KR20120111375A - Three dimensional semiconductor memory devices and methods of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
소형화, 다기능화 및/또는 낮은 제조 단가 등의 특성들로 인하여 반도체 소자는 전자 산업에서 중요한 요소로 각광 받고 있다. 전자 산업이 발전함에 따라 좀더 우수한 성능 및/또는 저렴한 가격의 반도체 소자들에 대한 요구가 증가되고 있다. 이러한 요구 사항들은 충족시키기 위하여 반도체 소자의 고집적화 경향이 심화되고 있다. 특히, 논리 데이터를 저장하는 반도체 기억 소자의 고집적화는 더욱 심화되고 있다.Due to their small size, versatility and / or low manufacturing cost, semiconductor devices are becoming an important element in the electronics industry. As the electronics industry develops, there is an increasing demand for better performance and / or lower cost semiconductor devices. In order to meet these requirements, the trend toward higher integration of semiconductor devices is intensifying. In particular, high integration of semiconductor memory devices for storing logic data is further intensified.
종래의 2차원적인 반도체 기억 소자의 집적도는 단위 기억 셀이 점유하는 평면적이 주 결정 요인으로 작용될 수 있다. 이로써, 2차원적인 반도체 기억 소자의 집적도는 미세 패턴의 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받을 수 있다. 하지만, 미세 패턴의 형성 기술은 점점 한계에 다다르고 있으며, 또한, 초 고가의 장비들이 요구되어 반도체 기억 소자의 제조 단가가 증가되는 것 등의 문제점들이 야기되고 있다.The degree of integration of a conventional two-dimensional semiconductor memory device may act as a main determinant of the planar area occupied by the unit memory cells. As a result, the degree of integration of the two-dimensional semiconductor memory element can be greatly influenced by the level of the fine pattern formation technology. However, the technology of forming fine patterns is approaching the limit, and also, there are problems such as an increase in the manufacturing cost of semiconductor memory devices due to the need for expensive equipment.
이러한 제약들을 극복하기 위하여, 3차원적으로 배열된 기억 셀들을 포함하는 3차원 반도체 기억 소자가 제안된 바 있다. 하지만, 3차원 반도체 기억 소자는 그 구조적 형태로 인하여 여러 문제점들이 발생되어 신뢰성이 저하되는 것 등의 문제점들이 야기될 수 있다.In order to overcome these limitations, a three-dimensional semiconductor memory device including three-dimensionally arranged memory cells has been proposed. However, the three-dimensional semiconductor memory device may cause problems such as deterioration in reliability due to its structural shape.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 신뢰성을 향상시킬 수 있는 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a three-dimensional semiconductor memory device capable of improving reliability and a method of manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고집적화에 최적화된 3차원 반도체 기억 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device optimized for high integration and a method of manufacturing the same.
상술된 기술적 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
상기 전극-유전막(570)에 대하여 도 1e를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The electrode-
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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,
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
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
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,
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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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