KR20120111375A - Three dimensional semiconductor memory devices and methods of fabricating the same - Google Patents

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KR20120111375A
KR20120111375A KR1020110029808A KR20110029808A KR20120111375A KR 20120111375 A KR20120111375 A KR 20120111375A KR 1020110029808 A KR1020110029808 A KR 1020110029808A KR 20110029808 A KR20110029808 A KR 20110029808A KR 20120111375 A KR20120111375 A KR 20120111375A
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엄대홍
장대현
양준열
차세호
이성수
김경현
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A 3D semiconductor memory device and a manufacturing method thereof are provided to minimize the etch loss of the top electrode by covering a first outside will of the top electrode using an extension unit of an electrode-dielectric film. CONSTITUTION: An electrode structure includes electrodes(GSE1,GSE2,CE,SSE2,SSE1) and insulating patterns(505a,505nUa,505Ua). The electrodes are repetitively laminated on a substrate(100). The top electrode among the electrodes has a first outside wall and a second outside wall facing each other. A vertical active pattern(520) passes through the electrode structure. An electrode-dielectric film(570) is interposed between a sidewall of the vertical active pattern and each electrode.

Description

3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법{THREE DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME}THREE DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICES AND METHODS OF FABRICATING THE SAME

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 INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a three-dimensional semiconductor memory device and a manufacturing method thereof.

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 과제를 해결하기 위한 3차원 반도체 기억 소자들을 제공한다. 일 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자는 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들 및 절연 패턴들을 포함하는 전극 구조체, 상기 전극들 중에서 최상위 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 최상위 전극 및 수직형 활성 패턴 사이의 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 최상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮을 수 있다. 상기 최상위 전극의 상기 제1 외측벽을 덮는 상기 전극-유전막의 연장부의 벽부(wall portion)는, 상기 최상위 전극 상에 배치된 최상위 절연 패턴의 일 외측벽에 정렬된 측벽을 가질 수 있다.Provided are three-dimensional semiconductor memory devices for solving the above technical problem. According to an exemplary embodiment, a three-dimensional semiconductor memory device includes an electrode structure including electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, and a top electrode among the electrodes may include a first outer wall and a second outer wall facing each other. Having; 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 between the top electrode and the vertical active pattern may extend to cover the bottom surface, the top surface, and the first outer wall of the top electrode. The wall portion of the extension of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the uppermost electrode may have sidewalls aligned with one outer wall of the uppermost insulating pattern disposed on the uppermost electrode.

다른 실시예에 따른 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 최상위 전극에 포함된 최상위 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖고, 상기 최상위 전극에 포함된 최상위 배리어 도전 패턴은 상기 최상위 금속 패턴의 하부면, 상부면 및 상기 제1 외측벽과 접촉될 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴의 상기 제1 외측벽과 접촉된 상기 최상위 배리어 도전 패턴의 일부분은, 상기 최상위 전극 상에 배치된 최상위 절연 패턴의 일 외측벽에 정렬된 측벽을 가질 수 있다.According to another embodiment, a three-dimensional semiconductor memory device includes an electrode structure including electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, each electrode including 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. The uppermost metal pattern included in the uppermost electrode among the electrodes has a first outer wall and a second outer wall facing each other, and the uppermost barrier conductive pattern included in the uppermost electrode includes a bottom surface, an upper surface, and the first layer of the uppermost metal pattern. 1 may be in contact with the outer wall. A portion of the uppermost barrier conductive pattern in contact with the first outer wall of the uppermost metal pattern may have sidewalls aligned with one outer wall of the uppermost insulating pattern disposed on the uppermost electrode.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위한 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에, 희생막들 및 절연막들을 교대로 그리고 반복적으로 적층시키는 것; 적어도 최상위 절연막 및 최상위 희생막을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역을 형성하는 것; 상기 커팅 영역의 양 내측벽들의 전체와 접촉된 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 전극 사이에 전극-유전막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.Provided are a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device for solving the above technical problems. The method includes alternately and repeatedly stacking sacrificial films and insulating films on a substrate; Successively patterning at least the top insulating film and the top sacrificial film to form a cutting region; Forming a non-sacrificial film in contact with the entirety of both inner walls of 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.

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, a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration can be realized.

도 1a은 본 발명의 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 K1 부분을 확대한 도면.
도 1e는 도 1b의 K2 부분을 확대한 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 2b는 도 2a의 K3 부분을 확대한 도면.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 3b는 도 3a의 K4 부분을 확대한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도.
도 5b는 도 5a의 I-I'을 따라 취해진 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 단면도.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 단면도.
도 7b는 도 7a의 K5 부분을 확대한 도면.
도 8a 내지 도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들.
도 8b 내지 도 12b는 각각 도 8a 내지 도 12a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 단면도.
도 14a 및 도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 평면도들.
도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도.
1A is a plan view showing a three-dimensional semiconductor memory device according to an 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 K1 of FIG. 1B. FIG.
1E is an enlarged view of a portion K2 of FIG. 1B.
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A to illustrate one modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2B is an enlarged view of a portion K3 of FIG. 2A;
FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A to illustrate another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention; FIG.
3B is an enlarged view of a portion K4 of FIG. 3A.
4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A in order to explain another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention;
Fig. 5A is a plan view showing another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5B is a sectional view taken along the line II ′ of FIG. 5A;
6 is a cross-sectional view showing still another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.
Fig. 7A is a sectional view showing still another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7B is an enlarged view of a portion K5 of FIG. 7A.
8A to 12A are plan views illustrating a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
8B-12B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 8A-12A, respectively.
Fig. 13 is a sectional view for explaining a modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.
14A and 15A are plan views illustrating another modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.
14B and 15B are cross sectional views taken along the line II ′ of FIGS. 14A and 15A, respectively.
Fig. 16 is a sectional view for explaining another modification of the method for manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment 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.

도 1a은 본 발명의 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. 도 1d는 도 1b의 K1 부분을 확대한 도면이고, 도 1e는 도 1b의 K2 부분을 확대한 도면이다.1A is a plan view illustrating a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 1A. to be. FIG. 1D is an enlarged view of a portion K1 of FIG. 1B, and FIG. 1E is an enlarged view of a portion K2 of FIG. 1B.

도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 반도체 기판(100, 이하, 기판이라 함) 상에 전극 구조체가 배치될 수 있다. 상기 전극 구조체는 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 및 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100) 상에 복수의 상기 전극 구조체들이 배치될 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 상기 전극 구조체들은 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있으며, 상기 전극 구조체들은 상기 제1 방향에 수직한(perpendicular) 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제1 방향 및 제2 방향은 도 1a의 y축 방향 및 x축 방향에 각각 해당할 수 있다. 인접한 상기 전극 구조체들 사이에 소자분리 패턴(575)이 배치될 수 있다. 즉, 상기 각 전극 구조체의 양측에 한 쌍의 상기 소자분리 패턴(575)이 각각 배치될 수 있다. 상기 소자분리 패턴들(575)도 평면적 관점에서 상기 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 소자분리 패턴(575)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.1A, 1B, and 1C, an electrode structure may be disposed on a semiconductor substrate 100 (hereinafter, referred to as a substrate). The electrode structure may include electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 and alternating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua that are alternately and repeatedly stacked. A plurality of the electrode structures may be disposed on the substrate 100. As shown in FIG. 1A, the electrode structures may extend side by side in a first direction, and the electrode structures may be spaced apart from each other in a second direction perpendicular to the first direction. The first direction and the second direction may correspond to the y-axis direction and the x-axis direction of FIG. 1A, respectively. An isolation pattern 575 may be disposed between the adjacent electrode structures. That is, a pair of device isolation patterns 575 may be disposed on both sides of each electrode structure. The device isolation patterns 575 may also extend side by side in the first direction in a plan view. The device isolation pattern 575 may include an oxide, nitride, and / or oxynitride.

상기 각 전극 구조체 내 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은 차례로 적층된 복수의 셀 전극들(CE)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 전극 구조체 내 전극들(GSE, GSE2, CE, SSE2, SSE1)은, 셀 전극들(CE) 중에서 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, 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 전극 및 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1) 사이에 개재될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 최하위 셀 전극과 기판(100) 사이에 한 층의 접지 선택 전극, 또는 3 층 이상의 접지 선택 전극들이 개재될 수도 있다. 상기 각 전극 구조체 내에서, 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1)은 하나일 수 있으며, 또한, 상기 제2 접지 선택 전극(GSE2)도 하나일 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 각 전극 구조체 내에서, 각 층(each of floors)에 배치된 각 셀 전극(CE)은 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 각 전극 구조체 내에서, 상기 최하위 셀 전극은 하나일 수 있으며, 또한 상기 각 전극 구조체 내에서, 셀 전극들(CE) 중 최상위 셀 전극도 하나일 수 있다.The electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in each electrode structure may include a plurality of cell electrodes CE that are sequentially stacked. In addition, the electrodes GSE, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in each electrode structure may include at least one layer interposed between the lowermost cell electrode and the substrate 100 among the cell electrodes CE. The at least one floor may include ground selection electrodes GSE1 and GSE2. According to an embodiment, a first ground selection electrode GSE1 may be disposed between the lowest cell electrode and the substrate 100, and a second ground selection electrode GSE2 may be selected between the lowest cell electrode and the first ground selection. It may be interposed between the electrodes GSE1. However, the present invention is not limited thereto. One layer of ground selection electrode or three or more layers of ground selection electrodes may be interposed between the lowermost cell electrode and the substrate 100. In each of the electrode structures, the first ground select electrode GSE1 may be one, and the second ground select electrode GSE2 may also be one. Similarly, in each electrode structure, each cell electrode CE disposed on each of the floors may be one. For example, in each of the electrode structures, the lowest cell electrode may be one, and in each of the electrode structures, there may also be one of the highest cell electrodes of the cell electrodes CE.

상기 각 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 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 각 전극 구조체 내에서, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 하나의 상기 최상위 셀 전극 위에(over) 배치될 수 있다. 따라서, 상기 각 전극 구조체 내에서, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)은 하나의 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1) 위에 배치될 수 있다. 상기 차례로 적층된 셀 전극들(CE)은 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)과 상기 제1 접지 선택 전극(GSE1) 사이에 개재될 수 있다.The electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE1, and SSE2 in each 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 substrate 100. The plurality of first string select electrodes SSE1 are laterally spaced apart. The plurality of first string select electrodes SSE1 may extend in parallel in the first direction. The plurality of first string select electrodes SSE1 may be controlled independently of each other. In each of the electrode structures, the plurality of first string selection electrodes SSE1 may be disposed over one of the topmost cell electrodes. Therefore, in each of the electrode structures, the plurality of first string selection electrodes SSE1 may be disposed on one first ground selection electrode GSE1. The cell electrodes CE that are sequentially stacked may be interposed between the plurality of first string select electrodes SSE1 and the first ground select electrode GSE1.

상기 각 전극 구조체는 적어도 한 층(floor)의 스트링 선택 전극(SSE1)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 각 전극 구조체는 단일 층의 스트링 선택 전극(SSE1), 또는 차례로 적층되고 서로 이격된 복수 층의 스트링 선택 전극들(SSE2, SSE1)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 스트링 선택 전극(SSE2)이 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 상기 최상위 셀 전극 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 아래에 각각 배치된 상기 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. 상기 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.Each electrode structure may include at least one layer of string selection electrode SSE1. That is, each of the electrode structures may include a single layer of string selection electrodes SSE1 or a plurality of layers of string selection 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 disposed under the first string select electrodes SSE1 may be located at the same level from the upper surface of the substrate 100. In addition, the second string select electrodes SSE2 are laterally spaced apart. The second string select electrodes SSE2 may be controlled independently of each other.

상기 제1 접지 선택 전극(GSE1)은 상기 각 전극 구조체 내 적층된 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 중에서 최하위 전극에 해당하며, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 각 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.The first ground selection electrode GSE1 corresponds to a lowermost electrode among the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 stacked in each electrode structure, and the first string selection electrode SSE1 corresponds to each electrode. It corresponds to the highest electrode among the stacked electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 in the 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 각 전극 구조체의 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)은 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 상에 배치된 최상위 절연 패턴(505Ua), 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2) 사이의 차상위 절연 패턴(505nUa)과, 상기 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)을 절연시키는 절연 패턴들(505a)을 포함할 수 있다. The insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua of each electrode structure may include a top insulating pattern 505Ua disposed on the first string select electrode SSE1, the first and second string select electrodes SSE1, The next higher insulating pattern 505nUa between the SSE2 and the insulating patterns 505a may be insulated from the cell electrodes CE and the ground selection electrodes GSE1 and GSE2.

상기 최상위 절연 패턴들(505Ua)은 복수로 제공되며, 상기 복수의 최상위 절연 패턴들(505Ua)은 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 복수의 최상위 절연 패턴들(505Ua)은 서로 옆으로 이격될 수 있다. 상기 복수의 최상위 절연 패턴들(505Ua)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 또한, 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)도 복수로 제공될 수 있다. 상기 각 차상위 절연 패턴(505nUa)은 차례로 적층된 각 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 및 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이에 배치될 수 있다. 상기 복수의 차상위 절연 패턴들(505nUa)도 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있으며, 서로 옆으로 이격될 수 있다.The topmost insulating patterns 505Ua may be provided in plurality, and the plurality of topmost insulating patterns 505Ua may be disposed on the plurality of first string selection electrodes SSE1, respectively. The plurality of topmost insulating patterns 505Ua may be spaced apart from each other. The plurality of topmost insulating patterns 505Ua may be positioned at the same level from an upper surface of the substrate 100. In addition, a plurality of the next higher insulation patterns 505 nUa may be provided. Each of the next higher insulating patterns 505nUa may be disposed between each of the second string select electrodes SSE2 and the first string select electrodes SSE1 that are sequentially stacked. The plurality of next higher insulating patterns 505nUa may also be positioned at the same level from the top surface of the substrate 100 and may be spaced apart from each other.

상기 각 전극 구조체 내에서, 상기 최상위 절연 패턴들(505Ua) 사이에 커팅 영역(540, cutting region)이 정의될 수 있다. 상기 커팅 영역(540)은 아래로 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 사이, 상기 차상위 절연 패턴들(505nUa) 사이, 및 상기 제2 스트링 선택 전극들(SSE2) 사이에도 정의될 수 있다. 상기 커팅 영역(540)은 평면적 관점에서 상기 제1 방향으로 연장된 그루브 형태일 수 있다. 비희생 패턴(550a)이 상기 커팅 영역(540) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 비희생 패턴(550a)은 상기 커팅 영역(540)의 일 내측벽을 구성하는 상기 최상위 및 차상위 절연 패턴들(505Ua, 505nUa)의 일 외측벽들과 접촉될 수 있다.In each of the electrode structures, a cutting region 540 may be defined between the uppermost insulating patterns 505Ua. The cutting region 540 extends downward, and may be defined between the first string select electrodes SSE1, between the next higher insulating patterns 505nUa, and between the second string select electrodes SSE2. have. The cutting area 540 may have a groove shape extending in the first direction in a plan view. A non-sacrificial pattern 550a may be disposed in the cutting area 540. In example embodiments, the non-sacrificial pattern 550a may be in contact with one outer sidewall of the uppermost and next higher insulating patterns 505Ua and 505nUa that form one inner sidewall of the cutting area 540.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 최상위 절연 패턴(505Ua), 차상위 절연 패턴(505nUa) 및 비희생 패턴(550a)으로 둘러싸인 최상위 빈 영역(560U) 내에 배치될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)은 상기 차상위 절연 패턴(505nUa), 상기 차상위 절연 패턴(505nUa) 바로 아래의 절연 패턴(505a), 및 비희생 패턴(550a)으로 둘러싸인 차상위 빈 영역(560nU) 내에 배치될 수 있다. 상기 최상위 및 차상위 빈 영역들(560U, 560nU)의 일 측들은 상기 비희생 패턴(550a)에 의해 닫힌(closed) 상태일 수 있다. 상기 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)은, 상기 차상위 절연 패턴(505nUa) 아래에 위치한 절연 패턴들(505a) 사이에 정의된 빈 영역들(560) 내에 각각 배치될 수 있다.In example embodiments, the first string selection electrode SSE1 may be disposed in a topmost empty region 560U surrounded by the topmost insulating pattern 505Ua, the next higher insulating pattern 505nUa, and the non-sacrificial pattern 550a. . The second string selection electrode SSE2 is in the next higher blank area 560nU surrounded by the next higher insulating pattern 505nUa, the insulating pattern 505a directly below the second upper insulating pattern 505nUa, and the non-sacrificial pattern 550a. Can be arranged. One side of the top and next uppermost empty regions 560U and 560nU may be closed by the non-sacrificial pattern 550a. The cell electrodes CE and the ground select electrodes GSE1 and GSE2 may be disposed in the empty regions 560 defined between the insulating patterns 505a positioned below the next higher insulating pattern 505nUa. have.

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. 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)은 산화물(ex, 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물 등) 등을 포함할 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 상기 고온 산화물은 약 600℃ 보다 높은 공정 온도에서 형성된 산화물일 수 있다. 예컨대, 상기 비희생 패턴(550a)은 산화물 및/또는 언도프트 반도체(ex, 언도프트 실리콘 등) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 비희생 패턴(550a)은 다른 절연성 물질을 포함할 수도 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. The insulating patterns 505a, 505nUa and 505Ua may include an oxide (eg, a high density plasma oxide and / or a high temperature oxide). The non-sacrificial pattern 550a may include an insulating material. The high temperature oxide may be an oxide formed at a process temperature higher than about 600 ° C. For example, the non-sacrificial pattern 550a may include an oxide and / or an undoped semiconductor (ex, undoped silicon, etc.). However, the present invention is not limited thereto. The non-sacrificial pattern 550a may include another insulating material.

일 실시예에 따르면, 버퍼 유전 패턴(503a)이 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 및 기판(100) 사이에 개재될 수 있다. 상기 버퍼 유전 패턴(503a)은 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua) 보다 얇을 수 있다. 상기 버퍼 유전 패턴(103a)은 산화물 등을 포함할 수 있다.In example embodiments, a buffer dielectric pattern 503a may be interposed between the first string select electrode SSE1 and the substrate 100. The buffer dielectric pattern 503a may be thinner than the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua. The buffer dielectric pattern 103a may include an oxide or the like.

수직형 활성 패턴들(520)이 상기 전극 구조체를 수직적으로 관통할 수 있다. 상기 각 수직형 활성 패턴(520)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(520)은 속이 빈 파이프 형태 또는 마카로니(macaroni) 형태일 수 있다. 이 경우에, 충전(filling) 유전 패턴(525)이 상기 수직형 활성 패턴(520)으로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다. 랜딩 패드(530)가 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 충전 유전 패턴(525) 상에 배치될 수 있다. 상기 랜딩 패드(530)는 상기 수직형 활성 패턴(520)과 접촉될 수 있다. Vertical active patterns 520 may vertically penetrate the electrode structure. Each vertical active pattern 520 continuously penetrates the first string selection electrode SSE1 and the electrodes SSE2, CE, GSE1, and GSE2 stacked under each of the first string selection electrode SSE1. can do. The vertical active pattern 520 may be in the form of a hollow pipe or macaroni. In this case, the filling dielectric pattern 525 may fill a space surrounded by the vertical active pattern 520. Landing pads 530 may be disposed on the vertical active pattern 520 and the filling dielectric pattern 525. The landing pad 530 may be in contact with the vertical active pattern 520.

상기 수직형 활성 패턴(520)은 상기 기판(100)과 접촉될 수 있다. 상기 기판(100)은 제1 도전형의 도펀트로 도핑될 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)은 제1 도전형의 도핑된 웰 영역(well region)을 포함할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520)은 상기 웰 영역과 접촉될 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520)은 상기 기판(100)과 동일한 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 기판(100)이 실리콘 기판인 경우에, 상기 수직형 활성 패턴(520)은 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520)은 단결정 상태 또는 다결정 상태일 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520)은 상기 제1 도전형의 도펀트로 도핑되거나, 언도프트(undoped) 상태일 수 있다. 상기 랜딩 패드(530)는 상기 수직형 활성 패턴(520)과 동일한 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형의 도펀트로 도핑된 드레인 영역이 적어도 상기 랜딩 패드(530) 내에 형성될 수 있다. 상기 충전 유전 패턴(525)은 산화물, 질화물 및/또는 산화질화물 등을 포함할 수 있다.The vertical active pattern 520 may be in contact with the substrate 100. The substrate 100 may be doped with a dopant of a first conductivity type. For example, the substrate 100 may include a doped well region of a first conductivity type. The vertical active pattern 520 may be in contact with the well region. The vertical active pattern 520 may include the same semiconductor material as the substrate 100. For example, when the substrate 100 is a silicon substrate, the vertical active pattern 520 may include silicon. The vertical active pattern 520 may be in a single crystal state or a polycrystalline state. The vertical active pattern 520 may be doped or undoped with the first conductive dopant. The landing pad 530 may include the same semiconductor material as the vertical active pattern 520. A drain region doped with a dopant of a second conductivity type may be formed in at least the landing pad 530. The filling dielectric pattern 525 may include an oxide, nitride, and / or oxynitride.

복수의 상기 수직형 활성 패턴들(520)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(520)은 상기 제1 방향으로 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 각 제1 스트링 선택 전극(SSE1)을 관통하는 수직형 활성 패턴들(520)은 상기 제1 방향으로 배열되어 하나의 열을 이룰 수도 있다.The plurality of vertical active patterns 520 may pass through the first string selection electrode SSE1 and the electrodes SSE2, CE, GSE1, and GSE2 stacked below. In a plan view, the vertical active patterns 520 passing through each of the first string selection electrodes SSE1 may be arranged in a zigzag shape in the first direction. However, the present invention is not limited thereto. The vertical active patterns 520 passing through each of the first string selection electrodes SSE1 may be arranged in the first direction to form one column.

전극-유전막(570)이 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이에 개재될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 전극-유전막(570)의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(520)과 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이의 전극-유전막(570)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(520) 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이의 전극-유전막(570)의 전체가 연장될 수 있다.An electrode-dielectric film 570 may be interposed between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1. In an embodiment, at least a portion of the electrode-dielectric film 570 may extend to cover the top and bottom surfaces of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1. In this case, at least a portion of the electrode-dielectric film 570 between the vertical active pattern 520 and the first string selection electrode SSE1 is further extended to form a lower surface and an upper surface of the first string selection electrode SSE1. And one outer wall. According to an embodiment, as shown in FIG. 1B, the entirety of the electrode-dielectric film 570 between the vertical active pattern 520 and each of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may extend. .

상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)에 대하여 도 1d를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The string selection electrodes SSE1 and SSE2 will be described in more detail with reference to FIG. 1D.

도 1b 및 도 1d를 참조하면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 서로 대향된 제1 외측벽(10a) 및 제2 외측벽(10b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이의 전극-유전막(570)은 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 상기 제1 외측벽(10a)을 덮을 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이에 위치한 전극-유전막(570)의 연장된 부분을 제1 연장부라 정의한다. 상기 제1 연장부는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(10a)과 접촉될 수 있다. 상기 제1 연장부는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면 및 상부면을 각각 덮는 제1 평판부들, 및 상기 제1 외측벽(10a)을 덮는 제1 벽부(first wall portion)을 포함할 수 있다. 상기 제1 벽부는, 상기 비희생 패턴(550a)과 인접한 제1 측벽(31) 및 상기 제1 외측벽(10a)에 인접한 제2 측벽을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 벽부의 제1 측벽(31)은 상기 비희생 패턴(550a)과 접촉될 수 있다.1B and 1D, the first string select electrode SSE1 may include a first outer wall 10a and a second outer wall 10b facing each other. In this case, the electrode-dielectric film 570 between the vertical active pattern 520 and the first string selection electrode SSE1 extends to form a bottom surface, an upper surface, and the first surface of the first string selection electrode SSE1. The outer wall 10a may be covered. An extended portion of the electrode-dielectric film 570 positioned between the vertical active pattern 520 and the first string selection electrode SSE1 is defined as a first extension portion. The first extension part may contact the bottom surface, the top surface and the first outer wall 10a of the first string selection electrode SSE1. The first extension part may include first plate parts covering lower and upper surfaces of the first string select electrode SSE1, and a first wall portion covering the first outer wall 10a. have. The first wall portion may include a first sidewall 31 adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and a second sidewall adjacent to the first outer wall 10a. In example embodiments, the first sidewall 31 of the first wall portion may be in contact with the non-sacrificial pattern 550a.

상기 제1 연장부는 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제2 외측벽(10b)을 덮지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(10a)은 상기 제1 비희생 패턴(550a)에 인접할 수 있으며, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제2 외측벽(10b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽과 인접한 내측벽(10n)을 포함할 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 내측벽(10n)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽을 둘러싸는 홀 형태일 수 있다.The first extension part may not cover the second outer wall 10b of the first string select electrode SSE1. According to an embodiment, the first outer wall 10a of the first string selection electrode SSE1 may be adjacent to the first non-sacrificial pattern 550a, and the second of the first string selection electrode SSE1 may be in contact with each other. The outer wall 10b may be in contact with the device isolation pattern 575. The first string selection electrode SSE1 may include an inner wall 10n adjacent to a sidewall of the vertical active pattern 520. An inner wall 10n of the first string selection electrode SSE1 may have a hole shape surrounding a sidewall of the vertical active pattern 520.

상기 최상위 절연 패턴(505Ua)은 서로 대향된 제1 외측벽(15a) 및 제2 외측벽(15b)을 포함할 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)은 상기 비희생 패턴(550a)과 접촉될 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제2 외측벽(15b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)은, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(10a)을 덮는 상기 제1 벽부의 제1 측벽(31)과 정렬될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)은 상기 제1 벽부의 제1 측벽(31)과 실질적으로 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.The uppermost insulating pattern 505Ua may include a first outer wall 15a and a second outer wall 15b facing each other. The first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua may be in contact with the non-sacrificial pattern 550a. The second outer wall 15b of the uppermost insulating pattern 505Ua may be in contact with the device isolation pattern 575. The first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua may be aligned with the first sidewall 31 of the first wall portion covering the first outer wall 10a of the first string selection electrode SSE1. . According to an embodiment, the first outer wall 15a of the topmost insulating pattern 505Ua may be substantially coplanar with the first sidewall 31 of the first wall portion.

이와 유사하게, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)은 서로 대향된 제1 외측벽(20a) 및 제2 외측벽(20b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(20a)은 상기 비희생 패턴(550a)에 인접할 수 있으며, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제2 외측벽(20b)은 상기 소자분리 패턴(575)에 인접할 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 사이의 전극-유전막(570)은 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(20a)을 덮을 수 있다. 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2) 사이의 전극-유전막(570)이 연장된 부분을 제2 연장부라 정의한다. 상기 제2 연장부는 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(20a)과 접촉될 수 있다. 상기 제2 연장부는 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면 및 상부면을 각각 덮는 제2 평판부들, 및 상기 제1 외측벽(20a)을 덮는 제2 벽부를 포함할 수 있다. 상기 제2 연장부의 제2 벽부는, 상기 비희생 패턴(550a)과 인접한 제1 측벽(32) 및 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(20a)과 인접한 제2 측벽을 포함할 수 있다. 상기 제2 벽부의 제1 측벽(32)은 상기 비희생 패턴(550a)과 접촉될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제2 외측벽(20b)은 상기 제2 연장부에 의해 덮히지 않을 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제2 외측벽(20b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)도 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽과 인접한 내측벽(20n)을 포함할 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 내측벽(20n)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽을 둘러싸는 홀 형태일 수 있다.Similarly, the second string select electrode SSE2 may include a first outer wall 20a and a second outer wall 20b facing each other. The first outer wall 20a of the second string select electrode SSE2 may be adjacent to the non-sacrificial pattern 550a, and the second outer wall 20b of the second string select electrode SSE2 may be separated from the device. May be adjacent to pattern 575. An electrode-dielectric film 570 between the vertical active pattern 520 and the second string select electrode SSE2 extends to form a bottom surface, an upper surface, and a first outer wall 20a of the second string select electrode SSE2. ) Can be covered. A portion in which the electrode-dielectric film 570 extends between the vertical active pattern 520 and the second string select electrode SSE2 is defined as a second extension part. The second extension part may contact the bottom surface, the top surface and the first outer wall 20a of the second string select electrode SSE2. The second extension part may include second plate parts covering lower and upper surfaces of the second string select electrode SSE2, and a second wall part covering the first outer wall 20a. The second wall portion of the second extension part may include a first sidewall 32 adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and a second sidewall adjacent to the first outer wall 20a of the second string select electrode SSE2. Can be. The first sidewall 32 of the second wall portion may contact the non-sacrificial pattern 550a. The second outer wall 20b of the second string select electrode SSE2 may not be covered by the second extension part. The second outer wall 20b of the second string select electrode SSE2 may be in contact with the device isolation pattern 575. The second string selection electrode SSE2 may also include an inner wall 20n adjacent to the sidewall of the vertical active pattern 520. The inner wall 20n of the second string select electrode SSE2 may have a hole shape surrounding a sidewall of the vertical active pattern 520.

상기 차상위 절연 패턴(505nUa)도, 상기 비희생 패턴(550a)과 접촉된 제1 외측벽(25a) 및 상기 소자분리 패턴(575)에 인접한 제2 외측벽(25b)을 포함할 수 있다. 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)은, 상기 제2 벽부의 제1 측벽(32)과 정렬될 수 있다. 상기 제2 벽부의 제1 측벽(32)은 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.The next higher insulating pattern 505nUa may also include a first outer wall 25a in contact with the non-sacrificial pattern 550a and a second outer wall 25b adjacent to the device isolation pattern 575. The first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa may be aligned with the first sidewall 32 of the second wall portion. The first sidewall 32 of the second wall portion may be substantially coplanar with the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa.

일 실시예에 따르면, 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)은, 상기 제1 벽부의 제1 측벽(31), 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a), 및 상기 제2 벽부의 제1 측벽(32)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.According to one embodiment, the first outer wall 15a of the topmost insulating pattern 505Ua may include a first sidewall 31 of the first wall portion, a first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa, and It may be substantially coplanar with the first side wall 32 of the second wall portion.

계속해서, 도 1b를 참조하면, 상기 각 셀 전극(CE)도 서로 대향된 제1 외측벽(40a) 및 제2 외측벽(40b)을 포함할 수 있으며, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)도 서로 대향된 제1 외측벽(45a) 및 제2 외측벽(45b)을 포함할 수 있다. 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)과 다르게, 상기 각 셀 전극(CE)의 제1 및 제2 외측벽들(40a, 40b)은 상기 전극 구조체 양 측에 배치된 소자분리 패턴들(575)과 각각 접촉될 수 있다. 또한, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2)의 제1 및 제2 외측벽들(45a, 45b)도 상기 전극 구조체 양 측에 배치된 소자분리 패턴들(575)과 각각 접촉될 수 있다. 상기 각 셀 전극(CE)은, 상기 각 전극 구조체에 포함된 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)을 각각 관통하는 수직형 활성 패턴들(520)의 측벽들을 각각 둘러싸는 내측벽들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)도, 상기 복수의 제1 스트링 선택 전극들(SSE2)을 각각 관통하는 수직형 활성 패턴들(520)의 측벽들을 각각 둘러싸는 내측벽들을 포함할 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 1B, each of the cell electrodes CE may also include a first outer wall 40a and a second outer wall 40b that face each other, and each of the ground selection electrodes GSE1 and GSE2 may also be disposed. The first outer wall 45a and the second outer wall 45b may be opposite to each other. Unlike the string selection electrodes SSE1 and SSE2, the first and second outer walls 40a and 40b of each cell electrode CE may have device isolation patterns 575 disposed on both sides of the electrode structure. Each can be contacted. In addition, the first and second outer walls 45a and 45b of the ground selection electrodes GSE1 and GSE2 may also be in contact with the device isolation patterns 575 disposed on both sides of the electrode structure. Each cell electrode CE includes inner walls that respectively surround sidewalls of the vertical active patterns 520 that pass through the plurality of first string selection electrodes SSE1 included in each electrode structure. can do. In addition, the ground selection electrodes GSE1 and GSE2 may also include inner walls that respectively surround sidewalls of the vertical active patterns 520 that pass through the plurality of first string selection electrodes SSE2, respectively. Can be.

상기 전극-유전막(570)에 대하여 도 1e를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The electrode-dielectric film 570 will be described in more detail with reference to FIG. 1E.

도 1b 및 도 1e를 참조하면, 상기 전극-유전막(570)은 터널 유전막(TDL), 전하 저장층(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)을 포함할 수 있다. 상기 터널 유전막(TDL)은 상기 수직형 활성 패턴(520)에 인접하고, 상기 블로킹 유전막(BDL)은 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)에 인접한다. 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.1B and 1E, the electrode-dielectric film 570 may include a tunnel dielectric film TDL, a charge storage layer SL, and a blocking dielectric film BDL. The tunnel dielectric layer TDL is adjacent to the vertical active pattern 520, and the blocking dielectric layer BDL is adjacent to the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1. The charge storage layer SL is interposed between the tunnel dielectric layer TDL and the blocking dielectric layer BDL. The tunnel dielectric layer TDL may include an oxide layer and / or an oxynitride layer. The charge storage layer SL may include a dielectric layer having traps capable of storing charge. For example, the charge storage layer TDL may include a nitride layer and / or a metal oxide layer (eg, a hafnium oxide layer). The blocking dielectric layer BDL may include a high dielectric layer (eg, a metal oxide layer such as a hafnium oxide layer and / or an aluminum oxide layer) having a higher dielectric constant than the tunnel dielectric layer TDL. In addition, the blocking dielectric layer BDL may further include a barrier dielectric layer (eg, an oxide layer, etc.) having an energy band gap larger than the energy band gap of the high dielectric layer. The barrier dielectric layer may be interposed between the high dielectric layer and the charge storage layer SL.

일 실시예에 따르면, 도 1a 내지 도 1e에 개시된 바와 같이, 상기 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 상부면 및 하부면을 덮는 상기 전극-유전막(570)의 연장부는 상기 터널 유전막(TDL), 전하 저장막(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)의 연장부들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(10a, 20a)을 덮는 상기 제1 및 제2 벽부들도 상기 터널 유전막(TDL), 전하 저장막(SL) 및 블로킹 유전막(BDL)의 연장부들을 포함할 수 있다.1A to 1E, an extension of the electrode-dielectric film 570 covering the top and bottom surfaces of each of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may extend in the tunnel. Extension portions of the dielectric layer TDL, the charge storage layer SL, and the blocking dielectric layer BDL may be included. In addition, the tunnel dielectric layer TDL, the charge storage layer SL, and the blocking dielectric layer may also be formed in the first and second wall portions covering the first outer walls 10a and 20a of the string selection electrodes SSE1 and SSE2. Extensions of the BDL).

계속해서, 도 1a, 도 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. 즉, 상기 공통 소오스 영역(CS)은 상기 웰 영역과 다른 타입의 도펀트로 도핑될 수 있다. 상기 각 공통 소오스 영역(CS)은 상기 각 소자분리 패턴(575) 아래에 배치될 수 있다.1A, 1B, and 1C, a common source region CS may be disposed in the substrate 100 between the electrode structures. The common source region CS may be doped with a dopant of the second conductivity type. That is, the common source region CS may be doped with a type of dopant different from that of the well region. Each common source region CS may be disposed under each device isolation pattern 575.

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 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 플러그들(미도시함)을 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 stacked electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 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 (not shown) connected to the electrode pads EP.

하나의 수직형 셀 스트링(vertical cell string)이 상기 각 수직형 활성 패턴(520)에 구현될 수 있다. 상기 수직형 셀 스트링은, 직렬로 연결된 셀 트랜지스터들, 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 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 active patterns 520. The vertical cell string may include cell transistors connected in series, at least one ground select transistor connected in series to one end of the series connected cell transistors, and at least one string connected in series to the other end of the series connected cell transistors. It may include a selection transistor. When the vertical cell string includes a plurality of the ground select transistors, the ground select transistors in the vertical cell string may be connected in series. Similarly, when the vertical cell string includes a plurality of string select transistors, string select transistors in the vertical cell string may also be connected in series.

상기 각 셀 트랜지스터는 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 상기 각 셀 전극(CE)의 교차지점에 정의될 수 있다. 상기 접지 선택 트랜지스터들은 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 상기 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)의 교차지점들에 각각 정의될 수 있다. 상기 스트링 선택 트랜지스터들은 상기 수직형 활성 패턴(520) 및 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 교차지점들에 각각 정의될 수 있다. 상기 각 셀 전극(CE) 및 상기 수직형 활성 패턴(520) 사이의 전극-유전막(570)은 상기 셀 트랜지스터의 정보 저장막에 해당할 수 있다. 상기 각 스트링 선택 전극(SSE1, SSE2) 및 수직형 활성 패턴(520) 사이의 전극-유전막(570)은 상기 스트링 선택 트랜지스터의 게이트 유전막에 해당할 수 있으며, 상기 각 접지 선택 전극(GSE1, GSE2) 및 수직형 활성 패턴(520) 사이의 전극-유전막(570)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(520)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(505a, 505nUa, 505Ua) 옆에 위치한 상기 수직형 활성 패턴(520)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 active pattern 520 and the cell electrode CE. The ground select transistors may be defined at intersections of the vertical active pattern 520 and the ground select electrodes GSE1 and GSE2, respectively. The string select transistors may be defined at intersections of the vertical active pattern 520 and the string select electrodes SSE1 and SSE2, respectively. An electrode-dielectric film 570 between each cell electrode CE and the vertical active pattern 520 may correspond to an information storage film of the cell transistor. The electrode-dielectric film 570 between each of the string selection electrodes SSE1 and SSE2 and the vertical active pattern 520 may correspond to a gate dielectric layer of the string selection transistor, and each of the ground selection electrodes GSE1 and GSE2. And the electrode-dielectric layer 570 between the vertical active patterns 520 may correspond to the gate dielectric layer of the ground selection transistor. The ground, cell and string select transistors in the vertical cell string may be stacked in turn, and the ground, cell and string select transistors in the vertical cell string may be vertically defined on sidewalls of the vertical active patterns 520. Each of the channel regions may be included. In operation of a 3D semiconductor memory device, inversion layers are formed next to the insulating patterns 505a, 505nUa and 505Ua by the fringe field of each of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2 and SSE1. A portion of the sidewall of the vertical active pattern 520 positioned at may be generated. The inversion layers may correspond to sources / drains of the ground, cell, and string select transistors.

계속해서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 캐핑 유전 패턴(535a)이 상기 최상위 절연 패턴들(505a) 상에 배치될 수 있다. 또한, 상기 캐핑 유전 패턴(535a)은 상기 각 전극 구조체 내 전극 패드들(EP) 상에 배치될 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(535a)의 양 외측벽들은 상기 전극 구조체 양 측에 배치된 소자분리 패턴들(575)에 각각 접촉될 수 있다. 상기 커팅 영역(540)은 위로 연장되어, 상기 캐핑 유전 패턴(535a)을 관통할 수 있다. 도 1a에 개시된 바와 같이, 평면적 관점에서 상기 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)의 전극 패드들(EP)은 상기 커팅 영역(540) 양 측에 각각 배치되어, 서로 이격될 수 있다. 상기 커팅 영역(540)의 끝 부분은 셀 전극들(CE)의 전극 패드들(EP) 또는 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)의 전극 패드들과 중첩될 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a)도 위로 연장되어, 상기 커팅 영역(540)을 채울 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a)의 상부면은 상기 캐핑 유전 패턴(535a)의 상부면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(535a)은 산화물(ex, 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물 등)을 포함할 수 있다.1A, 1B, and 1C, a capping dielectric pattern 535a may be disposed on the topmost insulating patterns 505a. In addition, the capping dielectric pattern 535a may be disposed on the electrode pads EP in each electrode structure. Both outer walls of the capping dielectric pattern 535a may be in contact with device isolation patterns 575 disposed on both sides of the electrode structure. The cutting region 540 may extend upward to penetrate the capping dielectric pattern 535a. As illustrated in FIG. 1A, the electrode pads EP of the second string selection electrodes SSE2 may be disposed on both sides of the cutting region 540, and may be spaced apart from each other. End portions of the cutting region 540 may overlap electrode pads EP of the cell electrodes CE or electrode pads of the ground selection electrodes GSE1 and GSE2. The non-sacrificial pattern 550a may also extend upward to fill the cutting area 540. An upper surface of the non-sacrificial pattern 550a may be substantially coplanar with an upper surface of the capping dielectric pattern 535a. The capping dielectric pattern 535a may include an oxide (eg, a high density plasma oxide and / or a high temperature oxide).

상기 캐핑 유전 패턴(535a) 상에 복수의 배선들(590)이 배치될 수 있다. 상기 배선들(590)은 상기 제2 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 각 배선(590)은, 상기 제2 방향을 따라 배열되어 하나의 행을 이루는 복수의 수직형 활성 패턴들(520)의 상단들과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 배선(590)은 상기 캐핑 유전 패턴(535a)을 관통하는 콘택 플러그(580) 및/또는 랜딩 패드(530)를 경유하여 상기 수직형 활성 패턴(520)의 상단과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 배선(590)은 적어도 상기 랜딩 패드(530) 내에 형성된 상기 드레인과 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 배선들(590)은 비트 라인들에 해당할 수 있다. 상기 배선들(590)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(580)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.A plurality of wires 590 may be disposed on the capping dielectric pattern 535a. The wires 590 may extend side by side in the second direction. Each wire 590 may be electrically connected to upper ends of the plurality of vertical active patterns 520 arranged along the second direction to form one row. The wiring 590 may be electrically connected to an upper end of the vertical active pattern 520 via the contact plug 580 and / or the landing pad 530 passing through the capping dielectric pattern 535a. The wiring 590 may be electrically connected to at least the drain formed in the landing pad 530. The wires 590 may correspond to bit lines. The wires 590 may be formed of a metal (ex, tungsten, copper, aluminum, etc.), a conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, etc.), or a transition metal (ex, titanium, tantalum, etc.). It may include at least one. The contact plugs 580 may be made of metal (ex, tungsten, copper, aluminum, etc.), conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, etc.), or transition metal (ex, titanium, tantalum, etc.). It may include at least one.

상술된 3차원 반도체 기억 소자에 따르면, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(10a, 20a)은 상기 전극-유전막(570)에 의하여 덮혀진다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들(10a, 20a)은 식각 공정 등으로부터 보호될 수 있다. 이로써, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)은 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다. 그 결과, 우수한 신뢰성을 갖고 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.According to the three-dimensional semiconductor memory element described above, the first outer walls 10a and 20a of the string selection electrodes SSE1 and SSE2 are covered by the electrode-dielectric film 570. As a result, the first outer walls 10a and 20a of the string selection electrodes SSE1 and SSE2 may be protected from an etching process or the like. As a result, the string selection electrodes SSE1 and SSE2 may have excellent electrical characteristics. As a result, a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration can be realized.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 변형예들을 도면들을 참조하여 설명한다.Next, modifications of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 일 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 K3 부분을 확대한 도면이다.FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A in order to describe a modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion K3 of FIG. 2A.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1) 사이의 전극-유전막(570a)은 제1 부분(565a) 및 제2 부분(565b)을 포함할 수 있다. 상기 전극-유전막(570a)의 제1 부분(565a)은 수직적으로(vertically)으로 연장되어 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua) 사이에 개재될 수 있다. 상기 전극-유전막(570a)의 제2 부분(565b)은 연장되어, 각 전극(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)의 하부면 및 상부면을 덮을 수 있다. 도 2b에 개시된 바와 같이, 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 내측벽(10n) 사이의 전극-유전막(570a)의 제2 부분(565b)은 연장되어, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(10a)을 덮을 수 있다. 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(10a)을 덮는 상기 제2 부분(565a)의 연장부의 일부분은, 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)에 정렬된 일 측벽(31a)을 가질 수 있다. 상기 일 측벽(31a)은 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.2A and 2B, the electrode-dielectric film 570a between the sidewall of the vertical active pattern 520 and each electrode GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may be formed of a first portion 565a and a second portion. It may include portion 565b. The first portion 565a of the electrode-dielectric film 570a may extend vertically and be interposed between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua. . The second portion 565b of the electrode-dielectric film 570a may extend to cover lower and upper surfaces of the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1. As shown in FIG. 2B, the second portion 565b of the electrode-dielectric film 570a between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the inner wall 10n of the first string select electrode SSE1 is extended. The lower surface, the upper surface, and the first outer wall 10a of the first string selection electrode SSE1 may be covered. A portion of the extension of the second portion 565a covering the first outer wall 10a of the first string selection electrode SSE1 may be a sidewall aligned with the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua. It may have (31a). The sidewall 31a may be substantially coplanar with the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua.

상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 내측벽(20n) 사이의 전극-유전막(570a)의 제2 부분(565b)은 연장되어, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽(10a)을 덮을 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(20a)을 덮는 상기 제2 부분(565a)의 연장부의 일부분은, 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)에 정렬된 일 측벽(32a)을 가질 수 있다. 상기 일 측벽(32a)은 상기 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.The second portion 565b of the electrode-dielectric film 570a between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the inner wall 20n of the second string select electrode SSE2 extends to extend the second string select electrode. The lower surface, the upper surface and the first outer wall 10a of the SSE2 may be covered. A portion of the extension of the second portion 565a covering the first outer wall 20a of the second string select electrode SSE2 is one sidewall aligned with the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa. It may have (32a). The sidewall 32a may be substantially coplanar with the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa.

상기 전극-유전막(570a)의 제1 부분(565a)은 도 1e를 참조하여 설명한 터널 유전막(TDL)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 상기 전극-유전막(570a)의 제2 부분(565b)은 도 1e를 참조하여 설명한 블로킹 유전막(BDL)의 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 부분(565a) 및 제2 부분(565b) 중에서 어느 하나는 도 1e를 참조하여 설명한 전하 저장층(SL)을 포함한다. 예를 들면, 상기 제1 부분(565a)은 상기 터널 유전막(TDL), 전하저장층(SL), 및 상기 블로킹 유전막(BDL)의 장벽 유전막을 포함할 수 있으며, 상기 제2 부분(565b)은 상기 블로킹 유전막(BDL)의 고유전막을 포함할 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 전극-유전막(570a)의 제1 부분(565a) 및 제2 부분(565b)은 다른 형태로 구성될 수도 있다.The first portion 565a of the electrode-dielectric film 570a may include at least a portion of the tunnel dielectric film TDL described with reference to FIG. 1E. The second portion 565b of the electrode-dielectric film 570a may include at least a portion of the blocking dielectric film BDL described with reference to FIG. 1E. In this case, any one of the first portion 565a and the second portion 565b includes the charge storage layer SL described with reference to FIG. 1E. For example, the first portion 565a may include the tunnel dielectric layer TDL, the charge storage layer SL, and the barrier dielectric layer of the blocking dielectric layer BDL. It may include a high dielectric film of the blocking dielectric film (BDL). However, the present invention is not limited thereto. The first portion 565a and the second portion 565b of the electrode-dielectric film 570a may be configured in other forms.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 K4 부분을 확대한 도면이다.3A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A in order to explain another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an enlarged view of a portion K4 of FIG. 3A.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 각 전극(GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, SSE1k) 사이의 전극-유전막(570') 모두가 수직적으로 연장되어, 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua) 사이에 개재될 수 있다. 이 경우에, 상기 각 전극(GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, SSE1k)은 금속 패턴(80, 80nU 또는 80U) 및 배리어 도전 패턴(85, 85nU 또는 85U)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 3B, both the sidewall of the vertical active pattern 520 and the electrode-dielectric film 570 ′ between each electrode GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k and SSE1k extend vertically to extend the vertical. The sidewalls of the active pattern 520 and the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua may be interposed. In this case, each of the electrodes GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, and SSE1k may include a metal pattern 80, 80nU or 80U and a barrier conductive pattern 85, 85nU or 85U.

상기 각 전극(GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, SSE1k) 내에서 배리어 도전 패턴(85, 85nU 또는 85U)은 금속 패턴(80, 80nU 또는 80U)의 하부면 및 상부면과 접촉될 수 있다. 제1 스트링 선택 전극(SSE1k)에 포함된 금속 패턴(80U) 및 배리어 도전 패턴(85U)을 각각 최상위 금속 패턴(80U) 및 최상위 배리어 도전 패턴(85U)이라 정의한다. 도 3b에 개시된 바와 같이, 상기 최상위 금속 패턴(80U)은 서로 대향된 제1 외측벽(50a) 및 제2 외측벽(50b)을 포함할 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제1 및 제2 외측벽들(50a, 50b)은 각각 비희생 패턴(550a) 및 소자분리 패턴(575)에 인접할 수 있다. 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)은 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제1 외측벽(50a)과 접촉될 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제1 외측벽(50a)과 접촉된 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)의 일부분은, 상기 비희생 패턴(550a)에 인접한 제1 측벽(55), 및 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제1 외측벽(50a)과 접촉된 제2 측벽을 포함할 수 있다. 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)의 상기 일부분의 제1 측벽(55)은 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)에 정렬될 수 있다. 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)의 상기 일부분의 제1 측벽(55)은, 최상위 절연 패턴(505a)의 제1 외측벽(15a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제2 외측벽(50b)은 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)에 의해 덮혀지지 않을 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 제2 외측벽(50b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 상기 최상위 금속 패턴(80U)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽을 둘러싸는 홀 형태의 내측벽(50n)을 포함할 수 있다. 상기 최상위 배리어 도전 패턴(85U)은 상기 최상위 금속 패턴(80U)의 내측벽(50n)과도 접촉될 수 있다.In each of the electrodes GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, and SSE1k, the barrier conductive patterns 85, 85nU, or 85U may contact the bottom and top surfaces of the metal patterns 80, 80nU, or 80U. The metal pattern 80U and the barrier conductive pattern 85U included in the first string selection electrode SSE1k are defined as the top metal pattern 80U and the top barrier conductive pattern 85U, respectively. As shown in FIG. 3B, the uppermost metal pattern 80U may include a first outer wall 50a and a second outer wall 50b facing each other. First and second outer walls 50a and 50b of the uppermost metal pattern 80U may be adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and the device isolation pattern 575, respectively. The uppermost barrier conductive pattern 85U may contact the first outer wall 50a of the uppermost metal pattern 80U. A portion of the uppermost barrier conductive pattern 85U in contact with the first outer wall 50a of the uppermost metal pattern 80U may include a first sidewall 55 adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and the uppermost metal pattern. And a second sidewall in contact with the first outer wall 50a of 80U. The first sidewall 55 of the portion of the uppermost barrier conductive pattern 85U may be aligned with the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua. The first sidewall 55 of the portion of the uppermost barrier conductive pattern 85U may be substantially coplanar with the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505a. The second outer wall 50b of the uppermost metal pattern 80U may not be covered by the uppermost barrier conductive pattern 85U. The second outer wall 50b of the uppermost metal pattern 80U may contact the device isolation pattern 575. The uppermost metal pattern 80U may include an inner wall 50n having a hole shape surrounding a sidewall of the vertical active pattern 520. The uppermost barrier conductive pattern 85U may also contact the inner side wall 50n of the uppermost metal pattern 80U.

이와 마찬가지로, 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2k)에 포함된 금속 패턴(80nU) 및 배리어 도전 패턴(85nU)을 각각 차상위 금속 패턴(80nU) 및 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)이라 정의한다. 상기 차상위 금속 패턴(80nU)도 서로 대향된 제1 외측벽(60a) 및 제2 외측벽(60b)을 포함할 수 있다. 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)은 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 제1 외측벽(60a)과 접촉될 수 있다. 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 제1 외측벽(60a)과 접촉된 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)의 일부분은, 상기 비희생 패턴(550a)에 인접한 제1 측벽(56), 및 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 제1 외측벽(60a)과 접촉된 제2 측벽을 포함할 수 있다. 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)의 상기 일부분의 제1 측벽(56)은 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)에 정렬될 수 있다. 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)의 상기 일부분의 제1 측벽(56)은 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 제2 외측벽(60b)은 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)에 의해 덮혀지지 않을 수 있다. 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 제2 외측벽(60b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 상기 차상위 금속 패턴(80nU)도 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽을 둘러싸는 홀 형태의 내측벽(60n)을 포함할 수 있다. 상기 차상위 배리어 도전 패턴(85nU)은 상기 차상위 금속 패턴(80nU)의 내측벽(60n)과도 접촉될 수 있다.Similarly, the metal pattern 80nU and the barrier conductive pattern 85nU included in the second string select electrode SSE2k are defined as the next higher metal pattern 80nU and the next higher barrier conductive pattern 85nU. The next higher metal pattern 80nU may also include a first outer wall 60a and a second outer wall 60b facing each other. The next higher barrier conductive pattern 85nU may contact the first outer wall 60a of the next upper metal pattern 80nU. A portion of the next higher barrier conductive pattern 85nU in contact with the first outer wall 60a of the next higher metal pattern 80nU may include a first sidewall 56 adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and the next upper metal pattern. It may include a second side wall in contact with the first outer wall (60a) of (80nU). The first sidewall 56 of the portion of the next higher barrier conductive pattern 85nU may be aligned with the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa. The first sidewall 56 of the portion of the next higher barrier conductive pattern 85nU may be substantially coplanar with the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa. The second outer wall 60b of the next higher metal pattern 80nU may not be covered by the next upper barrier conductive pattern 85nU. The second outer wall 60b of the next higher metal pattern 80nU may contact the device isolation pattern 575. The next higher metal pattern 80nU may also include a hole-shaped inner wall 60n surrounding the sidewall of the vertical active pattern 520. The next higher barrier conductive pattern 85nU may also contact the inner wall 60n of the next upper metal pattern 80nU.

상기 스트링 선택 전극들(SSE1k, SSE2k)과 달리, 도 3a에 개시된 바와 같이, 상기 셀 전극들(CEk) 및 접지 선택 전극들(GSE1k, GSE2k)의 각각의 금속 패턴(80)의 양 외측벽들은, 상기 셀 전극들(CEk) 및 접지 선택 전극들(GSE1k, GSE2k)의 각각의 배리어 도전 패턴(85)에 의해 덮혀지지 않을 수 있다. 예컨대, 상기 셀 전극들(CEk) 및 접지 선택 전극들(GSE1k, GSE2k)의 각각의 금속 패턴(80)의 양 외측벽들은, 전극 구조체 양측에 배치된 소자분리 패턴들(575)과 각각 접촉될 수 있다.Unlike the string selection electrodes SSE1k and SSE2k, as illustrated in FIG. 3A, both outer sidewalls of each of the metal patterns 80 of the cell electrodes CEk and the ground selection electrodes GSE1k and GSE2k, Each of the cell electrodes CEk and the ground selection electrodes GSE1k and GSE2k may not be covered by the barrier conductive pattern 85. For example, both outer walls of each of the metal patterns 80 of the cell electrodes CEk and the ground selection electrodes GSE1k and GSE2k may be in contact with device isolation patterns 575 disposed on both sides of the electrode structure. have.

상기 금속 패턴들(80, 80nU, 80U)은 텅스텐, 구리 또는 알루미늄 등을 포함할 수 있다. 상기 배리어 도전 패턴들(85, 85nU, 85U)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 metal patterns 80, 80nU, and 80U may include tungsten, copper, aluminum, or the like. The barrier conductive patterns 85, 85nU, and 85U may include conductive metal nitrides (eg, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, etc.) and / or transition metals (ex, titanium, tantalum, etc.).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 설명하기 위하여 도 1a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1A to explain another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 비희생 패턴(550a')은 커팅 영역(540)을 채울 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a')은 연장되어, 상기 캐핑 유전 패턴(535a)의 상부면 상에 배치될 수 있다. 이 경우에, 비희생 패턴(550a')은 상기 캐핑 유전 패턴(535a)의 양 측벽들에 정렬된 측벽들을 포함할 수 있다. 이 경우에, 콘택 플러그(580')는 상기 캐핑 유전 패턴(535a) 상에 위치한 비희생 패턴(550a')의 일부분, 및 상기 캐핑 유전 패턴(535a)을 연속적으로 관통하여, 상기 랜딩 패드(530)에 접속될 수 있다. 소자분리 패턴(575)의 상부면은 상기 비희생 패턴(550a')의 상부면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.Referring to FIG. 4, the non-sacrificial pattern 550a ′ may fill the cutting region 540. The non-sacrificial pattern 550a ′ may extend to be disposed on an upper surface of the capping dielectric pattern 535a. In this case, the non-sacrificial pattern 550a 'may include sidewalls aligned with both sidewalls of the capping dielectric pattern 535a. In this case, the contact plug 580 ′ continuously penetrates through the portion of the non-sacrificial pattern 550a ′ positioned on the capping dielectric pattern 535a and the capping dielectric pattern 535a to prevent the landing pad 530. ) Can be connected. An upper surface of the device isolation pattern 575 may be substantially coplanar with an upper surface of the non-sacrificial pattern 550a '.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 I-I'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 5A is a plan view showing another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 5A.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 평면적 관점에서, 커팅 영역(540a) 내에 배치된 비희생 패턴(550b)의 최상부면의 끝은, 제1 스트링 선택 전극들(SSE1)의 상부면들의 끝들과 상기 제1 방향으로 정렬될 수 있다. 이 경우에, 도 5b에 개시된 바와 같이, 비희생 패턴(550b)의 상부면은 최상위 절연 패턴들(505Ua)의 상부면들과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 캐핑 유전 패턴(535a')은 상기 최상위 절연 패턴들(505Ua) 및 비희생 패턴(550b) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상기 커팅 영역(540a)은 상기 캐핑 유전 패턴(535a') 아래에 배치될 수 있다.5A and 5B, in plan view, the ends of the top surfaces of the non-sacrificial patterns 550b disposed in the cutting region 540a are the ends of the top surfaces of the first string select electrodes SSE1 and the above. It may be aligned in the first direction. In this case, as disclosed in FIG. 5B, the top surface of the non-sacrificial pattern 550b may be substantially coplanar with the top surfaces of the topmost insulating patterns 505Ua. The capping dielectric pattern 535a ′ may be disposed on the topmost insulating patterns 505Ua and the non-sacrificial pattern 550b. That is, the cutting region 540a may be disposed under the capping dielectric pattern 535a '.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing still another modification of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 커팅 영역(540')은 아래로 더 연장될 수 있다. 비희생 패턴(550a)은 상기 커팅 영역(540')을 채울 수 있다. 상기 커팅 영역(540') 및 비희생 패턴(550a)에 의하여, 상기 각 전극 구조체는 복수의 최상위 셀 전극들(CEs)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 최상위 셀 전극들(CEs)은 상기 기판(100)의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 상기 커팅 영역(540') 및 비희생 패턴(550a)은 상기 복수의 최상위 셀 전극들(CEs) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 상기 복수의 최상위 셀 전극들(CEs)은 상기 커팅 영역(540') 및 비희생 패턴(550a)에 의하여 분리될 수 있다.Referring to FIG. 6, the cutting region 540 ′ may further extend downward. The non-sacrificial pattern 550a may fill the cutting region 540 ′. Each electrode structure may include a plurality of topmost cell electrodes CEs by the cutting region 540 ′ and the non-sacrificial pattern 550a. The plurality of top cell electrodes CEs may be positioned at the same level from the top surface of the substrate 100. The cutting region 540 ′ and the non-sacrificial pattern 550a may be disposed between the plurality of top cell electrodes CEs. That is, the plurality of top cell electrodes CEs may be separated by the cutting region 540 'and the non-sacrificial pattern 550a.

본 변형예에 따르면, 상기 각 최상위 셀 전극(CEs)은, 상기 비희생 패턴(550a)에 인접한 제1 외측벽(41a) 및 상기 소자분리 패턴(575)에 인접한 제2 외측벽(41b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 상기 최상위 셀 전극(CEs) 사이에 위치한 전극-유전막(570)은 연장되어, 상기 최상위 셀 전극(CEs)의 제1 외측벽(41a)을 덮을 수 있다. 상기 최상위 셀 전극(CEs)의 제2 외측벽(41b)은 상기 전극-유전막의 연장부에 의해 덮혀지지 않을 수 있다. 예컨대, 상기 최상위 셀 전극(CEs)의 제2 외측벽(41b)은 상기 소자분리 패턴(575)과 접촉될 수 있다. 본 변형예는, 상기 커팅 영역(540')에 의하여 최상위 셀 전극들(CEs)이 서로 분리된 상태를 개시한다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 커팅 영역(540')은 상기 최상위 셀 전극들(CEs) 보다 더 아래로 연장될 수도 있다. 이로써, 상기 최상위 셀 전극들(CEs) 아래에 배치된 셀 전극들(CE) 중에서 적어도 하나가 복수의 세그먼트들(segments)로 분리될 수도 있다. 이에 더하여, 상기 커팅 영역(540')은 더 연장되어, 상기 최상위 셀 전극들(CEs) 아래의 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)의 각각이 복수의 세그먼트들로 분리될 수도 있다.According to the present modified example, each of the topmost cell electrodes CEs may include a first outer wall 41a adjacent to the non-sacrificial pattern 550a and a second outer wall 41b adjacent to the device isolation pattern 575. Can be. In this case, the electrode-dielectric film 570 positioned between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the top cell electrode CEs may extend to cover the first outer wall 41a of the top cell electrode CEs. have. The second outer wall 41b of the uppermost cell electrode CEs may not be covered by an extension of the electrode-dielectric film. For example, the second outer wall 41b of the uppermost cell electrode CEs may be in contact with the device isolation pattern 575. According to the present modification, the top cell electrodes CEs are separated from each other by the cutting region 540 '. However, the present invention is not limited thereto. The cutting region 540 ′ may extend further below the top cell electrodes CEs. Thus, at least one of the cell electrodes CE disposed under the top cell electrodes CEs may be separated into a plurality of segments. In addition, the cutting region 540 ′ is further extended such that each of the cell electrodes CE and the ground select electrodes GSE1 and GSE2 below the top cell electrodes CEs is divided into a plurality of segments. May be

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 또 다른 변형예를 나타내는 단면도이고, 도 7b는 도 7a의 K5 부분을 확대한 도면이다.FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating still another modified example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7B is an enlarged view of a portion K5 of FIG. 7A.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 최상위 빈 영역(560U')은 상기 비희생 패턴(550a)을 향하여 옆으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 상기 최상위 빈 영역(560U') 내 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 폭이 증가될 수 있다. 즉, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(10a') 및 제2 외측벽(10b)간의 수평 거리가 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스트링 선택 전극(SSE1)의 제1 외측벽(10a')을 덮는 제1 연장부의 제1 벽부의 제1 측벽(31')은 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a)으로부터 오프셋(offset)될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 벽부의 제1 측벽(31')은 상기 최상위 절연 패턴(505Ua)의 제1 외측벽(15a) 보다 옆으로 돌출될 수 있다. 도 1a 및 도 1d를 참조하여 상술된 바와 같이, 상기 제1 연장부는 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 및 제1 스트링 선택 전극(SSE1) 사이에 개재된 전극-유전막의 연장된 부분을 의미한다.Referring to FIGS. 7A and 7B, the topmost empty area 560U ′ may extend laterally toward the non-sacrificial pattern 550a. Accordingly, the width of the first string selection electrode SSE1 in the uppermost empty region 560U 'may be increased. That is, the horizontal distance between the first outer wall 10a ′ and the second outer wall 10b of the first string selection electrode SSE1 may be increased. Accordingly, the first sidewall 31 ′ of the first wall portion of the first extension part covering the first outer wall 10a ′ of the first string select electrode SSE1 may be the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua. May be offset from For example, the first sidewall 31 ′ of the first wall portion may protrude laterally than the first outer wall 15a of the uppermost insulating pattern 505Ua. As described above with reference to FIGS. 1A and 1D, the first extension means an extended portion of the electrode-dielectric film interposed between the sidewall of the vertical active pattern 520 and the first string select electrode SSE1. do.

이와 마찬가지로, 차상위 빈 영역(560nU')도 상기 비희생 패턴(550a)을 향하여 옆으로 연장될 수 있다. 이로써, 상기 차상위 빈 영역(560nU') 내 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 폭도 증가될 수 있다. 상기 제2 스트링 선택 전극(SSE2)의 제1 외측벽(20a')을 덮는 제2 연장부의 제2 벽부의 제1 측벽(32')은 차상위 절연 패턴(505nUa)의 제1 외측벽(25a) 보다 옆으로 돌출될 수 있다.Similarly, the next higher blank area 560nU 'may also extend laterally toward the non-sacrificial pattern 550a. As a result, the width of the second string selection electrode SSE2 in the next higher blank area 560nU 'may be increased. The first sidewall 32 'of the second wall portion of the second extension portion covering the first outer wall 20a' of the second string select electrode SSE2 is next to the first outer wall 25a of the next higher insulating pattern 505nUa. Can protrude.

본 변형예에 따르면, 상기 비희생 패턴(550a)은 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)과 식각선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 비희생 패턴(550a)의 식각율은 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)의 식각율 보다 클 수 있다. 예컨대, 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)은 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물 등을 포함할 수 있으며, 상기 비희생 패턴(550a)은 저온 산화물 및/또는 PE-CVD 산화물(즉, PE-CVD로 형성된 산화물) 등을 포함할 수 있다. 상기 저온 산화물은 상온 내지 약 600℃의 공정 온도에서 형성된 산화물일 수 있다. 하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다. 상기 비희생 패턴(550a) 및 절연 패턴들(550a, 505nUa, 505Ua)은 다른 유전 물질들로 형성될 수도 있다.In example embodiments, the non-sacrificial pattern 550a may include a dielectric material having an etching selectivity with respect to the insulating patterns 505a, 505nUa and 505Ua. In example embodiments, an etch rate of the non-sacrificial pattern 550a may be greater than an etch rate of the insulating patterns 505a, 505nUa and 505Ua. For example, the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua may include high density plasma oxide and / or high temperature oxide, and the non-sacrificial pattern 550a may include low temperature oxide and / or PE-CVD oxide (ie, PE). Oxides formed by CVD), and the like. The low temperature oxide may be an oxide formed at a process temperature of about room temperature to about 600 ℃. However, the present invention is not limited thereto. The non-sacrificial pattern 550a and the insulating patterns 550a, 505nUa, and 505Ua may be formed of other dielectric materials.

본 변형예에 따른 최상위 및 차상위 빈 영역들(560U', 560nU')은 도 3a 및 도 3b에 개시된 3차원 반도체 기억 소자에 적용될 수 있다. 이 경우에, 도 3a 및 도 3b의 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1k, SSE2k)의 폭들이 증가될 수 있다. 예컨대, 도 3a 및 도 3b에서, 최상위 및 차상위 배리어 도전 패턴들(85U, 85nU)의 일부분들의 제1 측벽들(55, 56)은, 최상위 및 차상위 절연 패턴들(505Ua, 505nUa)의 제1 외측벽들(15a, 25a)로부터 오프셋 될 수 있다. 상기 최상위 및 차상위 배리어 도전 패턴들(85U, 85nU)의 일부분들의 제1 측벽들(55, 56)은, 상기 비희생 패턴(550a)을 향하여 최상위 및 차상위 절연 패턴들(505Ua, 505nUa)의 제1 외측벽들(15a, 25a) 보다 옆으로 돌출될 수 있다.The top and next top empty regions 560U 'and 560nU' according to the present modification can be applied to the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 3A and 3B. In this case, the widths of the first and second string select electrodes SSE1k and SSE2k of FIGS. 3A and 3B may be increased. For example, in FIGS. 3A and 3B, the first sidewalls 55, 56 of the portions of the top and second top barrier conductive patterns 85U and 85nU are the first outer walls of the top and next top insulating patterns 505Ua and 505nUa. It may be offset from the (15a, 25a). First sidewalls 55 and 56 of portions of the top and second top barrier conductive patterns 85U and 85nU may face the first and second top insulating patterns 505Ua and 505nUa toward the non-sacrificial pattern 550a. It may protrude laterally than the outer walls 15a and 25a.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 도면들을 참조하여 설명한다.Next, a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 8a 내지 도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이고, 도 8b 내지 도 12b는 각각 도 8a 내지 도 12a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이다.8A to 12A are plan views illustrating a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 8B to 12B are cross-sectional views taken along line II ′ of FIGS. 8A to 12A, respectively. .

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 기판(100) 상에 버퍼 유전막(503)을 형성할 수 있다. 상기 기판(100) 내에 제1 도전형의 도펀트로 도핑된 웰 영역을 형성할 수 있다. 상기 버퍼 유전막(503) 상에 희생막들(510, 510nU, 510U) 및 절연막들(505, 505nU, 505U)을 교대로 그리고 반복적으로 적층시킬 수 있다. 최상위 절연막(505U)이 최상위 희생막(510U) 상에 배치될 수 있다. 차상위 절연막(505nU)이 상기 최상위 희생막(510U) 및 차상위 희생막(510nU) 사이에 배치될 수 있다. 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)은 상기 절연막들(505, 505nU, 505U)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 절연막들(505, 505nU, 505U)의 각각은 산화막(ex, 고밀도 플라즈마 산화막 및/또는 고온 산화막 등) 등으로 형성될 수 있으며, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)의 각각은 질화막으로 형성할 수 있다.8A and 8B, a buffer dielectric layer 503 may be formed on the substrate 100 doped with a first conductivity type dopant. A well region doped with a dopant of a first conductivity type may be formed in the substrate 100. Sacrificial layers 510, 510nU and 510U and insulating layers 505, 505nU and 505U may be alternately and repeatedly stacked on the buffer dielectric layer 503. The top insulating layer 505U may be disposed on the top sacrificial layer 510U. A next higher insulating layer 505nU may be disposed between the highest sacrificial layer 510U and the next higher sacrificial layer 510nU. The sacrificial layers 510, 510nU, and 510U may be formed of a material having an etch selectivity with respect to the insulating layers 505, 505nU, and 505U. For example, each of the insulating films 505, 505 nU, and 505U may be formed of an oxide film (eg, a high density plasma oxide film and / or a high temperature oxide film, etc.), and each of the sacrificial films 510, 510 nU, and 510U may be formed. It can be formed as a nitride film.

상기 절연막들(505, 505nU, 505U) 및 희생막들(510, 510nU, 510U)을 패터닝하여, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)의 희생 패드들(510P)을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U) 중에서 최하위 희생막의 희생 패드(510P)를 정의하는 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 절연막들(505, 505nU, 505U) 및 희생막들(510, 510nU, 510U)을 식각할 수 있다. 이로써, 상기 최하위 희생막의 희생 패드(510P)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(510, 510nU, 510U) 및 절연막들(505, 505nU, 505U)을 식각할 수 있다. 이로써, 상기 기판(100)으로부터 두번째로 적층된 희생막(510)의 희생 패드(510P)를 형성함과 더불어, 상기 최하위 희생막의 희생 패드(510P)가 노출될 수 있다. 상기 마스크 패턴의 리세스 공정 및 상기 절연막들(505, 505nU, 505U) 및 희생막들(510, 510nU, 510U)의 식각 공정을 반복적으로 수행하여, 계단형 구조의 상기 희생 패드들(110P)를 형성할 수 있다.The insulating layers 505, 505nU and 505U and the sacrificial layers 510, 510nU and 510U may be patterned to form sacrificial pads 510P of the sacrificial layers 510, 510nU and 510U. For example, a mask pattern defining a sacrificial pad 510P of the lowest sacrificial layer is formed among the sacrificial layers 510, 510nU, and 510U, and the insulating layers 505, 505nU, and 505U are formed using the mask pattern as an etching mask. And the sacrificial layers 510, 510nU, and 510U may be etched. As a result, the sacrificial pad 510P of the lowest sacrificial layer may be formed. Subsequently, the mask pattern may be recessed to reduce the width of the mask pattern. The sacrificial layers 510, 510nU and 510U and the insulating layers 505, 505nU and 505U on the lowest sacrificial layer may be etched using the recessed mask pattern as an etching mask. As a result, the sacrificial pad 510P of the sacrificial layer 510 stacked second from the substrate 100 may be formed, and the sacrificial pad 510P of the lowest sacrificial layer may be exposed. The sacrificial pads 110P having a stepped structure may be repeatedly formed by repeatedly performing the recess process of the mask pattern and the etching process of the insulating layers 505, 505 nU and 505U and the sacrificial layers 510, 510 nU and 510U. Can be formed.

상기 절연막들(505, 505nU, 505U), 희생막들(510, 510nU, 510U) 및 버퍼 유전막(503)을 관통하는 홀들(515)을 형성할 수 있다. 상기 각 홀(515) 내에 수직형 활성 패턴(520), 충전 유전 패턴(525) 및 랜딩 패드(530)를 형성할 수 있다. 이어서, 상기 기판(100) 전면을 덮는 캐핑 유전막(535)을 형성할 수 있다. 상기 캐핑 유전막(535)은 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)에 대하여 식각선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 캐핑 유전막(535)은 산화막 등으로 형성될 수 있다.Holes 515 may be formed through the insulating layers 505, 505 nU and 505U, the sacrificial layers 510, 510 nU and 510U, and the buffer dielectric layer 503. A vertical active pattern 520, a charging dielectric pattern 525, and a landing pad 530 may be formed in each hole 515. Subsequently, a capping dielectric layer 535 may be formed to cover the entire surface of the substrate 100. The capping dielectric layer 535 may include a dielectric material having an etch selectivity with respect to the sacrificial layers 510, 510nU, and 510U. For example, the capping dielectric layer 535 may be formed of an oxide layer or the like.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 캐핑 유전막(535), 적어도 최상위 절연막(505U) 및 적어도 최상위 희생막(510U)을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역(540)을 형성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 커팅 영역(540)은, 상기 캐핑 유전막(535), 최상위 절연막(505U), 최상위 희생막(510), 차상위 절연막(505nU) 및 차상위 희생막(510nU)을 연속적으로 패터닝하는 것에 의해 형성될 수 있다. 도 9a에 개시된 바와 같이, 상기 커팅 영역(540)은 상기 최상위 및 차상위 희생막들(510U, 510nU)의 희생 패드들(510P)을 분리시킬 수 있다. 평면적 관점에서, 상기 커팅 영역(540)의 끝은, 셀 전극들 또는 스트링 선택 전극들로 대체되는 희생막들의 희생 패드들(510P) 중에서 어느 하나와 중첩될 수 있다.9A and 9B, the capping dielectric layer 535, at least a top insulating layer 505U, and at least a top sacrificial layer 510U may be successively patterned to form a cutting region 540. In example embodiments, the cutting region 540 may sequentially pattern the capping dielectric layer 535, the top insulating layer 505U, the top sacrificial layer 510, the next top insulating layer 505nU, and the next top sacrificial layer 510nU. It can be formed by doing. As illustrated in FIG. 9A, the cutting region 540 may separate the sacrificial pads 510P of the top and next top sacrificial layers 510U and 510nU. In plan view, the end of the cutting region 540 may overlap any one of the sacrificial pads 510P of the sacrificial layers replaced with the cell electrodes or the string selection electrodes.

상기 커팅 영역(540)의 내면과 접촉되는 비희생막(550)을 기판(100) 전면 상에 형성할 수 있다. 상기 비희생막(550)은 상기 커팅 영역(540)을 채울 수 있다. 상기 비희생막(550)은 상기 커팅 영역(540)의 양 내측벽들의 전체와 접촉될 수 있다. 적어도 상기 커팅 영역(540)의 양 내측벽들과 접촉된 상기 비희생막(550)의 일부분은, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 커팅 영역(540)의 양 내측벽들과 접촉된 상기 비희생막(550)의 일부분은, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)의 식각율의 10% 보다 작은 식각율을 갖는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 희생막들(510, 510nU, 510U)이 질화막들로 형성되는 경우에, 상기 비희생막(550)은 산화막 및/또는 언도프트 반도체막(ex, 언도프트 실리콘막 등) 등으로 형성될 수 있다.The non-sacrificial film 550 in contact with the inner surface of the cutting region 540 may be formed on the entire surface of the substrate 100. The non-sacrificial layer 550 may fill the cutting region 540. The non-sacrificial layer 550 may be in contact with all of the inner sidewalls of the cutting region 540. A portion of the non-sacrificial layer 550 in contact with at least both inner walls of the cutting region 540 may include an insulating material having an etch selectivity with respect to the sacrificial layers 510, 510 nU, and 510U. have. According to one embodiment, at least a portion of the non-sacrificial layer 550 in contact with both inner walls of the cutting region 540 is less than 10% of the etching rate of the sacrificial layers 510, 510nU, and 510U. It may include an insulating material having a small etching rate. For example, when the sacrificial films 510, 510nU, and 510U are formed of nitride films, the non-sacrificial film 550 is formed of an oxide film and / or an undoped semiconductor film (eg, an undoped silicon film, etc.). Can be.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 비희생막(550)을 상기 캐핑 유전막(535)이 노출될때까지 평탄화시키어, 비희생 패턴(550a)을 형성할 수 있다. 이로써, 상기 비희생 패턴(550a)의 상부면은 상기 캐핑 유전막(535)의 상부면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.10A and 10B, the non-sacrificial layer 550 may be planarized until the capping dielectric layer 535 is exposed to form a non-sacrificial pattern 550a. Thus, the top surface of the non-sacrificial pattern 550a may be substantially coplanar with the top surface of the capping dielectric layer 535.

이어서, 상기 캐핑 유전막(535), 절연막들(505, 505nU, 505U) 및 희생막들(510, 510nU, 510U)을 연속적으로 패터닝하여, 트렌치들(555)을 형성할 수 있다. 상기 트렌치들(555)은 평면적 관점에서 제1 방향으로 나란히 연장될 수 있다. 상기 트렌치들(555)에 의해 몰드 패턴들이 형성될 수 있다. 상기 각 몰드 패턴은 인접한 한 쌍의 상기 트렌치들(555) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 상기 인접한 한 쌍의 트렌치들(555) 사이에 상기 커팅 영역(540)이 배치된다. 상기 몰드 패턴들은 상기 트렌치들(555)에 의하여 완전히 분리될 수 있다. 상기 각 몰드 패턴은 교대로 그리고 반복적으로 적층된 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua) 및 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 몰드 패턴은 상기 커팅 영역(540) 및 상기 비희생 패턴(550a)을 더 포함할 수 있다. 이로써, 상기 각 몰드 패턴은, 상기 커팅 영역(540)에 의해 분리된 복수의 최상위 절연 패턴들(505Ua)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 각 몰드 패턴은 상기 커팅 영역(540)에 의해 분리된, 복수의 최상위 희생 패턴들(510Ua)을 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 각 몰드 패턴은 복수의 차상위 절연 패턴들(505nUa) 및 차상위 희생 패턴들(510nUa)을 포함할 수 있다. 상기 각 몰드 패턴의 상기 커팅 영역(540) 아래의 영역 내에는, 각 레벨 당 하나의 희생 패턴(510a)이 배치될 수 있다.Subsequently, trenches 555 may be formed by successively patterning the capping dielectric layer 535, the insulating layers 505, 505 nU and 505U, and the sacrificial layers 510, 510 nU and 510U. The trenches 555 may extend side by side in the first direction in a plan view. Mold patterns may be formed by the trenches 555. Each mold pattern may be formed between a pair of adjacent trenches 555. In addition, the cutting region 540 is disposed between the adjacent pair of trenches 555. The mold patterns may be completely separated by the trenches 555. Each mold pattern may include sacrificial patterns 510a, 510nUa and 510Ua and insulating patterns 505a, 505nUa and 505Ua that are alternately and repeatedly stacked. In addition, each mold pattern may further include the cutting region 540 and the non-sacrificial pattern 550a. Thus, each mold pattern may include a plurality of topmost insulating patterns 505Ua separated by the cutting region 540. In addition, each mold pattern may include a plurality of top sacrificial patterns 510Ua separated by the cutting area 540. Similarly, each mold pattern may include a plurality of next higher insulating patterns 505 nUa and next second sacrificial patterns 510 nUa. In the area under the cutting area 540 of each mold pattern, one sacrificial pattern 510a may be disposed at each level.

상기 트렌치들(555)에 의하여 상기 몰드 패턴들이 완전히 분리됨으로써, 상기 각 몰드 패턴의 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)의 희생 패드들(510P)은 이웃한 몰드 패턴의 희생 패턴들의 희생 패드들과 분리될 수 있다. 상기 각 몰드 패턴은 캐핑 유전 패턴(535a)을 더 포함할 수 있다. 상기 캐핑 유전 패턴(535a)은 상기 각 몰드 패턴 내 최상위 절연 패턴들(505Ua) 및 희생 패드들(510P)을 덮을 수 있다.Since the mold patterns are completely separated by the trenches 555, the sacrificial pads 510P of the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua of each mold pattern may be sacrificial pads of the sacrificial patterns of a neighboring mold pattern. Can be separated from. Each mold pattern may further include a capping dielectric pattern 535a. The capping dielectric pattern 535a may cover top insulating patterns 505Ua and sacrificial pads 510P in each mold pattern.

상기 트렌치들(555)을 형성할 때, 상기 버퍼 유전막(503)도 식각되어, 버퍼 유전 패턴(503a)이 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 트렌치(555) 아래에 상기 버퍼 유전막(503)의 적어도 일부가 잔존될 수도 있다.When the trenches 555 are formed, the buffer dielectric layer 503 may also be etched to form a buffer dielectric pattern 503a. Alternatively, at least a portion of the buffer dielectric layer 503 may remain under the trench 555.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상기 트렌치들(555)에 노출된 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)을 제거하여, 빈 영역들(560, 560nU, 560U)이 형성될 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a) 양측에 배치된 최상위 빈 영역들(560U) 및 차상위 빈 영역들(560nU)이 형성될 수 있다. 상기 비희생 패턴(550a)에 의하여, 상기 최상위 빈 영역(560U)의 일 측은 닫힌(closed) 상태일 수 있다. 상기 트렌치(555)에 의하여, 상기 비희생 패턴(550a)의 타 측은 개방된(opened) 상태일 수 있다. 이와 마찬가지로, 상기 비희생 패턴(550a)에 인접한 상기 차상위 빈 영역(560nU)의 일 측은 닫힌 상태일 수 있으며, 상기 트렌치(555)와 인접한 상기 차상위 빈 영역(560nU)의 타 측은 개방된 상태일 수 있다. 상기 커팅 영역(540) 아래의 빈 영역들(560)의 각각의 양 측들은 모두 개방된 상태일 수 있다.11A and 11B, empty areas 560, 560nU, and 560U may be formed by removing the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua exposed to the trenches 555. Topmost empty regions 560U and next upper empty regions 560nU disposed on both sides of the non-sacrificial pattern 550a may be formed. Due to the non-sacrificial pattern 550a, one side of the topmost empty area 560U may be in a closed state. By the trench 555, the other side of the non-sacrificial pattern 550a may be in an opened state. Similarly, one side of the next higher blank area 560nU adjacent to the non-sacrificial pattern 550a may be closed, and the other side of the next higher blank area 560nU adjacent to the trench 555 may be open. have. Both sides of each of the blank areas 560 below the cutting area 540 may be in an open state.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 갖는 기판(100) 상에 전극-유전막(570)을 콘포말하게 형성할 수 있다. 상기 전극-유전막(570)은 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)의 내면들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다.12A and 12B, an electrode-dielectric film 570 may be conformally formed on the substrate 100 having the empty regions 560, 560nU, and 560U. The electrode-dielectric film 570 may be formed to have a substantially uniform thickness on inner surfaces of the empty regions 560, 560nU, and 560U.

이어서, 상기 전극-유전막(570)을 갖는 기판(100) 상에 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 채우는 도전막을 형성할 수 있다. 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U) 외부에 위치한 도전막들을 제거하여, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U) 내에 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 각각 형성할 수 있다. 이로써, 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 설명한 전극 구조체를 형성할 수 있다. 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성한 후에, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U) 외부의 상기 전극-유전막(570)을 제거할 수도 있다.Subsequently, a conductive film may be formed on the substrate 100 having the electrode-dielectric film 570 to fill the empty regions 560, 560 nU, and 560U. Electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may be formed in the empty regions 560, 560nU, and 560U by removing conductive layers outside the empty regions 560, 560nU, and 560U. have. As a result, the electrode structure described with reference to FIGS. 1A to 1E can be formed. After forming the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1, the electrode-dielectric film 570 outside the empty regions 560, 560nU, and 560U may be removed.

상기 각 트렌치(555) 아래의 기판(100) 내에 제2 도전형의 도펀트 이온들을 주입하여, 공통 소오스 영역(CS)을 형성할 수 있다. 상기 공통 소오스 영역(CS)은 상기 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성한 후에 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 형성하기 전에, 상기 공통 소오스 영역(CS)이 형성될 수도 있다.The common source region CS may be formed by implanting dopant ions of the second conductivity type into the substrate 100 under each trench 555. The common source region CS may be formed after forming the electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1. Alternatively, the common source region CS may be formed before forming the empty regions 560, 560nU, and 560U.

이어서, 상기 트렌치들(555)을 각각 채우는 소자분리 패턴(도 1a 내지 도 1e의 575)을 형성할 수 있다. 이어서, 도 1a 내지 도 1c의 콘택 플러그들(580) 및 배선들(590)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 1a 내지 도 1e에 개시된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Subsequently, device isolation patterns (575 of FIGS. 1A to 1E) may be formed to fill the trenches 555, respectively. Subsequently, the contact plugs 580 and the wirings 590 of FIGS. 1A to 1C may be formed. As a result, the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIGS. 1A to 1E can be implemented.

상술된 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법에 따르면, 상기 커팅 영역(540)을 형성하고 상기 비희생막(550)을 형성한 후에, 상기 트렌치들(555)을 형성하여 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)을 형성하고, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 형성한다. 즉, 상기 비희생 패턴(550a)에 의해 분리된 최상위 빈 영역들(560U) 및 차상위 빈 영역들(560nU)이 형성된다. 이로써, 상기 각 전극 구조체 내 서로 분리된 제1 스트링 선택 전극들(SSE1) 및 서로 분리된 제2 스트링 선택 전극들(SSE2)은, 셀 전극들(CE) 및 접지 선택 전극들(GSE1, GSE2)과 실질적으로 동시에 형성될 수 있다.According to the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device described above, after the cutting region 540 is formed and the non-sacrificial layer 550 is formed, the trenches 555 are formed to form the sacrificial patterns 510a, 510nUa and 510Ua are formed, and the empty regions 560, 560nU and 560U are formed. That is, the topmost empty regions 560U and the next higher empty regions 560nU separated by the non-sacrificial pattern 550a are formed. As a result, the first string select electrodes SSE1 and the second string select electrodes SSE2 separated from each other in the respective electrode structures may include the cell electrodes CE and the ground select electrodes GSE1 and GSE2. And may be formed substantially simultaneously.

결과적으로, 상기 비희생 패턴(550a)에 인접한 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 제1 외측벽들은 식각 공정으로부터 보호된다. 상기 제1 및 제2 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 식각 공정에 의한 손실을 최소화하여, 상기 스트링 선택 전극들(SSE1, SSE2)의 저항을 감소시킬 수 있다. 이로써, 우수한 신뢰성을 갖고 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.As a result, the first outer walls of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2 adjacent to the non-sacrificial pattern 550a are protected from an etching process. The resistance of the string select electrodes SSE1 and SSE2 may be reduced by minimizing the loss due to the etching process of the first and second string select electrodes SSE1 and SSE2. As a result, a three-dimensional semiconductor memory device having excellent reliability and optimized for high integration can be realized.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 일 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.13 is a cross-sectional view for explaining a modification of the method of manufacturing the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.

도 8a 및 도 8b에 개시된 수직형 활성 패턴(520)을 형성하기 전에, 상기 각 홀(515)의 내측벽 상에 전극-유전막의 제1 부분(565a)을 형성할 수 있다. 이 후에 도 9a 내지 11a 및 도 9b 내지 도 11b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 이로써, 도 13에 개시된 바와 같이, 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 형성할 수 있다. 도 13의 빈 영역들(560, 560nU, 560U)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 상에 형성된 상기 전극-유전막의 제1 부분(565a)을 노출시킬 수 있다. 이어서, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)의 내면 상에 전극-유전막의 제2 부분(도 2a 및 도 2b의 565b)을 형성하고, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 각각 채우는 전극들(GSE1, GSE2, CE, SSE2, SSE1)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 2a 및 도 2b에 개시된 전극 구조체를 형성할 수 있다.Before forming the vertical active pattern 520 illustrated in FIGS. 8A and 8B, a first portion 565a of the electrode-dielectric film may be formed on the inner wall of each hole 515. Thereafter, the methods described with reference to FIGS. 9A through 11A and 9B through 11B may be performed. As a result, as shown in FIG. 13, empty regions 560, 560nU, and 560U may be formed. The empty regions 560, 560nU, and 560U of FIG. 13 may expose the first portion 565a of the electrode-dielectric film formed on the sidewall of the vertical active pattern 520. Subsequently, a second portion (565b of FIGS. 2A and 2B) of an electrode-dielectric film is formed on an inner surface of the empty regions 560, 560nU, and 560U, and the empty regions 560, 560nU, and 560U are respectively formed. Filling electrodes GSE1, GSE2, CE, SSE2, and SSE1 may be formed. Thereby, the electrode structure disclosed in FIGS. 2A and 2B can be formed.

한편, 도 8a 및 도 8b에 개시된 수직형 활성 패턴(520)을 형성하기 전에, 상기 각 홀(515)의 내측벽 상에 도 3a 및 도 3b의 전극-유전막(570')을 형성할 수 있다. 이어서, 도 9a 내지 도 11a 및 도 9b 내지 도 11b를 참조하여 설명한 제조 방법들을 수행할 수 있다. 이 경우에, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)은 상기 수직형 활성 패턴(520)의 측벽 상에 형성된 전극-유전막(570')을 노출시킬 수 있다. 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U) 내에 배리어 도전막을 콘포말하게 형성한 후에, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U)을 채우는 금속막을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 빈 영역들(560, 560nU, 560U) 외부의 배리어 도전막 및 금속막을 제거하여, 도 3a 및 도 3b의 전극들(GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, SSE1k)을 형성할 수 있다. 이로써, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 전극 구조체를 형성할 수 있다.Meanwhile, before forming the vertical active pattern 520 of FIGS. 8A and 8B, the electrode-dielectric film 570 ′ of FIGS. 3A and 3B may be formed on the inner wall of each hole 515. . Subsequently, the manufacturing methods described with reference to FIGS. 9A through 11A and 9B through 11B may be performed. In this case, the empty regions 560, 560nU, and 560U may expose the electrode-dielectric film 570 ′ formed on the sidewall of the vertical active pattern 520. After the barrier conductive film is conformally formed in the empty regions 560, 560nU and 560U, a metal film may be formed to fill the empty regions 560, 560nU and 560U. Subsequently, the barrier conductive layer and the metal layer outside the empty regions 560, 560nU, and 560U may be removed to form the electrodes GSE1k, GSE2k, CEk, SSE2k, and SSE1k of FIGS. 3A and 3B. As a result, the electrode structure described with reference to FIGS. 3A and 3B can be formed.

도 9a, 도 9b, 도 10a 및 도 10b를 참조한 형성 방법들에서, 상기 비희생막(550)은 평탄화되지 않을 수도 있다. 이 후에, 도 11a, 도 11b, 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명한 형성 방법들을 수행함으로써, 도 4에 개시된 3차원 반도체 기억 소자가 구현될 수 있다.In the forming methods described with reference to FIGS. 9A, 9B, 10A, and 10B, the non-sacrificial film 550 may not be planarized. Thereafter, by performing the forming methods described with reference to FIGS. 11A, 11B, 12A, and 12B, the three-dimensional semiconductor memory device disclosed in FIG. 4 can be implemented.

도 8a 내지 도 12a 및 도 8b 내지 도 12b를 참조하여 설명한 제조 방법에 따르면, 상기 희생 패드들(510P)을 형성한 후에, 상기 커팅 영역(540) 및 비희생막(550)을 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 커팅 영역(540) 및 비희생막(550)을 형성한 후에 상기 희생 패드들(510P)을 형성할 수도 있다. 이를 도면들을 참조하여 설명한다.According to the manufacturing method described with reference to FIGS. 8A to 12A and 8B to 12B, after the sacrificial pads 510P are formed, the cutting region 540 and the non-sacrificial film 550 may be formed. . Alternatively, the sacrificial pads 510P may be formed after the cutting region 540 and the non-sacrificial layer 550 are formed. This will be described with reference to the drawings.

도 14a 및 도 15a는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 다른 변형예를 설명하기 위한 평면도들이고, 도 14b 및 도 15b는 각각 도 14a 및 도 15a의 I-I'을 따라 취해진 단면도들이다.14A and 15A are plan views illustrating another modified example of a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 14B and 15B illustrate II ′ of FIGS. 14A and 15A, respectively. Are cross-sectional views taken along.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 희생 패드들을 형성하기 전에, 최상위 절연막(505U), 최상위 희생막(510U), 차상위 절연막(505nU) 및 차상위 희생막(510nU)을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역(540)을 형성할 수 있다. 상기 커팅 영역(540)의 내면과 접촉된 비희생막을 형성하고, 상기 비희생막을 패터닝하여, 비희생 패턴(550a)을 형성할 수 있다.14A and 14B, before forming the sacrificial pads, the top insulating layer 505U, the top sacrificial layer 510U, the next top insulating layer 505nU, and the next top sacrificial layer 510nU are successively patterned to form a cutting region ( 540 may be formed. A non-sacrificial film in contact with the inner surface of the cutting region 540 may be formed, and the non-sacrificial film may be patterned to form a non-sacrificial pattern 550a.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 상기 비희생 패턴(550a)을 형성한 후에, 상기 절연막들(505U, 505nU, 505) 및 희생막들(510U, 510nU, 510)을 패터닝하여, 희생 패드들(510P)을 형성할 수 있다. 이때, 평면적 관점에서 상기 비희생 패턴(550a)의 끝 부분이 함께 식각될 수 있다. 이로써, 도 15b에 개시된 바와 같이, 식각된 비희생 패턴(550b)의 끝 부분은 계단형 구조를 가질 수 있다. 도 15a에 개시된 바와 같이, 상기 식각된 비희생 패턴(550b)의 최상부면의 끝은 상기 희생 패드(510P)를 갖는 최상위 희생막(510U)의 끝과 상기 제2 방향으로 정렬될 수 있다. 이 후의 후속 공정들은 도 10a 내지 12a 및 도 10b 내지 도 12b를 참조하여 설명한 방법들과 동일하게 수행할 수 있다. 이로써, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.15A and 15B, after the non-sacrificial pattern 550a is formed, the insulating layers 505U, 505nU and 505 and the sacrificial layers 510U, 510nU and 510 are patterned to form sacrificial pads ( 510P). At this time, the end portion of the non-sacrificial pattern 550a may be etched together in a plan view. Thus, as shown in FIG. 15B, the end portion of the etched non-sacrificial pattern 550b may have a stepped structure. As shown in FIG. 15A, an end of the top surface of the etched non-sacrificial pattern 550b may be aligned with the end of the top sacrificial layer 510U having the sacrificial pad 510P. Subsequent subsequent processes may be performed in the same manner as described with reference to FIGS. 10A to 12A and 10B to 12B. As a result, the 3D semiconductor memory device described with reference to FIGS. 5A and 5B may be implemented.

한편, 도 9a 및 도 9b에 개시된 커팅 영역(540)의 형성 시에, 상기 커팅 영역(540)의 바닥면 아래에 위치한 적어도 하나의 희생막(510)이 더 식각될 수 있다. 이로써, 커팅 영역은 최상위 및 차상위 희생막들(510U, 510nU)과, 차상위 희생막(510nU) 아래에 위치한 적어도 하나의 희생막(510)을 관통할 수 있다. 이 후에, 비희생막(550)을 형성하고, 도 10a 내지 도 12a 및 도 10b 내지 도 12b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 그 결과, 도 6에 개시된 커팅 영역(540')을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자가 구현될 수 있다.Meanwhile, at the time of forming the cutting region 540 illustrated in FIGS. 9A and 9B, at least one sacrificial layer 510 positioned under the bottom surface of the cutting region 540 may be further etched. As a result, the cutting region may penetrate through the top and second sacrificial layers 510U and 510nU and at least one sacrificial layer 510 positioned below the next top sacrificial layer 510nU. Thereafter, the non-sacrificial film 550 may be formed, and the methods described with reference to FIGS. 10A to 12A and 10B to 12B may be performed. As a result, a three-dimensional semiconductor memory device including the cutting region 540 'disclosed in FIG. 6 may be implemented.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.16 is a cross-sectional view for illustrating another modification of the method of manufacturing the 3D semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b에 개시된 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)을 제거할 때, 최상위 및 차상위 희생 패턴들(510Ua, 510nUa) 옆의 비희생 패턴(550a)의 일부가 리세스(recess)될 수 있다. 이로써, 도 16에 개시된 최상위 빈 영역(560U'), 차상위 빈 영역(560nU') 및 빈 영역들(560)이 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 비희생 패턴(550a)은 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)에 대하여 식각 선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 비희생 패턴(550a)은 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)에 대해서도 식각 선택비를 갖는 유전 물질을 포함할 수 있다.When removing the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua disclosed in FIGS. 10A and 10B, portions of the non-sacrificial pattern 550a next to the top and next sacrificial patterns 510Ua and 510nUa may be recessed. Can be. As a result, the highest empty region 560U ', the next higher empty region 560nU', and the empty regions 560 may be formed. In this case, the non-sacrificial pattern 550a may include a dielectric material having an etch selectivity with respect to the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua. In addition, the non-sacrificial pattern 550a may include a dielectric material having an etch selectivity with respect to the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua.

일 실시예에 따르면, 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)을 제거하는 공정 시에, 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)의 식각율이 가장 클 수 있으며, 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)의 식각율이 가장 작을 수 있다 이 경우에, 상기 비희생 패턴(550a)의 식각율은 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)의 식각율 보다 작고 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)의 식각율 보다 클 수 있다. 예컨대, 상기 희생 패턴들(510a, 510nUa, 510Ua)은 질화물로 형성될 수 있으며, 상기 절연 패턴들(505a, 505nUa, 505Ua)은 고밀도 플라즈마 산화물 및/또는 고온 산화물로 형성될 수 있으며, 상기 비희생 패턴(550a)은 저온 산화물 및/또는 PE-CVD 산화물로 형성될 수 있다. 상기 저온 산화물은 상온 내지 약 600℃의 공정 온도에서 형성된 산화물일 수 있다.In example embodiments, in the process of removing the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua, the etch rates of the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua may be greatest, and the insulating patterns 505a may be used. In this case, the etch rate of the non-sacrificial pattern 550a is smaller than that of the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua and the insulating patterns 505a. , 505nUa, 505Ua). For example, the sacrificial patterns 510a, 510nUa, and 510Ua may be formed of nitride, and the insulating patterns 505a, 505nUa, and 505Ua may be formed of high density plasma oxide and / or high temperature oxide. Pattern 550a may be formed of low temperature oxide and / or PE-CVD oxide. The low temperature oxide may be an oxide formed at a process temperature of about room temperature to about 600 ℃.

이 후에, 도 12a 및 도 12b를 참조하여 설명한 방법들을 수행할 수 있다. 이로써, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 3차원 반도체 기억 소자를 구현할 수 있다.Thereafter, the methods described with reference to FIGS. 12A and 12B may be performed. As a result, the 3D semiconductor memory device described with reference to FIGS. 7A and 7B may be implemented.

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

Claims (10)

기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 전극들 및 절연 패턴들을 포함하는 전극 구조체, 상기 전극들 중에서 최상위 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 포함하되, 상기 최상위 전극 및 수직형 활성 패턴 사이의 전극-유전막의 적어도 일부분은 연장되어, 상기 최상위 전극의 하부면, 상부면 및 제1 외측벽을 덮고,
상기 최상위 전극의 상기 제1 외측벽을 덮는 상기 전극-유전막의 연장부의 벽부(wall portion)는, 상기 최상위 전극 상에 배치된 최상위 절연 패턴의 일 외측벽에 정렬된 측벽을 갖는 3차원 반도체 기억 소자.
An electrode structure comprising electrodes and insulating patterns alternately and repeatedly stacked on a substrate, wherein an uppermost electrode 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 the respective electrodes, wherein at least a portion of the electrode-dielectric film between the top electrode and the vertical active pattern extends to form a bottom surface of the top electrode; Covering the upper surface and the first outer wall,
And a wall portion of the extension portion of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the uppermost electrode has sidewalls aligned with one outer wall of the uppermost insulating pattern disposed on the uppermost electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 최상위 절연 패턴의 상기 일 외측벽은 상기 전극-유전막의 연장부의 상기 벽부의 상기 측벽과 공면을 이루는 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
And the outer side wall of the uppermost insulating pattern is coplanar with the side wall of the wall portion of the extension portion of the electrode-dielectric film.
청구항 1에 있어서,
상기 전극-유전막의 상기 적어도 일부분의 연장부는 상기 최상위 전극의 상기 제2 외측벽을 덮지 않는 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
An extension of said at least a portion of said electrode-dielectric film does not cover said second outer wall of said uppermost electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 전극 구조체 양측에 각각 배치된 한 쌍의 소자분리 패턴을 더 포함하되,
상기 최상위 전극의 상기 제2 외측벽은 상기 한 쌍의 소자분리 패턴의 어느 하나와 접촉되고,
상기 전극들 중에서 최하위 전극의 양 외측벽들은 상기 한 쌍의 소자분리 패턴들에 각각 접촉된 3차원 반도체 기억 소자.
The method according to claim 1,
Further comprising a pair of device isolation patterns respectively disposed on both sides of the electrode structure,
The second outer wall of the uppermost electrode is in contact with any one of the pair of device isolation patterns,
And outer sidewalls of the lowest electrode among the electrodes are in contact with the pair of device isolation patterns, respectively.
청구항 1에 있어서,
상기 전극 구조체는 하나의 최하위 전극을 포함하고,
상기 최상위 전극은 상기 최하위 전극 위에 복수로 제공되되, 상기 복수의 최상위 전극들은 옆으로 이격되고, 또한, 상기 기판의 상부면으로부터 동일한 레벨에 위치하고,
상기 수직형 활성 패턴은 복수로 제공되고, 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 1,
The electrode structure comprises one lowermost electrode,
The top electrode is provided in plurality on the bottom electrode, wherein the plurality of top electrodes are laterally spaced apart and located at the same level from the top surface of the substrate,
And a plurality of vertical active patterns, wherein each vertical active pattern penetrates the top electrode and the electrodes stacked below the top electrode.
청구항 1에 있어서,
상기 전극-유전막은 터널 유전막, 전하저장층 및 블로킹 유전막을 포함하고,
상기 최상위 전극의 제1 외측벽을 덮는 상기 전극-유전막의 연장부는 적어도 상기 블로킹 유전막의 일부를 포함하는 3차원 반도체기억 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 of the electrode-dielectric film covering the first outer wall of the top electrode includes at least a portion of the blocking dielectric film.
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 포함하되,
상기 전극들 중에서 최상위 전극에 포함된 최상위 금속 패턴은 서로 대향된 제1 외측벽 및 제2 외측벽을 갖고, 상기 최상위 전극에 포함된 최상위 배리어 도전 패턴은 상기 최상위 금속 패턴의 하부면, 상부면 및 상기 제1 외측벽과 접촉되고,
상기 최상위 금속 패턴의 상기 제1 외측벽과 접촉된 상기 최상위 배리어 도전 패턴의 일부분은, 상기 최상위 전극 상에 배치된 최상위 절연 패턴의 일 외측벽에 정렬된 측벽을 갖는 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,
The uppermost metal pattern included in the uppermost electrode among the electrodes has a first outer wall and a second outer wall facing each other, and the uppermost barrier conductive pattern included in the uppermost electrode includes a bottom surface, an upper surface, and the first layer of the uppermost metal pattern. 1 is in contact with the outer wall,
And a portion of the uppermost barrier conductive pattern in contact with the first outer wall of the uppermost metal pattern has sidewalls aligned with one outer wall of the uppermost insulating pattern disposed on the uppermost electrode.
청구항 7에 있어서,
상기 최상위 절연 패턴의 상기 일 외측벽은, 상기 최상위 금속 패턴의 상기 제1 외측벽과 접촉된 상기 최상위 배리어 도전 패턴의 상기 일부분의 측벽과 공면을 이루는 3차원 반도체 기억 소자.
The method of claim 7,
And the outer wall of the uppermost insulating pattern is coplanar with the sidewall of the portion of the uppermost barrier conductive pattern in contact with the first outer wall of the uppermost metal pattern.
청구항 7에 있어서,
상기 최상위 금속 패턴의 상기 제2 외측벽은 상기 최상위 배리어 도전 패턴과 접촉되지 않는 3차원 반도체 기억 소자.
The method of claim 7,
And the second outer wall of the uppermost metal pattern is not in contact with the uppermost barrier conductive pattern.
기판 상에, 희생막들 및 절연막들을 교대로 그리고 반복적으로 적층시키는 것;
적어도 최상위 절연막 및 최상위 희생막을 연속적으로 패터닝하여, 커팅 영역을 형성하는 것;
상기 커팅 영역의 양 내측벽들의 전체와 접촉된 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 전극 사이에 전극-유전막을 형성하는 것을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자의 제조 방법.
Alternately and repeatedly stacking sacrificial films and insulating films on the substrate;
Successively patterning at least the top insulating film and the top sacrificial film to form a cutting region;
Forming a non-sacrificial film in contact with the entirety of both inner walls of 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 the sidewalls of the vertical active pattern and the respective electrodes.
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