KR20130019267A - Memory cell string stack with common body and memory array using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비휘발성 메모리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직으로 적층된 메모리 셀 스트링 스택 및 이를 이용한 메모리 어레이에 관한 것이다.The present invention relates to a nonvolatile memory, and more particularly, to a memory cell string stack and a memory array using the same stacked vertically.
최근 비휘발성 메모리는 가전 및 휴대용 전자기기에서 그 수요가 급속히 증가하고 있어 지속적인 성장이 가능할 것으로 예상되고 있다. Recently, the demand for nonvolatile memory is rapidly increasing in home appliances and portable electronic devices.
특히 낸드(NAND) 비휘발성 메모리의 집적도는 IT 기술의 발전에 따라 계속 증가되는 것이 요구되고 있다. 낸드 비휘발성 메모리의 집적도는 셀 소자의 집적도에 의해 크게 좌우된다. 최근, 셀 소자의 게이트 길이가 50 nm 이하로 줄어들고 있고, 메모리 용량은 수십 기가 비트에 이르고 있다. 따라서 기존의 도전성 플로팅 게이트를 갖는 평탄 채널 구조의 비휘발성 메모리 소자는 짧은채널효과가 큰 문제로 대두되어 있고, 제조 공정도 크게 어려워지는 문제에 직면했다. 게이트 길이가 50 nm 이하인 기술은 고가의 장비나 공정을 필요로 하므로 제조 단가가 증가하는 문제점이 있다. 향후 계속해서 게이트 길이가 줄어들어야 집적도를 향상시킬 수 있는데, 이러한 상황에 대처할 수 있는 대안이 요구되고 있다.In particular, the density of NAND nonvolatile memory is required to increase continuously with the development of IT technology. The degree of integration of the NAND nonvolatile memory is highly dependent on the degree of integration of the cell devices. In recent years, gate lengths of cell devices have been reduced to 50 nm or less, and memory capacities have reached tens of gigabytes. Therefore, the conventional non-volatile memory device having a flat floating channel structure having a conductive floating gate is a problem that the short channel effect is a big problem, and the manufacturing process is also very difficult. The technology having a gate length of 50 nm or less requires expensive equipment or processes and thus increases manufacturing costs. In the future, the gate length must be reduced to improve the density, and there is a need for an alternative to cope with this situation.
메모리 셀 소자의 집적도를 높이기 위하여 기존의 플로팅 게이트를 갖는 메모리 셀 대신 질화막과 같은 절연성 저장노드를 사용하는 SONOS 계열의 플래시 메모리 셀이 고려되고 있다. 또한, 나노 dot 또는 나노 crystal을 전하 저장노드로 사용하는 NFGM(Nano-Floating Gate Memory) 셀이 고려되고 있다. 기존의 평탄 채널 구조에 질화막이나 나노 dot과 같은 전하 저장노드를 사용하여 메모리 셀을 구현할 경우, 기존의 도전성 폴리실리콘의 플로팅 게이트를 사용한 경우에 비해 축소화 특성이 개선된다. 그러나 이러한 개선된 전하 저장노드를 사용하더라도 40 nm 급 또는 그 이하의 게이트 길이에 대해서는 짧은채널효과에 의해 특성이 크게 저하되어 축소화가 불가능한 한계에 직면하게 된다.In order to increase the density of memory cell devices, a SONOS-based flash memory cell using an insulating storage node such as a nitride film instead of a memory cell having a floating gate has been considered. In addition, nano-floating gate memory (NFGM) cells using nano dots or nano crystals as charge storage nodes have been considered. When a memory cell is implemented by using a charge storage node such as a nitride film or a nano dot in a conventional flat channel structure, the miniaturization characteristic is improved as compared with the case of using a floating gate of conductive polysilicon. However, even when the improved charge storage node is used, the characteristics of the gate length of 40 nm or less are greatly reduced due to the short channel effect, and thus the limit of the reduction is impossible.
셀 소자의 게이트 길이를 40 nm 또는 그 이하로 줄일 경우 발생하는 짧은채널효과를 억제하고 문턱전압의 산포를 줄이기 위해 평탄 채널 구조에서 비대칭 소스/드레인 구조를 갖는 SONOS 혹은 TANOS(TaN-AlO-SiN-Oxide-Si) 셀 소자가 삼성전자에 의해 발표되었다(비특허문헌 1 참조). 셀 소자의 게이트를 중심으로 한쪽은 소스/드레인에 해당하는 불순물 도핑 영역이 있으나, 다른 쪽에는 소스/드레인을 위한 불순물 도핑 영역이 없는 구조이다. 이는 불순물 도핑 대신 이웃 제어전극으로부터의 프린징(fringing) 전계로 형성되는 반전층(inversion layer)으로 가상 소스/드레인을 형성하도록 함으로써 짧은채널효과를 억제하는 구조이다. 비록 기존의 불순물 도핑으로 양측 소스/드레인을 형성하는 평탄 채널을 갖는 SONOS 셀 소자에 비해 축소화 특성은 개선되지만, 셀 소자의 양측 소스/드레인 중 어느 한쪽은 제어전극과 겹치는 형태로 형성되기 때문에 40 nm 이하의 채널 길이에서 여전히 짧은채널효과를 보이며, 궁극적으로 평탄 채널 구조가 갖는 축소화 한계에 직면하게 된다.SONOS or TANOS (TaN-AlO-SiN-) with an asymmetric source / drain structure in a flat channel structure to suppress short channel effects and reduce threshold voltages caused by reducing the gate length of the cell device to 40 nm or less. Oxide-Si) cell devices have been published by Samsung Electronics (see Non-Patent Document 1). The impurity doped region corresponding to the source / drain is formed on one side of the gate of the cell device, but the impurity doped region for the source / drain is not formed on the other side. This structure suppresses short channel effects by forming a virtual source / drain into an inversion layer formed by fringing electric fields from neighboring control electrodes instead of impurity doping. Although the reduction characteristics are improved compared to SONOS cell devices having flat channels that form both sources / drains by conventional impurity doping, one of the two sources / drains of the cell devices is formed to overlap the control electrode. Short channel effects are still seen at the following channel lengths and ultimately face the miniaturization limitation of flat channel structures.
제조 단가를 줄이면서 집적도를 높일 수 있는 방법은 셀 소자나 셀 스트링을 수직으로 형성하는 방법이 있다. 하기 특허문헌 1에서는 트렌치를 형성하고 터널링 절연막, 플로팅 게이트, 블로킹 절연막 및 제어전극을 트렌치 내에 순차적으로 형성하여 구현하였다. 소스는 트렌치의 바닥 근처 반도체 영역에, 그리고 드레인은 트렌치의 상부 근처 반도체 영역에 각각 형성하였다. 이 구조에서는 수직형 셀 소자가 1개만 형성되어 실질적으로 메모리 용량을 높일 수 없으며, 구조적인 문제로 인해 여러 개의 셀 소자들을 수직으로 형성할 수 없다. One way to increase the degree of integration while reducing manufacturing costs is to form cell elements or cell strings vertically. In
최근 발표된 논문(비특허문헌 2)에서는 상기 특허문헌 1이 갖는 문제점을 해결하기 위해 수직으로 여러 개의 셀들과 두 개의 스위치 소자들을 배치하고 있다. 이에 의하면, 집적도는 높일 수 있으나, 쓰기 시간이 다소 느리고, 특히 지우기 시간이 느린 단점이 있다. 또한, 유지시간(retention) 특성이 나쁘다. 제조공정에 있어서 수직으로 적층되는 여러 층의 제어전극들 사이에 전기적 절연을 위해 절연층을 형성한다. 이 경우 하나의 스트링을 형성하기 위해 원 모양의 비아홀(via hole)을 형성할 때, 폴리실리콘으로 구성되는 제어전극과 실리콘 산화막으로 구성되는 절연층을 번갈아 가면서 계속 식각해야 하는데, 이는 공정적으로 매우 어렵고 많은 시간을 소요할 수 있다. 또한 튜브(tube) 형태의 바디를 수직으로 형성할 때 바닥이 반도체 영역과 전기적으로 연결되도록 하기 위해서 비아홀의 수직 측벽에 형성된 게이트 절연막 또는 블로킹 절연막은 남기고 비아홀 바닥에 있는 것만 식각해야 한다. 이때 측벽의 절연막이 손상을 입을 수 있고, 이는 메모리 셀 특성의 저하로, 결국 수율이 저하될 수 있다. 비아홀의 바닥에 형성되는 소스 영역을 비아홀의 상부 표면으로부터 전기적인 컨택을 하고 배선을 하려면 큰 단차를 극복해야 함은 물론이고 추가의 마스크를 필요로 할 수 있다. 요컨대 공정적 측면에서 많은 어려움이 있다.In a recently published paper (Non-Patent Document 2), in order to solve the problem of
따라서, 상기와 같은 기존의 발표된 소자들이 갖는 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 고집적/고성능 비휘발성 메모리 소자 개발이 계속 요구되고 있다.Therefore, there is a continuing need for the development of a new structure of high-integration / high performance nonvolatile memory device that can solve the problems of the existing published devices.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자, 수평의 제 1 방향으로 복수개의 메모리 셀 소자들이 형성되는 셀 스트링을 절연층을 사이에 두고 수직으로 적층시키며 셀 스트링 스택을 형성할 때, 스택의 일측에 상하 셀 스트링의 바디를 연결시키는 도전성 담장 또는 기둥을 형성함으로써, 평면 구조에서와 같이 이웃 스택, 소정의 스택 또는 스택 전체를 동시에 지울 수 있도록 바디를 공유하는 메모리 셀 스트링 스택을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, when forming a cell string stack by vertically stacking a cell string formed with a plurality of memory cell elements in a horizontal first direction with an insulating layer interposed, one side of the stack The purpose of the present invention is to provide a memory cell string stack that shares a body so that a neighboring stack, a predetermined stack, or an entire stack can be erased at the same time as in a planar structure by forming a conductive fence or pillar connecting the bodies of the upper and lower cell strings. have.
또한, 수직으로 적층된 메모리 셀 스트링 스택이 바디를 공유하며 수평의 제 2 방향으로 복수개 형성되는 메모리 어레이를 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, another object is to provide a memory array in which a plurality of vertically stacked memory cell string stacks share a body and are formed in a plurality in a horizontal second direction.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택은 반도체 기판 상에 절연막과 반도체층이 교대로 반복 적층되며 수평의 제 1 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성된 반도체 스택; 상기 반도체 스택의 일 측면 상에 상기 제 1 방향을 따라 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 전하 저장층을 포함한 게이트 절연막 스택들; 상기 각 게이트 절연막 스택 상에 형성된 복수개의 제어전극들; 및 상기 제어전극들 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들 사이에 채워진 분리절연막을 포함하여 구성되되, 상기 반도체 스택의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재가 더 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the memory cell string stack according to the present invention comprises a semiconductor stack formed such that an insulating film and a semiconductor layer are alternately repeatedly stacked on the semiconductor substrate and having a predetermined length in a horizontal first direction; Gate insulating layer stacks including a plurality of charge storage layers spaced apart from each other by a predetermined distance on one side of the semiconductor stack in a first direction; A plurality of control electrodes formed on the gate insulating film stacks; And a separation insulating layer filled between the control electrodes and between the gate insulating layer stacks, wherein a body connection member is further formed on the other side of the semiconductor stack to vertically connect the stacked semiconductor layers. .
그리고, 상기 바디 연결 부재는 담장 또는 기둥 형상인 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.In addition, the body connection member is a feature of the memory cell string stack according to the present invention that the fence or pillar shape.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결된 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.In addition, the body connection member is another feature of the memory cell string stack according to the present invention that is electrically connected to the semiconductor substrate.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 바디 연결 부재 상에 형성되는 금속 배선과 전기적으로 연결된 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.The body connection member is another feature of the memory cell string stack according to the present invention that the body connection member is electrically connected to a metal wire formed on the body connection member.
그리고, 상기 반도체 스택의 상기 반도체층은 상기 절연막보다 폭이 커서 상기 게이트 절연막 스택들이 형성되는 측면에 돌출된 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.In addition, the semiconductor layer of the semiconductor stack is larger than the insulating film, so that the protruded side surface in which the gate insulating film stacks are formed is another feature of the memory cell string stack according to the present invention.
그리고, 상기 반도체 스택의 상기 반도체층은 상기 게이트 절연막 스택들이 형성되는 측면에 곡면 구조로 돌출된 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.In addition, the semiconductor layer of the semiconductor stack is another feature of the memory cell string stack according to the present invention that protrudes in a curved structure on the side where the gate insulating film stacks are formed.
그리고, 상기 각 게이트 절연막 스택은 상기 반도체층의 곡면 구조 상에 터널링 절연막/상기 전하 저장층/블로킹 절연막으로 형성되고, 상기 전하 저장층은 도전성 박막, 트랩을 가진 절연막, 나노 크기의 도트(dot)가 분산된 절연막 중 어느 하나로 형성된 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.Each gate insulating film stack is formed of a tunneling insulating film, the charge storage layer, and a blocking insulating film on a curved structure of the semiconductor layer, and the charge storage layer is a conductive thin film, an insulating film having traps, and nano-sized dots. Is formed of any one of the dispersed insulating films, which is another feature of the memory cell string stack according to the present invention.
그리고, 상기 반도체층의 상기 제 1 방향을 따라 상기 제어전극들과 교차하는 위치에 메모리 셀 소자들이 형성되고, 상기 메모리 셀 소자들은 상기 반도체층에 상기 제어전극들로부터의 프린징 전계(fringing field)에 의해 형성되는 반전층(inversion layer)이나 축적층(accumulation layer)으로 서로 연결되어 메모리 셀 스트링을 이루는 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.Memory cell elements are formed at positions crossing the control electrodes along the first direction of the semiconductor layer, and the memory cell elements are fringing fields from the control electrodes in the semiconductor layer. Another feature of the memory cell string stack according to the present invention is that the memory cell string is connected to each other by an inversion layer or an accumulation layer formed by the memory cell string.
그리고, 상기 반도체층의 상기 제 1 방향을 따라 상기 제어전극들과 교차하는 위치에 메모리 셀 소자들이 형성되고, 상기 메모리 셀 소자들은 상기 제어전극들 사이의 상기 반도체층에 불순물 도핑층으로 소스/드레인이 형성되어 서로 연결되며 메모리 셀 스트링을 이루는 것을 본 발명에 의한 메모리 셀 스트링 스택의 다른 특징으로 한다.Memory cell elements are formed at positions crossing the control electrodes along the first direction of the semiconductor layer, and the memory cell elements are source / drain as an impurity doping layer in the semiconductor layer between the control electrodes. Is formed to be connected to each other to form a memory cell string, which is another feature of the memory cell string stack according to the present invention.
한편, 본 발명에 의한 메모리 어레이는 반도체 기판 상에 각각 절연막과 반도체층이 교대로 반복 적층되며 수평의 제 1 방향으로 일정 길이를 갖고, 수평의 제 2 방향으로 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 반도체 스택들; 상기 반도체 스택들 사이로 마주보는 각 반도체 스택의 일 측면 상에 상기 제 1 방향을 따라 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 전하 저장층을 포함한 게이트 절연막 스택들; 상기 각 게이트 절연막 스택 상에 상기 반도체 스택들 사이의 이격 공간에 형성된 복수개의 제어전극들; 및 상기 제어전극들 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들 사이에 채워진 분리절연막을 포함하여 구성되되, 상기 각 반도체 스택의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재가 더 형성된 것을 특징으로 한다.Meanwhile, in the memory array according to the present invention, a plurality of semiconductor stacks in which insulating films and semiconductor layers are alternately repeatedly stacked on a semiconductor substrate, each having a predetermined length in a horizontal first direction, and spaced apart a predetermined distance in a horizontal second direction ; Gate insulating layer stacks including a plurality of charge storage layers spaced apart at a predetermined distance along the first direction on one side of each semiconductor stack facing each other between the semiconductor stacks; A plurality of control electrodes formed in the spaced spaces between the semiconductor stacks on the gate insulating film stacks; And a separation insulating film filled between the control electrodes and between the gate insulating film stacks, wherein a body connection member is further formed on the other side of each semiconductor stack to vertically connect the stacked semiconductor layers. do.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 스택들 사이 중 상기 게이트 절연막 스택들, 상기 제어전극들 및 상기 분리절연막이 형성되지 않은 사이의 이격 공간에 담장 형상으로 채워지거나 하나 이상의 기둥으로 절연막과 함께 채워져 형성된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connection member may be formed in a spaced space between the semiconductor stacks between the gate insulating film stacks, the control electrodes, and the separation insulating film, or may be formed together with the insulating film with one or more pillars. It is another feature of the memory array according to the present invention.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층 및 상기 반도체 기판과 동일한 불순물 유형으로 도핑된 반도체 물질로 형성된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connecting member may be formed of a semiconductor material doped with the same impurity type as the semiconductor layer and the semiconductor substrate.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.In addition, the body connection member is another feature of the memory array according to the present invention that is electrically connected to the semiconductor substrate.
그리고, 상기 반도체 기판에는 상기 반도체 기판과 불순물 유형이 다른 웰(well)이 하나 이상 형성되어 있고,At least one well having a different impurity type from the semiconductor substrate is formed in the semiconductor substrate.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층 및 상기 각 웰과 동일한 불순물 유형을 갖는 반도체 물질로 형성되고, 상기 각 웰에 하나 이상의 상기 바디 연결 부재가 전기적으로 연결된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connection member may be formed of a semiconductor material having the same impurity type as the semiconductor layer and the respective wells, and at least one body connection member may be electrically connected to each of the wells. .
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층과 동일한 불순물 유형으로 도핑된 반도체 물질로 형성되고, 상기 반도체 기판은 상기 반도체층과 다른 불순물 유형으로 도핑된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connecting member may be formed of a semiconductor material doped with the same impurity type as the semiconductor layer, and the semiconductor substrate may be doped with a different impurity type from the semiconductor layer.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 바디 연결 부재 상에 형성되는 금속 배선과 전기적으로 연결된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connection member is another feature of the memory array according to the present invention that the body connection member is electrically connected to a metal wire formed on the body connection member.
그리고, 상기 바디 연결 부재와 상기 반도체 기판 사이에는 절연막이 더 형성된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.In addition, an insulating film is further formed between the body connection member and the semiconductor substrate.
그리고, 상기 바디 연결 부재는 상기 각 반도체 스택에서 상기 절연막 대신 상기 반도체층과 식각률 또는 유전상수가 다른 반도체 물질층으로 상기 반도체층과 교대로 반복 적층되어 형성된 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The body connection member may be formed by alternately stacking the semiconductor layer with a semiconductor material layer having an etch rate or dielectric constant different from that of the semiconductor layer instead of the insulating layer in each of the semiconductor stacks. do.
그리고, 상기 반도체층은 실리콘(Si)이고, 상기 반도체층과 식각률이 다른 반도체 물질층은 실리콘게르마늄(SiGe)인 것을 본 발명에 의한 메모리 어레이의 다른 특징으로 한다.The semiconductor layer may be silicon (Si), and the semiconductor material layer having a different etching rate from that of the semiconductor layer may be silicon germanium (SiGe).
상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명에 따른 메모리 셀 스트링 스택은 스택의 일 측면에, 메모리 어레이는 셀 스택 사이에 각각 3차원으로 적층된 셀 스트링들의 바디를 수직으로 연결시키는 바디 연결 부재를 형성함으로써, 평면 구조에서와 같이 스택 단위로 또는 이웃 스택 등 모듈로 구성된 소정의 스택을 한꺼번에, 나아가 어레이로 형성된 스택 전체를 동시에 지울 수 있게 되어 3차원 스택 구조에서도 지우기 속도를 높일 수 있게 된 효과가 있다.By the above configuration, the memory cell string stack according to the present invention is formed on one side of the stack, the memory array by forming a body connecting member for vertically connecting the bodies of the cell strings stacked in three dimensions between the cell stack, respectively As a planar structure, a predetermined stack composed of modules such as a stack unit or a neighboring stack can be erased at once, and the entire stack formed as an array can be erased at the same time, thereby increasing the erase speed even in a 3D stack structure.
또한, 바디 연결 부재 및 제어전극을 각각 이웃하는 메모리 셀 스트링 스택 사이에서 공유하도록 형성함으로써, 하나의 셀이 갖는 점유면적을 크게 줄어들도록 한 효과가 있다. In addition, since the body connection member and the control electrode are formed to be shared between the adjacent memory cell string stacks, the area occupied by one cell is greatly reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 메모리 셀 스트링 스택을 이용한 메모리 어레이의 일부에 대한 평면도로, 내부 구조를 보이기 위해 xy 평면에서 수직인 z축 방향으로 적층되며 형성된 복수개의 셀 스트링 스택들의 임의 반도체층에서 수평으로 절단한 단면도이다.
도 2는 도 1의 C 부분에 해당하는 사시도로, 본 발명의 일 실시예에 의한 메모리 셀 스트링 스택 및 메모리 어레이 구조를 보여준다.
도 3 및 도 4는 도 1의 B 부분에 대응하는 사시도로, 각각 본 발명의 일 실시예에 의한 메모리 셀 스트링 스택을 이용한 메모리 어레이 구조의 일 예를 보여주는 것으로, 바디 연결 부재의 구성에 대해서만 차이점이 있다.
도 5는 도 2와 유사한 구조로 반도체 기판에 도핑된 불순물 유형(도전형)만 달리한 차이점이 있다.
도 6은 도 2와 유사한 구조로 바디 연결 부재와 반도체 기판 사이에 절연막이 있는 것만 차이점이 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 의한 반도체 스택 및 게이트 절연막 스택의 각 실시예를 보여주기 위해 도 2에서 y 방향으로 절단한 단면도의 일부이다.
도 11은 본 발명에 의한 메모리 어레이의 구조, 컨택 및 배선의 구체적인 일 실시예를 보여주기 위한 레이아웃(평면도)이다.
도 12는 도 11의 XX'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 13은 도 11의 YY'선을 따라 절단한 단면도이다.1 is a plan view of a portion of a memory array using a memory cell string stack according to an embodiment of the present invention, and any of a plurality of cell string stacks formed and stacked in the z-axis direction perpendicular to the xy plane to show an internal structure. It is sectional drawing cut horizontally in the semiconductor layer.
FIG. 2 is a perspective view corresponding to portion C of FIG. 1 and illustrates a memory cell string stack and a memory array structure according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are perspective views corresponding to part B of FIG. 1, which illustrate an example of a memory array structure using a memory cell string stack according to an embodiment of the present invention, and differs only in the configuration of a body connection member. There is this.
FIG. 5 is a structure similar to that of FIG. 2, except that only the impurity type (conductive type) doped into the semiconductor substrate is different.
FIG. 6 is a structure similar to that of FIG. 2, except that there is an insulating film between the body connection member and the semiconductor substrate.
7 to 10 are cross-sectional views taken along the y-direction of FIG. 2 to show respective embodiments of the semiconductor stack and the gate insulating film stack according to the present invention.
FIG. 11 is a layout (top view) illustrating a specific embodiment of a structure, contacts, and wiring of a memory array according to the present invention.
12 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG. 11.
FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line YY ′ of FIG. 11.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 메모리 셀 스트링 스택을 이용한 메모리 어레이의 일부에 대한 평면도로, 내부 구조를 보이기 위해 xy 평면에서 수직인 z축 방향으로 적층되며 형성된 복수개의 셀 스트링 스택들의 임의 반도체층에서 수평으로 절단한 단면도이다. 1 is a plan view of a portion of a memory array using a memory cell string stack according to an embodiment of the present invention, and any of a plurality of cell string stacks formed and stacked in the z-axis direction perpendicular to the xy plane to show an internal structure. It is sectional drawing cut horizontally in the semiconductor layer.
도 1에서 영역 A는 하나의 메모리 셀 소자가 점유하는 면적을 표시한 것이고, 영역 B 및 C는 후술되는 메모리 어레이에 관한 실시예의 구조를 설명하기 위해 각각 그 일부를 나타낸 것이고, 우측 상단에 표시된 'F'는 주어진 기술에서의 최소 선폭을 나타낸 것이다.In FIG. 1, region A represents an area occupied by one memory cell element, and regions B and C each show a part of the structure of an embodiment of a memory array described later, and the portion ' F 'represents the minimum line width for a given technique.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 크게 메모리 셀 스트링 스택과 메모리 어레이로 나누어 설명한다.
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be largely divided into a memory cell string stack and a memory array.
[셀 스트링 스택에 관한 Regarding Cell String Stacks 실시예Example ]]
우선, 본 발명의 일 실시예에 의한 셀 스트링 스택은, 도 1 및 도 2와 같이, 반도체 기판(1) 상에 절연막(2)과 반도체층(3)이 교대로 반복 적층되며 수평의 제 1 방향(예컨대, x 방향)으로 일정 길이를 갖도록 형성된 반도체 스택(41 또는 42); 상기 반도체 스택의 일 측면 상에 상기 제 1 방향(x 방향)을 따라 일정 거리 이격되며 수직하게 복수개 형성된 전하 저장층(5)을 포함한 게이트 절연막 스택들(7); 상기 각 게이트 절연막 스택 상에 형성된 복수개의 제어전극들(8a); 및 상기 제어전극들(8a) 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들(7) 사이에 채워진 분리절연막(9)을 포함하여 구성되되, 상기 반도체 스택(41 또는 42)의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층(3)을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재(8b)가 더 형성된 것을 특징으로 한다.First, in the cell string stack according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, the insulating
여기서, 상기 반도체층(3)은 단결정 반도체 물질로 형성됨이 바람직하나, 다결정 또는 비정질 반도체 물질로 형성될 수도 있고, 특정 불순물이 약하게 도핑되어 있어 p형 또는 n형 반도체 바디로 기능 한다.In this case, the
그리고, 상기 반도체 스택(41 또는 42)은, 도 2와 같이, 반도체 기판(1) 상에 산화막과 같은 절연막(2)을 사이에 두며 복수개의 반도체층들(3)이 수직하게 반복 적층된 것으로 수평의 제 1 방향(x 방향)으로 일정 길이를 갖도록 형성된다.As shown in FIG. 2, the
그리고, 상기 게이트 절연막 스택들(7)은, 도 2와 같이, 반도체 스택(41 또는 42)의 일 측면 상에 제 1 방향(x 방향)을 따라 일정 거리 이격되며 수직하게 복수개 형성하게 되는데, 기본적으로 전하 저장층(5)을 포함하고, 반도체층(3)으로부터 터널링 절연막(4)/전하 저장층(5)/블로킹 절연막(6)으로 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the gate insulating
여기서, 상기 전하 저장층(5)은 질화막(nitride layer) 뿐만 아니라 도전성 박막, 트랩을 가진 절연막, 나노 크기의 도트(dot)가 분산된 절연막 중 어느 하나로 형성될 수 있다.Here, the
본 발명에 의한 반도체 스택(41 또는 42) 및 게이트 절연막 스택(7)의 형상에 대한 보다 구체적인 실시예로 도 7 내지 도 10에 나타내었다.7 to 10 illustrate a shape of the
본 발명에 의한 반도체 스택(41 또는 42)은, 도 7과 같이, 절연막(2)과 반도체층(3)이 동일한 폭을 갖으며 수직으로 반복 적층될 수 있으나, 도 8 내지 도 10과 같이, 각 반도체층(3)은 절연막(2')보다 폭이 큰 상태로 반복 적층되어 게이트 절연막 스택(7', 7")이 형성되는 측면에 돌출된 구조를 가질 수도 있다. In the
또한, 각 반도체층이 돌출된 구조를 할 경우, 도 10과 같이, 게이트 절연막 스택(7")이 형성되는 측면에 곡면 구조로 형성됨이 바람직하다. 이는 게이트 절연막 스택(7")이, 도 10과 같이, 반도체층(3')의 곡면 구조로부터 터널링 절연막(4")/전하 저장층(5')/블로킹 절연막(6')으로 형성하게 되면, 프로그램시 터널링 절연막(4")이 접하는 반도체층(3')의 곡면 표면에서의 전계가 집중되어 전하 저장층(5')으로의 전하 주입을 용이하게 할 수 있고, 이레이즈시 블로킹 절연막(6')을 뚫고 전하 저장층(5')으로 들어오는 역 터널링 전하를 효과적으로 막을 수 있는 장점이 있다.In addition, in the case where each semiconductor layer has a protruding structure, it is preferable that the semiconductor insulating layer has a curved structure on the side where the gate insulating
그리고, 본 발명에 의한 게이트 절연막 스택(7)은, 도 2, 도 7 및 도 8과 같이, 반도체 스택(41 또는 42)의 일 측면 상에서 터널링 절연막(4, 4')/전하 저장층(5, 5')/블로킹 절연막(6, 6')으로 형성될 수 있으나, 도 9 및 도 10과 같이, 터널링 절연막(4")은 돌출된 반도체층(3)에만 열산화막 등으로 형성하고, 나머지 부분은 전하 저장층(5')/블로킹 절연막(6')이 함께 적층된 구조로 형성될 수 있다.In addition, the gate insulating
그리고, 상기 제어전극들(8a)은, 도 2와 같이, 도전성 물질(금속 또는 불순물 도핑된 반도체 물질)로 각 게이트 절연막 스택(7) 상에 형성되어, 반도체 스택(41 또는 42)의 길이 방향(x 방향)과 수직하게 각각 위치하게 된다.In addition, the
그리고, 상기 분리절연막(9)은, 도 2와 같이, 제어전극들(8a) 사이 및 게이트 절연막 스택들(7) 사이에 수직하게 채워진 구성을 하게 된다.In addition, the
본 발명의 실시예에 메모리 셀 소자들은 반도체층(3)의 제 1 방향(x 방향)을 따라 제어전극들(8a)과 교차하는 위치에 형성된다.In the embodiment of the present invention, the memory cell elements are formed at positions crossing the
이때, 상기 메모리 셀 소자들은, 도 2와 같이, 제어전극들(8a) 사이의 반도체층(3)에 불순물 도핑층으로 소스(3a)/드레인(3b)이 형성되어 서로 연결되며 메모리 셀 스트링을 이루게 된다. In this case, as shown in FIG. 2, the
그러나, 상기 메모리 셀 소자들은, 도 2와 같은 불순물 도핑층(3a, 3b)에 의하지 아니하고, 반도체층(3)에 이웃한 제어전극들(8a)로부터의 프린징 전계(fringing field)에 의해 형성되는 반전층(inversion layer)이나 축적층(accumulation layer)으로 가상의 소스/드레인을 형성하여 이들로 서로 연결되어 메모리 셀 스트링을 이루게 될 수도 있다.However, the memory cell elements are formed not by the impurity doped layers 3a and 3b as shown in FIG. 2 but by the fringing field from the
이와 같이 각 반도체층(3)의 제 1 방향(x 방향)을 따라 형성된 메모리 셀 스트링이 절연막(2)을 사이에 두고 복수개 수직으로 적층되어 셀 스트링 스택(이하, 줄여서 '셀 스택'이라 함)을 형성하게 된다. 즉 하나의 반도체 스택(41 또는 42)은 하나의 셀 스택을 구성하게 된다.As described above, a plurality of memory cell strings formed along the first direction (x direction) of each
그리고, 상기 반도체 스택(41 또는 42)의 타 측면(즉, 상기 메모리 셀이 형성되지 않은 측면) 상에는, 도 2와 같이, 적층된 복수개의 반도체층들(3)을 수직하게 상하로 연결하는 바디 연결 부재(8b)가 형성된다.On the other side of the
여기서, 상기 바디 연결 부재(8b)는, 도 2와 같이, 반도체 스택(41 또는 42)의 반대 측면을 따라 제 1 방향(x 방향)으로 형성된 담장 모양을 할 수도 있으나, 반도체 스택(41 또는 42)의 측면 중 메모리 셀들이 형성되지 않은 측면의 일부에 수직하게 기둥 형상(미도시)으로 형성될 수도 있다.Here, the
또한, 상기 바디 연결 부재(8b)는 도전성 물질이면 어느 것도 가능하나 상기 제어전극들(8b)과 동일한 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이는 제조공정이 간단해지기 때문이다.In addition, although the
상기 바디 연결 부재(8b)의 물질은 구체적인 일 예로, 반도체층(3) 및 반도체 기판(1)과 동일한 불순물 유형(p형 또는 n형)으로 도핑된(즉, 동일한 도전형을 갖는) 반도체 물질로 할 수 있는데, 이 경우 반도체 스택(41 또는 42)의 각 반도체층(3)과 반도체 기판(1)이 동일한 도전형 반도체(예컨대, p형 반도체)로 셀 스택의 모든 메모리 셀들의 바디가 공유되며 반도체 기판(1)에 연결하게 된다.As a specific example, the material of the
여기서, 상기 바디 연결 부재(8b)를 구성하는 반도체 물질은 동일한 반도체 물질(예컨대, 실리콘)일 수 있으나, 도 3과 같이, 식각률이나 유전상수가 다른 두 개의 반도체 물질층들(2a, 3)을 교대로 반복 적층하여 형성할 수도 있다. 적층 형상은, 도 3과 같이, 반도체 스택(예컨대, 도면부호 41)에서 절연막(2) 대신 반도체층(3)과 식각률이나 유전상수가 다른 반도체 물질층(2a)으로 대체하여 이를 반도체 스택의 반도체층(3)과 교대로 반복 적층하여 형성한 것과 같을 수 있다.Here, the semiconductor material constituting the
이때, 상기 식각률이 다른 두 개의 반도체 물질층들(2a, 3)의 구체적인 예는 실리콘(Si)과 실리콘게르마늄(SiGe)일 수 있다.In this case, specific examples of the two
상기 바디 연결 부재(8b)의 물질에 대한 실시예는 상기 예들에 한하지 아니하고, 반도체 스택의 상하 반도체층들(3) 및 반도체 기판(1)과 전기적으로 연결될 수 있는 것이면 어떤 것도 가능하다.The embodiment of the material of the
나아가, 상기 바디 연결 부재(8b)는 반도체 스택의 상하 반도체층들(3)과 전기적으로 연결되면 족하고, 반드시 반도체 기판(1)과도 전기적으로 연결될 필요는 없다. 이는 바디 컨택을 반도체 기판(1) 이외에 바디 연결 부재(8b) 상부에도 할 수 있기 때문이다.Furthermore, the
따라서, 상기 바디 연결 부재(8b)는, 도 6과 같이, 반도체 기판(1)과의 사이에 절연막(2b)이 있을 수 있고, 도 5와 같이, 반도체 기판(1)과 불순물 유형이 다른(즉, 반대의 도전형을 가진) 반도체 물질로 형성될 수도 있다. 전자의 경우는 절연막(2b)에 의하여, 후자의 경우는 반도체의 pn 접합에 의하여 각각 바디 연결 부재(8b)와 반도체 기판(1) 사이에는 절연하게 된다.Therefore, as shown in FIG. 6, the
첨부된 도면들에는 반도체 스택(예컨대, 41)의 일 측면을 따라 셀 스트링이 형성되도록 도시되어 있으나, 반대 측면을 따라서도 셀 스트링이 형성될 수 있는데, 이 경우 상기 바디 연결 부재는 반도체 스택의 길이 방향 양끝 단면 중 어느 하나에 수직하게 형성하게 된다.Although the accompanying drawings illustrate that the cell string is formed along one side of the semiconductor stack (eg, 41), the cell string may also be formed along the opposite side, in which case the body connecting member may have a length of the semiconductor stack. It is formed perpendicular to any one of the cross-section in both directions.
상기와 같이 바디 연결 부재(8b)가 반도체 스택(예컨대, 41)의 측면 중 메모리 셀들이 형성되지 않은 부분에 수직하게 형성되어 상하 반도체층들(3)을 전기적으로 연결하게 됨으로써, 반도체 스택에 형성되는 모든 메모리 셀들의 바디를 공유하게 되어, 하나의 바디 컨택으로 제어 가능하게 되고, 모든 셀을 동시에 이레이즈 할 수 있게 되는 장점이 있다.
As described above, the
[메모리 어레이에 관한 [Regarding Memory Array 실시예Example ]]
다음은 상기 메모리 셀 스트링 스택에 관한 실시예를 이용한 메모리 어레이에 대하여 설명한다.Next, a memory array using an embodiment of the memory cell string stack will be described.
이는, 도 1 및 도 2와 같이, 반도체 기판(1) 상에 각각 절연막(2)과 반도체층(3)이 교대로 반복 적층되며 수평의 제 1 방향(예컨대, x 방향)으로 일정 길이를 갖고, 수평의 제 2 방향(예컨대, y 방향)으로 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 반도체 스택들(41, 42); 상기 반도체 스택들 사이로 마주보는 각 반도체 스택(41)(42)의 일 측면 상에 상기 제 1 방향(x 방향)을 따라 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 전하 저장층(5)을 포함한 게이트 절연막 스택들(7); 상기 각 게이트 절연막 스택(7) 상에 상기 반도체 스택들(41, 42) 사이의 이격 공간에 형성된 복수개의 제어전극들(8a); 및 상기 제어전극들(8a) 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들(7) 사이에 채워진 분리절연막(9)을 포함하여 구성되되, 상기 각 반도체 스택(41)(42)의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층(3)을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재(8b)가 더 형성된 것을 특징으로 한다.1 and 2, the insulating
본 실시예의 기본적인 기술적 사상은 수평의 제 1 방향(x 방향)으로 일정 길이를 가진 복수개의 반도체 스택들(41, 42)로 수평의 제 2 방향(y 방향)으로 일정 거리 이격되며 메모리 어레이를 형성하고, 상기 복수개의 반도체 스택들(41, 42) 사이는 수평의 제 2 방향(y 방향)으로 가며 한번은 수평의 제 1 방향(x 방향)으로 분리절연막(9)을 사이에 두고 복수개의 게이트 절연막 스택들(7) 및 제어전극들(8a)로 채우고, 다른 한번은 바디 연결 부재(8b)로 채운 구조를 반복하는 것을 특징으로 하여, 상기 바디 연결 부재(8b)를 공통 바디로 함으로써, 이웃하는 반도체 스택들에 적층된 모든 반도체층들(3)을 소정의 바디 컨택으로 제어할 수 있는 메모리 어레이를 구현하는 데 있다.The basic technical concept of the present embodiment is to form a memory array with a plurality of
상기 바디 연결 부재(8b)는 복수개의 반도체 스택들(41, 42) 사이 중 게이트 절연막 스택들(7), 제어전극들(8a) 및 분리절연막(9)이 형성되지 않은 사이의 이격 공간에, 도 2와 같이, 담장 형상(8b)으로 채워지거나, 하나 이상의 기둥(미도시)으로 절연막과 함께 채워져 형성될 수 있다. 바디 연결 부재(8b)를 기둥 형상으로 할 경우 복수개의 반도체 스택들(41, 42)의 길이 방향 일측 끝단에 2개 이상 반도체 스택들과 접하도록 형성할 수도 있다.The
또한, 상기 바디 연결 부재(8b)는, 도 2에서 제어전극들(8a)과 동일하게 채색된 것과 같이, 제어전극들(8a)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이렇게 하는 것이 제조공정을 단순하게 할 수 있으므로 바람직하다.In addition, the
그리고, 상기 바디 연결 부재(8b)를 통하여 반도체 기판(1) 상에 메모리 어레이를 구성하는 모든 셀들의 바디를 연결할 수도 있고(제 1 실시예), 일정 반도체 스택들에 형성된 메모리 셀들의 바디를 연결할 수도 있으며(제 2 실시예), 각 반도체 스택에 형성된 메모리 셀들의 바디만 연결할 수도 있다(제 3 실시예).
In addition, the bodies of all the cells constituting the memory array may be connected to the
<제 1 <First 실시예Example >>
반도체 기판(1) 상에 메모리 어레이를 구성하는 모든 셀들의 바디를 연결하기 위하여, 상기 바디 연결 부재(8b)는 도전성 물질(금속 등)로 형성될 수 있으나 각 반도체 스택을 구성하는 반도체층(3) 및 반도체 기판(1)과 동일한 불순물 유형으로 도핑되어 동일한 도전형을 갖는 반도체 물질로 형성할 수 있다. 즉, 반도체 기판(1), 바디 연결 부재(8b) 및 각 반도체 스택을 구성하는 반도체층(3) 모두를 동일한 p형 반도체 물질 또는 n형 반도체 물질로 형성할 수 있다.In order to connect the bodies of all the cells constituting the memory array on the
여기서, 상기 동일한 도전형을 갖는 반도체 물질은 동일한 종류의 반도체(예컨대, 실리콘)일 수 있으나, 식각률이나 유전상수가 서로 다른 2 이상의 반도체(예컨대, 실리콘 및 실리콘게르마늄)로 구성되되 도전형이 동일한 것일 수도 있다. 후자의 구체적인 예로 반도체 기판(1) 및 각 반도체 스택을 구성하는 반도체층(3)은 모두 p형 실리콘인데, 바디 연결 부재(8b)는 p형 실리콘게르마늄과 p형 실리콘이 교대로 수직 적층된 구조로 형성될 수 있다.
The semiconductor material having the same conductivity type may be the same kind of semiconductor (eg, silicon), but is composed of two or more semiconductors (eg, silicon and silicon germanium) having different etching rates or dielectric constants, but the same conductivity type. It may be. As a specific example of the latter, the
<제 2 <2nd 실시예Example >>
일정 반도체 스택들에 형성된 메모리 셀들의 바디만 연결하기 위해서는, 도 3 및 도 4와 같이, 제 1 도전형(예컨대, p형)을 갖는 반도체 기판(1a)에 이와 반대되는 제 2 도전형(예컨대, n형)을 갖는 웰(well)을 하나 이상 형성하거나, 상기 각 웰에 제 1 도전형(예컨대, p형)을 갖는 제 2의 웰(well)을 하나 이상 형성한 다음, 복수개의 바디 연결 부재들 중 일부(8b1, 8b2)는 도전성 물질(금속 등) 또는 상기 반도체층(3) 및 상기 웰(1b) 또는 제 2의 웰(미도시)과 동일한 도전형을 갖는 반도체 물질로 형성하여, 상기 웰(1b) 또는 제 2의 웰(미도시)로 둘 이상의 소정의 바디 연결 부재들(예컨대, 8b1 및 8b2)만 전기적으로 연결하는 방법으로 구현할 수 있다. 물론, 상기 각 웰마다 하나의 바디 연결 부재가 전기적으로 연결되도록 할 수도 있다.In order to connect only the bodies of memory cells formed in certain semiconductor stacks, as shown in FIGS. 3 and 4, the second conductive type (eg, the opposite) to the
도 4는 도 3과 유사하나, 바디 연결 부재들(8b1', 8b2')이 하나의 물질로 형성되는 것이 아니라, 식각률이나 유전상수가 서로 다른 2 종의 반도체들로 적층되어 구성될 수 있음을 보여준다. 구체적으로, 바디 연결 부재들(8b1', 8b2')은 반도체 스택들(41 내지 46)과 동일한 적층 형상을 가지나, 각 반도체 스택의 절연막(2) 대신 반도체층(3)과 식각률이나 유전상수가 다른 반도체 물질층(2a)으로 대체하여 반도체층(3)과 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 반도체층(3)이 실리콘(Si)이라면, 반도체층과 식각률이나 유전상수가 다른 반도체 물질층(2a)은 실리콘게르마늄(SiGe)일 수 있다.
FIG. 4 is similar to FIG. 3, but the body connection members 8b1 'and 8b2' are not formed of a single material, but may be formed by stacking two semiconductors having different etching rates or dielectric constants. Shows. Specifically, the body connection members 8b1 'and 8b2' have the same stacked shape as the semiconductor stacks 41 to 46, but instead of the insulating
<제 3 <Third 실시예Example >>
각 반도체 스택에 형성된 메모리 셀들의 바디만 연결하기 위해서는, 도 5와 같이, 바디 연결 부재(8b)는 반도체층(3)과 동일한 불순물 유형으로 도핑되어 동일한 도전형을 갖는 반도체 물질로 형성되고, 반도체 기판(1)은 반도체층(3)과 다른 불순물 유형으로 도핑되어 반대 도전형으로 형성되어, 바디 연결 부재(8b)와 반도체 기판(1) 사이에는 pn 접합이 형성되어, 이들 경계면에 형성되는 공핍영역으로, 각 바디 연결 부재(8b)가 반도체 기판(1)과 절연되도록 구현하거나, 도 6과 같이, 바디 연결 부재(8b)와 반도체 기판(1) 사이에 아예 별도의 절연막(2b)이 더 형성하여 구현할 수도 있다.
In order to connect only the bodies of memory cells formed in each semiconductor stack, as shown in FIG. 5, the
마지막으로, 도 11 내지 도 13을 참조하며, 상기 실시예에 의한 메모리 어레이의 컨택 및 배선에 관하여 간단히 설명한다.Finally, referring to Figs. 11 to 13, the contact and wiring of the memory array according to the above embodiment will be briefly described.
도 11에 도시된 바와 같이, 각 반도체 스택의 각 반도체층(3)은 일단에 제 1 방향(예컨대, 도 11의 XX' 방향, 도 2의 x 방향)으로 일정 거리 이격되며 제 2 방향(예컨대, 도 11의 YY' 방향, 도 2의 y 방향)으로 형성된 복수개의 비트라인들(BL) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되고, 타단에 선택 트랜지스터를 통하여 접지되고, 제어전극들(8a)은 비트라인들(BL)과 가까운 하나 또는 둘의 제 2 방향으로 형성된 것을 제외하고, 각각 제 2 방향으로 형성된 복수개의 워드라인들(WL) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되고, 비트라인들(BL)과 가까운 하나 또는 둘의 제 2 방향으로 형성된 제어전극들(8a)은 각각 제 2 방향으로 일정 거리 이격되며 제 1 방향으로 형성된 복수개의 비트선택라인들(BSL, 15, 21) 중 어느 하나와 하나 이상의 바디 컨택 라인(29)과 각각 전기적으로 연결된다. As shown in FIG. 11, each
여기서, 상기 각 비트라인(BL) 및 상기 선택 트랜지스터와 연결되는 각 반도체층(3)의 양단은, 도 12에 도시된 바와 같이, 고농도로 도핑된 연결용 불순물 도핑층(3c)이 더 형성될 수 있다. Here, at both ends of each of the bit lines BL and the semiconductor layers 3 connected to the selection transistors, as shown in FIG. 12, a highly doped connection
도 11에서 각 비트라인(BL)이 동일한 층에 적층된 반도체층들(3)과 전기적으로 연결되는 부분은 각 비트라인(BL) 상에 실선으로 컨택 표시(14)를 하였고, 각 비트라인(BL) 하측에서 각 반도체층(3)이 선택 트랜지스터의 드레인(24)과 소정의 배선(19)으로 연결되는 부분은 각 비트라인(BL) 상에 점선으로 컨택 표시(13)를 하였다. 미설명 도면 부호 28은 바디 컨택 라인(29)과 바디 연결 부재(8b)를 연결하는 컨택을 나타낸다.In FIG. 11, a portion in which each bit line BL is electrically connected to the semiconductor layers 3 stacked on the same layer has a
기타, 도 12는 도 11의 XX'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 13은 도 11의 YY'선을 따라 절단한 단면도이다.12 is a cross-sectional view taken along the line XX 'of FIG. 11, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line YY ′ of FIG. 11.
1, 1a: 반도체 기판
1b: 웰
2, 2b, 26, 27: 절연막
3: 반도체층
3a: 셀의 소스
3b: 셀의 드레인
4, 4'. 4": 터널링 절연막
5, 5': 전하 저장층
6, 6': 블로킹 절연막
7, 7', 7"; 게이트 절연막 스택
8a, 8a', 8a": 제어전극
8b, 8b', 8b", 8b1, 8b2: 바디 연결 부재
9: 분리절연막
10: 워드라인
12, 20: 비트라인
13: 반도체층과 선택 트랜지스터의 드레인 컨택
14: 반도체층과 비트라인 컨택
15, 21: 비트선택라인
16: 선택 트랜지스터의 소스와 접지라인 컨택
17: 선택 트랜지스터의 게이트
18: 선택 트랜지스터의 드레인과 배선 컨택
22: 선택 트랜지스터의 소스
23: 선택 트랜지스터의 게이트절연막
24: 선택 트랜지스터의 드레인
25: 격리 절연막
41, 42, 43, 44, 45, 46: 반도체 스택 1, 1a: semiconductor substrate
1b: well
2, 2b, 26, 27: insulating film
3: semiconductor layer
3a: source of cell
3b: drain of the cell
4, 4 '. 4 ": Tunneling Insulation
5, 5 ': charge storage layer
6, 6 ': blocking insulating film
7, 7 ', 7 "; gate insulating film stack
8a, 8a ', 8a ": control electrode
8b, 8b ', 8b ", 8b1, 8b2: body connecting member
9: Separation insulation film
10: wordline
12, 20: bit line
13: Drain contact between semiconductor layer and select transistor
14: semiconductor layer and bitline contact
15, 21: bit select line
16: Source and Ground Line Contacts of Selected Transistors
17: gate of select transistor
18: Drain and Wiring Contact of Select Transistor
22: source of select transistor
23: gate insulating film of select transistor
24: drain of select transistor
25: insulating film
41, 42, 43, 44, 45, 46: semiconductor stack
Claims (19)
상기 반도체 스택의 일 측면 상에 상기 제 1 방향을 따라 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 전하 저장층을 포함한 게이트 절연막 스택들;
상기 각 게이트 절연막 스택 상에 형성된 복수개의 제어전극들; 및
상기 제어전극들 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들 사이에 채워진 분리절연막을 포함하여 구성되되,
상기 반도체 스택의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재가 더 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
A semiconductor stack on which the insulating film and the semiconductor layer are alternately repeatedly stacked on the semiconductor substrate and formed to have a predetermined length in a horizontal first direction;
Gate insulating layer stacks including a plurality of charge storage layers spaced apart from each other by a predetermined distance on one side of the semiconductor stack in a first direction;
A plurality of control electrodes formed on the gate insulating film stacks; And
A separation insulating film filled between the control electrodes and between the gate insulating film stacks,
And a body connection member for vertically connecting the stacked semiconductor layers on the other side of the semiconductor stack.
상기 바디 연결 부재는 담장 또는 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 1,
And the body connecting member has a fence or column shape.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
3. The method according to claim 1 or 2,
And the body connection member is electrically connected to the semiconductor substrate.
상기 바디 연결 부재는 상기 바디 연결 부재 상에 형성되는 금속 배선과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
3. The method according to claim 1 or 2,
And the body connection member is electrically connected to a metal line formed on the body connection member.
상기 반도체 스택의 상기 반도체층은 상기 절연막보다 폭이 커서 상기 게이트 절연막 스택들이 형성되는 측면에 돌출된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
3. The method according to claim 1 or 2,
And the semiconductor layer of the semiconductor stack is larger than the insulating film so as to protrude from a side surface on which the gate insulating film stacks are formed.
상기 반도체 스택의 상기 반도체층은 상기 게이트 절연막 스택들이 형성되는 측면에 곡면 구조로 돌출된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 5, wherein
And the semiconductor layer of the semiconductor stack protrudes in a curved structure on a side surface on which the gate insulating layer stacks are formed.
상기 각 게이트 절연막 스택은 상기 반도체층의 곡면 구조 상에 터널링 절연막/상기 전하 저장층/블로킹 절연막으로 형성되고,
상기 전하 저장층은 도전성 박막, 트랩을 가진 절연막, 나노 크기의 도트(dot)가 분산된 절연막 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method according to claim 6,
Each gate insulating film stack is formed of a tunneling insulating film / the charge storage layer / blocking insulating film on the curved structure of the semiconductor layer,
The charge storage layer is a memory cell string stack, characterized in that formed of any one of a conductive thin film, an insulating film having a trap, an insulating film in which nano-sized dots are dispersed.
상기 반도체층의 상기 제 1 방향을 따라 상기 제어전극들과 교차하는 위치에 메모리 셀 소자들이 형성되고,
상기 메모리 셀 소자들은 상기 반도체층에 상기 제어전극들로부터의 프린징 전계(fringing field)에 의해 형성되는 반전층(inversion layer)이나 축적층(accumulation layer)으로 서로 연결되어 메모리 셀 스트링을 이루는 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 7, wherein
Memory cell elements are formed at positions crossing the control electrodes along the first direction of the semiconductor layer,
The memory cell elements may be connected to each other by an inversion layer or an accumulation layer formed by a fringing field from the control electrodes in the semiconductor layer to form a memory cell string. Memory cell string stack.
상기 반도체층의 상기 제 1 방향을 따라 상기 제어전극들과 교차하는 위치에 메모리 셀 소자들이 형성되고,
상기 메모리 셀 소자들은 상기 제어전극들 사이의 상기 반도체층에 불순물 도핑층으로 소스/드레인이 형성되어 서로 연결되며 메모리 셀 스트링을 이루는 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 7, wherein
Memory cell elements are formed at positions crossing the control electrodes along the first direction of the semiconductor layer,
And the memory cell elements are connected to each other by forming a source / drain in the semiconductor layer between the control electrodes as an impurity doping layer and forming a memory cell string.
상기 반도체 스택들 사이로 마주보는 각 반도체 스택의 일 측면 상에 상기 제 1 방향을 따라 일정 거리 이격되며 복수개 형성된 전하 저장층을 포함한 게이트 절연막 스택들;
상기 각 게이트 절연막 스택 상에 상기 반도체 스택들 사이의 이격 공간에 형성된 복수개의 제어전극들; 및
상기 제어전극들 사이 및 상기 게이트 절연막 스택들 사이에 채워진 분리절연막을 포함하여 구성되되,
상기 각 반도체 스택의 타 측면 상에는 적층된 상기 반도체층을 수직으로 연결하는 바디 연결 부재가 더 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
A plurality of semiconductor stacks each having an insulating layer and a semiconductor layer repeatedly alternately stacked on the semiconductor substrate, the semiconductor stacks having a predetermined length in a horizontal first direction, spaced a predetermined distance in a horizontal second direction;
Gate insulating layer stacks including a plurality of charge storage layers spaced apart at a predetermined distance along the first direction on one side of each semiconductor stack facing each other between the semiconductor stacks;
A plurality of control electrodes formed in the spaced spaces between the semiconductor stacks on the gate insulating film stacks; And
A separation insulating film filled between the control electrodes and between the gate insulating film stacks,
And a body connection member for vertically connecting the stacked semiconductor layers on the other side of each of the semiconductor stacks.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 스택들 사이 중 상기 게이트 절연막 스택들, 상기 제어전극들 및 상기 분리절연막이 형성되지 않은 사이의 이격 공간에 담장 형상으로 채워지거나 하나 이상의 기둥으로 절연막과 함께 채워져 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
11. The method of claim 10,
The body connection member may be formed in a space between the semiconductor stacks between the gate insulating film stacks, the control electrodes, and the separation insulating film, in a fence shape, or by filling the insulating film with one or more pillars. Memory array.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층 및 상기 반도체 기판과 동일한 불순물 유형으로 도핑된 반도체 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
The method of claim 10 or 11,
The body connecting member is formed of a semiconductor material doped with the same impurity type as the semiconductor layer and the semiconductor substrate.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 10 or 11,
And the body connection member is electrically connected to the semiconductor substrate.
상기 반도체 기판에는 상기 반도체 기판과 불순물 유형이 다른 웰(well)이 하나 이상 형성되어 있고,
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층 및 상기 각 웰과 동일한 불순물 유형을 갖는 반도체 물질로 형성되고, 상기 각 웰에 하나 이상의 상기 바디 연결 부재가 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
The method of claim 10 or 11,
One or more wells having different impurity types from the semiconductor substrate are formed in the semiconductor substrate,
And the body connection member is formed of a semiconductor material having the same impurity type as the semiconductor layer and each well, and at least one body connection member is electrically connected to each well.
상기 바디 연결 부재는 상기 반도체층과 동일한 불순물 유형으로 도핑된 반도체 물질로 형성되고,
상기 반도체 기판은 상기 반도체층과 다른 불순물 유형으로 도핑된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
The method of claim 10 or 11,
The body connection member is formed of a semiconductor material doped with the same impurity type as the semiconductor layer,
And the semiconductor substrate is doped with a different impurity type from the semiconductor layer.
상기 바디 연결 부재는 상기 바디 연결 부재 상에 형성되는 금속 배선과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 메모리 셀 스트링 스택.
The method of claim 10 or 11,
And the body connection member is electrically connected to a metal line formed on the body connection member.
상기 바디 연결 부재와 상기 반도체 기판 사이에는 절연막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
The method of claim 10 or 11,
And an insulating film is formed between the body connection member and the semiconductor substrate.
상기 바디 연결 부재는 상기 각 반도체 스택에서 상기 절연막 대신 상기 반도체층과 식각률 또는 유전상수가 다른 반도체 물질층으로 상기 반도체층과 교대로 반복 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.
The method of claim 10 or 11,
The body connection member may be formed by alternately stacking the semiconductor layer with a semiconductor material layer having an etch rate or dielectric constant different from the semiconductor layer instead of the insulating layer in each semiconductor stack.
상기 반도체층은 실리콘(Si)이고,
상기 반도체층과 식각률이 다른 반도체 물질층은 실리콘게르마늄(SiGe)인 것을 특징으로 하는 메모리 어레이.The method of claim 18,
The semiconductor layer is silicon (Si),
The semiconductor material layer having a different etching rate from the semiconductor layer is silicon germanium (SiGe).
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