digital music player a digital music player, a memory card, or any electronic device capable of transmitting and / or receiving information in a wireless environment.

도 9는 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 메모리 카드의 일 예를 간략히 도시한 블록도 이다.9 is a block diagram schematically illustrating an example of a memory card including a 3D semiconductor memory device based on the inventive concept.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 카드(1200)는 기억 장치(1210)를 포함한다. 상기 기억 장치(1210)는 상술된 실시예들에 개시된 3차원 반도체 기억 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기억 장치(1210)는 다른 형태의 반도체 기억 소자(ex, 자기 기억 소자, 상변화 기억 소자, 디램 소자 및/또는 에스램 소자 등)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와 상기 기억 장치(1210) 간의 데이터 교환을 제어하는 메모리 컨트롤러(1220)를 포함할 수 있다.9, a memory card 1200 according to an embodiment of the present invention includes a memory device 1210. The memory device 1210 may include at least one of the three-dimensional semiconductor memory devices disclosed in the above-described embodiments. The memory device 1210 may further include other types of semiconductor memory devices (eg, magnetic memory devices, phase change memory devices, DRAM devices, and / or SRAM devices). The memory card 1200 may include a memory controller 1220 that controls the exchange of data between the host and the storage device 1210.

상기 메모리 컨트롤러(1220)는 메모리 카드의 전반적인 동작을 제어하는 프로세싱 유닛(1222)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 메모리 컨트롤러(1220)는 상기 프로세싱 유닛(1222)의 동작 메모리로써 사용되는 에스램(1221, SRAM)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 메모리 컨트롤러(1220)는 호스트 인터페이스(1223), 메모리 인터페이스(1225)를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트 인터페이스(1223)는 메모리 카드(1200)와 호스트(Host)간의 데이터 교환 프로토콜을 구비할 수 있다. 상기 메모리 인터페이스(1225)는 상기 메모리 컨트롤러(1220)와 상기 기억 장치(1210)를 접촉시킬 수 있다. 더 나아가서, 상기 메모리 컨트롤러(1220)는 에러 정정 블록(1224, Ecc)를 더 포함할 수 있다. 상기 에러 정정 블록(1224)은 상기 기억 장치(1210)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출 및 정정할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 롬 장치(ROM device)를 더 포함할 수도 있다. 상기 메모리 카드(1200)는 휴대용 데이터 저장 카드로 사용될 수 있다. 이와는 달리, 상기 메모리 카드(1200)는 컴퓨터시스템의 하드디스크를 대체할 수 있는 고상 디스크(SSD, Solid State Disk)로도 구현될 수 있다.The memory controller 1220 may include a processing unit 1222 for controlling the overall operation of the memory card. In addition, the memory controller 1220 may include an SRAM 1221, which is used as an operation memory of the processing unit 1222. In addition, the memory controller 1220 may further include a host interface 1223 and a memory interface 1225. The host interface 1223 may include a data exchange protocol between the memory card 1200 and a host. The memory interface 1225 may contact the memory controller 1220 and the memory device 1210. Further, the memory controller 1220 may further include an error correction block 1224 (Ecc). The error correction block 1224 can detect and correct errors in data read from the storage device 1210. [ Although not shown, the memory card 1200 may further include a ROM device for storing code data for interfacing with a host. The memory card 1200 may be used as a portable data storage card. Alternatively, the memory card 1200 may be implemented as a solid state disk (SSD) capable of replacing a hard disk of a computer system.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

Claims (10)

기판 상에 배치되고 제1 방향으로 연장된 적층-구조체, 상기 적층-구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하고, 상기 적층-구조체는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 적층-구조체의 제2 부분은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 상기 제1 부분 보다 작은 폭을 갖고;
상기 적층-구조체를 관통하는 복수의 수직형 활성 패턴들;
상기 각 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 게이트 패턴 사이에 개재된 다층 유전막;
상기 적층-구조체 일 측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역; 및
상기 공통 소오스 영역 상에 배치된 스트래핑 콘택 플러그를 포함하되, 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 적층-구조체의 제2 부분 옆에 위치한 3차원 반도체 기억 소자.
A stack-structure disposed on a substrate and extending in a first direction, the stack-structure including gate patterns and insulating patterns alternately and repeatedly stacked, the stack-structure comprising a first portion and a second portion; A second portion of the stack-structure having a width smaller than the first portion in a second direction perpendicular to the first direction;
A plurality of vertical active patterns penetrating the stack-structure;
A multilayer dielectric film interposed between sidewalls of each vertical active pattern and each gate pattern;
A common source region formed in the substrate on one side of the stack-structure; And
And a strapping contact plug disposed on the common source region, wherein the strapping contact plug is located next to the second portion of the stack-structure.
청구항 1항에 있어서,
상기 적층-구조체의 제1 부분은, 서로 대향되고 상기 제1 방향으로 나란히 연장된 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고,
상기 적층-구조체의 제2 부분은 서로 대향된 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고,
상기 적층-구조체의 제2 부분의 상기 제1 측벽은 상기 제1 부분의 상기 제1 측벽을 기준으로 옆으로 오목하고,
상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 제2 부분의 상기 제1 측벽 옆에 위치한 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
The first portion of the stack-structure has a first sidewall and a second sidewall facing each other and extending side by side in the first direction,
The second portion of the stack-structure has a first sidewall and a second sidewall opposite to each other,
The first sidewall of the second portion of the stack-structure is laterally concave relative to the first sidewall of the first portion,
And the strapping contact plug is located next to the first sidewall of the second portion.
청구항 2항에 있어서,
상기 제1 부분의 상기 제2 측벽 및 상기 제2 부분의 상기 제2 측벽은 상기 제1 방향으로 연장된 하나의 평평한 측벽(a flat sidewall)을 이루는 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 2,
And the second sidewall of the first portion and the second sidewall of the second portion form a flat sidewall extending in the first direction.
청구항 2항에 있어서,
상기 제2 부분의 상기 제2 측벽은 상기 제1 부분의 상기 제2 측벽을 기준으로 옆으로 오목한 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 2,
And the second sidewall of the second portion is recessed laterally relative to the second sidewall of the first portion.
청구항 1항에 있어서,
상기 공통 소오스 영역은 상기 제1 방향으로 연장되고,
상기 공통 소오스 영역은 상기 적층-구조체의 상기 제1 부분 옆에 위치한 비랜딩부(non-landing portion) 및 상기 적층-구조체의 상기 제2 부분 옆에 위치한 랜딩부(landing portion)를 포함하고, 상기 랜딩부의 상기 제2 방향의 폭은 상기 비랜딩부의 상기 제2 방향의 폭에 비하여 큰 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
The common source region extends in the first direction,
The common source region includes a non-landing portion located next to the first portion of the stack-structure and a landing portion located next to the second portion of the stack-structure, And a width in the second direction of the landing portion is greater than a width in the second direction of the non-landing portions.
청구항 1항에 있어서,
상기 공통 소오스 영역 상에 배치된 소자분리 패턴을 더 포함하되,
상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 소자분리 패턴을 관통하여 상기 공통 소오스 영역과 전기적으로 접속된 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
Further comprising a device isolation pattern disposed on the common source region,
And the strapping contact plug is electrically connected to the common source region through the device isolation pattern.
청구항 1항에 있어서,
상기 다층 유전막의 적어도 일부는 옆으로 연장되어 상기 각 게이트 패턴의 상부면 및 하부면을 덮는 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
At least a portion of the multilayer dielectric film extends laterally to cover the top and bottom surfaces of each gate pattern.
기판 상에 배치되고 제1 방향으로 나란히 연장된 복수의 적층-구조체들, 상기 각 적층-구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 게이트 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하고, 상기 복수의 적층-구조체들은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 동일한 피치(pitch)로 배열되고;
상기 각 적층-구조체를 관통하는 복수의 수직형 활성 패턴들;
상기 각 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 게이트 패턴 사이에 개재된 다층 유전막;
상기 적층-구조체들 사이의 상기 기판 내에 형성되고, 상기 제1 방향으로 나란히 연장된 복수의 공통 소오스 영역들; 및
상기 공통 소오스 영역들 중에서 어느 하나에 전기적으로 접속된 스트래핑 콘택 플러그를 포함하되,
상기 스트래핑 콘택 플러그 양측에 인접한 한 쌍의 상기 적층-구조체들 중에서 적어도 하나는 제1 부분, 및 상기 제1 부분 보다 상기 제2 방향의 폭이 작은 제2 부분을 포함하고, 상기 스트래핑 콘택 플러그는 상기 제2 부분 옆에 위치한 3차원 반도체 기억 소자.
A plurality of stack-structures disposed on a substrate and extending side by side in a first direction, each stack-structure including gate patterns and insulating patterns stacked alternately and repeatedly; Arranged at the same pitch in a second direction perpendicular to the first direction;
A plurality of vertical active patterns penetrating the respective stacked-structures;
A multilayer dielectric film interposed between sidewalls of each vertical active pattern and each gate pattern;
A plurality of common source regions formed in the substrate between the stack-structures and extending side by side in the first direction; And
A strapping contact plug electrically connected to any one of the common source regions,
At least one of a pair of the stack-structures adjacent to both sides of the strapping contact plug includes a first portion and a second portion having a width smaller in the second direction than the first portion, wherein the strapping contact plug includes A three-dimensional semiconductor memory element located next to the second portion.
청구항 8항에 있어서,
상기 스트래핑 콘택 플러그와 전기적으로 접속된 공통 소오스 영역은 비랜딩부 및 랜딩부를 포함하고,
상기 랜딩부는 상기 제2 방향으로 상기 비랜딩부 보다 큰 폭을 갖고,
상기 랜딩부 및 상기 적층-구조체의 상기 제2 부분은 상기 제2 방향으로 배열된 3차원 반도체 기억 소자.
The method of claim 8,
The common source region electrically connected to the strapping contact plug includes a non-landing portion and a landing portion,
The landing part has a width greater than the non-landing part in the second direction,
And the second portion of the landing portion and the stack-structure is arranged in the second direction.
청구항 8항에 있어서,
상기 스트래핑 콘택 플러그는 복수로 제공되고, 상기 복수의 스트래핑 콘택 플러그들은 상기 공통 소오스 영역들에 각각 접속되고,
상기 적층-구조체들의 각각은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 포함하고,
상기 스트래핑 콘택 플러그들 및 상기 적층-구조체들의 상기 제2 부분들은 상기 제2 방향을 따라 교대로 그리고 반복적으로 배열된 3차원 반도체 기억 소자.
The method of claim 8,
The strapping contact plug is provided in plural, the plurality of strapping contact plugs are respectively connected to the common source regions,
Each of the stack-structures comprises the first portion and the second portion,
And the second portions of the strapping contact plugs and the stack-structures are alternately and repeatedly arranged along the second direction.
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