KR20130086778A - Manufacturing method of vertical non-volatile memory device - Google Patents

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KR20130086778A
KR20130086778A KR1020120007737A KR20120007737A KR20130086778A KR 20130086778 A KR20130086778 A KR 20130086778A KR 1020120007737 A KR1020120007737 A KR 1020120007737A KR 20120007737 A KR20120007737 A KR 20120007737A KR 20130086778 A KR20130086778 A KR 20130086778A
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김중호
황기현
김동우
김성길
김진균
이성해
최지훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a vertical type non-volatile memory device is provided to improve an electrical property by using a semiconductor pillar for connecting a substrate and a semiconductor layer. CONSTITUTION: A polysilicon mask pattern (130) is formed on a substrate. A channel hole part for exposing the substrate is formed. A spacer layer for covering the upper surface of the polysilicon mask pattern is formed. A semiconductor pillar (155) is formed on the substrate. A semiconductor layer (170) in contact with the semiconductor pillar is formed.

Description

수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법{Manufacturing method of vertical non-volatile memory device}Manufacturing method of vertical non-volatile memory device

본 발명은 반도체 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device.

소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 반도체 장치의 집적도를 증가시키는 것이 요구되고 있다. 반도체 장치의 경우, 그 집적도는 제품의 가격을 결정하는 중요한 요인이기 때문에, 특히 증가된 집적도가 요구되고 있다. 종래의 2차원 또는 평면적 반도체 장치의 경우, 그 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 패턴의 미세화를 위해서는 초고가의 장비들이 필요하기 때문에, 2차원 반도체 장치의 집적도는 증가하고는 있지만 여전히 제한적이다. It is required to increase the degree of integration of semiconductor devices in order to meet the excellent performance and low price required by consumers. In the case of semiconductor devices, since the degree of integration is an important factor in determining the price of a product, an increased degree of integration is particularly required. In the case of the conventional two-dimensional or planar semiconductor device, since the integration degree is mainly determined by the area occupied by the unit memory cell, it is greatly influenced by the level of the fine pattern formation technique. However, the integration of the two-dimensional semiconductor device is increasing, but is still limited, because of the high-cost equipment required to miniaturize the pattern.

이러한 한계를 극복하기 위한, 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 장치들이 제안되고 있다. 그러나, 3차원 반도체 장치의 대량 생산을 위해서는, 비트당 제조 비용을 2차원 반도체 장치의 그것보다 줄일 수 있으면서 신뢰성 있는 제품 특성을 구현할 수 있는 공정 기술이 요구되고 있다. In order to overcome this limitation, three-dimensional semiconductor devices having memory cells arranged three-dimensionally have been proposed. However, for mass production of three-dimensional semiconductor devices, a process technology capable of realizing reliable product characteristics while reducing manufacturing cost per bit than that of two-dimensional semiconductor devices is required.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 향상된 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a vertical nonvolatile memory device having improved electrical characteristics.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 희생막들 및 절연막들을 교대로 그리고 반복적으로 적층된 기판 상에 폴리 실리콘 마스크 패턴을 형성 하는 단계; 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴을 이용하여, 상기 기판을 노출시키는 채널 개구부를 형성하는 단계; 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴 상의 상면을 덮는 스페이서막을 형성하는 단계; 선택적인 에피텍셜 성장으로 상기 채널 개구부 내에 노출된 상기 기판으로부터 반도체 기둥을 형성하는 단계; 및 상기 채널 개구부 내에 상기 반도체 기둥과 접촉하는 반도체막을 형성하는 단계를 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.One embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device. The present invention provides a method for forming a polysilicon mask pattern on a substrate in which sacrificial layers and insulating layers are alternately and repeatedly stacked; Forming a channel opening exposing the substrate by using the poly silicon mask pattern; Forming a spacer film covering an upper surface of the polysilicon mask pattern; Forming a semiconductor pillar from the substrate exposed in the channel opening with selective epitaxial growth; And forming a semiconductor film in contact with the semiconductor pillar in the channel opening.

상기 반도체 기둥은 상기 채널 개구부 내의 하부 부분을 채우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.The semiconductor pillar includes a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device, wherein the semiconductor pillar is formed to fill a lower portion of the channel opening.

상기 반도체 기둥을 형성한 후, 전 세정 공정(pre-cleaning)에 의해 상기 스페이서막을 제거하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 포함한다.After the semiconductor pillars are formed, the method may further include removing the spacer layer by pre-cleaning.

상기 반도체막을 형성하기 전에, 상기 채널 개구부 내벽에 수직 절연패턴 및 반도체 스페이서을 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.And forming a vertical insulating pattern and a semiconductor spacer on an inner wall of the channel opening before forming the semiconductor layer.

상기 채널 개구부 내벽에 상기 수직 절연 패턴 및 반도체 스페이서를 형성하는 단계는: 상기 수직 절연막 및 반도체 스페이서막을 차례로 형성하는 단계; 상기 반도체 기둥 상면에 형성된 상기 수직 절연막과 상기 반도체 스페이서막을 제거하여 상기 반도체 기둥을 노출시키는 단계를 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.The forming of the vertical insulating pattern and the semiconductor spacer on the inner wall of the channel opening may include: sequentially forming the vertical insulating layer and the semiconductor spacer layer; And removing the vertical insulating film and the semiconductor spacer film formed on the upper surface of the semiconductor pillar to expose the semiconductor pillar.

상기 수직 절연막은 비휘발성 메모리 소자의 데이터 저장막을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.The vertical insulating film includes a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device, characterized in that it comprises a data storage film of the nonvolatile memory device.

상기 채널 개구부 내에 상기 반도체 기둥과 접촉하는 반도체막을 형성하는 단계는: 상기 반도체막이 형성된 상기 채널 개구부 내에 매립 절연막을 채우는 단계; 상기 채널 개구부 양측에 상기 절연막들과 상기 희생막들을 패터닝하여 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 트렌치에 노출된 상기 희생막들을 리세스하여 상부 리세스 영역들 및 하부 리세스 영역들을 형성하는 단계; 및 상기 상부 및 상기 하부 리세스 영역들 내에 수평 절연막과 도전패턴을 차례로 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.The step of forming a semiconductor film in contact with the semiconductor pillar in the channel opening may include: filling a buried insulating film in the channel opening in which the semiconductor film is formed; Patterning the insulating layers and the sacrificial layers on both sides of the channel opening to form trenches; Recessing the sacrificial layers exposed in the trench to form upper and lower recess regions; And sequentially forming a horizontal insulating layer and a conductive pattern in the upper and lower recess regions, respectively.

상기 하부 리세스 영역들은 상기 반도체 기둥의 일부를 노출시키는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다. The lower recess regions include a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device, wherein the lower recess regions expose a portion of the semiconductor pillar.

상기 수평 절연막은 비휘발성 메모리 소자의 데이터 저장막을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법을 포함한다.The horizontal insulating film includes a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device, characterized in that it comprises a data storage film of the nonvolatile memory device.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법은 채널 개구부를 형성할 때, 기판이 노출되도록 형성하여 상기 기판으로부터 선택적인 에피텍셜 성장을 진행한다. 이에 따라, 선택적인 에피텍셜 성장으로 형성된 반도체 기둥이 상기 기판과 반도체막을 전기적으로 연결시켜 전기적 특성이 향상된 수직형 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.In the method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, when the channel opening is formed, the substrate is exposed so that selective epitaxial growth is performed from the substrate. Accordingly, a semiconductor pillar formed by selective epitaxial growth may electrically connect the substrate and the semiconductor film to manufacture a vertical nonvolatile memory device having improved electrical characteristics.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법은 폴리 실리콘 마스크 패턴 상에 스페이서막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판이 노출된 상기 채널 개구부 하부면에 선택적인 에피택셜 성장을 진행할 때, 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴에서의 실리콘 성장을 억제하여, 실리콘 성장이 원하는 부분에 형성될 수 있다. In the manufacturing method of the vertical nonvolatile memory device according to the exemplary embodiment of the present invention, a spacer layer may be formed on the polysilicon mask pattern. Accordingly, when the epitaxial growth is selectively performed on the lower surface of the channel opening to which the substrate is exposed, silicon growth in the polysilicon mask pattern may be suppressed, so that silicon growth may be formed in a desired portion.

도 1a 내지 도 1k는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.1A through 1K are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. For example, the etched area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.

도 1a 내지 도 1k는 본 발명의 실시예에 따른 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 1A to 1K are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 희생막들(110)과 절연막들(120, 120L, 120U)을 교대로 그리고 반복적으로 적층한다. 상기 기판(10)은 반도체 특성을 갖는 물질들, 절연성 물질들, 절연성 물질에 의해 덮인 반도체 또는 도전체 중의 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 또는 화합물 반도체 기판 등 일 수 있다. Referring to FIG. 1A, the sacrificial layers 110 and the insulating layers 120, 120L, and 120U are alternately and repeatedly stacked on the substrate 10. The substrate 10 may be one of materials having semiconductor characteristics, insulating materials, and a semiconductor or a conductor covered by the insulating material. For example, the substrate 10 may be a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon-germanium substrate, or a compound semiconductor substrate.

상기 희생막들(110)은 상기 절연막들(120, 120L, 120U)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 소정의 식각 레서피를 사용하여 상기 희생막들(110)을 식각하는 공정에서, 상기 희생막들(110)은 상기 절연막들(120, 120L, 120U)의 식각을 최소화 하면서 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 알려진 것처럼, 이러한 식각 선택성(etch selectivity)은 상기 절연막들(120, 120L, 120U)의 식각 속도에 대한 상기 희생막들(110)의 식각 속도의 비율을 통해 정량적으로 표현될 수 있다. The sacrificial layers 110 may be formed of a material having an etch selectivity with respect to the insulating layers 120, 120L, and 120U. That is, in the process of etching the sacrificial layers 110 using a predetermined etching recipe, the sacrificial layers 110 may be etched while minimizing the etching of the insulating layers 120, 120L, and 120U. It can be formed as. As is known, such etch selectivity may be quantitatively expressed through a ratio of etching rates of the sacrificial layers 110 to etching rates of the insulating layers 120, 120L, and 120U.

상기 희생막들(110)은 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드, 실리콘 산질화막 및 실리콘 질화막 중의 적어도 하나일 수 있으며, 상기 절연막들(120, 120L, 120U)과 다른 물질일 수 있다. 상기 절연막들(120, 120L, 120U)은 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드, 실리콘 산질화막 및 실리콘 질화막 중의 적어도 하나일 수 있으며, 상기 희생막들(110)과 다른 물질일 수 있다. The sacrificial layers 110 may be at least one of a silicon layer, a silicon oxide layer, a silicon carbide, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride layer, and may be formed of a material different from those of the insulating layers 120, 120L, and 120U. The insulating layers 120, 120L, and 120U may be at least one of a silicon layer, a silicon oxide layer, a silicon carbide, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride layer, and may be formed of a material different from that of the sacrificial layers 110.

상기 희생막들(110)은 실질적으로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 상기 절연막들(120, 120L, 120U)의 두께는 모두 동일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 최하부의 절연막(120L)은 상기 절연막들(120, 120U)에 비하여 얇게 형성될 수 있다. 상기 최상부의 절연막(120U)은 상기 절연막들(120, 120L)에 비하여 두껍게 형성될 수 있다. 이러한 절연막들의 두께는 도시된 것으로부터 다양하게 변형될 수 있다. 상기 희생막들(110)과 상기 절연막들(120, 120L, 120U)의 층수는 다양하게 변형될 수 있다.The sacrificial layers 110 may be formed to have substantially the same thickness. The thicknesses of the insulating layers 120, 120L, and 120U may not be the same. For example, the lowermost insulating layer 120L may be thinner than the insulating layers 120 and 120U. The uppermost insulating layer 120U may be formed thicker than the insulating layers 120 and 120L. The thickness of these insulating layers may be variously modified from those shown. The number of layers of the sacrificial layers 110 and the insulating layers 120, 120L, and 120U may be variously modified.

도 1b를 참조하면, 상기 최상부의 절연막(120U) 상에 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)을 형성한다. 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(10)이 노출되도록 이방성 식각함으로써, 상기 기판(10)을 노출시키는 채널 개구부(140)를 형성한다. 상기 기판(10)은 오버 식각(over etch)에 의해 소정의 깊이로 리세스될 수 있다. 상기 채널 개구부(140)의 형성으로 상기 희생막들(110)과 상기 절연막들(120, 120L, 120U)의 측벽이 노출될 수 있다. 상기 채널 개구부(140)는 상기 이방성 식각 공정에 의하여 상기 기판(10)으로부터의 높이에 따라 다른 폭을 가질 수 있다. 즉, 상기 채널 개구부(140)는 상기 기판(10)에 대해 경사진 측벽을 가질 수 있다. 상기 채널 개구부(140)는 홀 형태일 수 있다. 상기 채널 개구부(140)는 평면적 관점(in plan view)에서 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.Referring to FIG. 1B, a polysilicon mask pattern 130 is formed on the uppermost insulating layer 120U. The channel opening 140 exposing the substrate 10 is formed by anisotropically etching the substrate 10 using the polysilicon mask pattern 130 as an etching mask. The substrate 10 may be recessed to a predetermined depth by over etching. Formation of the channel opening 140 may expose sidewalls of the sacrificial layers 110 and the insulating layers 120, 120L, and 120U. The channel opening 140 may have a different width depending on the height from the substrate 10 by the anisotropic etching process. That is, the channel opening 140 may have sidewalls that are inclined with respect to the substrate 10. The channel opening 140 may have a hole shape. The channel opening 140 may be circular, elliptical or polygonal in plan view.

도 1c를 참조하면, 상기 채널 개구부(140)을 형성한 후, 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)의 상면을 덮는 스페이서막(150)를 형성한다. 상기 스페이서막(150)은 화학 기상 증착법 또는 원자층 증착법 중 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 스페이서막(150)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 일 수 있다. 상기 스페이서막(150)은 물리적 기상 증착 또는 화학 기상 증착과 같은 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 증착 공정을 이용하여 상기 스페이서막(150)을 형성할 때, 상기 스페이서막(150)은 상기 채널 개구부(140) 측벽 상부를 덮을 수 있다. 한편, 상기 채널 개구부의 종횡비(aspect ratio)가 크기 때문에 상기 채널 개구부(140)의 하부까지 증착되는 것이 어려울 수 있다. 즉, 채널 개구부(140)에 의해 노출된 상기 기판(10)의 상면에 스페이서 막(150)이 증착되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 1C, after forming the channel opening 140, a spacer layer 150 covering the top surface of the polysilicon mask pattern 130 is formed. The spacer layer 150 may be formed using any one of chemical vapor deposition and atomic layer deposition. The spacer layer 150 may be a silicon oxide layer or a silicon nitride layer. The spacer layer 150 may be formed using a deposition process such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition. When the spacer layer 150 is formed using the deposition process, the spacer layer 150 may cover an upper sidewall of the channel opening 140. Meanwhile, since the aspect ratio of the channel opening is large, it may be difficult to deposit the lower portion of the channel opening 140. That is, the spacer film 150 may not be deposited on the upper surface of the substrate 10 exposed by the channel opening 140.

상기 스페이서막(150)을 형성한 후, 상기 채널 개구부(140)의 하부면을 채우는 반도체 기둥(155)을 형성한다. 상기 반도체 기둥(155)은 채널 개구부(140)에 노출된 상기 기판(10)을 씨드로 이용하는 선택적인 에피텍셜 성장(Selective epitaxial Growing)을 이용하여 상기 기판(10)으로부터 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판이 단결정 실리콘 기판인 경우, 상기 반도체 기둥(155)은 단결정 실리콘막일 수 있다. 상기 반도체 기둥(155)은 상기 기판(10)과 같은 도전형의 반도체 또는 진성 반도체(intrinsic semiconductor)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(10)이 p형 도전형을 갖는 반도체 물질(예를 들면, 실리콘 웨이퍼)인 경우, 상기 반도체 기둥(155)은 p형 또는 진성 반도체일 수 있다. 상기 스페이서막(150)은 상기 선택적인 에피텍셜 성장법으로 상기 반도체 기둥(155)을 형성할 때, 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)에서의 실리콘 성장을 억제한다. After forming the spacer layer 150, a semiconductor pillar 155 is formed to fill the lower surface of the channel opening 140. The semiconductor pillar 155 may be formed from the substrate 10 using selective epitaxial growing using the substrate 10 exposed to the channel opening 140 as a seed. Accordingly, when the substrate is a single crystal silicon substrate, the semiconductor pillar 155 may be a single crystal silicon film. The semiconductor pillar 155 may be formed of a conductive semiconductor or an intrinsic semiconductor, such as the substrate 10. For example, when the substrate 10 is a semiconductor material (eg, a silicon wafer) having a p-type conductivity, the semiconductor pillar 155 may be a p-type or an intrinsic semiconductor. The spacer layer 150 suppresses silicon growth in the polysilicon mask pattern 130 when the semiconductor pillar 155 is formed by the selective epitaxial growth method.

도 1d를 참조하면, 상기 스페이서막(150)는 전 세정(pre-cleaning) 공정으로 제거될 수 있다. 상기 스페이서막(150)은 완전히 제거될 수 있다. 또는 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)의 상부면과 상기 채널 개구부(140)의 윗 측벽의 일부분에 잔존하여 상기 스페이서(151)가 형성될 수 있다. 상기 전 세정(pre-cleaning)공정은 등방성 식각 공정 또는 이방성 식각 공정 일 수 있다. Referring to FIG. 1D, the spacer layer 150 may be removed by a pre-cleaning process. The spacer layer 150 may be completely removed. Alternatively, the spacer 151 may be formed by remaining on an upper surface of the polysilicon mask pattern 130 and a portion of an upper sidewall of the channel opening 140. The pre-cleaning process may be an isotropic etching process or an anisotropic etching process.

상기 전 공정으로 상기 스페이서(151)가 형성된 상기 채널 개구부(140) 내벽에 수직 절연막(160)과 반도체 스페이서막(162)을 차례로 형성한다. 상기 수직 절연막(160)과 상기 반도체 스페이서막(162)은 상기 채널 개구부(140)를 완전히 매립하지 않는 두께로, 상기 채널 개구부들(140)의 내벽을 컨포멀하게 덮도록 형성될 수 있다. 상기 수직 절연막(160)은 상기 채널 개구부(140)에 노출된 상기 반도체 기둥(155)의 상부면을 덮을 수 있다. In the previous process, the vertical insulating layer 160 and the semiconductor spacer layer 162 are sequentially formed on an inner wall of the channel opening 140 in which the spacer 151 is formed. The vertical insulating layer 160 and the semiconductor spacer layer 162 may be formed to conformally cover inner walls of the channel openings 140 to a thickness not completely filling the channel openings 140. The vertical insulating layer 160 may cover the upper surface of the semiconductor pillar 155 exposed in the channel opening 140.

상기 수직 절연막(160)은 하나의 박막 또는 복수의 박막들로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 수직 절연막(160)은 전하트랩형 비휘발성 메모리 트랜지스터의 메모리 요소로서 사용되는 박막들(예를 들면, 데이터 저장막) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 수직 절연막(160)은 상기 희생막들(110)에 대해 식각 선택성을 갖는 절연성 물질로 형성될 수 있으며, 하나 또는 복수의 박막들을 포함할 수 있다. The vertical insulating layer 160 may be formed of one thin film or a plurality of thin films. For example, the vertical insulating layer 160 may include at least one of thin films (eg, data storage layers) used as memory elements of a charge trapping nonvolatile memory transistor. The vertical insulating layer 160 may be formed of an insulating material having an etch selectivity with respect to the sacrificial layers 110, and may include one or a plurality of thin films.

상기 반도체 스페이서막(162)은 원자층 증착(ALD)기술 또는 화학적 기상 증착(CVD) 기술 중 어느 하나에 의하여 형성되는 다결정 실리콘막일 수 있다. 이와 달리, 상기 반도체 스페이서막(162)은 유기 반도체막 및 탄소 나노 구조체들 중의 한가지일 수도 있다. The semiconductor spacer layer 162 may be a polycrystalline silicon layer formed by one of an atomic layer deposition (ALD) technique or a chemical vapor deposition (CVD) technique. Alternatively, the semiconductor spacer layer 162 may be one of an organic semiconductor layer and carbon nanostructures.

도 1e를 참조하면, 상기 반도체 스페이서막(162) 및 상기 수직 절연막(160)을 이방성 식각하여 상기 반도체 기둥(155)의 상부면을 노출시키는 반도체 스페이서(163) 및 수직 절연 패턴(161)을 형성한다. 이에 따라, 상기 수직 절연 패턴(161) 및 상기 반도체 스페이서(163)는 열린 양단을 갖는 원통 모양으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1E, the semiconductor spacer layer 162 and the vertical insulating layer 160 are anisotropically etched to form a semiconductor spacer 163 and a vertical insulating pattern 161 exposing the top surface of the semiconductor pillar 155. do. Accordingly, the vertical insulating pattern 161 and the semiconductor spacer 163 may be formed in a cylindrical shape having both open ends.

한편, 상기 이방성 식각 단계 동안, 상기 반도체 스페이서막(162)의 아래에 위치하는 상기 수직 절연막(160)의 일부분은 식각되지 않을 수 있으며, 이 경우, 상기 수직 절연패턴(161)은 상기 반도체 스페이서막(162)의 바닥면과 상기 반도체 기둥(155)의 상부면 사이에 개재되는 바닥부를 가질 수 있다. Meanwhile, during the anisotropic etching step, a portion of the vertical insulating layer 160 positioned below the semiconductor spacer layer 162 may not be etched. In this case, the vertical insulating pattern 161 may be formed of the semiconductor spacer layer. It may have a bottom portion interposed between the bottom surface of the 162 and the top surface of the semiconductor pillar 155.

이에 더하여, 상기 수직 절연막(160)과 상기 반도체 스페이서막(162)에 대한 이방성 식각의 결과로서, 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130) 상에 잔존하고 있는 스페이서(151)의 상부면이 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 수직 절연 패턴(161) 및 상기 반도체 스페이서(163)은 상기 채널 개구부(140) 내에 국소화될 수 있다. 즉, 상기 수직 절연 패턴(161) 및 상기 반도체 스페이서(163)은 xy 평면 상에 2차원적으로 배열될 수 있다.In addition, an upper surface of the spacer 151 remaining on the polysilicon mask pattern 130 may be exposed as a result of anisotropic etching of the vertical insulating layer 160 and the semiconductor spacer layer 162. . Accordingly, the vertical insulating pattern 161 and the semiconductor spacer 163 may be localized in the channel opening 140. That is, the vertical insulating pattern 161 and the semiconductor spacer 163 may be two-dimensionally arranged on the xy plane.

도 1f를 참조하면, 상기 수직 절연 패턴(161) 및 상기 반도체 스페이서(163)이 형성된 후, 상기 채널 개구부(140)의 빈 공간 내에 반도체막(170) 및 매립 절연막(180)을 차례로 형성한다. Referring to FIG. 1F, after the vertical insulating pattern 161 and the semiconductor spacer 163 are formed, the semiconductor film 170 and the buried insulating film 180 are sequentially formed in the empty space of the channel opening 140.

상기 반도체막(170)의 하부영역 일부는 상기 반도체 기둥(155)의 상부면에 삽입될 수도 있다.A portion of the lower region of the semiconductor film 170 may be inserted into the upper surface of the semiconductor pillar 155.

상기 반도체막(170)은 원자층 증착(ALD)기술 또는 화학적 기상 증착(CVD)기술 중의 어느 한가지를 사용하여 형성되는 다결정 실리콘막일 수 있다. 상기 반도체막(170)은 상기 채널 개구부(140)를 완전히 매립하지 않는 두께를 가지고 컨포멀하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 반도체막(170)은 상기 채널 개구부(140) 내에 파이프 형태(pipe-shaped), 중공의 실린더 형태 (hollow cylindrical shape), 또는 컵(cup) 모양으로 형성될 수 있다.The semiconductor film 170 may be a polycrystalline silicon film formed using any one of an atomic layer deposition (ALD) technique or a chemical vapor deposition (CVD) technique. The semiconductor layer 170 may be conformally formed to have a thickness that does not completely fill the channel opening 140. That is, the semiconductor film 170 may be formed in a pipe-shaped, hollow cylindrical shape, or cup shape in the channel opening 140.

상기 반도체막(170)은 상기 이방성 식각으로 노출된 상기 반도체 기둥(155)의 상부면과 접촉될 수 있다. 그러므로 상기 반도체 기둥(155)은 상기 기판(10)과 상기 반도체막(170)을 전기적으로 연결시켜주어 전기적 특성이 향상된 수직형 비휘발성 메모리 소자를 제조할 수 있다.The semiconductor layer 170 may be in contact with an upper surface of the semiconductor pillar 155 exposed by the anisotropic etching. Therefore, the semiconductor pillar 155 may electrically connect the substrate 10 and the semiconductor layer 170 to manufacture a vertical nonvolatile memory device having improved electrical characteristics.

상기 매립 절연막(180)은 상기 반도체막(170)이 형성된 상기 채널 개구부(140)를 채우도록 형성될 수 있으며, 에스오지(SOG) 기술을 이용하여 형성되는 절연성 물질들 및 실리콘 산화막 중의 하나일 수 있다. The buried insulating layer 180 may be formed to fill the channel opening 140 in which the semiconductor layer 170 is formed, and may be one of insulating materials and silicon oxide layers formed by using SOG technology. have.

상기 매립 절연막(180)을 형성하기 전에, 상기 반도체막(170)이 형성된 결과물을 수소 또는 중수소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 수소 어닐링 단계가 더 실시될 수 있다. 상기 반도체 스페이서(163) 및 상기 반도체막(170) 내에 존재하는 결정 결함들중의 많은 부분이 이러한 수소 어닐링 단계에 의해 치유될 수 있다. Before forming the buried insulating layer 180, a hydrogen annealing step may be further performed to heat-treat the resulting product on which the semiconductor film 170 is formed in a gas atmosphere containing hydrogen or deuterium. Many of the crystal defects present in the semiconductor spacer 163 and the semiconductor film 170 may be healed by this hydrogen annealing step.

도 1g를 참조하면, 상기 최상부의 절연막(120U)을 식각 정지막으로 사용하여, 평탄화 공정이 수행될 수 있다. 상기 평탄화 공정은 에치백 공정 또는 화학적 기계적 연마(CMP) 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해, 상기 최상부의 절연막(120U) 상의 상기 폴리 실리콘 마스크 패턴(130)이 제거될 수 있다. Referring to FIG. 1G, the planarization process may be performed using the uppermost insulating layer 120U as an etch stop layer. The planarization process may be performed by an etch back process or a chemical mechanical polishing (CMP) method. The polysilicon mask pattern 130 on the uppermost insulating layer 120U may be removed by the planarization process.

상기 채널 개구부(140) 내에 형성된 상기 스페이서(151), 상기 수직 절연 패턴(161), 상기 반도체 스페이서(163), 및 상기 반도체막(170)의 상부 영역을 리세스한 후, 리세스된 영역 내에 도전 물질을 채워 도전 패드(D)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 도전 패드(D)는 상기 도전 패드(D)의 아래에 위치하는 상기 반도체막(170)과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 상기 도전 패드(D)를 형성으로 상기 스페이서(151)가 완전히 제거될 수 있다. 상기 도전 패드(D)는 그 하부 영역과 다이오드를 구성할 수 있다. The upper region of the spacer 151, the vertical insulating pattern 161, the semiconductor spacer 163, and the semiconductor layer 170 formed in the channel opening 140 is recessed, and then within the recessed region. The conductive pad D may be formed by filling the conductive material. In addition, the conductive pad D may be formed by doping impurities of a different conductivity type from the semiconductor film 170 positioned below the conductive pad D. FIG. The spacer 151 may be completely removed by forming the conductive pad D. The conductive pad D may form a lower region and a diode.

도 1h를 참조하면, 상기 희생막들(110)과 상기 절연막들(120, 120L, 120U)을 연속적으로 패터닝하여 트렌치들(210, trench)을 형성한다. 상기 트렌치들(210)은 교대로 그리고 반복적으로 적층된 희생패턴들(110a)과 절연패턴들(120a, 120La, 120Ua)을 정의한다. 상기 한 쌍의 트렌치들(210)은 상기 채널 개구부(140)의 양측에 형성되어, 상기 트렌치들(210)의 측벽에 상기 희생 패턴들(110a)과 상기 절연패턴들(120a, 120La, 120Ua)이 노출될 수 있다. 수평적 모양에 있어서, 상기 트렌치들(210)은 라인 형태 또는 직사각형으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1H, trenches 210 may be formed by successively patterning the sacrificial layers 110 and the insulating layers 120, 120L, and 120U. The trenches 210 define sacrificial patterns 110a and insulating patterns 120a, 120La, and 120Ua that are alternately and repeatedly stacked. The pair of trenches 210 are formed at both sides of the channel opening 140, and the sacrificial patterns 110a and the insulating patterns 120a, 120La, and 120Ua are formed on sidewalls of the trenches 210. This can be exposed. In the horizontal shape, the trenches 210 may be formed in a line shape or a rectangle.

상기 트렌치들(210)을 형성하는 방법은 상기 최상부의 절연막(120U) 상부에 식각 마스크를 형성한 후, 상기 기판(10)의 상부면이 노출될 때까지 상기 식각 마스크 아래의 막들을 이방성 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이방성 식각 단계에서의 과도 식각(over-etch)의 결과로서, 상기 트렌치들(210) 아래의 상기 기판(10)은 소정의 깊이로 리세스될 수 있다. 또한, 상기 트렌치들(210)은 상기 기판(10)으로부터 거리에 따라 다른 폭을 가질 수 있다. The trenches 210 may be formed by forming an etching mask on the uppermost insulating layer 120U, and then anisotropically etching the layers under the etching mask until the upper surface of the substrate 10 is exposed. It may include a step. As a result of over-etch in the anisotropic etching step, the substrate 10 under the trenches 210 may be recessed to a predetermined depth. In addition, the trenches 210 may have different widths depending on the distance from the substrate 10.

도 1i를 참조하면, 상기 트렌치들(210)에 노출된 상기 희생 패턴들(110a)를 제거하여 상기 절연 패턴들(120a, 120La, 120Ua) 사이에 상부 리세스 영역들(220), 및 하부 리세스 영역들(222)을 형성한다. 상기 상부 및 하부 리세스 영역들(220, 222)은 상기 트렌치들(210)로부터 상기 절연패턴들(120a, 120La, 120Ua) 사이로 수평적으로 연장될 수 있다. Referring to FIG. 1I, the sacrificial patterns 110a exposed to the trenches 210 may be removed to form upper recess regions 220 and lower recesses between the insulating patterns 120a, 120La, and 120Ua. The recess regions 222 are formed. The upper and lower recess regions 220 and 222 may extend horizontally from the trenches 210 between the insulating patterns 120a, 120La, and 120Ua.

상기 상부 리세스 영역들(220)은 상기 수직 절연 패턴(161)의 측벽 일부분들을 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 상부 리세스 영역들(220)의 외곽 경계(outer boundary)는 그것의 상/하부에 위치하는 상기 절연패턴들(120a, 120Ua) 및 그것의 양측에 위치하는 상기 트렌치들(210)에 의해 한정된다. 또한, 상기 상부 리세스 영역들(220)의 내부 경계(internal boundary)는 그것을 수직하게 관통하는 상기 수직 절연 패턴(161)에 의해 정의된다. 그리고 상기 하부 리세스 영역들(222)은 상기 반도체 기둥(155)의 측벽 일부분들을 노출시킬 수 있다. 즉, 상기 하부 리세스 영역들(222)의 외곽 경계(outer boundary)는 그것의 상/하부에 위치하는 상기 절연패턴들(120a, 120La) 및 그것의 양측에 위치하는 상기 트렌치들(210)에 의해 한정된다. 또한, 상기 하부 리세스 영역들(222)의 내부 경계(internal boundary)는 그것을 수직하게 관통하는 상기 반도체 기둥(155)에 의해 정의된다. The upper recess regions 220 may expose portions of sidewalls of the vertical insulating pattern 161. That is, an outer boundary of the upper recess regions 220 may be formed in the insulating patterns 120a and 120Ua disposed at upper and lower portions thereof and in the trenches 210 positioned at both sides thereof. It is limited by. In addition, an internal boundary of the upper recess regions 220 is defined by the vertical insulating pattern 161 penetrating vertically therethrough. The lower recess regions 222 may expose portions of sidewalls of the semiconductor pillar 155. That is, an outer boundary of the lower recess regions 222 may be formed in the insulating patterns 120a and 120La positioned at upper and lower portions thereof and in the trenches 210 positioned at both sides thereof. It is limited by. In addition, an internal boundary of the lower recess regions 222 is defined by the semiconductor pillar 155 vertically penetrating it.

상기 상부 및 하부 리세스 영역들(220, 222)을 형성하는 방법은 상기 절연 패턴들(120a, 120La, 120Ua), 상기 수직 절연 패턴(161) 및 상기 반도체 기둥(155)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 상기 희생패턴들(110a)을 선택적 식각하는 것을 포함한다. 상기 선택적 식각은 습식 식각 및/또는 등방성 건식 식각일 수 있다. 예를 들면, 상기 희생패턴들(110a)이 실리콘 질화막이고 상기 절연 패턴들(120a, 120La, 120Ua)이 실리콘 산화막인 경우, 상기 수평적 식각 단계는 인산을 포함하는 식각액을 사용하여 수행될 수 있다. The method of forming the upper and lower recess regions 220 and 222 may have an etch selectivity with respect to the insulating patterns 120a, 120La, and 120Ua, the vertical insulating pattern 161, and the semiconductor pillar 155. And selectively etching the sacrificial patterns 110a using an etching recipe. The selective etching may be wet etching and / or isotropic dry etching. For example, when the sacrificial patterns 110a are silicon nitride layers and the insulating patterns 120a, 120La and 120Ua are silicon oxide layers, the horizontal etching step may be performed using an etchant including phosphoric acid. .

도 1j를 참조하면, 상기 상부 및 하부 리세스 영역들(220, 222)의 내벽을 덮는 수평 절연막(230) 및 상기 상부 및 하부 리세스 영역들(220, 222)의 나머지 공간을 채우는 도전 패턴(240)을 형성한다. Referring to FIG. 1J, a conductive layer filling the remaining spaces of the horizontal insulating layer 230 covering the inner walls of the upper and lower recess regions 220 and 222 and the upper and lower recess regions 220 and 222 ( 240).

상기 수평 절연막(230) 및 도전 패턴(240)을 형성하는 방법은, 상기 리세스 영역들(220, 222)을 차례로 덮는 상기 수평 절연막(230) 및 도전막을 형성한 후, 상기 트렌치들(210) 내에서 상기 도전막을 제거하여 상기 리세스 영역들(220, 222) 내에 상기 도전 패턴(240)을 남기는 단계를 포함할 수 있다. The method of forming the horizontal insulating film 230 and the conductive pattern 240 may include forming the horizontal insulating film 230 and the conductive film sequentially covering the recess regions 220 and 222, and then forming the trenches 210. And removing the conductive layer from the substrate to leave the conductive pattern 240 in the recess regions 220 and 222.

상기 수평 절연막(230)은 상기 수직 절연막(160)과 유사하게, 하나의 박막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 상기 수평 절연막(230)은 전하트랩형 비휘발성 메모리 트랜지스터의 블록킹 절연막을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 수평 절연막(230)은 전하저장막 또는 터널 절연막을 더 포함할 수도 있다. The horizontal insulating layer 230 may be formed of one thin film or a plurality of thin films similar to the vertical insulating film 160. The horizontal insulating layer 230 may include a blocking insulating layer of the charge trapping nonvolatile memory transistor. In addition, the horizontal insulating film 230 may further include a charge storage film or a tunnel insulating film.

상기 도전막은 도핑된 실리콘, 금속 물질들, 금속 질화막들 또는 금속 실리사이드들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도전막은 탄탈륨 질화막 또는 텅스텐과 같은 금속 물질을 포함할 수 있다. 상기 도전막은 상기 트렌치들(210)의 내벽을 콘포말하게 덮도록 형성될 수 있으며, 이 경우, 상기 도전 패턴(240)을 형성하는 단계는 상기 트렌치들(210) 내에서 상기 도전막을 등방적 식각의 방법으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 도전막은 상기 트렌치들(210)을 채우도록 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 도전 패턴(240)을 형성하는 단계는 상기 트렌치들(210) 내에서 상기 도전막을 이방성 식각하는 단계를 포함할 수 있다. The conductive layer may include at least one of doped silicon, metal materials, metal nitride layers, or metal silicides. For example, the conductive film may include a metal material such as tantalum nitride film or tungsten. The conductive layer may be formed to conformally cover the inner walls of the trenches 210. In this case, the forming of the conductive pattern 240 may isotropically etch the conductive layer in the trenches 210. It may include the step of removing. According to another embodiment, the conductive layer may be formed to fill the trenches 210. In this case, the forming of the conductive pattern 240 may be performed by anisotropically etching the conductive layer in the trenches 210. It may include a step.

도 1k를 참조하면, 상기 도전 패턴(240)을 형성한 후, 불순물 영역들(15)을 형성하는 단계가 더 실시될 수 있다. 상기 불순물 영역들(15)은 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있으며, 상기 트렌치들(210)를 통하여 노출된 상기 기판(10) 내에 형성될 수 있다. 한편, 상기 불순물 영역들(15)은 상기 기판(10)과 다른 도전형을 가질 수 있다. Referring to FIG. 1K, after the conductive pattern 240 is formed, the step of forming the impurity regions 15 may be further performed. The impurity regions 15 may be formed through an ion implantation process and may be formed in the substrate 10 exposed through the trenches 210. Meanwhile, the impurity regions 15 may have a different conductivity type from that of the substrate 10.

상기 불순물 영역들(15)를 형성한 후, 상기 트렌치들(210)을 채우는 전극 분리 패턴(250)을 형성하고, 상기 도전 패드들(D) 각각에 접속하는 상부 플러그(265) 및 상기 상부 플러그(265)를 연결하는 상부 배선(260)을 형성한다. After forming the impurity regions 15, an upper isolation pattern 250 may be formed to fill the trenches 210, and the upper plug 265 and the upper plug may be connected to each of the conductive pads D, respectively. An upper wiring 260 connecting the 265 is formed.

상기 전극 분리 패턴(250)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막 중의 적어도 한가지로 형성될 수 있다. 상기 상부 플러그들(265)은 도핑된 실리콘 또는 금속성 물질들 중의 한가지로 형성될 수 있다. The electrode separation pattern 250 may be formed of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film. The upper plugs 265 may be formed of one of doped silicon or metallic materials.

상기 상부 배선(260)은 상기 상부 플러그(265)를 통해 제 2 스페이스(162) 및 상기 반도체막(170)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 도전 패턴(240) 또는 상기 트렌치들(210)을 가로지르도록 형성될 수 있다. The upper wiring 260 may be electrically connected to the second space 162 and the semiconductor layer 170 through the upper plug 265, and may cross the conductive pattern 240 or the trenches 210. It can be formed to shout.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.

10: 기판
15: 불순물 영역들
110: 희생막들
111a: 희생패턴들
120, 120L, 120U: 절연막들
120L: 최하부 절연막
120U: 최상부 절연막
120a, 120La, 120Ua: 절연패턴들
130: 폴리실리콘 마스크 패턴
140: 채널 개구부
150: 스페이서막
151: 스페이서
155: 반도체 기둥
160: 수직 절연막
161: 수직 절연 패턴
162: 반도체 스페이서막
163: 반도체 스페이서
170: 반도체막
180: 매립절연막
210: 트렌치들
220, 222: 리세스 영역들
230: 수평 절연막
240: 도전 패턴
250: 전극분리패턴
265: 상부 플러그들
10: substrate
15: impurity regions
110: Sacrifice
111a: Sacrifice patterns
120, 120L, 120U: insulating films
120L: bottom insulating film
120U: top insulating film
120a, 120La, 120Ua: insulation patterns
130: polysilicon mask pattern
140: channel opening
150: spacer film
151: Spacer
155: semiconductor pillar
160: vertical insulating film
161: vertical insulation pattern
162: semiconductor spacer film
163: semiconductor spacer
170: semiconductor film
180: buried insulating film
210: trenches
220, 222: recessed areas
230: horizontal insulating film
240: challenge pattern
250: electrode separation pattern
265: upper plugs

Claims (9)

희생막들 및 절연막들을 교대로 그리고 반복적으로 적층된 기판 상에 폴리 실리콘 마스크 패턴을 형성 하는 단계;
상기 폴리 실리콘 마스크 패턴을 이용하여, 상기 기판을 노출시키는 채널 개구부를 형성하는 단계;
상기 폴리 실리콘 마스크 패턴의 상면을 덮는 스페이서막을 형성하는 단계;
선택적인 에피텍셜 성장으로 상기 채널 개구부 내에 노출된 상기 기판으로부터 반도체 기둥을 형성하는 단계; 및
상기 채널 개구부 내에 상기 반도체 기둥과 접촉하는 반도체막을 형성하는 단계를 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
Forming a polysilicon mask pattern on the substrate in which the sacrificial films and the insulating films are alternately and repeatedly stacked;
Forming a channel opening exposing the substrate by using the poly silicon mask pattern;
Forming a spacer film covering an upper surface of the polysilicon mask pattern;
Forming a semiconductor pillar from the substrate exposed in the channel opening with selective epitaxial growth; And
And forming a semiconductor film in contact with the semiconductor pillar in the channel opening.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기둥은 상기 채널 개구부 내의 하부 부분을 채우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 1,
And the semiconductor pillar is formed to fill a lower portion of the channel opening.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 기둥을 형성한 후, 전 세정 공정(pre-cleaning)에 의해 상기 스페이서막을 제거하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 1,
And forming the semiconductor pillar, and then removing the spacer layer by pre-cleaning.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체막을 형성하기 전에, 상기 채널 개구부 내벽에 수직 절연패턴 및 반도체 스페이서을 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 1,
And forming a vertical insulating pattern and a semiconductor spacer on an inner wall of the channel opening before forming the semiconductor film.
제 4 항에 있어서,
상기 채널 개구부 내벽에 상기 수직 절연 패턴 및 반도체 스페이서를 형성하는 단계는:
수직 절연막 및 반도체 스페이서막을 차례로 형성하는 단계;
상기 반도체 기둥 상면에 형성된 상기 수직 절연막과 상기 반도체 스페이서막을 제거하여 상기 반도체 기둥을 노출시키는 단계를 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The forming of the vertical insulating pattern and the semiconductor spacer on the inner wall of the channel opening may include:
Sequentially forming a vertical insulating film and a semiconductor spacer film;
And removing the vertical insulating film and the semiconductor spacer film formed on the upper surface of the semiconductor pillar to expose the semiconductor pillar.
제 5 항에 있어서,
상기 수직 절연막은 비휘발성 메모리 소자의 데이터 저장막을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 5, wherein
And the vertical insulating film comprises a data storage film of a nonvolatile memory device.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체막이 형성된 상기 채널 개구부 내에 매립 절연막을 채우는 단계;
상기 채널 개구부 양측에 상기 절연막들과 상기 희생막들을 패터닝하여 트렌치들을 형성하는 단계;
상기 트렌치에 노출된 상기 희생막들을 리세스하여 상부 리세스 영역들 및 하부 리세스 영역들을 형성하는 단계; 및
상기 상부 및 상기 하부 리세스 영역들 내에 수평 절연막과 도전패턴을 차례로 형성하는 단계를 더 포함하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 1,
Filling a buried insulating film into the channel opening in which the semiconductor film is formed;
Patterning the insulating layers and the sacrificial layers on both sides of the channel opening to form trenches;
Recessing the sacrificial layers exposed in the trench to form upper and lower recess regions; And
And sequentially forming a horizontal insulating layer and a conductive pattern in the upper and lower recess regions.
제 7 항에 있어서,
상기 하부 리세스 영역들은 상기 반도체 기둥의 일부를 노출시키는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
And the lower recess regions expose portions of the semiconductor pillars.
제 7 항에 있어서,
상기 수평 절연막은 비휘발성 메모리 소자의 데이터 저장막을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 비휘발성 메모리 소자의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
And the horizontal insulating film comprises a data storage film of a nonvolatile memory device.
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