KR20120110452A - Three dimensional semiconductor memory devices and methods of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
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 기술의 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 element can be greatly influenced by the level of the fine pattern formation technology. 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 신뢰성을 향상시킬 수 있는 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a three-dimensional semiconductor memory device capable of improving reliability and a method of manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device optimized for high integration and a method of manufacturing the same.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 3차원 반도체 기억 소자를 제공한다. 본 발명의 일 양태(aspect)에 따르면, 3차원 반도체 기억 소자는 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들 및 절연 패턴들을 포함하는 전극 구조체, 상기 전극들 중에서 일 전극은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖는 것; 상기 전극 구조체를 관통하는 수직형 활성 패턴; 및 상기 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 전극들 사이에 개재된 전극-유전막을 포함할 수 있다. 상기 일 전극 및 수직형 활성 패턴의 측벽 사이에 위치한 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 최상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮을 수 있다.Provided are a three-dimensional semiconductor memory device for solving the above technical problems. According to an aspect of the present invention, a three-dimensional semiconductor memory device comprises an electrode structure comprising electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, wherein one electrode of the electrodes is opposed to each other; Having an outer wall and a second outer wall; A vertical active pattern penetrating the electrode structure; And an electrode-dielectric film interposed between the sidewalls of the vertical active pattern and the electrodes. At least a portion of the electrode-dielectric film positioned between the one electrode and the sidewall of the vertical active pattern may extend to cover the bottom surface, the top surface, and the first outer wall of the top electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분의 연장부는 상기 일 전극의 상기 제2 외측벽을 덮지 않을 수 있다.In an embodiment, the extension of the at least a portion of the electrode-dielectric film may not cover the second outer wall of the one electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 소자는 상기 전극 구조체의 양측의 기판 상에 배치된 한 쌍의 소자분리 패턴을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 일 전극의 상기 제2 외측벽은 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들 중에서 어느 하나와 접촉될 수 있다.In an embodiment, the device may further include a pair of device isolation patterns disposed on substrates on both sides of the electrode structure. In this case, the second outer wall of the one electrode may be in contact with any one of the pair of device isolation patterns.
일 실시예에 따르면, 상기 전극 구조체는 양 외측벽들이 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들에 각각 접촉된 다른 전극을 포함할 수 있다.In example embodiments, the electrode structure may include another electrode having both outer walls contacting the pair of device isolation patterns, respectively.
일 실시예에 따르면, 상기 일 전극은 상기 전극 구조체 내에서 최상위 전극에 해당할 수 있다.According to one embodiment, the one electrode may correspond to the top electrode in the electrode structure.
일 실시예에 따르면, 상기 전극들 중에서 상기 최상위 전극 바로 아래에 위치한 차상위 전극(next uppermost electrode)은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 가질 수 있다. 상기 차상위 전극의 제1 외측벽 및 제2 외측벽은 상기 최상위 전극의 제1 외측벽 및 제2 외측벽에 각각 정렬될 수 있다. 상기 차상위 전극 및 수직형 활성 패턴의 측벽 사이에 위치한 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어 상기 차상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮을 수 있다.According to an embodiment, the next uppermost electrode positioned directly below the top electrode among the electrodes may have a first outer wall and a second outer wall facing each other. The first outer wall and the second outer wall of the next higher electrode may be aligned with the first outer wall and the second outer wall of the uppermost electrode, respectively. At least a portion of the electrode-dielectric film positioned between the sidewall of the next upper electrode and the vertical active pattern may extend to cover the bottom surface, the top surface, and the first outer wall of the next upper electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 최상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부는 상기 최상위 및 차상위 전극 간 절연 패턴의 일 외측벽을 따라 아래로 연장되어, 상기 차상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부와 연결될 수 있다.According to an embodiment, an electrode-dielectric film extension covering the first outer wall of the uppermost electrode extends downward along one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes to cover the first outer wall of the second upper electrode. It may be connected to the extension of the dielectric film.
일 실시예에 따르면, 상기 최상위 전극은, 상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 일 외측벽을 따라 아래로 연장되어 상기 차상위 전극과 연결될 수 있다.In an embodiment, the top electrode may extend downward along one outer wall of the insulating pattern between the top and second top electrodes to be connected to the top top electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 최상위 전극의 제1 외측벽들을 덮는 전극-유전막의 연장부는 상기 차상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부와 이격될 수 있으며, 상기 최상위 전극 및 상기 차상위 전극도 서로 분리될 수 있다.In an embodiment, the extension of the electrode-dielectric film covering the first outer walls of the top electrode may be spaced apart from the extension of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the next upper electrode. The top electrode and the next upper electrode may also be spaced apart from each other. Can be separated from each other.
일 실시예에 따르면, 상기 비희생 패턴은 상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 상기 일 외측벽과 접촉될 수 있다.In example embodiments, the non-sacrificial pattern may be in contact with the one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes.
일 실시예에 따르면, 상기 전극 구조체는 하나의 최하위 전극을 포함할 수 있으며, 상기 최상위 전극은 상기 최하위 전극 위에(over) 복수로 제공될 수 있다. 상기 복수의 최상위 전극들은 옆으로 이격됨과 더불어 상기 기판의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴은 복수로 제공될 수 있다. 상기 각 수직형 활성 패턴은 상기 각 최상위 전극 및 상기 각 최상위 전극 아래에 적층된 전극들을 관통할 수 있다.In an embodiment, the electrode structure may include one lowermost electrode, and the uppermost electrode may be provided in plurality over the lowermost electrode. The plurality of top electrodes may be spaced apart from each other and positioned at the same level from the upper surface of the substrate. The vertical active pattern may be provided in plurality. Each vertical active pattern may penetrate each top electrode and electrodes stacked below each top electrode.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 3차원 반도체 기억 소자는 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들 및 절연 패턴들을 포함하는 전극 구조체, 상기 각 전극은 금속 패턴 및 배리어 도전 패턴을 포함하는 것; 상기 전극 구조체를 관통하는 수직형 활성 패턴; 및 상기 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 전극들 사이에 개재된 전극-유전막을 포함할 수 있다. 상기 전극들 중에서 일 전극 내 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 가질 수 있다. 이때, 상기 일 전극 내 배리어 도전 패턴은 상기 일 전극 내 금속 패턴의 제1 외측벽과 접촉될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a three-dimensional semiconductor memory device includes an electrode structure comprising electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, each electrode comprising a metal pattern and a barrier conductive pattern; A vertical active pattern penetrating the electrode structure; And an electrode-dielectric film interposed between the sidewalls of the vertical active pattern and the electrodes. Among the electrodes, the metal pattern in one electrode may have a first outer wall and a second outer wall facing each other. In this case, the barrier conductive pattern in the one electrode may contact the first outer wall of the metal pattern in the one electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 전극-유전막은 수직적으로 연장되어, 상기 수직형 활성 패턴의 측벽 및 상기 절연 패턴 사이에 개재될 수 있다.In example embodiments, the electrode-dielectric film may extend vertically and be interposed between the sidewall of the vertical active pattern and the insulating pattern.
일 실시예에 따르면, 상기 일 전극 내 금속 패턴의 제2 외측벽은 상기 일 전극 내 배리어 도전 패턴과 접촉되지 않을 수 있다.In example embodiments, the second outer wall of the metal pattern in the one electrode may not contact the barrier conductive pattern in the one electrode.
일 실시예에 따르면, 상기 일 전극은 상기 전극 구조체 내에서 최상위 전극에 해당할 수 있다.According to one embodiment, the one electrode may correspond to the top electrode in the electrode structure.
일 실시예에 따르면, 상기 최상위 전극 바로 아래에 위치한 차상위 전극 내 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 가질 수 있다. 상기 차상위 전극 내 배리어 도전 패턴은 상기 차상위 전극 내 금속 패턴의 제1 외측벽과 접촉될 수 있다.According to one embodiment, the metal pattern in the next higher electrode located directly below the top electrode may have a first outer wall and a second outer wall facing each other. The barrier conductive pattern in the next upper electrode may contact the first outer wall of the metal pattern in the next upper electrode.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에, 희생막들 및 절연막들을 교대로 그리고 반복적으로 적층시키는 것; 상기 희생막들 중 최상위 희생막을 관통하는 커팅 영역을 형성하는 것; 상기 커팅 영역 내에 비희생막을 형성하는 것; 상기 절연막들 및 희생막들을 관통하는 수직형 활성 패턴들을 형성하는 것; 상기 절연막들 및 희생막들을 연속적으로 패터닝하여, 절연 패턴들, 희생 패턴들 및 상기 커팅 영역 내 비희생막을 포함하는 몰드 패턴을 형성하는 것; 상기 희생 패턴들을 제거하여 빈 영역들을 형성하는 것; 상기 빈 영역들 내에 전극들을 각각 형성하는 것; 및 상기 수직형 활성 패턴의 측벽 및 상기 각 전극들 사이에 전극-유전막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device is provided. The method includes alternately and repeatedly stacking sacrificial films and insulating films on a substrate; Forming a cutting region penetrating a top sacrificial layer among the sacrificial layers; Forming a non-sacrificial film in the cutting region; Forming vertical active patterns penetrating the insulating layers and the sacrificial layers; Successively patterning the insulating layers and the sacrificial layers to form a mold pattern including insulating patterns, sacrificial patterns, and a non-sacrificial layer in the cutting region; Removing the sacrificial patterns to form empty regions; Forming electrodes in the empty areas, respectively; And forming an electrode-dielectric film between sidewalls of the vertical active pattern and the electrodes.
일 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 비희생막을 형성하기 전에, 상기 커팅 영역의 양 내측벽들 상에 한 쌍의 희생 스페이서들을 각각 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 빈 영역들을 형성하는 것은, 상기 희생 패턴들, 및 상기 희생 스페이서들의 적어도 일부분들을 제거하여 상기 빈 영역들, 및 리세스 영역들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method may further include forming a pair of sacrificial spacers on both inner walls of the cutting region, respectively, before forming the non-sacrificial layer. The forming of the empty regions may include removing the sacrificial patterns and at least portions of the sacrificial spacers to form the empty regions and the recess regions.
일 실시예에 따르면, 상기 커팅 영역은 상기 절연막들 중 최상위 절연막, 상기 최상위 희생막, 상기 절연막들 중 차상위 절연막, 및 상기 희생막들 중 차상위 희생막을 연속적으로 패터닝하여 형성될 수 있다. 상기 각 리세스 영역은 상기 커팅 영역 각 측에 형성된 최상위 빈 영역 및 차상위 빈 영역과 연결될 수 있다.In example embodiments, the cutting region may be formed by successively patterning a topmost insulating layer among the insulating layers, the topmost sacrificial layer, a next higher insulating layer among the insulating layers, and a next top sacrificial layer among the sacrificial layers. Each recess area may be connected to a topmost bin area and a next upper bin area formed at each side of the cutting area.
일 실시예에 따르면, 상기 전극-유전막을 형성하는 것은, 상기 전극들을 형성하기 전에 상기 빈 영역들 및 리세스 영역들을 갖는 기판 상에 전극-유전막의 적어도 일부분을 콘포말하게 형성하는 것을 포함할 수 있다. 차례로 적층된 상기 최상위 빈 영역 및 차상위 빈 영역 사이의 절연 패턴 옆에 위치한 상기 리세스 영역의 일부분은 상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분에 의해 채워질 수 있다.According to one embodiment, forming the electrode-dielectric film may include conformally forming at least a portion of the electrode-dielectric film on a substrate having the empty and recessed regions before forming the electrodes. have. A portion of the recess region located next to the insulating pattern between the topmost and next uppermost empty regions that are sequentially stacked may be filled by the at least a portion of the electrode-dielectric film.
일 실시예에 따르면, 상기 최상위 빈 영역 내 최상위 전극은 상기 리세스 영역 내로 연장되어, 상기 차상위 빈 영역 내 차상위 전극과 연결될 수 있다. 이 경우에, 상기 방법은 상기 교대로 적층된 희생막들 및 절연막들을 패터닝하여, 계단식 구조의 희생 패드들을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 희생 패드들은 상기 희생 스페이서들을 형성한 후에 형성될 수 있다. 상기 희생 패드들을 형성할 때, 상기 커팅 영역의 끝부분에 위치한 상기 희생 스페이서들의 연결부가 제거되어, 상기 희생 스페이서들은 서로 분리될 수 있다.In example embodiments, a top electrode in the topmost blank area may extend into the recessed area and be connected to a next top electrode in the next top blank area. In this case, the method may further include forming sacrificial pads having a stepped structure by patterning the alternately stacked sacrificial layers and insulating layers. The sacrificial pads may be formed after forming the sacrificial spacers. When the sacrificial pads are formed, the connection portions of the sacrificial spacers positioned at the ends of the cutting region may be removed, and the sacrificial spacers may be separated from each other.
일 실시예에 따르면, 상기 커팅 영역을 형성하는 것은, 상기 절연막들 중 최상위 절연막을 패터닝하여 가이드 개구부를 형성하는 것; 상기 가이드 개구부를 갖는 기판 상에 스페이서막을 콘포말하게 형성하는 것; 및 상기 스페이서막 및 상기 최상위 희생막을 이방성 식각하여 상기 커팅 영역 및 상기 가이드 개구부의 양 내측벽들 상에 희생 스페이서들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In example embodiments, the forming of the cutting region may include: forming a guide opening by patterning an uppermost insulating layer of the insulating layers; Conformally forming a spacer film on the substrate having the guide opening; And anisotropically etching the spacer layer and the top sacrificial layer to form sacrificial spacers on both inner walls of the cutting region and the guide opening.
일 실시예에 따르면, 상기 커팅 영역을 형성하는 것은, 상기 희생 스페이서들을 식각 마스크로 사용하여, 상기 절연막들 중 차상위 절연막 및 상기 희생막들 중 차상위 희생막을 연속적으로 식각하는 것을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the forming of the cutting region may further include sequentially etching the next higher insulating layer among the insulating layers and the next higher sacrificial layer among the sacrificial layers using the sacrificial spacers as an etching mask.
상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 최상위 전극의 제1 외측벽은 전극-유전막의 연장부에 의해 덮혀질 수 있다. 이로써, 최상위 전극의 상기 제1 외측벽은 식각 공정 등으로부터 보호될 수 있다. 그 결과, 상기 최상위 전극의 식각 손실을 최소화하여, 상기 최상위 전극의 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 우수한 신뢰성을 갖고, 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the above-mentioned three-dimensional semiconductor memory element, the first outer wall of the top electrode can be covered by an extension of the electrode-dielectric film. As a result, the first outer wall of the uppermost electrode may be protected from an etching process or the like. As a result, the etching loss of the top electrode may be minimized to prevent the resistance of the top electrode from increasing. As a result, it is possible to realize a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 1b는 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 1c는 도 1a의 II-II'을 따라 취해진 단면도.
도 1d는 도 1b의 A 부분을 확대한 도면.
도 1e는 도 1b의 B 부분을 확대한 도면.
도 1f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 타내는 단면도.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 나타내는 평면도.
도 2b는 도 2a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 3b는 도 3a의 C 부분을 확대한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도.
도 5a 내지 도 10a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들.
도 5b 내지 도 10b는 각각 도 5a 내지 도 10a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 5c 내지 도 10c는 각각 도 5a 내지 도 10a의 II-II'을 따라 취해진 단면도들.
도 11a 및 도 12a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 평면도들.
도 11b 및 도 12b는 각각 도 11a 및 도 12a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도들.
도 16a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 16b는 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 16c는 도 16a의 D 부분을 확대한 도면.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 18a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 18b는 도 18a의 E 부분을 확대한 도면.
도 19a 내지 도 24a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들.
도 19b 내지 도 24b는 각각 도 19a 내지 도 24a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 단면도.
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도.
도 27a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도.
도 27b는 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 27c는 도 27b의 F 부분을 확대한 도면.
도 28a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 나타내는 평면도.
도 28b는 도 28a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 29는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 30a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 30b는 도 30a의 G 부분을 확대한 도면.
도 31a 내지 도 35b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들.
도 31b 내지 도 35b는 각각 도 31a 내지 도 35a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 36 및 도 37은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 평면도들.
도 38은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도.
도 39는 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 간략히 도시한 블록도.
도 40은 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 the first embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A;
1C is a cross-sectional view taken along II-II 'of FIG. 1A;
FIG. 1D is an enlarged view of a portion A of FIG. 1B. FIG.
FIG. 1E is an enlarged view of a portion B of FIG. 1B; FIG.
Fig. 1F is a cross sectional view showing a modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 2A is a plan view showing another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2A;
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A to explain another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention; FIG.
3B is an enlarged view of a portion C of FIG. 3A.
4 is a plan view showing still another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention;
5A to 10A are plan views illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
5B-10B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 5A-10A, respectively.
5C-10C are cross-sectional views taken along II-II ′ of FIGS. 5A-10A, respectively.
11A and 12A are plan views illustrating a modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
11B and 12B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 11A and 12A, respectively.
13 to 15 are cross-sectional views for explaining another modification of the method for manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 16A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16B is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16A;
FIG. 16C is an enlarged view of a portion D of FIG. 16A; FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16A to illustrate one modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16A to illustrate another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 18B is an enlarged view of a portion E of FIG. 18A; FIG.
19A to 24A are plan views illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
19B-24B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 19A-24A, respectively.
Fig. 25 is a cross-sectional view for explaining a modification of the method for manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 26 is a sectional view for explaining another modification of the method for manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 27A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 27B is a sectional view taken along II ′ of FIG. 27A;
FIG. 27C is an enlarged view of a portion F in FIG. 27B. FIG.
Fig. 28A is a plan view showing one modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 28B is a sectional view taken along II ′ of FIG. 28A;
FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 27A for explaining another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. FIG.
30A is a cross sectional view taken along the line II ′ of FIG. 27A in order to explain another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention;
30B is an enlarged view of a portion G of FIG. 30A.
31A to 35B are plan views illustrating a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
31B-35B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 31A-35A, respectively.
36 and 37 are plan views illustrating a modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
38 is a cross-sectional view for explaining another modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 39 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; FIG.
40 is a block diagram schematically showing 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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to 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.
(제1 실시예)(First embodiment)
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이며, 도 1c는 도 1a의 II-II'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 1A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A, and FIG. 1C is along the line II-II ′ of FIG. 1A. It is a cross section taken.
도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 기판(100) 상에 전극 구조체가 배치될 수 있다. 상기 전극 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE1, SSE2) 및 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 복수의 상기 전극 구조체들이 배열될 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 상기 전극 구조체들은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 제1 방향은 도 1a의 y축 방향에 해당할 수 있다. 상기 전극 구조체들은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 서로 옆으로 이격될 수 있다. 상기 제2 방향은 도 1a의 x축 방향에 해당할 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판 또는 실리콘-게르마늄 기판 등일 수 있다. 상기 기판(100)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 웰 영역(well region)을 포함할 수 있다. 1A, 1B, and 1C, an electrode structure may be disposed on the
상기 전극 구조체 내 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은 차례로 적층된 복수의 셀 전극들(CE)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극 구조체 내 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은, 최하위 셀 전극(lowermost cell electrode)과 기판(100) 사이에 개재된 적어도 한 층(at least one floor)의 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수 층의 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)이 상기 기판(100)과 상기 최하위 셀 전극 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 접지 선택 전극(GSE1)이 상기 최하위 셀 전극 및 기판(100) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 접지 선택 전극(GSE2)이 상기 최하위 셀 전극과 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1) 사이에 개재될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 도 1f에 개시된 바와 같이, 상기 최하위 셀 전극과 기판(100) 사이에 한 층의 접지 선택 전극(GSE)이 개재될 수도 있다. 이와는 다르게, 상기 최하위 셀 전극과 기판(100) 사이에 3층 이상의 접지 선택 전극들이 개재될 수도 있다.The electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in the electrode structure may include a plurality of cell electrodes CE that are sequentially stacked. In addition, the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in the electrode structure may be grounded at least one floor interposed between a lowermost cell electrode and the
계속해서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 상기 전극 구조체 내 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE1, SSE2)은 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨(level)에 위치한다. 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 옆으로 이격 된다. 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 상기 셀 전극들(CE) 중 최상위 셀 전극 위에(over) 배치될 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 전극 구조체 내에서, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 하나의 상기 최상위 셀 전극(CE) 위에 배치될 수 있다. 상기 전극 구조체 내에서 상기 제1 접지 선택 전극(SSE1)도 하나일 수 있다. 따라서, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 하나의 상기 제1 접지 선택 전극(SSE1) 위에(over) 배치될 수 있다.1A, 1B, and 1C, the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE1, and SSE2 in the electrode structure may include a plurality of first string select electrodes SSE1. The plurality of first string select electrodes SSE1 are positioned at the same level from an upper surface of the
상기 전극 구조체는 적어도 한 층(floor)의 스트링 선택 전극(SSE1)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전극 구조체는 차례로 적층되고 서로 이격된 복수 층의 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 스트링 선택 전극(SSE2)이 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)의 각각 및 상기 최상위 셀 전극 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 아래에 각각 배치된 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 또한, 상기 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)은 옆으로 이격 된다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 도 1f에 개시된 바와 같이, 상기 전극 구조체는 단일 층의 스트링 선택 전극(SSE)을 포함할 수도 있다. 이와는 다르게, 상기 전극 구조체는 3 층 이상으로 적층된 스트링 선택 전극들을 포함할 수도 있다.The electrode structure may include at least one layer of string selection electrode SSE1. In example embodiments, the electrode structure may include a plurality of string select electrodes SSE2 and SSE1 that are sequentially stacked and spaced apart from each other. For example, a second string select electrode SSE2 may be disposed between each of the first string select electrodes SSE1 and the uppermost cell electrode. The second string select electrodes SSE2 respectively disposed under the first string select electrodes SSE1 may be located at the same level from the upper surface of the
계속해서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1)은 상기 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 중에서 최하위 전극에 해당하며, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 중에서 최상위 전극에 해당한다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)은 상기 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 중에서 차상위 전극(next uppermost electrode)에 해당한다.1A, 1B, and 1C, the first ground select electrode GSE1 corresponds to the lowest electrode among the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in the electrode structure. The first string selection electrode SSE1 corresponds to a top electrode among the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in the electrode structure. The second string selection electrode SSE2 corresponds to a next uppermost electrode among the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in the electrode structure.
상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은 도전 물질을 포함한다. 예컨대, 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은 도펀트로 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속 질화물(ex, 질화 티타늄, 질화 탄탈늄, 질화 텅스텐 등), 도전성 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드 등), 또는 전이 금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 include a conductive material. For example, the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may be formed of a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), a metal (ex, tungsten, copper, aluminum, etc.), a conductive metal nitride (ex, nitride, etc.). Titanium, tantalum nitride, tungsten nitride, etc.), conductive metal-semiconductor compounds (ex, metal silicides, etc.), transition metals (ex, titanium, tantalum, etc.), and the like.
상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 상에 배치된 최상위 절연 패턴(105Ua), 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 사이의 차상위 절연 패턴(105nUa)과, 상기 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2) 사이에 개재된 절연 패턴들(105a)을 포함할 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua)은 복수로 제공되어, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)도 복수로 제공되어, 상기 복수의 제2 스트링 선택 전극들(SSE2) 바로 위에 각각 배치될 수 있다. 상기 차상위 절연 패턴들(105nUa)도 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua)은 산화물(ex, 고밀도 플라즈마 산화물 및/도는 고온 산화물 등) 등을 포함할 수 있다.The insulating
상기 전극 구조체는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 기판(100) 사이에 개재된 버퍼 유전 패턴(103a)을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼 유전 패턴(103a)은 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 보다 얇을 수 있다. 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua)은 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 유전 패턴(103a)은 산화물 등을 포함할 수 있다.The electrode structure may further include a
수직형 활성 패턴들(120)이 상기 전극 구조체를 수직적으로 관통할 수 있다. 상기 각 수직형 활성 패턴(120)은 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 아래에 적층된 전극들(SSE2, CE, GSE1, GSE2)을 연속적으로 관통할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120)은 속이 빈 파이프 형태 또는 마카로니(macaroni) 형태일 수 있다. 이 경우에, 충전 유전 패턴(125, filling dielectric pattern)이 상기 수직형 활성 패턴(120)으로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다. 랜딩 패드(130)가 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 충전 유전 패턴(125) 상에 배치될 수 있다. 상기 랜딩 패드(130)는 상기 수직형 활성 패턴(120)과 접촉될 수 있다. Vertical
상기 수직형 활성 패턴(120)은 상기 기판(100)과 접촉될 수 있다. 좀더 구체적으로, 상기 수직형 활성 패턴(120)은 상기 기판(100) 내에 형성된 상기 웰 영역과 접촉될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120)은 상기 기판(100)과 동일한 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)이 실리콘 기판인 경우에, 상기 수직형 활성 패턴(120)은 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120)은 결정 상태일 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120)은 상기 웰 영역과 동일한 타입의 도펀트(즉, 상기 제1 도전형의 도펀트)로 도핑될 수 있다. 또는, 상기 수직형 활성 패턴(120)은 언도프트 상태(undoped state)일 수 있다. 상기 랜딩 패드(130)는 상기 수직형 활성 패턴(120)과 동일한 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 랜딩 패드(130)는 실리콘으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 랜딩 패드(130) 내에 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 드레인 영역이 형성될 수 있다. 상기 충전 유전 패턴(125)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.The vertical
도 1a 및 도 1c에 개시된 바와 같이, 복수의 상기 수직형 활성 패턴들(120)이 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 그 아래에 적층된 전극들(SSE2, CE, GSE1, GSE2)을 연속적으로 관통할 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1)을 관통하는 수직형 활성 패턴들(120)은 상기 제1 방향으로 배열되어 하나의 열을 이룰 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1)을 관통하는 수직형 활성 패턴들(120)은 평면적 관점에서 다른 형태로 배열될 수도 있다.As illustrated in FIGS. 1A and 1C, a plurality of the vertical
전극-유전막(170)이 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 및 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이에 개재될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전극-유전막(170)의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(120)과 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이의 전극-유전막(170)의 적어도 일부분은 더 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 일 외측벽을 덮을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 1b에 개시된 바와 같이, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이의 전극-유전막(170)의 전체가 연장될 수 있다.An electrode-
상기 전극 구조체 양측에 인접한 기판(100) 상에 소자분리 패턴들(175)이 배치될 수 있다. 즉, 상기 각 소자분리 패턴(175)은 인접한 상기 전극 구조체들 사이에 배치될 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 평면적 관점에서 상기 소자분리 패턴들(175)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(175)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 전극-유전막(170)에 대하여 도 1d를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The first string selection electrode SSE1 and the electrode-
도 1d는 도 1b의 A 부분을 확대한 도면이다.FIG. 1D is an enlarged view of a portion A of FIG. 1B.
도 1b 및 도 1d를 참조하면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 서로 대향된 제1 외측벽(S1a) 및 제2 외측벽(S1b)을 가질 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1)간 전극-유전막(170)은 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 상기 제1 외측벽(S1a)을 덮을 수 있다. 상기 전극-유전막(170)의 연장부는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(S1a)과 접촉될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상기 제2 외측벽(S1b)은 상기 전극-유전막(170)의 연장부에 의해 덮혀지지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상기 제2 외측벽(S1b)은 상기 소자분리 패턴(175)과 접촉될 수 있다.1B and 1D, the first string select electrode SSE1 may have a first outer wall S1a and a second outer wall S1b facing each other. In this case, the electrode-
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽과 인접한 내측벽(InS1)을 가질 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에 개시된 바와 같이, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 내측벽(InS1)은 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽을 둘러싸는 홀 형태일 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 간 전극-유전막(170)은 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 및 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 내측벽(InS1) 사이에 개재될 수 있다.The first string select electrode SSE1 may have an inner wall InS1 adjacent to a sidewall of the vertical
이와 유사하게, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)은 서로 대향된 제1 외측벽(S2a) 및 제2 외측벽(S2b)을 가질 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(S2a) 및 제2 외측벽(S2b)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(S1a) 및 제2 외측벽(S1b)에 각각 정렬될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2)간 전극-유전막(170)은 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(S2a)을 덮을 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2)간 전극-유전막(17)의 연장부는 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(S2a)과 접촉될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2)간 전극-유전막(17)의 연장부는 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제2 외측벽(S2b)을 덮지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제2 외측벽(S2b)은 상기 소자분리 패턴(175)과 접촉될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)도, 상기 수직형 활성 패턴(120)을 둘러싸고 홀 형태를 갖는 내측벽(InS2)을 가질 수 있다.Similarly, the second string select electrode SSE2 may have a first outer wall S2a and a second outer wall S2b facing each other. The first outer wall S2a and the second outer wall S2b of the second string select electrode SSE2 are aligned with the first outer wall S1a and the second outer wall S1b of the first string select electrode SSE1, respectively. Can be. The electrode-
일 실시예에 따르면, 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 가질 수 있다. 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 및 제2 외측벽들은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 및 제2 외측벽들(S1a, S1b)과 각각 인접할 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(S1a)을 덮는 전극-유전막(170)의 연장부는 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 상기 제1 외측벽을 따라 아래로 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(S2a)을 덮는 전극-유전막(170)의 연장부와 연결될 수 있다.In example embodiments, the next
비희생 패턴(150a)이 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 일 측에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 비희생 패턴(150a)은 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua) 사이, 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 사이, 상기 차상위 절연 패턴들(105nUa) 사이, 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE2) 사이에 정의된 커팅 영역(140) 내에 배치될 수 있다. 에 배치될 수 있다. 상기 비희생 패턴(150a)은 상기 최상위 셀 전극 위에 배치될 수 있다.The
도 1d에 개시된 바와 같이, 상기 비희생 패턴(150a)과 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽 간의 수평 거리(HD)는, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상부면 상에 위치한 전극-유전막(170)의 두께(T)의 2배와 같거나 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 전극-유전막(170)은 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 및 상기 비희생 패턴(150a) 사이의 공간을 채울 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 그 아래의 제2 스트링 선택 전극(SSE1)과 분리될 수 있다.As illustrated in FIG. 1D, the horizontal distance HD between the
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 최상위 절연 패턴(105Ua) 및 차상위 절연 패턴(105nUa) 사이에 정의된 최상위 빈 영역(160U) 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 및 그 바로 아래의 절연 패턴(105a) 사이에 정의된 차상위 빈 영역(160nU) 내에 배치될 수 있다. 이때, 적어도 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a, S2a)을 덮는 상기 전극-유전막(170)의 일부분은 상기 최상위 빈 영역(160U) 및 차상위 빈 영역(160nU) 외부에 배치될 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들이 증가되어, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항이 낮아질 수 있다.The first string selection electrode SSE1 may be disposed in the uppermost
잔여 희생 스페이서(145r)가 상기 최상위 절연 패턴(105Ua)의 일 외측벽 상에 상기 잔여 희생 스페이서(145r)는 상기 최상위 절연 패턴(105Ua) 및 비희생 패턴(150a) 사이에 배치될 수 있다. 상기 잔여 희생 스페이서(145r)는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(S1a)을 덮는 상기 전극-유전막(170)의 연장부 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 최상위 절연 패턴(105Ua)의 상기 일 외측벽을 기준으로 상기 잔여 희생 스페이서(145r)의 두께는 상기 수평 거리(HD)와 실질적으로 동일할 수 있다.A residual
상기 잔여 희생 스페이서(145r)는 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 및 상기 비희생 패턴(150a)에 대하여 식각 선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 및 비희생 패턴(150a)이 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물 등으로 형성되는 경우에, 상기 잔여 희생 스페이서(145r)는 질화물, 산화물, PE-CVD에 의해 형성된 산화물, 및/또는 저온 산화물 등으로 형성될 수 있다. 상기 저온 산화물은 상온 내지 약 600 ℃ 의 공정 온도에서 형성된 산화물을 의미한다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua), 비희생 패턴(150a) 및 잔여 희생 스페이서(145r)는 다른 물질로 형성될 수도 있다.The remaining
계속해서, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 커팅 영역(140)의 양 내측벽들 상에 한 쌍의 상기 잔여 희생 스페이서들(145r)이 각각 배치될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 각 잔여 희생 스페이서(145r)는 상기 비희생 패턴(150a) 및 상기 커팅 영역(140)의 각 내측벽 사이에 개재될 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 잔여 희생 스페이서들(145r)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 평면적 관점에서 상기 한 쌍의 잔여 희생 스페이서들(145r)의 끝부분들은 상기 커팅 영역(140)의 끝부분에서 연장되어 서로 연결될 수 있다.1A and 1B, a pair of remaining
도 1b에 개시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)과 달리, 상기 각 셀 전극(CE)의 양 외측벽들(CE_Sa, CE_Sb)은 상기 전극-유전막(170)에 의해 덮히지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)의 양 외측벽들(GSE_Sa, GSE_Sb)도 상기 전극-유전막(170)에 의해 덮히지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 각 셀 전극(CE)의 제1 및 제2 외측벽들(CE_Sa, CE_Sb)은 상기 전극 구조체 양측에 배치된 한 쌍의 상기 소자분리 패턴들(175)과 각각 접촉될 수 있다. 또한, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)의 제1 미 제2 외측벽들(GSE_Sa, GSE_Sb)도 상기 전극 구조체 양측에 배치된 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들(175)과 각각 접촉될 수 있다. 상기 각 셀 전극(CE)은, 상기 전극 구조체에 포함된 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)을 각각 관통하는 수직형 활성 패턴들(120)의 측벽들을 각각 둘러싸는 내측벽들을 포함할 수 있다. 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)도, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(GSE1)을 각각 관통하는 수직형 활성 패턴들(120)의 측벽들을 각각 둘러싸는 내측벽들을 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 1B, in contrast to the first and second string selection electrodes SSE1 and SSE2, both outer walls CE_Sa and CE_Sb of the cell electrode CE are formed in the electrode. It may not be covered by the
다음으로, 상기 전극-유전막(170)에 대하여 도 1e를 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, the electrode-
도 1e는 도 1b의 B 부분을 확대한 도면이다.FIG. 1E is an enlarged view of a portion B of FIG. 1B.
도 1b 및 도 1e를 참조하면, 상기 전극-유전막(170)은 터널 유전막(TDL), 전하 저장층(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)을 포함할 수 있다. 상기 터널 유전막(TDL)은 상기 수직형 활성 패턴(120)에 인접하고, 상기 블로킹 유전막(BDL)은 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)에 인접하고, 상기 전하 저장층(SL)은 상기 터널 유전막(TDL) 및 블로킹 유전막(BDL) 사이에 개재된다. 상기 터널 유전막(TDL)은 산화막 및/또는 산화질화막 등을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장층(SL)은 전하를 저장할 수 있는 트랩들을 갖는 유전막을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전하 저장막(TDL)은 질화막 및/또는 금속 산화막(ex, 하프늄 산화막 등) 등을 포함할 수 있다. 상기 블로킹 유전막(BDL)은 상기 터널 유전막(TDL)에 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 유전막(BDL)은 상기 고유전막의 에너지 밴드 갭 보다 큰 에너지 밴드 갭을 갖는 장벽 유전막(ex, 산화막 등)을 더 포함할 수 있다. 상기 장벽 유전막은 상기 고유전막 및 상기 전하 저장층(SL) 사이에 개재될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 1a 내지 도 1e에 개시된 바와 같이, 상기 전극-유전막(170) 내 상기 터널 유전막(TDL), 전하 저장층(SL) 및 블로킹 유전막(BDL) 모두가 연장되어, 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 하부면 및 상부면을 덮을 수 있다. 또한, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a, S2a)을 덮는 전극-유전막(170)의 연장부들은 상기 터널 유전막(TDL), 전하 저장층(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)의 연장부들을 포함할 수 있다.1B and 1E, the electrode-
계속해서, 도 1a, 1b 및 도 1c를 참조하면, 상기 전극 구조체들 사이의 기판(100) 내에 공통 소오스 영역(CS)이 배치될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역(CS)은 상기 제2 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 공통 소오스 영역(CS)은 상기 기판(100)의 웰 영역 내에 형성될 수 있다. 상기 각 소자분리 패턴(175)은 상기 각 공통 소오스 영역(CS) 상에 배치될 수 있다.1A, 1B, and 1C, a common source region CS may be disposed in the
도 1a 및 도 1c에 개시된 바와 같이, 상기 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 각각은 전극 패드(EP)를 가질 수 있다. 상기 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 전극 패드들(EP)은 계단형 구조로 구현될 수 있다. 상기 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 전극 패드들(EP)은 상기 제1 방향으로 내리막 계단 구조로 구현될 수 있다. 상기 전극 패드들(EP)을 통하여, 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)에 동작 전압들을 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 전극 패드들(EP)과 접속되는 도전 플러그들을 통하여, 상기 전극들(GSE, GSE1, CE, SSE2, SSE1)에 동작 전압을 제공할 수 있다.As illustrated in FIGS. 1A and 1C, each of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in the electrode structure may have an electrode pad EP. The electrode pads EP of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in the electrode structure may be implemented in a stepped structure. The electrode pads EP of the stacked electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may have a downhill staircase structure in the first direction. Operating voltages may be provided to the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 through the electrode pads EP. For example, an operating voltage may be provided to the electrodes GSE, GSE1, CE, SSE2, and SSE1 through conductive plugs connected to the electrode pads EP.
하나의 수직형 셀 스트링(vertical cell string)이 상기 각 수직형 활성 패턴(120)에 구현될 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링은 직렬로 연결된 셀 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수직형 셀 스트링은, 상기 직렬로 연결된 셀 트랜지스터들의 일단에 직렬로 연결된 적어도 하나의 접지 선택 트랜지스터, 및 상기 직렬로 연결된 셀 트랜지스터들의 타단에 직렬로 연결된 적어도 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링이 복수의 상기 접지 선택 트랜지스터들을 포함하는 경우에, 상기 수직형 셀 스트링 내 접지 선택 트랜지스터들은 직렬로 연결될 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 수직형 셀 스트링이 복수의 스트링 선택 트랜지스터들을 포함하는 경우에, 상기 수직형 셀 스트링 내 스트링 선택 트랜지스터들도 직렬로 연결될 수 있다.One vertical cell string may be implemented in each of the vertical
상기 각 셀 트랜지스터는 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 상기 각 셀 전극(CE)의 교차지점에 정의될 수 있으며, 상기 접지 선택 트랜지스터들은 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 상기 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)의 교차지점들에 각각 정의될 수 있다. 상기 스트링 선택 트랜지스터들은 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 교차지점들에 각각 정의될 수 있다. 상기 각 셀 전극(CE) 및 상기 수직형 활성 패턴(120) 사이의 전극-유전막(170)은 상기 셀 트랜지스터의 정보 저장막에 해당할 수 있다. 상기 각 스트링 선택 전극(SSE1, SSE2) 및 수직형 활성 패턴(120) 사이의 전극-유전막(170)은 상기 스트링 선택 트랜지스터의 게이트 유전막에 해당할 수 있으며, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2) 및 수직형 활성 패턴(120) 사이의 전극-유전막(170)은 상기 접지 선택 트랜지스터의 게이트 유전막에 해당할 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링 내 접지, 셀 및 스트링 선택 트랜지스터들은 차례로 적층될 수 있으며, 상기 수직형 셀 스트링 내 접지, 셀 및 스트링 선택 트랜지스터들은 상기 각 수직형 활성 패턴(120)의 측벽에 정의된 수직형 채널 영역들을 각각 포함할 수 있다. 3차원 반도체 기억 소자의 동작 시에, 상기 각 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 가장자리 전계(fringe field)에 의하여, 반전층들이 상기 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 옆에 위치한 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽의 일부분들에 생성될 수 있다. 상기 반전층들은 상기 접지, 셀 및 스트링 선택 트랜지스터들의 소오스/드레인들에 해당할 수 있다.Each cell transistor may be defined at an intersection point of the vertical
계속해서, 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 캐핑 유전 패턴(135a)이 상기 전극 구조체 내 상기 전극 패드들(EP) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)은 상기 전극 구조체 내 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua) 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)은 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua)의 양 외측벽들에 각각 정렬된 측벽들을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 잔여 희생 스페이서(145r)는 위로 연장되어 상기 캐핑 유전 패턴(135a)의 상기 측벽 상에 배치될 수도 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(135a)은 상기 잔여 희생 스페이서(145r)에 대하여 식각선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)은 산화물(ex, 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물 등)을 포함할 수 있다. 상기 비희생 패턴(150a)은 위로 연장되어, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)의 측벽들 사이에 배치될 수 있다. 이에 더하여, 상기 비희생 패턴(150a)은 더 연장되어, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)의 상부면을 덮을 수도 있다. 이 경우에, 상기 비희생 패턴(150a)은 상기 최상위 셀 전극의 양 외측벽들에 각각 정렬된 측벽을 가질 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 비희생 패턴(150a)은 상기 캐핑 유전 패턴(135a)의 상부면을 덮지 않을 수도 있다. 상기 소자분리 패턴들(175)은 위로 연장될 수 있다. 이로써, 상기 캐핑 유전 패턴(135a) 및 비희생 패턴(150a)은 인접한 한쌍의 상기 소자분리 패턴(175) 사이에 배치될 수 있다. 1A to 1C, a capping
배선들(190)이 상기 제2 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 배선(190)은 상기 수직형 활성 패턴(120)에 전기적으로 접속될 수 있다. 예컨대, 상기 배선(190)은, 상기 비희생 패턴(150a) 및 캐핑 유전 패턴(135a)을 관통하는 콘택 플러그(180)에 의하여 상기 수직형 활성 패턴(120)에 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 콘택 플러그(180)는 상기 랜딩 패드(130)와 접속될 수 있다. 상기 각 배선(190)은 상기 제2 방향으로 배열된 복수의 수직형 활성 패턴들(120)과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 배선들(190)은 비트 라인들에 해당할 수 있다. 상기 배선들(190)은 금속(ex, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속 질화물(ex, 질화 티타늄, 질화 탄탈늄, 질화 텅스텐 등), 또는 전이 금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 콘택 플러그들(180)은 금속(ex, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속 질화물(ex, 질화 티타늄, 질화 탄탈늄, 질화 텅스텐 등), 또는 전이 금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a, S2a)은 상기 전극-유전막(170)에 의하여 덮혀진다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a, S2a)은 식각 공정 등으로부터 보호될 수 있다. 또한, 상기 제1 외측벽들(S1a, S2a)을 덮는 상기 전극-유전막(170)의 적어도 일부가 상기 최상위 및 차상위 빈 영역들(160U, 160nU)의 외부에 배치됨으로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들을 증가시킬 수 있다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 우수한 신뢰성을 갖고, 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the three-dimensional semiconductor memory device described above, the first outer walls S1a and S2a of the string selection electrodes SSE1 and SSE2 are covered by the electrode-
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 나타내는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 2A is a plan view showing another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2A.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1a의 상기 커팅 영역(140)의 끝부분 및 커팅 영역(140) 내 상기 잔여 희생 스페이서들(145r)의 연결부가 제거될 수 있다. 이로써, 도 2a 및 도 2b에 개시된 바와 같이, 커팅 영역(140a) 내 희생 스페이서들(145r')은 서로 분리될 수 있다. 이 경우에, 비희생 패턴(150a')이 캐핑 유전 패턴(135a') 아래에 배치될 수 있다. 캐핑 유전 패턴(135a')은 상기 커팅 영역(140a) 외부에 배치될 수 있다. 도 2a에 개시된 바와 같이, 상기 비희생 패턴(150a')은 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 및 커팅 영역(140a) 상에 한정적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 비희생 패턴(150a')은 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 아래에 위치한 전극들(SSE2, CE, GSE2, GSE1)의 전극 패드들(EP)을 덮지 않을 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(135a')은 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 및 그 아래의 전극들(SSE2, CE, GSE2, GSE1)의 전극 패드들(EP)을 덮을 수 있다.2A and 2B, an end portion of the cutting
일 실시예에 따르면, 도 2b에 개시된 바와 같이, 상기 수직형 활성 패턴(120) 상의 랜딩 패드(130)의 상부면은 상기 비희생 패턴(150a')의 상부면과 공면을 이룰 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 랜딩 패드(130)의 상부면은 상기 최상위 절연 패턴(105Ua)의 상부면과 공면을 이룰 수도 있다.According to one embodiment, as shown in FIG. 2B, the upper surface of the
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 C 부분을 확대한 도면이다.FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1A to illustrate another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an enlarged view of portion C of FIG. 3A. Drawing.
도 3a 및 도 3b는 수직형 활성 패턴(120) 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SS1) 사이의 전극-유전막(170a)은 제1 부분(165a) 및 제2 부분(165b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 전극-유전막(170a)의 제1 부분(165a)은 수직적으로 연장되어, 상기 수직형 활성 패턴(120)의 및 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 사이에 개재될 수 있다. 상기 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)이 연장되어 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 간 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)이 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽을 덮을 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2)간 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)이 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽들을 덮을 수 있다. 이 경우에, 비희생 패턴(150a) 및 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽간 수평 거리(HD)는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상부면 상의 제2 부분(165b)의 두께(T')의 2배와 같거나 작을 수 있다.3A and 3B illustrate an electrode-
상기 전극-유전막(170a)의 제1 부분(165a)은 도 1e를 참조하여 설명한 터널 유전막(TDL)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 상기 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)은 도 1e를 참조하여 설명한 블로킹 유전막(BDL)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 부분(165a) 및 제2 부분(165b) 중에서 어느 하나는 도 1e를 참조하여 설명한 전하 저장층(SL)을 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 부분(165a)은 상기 터널 유전막(TDL), 전하저장층(SL), 및 상기 블로킹 유전막(BDL)의 장벽 유전막을 포함할 수 있으며, 상기 제2 부분(165b)은 상기 블로킹 유전막(BDL)의 고유전막을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 전극-유전막(170a)의 제1 부분(165a) 및 제2 부분(165b)은 다른 형태로 구성될 수도 있다.The
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도이다.4 is a plan view showing still another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1)을 관통하는 수직형 활성 패턴들 상의 랜딩 패드들(130) 중에서 홀수 번째 랜딩 패드들(130)은 짝수 번째 랜딩 패드들(130)로부터 상기 제2 방향으로 오프셋(offset)될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴들은 상기 랜딩 패드들(130) 아래에 각각 정렬될 수 있다. 이로써, 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1)을 관통하는 수직형 활성 패턴들은 평면적 관점에서 상기 제1 방향을 따라 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다.Referring to FIG. 4, the odd-numbered
도 5a 내지 도 10a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 5b 내지 도 10b는 각각 도 5a 내지 도 10a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이며, 도 5c 내지 도 10c는 각각 도 5a 내지 도 10a의 II-II'을 따라 취해진 단면도들이다.5A to 10A are plan views illustrating a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 5B to 10B are taken along the line II ′ of FIGS. 5A to 10A, respectively. 5C to 10C are cross sectional views taken along II-II 'of FIGS. 5A to 10A, respectively.
도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼 유전막(103)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 유전막(103) 상에 희생막들(110, 110nU, 110U) 및 절연막들(105, 105nU, 105U)을 교대로 그리고 반복적으로 적층시킬 수 있다. 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)은 상기 절연막들(105, 105nU, 105U)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 절연막들(105, 105nU, 105U)의 각각은 산화막(ex, 고밀도 플라즈마 산화막 및/또는 고온 산화막 등)로 형성할 수 있으며, 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)의 각각은 질화막으로 형성할 수 있다. 5A, 5B, and 5C, a
상기 절연막들(105, 105nU, 105U) 및 희생막들(110, 110nU, 110U)을 패터닝하여, 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)의 희생 패드들(110P)을 형성할 수 있다. 상기 절연막들(105, 105nU, 105U) 및 희생막들(110, 110nU, 110U)은 마스크 패턴을 소모적 식각 마스크로 사용하여 식각될 수 있다. 예컨대, 상기 희생막들(110, 110nU, 110U) 중에서 최하위 희생막의 희생 패드(110P)를 정의하는 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 절연막들(105, 105nU, 105U) 및 희생막들(110, 110nU, 110U)을 식각할 수 있다. 이로써, 상기 최하위 희생막의 희생 패드(110P)가 형성될 수 있다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 리세스시켜, 마스크 패턴의 폭을 감소시킬 수 있다. 상기 리세스된 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 최하위 희생막 위의 희생막들(110, 110nU, 110U) 및 절연막들(105, 105nU, 105U)을 식각할 수 있다. 이로써, 상기 기판(100)으로부터 두번째로 적층된 희생막(110)의 희생 패드(110P)를 형성함과 더불어, 상기 최하위 희생막의 희생 패드(110P)를 노출시킬 수 있다. 상기 마스크 패턴의 리세스 공정 및 상기 절연막들(105, 105nU, 105U) 및 희생막들(110, 110nU, 110U)의 식각 공정을 반복적으로 수행하여, 계단형 구조의 상기 희생 패드들(110P)를 형성할 수 있다.The
상기 절연막들(105, 105nU, 105U), 희생막들(110, 110nU, 110U) 및 버퍼 유전막(103)을 관통하는 홀들(115)을 형성할 수 있다. 상기 각 홀(115) 내에 수직형 활성 패턴(120), 충전 유전 패턴(125) 및 랜딩 패드(130)를 형성할 수 있다. 이어서, 상기 기판(100) 전면을 덮는 캐핑 유전막(135)을 형성할 수 있다. 상기 캐핑 유전막(135)은 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)에 대하여 식각선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 캐핑 유전막(135)은 산화막으로 형성될 수 있다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c에서, 참조부호 105U 는 절연막들 중에서 최상위 절연막(105U)을 나타내고, 참조부호 105nU 는 차상위 절연막(105nU)을 나타낸다. 또한, 참조부호 110U 는 최상위 절연막(105U)을 나타내고, 참조부호 110nU 는 차상위 절연막(110nU)을 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 상기 캐핑 유전막(135), 최상위 절연막(105U), 최상위 희생막(110U), 차상위 절연막(105nU) 및 차상위 희생막(110nU)을 연속적으로 패터닝하여 커팅 영역(140)을 형성할 수 있다. 도 6a에서 개시된 바와 같이, 상기 커팅 영역(140)은 제1 방향으로 연장된 그루브 형태일 수 있다. 상기 커팅 영역(140)은 상기 최상위 및 차상위 희생막들(110U, 110nU)의 희생 패드들(110P)을 가로지를 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 커팅 영역(140)은 상기 적층된 모든 희생막들(110, 110U, 110nU)의 희생 패드들(110P)을 가로지를 수 있다.6A, 6B, and 6C, the capping
상기 커팅 영역(140)을 갖는 기판(100) 상에 스페이서막(145)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 이로써, 상기 스페이서막(145)은 상기 커팅 영역(140)의 내면 및 상기 캐핑 유전막(135)의 상부면 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 스페이서막(145)은 제1 두께(Td)를 가질 수 있다.The
상기 스페이서막(145)은 상기 절연막들(105, 105nU, 105U)의 식각율 보다 큰 식각율을 갖는 유전 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 상기 스페이서막(145)은 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)의 식각율의 10%와 같거나 크고 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)의 식각율의 200% 이하인 유전물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 스페이서막(145)은 질화막, 산화질화막, PE-CVD로 형성된 산화막, 및/또는 저온 산화막 등으로 형성될 수 있다. 상기 저온 산화막은 상온 내지 약 600 ℃ 의 공정 온도에서 형성된 산화막일 수 있다.The
도 7a, 도 7b 및 도 7c를 참조하면, 전면 이방성 식각 공정으로 상기 스페이서막(145)을 식각하여, 상기 커팅 영역(140)의 양 내측벽들 상에 한 쌍의 희생 스페이서들(145a)을 형성할 수 있다. 도 7a에 개시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 희생 스페이서들(145a)은 상기 커팅 영역(140)의 끝단에서 서로 연결될 수 있다.7A, 7B, and 7C, the
이어서, 상기 기판(100) 전면 상에 상기 커팅 영역(140)을 채우는 비희생막(150)을 형성할 수 있다. 상기 비희생막(150)은 상기 희생 스페이서들(145a)의 식각율 보다 작은 식각율을 갖는 유전 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 따르면, 상기 비희생막(150)은 상기 희생막들(110, 110nU, 110U)의 식각율의 10% 보다 작은 식각율을 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 비희생막(150)은 고밀도 플라즈마 산화막 및/또는 고온 산화막 등으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 비희생막(150)을 평탄화시킬 수 있다. 이 경우에, 평탄화된 비희생막은 상기 커팅 영역(140) 내에 한정적으로 배치될 수 있다. 이하 설명에서는, 상기 비희생막(150)의 평탄화 공정을 생략한 경우에 대해서 설명한다.Subsequently, a
상술된 설명에 따르면, 상기 홀(115) 및 수직형 활성 패턴(120)을 형성한 후에, 상기 커팅 영역(140), 상기 희생 스페이서들(145a) 및 비희생막(150)이 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 커팅 영역(140), 희생 스페이서들(145a) 및 비희생막(150)을 형성한 후에, 상기 홀(115) 및 수직형 활성 패턴(120)을 형성할 수도 있다.According to the above description, after the
도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하면, 상기 비희생막(150), 캐핑 유전막(135), 절연막들(105U, 105nU, 105), 희생막들(110U, 110nU, 110) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여, 트렌치들(155)을 형성할 수 있다. 인접한 한 쌍의 상기 트렌치들(155) 사이에 상기 커팅 영역(140)이 배치될 수 있다. 상기 인접한 한 쌍의 트렌치들(155) 사이에 몰드 패턴(mold pattern)이 형성될 수 있다. 상기 기판(100) 상에 복수의 몰드 패턴들이 상기 트렌치들(155)에 의해 분리되어 형성될 수 있다. 상기 각 몰드 패턴은 교대로 적층된 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua) 및 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 몰드 패턴은 캐핑 유전 패턴(135a), 상기 커팅 영역(140), 상기 희생 스페이서들(145a) 및 상기 커팅 영역(140)을 채우는 비희생 패턴(150a)을 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 각 몰드 패턴은 최하위 희생 패턴과 기판(100) 사이에 개재된 버퍼 유전 패턴(103a)을 더 포함할 수 있다.8A, 8B, and 8C, the
상기 커팅 영역(140)을 형성한 후에 상기 트렌치들(155)을 형성함으로써, 상기 각 몰드 패턴은 동일한 레벨에 위치한 복수의 최상위 절연 패턴들(105Ua)을 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 각 몰드 패턴은 복수의 최상위 희생 패턴들(110Ua), 복수의 차상위 절연 패턴들(105nUa) 및 복수의 차상위 희생 패턴들(110nUa)을 포함할 수 있다. 상기 커팅 영역(140) 아래에는 각 층(each floor)에 하나의 희생 패턴(110a)이 배치될 수 있다.By forming the
도 8a에 개시된 바와 같이, 상기 트렌치들(155)은 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 각 몰드 패턴 내 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)의 희생 패드들(110P)은 이웃한 몰드 패턴 내 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)의 희생 패드들(110P)로부터 이격될 수 있다.As disclosed in FIG. 8A, the
도 9a, 도 9b 및 도 9c를 참조하면, 상기 트렌치들(155)에 노출된 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 제거하여 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 최상위 및 차상위 희생 패턴들(110Ua, 110nUa) 옆의 상기 희생 스페이서들(145a)도 제거될 수 있다. 이로 인하여, 리세스 영역들(162)이 형성될 수 있다. 상기 희생 스페이서들(145a)에 대하여 식각 선택비를 가짐으로써, 상기 비희생 패턴(150a)은 잔존된다. 9A, 9B, and 9C, the
상기 최상위 희생 패턴들(110Ua)이 제거되어 형성된 최상위 빈 영역들(160U)은 상기 비희생 패턴(150a)에 의하여 서로 분리될 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 차상위 희생 패턴들(110nUa)이 제거되어 형성된 차상위 빈 영역들(160nU)도 상기 비희생 패턴(150a)에 의해 서로 분리될 수 있다. 상기 각 리세스 영역(162)은, 상기 각 리세스 영역(162)에 인접한 최상위 빈 영역(160U) 및 차상위 빈 영역(160nU)과 연결된다. 즉, 상기 각 최상위 빈 영역(160U)은, 상기 각 리세스 영역(162)에 의하여 상기 각 최상위 빈 영역(160U) 아래의 차상위 빈 영역(160nU)과 연통될 수 있다.The topmost
일 실시예에 따르면, 상기 리세스 영역들(162) 상에 잔여 희생 스페이서들(145r)이 잔존될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 리세스 영역들(162)이 형성될 때, 상기 희생 스페이서들(145a)은 모두 제거될 수도 있다.In example embodiments, remaining
도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U) 및 리세스 영역(162)을 갖는 기판(100) 상에 전극-유전막(170)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 전극-유전막(170)은 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)의 내면들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극-유전막(170)은 상기 리세스 영역(162) 내에도 형성될 수 있다.10A, 10B, and 10C, an electrode-
일 실시예에 따르면, 도 7a 내지 도 7c에 개시된 상기 스페이서막(145)의 두께(Td)는 상기 전극-유전막(170)의 두께의 2배와 실질적으로 같거나 작을 수 있다. 이로써, 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 옆에 위치한 상기 리세스 영역(162)의 일부분이 상기 전극-유전막(170)에 의해 채워질 수 있다. 또한, 상기 최상위 절연 패턴(105Ua) 옆의 리세스 영역(162)의 다른 부분도 상기 전극-유전막(170)에 의하여 채워질 수 있다.In example embodiments, the thickness Td of the
이어서, 상기 기판(100) 상에 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)을 채우는 도전막을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 도전막을 식각하여, 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)을 각각 채우는 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 트렌치(155)의 내측벽 상에 배치된 상기 전극-유전막(170)을 제거할 수도 있다. 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 옆의 리세스 영역(162)이 상기 전극-유전막(170)에 의해 채워짐으로써, 차례로 적층된 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 서로 분리될 수 있다. 또한, 상기 최상위 절연 패턴(105Ua) 옆의 리세스 영역(162)의 다른 부분도 채워짐으로써, 상기 커팅 영역(140)의 양측에 배치된 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)도 서로 분리될 수 있다. 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성함으로써, 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 설명한 전극 구조체를 형성할 수 있다.Subsequently, a conductive film may be formed on the
상기 트렌치(155) 아래의 기판(100) 내에 제2 도전형의 도펀트를 제공하여, 공통 소오스 영역(CS)을 형성할 수 있다. 상기 공통 소오스 영역(CS)은 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성한 후에 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 몰드 패턴을 형성한 후 및 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)을 형성하기 전에, 상기 공통 소오스 영역(CS)이 형성될 수도 있다. 이와는 또 다르게, 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)을 형성한 후 및 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성하기 전에, 상기 공통 소오스 영역(CS)이 형성될 수도 있다.The common source region CS may be formed by providing a second conductivity type dopant in the
이어서, 도 1a 내지 도 1e에 개시된, 소자분리 패턴들(175)을 상기 트렌치들(155) 내에 각각 형성할 수 있다. 이어서, 도 1a 내지 도 1e에 개시된 콘택 플러그들(180) 및 배선들(190)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 1a 내지 도 1e에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Subsequently,
상술된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법에 따르면, 상기 최상위 및 차상위 희생막들(110U, 110nU)을 패터닝하여 상기 커팅 영역(140)을 형성한 후에 비희생막(150)을 형성한다. 이 후에, 상기 트렌치들(155)을 형성하여 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 형성하고, 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 제거하여 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성한다. 이로써, 상기 비희생 패턴(150a)에 의해 분리된 상기 최상위 빈 영역들(160U)이 형성된다. 또한, 상기 비희생 패턴(150a)에 의해 분리된 상기 차상위 빈 영역들(160nU)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 각 전극 구조체 내 서로 분리된 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 및 서로 분리된 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)은 상기 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)과 실질적으로 동시에 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 비희생 패턴(150a)에 인접한 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(도 1d의 S1a, S2a)은 식각 공정으로부터 보호될 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 식각 공정에 의한 손실을 최소화하여 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 낮출 수 있다.According to the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device described above, the
또한, 상기 커팅 영역(140)의 양 내측벽들 상에는 상기 희생 스페이서들(145a)이 형성되고, 상기 빈 영역들(106, 106nU, 106U)을 형성할 때, 상기 희생 스페이서들(145a)의 적어도 일부분들이 제거되어 상기 리세스 영역들(162)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 전극-유전막(170)이 상기 리세스 영역들(162) 내에 형성됨으로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 더욱 낮출 수 있다.In addition, when the
한편, 상술된 제조 방법에 따르면, 상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에, 상기 커팅 영역(140)을 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 커팅 영역을 형성한 후에 상기 희생 패드들을 형성할 수도 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.Meanwhile, according to the manufacturing method described above, after the
도 11a 및 도 12a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 평면도들이고, 도 11b 및 도 12b는 각각 도 11a 및 도 12a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이다.11A and 12A are plan views illustrating a modification of the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 11B and 12B are I-I of FIGS. 11A and 12A, respectively. Are cross-sectional views taken along.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 최상위 절연막(105U), 최상위 희생막(110U), 차상위 절연막(105nU) 및 차상위 희생막(110nU)을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역(140)을 형성할 수 있다. 상기 커팅 영역(140)의 양 내측벽들 상에 희생 스페이서들(145r)을 형성할 수 있다. 이때, 도 11a에 개시된 바와 같이, 상기 커팅 영역(140)의 끝부분에서, 상기 희생 스페이서들(145r)의 끝부분들이 서로 연결될 수 있다. 이어서, 상기 커팅 영역(140)을 채우는 비희생막(150)을 형성할 수 있다.11A and 11B, the cutting
상기 비희생막(150), 상기 절연막들(105U, 105nU, 105), 희생막들(110U, 110nU, 110) 및 버퍼 유전막(103)을 관통하는 홀들(115)을 형성할 수 있다. 상기 각 홀(115) 내에 수직형 활성 패턴(120), 충전 유전 패턴(125) 및 랜딩 패드(130)를 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 홀들(115) 및 수직형 활성 패턴(120)을 먼저 형성한 후에, 상기 커팅 영역(140) 및 비희생막(150)을 형성할 수도 있다. 이 경우에, 상기 비희생막(150)은 상기 수직형 활성 패턴(120) 상의 랜딩 패드(130)을 덮을 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 커팅 영역(140) 및 비희생막(150)을 형성한 후에, 상기 비희생막(150), 절연막들(105U, 105nU, 105) 및 희생막들(110U, 110nU, 110)을 패터닝하여 계단형 구조의 희생 패드들(110P)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 커팅 영역(140)의 끝부분 및 상기 희생 스페이서들(145a)의 연결된 부분이 함께 제거될 수 있다. 이에 따라, 커팅 영역(140a)의 양 내측벽들 상의 희생 스페이서들(145a')은 서로 분리될 수 있다. 희생 패드들(110P)을 형성한 직 후에, 비희생막(150')은 상기 최상위 희생막(110U) 보다 아래에 위치한 희생막들(110nU, 110)의 희생 패드들(110P)을 덮지 않을 수 있다.12A and 12B, after the cutting
상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에, 상기 기판(100) 전면 상에 캐핑 유전막(135')을 형성할 수 있다. 이어서, 도 8a 내지 도 8c의 참조하여 설명한 트렌치들(155)의 형성 공정, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 설명한 빈 영역들(106U, 106nU, 106) 및 리세스 영역들(162)의 형성 공정, 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 설명한 전극-유전막(170) 및 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 형성 공정을 차례로 수행할 수 있다. 이로써, 도 2a 및 도 2b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.After forming the
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도들이다.13 to 15 are cross-sectional views for explaining another modification of the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 수직형 활성 패턴(120)을 형성하기 전에, 홀(115)의 내측벽 상에 전극-유전막의 제1 부분(165a)을 형성할 수 있다. 상기 홀(115)의 바닥면 상에 형성된 상기 전극-유전막의 제1 부분(165a)을 제거할 수 있다. 이로써, 제1 부분(165a)의 형성 후에 형성되는 상기 수직형 활성 패턴(120)이 상기 기판(100)과 접촉될 수 있다. 캐핑 유전막(135)을 형성할 수 있다. 캐핑 유전막(135)은 랜딩 패드(130)을 덮을 수 있다. 캐핑 유전막(135)을 형성한 후에 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7c, 도 8a 내지 도 8c 및 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 설명한 공정들을 수행할 수 있다. 이로써, 14의 빈 영역들(106U, 106nU, 106) 및 리세스 영역들(162)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, before forming the vertical
도 14를 참조하면, 상기 빈 영역들(106U, 106nU, 106)은 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 상에 배치된 전극-유전막의 제1 부분(165a)의 일부분들을 각각 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 14, the empty regions 106U, 106nU, and 106 may expose portions of the
도 15를 참조하면, 상기 빈 영역들(106U, 106nU, 106) 및 리세스 영역들(162)을 갖는 기판(100) 상에 전극-유전막의 제2 부분(165b)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 커팅 영역(140)의 내측벽을 기준으로 한 상기 희생 스페이서(145a')의 두께는 상기 전극-유전막의 제2 부분(165b)의 두께의 2배와 같거나 작을 수 있다.Referring to FIG. 15, the
이어서, 상기 빈 영역들(106U, 106nU, 106)을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 식각하여, 상기 빈 영역들(106U, 106nU, 106) 내에 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 나머지 공정들은 도 10a 내지 도 10b를 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다. 이로써, 도 3a 및 도 3b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.
Subsequently, a conductive film filling the empty regions 106U, 106nU, and 106 is formed, and the conductive layer is etched to form electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in the empty regions 106U, 106nU, and 106. ) Can be formed. The remaining processes may be the same as described with reference to FIGS. 10A to 10B. Thus, the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 3A and 3B can be implemented.
(제2 실시예)(Second Embodiment)
본 실시예에서, 상술된 제1 실시예와 동일한 구성 요소들은 동일한 참조부호를 사용한다. 또한, 설명의 중복을 피하기 위하여, 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.In the present embodiment, the same components as the above-described first embodiment use the same reference numerals. In addition, in order to avoid the duplication of description, it demonstrates centering on the characteristic part of this embodiment.
도 16a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 16b는 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이며, 도 16c는 도 16a의 D 부분을 확대한 도면이다.FIG. 16A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 16A, and FIG. 16C is an enlarged view of a portion D of FIG. 16A. to be.
도 16a, 도 16b 및 도 16c를 참조하면, 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(S1a')은, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 위의 최상위 절연 패턴(105Ua)의 제1 외측벽보다 옆으로 돌출될 수 있다. 이와 유사하게, 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(S2a')은, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 사이의 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 수직형 활성 패턴(120) 및 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 내측벽들(InS1, InS2) 사이에 각각 배치된 전극-유전막(170)은 연장되어, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 및 제2 외측벽들(S1a', S2a')을 덮을 수 있다.16A, 16B, and 16C, the first outer wall S1a ′ of the first string select electrode SSE1 may be the first uppermost insulating pattern 105Ua on the first string select electrode SSE1. It may protrude laterally than the outer wall. Similarly, the first outer wall S2a ′ of the second string select electrode SSE2 is greater than the first outer wall of the next higher
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 상기 제1 외측벽을 따라 아래로 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 아래에 위치한 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)과 연결될 수 있다. 상기 적층된 제2 및 제1 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)의 연결부(200)는 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 상기 제1 외측벽 및 비희생 패턴(150a')사이에 개재될 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)의 연결부(200)는 상기 전극-유전막(170)의 연장부들 사이에 배치될 수 있다.The first string select electrode SSE1 extends down along the first outer wall of the next higher insulating pattern 105nUa, so that the second string select electrode SSE2 is located below the first string select electrode SSE1. It can be connected with. The
본 실시예에 따르면, 상기 비희생 패턴(150a')과 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 간 수평 거리(Had)는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 상부면 상의 전극-유전막(170)의 두께(T)의 2배 보다 클 수 있다. 이로써, 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽 및 비희생 패턴(150a') 사이에 상기 연결부(200)가 배치될 수 있는 공간을 확보할 수 있다.According to the present exemplary embodiment, the horizontal distance Had between the
상술된 바와 같이, 차례로 적층된 제2 및 제1 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)은 서로 연결될 수 있다. 도 16a 및 도 16b에 개시된 바와 같이, 상기 비희생 패턴(150a) 일 측에 위치한 서로 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)은 상기 비희생 패턴(150a)의 타 측에 위치한 서로 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)로부터 분리된다.As described above, the second and first string select electrodes SSE2 and SSE1 sequentially stacked may be connected to each other. As shown in FIGS. 16A and 16B, the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 connected to each other on one side of the
일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상기 제1 외측벽(S1a')과 인접한 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 일부분은 위로 돌출되어, 상기 최상위 절연 패턴(175)의 상기 제1 외측벽 상에 배치될 수 있다.In example embodiments, a portion of the first string selection electrode SSE1 adjacent to the first outer wall S1a ′ of the first string selection electrode SSE1 may protrude upward to form the topmost
상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a', S2a')이 각각 상기 최상위 및 차상위 절연 패턴들(105Ua, 105nUa)의 제1 외측벽들 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들이 증가되어, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항이 감소될 수 있다. 또한, 적층된 제2 및 제1 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)이 서로 연결됨으로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항은 더욱 감소될 수 있다. 그 결과, 우수한 신뢰성을 갖고, 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the above-described three-dimensional semiconductor memory device, the first outer walls (S1a ′, S2a ′) of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 are respectively the top and next higher insulating patterns 105Ua and 105nUa. ) May protrude laterally than the first outer walls. As a result, widths of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 may be increased, thereby reducing resistance of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2. In addition, since the stacked second and first string select electrodes SSE2 and SSE1 are connected to each other, the resistance of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 may be further reduced. As a result, it is possible to realize a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16A to describe one modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
도 17을 참조하면, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이의 전극-유전막(170a)은 제1 부분(165a) 및 제2 부분(165b)을 포함할 수 있다. 상기 전극-유전막(170a)의 제1 부분(165a) 수직적으로 연장되어, 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 및 절연 패턴(105a, 105nUa, 105Ua) 사이에 개재될 수 있다. 상기 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)은 연장되어, 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 하부면 및 상부면을 덮는다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 사이의 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)은 더 연장되어, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들을 덮을 수 있다. 본 변형에서는, 상기 비희생 패턴(150a) 및 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽간 수평 거리가, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상부면 상에 위치한 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165a)의 두께의 2배 보다 클 수 있다.Referring to FIG. 17, the electrode-
도 18a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 16a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 18b는 도 18a의 E 부분을 확대한 도면이다.FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 16A to explain another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 18B is an enlarged view of portion E of FIG. 18A. to be.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 본 변형예에 따르면, 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 및 각 전극(GSE1a, GSE2a, CEa, SSE2a, SSE1a) 사이의 전극-유전막(170')은 수직적으로 연장되어, 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 및 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua) 사이에 개재될 수 있다. 이 경우에, 상기 각 전극(GSE1a, GSE2a, CEa, SSE2a, SSE1a)은 금속 패턴(MP) 및 배리어 도전 패턴(BP)을 포함할 수 있다. 상기 배리어 도전 패턴(BP)은 상기 각 금속 패턴(MP)과 상기 절연 패턴(105a, 105nUa 및/또는 105Ua) 사이, 및 상기 각 금속 패턴(MP) 및 상기 전극-유전막(170') 사이에 배치될 수 있다.18A and 18B, according to the present modification, the electrode-
도 18b에 개시된 바와 같이, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)은 서로 대향된 제1 외측벽(MS1a) 및 제2 외측벽(MS1b)을 가질 수 있다. 상기 제1 외측벽(MS1a)은 상기 비희생 패턴(150a)에 인접할 수 있으며, 상기 제2 외측벽(MS1b)은 소자분리 패턴(175a)에 인접할 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a)내 배리어 도전 패턴(BP)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)의 제1 외측벽(MS1a)과 접촉될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)의 제2 외측벽(MS1b)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 배리어 도전 패턴(BP)와 접촉되지 않을 수 있다. As illustrated in FIG. 18B, the metal pattern MP in the first string selection electrode SSE1a may have a first outer wall MS1a and a second outer wall MS1b facing each other. The first outer wall MS1a may be adjacent to the
이와 마찬가지로, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 금속 패턴(MP)은 서로 대향된 제1 외측벽(MS2a) 및 제2 외측벽(MS2b)을 가질 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a)내 금속 패턴(MP)의 제1 및 제2 외측벽들(MS2a, MS2b)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)의 제1 및 제2 외측벽들(MS1a, MS1b)에 각각 정렬될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 배리어 도전 패턴(BP)은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 금속 패턴(MP)의 제1 외측벽(MS2a)과 접촉될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a)내 금속 패턴(MP)의 제2 외측벽(MS2b)은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 배리어 도전 패턴(BP)과 접촉되지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1a, SSE2a)의 금속 패턴들(MP)의 제2 외측벽들(MS1b, MS2b)은 소자분리 패턴(175)과 접촉될 수 있다. 이 경우에, 상기 소자분리 패턴(175)은 배리어 특성을 갖는 유전 물질(ex, 질화물 및/또는 산화질화물 등)을 포함할 수 있다.Similarly, the metal pattern MP in the second string selection electrode SSE2a may have a first outer wall MS2a and a second outer wall MS2b facing each other. The first and second outer walls MS2a and MS2b of the metal pattern MP in the second string select electrode SSE2a are the first and second of the metal pattern MP in the first string select electrode SSE1a. It may be aligned with the outer walls MS1a and MS1b, respectively. The barrier conductive pattern BP in the second string select electrode SSE2a may be in contact with the first outer wall MS2a of the metal pattern MP in the second string select electrode SSE2a. In example embodiments, the second outer wall MS2b of the metal pattern MP in the second string select electrode SSE2a may not be in contact with the barrier conductive pattern BP in the second string select electrode SSE2a. have. In example embodiments, the second outer walls MS1b and MS2b of the metal patterns MP of the first and second string select electrodes SSE1a and SSE2a may be in contact with the
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)의 제1 외측벽(MS1a)은 최상위 절연 패턴(105Ua)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 금속 패턴(MP)의 제1 외측벽(MS2a)은 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1a) 내 금속 패턴(MP)은 상기 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽을 따라 아래로 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2a) 내 금속 패턴(MP)과 연결될 수 있다. 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1a, SSE2a) 내 금속 패턴들(MP)의 연결부(MC)는 상기 비희생 패턴(150a')과 상기 차상위 절연 패턴(105nUa) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1a, SSE2a) 내 배리어 도전 패턴들(BP)도 연장되어, 상기 연결부(MC) 및 차상위 절연 패턴(105nUa) 사이, 및 상기 연결부(MC) 및 비희생 패턴(150a') 사이에 배치될 수 있다.The first outer wall MS1a of the metal pattern MP in the first string selection electrode SSE1a may protrude laterally than the first outer wall of the uppermost insulating pattern 105Ua. The first outer wall MS2a of the metal pattern MP in the second string select electrode SSE2a may protrude laterally than the first outer wall of the next higher insulating pattern 105nUa. The metal pattern MP in the first string select electrode SSE1a extends down along the first outer wall of the next higher insulating pattern 105nUa, and the metal pattern MP in the second string select electrode SSE2a Can be connected. The connection part MC of the metal patterns MP in the first and second string selection electrodes SSE1a and SSE2a may be interposed between the
도 18a에 개시된 바와 같이, 각 셀 전극(CEa) 내 금속 패턴(MP)의 양 외측벽들은 상기 셀 전극(CEa) 내 배리어 도전 패턴(BP)과 접촉되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 각 접지 선택 전극(GSE1a, GSE2a) 내 금속 패턴(MP)의 양 외측벽들도 상기 각 접지 선택 전극(GSE1a, GSE2a) 내 배리어 도전 패턴(BP)과 접촉되지 않을 수 있다.As illustrated in FIG. 18A, both outer sidewalls of the metal pattern MP in each cell electrode CEa may not contact the barrier conductive pattern BP in the cell electrode CEa. Similarly, both outer walls of the metal pattern MP in each of the ground selection electrodes GSE1a and GSE2a may not be in contact with the barrier conductive pattern BP in each of the ground selection electrodes GSE1a and GSE2a.
상기 전극-유전막(170')은 도 1d를 참조하여 설명한 터널 유전막(TDL), 전하저장층(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)을 포함할 수 있다. 상기 금속 패턴(MP)은 텅스텐, 구리 또는 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 상기 배리어 도전 패턴(BP)은 도전성 금속 질화물(ex, 질화 티타늄, 질화 탄탈늄, 질화 텅스텐 등) 및/또는 전이 금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등)을 포함할 수 있다.The electrode-
도 19a 내지 도 24a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 19b 내지 도 24b는 각각 도 19a 내지 도 24a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이다.19A to 24A are plan views illustrating a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 19B to 24B are taken along the line II ′ of FIGS. 19A to 24A, respectively. Cross-sectional views.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 기판(100) 상에 희생막들(110, 110nU, 110U) 및 절연막들(105, 105nU, 105U)을 교대로 그리고 반복적으로 적층시킬 수 있다. 최상위 절연막(105U), 최상위 희생막(110U), 차상위 절연막(105nU) 및 차상위 희생막(110nU)을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역(140)을 형성할 수 있다.19A and 19B, the
상기 커팅 영역(140)을 갖는 기판(100) 상에 스페이서막(245)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 도 19b의 참조부호 Tda는 스페이서막(245)의 두께(Tda)를 나타낸다. 상기 스페이서막(245)은 상술된 제1 실시예의 스페이서막(145)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.The
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 전면 이방성 식각 공정으로 상기 스페이서막(145)을 식각하여, 상기 커팅 영역(140)의 양 내측벽들 상에 희생 스페이서들(245a)을 형성할 수 있다. 상기 커팅 영역(140) 내 희생 스페이서들(245a)은 서로 이격될 수 있다. 도 20a에 개시된 바와 같이, 상기 커팅 영역(140)의 끝 부분에서, 상기 희생 스페이서들(245a)의 끝 부분들은 서로 연결될 수 있다. 이어서, 상기 커팅 영역(140)을 채우는 비희생막(150)을 기판(100) 상에 형성할 수 있다. 20A and 20B,
상기 비희생막, 절연막(105U, 105nU, 105) 및 희생막들(110U, 110nU, 110)을 패터닝하여, 계단형 구조의 희생 패드들(110P)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 커팅 영역(140)의 끝부분 및 상기 희생 스페이서들(245a)의 끝부분들의 연결부가 제거될 수 있다. 이에 따라, 커팅 영역(140a)의 양 내측벽들 상에 각각 배치된 희생 스페이서들(245b)은 서로 분리될 수 있다. 상기 희생 패드들(110P)의 형성 후에, 비희생막(150')은 최상위 희생막(110U) 보다 아래에 위치한 희생 패드들(110P)을 덮지 않을 수 있다.The non-sacrificial layer, the insulating
상기 비희생막(150), 절연막들(105U, 105nU, 105), 희생막들(110U, 110nU, 110) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 관통하는 홀들(115)을 형성할 수 있다. 상기 각 홀(115) 내에 수직형 활성 패턴(120)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 각 홀(115) 내에 충전 유전 패턴(125) 및 랜딩 패드(130)를 형성할 수 있다.
상기 홀(115) 및 수직형 활성 패턴(120)은 상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 홀(115) 및 수직형 활성 패턴(120)은 상기 희생 패드들(110P)를 형성하기 전, 또는 상기 커팅 영역(140)을 형성하기 전에 형성될 수도 있다.The
상기 희생 패드들(110P)을 포함한 기판(110) 전면 상에 캐핑 유전막(135')을 형성할 수 있다.The capping
도 22a 및 도 22b를 참조하면, 상기 캐핑 유전막(135'), 비희생막(150'), 절연막들(105U, 105nU, 105), 희생막(110U, 110nU, 110) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여 몰드 패턴들을 정의하는 트렌치들(155)을 형성할 수 있다. 상기 각 몰드 패턴은 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua), 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua), 커팅 영역(140), 희생 스페이서들(245b), 비희생 패턴(150a') 및 캐핑 유전 패턴(135a')을 포함할 수 있다.22A and 22B, the capping
도 23a 및 도 23b를 참조하면, 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 제거하여 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 희생 스페이서들(245b)을 식각하여 리세스 영역들(262)을 형성할 수 있다. 상기 희생 스페이서들(245b)은 완전히 제거될 수 있다. 이와는 달리, 상기 최상위 빈 영역(160U) 보다 높은 레벨에 위치한 상기 희생 스페이서들(245b)의 일부분들은 잔존될 수도 있다.Referring to FIGS. 23A and 23B, the
도 24a 및 도 24b를 참조하면, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역들(262)을 갖는 기판(100) 상에 전극-유전막(170)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 이때, 상기 스페이서막(245)의 두께(Tda)는 상기 전극-유전막(170)의 두께의 2배 보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 전극-유전막(170)은 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역들(262)의 내면들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 리세스 영역들(262)의 일부분들이 비어 있는 상태일 수 있다.Referring to FIGS. 24A and 24B, an electrode-
이어서, 상기 기판(100) 상에 도전막을 형성할 수 있다. 상기 도전막은 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역들(262)을 채울 수 있다. 이어서, 상기 도전막을 식각하여 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 내에 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 각각 형성할 수 있다. 상기 리세스 영역(262)을 채우는 상기 도전막의 일부분은 도 16c의 연결부(200)에 해당할 수 있다. 또한, 상기 희생 스페이서(245b)의 두께가 상기 전극-유전막(170)의 두께의 2배 보다 큼으로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들은 상기 최상위 및 차상위 절연 패턴들(105Ua, 105nUa)의 제1 외측벽들 보다 옆으로 돌출될 수 있다.Subsequently, a conductive film may be formed on the
상기 리세스 영역(262)을 형성하기 전에, 상기 희생 스페이서들(도 20a 및 20b)의 연결부들을 제거함으로써, 상기 커팅 영역(140) 일 측의 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 커팅 영역(140)의 타 측에 위치한 제1 스트링 선택 전극(SSE1)으로부터 완전히 분리될 수 있다.Before forming the
상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성한 후에, 상기 트렌치(155)의 내측벽 상에 위치한 상기 전극-유전막(170)을 제거할 수도 있다. 상기 트렌치(155) 아래의 기판(100) 내에 공통 소오스 영역(CS)을 형성할 수 있다. 이어서, 도 16a 내지 도 16c에 개시된 소자분리 패턴(175), 콘택 플러그(180) 및 배선(190)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 16a 내지 도 16c에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.After forming the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1, the electrode-
상술된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법에 따르면, 상기 커팅 영역(140) 및 비희생막(150)을 형성한 후에, 상기 트렌치들(155)을 형성하고, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성한다. 이로써, 상술된 제1 실시예에서 설명한 효과들을 획득할 수 있다. 또한, 상기 희생 스페이서(245b)의 두께를 상기 전극-유전막(170)의 두께의 2배 보다 크게 함으로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들을 더욱 증가시킬 수 있으며, 또한, 차례로 적층된 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)을 서로 연결시킬 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 감소시켜, 우수한 신뢰성을 갖고 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device described above, after the cutting
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.25 is a cross-sectional view for explaining a modification of the method for manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
도 21a 및 도 21b에서 수직형 활성 패턴(120)을 형성하기 전에, 상기 각 홀(115)의 내측벽 상에 전극-유전막의 제1 부분(165a)을 형성할 수 있다. 이 후에 도 22a 및 도 22b를 참조하여 설명한 방법들 및 도 23a 및 도 23b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 이에 따라, 도 25의 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성할 수 있다. 이 경우에, 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 상기 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 상에 위치한 상기 전극-유전막의 제1 부분(165a)을 노출시킬 수 있다. 이어서, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역들(262)을 갖는 기판 상에 전극-유전막의 제2 부분(165b)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 희생 스페이서(245b)의 두께는 상기 전극-유전막의 제2 부분(165b)의 두께의 2배 보다 클 수 있다. 이어서, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역들(262)을 채우는 도전막을 형성하고, 도전막을 식각하여 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 각각 채우는 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 이 후의 공정들은 상술된 방법과 동일할 수 있다. 이로써, 도 17에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Before forming the vertical
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.26 is a cross-sectional view for illustrating another modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
도 21a 및 도 21b에서 수직형 활성 패턴(120)을 형성하기 전에, 상기 각 홀(115)의 내측벽 상에 전극-유전막(170')을 형성할 수 있다. 이 후에, 도 22a 및 도 22b를 참조하여 설명한 방법들 및 도 23a 및 도 23b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 이에 따라, 도 26에 개시된 바와 같이, 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 상에 위치한 전극-유전막(170')을 노출시키는 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역(262)을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 식각하여 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 각각 채우는 전극들을 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 전극들을 형성한 후에, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 및 리세스 영역(262) 내에 상기 전극-유전막(170')이 형성되지 않을 수 있다.Before forming the vertical
일 실시예에 따르면, 상기 도전막은 배리어 도전막 및 금속막을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 전극-유전막(170')을 노출시키는 빈 영역들(160, 160nU, 160U), 및 리세스 영역들(262)을 갖는 기판(100) 상에 상기 배리어 도전막을 콘포말하게 형성하고, 상기 배리어 도전막 상에 적어도 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 채우는 금속막을 형성할 수 있다. 상기 금속막 및 배리어 도전막을 식각하여, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U) 내에 전극들(도 18a 및 도 18b의 GSE1a, GSE2a, CEa, SSE2a, SSE1a)을 각각 형성할 수 있다. 이 후의 공정들은 상술한 방법과 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 도 18a 및 도 18b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.
In example embodiments, the conductive layer may include a barrier conductive layer and a metal layer. For example, the barrier conductive film is conformally formed on the
(제3 실시예)(Third Embodiment)
본 실시예에서, 상술된 실시예들과 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용한다. 이하 설명에서, 본 실시예의 특징적인 부분들을 중심으로 설명한다.In the present embodiment, the same components as the above-described embodiments use the same reference numerals. In the following description, the characteristic parts of this embodiment will be described mainly.
도 27a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자를 나타내는 평면도이고, 도 27b는 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이며, 도 27c는 도 27b의 F 부분을 확대한 도면이다.FIG. 27A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 27B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 27A, and FIG. 27C is an enlarged view of a portion F of FIG. 27B. to be.
도 27a, 도 27b 및 도 27c를 참조하면, 비희생 패턴(150a)에 인접한 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a', S2a')은 상기 비희생 패턴(150a)에 인접한 최상위 절연 패턴(105Ua)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 상기 비희생 패턴(150a)에 인접한 차상위 절연 패턴(105nUa)의 제1 외측벽도 상기 최상위 절연 패턴(105Ua)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 수직형 활성 패턴(120) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 간 전극-유전막(170)은 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상기 제1 외측벽(S1a')을 덮을 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 간 전극-유전막(170)은 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 상기 제1 외측벽(S2a')을 덮을 수 있다. 이때, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(S1a')을 덮는 전극-유전막(170)은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(S2a')을 덮는 전극-유전막(170)과 분리될 수 있다. 또한, 차례로 적층된 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1)도 서로 분리될 수 있다.27A, 27B, and 27C, the first outer walls S1a 'and S2a' of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 adjacent to the
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 상기 제1 외측벽(S1a')에 인접한 부분은 위로 연장되어, 상기 최상위 절연 패턴(105Ua)의 제1 외측벽 상에 배치될 수 있다.A portion adjacent to the first outer wall S1a ′ of the first string selection electrode SSE1 may extend upward and be disposed on the first outer wall of the uppermost insulating pattern 105Ua.
서로 인접한 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua) 사이에 가이드 개구부(300)가 정의될 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua) 상에 캐핑 유전 패턴(135a)이 배치될 수 있다. 상기 가이드 개구부(300)는 위로 연장되어, 상기 캐핑 유전 패턴(135a)을 관통할 수 있다. 상기 비희생 패턴(150a)은 상기 가이드 개구부(300)내로 위로 연장될 수 있다. 도 27a에 개시된 바와 같이, 상기 가이드 개구부(300)의 끝 부분에 잔여 희생 패턴(345R)이 배치될 수 있다. 상기 잔여 패턴(345R)은 상술된 제1 실시예의 잔여 스페이서(145r)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 잔여 희생 패턴(345R)으로 인하여, 상기 가이드 개구부(300) 일 측에 배치된 제1 스트링 선택 전극(SSE1)이 상기 가이드 개구부(300)의 타측에 배치된 제1 스트링 선택 전극(SSE1)과 분리될 수 있다.A
상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a', S2a')은 상기 최상위 절연 패턴(105a)의 제1 외측벽 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 이로써, 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항이 감소되어, 우수한 신뢰성을 갖는 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the above-described three-dimensional semiconductor memory device, the first outer walls S1a 'and S2a' of the first and second string selection electrodes SSE1 and SSE2 are disposed more than the first outer wall of the uppermost insulating
다음으로, 도면들을 참조하여 본 실시예에 따른 변형예들을 설명한다. Next, modifications according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
도 28a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 나타내는 평면도이고, 도 28b는 도 28a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 28A is a plan view showing a modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 28B is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. 28A.
도 28a 및 도 28b를 참조하면, 평면적 관점에서, 가이드 개구부(300a)의 끝 부분이 제거된 상태일 수 있다. 이에 따라, 도 27a에 개시된 잔여 희생 패턴(345R)이 제거될 수 있다. 이 경우에, 도 28b에 개시된 바와 같이, 상기 가이드 개구부(300a)는 최상위 절연 패턴들(105Ua) 사이에 한정적으로 정의될 수 있다. 캐핑 유전 패턴(135a')은 상기 최상위 절연 패턴들(105Ua) 및 비희생 패턴(150a') 상에 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 28A and 28B, in plan view, an end portion of the
도 29는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 27A in order to explain another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
도 29를 참조하면, 수직형 활성 패턴(120) 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이의 전극-유전막(170a)은 제1 부분(165a) 및 제2 부분(165b)을 포함할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이에 위치한 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)이 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮을 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 수직형 활성 패턴(120) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 사이에 위치한 전극-유전막(170a)의 제2 부분(165b)이 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮을 수 있다.Referring to FIG. 29, the electrode-
도 30a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 27a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 30b는 도 30a의 G 부분을 확대한 도면이다.30A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 27A in order to explain another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 30B is an enlarged view of a portion G of FIG. 30A. Drawing.
도 30a 및 도 30b를 참조하면, 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1b, SSE2b)의 각각은 금속 패턴(MP') 및 배리어 도전 패턴(BP')을 포함할 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b)의 금속 패턴(MP')은 서로 대향된 제1 외측벽(MS1a') 및 제2 외측벽(MS1b')을 가질 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b)의 금속 패턴(MP')도 서로 대향된 제1 외측벽(MS2a') 및 제2 외측벽(MS2b')을 가질 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 금속 패턴(MP')의 제1 및 제2 외측벽들(MS2a', MS2b')은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 금속 패턴(MP')의 제1 및 제2 외측벽들(MS1a', MS1b')에 각각 정렬될 수 있다.30A and 30B, each of the first and second string select electrodes SSE1b and SSE2b may include a metal pattern MP ′ and a barrier conductive pattern BP ′. The metal pattern MP 'of the first string selection electrode SSE1b may have a first outer wall MS1a' and a second outer wall MS1b 'facing each other. The metal pattern MP 'of the second string selection electrode SSE2b may also have a first outer wall MS2a' and a second outer wall MS2b 'facing each other. The first and second outer walls MS2a 'and MS2b' of the metal pattern MP 'in the second string select electrode SSE2b are formed of the metal pattern MP' in the first string select electrode SSE2b. It may be aligned with the first and second outer walls MS1a 'and MS1b', respectively.
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b) 내 배리어 도전 패턴(BP')은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b) 내 금속 패턴(MP')의 상부면, 하부면 및 제1 외측벽(MS1a')과 접촉될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b) 내 금속 패턴(MP')의 제2 외측벽(MS1b')은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b) 내 배리어 도전 패턴(BP')과 접촉되지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 배리어 도전 패턴(BP')은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 금속 패턴(MP')의 상부면, 하부면 및 제1 외측벽(MS2a')과 접촉될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 금속 패턴(MP')의 제2 외측벽(MS2b')은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 배리어 도전 패턴(BP')과 접촉되지 않을 수 있다.The barrier conductive pattern BP ′ in the first string select electrode SSE1b contacts the upper surface, the lower surface, and the first outer wall MS1a ′ of the metal pattern MP ′ in the first string select electrode SSE1b. Can be. The second outer wall MS1b 'of the metal pattern MP' in the first string select electrode SSE1b may not be in contact with the barrier conductive pattern BP ′ in the first string select electrode SSE1b. Similarly, the barrier conductive pattern BP ′ in the second string select electrode SSE2b may have an upper surface, a lower surface, and a first outer wall MS2a 'of the metal pattern MP' in the second string select electrode SSE2b. ) May be contacted. The second outer wall MS2b 'of the metal pattern MP' in the second string select electrode SSE2b may not contact the barrier conductive pattern BP 'in the second string select electrode SSE2b.
상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b)내 금속 패턴(MP')은 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 금속 패턴(MP')으로부터 분리될 수 있다. 또한, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1b) 내 배리어 도전 패턴(BP')도 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2b) 내 배리어 도전 패턴(BP')으로부터 분리될 수 있다.The metal pattern MP ′ in the first string select electrode SSE1b may be separated from the metal pattern MP ′ in the second string select electrode SSE2b. In addition, the barrier conductive pattern BP ′ in the first string select electrode SSE1b may also be separated from the barrier conductive pattern BP ′ in the second string select electrode SSE2b.
상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1b, SSE2b)의 각각의 금속 패턴(MP') 및 배리어 도전 패턴(BP')은 셀 전극(CEa)의 금속 패턴(MP) 및 배리어 도전 패턴(BP)과 각각 동일한 물질로 형성될 수 있다.Each of the metal pattern MP ′ and the barrier conductive pattern BP ′ of the first and second string selection electrodes SSE1b and SSE2b is a metal pattern MP and a barrier conductive pattern BP of the cell electrode CEa. And each of the same material).
도 31a 내지 도 35b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 31b 내지 도 35b는 각각 도 31a 내지 도 35a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이다.31A to 35B are plan views illustrating a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 31B to 35B are taken along the line II ′ of FIGS. 31A to 35A, respectively. Cross-sectional views.
도 31a 및 도 31b를 참조하면, 절연막들(105U, 105nU, 105) 및 희생막들(110U, 110nU, 110)을 패터닝하여 계단형 구조의 희생 패드들(110P)을 형성할 수 있다. 희생 패드들(110P)을 갖는 기판(100) 상에 캐핑 유전막(135)을 형성할 수 있다. 31A and 31B, the insulating
상기 캐핑 유전막(135) 및 최상위 절연막(105U)을 패터닝하여, 가이드 개구부(300)를 형성할 수 있다. 상기 가이드 개구부(300)는 최상위 희생막(110U)을 노출시킬 수 있다. 도 31a에 개시된 바와 같이, 상기 가이드 개구부(300)는 y축 방향으로 연장된 그루브 형태일 수 있다.The capping
홀들(115) 및 수직형 활성 패턴(120)은 상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에 형성될 수 있다. 상기 홀들(115) 및 수직형 활성 패턴(120)은 상기 가이드 개구부(300)를 형성하기 전에 형성될 수 있다.The
상기 가이드 개구부(300)를 갖는 기판(100) 상에 스페이서막(345)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 스페이서막(345)은 상술된 제1 실시예의 스페이서막(145)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.The
도 32a 및 도 32b를 참조하면, 전면 이방성 식각 공정으로, 상기 스페이서막(345) 및 최상위 희생막(110U)을 연속적으로 식각하여, 커팅 영역(340)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 가이드 개구부(300)의 양 내측벽 상에 희생 스페이서들(345a)이 형성될 수 있다. 상기 커팅 영역(340)은 상기 가이드 개구부(300) 내 희생 스페이서들(345a) 사이에 형성될 수 있다. 상기 최상위 희생막(110U)을 식각하는 동안에, 상기 가이드 개구부(300) 양 내측벽들 상의 스페이서막(345)의 일부분들이 식각될 수 있다. 이로써, 상기 희생 스페이서들(345a)의 상단들은 상기 가이드 개구부(300)의 내측벽들의 상단들 보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 상기 커팅 영역(340)은 상기 최상위 희생막(110U)을 커팅한다.32A and 32B, in the anisotropic etching process, the
도 32a에 개시된 바와 같이, 상기 가이드 개구부(300)의 끝부분에서 상기 희생 스페이서들(345a)의 끝 부분들이 서로 연결될 수 있다. 상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에 상기 희생 스페이서들(345a)을 형성하는 경우에, 상기 희생 스페이서들(345a)의 연결부는, 셀 전극들 및 접지 선택 전극들의 전극 패드들로 대체되는 희생 패드들(110P) 중에 어느 하나 상의 캐핑 유전막(135) 상에 배치되는 것이 바람직하다.As illustrated in FIG. 32A, end portions of the
도 33a 및 도 33b를 참조하면, 상기 희생 스페이서들(345a)을 식각 마스크로 사용하여, 상기 커팅 영역(340) 아래의 차상위 절연막(105nU) 및 차상위 희생막(110nU)을 연속적으로 식각할 수 있다. 이로써, 상기 최상위 및 차상위 희생막들(110U, 110nU)을 커팅하는 커팅 영역(340a)이 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 차상위 희생막(110nU)을 식각할 때, 상기 희생 스페이서들(345a)의 일부가 식각될 수 있다. 이로써, 식각된 희생 스페이서들(345a')은 도 32b의 희생 스페이서들(345a) 보다 낮을 수 있다.33A and 33B, the
도 34a 및 도 34b를 참조하면, 이어서, 상기 커팅 영역(345a) 및 가이드 개구부(300)를 채우는 비희생막을 기판(100) 전면 상에 형성할 수 있다. 상기 비희생막, 캐핑 유전막(135), 절연막들(105U, 105nU, 105a), 희생막들(110U, 110nU, 110) 및 버퍼 유전막(103)을 연속적으로 패터닝하여 트렌치들(155)을 형성한다. 상기 트렌치들(155)의 형성에 의하여, 몰드 패턴들이 형성된다. 상기 각 몰드 패턴은 절연 패턴들(105a, 105nUa, 105Ua), 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua), 캐핑 유전 패턴(135a) 및 비희생 패턴(150a)을 형성할 수 있다.34A and 34B, a non-sacrificial film may be formed on the entire surface of the
상기 비희생 패턴(150a)은 상기 커팅 영역(345a)의 양 내측벽들을 이루는 최상위 및 차상위 희생 패턴들(110nUa, 110Ua)과 접촉될 수 있다.The
도 35a 및 도 35b를 참조하면, 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 제거하여 빈 영역들(160, 160nU, 160U)이 형성될 수 있다. 상기 희생 패턴들(110a, 110nUa, 110Ua)을 제거할 때, 최상위 희생 패턴(110Ua)과 접촉된 상기 식각된 희생 스페이서들(345a')이 제거될 수 있다. 이 경우에, 도 35a에 개시된 바와 같이, 상기 가이드 개구부(300)의 끝부분에 위치한 상기 희생 스페이서들(345a')의 연결부(345R)가 잔존될 수도 있다. 상기 연결부(345R)를 잔여 희생 패턴(345R)이라 정의한다. 상기 잔여 희생 패턴(345R)은 상기 가이드 개구부(300)의 일 내측벽 상에 위치한 희생 스페이서(345a')가 제거된 영역을 상기 가이드 개구부(300)의 타 측벽 상에 위치한 희생 스페이서(345a')가 제거된 영역으로부터 분리시킬 수 있다.35A and 35B, the
이어서, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 갖는 기판(100) 상에 전극-유전막(170)을 콘포말하게 형성하고, 상기 전극 유전막(170) 상에 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 채우는 도전막을 형성할 수 있다. 상기 도전막을 식각하여, 도 27a 내지 도 27c의 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 이 후의 공정들은 상술된 방법과 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 도 27a 내지 도 27c에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Subsequently, an electrode-
상술된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법에 따르면, 상기 트렌치(155)를 형성하기 전에 상기 커팅 영역(345a) 및 비희생막(150)을 형성함으로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(S1a', S2a')은 식각 공정으로부터 보호될 수 있다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 식각 손실을 최소화하여, 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 감소시킬 수 있다.According to the above-described method for manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device, the cutting
또한, 상기 가이드 개구부(300) 내 상기 희생 스페이서들(345a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 커팅 영역(340a)을 형성함으로써, 최상위 빈 영역들(160U) 및 차상위 빈 영역들(160nU)의 폭을 증가시킬 수 있다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 폭들이 증가되어, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항이 감소될 수 있다. 결과적으로, 우수한 신뢰성을 갖고, 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.In addition, the cutting
상술한 제조 방법에 따르면, 상기 희생 패드들(110P)을 형성한 후에, 상기 가이드 개구부(300)를 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 가이드 개구부(300)를 형성한 후에, 상기 희생 패드들(110P)를 형성할 수도 있다. 이를 도면을 참조하여 설명한다.According to the manufacturing method described above, after the
도 36 및 도 37은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 평면도들이다.36 and 37 are plan views illustrating a modification of the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
도 36을 참조하면, 희생 패드들(110P)를 형성하기 전에, 최상위 절연막(105U)을 패터닝하여 가이드 개구부(300)를 형성할 수 있다. 이어서, 도 31a 내지 33a 및 도 31b 내지 도 33b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 이로써, 상기 가이드 개구부(300)의 양 내측벽들 상에 희생 스페이서들(345a')이 형성되고, 상기 가이드 개구부(300) 내 상기 희생 스페이서들(345a) 사이에 커팅 영역(340a)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 36, before forming the
도 37을 참조하면, 상기 커팅 영역(340a)을 채우는 비희생막을 형성하고, 상기 비희생막, 절연막들 및 희생막들을 패터닝하여 계단형 구조의 희생 패드들(110P)를 형성할 수 있다. 이때, 상기 가이드 개구부(300)의 끝부분 및 상기 희생 스페이서들(345a')의 연결부가 함께 제거될 수 있다. 이로써, 가이드 개구부(300a) 양 내측벽들 상에 형성된 희생 스페이서들(345b)은 서로 분리될 수 있다. 이 후의 공정들은 도 34a 및 도 34b와, 도 35a 및 도 35b를 참조하여 설명한 것과 동일한 방법으로 수행할 수 있다. 이로써, 도 28a 및 도 28b에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Referring to FIG. 37, a non-sacrificial layer filling the
도 38은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.38 is a cross-sectional view for illustrating another modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention.
도 31a 및 도 31b를 참조하여 설명한 수직형 활성 패턴(120)을 형성하기 전에, 상기 홀(115)의 내측벽 상에 전극 유전막의 제1 부분(165a)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 38에 개시된 상기 전극 유전막의 제1 부분(165a)을 노출시키는 빈 영역들(160, 160nU, 106U)을 형성할 수 있다. 이어서, 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 갖는 기판(100) 상에 전극 유전막의 제2 부분(165b)을 콘포말하게 형성하고, 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 채우는 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 29에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Before forming the vertical
한편, 상기 수직형 활성 패턴(120)을 형성하기 전에, 상기 홀(115)의 내측벽 상에 전극-유전막(170') 전체를 형성할 수 있다. 이 경우에, 빈 영역들(160, 160nU, 160U)은 수직형 활성 패턴(120)의 측벽 상에 위치한 전극-유전막(170')을 노출시킬 수 있다. 상기 전극-유전막(170')을 노출시키는 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 채우는 도전막을 형성하고, 상기 도전막을 식각하여 상기 빈 영역들(160, 160nU, 160U)을 각각 채우는 전극들을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 도전막을 배리어 도전막 및 금속막을 포함할 수 있다. 이 경우에, 도 30a 및 도 30b에 도시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Meanwhile, before forming the vertical
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 3차원 반도체 기억 소자가 실장된 패키지는 상기 3차원 반도체 기억 소자를 제어하는 컨트롤러 및/또는 논리 소자 등을 더 포함할 수도 있다.The package in which the 3D semiconductor memory device is mounted in the embodiments of the present invention may further include a controller and / or a logic device for controlling the 3D semiconductor memory device.
도 39는 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 간략히 도시한 블록도 이다.39 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 39를 참조하면, 본 발명의 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. 39, an
상기 컨트롤러(1110)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 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, 디램 소자, 에스램 소자, 자기 기억 소자 및/또는 상변화 기억 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 트랜시버등을 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 있다.The
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
도 40은 본 발명의 기술적 사상에 기초한 3차원 반도체 기억 소자를 포함하는 메모리 카드의 일 예를 간략히 도시한 블록도 이다.40 is a block diagram schematically illustrating an example of a memory card including a 3D semiconductor memory device based on the inventive concept.
도 40을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 카드(1200)는 기억 장치(1210)를 포함한다. 상기 기억 장치(1210)는 상술된 실시예들에 3차원 반도체 기억 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기억 장치(1210)는 다른 형태의 반도체 기억 소자(ex, 디램 소자, 에스램 소자, 자기 기억 소자 및/또는 상변화 기억 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.Referring to FIG. 40, a
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 접속시킬 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
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 한정적인 것이 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. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (38)
상기 전극 구조체를 관통하는 수직형 활성 패턴; 및
상기 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 전극들 사이에 개재된 전극-유전막을 포함하되, 상기 일 전극 및 수직형 활성 패턴의 측벽 사이에 위치한 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 최상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮는 3차원 반도체 기억 소자.An electrode structure comprising electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, wherein one of the electrodes has a first outer wall and a second outer wall facing each other;
A vertical active pattern penetrating the electrode structure; And
An electrode-dielectric film interposed between the sidewalls of the vertical active pattern and each of the electrodes, wherein at least a portion of the electrode-dielectric film positioned between the one electrode and the sidewall of the vertical active pattern extends to form the top electrode; A three-dimensional semiconductor memory element covering the lower surface, the upper surface and the first outer wall.
상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분의 연장부는 상기 일 전극의 상기 제2 외측벽을 덮지 않는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 1,
An extension of the at least a portion of the electrode-dielectric film does not cover the second outer wall of the one electrode.
상기 전극 구조체의 양측의 기판 상에 배치된 한 쌍의 소자분리 패턴들을 더 포함하되,
상기 일 전극의 상기 제2 외측벽은 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들 중에서 어느 하나와 접촉된 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 1,
Further comprising a pair of device isolation patterns disposed on the substrate on both sides of the electrode structure,
And the second outer wall of the one electrode is in contact with any one of the pair of device isolation patterns.
상기 전극 구조체는, 양 외측벽들이 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들에 각각 접촉된 다른 전극을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 3,
And the electrode structure includes another electrode having both outer walls contacting the pair of device isolation patterns, respectively.
상기 일 전극은 상기 전극 구조체 내에서 최상위 전극인 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 1,
And the one electrode is a top electrode in the electrode structure.
상기 전극들 중에서 상기 최상위 전극 바로 아래에 위치한 차상위 전극은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖고,
상기 차상위 전극의 제1 외측벽 및 제2 외측벽은 상기 최상위 전극의 제1 외측벽 및 제2 외측벽에 각각 정렬되고,
상기 차상위 전극 및 수직형 활성 패턴의 측벽 사이에 위치한 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어 상기 차상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 5,
Among the electrodes, the next higher electrode located directly below the uppermost electrode has a first outer wall and a second outer wall facing each other,
The first outer wall and the second outer wall of the next higher electrode are aligned with the first outer wall and the second outer wall of the uppermost electrode, respectively.
And at least a portion of an electrode-dielectric film positioned between the sidewall of the next upper electrode and the vertical active pattern to extend to cover the bottom surface, the top surface, and the first outer wall of the next upper electrode.
상기 최상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부는 상기 최상위 및 차상위 전극 간 절연 패턴의 일 외측벽을 따라 아래로 연장되어, 상기 차상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부와 연결된 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 6,
An extension of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the uppermost electrode extends downward along one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes, and is connected to an extension of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the upper electrode. 3D semiconductor memory device.
상기 최상위 전극 및 차상위 전극은 서로 분리된 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 7,
And the top electrode and the next upper electrode are separated from each other.
상기 최상위 및 차상위 전극들 간 상기 절연 패턴의 상기 일 외측벽과, 상기 최상위 및 차상위 전극들의 제1 외측벽들 옆에 배치된 비희생 패턴을 더 포함하되,
상기 최상위 및 차상위 전극들 간 상기 절연 패턴의 상기 일 외측벽과 상기 비희생 패턴간 수평 거리는 상기 최상위 전극의 상부면 상에 위치한 상기 전극-유전막의 연장부의 두께의 2배와 같거나 작은 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 7, wherein
Further comprising a non-sacrificial pattern disposed next to the one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes and the first outer walls of the uppermost and second upper electrodes,
A three-dimensional semiconductor memory in which a horizontal distance between the one outer wall of the insulating pattern and the non-sacrificial pattern between the uppermost and second upper electrodes is equal to or less than twice the thickness of an extension of the electrode-dielectric film positioned on an upper surface of the uppermost electrode; device.
상기 최상위 전극은, 상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 일 외측벽을 따라 아래로 연장되어 상기 차상위 전극과 연결된 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 6,
And the top electrode extends downward along one outer wall of the insulating pattern between the top and next top electrodes and is connected to the next top electrode.
상기 최상위 및 차상위 전극들 간 상기 절연 패턴의 상기 일 외측벽과, 상기 최상위 및 차상위 전극들의 제1 외측벽들 옆에 배치된 비희생 패턴을 더 포함하되,
상기 최상위 및 차상위 전극들 간 상기 절연 패턴의 상기 일 외측벽과 상기 비희생 패턴간 수평 거리는 상기 최상위 전극의 상부면 상에 위치한 상기 전극-유전막의 연장부의 두께의 2배 보다 큰 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 10,
Further comprising a non-sacrificial pattern disposed next to the one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes and the first outer walls of the uppermost and second upper electrodes,
And a horizontal distance between the one outer wall of the insulating pattern and the non-sacrificial pattern between the uppermost and second upper electrodes is greater than twice the thickness of an extension of the electrode-dielectric film located on an upper surface of the uppermost electrode.
상기 최상위 전극의 제1 외측벽들을 덮는 전극-유전막의 연장부는 상기 차상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 전극-유전막의 연장부와 이격되고,
상기 최상위 전극 및 상기 차상위 전극도 서로 분리된 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 6,
An extension of the electrode-dielectric film covering the first outer walls of the top electrode is spaced apart from an extension of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the next higher electrode,
And the top electrode and the next top electrode are also separated from each other.
상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 일 외측벽과, 상기 최상위 및 차상위 전극들의 제1 외측벽들 옆에 배치된 비희생 패턴을 더 포함하되,
상기 비희생 패턴은 상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 상기 일 외측벽과 접촉된 3차원 반도체 기억 소자.The method of claim 12,
Further comprising a non-sacrificial pattern disposed next to one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and second upper electrodes, and the first outer walls of the uppermost and second upper electrodes,
And the non-sacrificial pattern is in contact with the one outer wall of the insulating pattern between the uppermost and next upper electrodes.
상기 전극 구조체는 하나의 최하위 전극을 포함하고,
상기 최상위 전극은 상기 최하위 전극 위에(over) 복수로 제공되되, 상기 복수의 최상위 전극들은 옆으로 이격됨과 더불어 상기 기판의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치하고,
상기 수직형 활성 패턴은 복수로 제공되며, 상기 각 수직형 활성 패턴은 상기 각 최상위 전극 및 상기 각 최상위 전극 아래에 적층된 전극들을 관통하는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 5,
The electrode structure comprises one lowermost electrode,
The top electrode is provided in plurality over the bottom electrode, wherein the plurality of top electrodes are spaced apart laterally and located at the same level from the top surface of the substrate,
And a plurality of the vertical active patterns, wherein each of the vertical active patterns penetrates the top electrode and the electrodes stacked below the top electrode.
상기 최상위 전극 상의 최상위 절연 패턴의 일 외측벽 상에 배치된 잔여 희생 스페이서를 더 포함하되,
상기 잔여 희생 스페이서는 상기 절연 패턴들 및 비희생 패턴에 대하여 식각선택비를 갖는 유전 물질을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 5,
Further comprising a remaining sacrificial spacer disposed on one outer wall of the topmost insulating pattern on the top electrode,
The remaining sacrificial spacer includes a dielectric material having an etch selectivity with respect to the insulating patterns and the non-sacrificial pattern.
상기 최상위 전극의 상기 제1 외측벽은, 상기 최상위 전극 상에 배치된 최상위 절연 패턴의 일 외측벽 보다 옆으로 돌출된 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 1,
And the first outer wall of the uppermost electrode protrudes laterally than one outer wall of the uppermost insulating pattern disposed on the uppermost electrode.
상기 전극-유전막은 터널 유전막, 전하저장층 및 블로킹 유전막을 포함하고,
상기 일 전극의 제1 외측벽을 덮는 상기 전극-유전막의 연장부는 적어도 상기 블로킹 유전막의 일부를 포함하는 3차원 반도체 기억 소자.The method according to claim 1,
The electrode-dielectric film includes a tunnel dielectric film, a charge storage layer, and a blocking dielectric film,
An extension portion of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the one electrode includes at least a portion of the blocking dielectric film.
상기 전극 구조체를 관통하는 수직형 활성 패턴; 및
상기 수직형 활성 패턴의 측벽과 상기 각 전극들 사이에 개재된 전극-유전막을 포함하되,
상기 전극들 중에서 일 전극 내 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖고,
상기 일 전극 내 배리어 도전 패턴은 상기 일 전극 내 금속 패턴의 제1 외측벽과 접촉된 3차원 반도체 기억 소자.An electrode structure comprising electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, each electrode comprising a metal pattern and a barrier conductive pattern;
A vertical active pattern penetrating the electrode structure; And
An electrode-dielectric film interposed between the sidewalls of the vertical active pattern and the electrodes,
Among the electrodes, the metal pattern in one electrode has a first outer wall and a second outer wall facing each other,
And the barrier conductive pattern in the one electrode is in contact with the first outer wall of the metal pattern in the one electrode.
상기 전극-유전막은 수직적으로 연장되어, 상기 수직형 활성 패턴의 측벽 및 상기 절연 패턴 사이에 개재된 3차원 반도체 기억 소자.19. The method of claim 18,
And the electrode-dielectric film extends vertically and is interposed between the sidewall of the vertical active pattern and the insulating pattern.
상기 일 전극 내 금속 패턴의 제2 외측벽은 상기 일 전극 내 배리어 도전 패턴과 접촉되지 않은 3차원 반도체 기억 소자.19. The method of claim 18,
And a second outer wall of the metal pattern in the one electrode is not in contact with the barrier conductive pattern in the one electrode.
상기 일 전극은 상기 전극 구조체 내에서 최상위 전극인 3차원 반도체 기억 소자.19. The method of claim 18,
And the one electrode is a top electrode in the electrode structure.
상기 최상위 전극 바로 아래에 위치한 차상위 전극 내 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖고,
상기 차상위 전극 내 배리어 도전 패턴은 상기 차상위 전극 내 금속 패턴의 제1 외측벽과 접촉된 3차원 반도체 기억 소자.23. The method of claim 21,
The metal pattern in the next higher electrode located directly below the top electrode has a first outer wall and a second outer wall facing each other,
And the barrier conductive pattern in the next upper electrode is in contact with a first outer wall of the metal pattern in the next upper electrode.
상기 최상위 전극 내 금속 패턴은 상기 최상위 및 차상위 전극들 간 절연 패턴의 일 외측벽을 따라 연장되어, 상기 차상위 전극 내 금속 패턴과 연결된 3차원 반도체 기억 소자.23. The method of claim 22,
The metal pattern in the top electrode extends along one outer wall of the insulating pattern between the top and second top electrodes and is connected to the metal pattern in the next top electrode.
상기 희생막들 중 최상위 희생막을 관통하는 커팅 영역을 형성하는 것;
상기 커팅 영역 내에 비희생막을 형성하는 것;
상기 절연막들 및 희생막들을 관통하는 수직형 활성 패턴들을 형성하는 것;
상기 절연막들 및 희생막들을 연속적으로 패터닝하여, 절연 패턴들, 희생 패턴들 및 상기 커팅 영역 내 비희생막을 포함하는 몰드 패턴을 형성하는 것;
상기 희생 패턴들을 제거하여 빈 영역들을 형성하는 것;
상기 빈 영역들 내에 전극들을 각각 형성하는 것; 및
상기 수직형 활성 패턴의 측벽 및 상기 각 전극들 사이에 전극-유전막을 형성하는 것을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.Alternately and repeatedly stacking sacrificial films and insulating films on the substrate;
Forming a cutting region penetrating a top sacrificial layer among the sacrificial layers;
Forming a non-sacrificial film in the cutting region;
Forming vertical active patterns penetrating the insulating layers and the sacrificial layers;
Successively patterning the insulating layers and the sacrificial layers to form a mold pattern including insulating patterns, sacrificial patterns, and a non-sacrificial layer in the cutting region;
Removing the sacrificial patterns to form empty regions;
Forming electrodes in the empty areas, respectively; And
And forming an electrode-dielectric film between the sidewalls of the vertical active pattern and the respective electrodes.
상기 비희생막을 형성하기 전에, 상기 커팅 영역의 양 내측벽들 상에 한 쌍의 희생 스페이서들을 각각 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 빈 영역들을 형성하는 것은, 상기 희생 패턴들, 및 상기 희생 스페이서들의 적어도 일부분들을 제거하여 상기 빈 영역들, 및 리세스 영역들을 형성하는 것을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.27. The method of claim 24,
Before forming the non-sacrificial layer, further comprising forming a pair of sacrificial spacers on both inner walls of the cutting region, respectively,
Forming the empty regions comprises removing the sacrificial patterns and at least portions of the sacrificial spacers to form the empty regions and recess regions.
상기 희생 스페이서들은, 상기 희생 패턴들의 식각율의 10%와 같거나 크고, 상기 희생 패턴들의 식각율의 200% 이하인 식각율을 갖는 유전물질을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.26. The method of claim 25,
The sacrificial spacers may include a dielectric material having a etch rate that is equal to or greater than 10% of the etch rate of the sacrificial patterns and is 200% or less of the etch rate of the sacrificial patterns.
상기 커팅 영역은 상기 절연막들 중 최상위 절연막, 상기 최상위 희생막, 상기 절연막들 중 차상위 절연막, 및 상기 희생막들 중 차상위 희생막을 연속적으로 패터닝하여 형성되고,
상기 각 리세스 영역은 상기 커팅 영역 각 측에 형성된 최상위 빈 영역 및 차상위 빈 영역과 연결된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.26. The method of claim 25,
The cutting region is formed by successively patterning a top insulating film of the insulating films, the top sacrificial film, a second top insulating film of the insulating films, and a next top sacrificial film of the sacrificial films,
And each recess area is connected to a topmost bin area and a next top bin area formed on each side of the cutting area.
상기 전극-유전막을 형성하는 것은, 상기 전극들을 형성하기 전에 상기 빈 영역들 및 리세스 영역들을 갖는 기판 상에 전극-유전막의 적어도 일부분을 콘포말하게 형성하는 것을 포함하고,
차례로 적층된 상기 최상위 빈 영역 및 차상위 빈 영역 사이의 절연 패턴 옆에 위치한 상기 리세스 영역의 일부분은 상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분에 의해 채워지는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.The method of claim 27,
Forming the electrode-dielectric film includes conformally forming at least a portion of the electrode-dielectric film on a substrate having the empty and recessed regions prior to forming the electrodes,
And a portion of the recess region located next to the insulating pattern between the topmost and next topmost regions that are sequentially stacked is filled by the at least a portion of the electrode-dielectric film.
상기 커팅 영역의 내측벽을 기준으로 상기 희생 스페이서의 두께는, 상기 빈 영역의 내면 상에 형성된 상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분의 두께의 2배와 같거나 작은 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.29. The method of claim 28,
And a thickness of the sacrificial spacer relative to the inner wall of the cutting region is equal to or less than twice the thickness of the at least a portion of the electrode-dielectric film formed on the inner surface of the empty region.
상기 최상위 빈 영역 내 최상위 전극은 그 아래의 상기 차상위 빈 영역 내 차상위 전극으로부터 분리된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.29. The method of claim 28,
And a top electrode in the topmost blank area separated from a next top electrode in the next top blank area.
상기 최상위 빈 영역 내 최상위 전극은 상기 리세스 영역 내로 연장되어, 상기 차상위 빈 영역 내 차상위 전극과 연결된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.The method of claim 27,
And a top electrode in the topmost blank area extending into the recessed area and connected to a next top electrode in the next topmost blank area.
상기 전극-유전막을 형성하는 것은, 상기 전극들을 형성하기 전에 상기 빈 영역들 및 리세스 영역들을 갖는 기판 상에 전극-유전막의 적어도 일부분을 콘포말하게 형성하는 것을 포함하고,
상기 커팅 영역의 내측벽을 기준으로 상기 희생 스페이서의 두께는, 상기 빈 영역의 내면 상에 형성된 상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분의 두께의 2배 보다 큰 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.32. The method of claim 31,
Forming the electrode-dielectric film includes conformally forming at least a portion of the electrode-dielectric film on a substrate having the empty and recessed regions prior to forming the electrodes,
And the thickness of the sacrificial spacer relative to the inner wall of the cutting region is greater than twice the thickness of the at least a portion of the electrode-dielectric film formed on the inner surface of the empty region.
상기 교대로 적층된 희생막들 및 절연막들을 패터닝하여, 계단식 구조의 희생 패드들을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 희생 패드들은 상기 희생 스페이서들을 형성한 후에 형성되고,
상기 희생 패드들을 형성할 때, 상기 커팅 영역의 끝부분에 위치한 상기 희생 스페이서들의 연결부가 제거되어, 상기 희생 스페이서들은 서로 분리되는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.32. The method of claim 31,
Patterning the alternately stacked sacrificial layers and insulating layers to form sacrificial pads having a stepped structure;
The sacrificial pads are formed after forming the sacrificial spacers,
When the sacrificial pads are formed, a connection portion of the sacrificial spacers at the end of the cutting region is removed so that the sacrificial spacers are separated from each other.
상기 전극-유전막은 상기 수직형 활성 패턴을 형성하기 전에 상기 절연막들 및 희생막들을 연속으로 관통하는 홀의 내측벽 상에 형성되고,
상기 수직형 활성 패턴은 상기 홀 내에 형성되는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.32. The method of claim 31,
The electrode-dielectric film is formed on the inner wall of the hole which continuously passes through the insulating films and the sacrificial films before forming the vertical active pattern,
And the vertical active pattern is formed in the hole.
상기 커팅 영역을 형성하는 것은,
상기 절연막들 중 최상위 절연막을 패터닝하여 가이드 개구부를 형성하는 것;
상기 가이드 개구부를 갖는 기판 상에 스페이서막을 콘포말하게 형성하는 것; 및
상기 스페이서막 및 상기 최상위 희생막을 이방성 식각하여 상기 커팅 영역 및 상기 가이드 개구부의 양 내측벽들 상에 희생 스페이서들을 형성하는 것을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.27. The method of claim 24,
Forming the cutting area,
Patterning an uppermost insulating film among the insulating films to form a guide opening;
Conformally forming a spacer film on the substrate having the guide opening; And
And anisotropically etching the spacer layer and the uppermost sacrificial layer to form sacrificial spacers on both inner walls of the cutting region and the guide opening.
상기 커팅 영역을 형성하는 것은,
상기 희생 스페이서들을 식각 마스크로 사용하여, 상기 절연막들 중 차상위 절연막 및 상기 희생막들 중 차상위 희생막을 연속적으로 식각하는 것을 더 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.36. The method of claim 35,
Forming the cutting area,
Using the sacrificial spacers as an etch mask, continuously etching a next higher insulating film among the insulating films and a next higher sacrificial film among the sacrificial films.
상기 희생 스페이서들은, 상기 희생 패턴들의 식각율의 10%와 같거나 크고, 상기 희생 패턴들의 식각율의 200% 이하인 식각율을 갖는 유전물질을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.36. The method of claim 35,
The sacrificial spacers may include a dielectric material having a etch rate that is equal to or greater than 10% of the etch rate of the sacrificial patterns and is 200% or less of the etch rate of the sacrificial patterns.
상기 비희생막은 상기 희생 패턴들의 식각율의 10% 보다 작은 식각율을 갖는 유전 물질을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.27. The method of claim 24,
The non-sacrifice film includes a dielectric material having an etching rate less than 10% of the etching rate of the sacrificial patterns.
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