KR20120128438A - Vertical structure non-volatile memory device, semiconductor device and system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 초기 문턱 전압(initial threshold voltage)을 낮추기 위해 매립 채널을 갖는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a nonvolatile memory device having a vertical structure, and more particularly, to a nonvolatile memory device having a vertical structure having a buried channel in order to lower an initial threshold voltage.
전자 제품은 그 부피가 점점 작아지면서도 고용량의 데이터 처리를 요하고 있다. 이에 따라, 이러한 전자 제품에 사용되는 반도체 메모리 소자의 집적도를 증가시킬 필요가 있다. 반도체 메모리 소자의 집적도를 향상시키기 위한 방법들 중 하나로서, 기존의 평면 트랜지스터 구조 대신 수직 트랜지스터 구조를 가지는 비휘발성 메모리 소자가 제안되고 있다. Electronic products are getting smaller and bulkier and require higher data throughput. Accordingly, there is a need to increase the degree of integration of semiconductor memory devices used in such electronic products. As one of methods for improving the degree of integration of a semiconductor memory device, a nonvolatile memory device having a vertical transistor structure instead of a conventional planar transistor structure has been proposed.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 매립 채널을 갖는 채널층을 제공하여 프로그램/소거 사이클 동안 일정한 문턱 전압을 유지할 수 있는 내구성 특성이 우수한 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having excellent durability, which is capable of maintaining a constant threshold voltage during a program / erase cycle by providing a channel layer having a buried channel.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 초기 문턱 전압을 낮추어 소거 동작 전압이 낮은 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device having a vertical structure having a low initial operating voltage and a low erase operation voltage.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 트랜지스터의 초기 문턱 전압을 낮추어 소거(erase) 속도를 향상시키고, 신뢰성이 향상된 반도체 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having lower initial threshold voltage of a transistor to improve erase speed and improved reliability.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a system including the nonvolatile memory device.
본 발명의 일 형태에 따른 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자가 제공된다. 상기 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자는, 기판 상으로 수직 신장한 채널 유도층; 상기 채널 유도층의 일측면에 접촉하여 수직 신장되며, 제1 도전형 불순물을 포함하는 채널층; 및 상기 채널층의 일측벽을 따라 교대로 적층된 복수의 게이트 전극 및 복수의 층간 절연층;을 포함하는 트랜지스터를 포함한다.A nonvolatile memory device having a vertical structure of one embodiment of the present invention is provided. The vertical nonvolatile memory device may include a channel induction layer vertically stretched onto a substrate; A channel layer extending vertically in contact with one side of the channel inducing layer and including a first conductivity type impurity; And a plurality of gate electrodes and a plurality of interlayer insulating layers alternately stacked along one side wall of the channel layer.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널층의 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first conductivity type impurity of the channel layer may be an n-type impurity.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널층의 n-형 불순물 농도는 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the n-type impurity concentration of the channel layer may be 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 .
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널 유도층은 상기 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나 불순물이 도핑되지 않은 것일 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the channel induction layer may include a second conductivity type impurity that is opposite to the first conductivity type impurity or may not be doped with impurities.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널 유도층의 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the second conductivity type impurity of the channel inducing layer may be a p-type impurity.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널층과 상기 복수의 게이트 전극 및 복수의 층간 절연층 사이에 형성되고, 기판상으로 수직 신장한 게이트 유전막;을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the gate dielectric layer may be formed between the channel layer, the plurality of gate electrodes, and the plurality of interlayer insulating layers and extend vertically on a substrate.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 메모리 셀 스트링의 일단에 연결된 비트 라인; 및 상기 비트 라인 반대편에서 상기 메모리 셀 스트링의 타단에 연결된 공통 소스 라인을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the invention, a bit line connected to one end of the memory cell string; And a common source line connected to the other end of the memory cell string opposite the bit line.
본 발명의 일 형태에 따른 반도체 소자가 제공된다. 상기 반도체 소자는, 채널 유도층; 및 상기 채널 유도층의 일측면에 위치하고, 매립 채널을 형성하기 위하여 제1 도전성 불순물을 포함하는 채널층;을 포함한다.The semiconductor element of one embodiment of the present invention is provided. The semiconductor device may include a channel induction layer; And a channel layer disposed on one side of the channel induction layer and including a first conductive impurity to form a buried channel.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 채널 유도층 층은 상기 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나 불순물이 도핑되지 않은 것일 수 있다.In some embodiments of the present disclosure, the channel inducing layer layer may include a second conductivity type impurity that is opposite to the first conductivity type impurity or may be non-doped.
본 발명의 일 형태에 따른 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 상기 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 메모리; 상기 메모리와 버스를 통해서 통신하는 프로세서; 및 상기 버스와 통신하는 입출력 장치를 포함한다.A system of one embodiment of the present invention is provided. The system includes a memory including the vertical nonvolatile memory device; A processor in communication with the memory via a bus; And an input / output device in communication with the bus.
본 발명의 기술적 사상에 의한 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자에 따르면, 메모리 셀 스트링의 메모리 셀 및 선택 트랜지스터들의 문턱 전압을 제어함으로써, 메모리 셀 스트링의 전류 특성을 제어할 수 있다. 이에 의해, 신뢰성이 향상된 비휘발성 메모리 소자의 제조가 가능하게 된다.According to a nonvolatile memory device having a vertical structure according to the inventive concept, current characteristics of a memory cell string may be controlled by controlling threshold voltages of a memory cell and a selection transistor of a memory cell string. This makes it possible to manufacture a nonvolatile memory device having improved reliability.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링의 등가회로도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 3의 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 9a 내지 도 9f는 도 8의 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 카드를 보여주는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 보여주는 블록도이다.1 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell string of a nonvolatile memory device according to another exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
4A through 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device of FIG. 3.
5 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a third embodiment of the present invention.
7 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a fifth embodiment of the present invention.
9A through 9F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device of FIG. 8.
FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a sixth embodiment of the present invention.
11 is a schematic block diagram of a nonvolatile memory device according to another embodiment of the present invention.
12 is a schematic diagram illustrating a memory card according to an embodiment of the present invention.
13 is a block diagram illustrating an electronic system according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions illustrated herein, including, for example, variations in shape resulting from manufacturing. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 어레이의 등가회로도이다. 도 1에는 수직 채널 구조를 가지는 수직 구조의 낸드(NAND) 플래시 메모리 소자의 등가회로도가 예시된다.1 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a nonvolatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. 1 illustrates an equivalent circuit diagram of a NAND flash memory device having a vertical channel structure.
도 1을 참조하면, 메모리 셀 어레이(10)는 복수의 메모리 셀 스트링(string)(11)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 셀 스트링(11)은 각각 기판(미도시)의 주면의 연장 방향(즉, x 및 y 방향)에 대한 수직 방향(즉, z 방향)으로 연장되어 있는 수직 구조를 가질 수 있다. 복수의 메모리 셀 스트링(11)에 의해 메모리 셀 블록(13)이 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the
복수의 메모리 셀 스트링(11)은 각각 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn), 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)를 구비할 수 있다. 각각의 메모리 셀 스트링(11)에서 접지 선택 트랜지스터(GST), 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)가 수직으로(즉, z 방향으로) 직렬 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)은 데이터를 저장할 수 있다. 복수의 워드 라인(WL1 - WLn)은 각각의 메모리 셀(MC1 - MCn)에 결합되어 이들에 결합된 메모리 셀(MC1 - MCn)을 제어할 수 있다. 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)의 수는 반도체 메모리 소자의 용량에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.Each of the plurality of
메모리 셀 블록(13)의 제1 내지 제m 열(column)에 배열되는 메모리 셀 스트링(11)의 일측, 예컨대, 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인(drain)측에는 각각 x 방향으로 연장되는 복수의 비트 라인(BL1 - BLm)이 연결될 수 있다. 또한, 각 메모리 셀 스트링(11)의 타측, 예컨대, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스(source)측에는 공통 소스 라인(CSL)이 연결될 수 있다.On one side of the
복수의 메모리 셀 스트링들(11)의 복수의 메모리 셀들(MC1 - MCn) 중 동일 층에 배열된 메모리 셀들(MC1 - MCn)의 각 게이트들에는 y 방향으로 연장되는 워드 라인(WL1 - WLn)이 공통적으로 연결될 수 있다. 워드 라인(WL1 - WLn)의 구동에 따라 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)에 데이터를 프로그래밍, 독출 또는 소거할 수 있다. Word lines WL1 to WLn extending in the y direction are formed in the gates of the memory cells MC1 to MCn arranged on the same layer among the plurality of memory cells MC1 to MCn of the plurality of
각각의 메모리 셀 스트링(11)에서 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 비트 라인(BL1 - BLm)과 메모리 셀(MC1 - MCn)과의 사이에 배열될 수 있다. 메모리 셀 블록(13)에서 각각의 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 이의 게이트에 연결되는 스트링 선택 라인(SSL)에 의해 복수의 비트 라인(BL1 - BLm)과 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)과의 사이에서의 데이터 전송을 제어할 수 있다.In each
접지 선택 트랜지스터(GST)는 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 배열될 수 있다. 메모리 셀 블록(13)에서 각각의 접지 선택 트랜지스터(GST)는 이의 게이트에 각각 연결되는 접지 선택 라인(GSL)에 의해 상기 복수의 메모리 셀(MC1 - MCn)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에서의 데이터 전송을 제어할 수 있다.The ground select transistor GST may be arranged between the memory cells MC1 to MCn and the common source line CSL. In the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링의 등가회로도이다. 도 2에는 수직 채널 구조를 가지는 수직 구조의 낸드 플래시 메모리 소자에 포함된 1 개의 메모리 셀 스트링(11A)의 등가회로도가 예시되어 있다. 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell string of a nonvolatile memory device according to another exemplary embodiment of the present invention. 2 illustrates an equivalent circuit diagram of one
도 2에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 요소를 의미한다. 따라서, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. In Fig. 2, the same reference numerals as in Fig. 1 mean the same elements. Therefore, detailed description thereof is omitted here.
도 1에는 스트링 선택 트랜지스터(SST)가 단일의 트랜지스터로 구성되는 경우를 도시하였다. 그러나, 도 2의 실시예에서는 도 1의 스트링 선택 트랜지스터(SST) 대신 비트 라인(BL)과 메모리 셀(MC1 - MCn) 사이에 직렬로 배열된 한 쌍의 트랜지스터로 이루어지는 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)가 배열되어 있다. 이 경우, 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2) 각각의 게이트에는 스트링 선택 라인(SSL)이 공통적으로 연결될 수 있다. 여기서, 스트링 선택 라인(SSL)은 도 1의 제1 스트링 선택 라인(SSL1) 또는 제2 스트링 선택 라인(SSL2)에 대응할 수 있다. FIG. 1 illustrates a case in which the string select transistor SST is composed of a single transistor. However, in the embodiment of FIG. 2, instead of the string select transistor SST of FIG. 1, the string select transistors SST1 and SST2 including a pair of transistors arranged in series between the bit line BL and the memory cells MC1 to MCn. ) Is arranged. In this case, a string select line SSL may be commonly connected to gates of the string select transistors SST1 and SST2. Here, the string select line SSL may correspond to the first string select line SSL1 or the second string select line SSL2 of FIG. 1.
또한, 도 1에는 접지 선택 트랜지스터(GST)가 단일의 트랜지스터로 구성되는 경우를 도시하였다. 그러나, 도 2의 실시예에서는 접지 선택 트랜지스터(GST) 대신 복수의 메모리 셀 (MC1 - MCn)과 공통 소스 라인(CSL)과의 사이에 직렬로 배열된 한 쌍의 트랜지스터로 이루어지는 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2)가 배열될 수 있다. 이 경우, 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2) 각각의 게이트에는 접지 선택 라인(GSL)이 공통적으로 연결될 수 있다. 접지 선택 라인(GSL)은 도 1의 제1 접지 선택 라인(GSL1) 또는 제2 접지 선택 라인(GSL2)에 대응할 수 있다. In addition, FIG. 1 illustrates a case in which the ground select transistor GST is configured of a single transistor. However, in the embodiment of FIG. 2, instead of the ground select transistor GST, the ground select transistor GST1 including a pair of transistors arranged in series between the plurality of memory cells MC1 to MCn and the common source line CSL. , GST2) may be arranged. In this case, the ground select line GSL may be commonly connected to the gates of the ground select transistors GST1 and GST2. The ground select line GSL may correspond to the first ground select line GSL1 or the second ground select line GSL2 of FIG. 1.
비트 라인(BL)은 도 1의 비트 라인 (BL1 - BLm)중 어느 하나에 대응할 수 있다.The bit line BL may correspond to any one of the bit lines BL1 to BLm of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. 3 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 3에서는 도 1의 메모리 셀 스트링을 구성하는 일부 구성요소는 생략되어 도시되어 있을 수 있다. 예컨대, 메모리 셀 스트링 중 비트 라인은 생략되어 있다. In FIG. 3, some components of the memory cell string of FIG. 1 may be omitted. For example, the bit line of the memory cell string is omitted.
도 3을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(1000a)는, 기판(100) 상으로 수직 신장한 채널 유도층(120b), 상기 채널 유도층(120b)의 일 측면에 접촉하여 수직 신장되며 제1 도전형 불순물을 포함하는 채널층(120a), 및 상기 채널층(120a)의 일 측벽을 따라 교대로 적층된 복수의 게이트 전극(150) 및 복수의 층간 절연층(160)을 포함하는 트랜지스터를 포함한다. Referring to FIG. 3, the
도 3에 도시된 바와 같이, 메모리 셀 스트링(11 또는 11A)(도 1 및 도 2 참조)은 채널층(120a)을 포함하며 기판(100)으로부터 z 방향으로 연장되어 배열될 수 있다. 각 메모리 셀 스트링(11 또는 11A)은 2개의 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2), 다수의 메모리 셀(MC1, MC2, MC3, MC4) 및 2개의 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the memory cell strings 11 or 11A (see FIGS. 1 and 2) may include a
상기 기판(100)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 주면(main surface)을 가지는 기판(100)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 물질, 예컨대 IV족 반도체, III-V족 화합물 반도체 또는 II-VI족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, IV족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층으로 제공될 수도 있다.The
기둥 형상의 채널 유도층(120b)이 상기 기판(100)상에 z 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 채널 유도층(120b)은 x 방향과 y 방향으로 서로에 대하여 이격하여 배치될 수 있다. 상기 채널 유도층(120b)은 저면에서 기판(100)과 직접 접촉되어 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 채널 유도층(120b)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 채널층(120a)에 포함되는 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나 도핑되지 않을 수 있다. 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물일 수 있으며, 상기 p-형 불순물은 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 등일 수 있다. The column-shaped
상기 채널 유도층(120b)은 예를 들어, 환형을 이룰 수 있으며, 상기 채널 유도층(120b)의 내부에 매립 절연층(130)이 형성될 수 있다. 절연 영역(170)을 사이에 두고 인접하는 채널 유도층들(120b)의 배치는 도시된 바와 같이 대칭일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.For example, the
기둥 형상의 채널층(120a)이 상기 채널 유도층(120b)의 일측면에 접촉하여 상기 기판(100)상에 수직하여, 즉 z 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 채널층(120a)은 x 방향과 y 방향으로 서로에 대하여 이격하여 배치될 수 있다. 상기 채널층(120a)은 예를 들어, 환형(annular)으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(120a)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 제1 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물일 수 있으며, 상기 n-형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등일 수 있다. 상기 채널층(120a)의 상기 n-형 불순물은 예컨대 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 의 불순물 농도일 수 있다.The
상기 채널층(120a)은 매립 채널(buried channel)로서, 상기 채널층(120a)과 게이트 유전막(140)의 계면에 채널이 형성되는 것이 아니라, 상기 계면으로부터 소정의 거리만큼 이격된 계면 하부에 채널이 형성된다.The
따라서, 채널층과 게이트 유전막의 계면에 생성되는 표면 채널(surface channel)과 대비하여, 본 발명의 매립 채널은 전하포획밀도(Interface Trap Density, Nit)의 영향을 덜 받게 되고, 낮은 전하포획밀도는 프로그램/소거 사이클 동안에 일정한 문턱 전압(Vth)을 유지할 수 있으므로 우수한 내구성(cycling endurance) 특성을 가질 수 있다. Therefore, in contrast to the surface channel generated at the interface between the channel layer and the gate dielectric layer, the buried channel of the present invention is less affected by the interface trap density (N it ), and has a low charge trap density. Since it can maintain a constant threshold voltage (Vth) during the program / erase cycle can have excellent endurance (cycling endurance) characteristics.
또한, 상기 채널층(120a)은 매립 채널로서, 초기 문턱 전압(Initial Threshold voltage)을 낮출 수 있으므로, 소거(erase) 동작 전압이 낮아지며 이로 인해 게이트 전극(150)으로부터 전하 저장층(144, 도 4c 참조)으로 전자들이 이동하는 백 터널링(back-tunneling)이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자의 소거 동작을 수행하는 데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 전하 저장층(144)의 전하 보존 특성이 향상되므로, 상기 비휘발성 메모리 소자의 데이터 유지(retention) 특성 및 신뢰성을 높힐 수 있다.In addition, since the
또한, 도전층(190)이 상기 매립 절연층(130)의 상면을 덮고 상기 채널 유도층(120b)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 도전층(190)은 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 도전층(190)은 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)의 드레인 영역으로 작용할 수 있다. In addition, the
x 방향으로 배열된 제1 스트링 선택 트랜지스터들(SST1)은 상기 도전층(190)을 통해 비트 라인(BL)(도 1 참조)에 공통적으로 연결될 수 있다. 상기 비트 라인(미도시)은 x 방향으로 연장되는 라인 형상의 패턴으로 이루어질 수 있으며, 상기 도전층(190) 상에 형성된 콘택 전극(미도시)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, x 방향으로 배열된 제1 접지 선택 트랜지스터들(GST1)은 각각 이들에 인접한 불순물 영역(105)에 전기적으로 연결될 수 있다.The first string select transistors SST1 arranged in the x direction may be commonly connected to the bit line BL (see FIG. 1) through the
복수의 불순물 영역들(105)이 상기 기판(100)의 주면에 인접하여 y 방향으로 연장되면서 서로에 대하여 x 방향으로 이격하여 배열될 수 있다. 즉, 상기 불순물 영역은(105) x 방향으로 상기 채널 유도층(120b) 사이마다 하나씩 배열될 수 있다. 상기 불순물 영역(105)은 소스 영역이 될 수 있고, 기판(100)의 다른 영역과 PN 접합을 형성할 수 있다. 도 1 및 도 2의 공통 소스 라인(CSL)은 도시되지 않은 영역 상에서 상기 불순물 영역(105)과 연결될 수 있다. 상기 불순물 영역(105)은 기판(100)의 주면에 인접하고 중앙에 위치하는 고농도 불순물 영역(미도시), 및 상기 고농도 불순물 영역의 양 단에 배치되는 저농도 불순물 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 불순물 영역들(105) 상에는 절연 영역(170)이 형성될 수 있다.A plurality of
상기 절연 영역(170)은 상기 채널 유도층(120b)들 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연 영역(170)은 서로 다른 채널 유도층(120b)을 사용하는 인접한 메모리 셀 스트링의 사이에 형성될 수 있다. The
복수의 게이트 전극들(151-158: 150)이 상기 채널 유도층(120b)의 측면을 따라 기판(100)으로부터 z 방향으로 이격하여 배열될 수 있다. 상기 게이트 전극들(150)은 각각 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2), 다수의 메모리 셀(MC1, MC2, MC3, MC4), 및 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)의 게이트일 수 있다. 상기 게이트 전극들(150)은 y 방향으로 배열된 인접한 메모리 셀 스트링에 공통으로 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2)의 게이트 전극(157, 158)은 스트링 선택 라인(SSL)(도 1 참조)에 연결될 수 있다. 메모리 셀들(MC1, MC2, MC3, MC4)의 게이트 전극들(153, 154, 155, 156)은 워드 라인들(WL1, WL2, WLn-1, WLn)(도 1 및 도 2 참조)에 연결될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2)의 게이트 전극(151, 152)은 접지 선택 라인(GSL)(도 1 참조)에 연결될 수 있다. 상기 게이트 전극들(150)은 금속막, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 게이트 전극들(150)은 확산 방지막(diffusion barrier)(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 확산 방지막은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 티타늄 질화물(TiN)로부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.A plurality of
게이트 유전막(140)이 채널층(120a)과 게이트 전극들(150) 사이에 배치될 수 있다. 도 3에 구체적으로 도시되지 않았으나 게이트 유전막(140)은 채널층(120a)으로부터 차례로 적층된 터널링 절연층, 전하 저장층, 및 블록킹 절연층을 포함할 수 있다. The
상기 터널링 절연층은 F-N 방식으로 전하를 전하 저장층으로 터널링시킬 수 있다. 상기 터널링 절연층은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장층은 전하 트랩층 또는 플로팅 게이트 도전막일 수 있다. 예컨대, 상기 전하 저장층은 양자 도트(quantum dots) 또는 나노 크리스탈(nanocrystals)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 양자 도트 또는 나노 크리스탈은 도전체, 예를 들면 금속 또는 반도체의 미세 입자들로 구성될 수 있다. 상기 블록킹 절연층은 고유전율(high-k) 유전물을 포함할 수 있다. 여기서, 고유전율 유전물이란 산화막보다 높은 유전 상수(dielectric constant)를 갖는 유전물을 의미한다. The tunneling insulating layer may tunnel the charge to the charge storage layer in an F-N manner. The tunneling insulating layer may include, for example, silicon oxide. The charge storage layer may be a charge trap layer or a floating gate conductive layer. For example, the charge storage layer may include quantum dots or nanocrystals. Here, the quantum dot or nano crystal may be composed of fine particles of a conductor, for example, a metal or a semiconductor. The blocking insulating layer may include a high-k dielectric material. Here, the high dielectric constant means a dielectric having a higher dielectric constant than the oxide film.
복수의 층간 절연층들(161-169: 160)이 상기 게이트 전극들(150)의 사이에 배열될 수 있다. 상기 층간 절연층들(160)도 게이트 전극들(150)과 마찬가지로 z 방향으로 서로 이격되고 y 방향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 상기 층간 절연층들(160)의 일 측면은 게이트 유전막(140)과 접촉될 수 있다. 상기 층간 절연층들(160)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.A plurality of
도 3에서, 메모리 셀들(MC1, MC2, MC3, MC4)은 4개가 배열되는 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며 반도체 메모리 소자(1000a)의 용량에 따라 더 많거나 더 적은 수의 메모리 셀들이 배열될 수도 있다. 또한, 메모리 셀 스트링들의 스트링 선택 트랜지스터(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST1, GST2)는 각각 한 쌍으로 배열되어 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 형태로 한정되지 않으며, 도 1에 도시된 메모리 셀 스트링의 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)와 같이 각각 하나씩 존재할 수도 있다. 또한, 상기 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)은 메모리 셀들(MC1, MC2, MC3, MC4)과 상이한 구조를 가질 수도 있다.In FIG. 3, four memory cells MC1, MC2, MC3, and MC4 are illustrated as being arranged, but this is exemplary and more or fewer memory cells are arranged according to the capacity of the
본 실시예와 같은 3차원 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자는, 매립 채널을 갖는 채널층(120a)을 제공함으로써, 전하포획밀도의 영향을 덜 받게 되어 우수한 내구성 특성을 가질 수 있으며, 초기 문턱 전압(Initial Threshold voltage)을 낮출 수 있으므로, 소거(erase) 동작 전압이 낮아져 상기 비휘발성 메모리 소자의 데이터 유지(retention) 특성 및 신뢰성을 높힐 수 있다.The non-volatile memory device having a three-dimensional vertical structure as in the present embodiment is provided with a
반대의 실시예로서, 채널층(120a)은 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성하고, 채널 유도층(120b)은 n-형 불순물이 도핑되거나 불순물이 도핑되지 않은 반도체 물질로 형성할 수 있다. In the opposite embodiment, the
도 4a 내지 도 4h는 도 3의 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서 공정 순서에 따라서 도 3의 사시도를 y 방향에서 바라본 단면도들이다.4A to 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device of FIG. 3, and are cross-sectional views of the perspective view of FIG. 3 viewed in the y direction according to a process sequence.
도 4a를 참조하면, 기판(100) 상에 복수의 희생층들(181-188: 180) 및 복수의 층간 절연층들(161-169: 160)이 교대로 적층된다. 희생층들(180)과 층간 절연층들(160)은 도시된 바와 같이 제1 층간 절연층(161)을 시작으로 기판(100) 상에 서로 교대로 적층될 수 있다. 희생층들(180)은 층간 절연층들(160)에 대해 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 희생층들(180)은, 희생층들(180)을 식각하는 공정에서, 층간 절연층들(160)의 식각을 최소화하면서 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 식각 선택성(etch selectivity)은 층간 절연층(160)의 식각 속도에 대한 희생층(180)의 식각 속도의 비율을 통해 정량적으로 표현될 수 있다. 예를 들면, 층간 절연층(160)은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중의 적어도 한가지일 수 있고, 희생층(180)은 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화막 중에서 선택되는 층간 절연층(160)과 다른 물질일 수 있다. Referring to FIG. 4A, a plurality of sacrificial layers 181-188: 180 and a plurality of interlayer insulating layers 161-169: 160 are alternately stacked on the
일 실시예에 따르면, 도시된 바와 같이, 상기 층간 절연층들(160)의 두께는 모두 동일하지 않을 수 있다. 상기 층간 절연층들(160) 중 최하부의 제1 층간 절연층(161)은 얇은 두께로 형성되고, 제3 층간 절연층(163) 및 제7 층간 절연층(167)은 두껍게 형성될 수 있다. 하지만, 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180)의 두께는 도시된 것으로부터 다양하게 변형될 수 있으며, 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180)을 구성하는 막들의 층수 역시 다양하게 변형될 수 있다. According to one embodiment, as shown, the thickness of the
도 4b를 참조하면, 서로 교대로 적층된 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180)을 관통하는 제1 개구부들(Ta)이 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부들(Ta)은 z 방향의 깊이를 가지는 홀(hole) 형태일 수 있다. 또한, 제1 개구부들(Ta)은 x 방향 및 y 방향(도 3 참조)으로 이격되어 형성된 고립 영역일 수 있다. Referring to FIG. 4B, first openings Ta passing through the
제1 개구부들(Ta)을 형성하는 단계는 서로 교대로 적층된 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180) 상에 제1 개구부들(Ta)의 위치를 정의하는 소정의 마스크 패턴을 형성하는 단계, 및 이를 식각 마스크로 사용하여 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180)을 이방성 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 두 종류의 서로 다른 막들을 포함한 구조를 식각하기 때문에, 상기 복수의 제1 개구부들(Ta)의 측벽은 상기 기판(100)의 상부면에 완전하게 수직하지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(100)의 상부면에 가까울수록, 상기 제1 개구부들(Ta)의 폭은 감소될 수 있다.The forming of the first openings Ta may include a predetermined mask pattern defining positions of the first openings Ta on the
상기 제1 개구부(Ta)는 도시된 바와 같이 기판(100)의 상부면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 이방성 식각 단계에서 과도식각(over-etch)의 결과로서, 도시된 바와 같이 제1 개구부(Ta) 아래의 기판(100)은 소정의 깊이로 리세스(recess)될 수 있다. The first opening Ta may be formed to expose the top surface of the
도 4c를 참조하면, 제1 개구부들(Ta)의 내벽들 및 하부면을 균일하게 덮는 게이트 유전막(140) 및 채널층(120a)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4C, a
상기 게이트 유전막(140)은 블록킹 절연층(146), 전하 저장층(144) 및 터널링 절연층(142)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기의 순서로 제1 개구부들(Ta) 내부에 적층될 수 있다. 상기 블록킹 절연층(146), 전하 저장층(144) 및 터널링 절연층(142)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)을 이용하여 형성될 수 있다. The
다음으로 채널층(120a)이 ALD 또는 CVD를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 채널층(120a)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 제1 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물일 수 있으며, 상기 n-형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등일 수 있다. 상기 채널층(120a)의 상기 n-형 불순물은 예컨대 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 의 불순물 농도일 수 있다.Next,
도 4d를 참조하면, 상기 채널층(120a) 상에 절연층(미도시)을 형성한다. 상기 절연층은 산화막일 수 있다.Referring to FIG. 4D, an insulating layer (not shown) is formed on the
다음으로, 건식 식각 공정을 수행하여 제1 개구부들(Ta)의 하면에 형성된 상기 절연층(미도시) 및 상기 채널층(120a)을 식각하고, 이를 통해 게이트 유전막(140)을 노출시킨다. Next, a dry etching process is performed to etch the insulating layer (not shown) and the
다음으로 습식 식각 공정을 수행하여, 제1 개구부들(Ta)의 하면에 형성된 터널링 절연층(142)을 제거한다.Next, a wet etching process is performed to remove the tunneling insulating layer 142 formed on the lower surfaces of the first openings Ta.
다음으로 습식 식각 공정을 수행하여, 제1 개구부들(Ta)의 하면에 형성된 전하 저장층(144)을 제거한다.Next, the wet etching process is performed to remove the
다음으로 습식 식각 공정을 수행하여, 제1 개구부들(Ta)의 하면에 형성된 블록킹 절연층(146)을 제거한다.Next, a wet etching process is performed to remove the blocking insulating
상기 건식 식각 및 습식 식각 공정을 수행하여, 제1 개구부들(Ta) 저면의 게이트 유전막(140) 및 채널층(120a)을 식각하여 기판(100)을 노출시킬 수 있고, 채널 유도층(120b)을 형성하는 과정에서 소스 영역과 채널층(120a) 간의 거리를 축소시켜, 선택 트랜지스터 하부에서의 채널 끊김 현상을 방지할 수 있다.By performing the dry etching process and the wet etching process, the
다음으로, 제1 개구부들(Ta)의 내벽 및 저면을 균일하게 덮는 채널 유도층(120b)을 형성할 수 있다. 상기 채널 유도층(120b)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 사용하여 소정의 두께로 형성될 수 있다. 제1 개구부들(Ta)의 저면에서 상기 채널 유도층(120b)은 기판(100)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다Next, a
상기 채널 유도층(120b)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 상기 채널층(120a)에 포함되는 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나, 도핑되지 않은 것일 수 있다. 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물일 수 있으며, 상기 p-형 불순물은 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 등일 수 있다. The
도 4e를 참조하면, 제1 개구부들(Ta)을 매립 절연층(130)으로 매립할 수 있다. Referring to FIG. 4E, the first openings Ta may be filled with the buried insulating
선택적으로, 매립 절연층(130)을 형성하기 전에, 채널 유도층(120b)이 형성된 구조를 수소 또는 중수소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 수소 어닐링(annealing) 단계가 더 실시될 수 있다. 상기 수소 어닐링 단계에 의하여 채널 유도층(120b) 내에 존재하는 결정 결함들 중의 많은 부분들이 치유될 수 있다.Optionally, before forming the buried insulating
다음으로, 최상부의 제9 층간 절연층(169)을 덮고 있는 불필요한 반도체 물질 및 절연 물질을 제거하기 위해 제9 층간 절연층(169)이 노출될 때까지 평탄화 공정, 예컨대, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 또는 에치백(etch-back) 공정을 수행할 수 있다. Next, a planarization process, such as chemical mechanical polishing, until the ninth
식각 공정 등을 이용하여 매립 절연층(130)의 상부를 일부분 제거하여, 상기 제거된 위치에 도전층(190)을 형성하기 위한 도전성 물질을 증착할 수 있다. 다시, 평탄화 공정을 수행함으로써, 매립 절연층(130) 상에 배치되고 채널 유도층(120b)에 연결되는 도전층(190)이 형성될 수 있다. 그 후, 제9 절연층(169) 상에 식각 방지막(191)을 형성할 수 있다.A portion of the upper portion of the buried insulating
도 4f를 참조하면, 기판(100)을 노출하는 제2 개구부(Tb)를 형성할 수 있다. 상기 제2 개구부(Tb)는 y 방향(도 3 참조)으로 연장될 수 있다. 상기 제2 개구부(Tb)를 형성하는 단계는 제2 개구부(Tb)가 정의되는 식각 마스크를 형성하는 단계, 및 기판(100)의 상부면이 노출될 때까지 상기 식각 마스크 아래의 층간 절연층들(160) 및 희생층들(180)을 이방성 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4F, a second opening Tb exposing the
일 실시예에 따르면, 도시된 바와 같이, 제2 개구부들(Tb)은 채널 유도층들(120b) 사이마다 하나씩 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 채널 유도층(120b) 및 제2 개구부(Tb)의 상대적 배치는 달라질 수 있다.According to an embodiment, as shown in the drawing, the second openings Tb may be formed one by one between the channel guide layers 120b. However, the technical spirit of the present invention is not limited to this embodiment, and the relative arrangement of the
다음으로, 제2 개구부들(Tb)을 통해 노출된 희생층들(180)(도 4e 참조)을 선택적으로 제거한다. 복수의 희생층들(180)이 제거됨으로써 복수의 층간 절연층(160) 각각의 사이에는 제2 개구부(Tb)와 연통되며 기판(100)에 수평한 형태의 복수의 터널들(Lt)이 형성되고, 상기 터널들(Lt)을 통해 게이트 유전막(140)의 일부 측벽들이 노출될 수 있다.Next, the sacrificial layers 180 (see FIG. 4E) exposed through the second openings Tb are selectively removed. By removing the plurality of
상기 터널(Lt)들을 형성하는 단계는 층간 절연층들(160)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 희생층들(180)을 수평적으로 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 희생층들(180)이 실리콘 질화막이고 층간 절연층들(160)이 실리콘 산화막인 경우, 상기 수평적 식각 단계는 인산을 포함하는 식각제를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 식각하는 단계는 습식 식각 또는 CDE(chemical dry etch)를 포함하는 등방성 식각 공정일 수 있다. Forming the tunnels Lt may include horizontally etching the
도 4g를 참조하면, 도 4f의 제2 개구부(Tb) 및 터널(Lt)을 도전성 물질로 매립할 수 있다. 그 후, 상기 도전성 물질을 식각하여 상기 제2 개구부(Tb)와 실질적으로 폭과 위치가 동일한 상기 제3 개구부(Tc)를 형성하여 기판(100)을 노출할 수 있다. 이를 통해, 채널 유도층(120b)을 둘러싸는 복수의 게이트 전극들(151-158: 150)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 4G, the second opening Tb and the tunnel Lt of FIG. 4F may be filled with a conductive material. Thereafter, the conductive material may be etched to form the third opening Tc substantially the same in width and position as the second opening Tb to expose the
불순물을 상기 제3 개구부(Tc)를 통해 기판(100)에 주입함으로써 기판(100)의 상부면에 인접하며 y 방향(도 3 참조)으로 연장되는 불순물 영역(105)이 형성될 수 있다. 상기 불순물은 N+형 불순물들을 이온 주입하여 형성한 고농도 불순물 영역(105)일 수 있다. 상기 불순물 영역(105)을 형성하는 공정은 반드시 본 공정 단계에서 행해지는 것은 아니며, 필요에 따라 그 전 또는 후의 다른 공정 단계에서 행해질 수도 있다.By implanting impurities into the
또한, x 방향에서 볼 때, 본원 발명은 p형 불순물이 도핑되거나 불순물이 도핑되지 않은 반도체 물질로 형성된 상기 채널 유도층(120b) 상에 n-형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성된 채널층(120a)이 형성되어 있다. 또한 상기 채널층(120a) 상에는 게이트 유전막(140) 및 게이트 전극(150)이 차례로 적층된 구조이다. 채널 유도층(120b) 및 채널층(120a)을 형성함에 있어서, 서로 다른 도전형 불순물을 포함하는 반도체 물질을 사용함으로써, 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자에 매립 채널(buried channel)을 형성할 수 있다.In addition, when viewed in the x direction, the present invention provides a
따라서, 표면 채널(surface channel)과 대비하여 본 발명은 상기 채널층(120a) 및 게이트 유전막(140)의 계면으로부터 소정의 거리(d)만큼 이격된 계면 하부에 매립 채널을 형성함으로써, 전하포획밀도의 영향을 덜 받게 되어 우수한 내구성 특성을 가질 수 있다. 또한, 초기 문턱 전압(Initial Threshold voltage)을 낮출 수 있으므로, 소거(erase) 동작 전압이 낮아져 상기 비휘발성 메모리 소자의 데이터 유지(retention) 특성 및 신뢰성을 높힐 수 있다.Therefore, in contrast to the surface channel, the present invention forms a buried channel below the interface spaced apart from the interface between the
반대의 실시예로서, 채널층(120a)은 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성하고, 채널 유도층(120b)은 n-형 불순물이 도핑되거나 또는 불순물이 도핑되지 않은 반도체 물질로 형성할 수 있다. In the opposite embodiment, the
도 4h를 참조하면, 제3 개구부(Tc)를 매립하는 절연 영역(170)을 형성할 수 있다. 절연 영역(170)은 층간 절연층(160)과 동일한 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 절연 영역(170)은 절연 물질의 증착 및 평탄화 공정에 의해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4H, an
다음으로, 도전층(190) 상에 식각 방지층(191)을 관통하는 비트 라인 콘택 플러그(195)가 형성될 수 있다. 상기 비트 라인 콘택 플러그(195)는 포토 리소그래피 공정 및 식각 공정을 이용하여 형성될 수 있다. x 방향으로 배열된 상기 비트 라인 콘택 플러그(195)들을 연결하는 비트 라인(193)이 식각 방지층(191) 및 절연 영역(170)상에 형성될 수 있다. 상기 비트 라인(193)도 포토 리소그래피 공정 및 식각 공정을 이용하여 라인 형상으로 형성될 수 있다.Next, a bit
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. 5 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention.
도 3에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 5를 참조하면, 본 실시예의 비휘발성 메모리 소자(1000b)는, 공통 소스 라인(110)이 불순물 영역(105) 상에 z 방향으로 연장되고 상기 불순물 영역(105)과 오믹 콘택(ohmic contact)하도록 배열될 수 있다. 상기 공통 소스 라인(110)은, x 방향으로 인접한 2개의 채널층(120a) 측면의 메모리 셀 스트링들의 접지 선택 트랜지스터들(GST1, GST2)에 소스 영역을 제공할 수 있다. 상기 공통 소스 라인(110)은 불순물 영역(105)을 따라 y 방향으로 연장될 수 있다. 상기 공통 소스 라인(110)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공통 소스 라인(110)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 물질을 포함할 수 있다. 도 5에 도시되지는 않았지만, 상기 불순물 영역(105)과 공통 소스 라인(110) 사이에는 접촉 저항을 낮추기 위한 실리사이드(silicide)층이 개재될 수 있다. 상기 실리사이드층(미도시)은 메탈 실리사이드층, 예컨대 코발트 실리사이드층을 포함할 수 있다.The same reference numerals as in FIG. 3 denote the same members, and thus detailed description thereof will be omitted here. Referring to FIG. 5, in the
상기 불순물 영역(105)이 기판(100)과 반대의 도전형을 갖는 경우, 불순물 영역(105)은 접지 선택 트랜지스터들(GST1, GST2)의 소스 영역일 수 있다. 또는, 상기 불순물 영역(105)이 기판(100)과 동일한 도전형을 갖는 경우, 상기 공통 소스 라인(110)은 메모리 셀 블록 단위의 소거 동작을 위한 포켓 P 웰(pocket P well) 콘택으로 작동할 수도 있다. 이 경우, 상기 포켓 P 웰 콘택 전극을 통해 고전압이 기판(100)에 인가됨으로써, 기판(100)의 해당 메모리 셀 블록 내의 모든 메모리 셀에 저장된 데이터는 소거될 수 있다.When the
상기 공통 소스 라인(110)은 도 4h를 참조하여 상술한 제조 방법에서, 절연 영역(170)을 형성한 후 제3 개구부(Tc)의 측벽에 스페이서 절연 영역(170')를 형성하고 공통 소스 라인(110)을 이루는 도전성 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. 스페이서 절연 영역(170')은 절연성 물질을 제3 개구부 (Tc)에 매립한 후 이방성 식각을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상기 이방성 식각에 의해 기판(100)이 과도 식각됨으로써 기판(100)은 리세스될 수도 있다. 다음으로, 도전성 물질의 증착 공정 및 에치백 공정과 같은 식각 공정을 추가하여 상기 공통 소스 라인(110)을 형성할 수 있다. In the manufacturing method described above with reference to FIG. 4H, the
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. 6 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a third embodiment of the present invention.
도 3 및 도 5에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 6을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(1000c)는 채널층(120a)을 이방성 식각하고, 하면이 식각된 스페이서(spacer) 형태의 채널층(120a)을 이용하여 상기 게이트 유전막(140)을 식각한 후, 그 위에 형성된 채널 유도층(120b)을 형성할 수 있다.The same reference numerals as in FIGS. 3 and 5 denote the same members, and thus detailed description thereof will be omitted here. Referring to FIG. 6, the
도 3의 실시예와 다른 점을 살펴보면, 이방성 식각을 통해 제1 개구부들(Ta) 저면의 게이트 유전막(140) 및 채널층(120a)을 식각하여 기판(100)을 노출시킨다. 상기 식각 공정은 채널층(120a)을 이방성 식각하고, 하면이 식각된 스페이서(spacer) 형태의 채널층(120a)을 이용하여 상기 게이트 유전막(140)을 식각하는 공정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
다음으로, 제1 개구부들(Ta)의 내벽들 및 저면을 균일하게 덮는 채널 유도층(120b)을 형성할 수 있다. 상기 채널 유도층(120b)은 기판(100)과 접하도록 형성되어, 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.Next, a
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 3과 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 7 을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자는 기판(100) 상에 단결정 실리콘(125)을 형성하고, 상기 단결정 실리콘(125) 상에 채널층(120a) 및 채널 유도층(120b)을 형성할 수 있다.7 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in Fig. 3 denote the same members, and thus detailed description thereof will be omitted here. Referring to FIG. 7, in the nonvolatile memory device, a
도 3의 실시예와 다른 점을 살펴보면, 제1개구부들(Ta, 도 4b 참조)을 형성하고, 상기 제1 개구부들의 하부면, 즉 기판상에서 선택적 에티택셜 성장법(Selective Epitaxial Growth, SEG)을 이용하여 단결정 실리콘(125)을 성장시킨다. 다음으로 상기 단결정 실리콘(125) 상에 게이트 유전막(140) 및 채널층(120a)을 형성하고, 건식 식각 및 습식 식각 공정을 수행하여(도 4d 참조), 상기 단결정 실리콘(125) 상에 채널 유도층(120b)을 형성한다. 도 3과 달리, 상기 실시예에서는 식각된 기판(100)상에 선택적 에티택셜 성장법을 통해 단결정 실리콘(125)을 형성함으로써, 기판(100)과의 접촉 저항을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 전류 특성을 개선할 수 있다Referring to the embodiment of FIG. 3, the first openings Ta and the second openings (see FIG. 4B) are formed, and a selective epitaxial growth (SEG) method is performed on the lower surface of the first openings, that is, on the substrate. The
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. 8 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a fifth embodiment of the present invention.
도 8에서는 도 1의 메모리 셀 스트링을 구성하는 일부 구성요소는 생략되어 도시되어 있을 수 있다. 예컨대, 메모리 셀 스트링 중 비트 라인은 생략되어 있다. In FIG. 8, some components of the memory cell string of FIG. 1 may be omitted. For example, the bit line of the memory cell string is omitted.
도 8을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(2000a)는, 기판(200) 상에 배치된 채널 유도층(225), 상기 채널 유도층(225)의 일 측면에 접촉하여 수직 신장되며, 제1 도전형 불순물을 포함하는 채널층(220) 및 상기 채널층(220)의 일측벽을 따라 교대로 적층된 복수의 게이트 전극(250) 및 복수의 층간 절연층(260)을 포함하는 트랜지스터를 포함한다.Referring to FIG. 8, the
상기 기판(200)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 주면(main surface)을 가지는 기판(200)을 포함할 수 있다. 상기 기판(200)은 반도체 물질, 예컨대 IV족 반도체, III-V족 화합물 반도체 또는 II-VI족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, IV족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 상기 기판(200)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층으로 제공될 수도 있다.The
기둥 형상의 채널 유도층(225)이 상기 기판(200)상에 z 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 채널 유도층(225)은 x 방향과 y 방향으로 서로에 대하여 이격하여 배치될 수 있다. 상기 채널 유도층(225)은 예를 들어, 환형(annular)으로 형성될 수 있다. 상기 채널 유도층(225)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 도핑되지 않거나, 또는 상기 채널층(220)에 포함되는 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물일 수 있으며, 상기 p-형 불순물은 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 등일 수 있다. The column-shaped
상기 채널 유도층(225)은 예를 들어, 환형을 이룰 수 있으며, 상기 채널 유도층(225)의 내부에 매립 절연층(230)이 형성될 수 있다. 절연 영역(270)을 사이에 두고 인접하는 채널 유도층(225)들의 배치는 도시된 바와 같이 대칭일 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
기둥 형상의 채널층(220)이 상기 채널 유도층(225)의 일측면에 접촉하여 상기 기판(200)상에 수직하여, 즉 z 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 채널층(220)은 x 방향과 y 방향으로 서로에 대하여 이격하여 배치될 수 있다. The
상기 채널층(220)은 예를 들어, 환형(annular)으로 형성될 수 있다. 상기 채널층(220)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 제1 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물일 수 있으며, 상기 n-형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등일 수 있다. 상기 채널층(220)의 상기 n-형 불순물은 예컨대 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 의 불순물 농도일 수 있다.The
상기 채널층(220)은 매립 채널(buried channel)로서, 상기 채널층(220)과 게이트 유전막(240)의 계면에 채널(surface channel)이 형성되는 것이 아니라, 상기 계면 하부에 채널(buried channel)이 형성된다.The
또한, 도전층(290)이 상기 매립 절연층(230)의 상면을 덮고 상기 채널 유도층(225)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 상기 도전층(290)은 도핑된 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 도전층(290)은 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인 영역으로 작용할 수 있다.In addition, the
x 방향으로 배열된 선택 트랜지스터들(SST)은 상기 도전층(290)을 통해 비트 라인(BL)(도 1 참조)에 공통적으로 연결될 수 있다. 상기 비트 라인(미도시)은 x 방향으로 연장되는 라인 형상의 패턴으로 이루어질 수 있으며, 상기 도전층(290) 상에 형성된 콘택 전극(미도시)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, x 방향으로 배열된 접지 선택 트랜지스터들(GST)은 각각 이들에 인접한 불순물 영역(205)에 전기적으로 연결될 수 있다.Select transistors SST arranged in the x direction may be commonly connected to the bit line BL (see FIG. 1) through the
불순물 영역들(205)이 상기 기판(200)의 주면에 인접하여 y 방향으로 연장되면서 x 방향으로 이격하여 배열될 수 있다. 상기 불순물 영역은(205) x 방향으로 상기 채널 유도층(225) 사이마다 하나씩 배열될 수 있다. 상기 불순물 영역(205)은 소스 영역이 될 수 있고, 기판(200)의 다른 영역과 PN 접합을 형성할 수 있다. 도 1 및 도 2의 공통 소스 라인(CSL)은 도시되지 않은 영역 상에서 상기 불순물 영역(205)과 연결될 수 있다. 상기 불순물 영역들(205) 상에는 절연 영역(270)이 형성될 수 있다.The
상기 절연 영역(270)은 상기 채널 유도층(225)들 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 절연 영역(270)은 서로 다른 채널 유도층(225)을 사용하는 인접한 메모리 셀 스트링의 사이에 형성될 수 있다. The
복수의 게이트 전극들(251-256: 250)이 상기 채널 유도층(225)의 x 방향의 양 측면을 따라 기판(200)으로부터 z 방향으로 이격하여 배열될 수 있다. 상기 게이트 전극들(250)은 각각 접지 선택 트랜지스터(GST), 다수의 메모리 셀(MC1, MC2, MCn-1, MCn), 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트일 수 있다. 상기 게이트 전극들(250)은 y 방향으로 배열된 인접한 메모리 셀 스트링에 공통으로 연결될 수 있다. A plurality of
게이트 유전막(240)이 채널층(220)과 게이트 전극들(250) 사이에 배치될 수 있다. 상기 게이트 유전막(240)은 게이트 전극들(250)의 상면과 하면을 덮도록 배치될 수 있다. The
또한, 게이트 유전막(240)은 채널층(220)과 접촉되지 않은 층간 절연층들(260)의 일 측면을 덮도록 배치될 수 있다. 상기 게이트 유전막(240)은 도 8에 도시되지 않았으나 채널층(220)으로부터 차례로 적층된 터널링 절연층, 전하 저장층, 및 블록킹 절연층을 포함할 수 있다. In addition, the
복수의 층간 절연층들(261-267: 260)이 상기 게이트 전극들(250)의 사이에 배열될 수 있다. 상기 층간 절연층들(260)도 게이트 전극들(250)과 마찬가지로 z 방향으로 서로 이격되고 y 방향으로 연장되도록 배열될 수 있다. 상기 층간 절연층들(260)의 일 측면은 게이트 유전막(240)과 접촉될 수 있다. 상기 층간 절연층들(260)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.A plurality of interlayer insulating layers 261-267: 260 may be arranged between the
본 실시예와 같은 3차원 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자(2000a)는, 채널층(220)과 상기 게이트 유전막(240)의 계면에 채널(surface channel)이 형성되는 것이 아니라, 상기 계면으로부터 소정의 거리만큰 이격된 계면 하부에 채널이 형성되는 매립 채널(buried channel)을 형성함으로써, 전하포획밀도의 영향을 덜 받게 된다. 또한, 낮은 전하포획밀도는 프로그램/소거 사이클 동안에 일정한 문턱 전압(Vth)을 유지할 수 있으므로 우수한 내구성 특성을 가질 수 있다. In the
또한, 매립 채널은 초기 문턱 전압(Initial Threshold voltage)을 낮출 수 있으므로, 소거(erase) 동작 전압이 낮아지며 이로 인해 게이트 전극(250)으로부터 전하 저장층(244, 도 9f 참조)으로 전자들이 이동하는 백 터널링(back-tunneling)이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서 소거 동작을 수행하는 데 소요되는 시간을 감소시킬 수 있으며, 전하 저장층(244)의 전하 보존 특성이 향상되므로, 상기 비휘발성 메모리 소자의 데이터 유지(retention) 특성 및 신뢰성을 높힐 수 있다.Also, since the buried channel can lower the initial threshold voltage, the erase operation voltage is lowered, which causes electrons to move from the
도 9a 내지 도 9f는 도 8의 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서 공정 순서에 따라서 도 8의 사시도를 y 방향에서 바라본 단면도들이다.9A to 9F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the nonvolatile memory device of FIG. 8, and are cross-sectional views of the perspective view of FIG. 8 viewed in the y direction according to a process sequence.
도 9a를 참조하면, 기판(200) 상에 복수의 희생층들(281-286: 280) 및 복수의 층간 절연층들(261-267: 260)이 교대로 형성될 수 있다. 층간 절연층들(260) 및 희생층들(280)은 서로 식각 선택성을 갖는 물질들로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 9A, a plurality of sacrificial layers 281-286 and 280 and a plurality of interlayer insulating layers 261-267 and 260 may be alternately formed on the
도 9b를 참조하면, 층간 절연층들(260) 및 희생층들(280)을 관통하여 기판(200)을 노출하는 제1 개구부들 (Ta)이 형성될 수 있다. 상기 제1 개구부들 (Ta)은 후속의 공정에서 채널층(220, 도 9c 참조) 및 채널 유도층(225, 도 9c 참조)이 형성될 영역들에 대응되며, 도 8에 도시된 바와 같이, x 방향 및 y 방향으로 서로 이격하여 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. Referring to FIG. 9B, first openings Ta may be formed through the
도 9c를 참조하면, 도 9b의 제1 개구부들(Ta)의 내벽들 및 하부면을 균일하게 덮는 채널층(220)을 형성할 수 있다. 상기 채널층(220)은 ALD 또는 CVD를 사용하여 소정의 두께, 예컨대, 제1 개구부(Ta)의 폭의 1/50 내지 1/5의 범위의 두께로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 9C, a
다음으로 채널층(220)이 ALD 또는 CVD를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 채널층(220)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 제1 도전형 불순물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물일 수 있으며, 상기 n-형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등일 수 있다. 상기 채널층(220)의 상기 n-형 불순물은 예컨대 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 의 불순물 농도일 수 있다.Next,
다음으로, 채널층(220)을 균일하게 덮는 채널 유도층(225)을 형성할 수 있다. 상기 채널 유도층(225)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 사용하여 소정의 두께로 형성될 수 있다. Next, a
상기 채널 유도층(225)은 폴리 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 상기 반도체 물질은 상기 채널층(220)에 포함되는 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나, 또는 도핑되지 않은 것일 수 있다. 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물일 수 있으며, 상기 p-형 불순물은 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 등일 수 있다. The
반대의 실시예로서, 채널층(220)은 p형 불순물이 도핑된 반도체 물질로 형성하고, 채널 유도층(225)은 n-형 불순물이 도핑된 또는 불순물이 도핑되지 않은 반도체 물질로 형성할 수 있다. In the opposite embodiment, the
다음으로, 제1 개구부(Ta)를 매립 절연층(230)으로 매립할 수 있다. 선택적으로, 매립 절연층(230)을 형성하기 전에, 채널 유도층(225)이 형성된 구조를 수소 또는 중수소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 수소 어닐링(annealing) 단계가 더 실시될 수 있다. 상기 수소 어닐링 단계에 의하여 채널 유도층(225) 내에 존재하는 결정 결함들 중의 많은 부분들이 치유될 수 있다.Next, the first opening Ta may be filled with the buried insulating
다음으로, 최상부의 층간 절연층(267)을 덮고 있는 불필요한 반도체 물질 및 절연 물질을 제거하기 위해 평탄화 공정을 수행할 수 있다. 그 후, 식각 공정 등을 이용하여 매립 절연층(230)의 상부를 일부분 제거할 수 있으며, 상기 제거된 위치에 도전층(290)을 이루는 물질을 증착할 수 있다. 다시, 평탄화 공정을 수행하여, 도전층(290)이 형성될 수 있다.Next, a planarization process may be performed to remove unnecessary semiconductor material and insulating material covering the uppermost
도 9d를 참조하면, 기판(200)을 노출하는 제2 개구부(Tb)를 형성할 수 있다. 상기 제2 개구부(Tb)는 y 방향(도 8 참조)으로 연장될 수 있다. Referring to FIG. 9D, a second opening Tb exposing the
상기 제2 개구부(Tb)는 포토 리소그래피 공정을 이용하고, 층간 절연층들(260) 및 희생층들(280, 도 9c 참조)을 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 제2 개구부(Tb)는 후속의 공정에 의하여, 절연 영역(270)이 형성될 영역에 대응하며, y 방향으로 연장된다. 제2 개구부(Tb)를 통해 노출된 희생층들(280)이 식각 공정에 의해 제거될 수 있으며, 그에 따라 층간 절연층들(260)의 위와 아래로 정의되는 복수의 터널들(Lt)이 형성될 수 있다. 상기 터널들(Lt)을 통해 채널층(220)의 일부 측벽들이 노출될 수 있다.The second opening Tb may be formed by anisotropic etching of the
도 9e를 참조하면, 게이트 유전막(240)이 도 9d의 제2 개구부들(Tb) 및 터널들(Lt)에 의해 노출되는 채널층(220), 층간 절연층들(260) 및 기판(200)을 균일하게 덮도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 9E, the
상기 게이트 유전막(240)은 채널층(220)으로부터 순차로 적층된 터널링 절연층(242), 전하 저장층(244) 및 블록킹 절연층(246)을 포함할 수 있다. 다음으로, 제 2 개구부들(Tb) 및 터널들(Lt)을 도전 물질(250a)로 매립할 수 있다. The
도 9f를 참조하면, 도 9e의 도전 물질(250a)을 일부 식각하여, 제3 개구부(Tc)를 형성할 수 있다. 이에 의하여, 도 9e의 터널(Lt) 내에만 도전 물질이 매립되어 게이트 전극(250)을 형성할 수 있다. 상기 공정은 이방성 식각에 의할 수 있으며, 기판(200)의 상부면 상에 형성된 게이트 유전막(240)도 이방성 식각에 의해 제거될 수 있다. 선택적으로, 층간 절연층들(260)의 측면에 형성된 게이트 유전막들(240)도 함께 제거할 수 있다. 그 후, 불순물을 상기 제3 개구부(Tc)를 통해 기판(200)에 주입함으로써 불순물 영역(205)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 9F, the
다음으로, 도 4h를 참조하여 상술한 공정을 동일하게 수행하여, 최종적으로 도 8의 비휘발성 메모리 소자(2000a)가 제조될 수 있다.Next, the same process as described above with reference to FIG. 4H may be performed to finally manufacture the
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 스트링들의 3차원 구조를 나타내는 개략적인 사시도이다. FIG. 10 is a schematic perspective view illustrating a three-dimensional structure of memory cell strings of a nonvolatile memory device according to a sixth embodiment of the present invention.
도 8에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 따라서 여기서는 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 10을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(2000b)는 공통 소스 라인(210)이 불순물 영역(205) 상에 z 방향으로 연장되고 상기 불순물 영역(205)과 오믹 콘택하도록 배열될 수 있다. 상기 공통 소스 라인(210)은, x 방향으로 인접한 2개의 채널 영역들(220) 측면의 메모리 셀 스트링들의 접지 선택 트랜지스터들(GST)에 소스 영역을 제공할 수 있다. 상기 공통 소스 라인(210)은 도전성 물질 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 물질을 포함할 수 있다. 도 9에 도시되지는 않았지만, 상기 불순물 영역(205)과 공통 소스 라인(210) 사이에는 접촉 저항을 낮추기 위한 실리사이드(silicide)층이 개재될 수 있다. 상기 실리사이드층(미도시)은 메탈 실리사이드층, 예컨대 코발트 실리사이드층을 포함할 수 있다.The same reference numerals as in FIG. 8 denote the same members, and thus detailed description thereof will be omitted here. Referring to FIG. 10, the
상기 불순물 영역(205)이 기판(200)과 반대의 도전형을 갖는 경우, 불순물 영역(205)은 접지 선택 트랜지스터들(GST1, GST2)의 소스 영역일 수 있다. 또는, 상기 불순물 영역(205)이 기판(200)과 동일한 도전형을 갖는 경우, 상기 공통 소스 라인(210)은 메모리 셀 블록 단위의 소거 동작을 위한 포켓 P 웰(pocket P well) 콘택으로 작동할 수도 있다. 이 경우, 상기 포켓 P 웰 콘택 전극을 통해 고전압이 기판(200)에 인가됨으로써, 기판(200)의 해당 메모리 셀 블록 내의 모든 메모리 셀에 저장된 데이터는 소거될 수 있다.When the
상기 공통 소스 라인(210)은 도 9f를 참조하여 상술한 제조 방법에서, 절연 영역(270)을 형성한 후 제3 개구부(Tc)의 측벽에 스페이서 절연 영역(270')를 형성하고 공통 소스 라인(210)을 이루는 도전성 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. 스페이서 절연 영역(270')은 절연성 물질을 제3 개구부(Tc)에 매립한 후 이방성 식각을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상기 이방성 식각에 의해 기판(200)이 과도 식각됨으로써 기판(200)은 리세스될 수도 있다. 다음으로, 도전성 물질의 증착 공정 및 에치백 공정과 같은 식각 공정을 추가하여 상기 공통 소스 라인(210)을 형성할 수 있다. In the manufacturing method described above with reference to FIG. 9F, the
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 개략적인 블록 다이어그램이다. 11 is a schematic block diagram of a nonvolatile memory device according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(700)에서 NAND 셀 어레이(750)는 코어 회로 유니트(770)와 결합될 수 있다. 예를 들면, NAND 셀 어레이(750)는 도 3, 도 5 내지 도 8 및 도 10에서 설명한 비휘발성 메모리 소자 중 어느 하나의 비휘발성 메모리 소자를 포함할 수 있다. 코어 회로 유니트(770)는 제어 로직(771), 로우 디코더(772), 칼럼 디코더(773), 감지 증폭기(774) 및 페이지 버퍼(775)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 11, in the
제어 로직(771)은 로우 디코더(772), 칼럼 디코더(773) 및 페이지 버퍼(775)와 통신할 수 있다. 로우 디코더(772)는 복수의 스트링 선택 라인(SSL), 복수의 워드 라인(WL), 및 복수의 접지 선택 라인(GSL)을 통해 NAND 셀어레이(750)와 통신할 수 있다. 칼럼 디코더(773)는 복수의 비트 라인(BL)을 통해 NAND 셀 어레이(750)와 통신할 수 있다. 감지 증폭기(774)는 NAND 셀 어레이(750)로부터 신호가 출력될 때 칼럼 디코더(773)와 연결되고, NAND 셀 어레이(750)로 신호가 전달될 때는 칼럼 디코더(773)와 연결되지 않을 수 있다.The
예를 들면, 제어 로직(771)은 로우 어드레스 신호를 로우 디코더(772)에 전달하고, 로우 디코더(772)는 이러한 신호를 디코딩하여 스트링 선택 라인(SSL), 워드 라인(WL) 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해서 NAND 셀 어레이(750)에 로우 어드레스 신호를 전달할 수 있다. 제어 로직(771)은 칼럼 어드레스 신호를 칼럼 디코더(773) 또는 페이지 버퍼(775)에 전달하고, 칼럼 디코더(773)는 이 신호를 디코딩하여 복수의 비트 라인(BL)을 통해 NAND 셀 어레이(750)에 칼럼 어드레스 신호를 전달할 수 있다. NAND 셀 어레이(750)의 신호는 칼럼 디코더(773)를 통해서 감지 증폭기(774)에 전달되고, 여기에서 증폭되어 페이지 버퍼(775)를 거쳐서 제어 로직(771)에 전달될 수 있다.For example,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 카드를 보여주는 개략도이다.12 is a schematic diagram illustrating a memory card according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 메모리 카드(800)는 하우징(830)에 내장된 제어기(810) 및 메모리(820)를 포함할 수 있다. 상기 제어기(810) 및 메모리(820)는 전기적인 신호를 교환할 수 있다. 예를 들면, 제어기(810)의 명령에 따라서 메모리(820) 및 제어기(810)는 데이터를 주고 받을 수 있다. 이에 따라, 메모리 카드(800)는 메모리(820)에 데이터를 저장하거나 또는 메모리(820)로부터 데이터를 외부로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 12, the
예를 들면, 메모리(820)는 도 3, 도 5 내지 도 8 및 도 10 에서 설명한 비휘발성 메모리 소자 중 어느 하나의 비휘발성 메모리 소자를 포함할 수 있다. 이러한 메모리 카드(800)는 다양한 휴대용 기기의 데이터 저장 매체로 이용될 수 있다. 예를 들면, 메모리 카드(800)는 멀티미디어 카드 (multi media card: MMC) 또는 보안 디지털 카드 (secure digital card: SD)를 포함할 수 있다.For example, the
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템을 보여주는 블록도이다.13 is a block diagram illustrating an electronic system according to an embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 전자 시스템(900)은 프로세서(910), 입/출력 장치(930) 및 메모리 칩(920)을 포함할 수 있고, 이들은 버스(940)를 이용하여 서로 데이터 통신을 할 수 있다. 프로세서(910)는 프로그램을 실행하고, 전자 시스템(900)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 입/출력 장치(930)는 전자 시스템(900)의 데이터를 입력 또는 출력하는데 이용될 수 있다. 전자 시스템(900)은 입/출력 장치(930)를 이용하여 외부 장치, 예를 들면 개인용 컴퓨터 또는 네트워크에 연결되어, 외부 장치와 서로 데이터를 교환할 수 있다. 메모리 칩(920)은 프로세서(910)의 동작을 위한 코드 및 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리 칩(920)은 도 3, 도 5 내지 도 8, 및 도 10에서 설명한 비휘발성 메모리 소자 중 어느 하나의 비휘발성 메모리 소자를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, the
상기 전자 시스템(900)은 메모리 칩(920)을 필요로 하는 다양한 전자 제어 장치를 구성할 수 있으며, 예를 들면 모바일 폰 (mobile phone), MP3 플레이어, 네비게이션 (navigation), 고상 디스크 (solid state disk: SSD), 가전 제품 (household appliances) 등에 이용될 수 있다.The
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.
100, 200: 기판 105, 205: 불순물 영역
110, 210: 공통 소스 라인 120a, 220: 채널층
120b, 225: 채널 유도층 130, 230: 매립 절연층
140, 240: 게이트 유전막 142, 242: 터널링 절연층
144, 244: 전하 저장층 146, 246: 블록킹 절연층
150, 250: 게이트 전극 160, 260: 층간 절연층
170, 270: 절연 영역 170', 270': 스페이서 절연 영역
180, 280: 희생층 190, 290: 도전층100, 200:
110, 210:
120b, 225:
140 and 240: gate dielectric layers 142 and 242: tunneling insulating layer
144, 244:
150, 250:
170, 270: insulation region 170 ', 270': spacer insulation region
180, 280:
Claims (10)
상기 채널 유도층의 일측면에 접촉하여 수직 신장되며, 제1 도전형 불순물을 포함하는 채널층; 및
상기 채널층의 일측벽을 따라 교대로 적층된 복수의 게이트 전극 및 복수의 층간 절연층;
을 포함하는 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.A channel guide layer extending vertically onto the substrate;
A channel layer extending vertically in contact with one side of the channel inducing layer and including a first conductivity type impurity; And
A plurality of gate electrodes and a plurality of interlayer insulating layers alternately stacked along one side wall of the channel layer;
Non-volatile memory device having a vertical structure comprising a transistor comprising a.
상기 채널층의 제1 도전형 불순물은 n-형 불순물인 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method according to claim 1,
And the first conductivity type impurity of the channel layer is an n-type impurity.
상기 채널층의 n-형 불순물 농도는 5×1017/cm3 내지 1×1018/cm3 인 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method of claim 2,
The n-type impurity concentration of the channel layer is 5 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / cm 3 The vertical structure of the nonvolatile memory device.
상기 채널 유도층은 상기 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나 불순물이 도핑되지 않은 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method according to claim 1,
And the channel inducing layer includes a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity or is not doped with impurities.
상기 채널 유도층의 상기 제2 도전형 불순물은 p-형 불순물인 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.5. The method of claim 4,
And the second conductivity type impurity of the channel inducing layer is a p-type impurity.
상기 채널층과 상기 복수의 게이트 전극 및 복수의 층간 절연층 사이에 형성되고, 기판상으로 수직 신장한 게이트 유전막;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method according to claim 1,
A gate dielectric layer formed between the channel layer, the plurality of gate electrodes and the plurality of interlayer insulating layers, and extending vertically on a substrate;
Non-volatile memory device of the vertical structure characterized in that it further comprises.
상기 메모리 셀 스트링의 일단에 연결된 비트 라인; 및
상기 비트 라인 반대편에서 상기 메모리 셀 스트링의 타단에 연결된 공통 소스 라인;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 구조의 비휘발성 메모리 소자.The method according to claim 1,
A bit line connected to one end of the memory cell string; And
A common source line connected to the other end of the memory cell string opposite the bit line;
Non-volatile memory device of the vertical structure characterized in that it further comprises.
상기 채널 유도층의 일측면에 위치하고, 매립 채널을 형성하기 위하여 제1 도전성 불순물을 포함하는 채널층;
을 포함하는 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.Channel induction layer; And
A channel layer disposed on one side of the channel induction layer and including a first conductive impurity to form a buried channel;
A semiconductor device comprising a transistor comprising a.
상기 채널 유도층 층은 상기 제1 도전형 불순물과 반대의 도전형인 제2 도전형 불순물을 포함하거나 불순물이 도핑되지 않은 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method of claim 8,
And the channel inducing layer layer includes a second conductivity type impurity opposite to the first conductivity type impurity or is not doped with an impurity.
상기 메모리와 버스를 통해서 통신하는 프로세서; 및
상기 버스와 통신하는 입출력 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.A memory comprising a non-volatile memory device of claim 1;
A processor in communication with the memory via a bus; And
And an input / output device in communication with the bus.
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