KR20160109986A - Vertical memory devices and methods of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직형 메모리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수직 방향으로 적층되는 게이트 라인들을 포함하는 수직형 메모리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vertical memory device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a vertical memory device including gate lines stacked in a vertical direction and a method of manufacturing the same.
최근, 메모리 장치의 고집적화를 위해 기판 표면으로부터 수직하게 메모리 셀들이 적층되는 수직형 메모리 장치가 개발되고 있다. 상기 수직형 메모리 장치에서는 기판 상면에서 수직하게 돌출된 기둥 또는 실린더 형상의 채널이 구비되며 상기 채널에 접하는 복수의 게이트 라인들 및 절연막들이 적층될 수 있다.Recently, vertical memory devices in which memory cells are vertically stacked from the substrate surface are being developed for high integration of memory devices. In the vertical memory device, a column or cylinder shaped channel vertically protruding from the upper surface of the substrate is provided, and a plurality of gate lines and insulating films in contact with the channel may be stacked.
상기 수직형 메모리 장치의 용량을 보다 높이기 위해, 수직 방향으로 더 많은 상기 게이트 라인들 및 절연막들을 적층시킬 수 있으나, 이에 따라 더 높은 공정 신뢰성이 요구될 수 있다.In order to increase the capacity of the vertical memory device, it is possible to stack more gate lines and insulating films in the vertical direction, but higher process reliability may be required.
본 발명의 일 과제는 높은 기계적, 구조적 신뢰성을 갖는 수직형 메모리 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a vertical memory device having high mechanical and structural reliability.
본 발명의 일 과제는 높은 기계적, 구조적 신뢰성을 갖는 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vertical type memory device having high mechanical and structural reliability.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and can be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 수직형 메모리 장치는 기판, 상기 기판의 상면으로부터 수직 방향으로 서로 이격되어 적층되며 각각 수평 방향으로 돌출된 계단부를 포함하는 게이트 라인들, 상기 게이트 라인들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널들, 상기 게이트 라인들의 상기 계단부들 상에 배열되는 콘택들, 및 상기 콘택들 중 일부 콘택들의 측벽들 상에 각각 선택적으로 형성된 콘택 스페이서를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a vertical memory device including a substrate, gate lines stacked vertically from the upper surface of the substrate and including a stepped portion protruding in a horizontal direction, A plurality of contact spacers formed on the sidewalls of the plurality of contacts, and a plurality of contact spacers formed on the sidewalls of the plurality of contacts, respectively.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 스페이서는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the contact spacers may comprise silicon nitride or silicon oxynitride.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 수직형 메모리 장치는 상기 계단부들의 상면들 및 측면들을 커버하며 실리콘 산화물을 포함하는 몰드 보호막을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the vertical memory device may further include a mold passivation layer covering the upper surfaces and sides of the steps and including silicon oxide.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 스페이서는 상기 일부 콘택들을 수용하며 상기 몰드 보호막을 관통할 수 있다. 상기 콘택들 중 상기 콘택 스페이서가 형성된 상기 일부 콘택들을 제외한 콘택들은 상기 몰드 보호막과 직접 접촉하며 상기 몰드 보호막을 관통할 수 있다.In exemplary embodiments, the contact spacer may receive the contacts and may penetrate the mold protection film. The contacts of the contacts, other than the contacts partially formed with the contact spacers, may directly contact the mold protecting film and penetrate the mold protecting film.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판은 상기 채널들이 배열된 채널 영역, 및 상기 채널 영역으로부터 순차적으로 상기 수평 방향으로 배치되는 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다. 상기 콘택들은 상기 제1 영역에 포함되는 상기 계단부들 상에 안착되는 제1 콘택들 및 상기 제2 영역에 포함되는 상기 계단부들 상에 안착되는 제2 콘택들을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the substrate may include a channel region in which the channels are arranged, and a first region and a second region that are sequentially arranged in the horizontal direction from the channel region. The contacts may include first contacts that are seated on the steps included in the first region and second contacts that are seated on the steps that are included in the second region.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 콘택들의 각각의 측벽 상에 제1 콘택 스페이서가 형성될 수 있다. In exemplary embodiments, a first contact spacer may be formed on each sidewall of the first contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 게이트 라인들은 상기 기판의 상기 상면으로부터 순차적으로 적층되는 그라운드 선택 라인(GSL), 워드 라인들 및 스트링 선택 라인(SSL)을 포함할 수 있다. 상기 제1 콘택들은 상기 SSL, 및 상기 워드 라인들 중 상기 SSL과 인접한 소정의 층수의 상부의 워드 라인들과 전기적으로 연결될 수 있다. In exemplary embodiments, the gate lines may include a ground selection line (GSL), word lines, and a string selection line (SSL) that are sequentially stacked from the top surface of the substrate. The first contacts may be electrically coupled to the SSL, and to a predetermined number of upper word lines adjacent to the SSL among the word lines.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 콘택들은 상기 상부의 워드 라인들을 제외한 나머지 워드 라인들, 및 GSL과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 콘택들의 측벽들 상에는 상기 콘택 스페이서가 배제될 수 있다.In the exemplary embodiments, the second contacts may be electrically connected to the remaining word lines except the upper word lines, and GSL. The contact spacers may be omitted on the sidewalls of the second contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판은 상기 제2 영역으로부터 확장되는 제3 영역을 더 포함하며, 상기 콘택들은 상기 제3 영역에 포함되는 상기 계단부들과 전기적으로 연결되는 제3 콘택들을 더 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the substrate further includes a third region extending from the second region, the contacts further including third contacts electrically connected to the steps included in the third region can do.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 영역, 상기 제2 영역 및 상기 제3 영역은 포토 공정 순서에 따라 할당될 수 있다. 상기 제2 콘택들의 각각의 측벽 상에 제2 콘택 스페이서가 형성되며, 상기 제3 콘택들의 측벽들 상에는 상기 콘택 스페이서가 배제될 수 있다.In the exemplary embodiments, the first area, the second area, and the third area may be allocated according to the photo process sequence. A second contact spacer is formed on each sidewall of the second contacts, and the contact spacers may be omitted on the sidewalls of the third contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 수직형 메모리 장치는 상기 기판의 주변부에 배치된 주변 회로, 상기 계단부들의 상면들 및 측면들, 및 상기 주변 회로를 커버하는 몰드 보호막, 및 상기 몰드 보호막과 직접 접촉하며 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 주변 회로와 전기적으로 연결되는 주변 회로 콘택을 더 포함할 수 있다.In the exemplary embodiments, the vertical memory device includes a peripheral circuit disposed at a periphery of the substrate, a top surface and sides of the top and bottom portions, and a mold protection film covering the peripheral circuit, And a peripheral circuit contact which is in contact with and is electrically connected to the peripheral circuit through the mold protection film.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택들은 상기 수평 방향을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.In the exemplary embodiments, the contacts may be arranged in a zigzag fashion along the horizontal direction.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 스페이서가 형성된 상기 일부 콘택들은 상기 계단부들 중 홀수 번째 또는 짝수 번째 계단부들 상에 선택적으로 배열될 수 있다.In exemplary embodiments, some of the contacts formed with the contact spacers may be selectively arranged on odd-numbered or even-numbered ones of the steps.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 수직형 메모리 장치는 기판, 게이트 라인 구조체, 게이트 라인 콘택들, 주변 회로 콘택 및 콘택 스페이서를 포함한다. 상기 기판은 채널 영역, 콘택 영역 및 주변 회로 영역을 포함한다. 상기 게이트 라인 구조체는 상기 채널 영역 및 상기 콘택 영역 상에 배치되며 상기 기판 상에 수직 방향으로 적층되며 상기 콘택 영역으로 돌출되는 계단부를 포함하는 게이트 라인들, 상기 게이트 라인들 사이에 배치된 층간 절연막 패턴들, 및 상기 채널 영역 상에서 상기 게이트 라인들 및 상기 층간 절연막 패턴들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널들을 포함한다. 상기 게이트 라인 콘택들은 상기 콘택 영역 상에서 상기 게이트 라인들과 전기적으로 연결된다. 상기 주변 회로 콘택은 상기 주변 회로 영역 상에 배치된다. 상기 콘택 스페이서는 상기 게이트 라인 콘택들 및 상기 주변 회로 콘택 중 일부의 콘택들의 측벽들 상에만 선택적으로 형성된다. According to an aspect of the present invention, a vertical memory device includes a substrate, a gate line structure, gate line contacts, a peripheral circuit contact, and a contact spacer. The substrate includes a channel region, a contact region, and a peripheral circuit region. Wherein the gate line structure includes gate lines arranged on the channel region and the contact region and stacked vertically on the substrate and including a stepped portion protruding into the contact region, And channels that pass through the gate lines and the interlayer dielectric film patterns in the vertical direction on the channel region. The gate line contacts are electrically connected to the gate lines on the contact region. The peripheral circuit contacts are disposed on the peripheral circuit area. The contact spacers are selectively formed only on the sidewalls of the contacts of the gate line contacts and some of the peripheral circuit contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 스페이서는 상기 게이트 라인 콘택들 중 일부의 게이트 라인 콘택들의 측벽들 상에만 선택적으로 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the contact spacers may be selectively formed only on the sidewalls of the gate line contacts of some of the gate line contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 스페이서는 상기 게이트 라인 콘택들 중 소정의 층수의 상부 게이트 라인 콘택들의 측벽들 상에만 선택적으로 형성될 수 있다. In exemplary embodiments, the contact spacers may be selectively formed only on the sidewalls of the predetermined number of upper gate line contacts of the gate line contacts.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 게이트 라인 콘택들은 상기 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 배열되어 콘택 행이 정의될 수 있다. 하나의 상기 게이트 라인 구조체 상에 복수의 상기 콘택 행들이 배열될 수 있다.In exemplary embodiments, the gate line contacts may be arranged in a horizontal direction with respect to an upper surface of the substrate so that a contact row may be defined. A plurality of the contact rows may be arranged on one of the gate line structures.
예시적인 실시예들에 있어서, 상이한 상기 콘택 행들에 속한 상기 게이트 라인 콘택들은 동일한 평면 상에서 서로 지그재그 형태로 배열될 수 있다.In exemplary embodiments, the gate line contacts belonging to different contact rows may be arranged in a zigzag fashion from one another on the same plane.
예시적인 실시예들에 있어서, 동일한 상기 콘택 행에 속한 상기 게이트 라인 콘택들은 상기 계단부들 상에 격단 형태로 안착될 수 있다. In exemplary embodiments, the same gate line contacts belonging to the same contact row may be mounted in a frustum form on the steps.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택 행들은 상기 콘택 스페이서가 형성된 상기 게이트 라인 콘택들로 구성된 제1 콘택 행, 및 상기 콘택 스페이서가 배제된 상기 게이트 라인 콘택들로 구성된 제2 콘택 행을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the contact rows include a first contact row comprised of the gate line contacts formed with the contact spacer, and a second contact row comprised of the gate line contacts excluded from the contact spacer .
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 수직형 메모리 장치의 제조 방법에 따르면, 기판 상에 복수의 막들이 적층된 계단형 몰드 구조물을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물을 관통하는 채널들을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물을 적어도 부분적으로 커버하는 몰드 보호막을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물의 일부의 막들을 게이트 라인들로 치환하여 게이트 라인 구조체를 형성한다. 복수의 포토 공정들을 통해 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 게이트 라인들을 노출시키는 콘택 홀들을 형성한다. 상기 복수의 포토 공정들 중 특정 포토 공정을 통해 형성된 상기 콘택 홀들의 측벽들 상에 선택적으로 콘택 스페이서들을 형성하다. 상기 콘택 홀들 내에 콘택들을 형성한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a vertical type memory device, comprising: forming a stepped mold structure in which a plurality of films are stacked on a substrate; Forming channels through the stepped mold structure. Thereby forming a mold protecting film at least partially covering the stepped mold structure. And a gate line structure is formed by replacing the films of a part of the stepped mold structure with gate lines. Through the plurality of photo processes, contact holes are formed through the mold protecting film to expose the gate lines. And selectively forming contact spacers on sidewalls of the contact holes formed through a specific photo process of the plurality of photo processes. Thereby forming contacts within the contact holes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 특정 포토 공정은 상기 복수의 포토 공정들 중 최초 포토 공정을 포함할 수 있다. In exemplary embodiments, the specific photo process may comprise an initial photo process of the plurality of photo processes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수의 포토 공정들은 제1 포토 공정, 제2 포토 공정 및 제3 포토 공정을 포함하며, 상기 특정 포토 공정은 상기 제1 포토 공정 및 상기 제2 포토 공정을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the plurality of photo processes include a first photo process, a second photo process, and a third photo process, wherein the specific photo process includes the first photo process and the second photo process can do.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 계단형 몰드 구조물을 형성하기 전에, 상기 기판 상에 주변 회로를 형성할 수 있다. 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 주변 회로를 적어도 부분적으로 노출시키는 주변 회로 콘택 홀을 형성할 수 있다. 상기 주변 회로 콘택 홀을 채우는 주변 회로 콘택을 형성할 수 있다.In exemplary embodiments, peripheral circuitry may be formed on the substrate prior to forming the stepped mold structure. A peripheral circuit contact hole may be formed through the mold protective film to at least partially expose the peripheral circuit. To form peripheral circuit contacts that fill the peripheral circuit contact holes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 주변 회로 콘택 홀은 상기 복수의 포토 공정들에 포함되는 포토 공정을 통해 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the peripheral circuit contact holes may be formed through a photo process included in the plurality of photo processes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 주변 회로 콘택 홀은 상기 복수의 포토 공정들 중 최종 포토 공정을 통해 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the peripheral circuit contact holes may be formed through a final photo process of the plurality of photo processes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 주변 회로 콘택 홀은 상기 콘택 스페이서가 형성되지 않는 상기 콘택 홀들 중 적어도 일부와 동일한 포토 공정을 통해 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the peripheral circuit contact holes may be formed through the same photolithography process as at least some of the contact holes in which the contact spacers are not formed.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 수직형 메모리 장치의 제조 방법에 따르면, 채널 영역, 콘택 영역 및 주변 회로 영역을 포함하는 기판을 제공한다. 상기 기판 상에 층간 절연막들 및 희생막들을 교대로 반복적으로 적층하여 몰드 구조물을 형성한다. 상기 주변 회로 영역 상에 형성된 상기 몰드 구조물 부분을 제거한다. 상기 콘택 영역 상에 형성된 상기 몰드 구조물의 측부를 부분적으로 식각하여 계단형 몰드 구조물을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물의 측부를 커버하는 몰드 보호막을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물을 관통하는 채널들을 형성한다. 상기 계단형 몰드 구조물에 포함된 상기 희생막들을 게이트 라인들로 치환하다. 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 게이트 라인들 중 일부의 게이트 라인들의 상면을 노출시키는 제1 콘택 홀들을 형성한다. 상기 제1 콘택 홀들의 각각의 측벽 상에 콘택 스페이서를 형성한다. 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 제1 콘택 홀들이 형성된 상기 게이트 라인들을 제외한 게이트 라인들의 상면들을 노출시키는 제2 콘택 홀들을 형성한다. 상기 몰드 보호막을 관통하여 상기 주변 회로 영역을 노출시키는 주변 회로 콘택 홀을 형성한다. 상기 제1 콘택 홀들, 상기 제2 콘택 홀들 및 상기 주변 회로 콘택 홀을 채우는 콘택들을 형성한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a vertical type memory device including a channel region, a contact region, and a peripheral circuit region. Interlayer insulating films and sacrificial films are alternately and repeatedly laminated on the substrate to form a mold structure. The mold structure portion formed on the peripheral circuit region is removed. The side of the mold structure formed on the contact area is partially etched to form a stepped mold structure. A mold protecting film is formed to cover the side portions of the stepped mold structure. Forming channels through the stepped mold structure. And replacing the sacrificial layers included in the stepped mold structure with gate lines. And the first contact holes are formed through the mold protective film to expose the upper surfaces of gate lines of a part of the gate lines. A contact spacer is formed on each side wall of the first contact holes. And second contact holes are formed through the mold protection film to expose top surfaces of gate lines excluding the gate lines where the first contact holes are formed. A peripheral circuit contact hole is formed through the mold protecting film to expose the peripheral circuit region. Thereby forming contacts that fill the first contact holes, the second contact holes, and the peripheral circuit contact holes.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 콘택들 중 상기 제2 콘택 홀들의 적어도 일부 및 상기 주변 회로 콘택 홀 내에 형성된 콘택들은 상기 몰드 보호막과 직접 접촉할 수 있다.In exemplary embodiments, contacts formed in at least a portion of the second contact holes and in the peripheral circuit contact hole of the contacts may be in direct contact with the mold protection layer.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 콘택 홀들의 상기 적어도 일부 및 상기 주변 회로 콘택 홀은 동일한 포토 공정을 통해 형성될 수 있다. In exemplary embodiments, the at least a portion of the second contact holes and the peripheral circuit contact hole may be formed through the same photo process.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 게이트 라인들은 상기 기판의 상면으로부터 순차적으로 적층되는 그라운드 선택 라인(GSL), 워드 라인들 및 스트링 선택 라인(SSL)을 포함할 수 있다. 상기 제1 콘택 홀들에 의해 상기 SSL의 상면이 노출될 수 있다. 상기 주변 회로 콘택 홀은 상기 제2 콘택 홀들 중 상기 GSL의 상면을 노출시키는 콘택 홀과 동일한 포토 공정을 통해 형성될 수 있다.In exemplary embodiments, the gate lines may include a ground selection line (GSL), word lines, and a string selection line (SSL) that are sequentially stacked from the top surface of the substrate. And the upper surface of the SSL can be exposed by the first contact holes. The peripheral circuit contact hole may be formed through the same photolithography process as the contact hole exposing the upper surface of the GSL among the second contact holes.
전술한 예시적인 실시예들에 따르면, 수직형 메모리 장치의 계단형 패드들과 연결되는 콘택들 중 일부의 콘택들의 측벽 상에 선택적으로 콘택 스페이서를 형성할 수 있다. 예를 들면 제1 포토 공정에 의해 상부 계단들의 패드들을 노출시키는 제1 콘택 홀들을 형성한 후, 상기 제1 콘택 홀들의 측벽 상에 상기 콘택 스페이서를 형성할 수 있다. 따라서, 후속 포토 공정들이 수행되는 동안 상기 제1 콘택 홀로부터 발생하는 식각 가스 등을 차단하고 콘택 프로파일 손상을 방지할 수 있다.According to the above-described exemplary embodiments, contact spacers may optionally be formed on the sidewalls of the contacts of some of the contacts that are connected to the stepped pads of the vertical memory device. For example, after forming the first contact holes exposing the pads of the upper steps by the first photolithography process, the contact spacers may be formed on the sidewalls of the first contact holes. Thus, etching gas or the like generated from the first contact hole can be blocked while the subsequent photolithography process is performed, and contact profile damage can be prevented.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 3 내지 도 29는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 30 및 도 31은 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 32 내지 도 38은 일부 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 39는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 40 내지 도 46은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 47 내지 도 49는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 평면도 및 단면도들이다.
도 50 내지 도 52는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 평면도 및 단면도들이다.
도 53 내지 도 61은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a vertical memory device according to exemplary embodiments.
FIGS. 3 to 29 are cross-sectional views and plan views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments.
30 and 31 are cross-sectional views and plan views, respectively, illustrating a vertical memory device according to some exemplary embodiments.
32 to 38 are sectional views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to some exemplary embodiments.
39 is a cross-sectional view illustrating a vertical memory device according to exemplary embodiments.
40 to 46 are sectional views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments.
Figures 47-49 are top and cross-sectional views illustrating a vertical memory device according to exemplary embodiments.
Figures 50-52 are top and cross-sectional views illustrating a vertical memory device in accordance with exemplary embodiments.
FIGS. 53 to 61 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 예를 들면, 도 1은 도 2의 I-I' 라인을 따라 제1 방향으로 절단한 단면도이다.1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a vertical memory device according to exemplary embodiments. For example, FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. 2 in a first direction.
도 1 및 도 2에서, 기판 상면에 실질적으로 수직한 방향을 상기 제1 방향으로 정의한다. 상기 기판 상면에 평행하면서 서로 교차하는 두 방향을 각각 제2 방향 및 제3 방향으로 정의한다. 예를 들면, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 실질적으로 서로 수직하게 교차할 수 있다. 도면상에 화살표로 표시된 방향과 이의 반대 방향은 동일 방향으로 설명한다. 전술한 방향에 대한 정의는 이후 모든 도면들에서 동일하게 적용될 수 있다.In FIGS. 1 and 2, a direction substantially perpendicular to the upper surface of the substrate is defined as the first direction. Two directions parallel to the upper surface of the substrate and intersecting with each other are defined as a second direction and a third direction, respectively. For example, the second direction and the third direction may be substantially perpendicular to each other. The direction indicated by the arrow in the figure and the direction opposite thereto are described in the same direction. The definition of the above-mentioned direction can be applied equally to all subsequent drawings.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 수직형 메모리 장치는 기판(100)의 상면으로부터 상기 제1 방향으로 돌출되어 연장하며 채널(123), 유전막 구조물(120) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 수직 채널 구조체, 상기 수직 채널 구조체를 감싸며 상기 제1 방향을 따라 계단형으로 적층되는 게이트 라인들(150), 및 게이트 라인들(150)과 전기적으로 연결되는 콘택들(190, 195)을 포함할 수 있다.1 and 2, the vertical memory device includes a
기판(100)은 예를 들어 실리콘, 게르마늄과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기판(100)은 단결정 실리콘을 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(100)은 상기 수직형 메모리 장치의 p형 웰(well)로 기능할 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 기판(100)은 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 채널 영역(C) 내에는 상기 수직 채널 구조체가 배치될 수 있다. 제1 영역(I) 내에는 제1 콘택들(190)이 배치될 수 있다. 제2 영역(II) 내에는 제2 콘택들(195)이 배치될 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 콘택들(190, 195)의 형성을 위해 할당된 제1 콘택 영역 및 제2 콘택 영역일 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 콘택들(190, 195)의 형성을 위한 제1 포토(photo) 영역 및 제2 포토 영역일 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 채널 영역(C)으로부터 상기 제3 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다.According to exemplary embodiments, the
일부 실시예들에 있어서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 채널 영역(C)을 사이에 두고 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들면, 기판(100)의 중앙부가 채널 영역(C)으로 할당되며, 채널 영역(C)의 양 쪽 각각에 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)이 할당될 수 있다. In some embodiments, the first region I and the second region II may be arranged symmetrically with respect to each other with the channel region C therebetween. For example, a central portion of the
채널(123)은 기판(100)의 채널 영역(C) 상에 배치되어 기판(100)의 상기 상면과 접촉할 수 있다. 채널(123)은 내부가 빈 실린더(cylinder) 형상 혹은 컵(cup) 형상을 가질 수 있다. 채널(123)은 폴리실리콘 혹은 단결정 실리콘을 포함할 수 있으며, 일부 영역에 붕소(B)와 같은 p형 불순물을 포함할 수도 있다.The
채널(123)의 내부 공간에는 필라(pillar) 형상 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 갖는 제1 매립막 패턴(125)이 형성될 수 있다. 제1 매립막 패턴(125)은 실리콘 산화물과 같은 절연물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 채널(123)은 필라 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수도 있다. 이 경우, 제1 매립막 패턴(125)은 생략될 수 있다.A first buried
유전막 구조물(120)은 채널(123)의 외측벽을 감싸며, 실질적으로 저면 중앙부가 개방된 컵 형상 혹은 스트로우(straw) 형상을 가질 수 있다. The
유전막 구조물(120)은 구체적으로 도시하지는 않았으나, 채널(123)의 상기 외측벽으로부터 순차적으로 적층된 터널 절연막, 전하 저장막 및 블로킹막을 포함할 수 있다. 상기 블로킹막은 실리콘 산화물, 또는 하프늄 산화물 혹은 알루미늄 산화물과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막은 실리콘 질화물과 같은 질화물 또는 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 상기 터널 절연막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 블로킹 막, 상기 전하 저장막 및 상기 터널 절연막의 적층 구조는 산화막-질화막-산화막이 순차적으로 적층된 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조를 가질 수 있다.The
일 실시예에 있어서, 기판(100)의 상면 및 채널(123)의 저면 사이에 배치되는 반도체 패턴(도시되지 않음)이 추가적으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 채널(123)은 상기 반도체 패턴의 상면 상에 구비되며, 유전막 구조물(120)은 상기 반도체 패턴 상면의 주변부 상에 구비될 수 있다. 상기 반도체 패턴은 예를 들면, 단결정 실리콘 또는 폴리실리콘을 포함할 수 있다.In one embodiment, a semiconductor pattern (not shown) disposed between the top surface of the
유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125) 상에는 패드(130)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 패드(130)는 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 상부에서 캡핑(capping)하는 형상을 가질 수 있다. The
패드(130)는 예를 들면, 비트 라인(199)과 전기적으로 연결되며, 채널(123) 내로 전하를 이동시키는 소스/드레인으로 기능할 수 있다 패드(130)는 폴리실리콘 또는 단결정 실리콘을 포함할 수 있으며, 인(P), 비소(As) 등과 같은 n형 불순물을 더 포함할 수도 있다.The
복수의 패드들(130)이 채널 영역(C)에서 상기 제3 방향으로 배열되어 패드 행이 정의될 수 있으며, 복수의 상기 패드 행들이 상기 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 상기 수직 채널 구조체 역시 패드(130)의 배열에 따라 배치될 수 있다. 예를 들면, 복수의 상기 수직 채널 구조체들이 채널 영역(C)에서 상기 제3 방향으로 배열되어 채널 행이 정의될 수 있으며, 상기 제2 방향을 따라 복수의 상기 채널 행들이 배치될 수 있다.A plurality of
게이트 라인들(150, 예를 들면 150a 내지 150k)은 유전막 구조물(120)의 외측벽 상에 형성되어 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되도록 적층될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 각 게이트 라인(150)은 복수의 상기 채널 행들에 포함된 채널들(123) 또는 상기 수직 채널 구조체들을 부분적으로 둘러싸면서 상기 제3 방향으로 연장될 수 있다. Gate lines 150 (e.g., 150a-150k) may be formed on the outer wall of
일부 실시예들에 있어서, 하나의 게이트 라인(150)이 예를 들면, 4개의 상기 패드 행들에 대응되어 형성된 상기 채널 행들을 둘러싸며 연장할 수 있다. 이 경우, 4개의 상기 채널 행들과 이를 둘러싸는 게이트 라인들(150)에 의해 게이트 라인 구조체가 정의될 수 있다. 복수의 상기 게이트 라인 구조체들이 상기 제2 방향을 따라 배열될 수 있다.In some embodiments, one
예시적인 실시예들에 따르면, 게이트 라인들(150)은 기판(100)의 상기 상면으로부터 순차적으로 상기 제3 방향을 따라 길이 혹은 너비가 감소하는 형상으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 게이트 라인들(150)은 상기 제1 방향을 따라 피라미드 형상 또는 계단 형상으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 각 층의 게이트 라인(150)은 상층의 게이트 라인(150)으로부터 상기 제3 방향으로 돌출된 계단부를 포함할 수 있으며, 각 층의 게이트 라인(150)의 상기 계단부는 콘택(190, 195)이 안착되기 위한 패드로 제공될 수 있다.According to exemplary embodiments, the
게이트 라인들(150)은 그라운드 선택 라인(Ground Selection Line: GSL), 워드 라인(word line) 및 스트링 선택 라인(String Selection Line: SSL)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 게이트 라인(150a)은 상기 GSL로 제공될 수 있으며, 최상부의 2개 층의 게이트 라인들(150j, 150k)은 상기 SSL로 제공될 수 있다. 상기 GSL 및 SSL 사이의 게이트 라인들(150b 내지 150i)은 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 상기 게이트 라인 구조체에 있어서, 8개 층의 게이트 라인들(150)이 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 그러나, 상기 워드 라인들은 회로 설계 디자인 및/또는 상기 수직형 메모리 장치의 용량 또는 집적도를 고려하여 16개 층, 24개 층, 32개 층, 48개 층 등과 같은 고층 구조로 적층될 수도 있다.The gate lines 150 may include a ground selection line (GSL), a word line, and a string selection line (SSL). For example, the
게이트 라인(150)은 금속 혹은 금속 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 라인(150)은 텅스텐, 텅스텐 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 백금 등의 전기 저항이 낮은 금속 혹은 금속 질화물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 게이트 라인(150)은 금속 질화물을 포함하는 배리어막 및 금속을 포함하는 금속막이 적층된 다층막 구조를 가질 수 있다.The
상기 제1 방향을 따라 인접하는 게이트 라인들(150) 사이에는 층간 절연막 패턴들(106, 예를 들면 106a 내지 106l)이 구비될 수 있다. 층간 절연막 패턴(106)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 산탄화물(SiOC) 혹은 실리콘 산불화물(SiOF)과 같은 산화물 계열의 물질을 포함할 수 있다. 층간 절연막 패턴들(106)에 의해 하나의 상기 게이트 라인 구조체에 포함되는 게이트 라인들(150)이 서로 절연될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연막 패턴들(106)은 게이트 라인들(150)과 실질적으로 동일하거나 유사한 피라미드 형상 또는 계단 형상으로 상기 제1 방향을 따라 적층될 수 있다.Interlayer insulating layer patterns 106 (for example, 106a to 1061) may be provided between
기판(100) 상에는 상기 게이트 라인 구조체의 측부를 보호하는 몰드 보호막(110)이 형성될 수 있다. 예를 들면, 몰드 보호막(110)은 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들과 접촉할 수 있다. 몰드 보호막(110)은 실리콘 산화물과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.A
이웃하는 상기 게이트 라인 구조체들 사이에는 제2 매립막 패턴(160)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 매립막 패턴(160)은 게이트 라인들(150), 층간 절연막 패턴들(106) 및 몰드 보호막(110)을 절단하며 상기 제3 방향으로 연장하는 라인 패턴 형상을 가질 수 있다. 제2 매립막 패턴(160)은 게이트 라인 컷(cut) 패턴으로 제공되어 상기 게이트 라인 구조체를 정의할 수 있다. A second embedded
제2 매립막 패턴(160) 아래의 기판(100) 상부에는 불순물 영역(101, 도 18 참조)이 형성될 수 있다. 불순물 영역(101)은 상기 제3 방향으로 연장하며, 상기 수직형 메모리 장치의 공통 소오스 라인(common source line: CSL)으로 제공될 수 있다.An impurity region 101 (see FIG. 18) may be formed on the
기판(100)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에는 각각 제1 콘택들(190) 및 제2 콘택들(195)이 배열될 수 있다. 제1 콘택들(190)은 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 또는 몰드 보호막(110)을 관통하여 게이트 라인들(105)의 상기 계단부들과 접촉하거나 전기적으로 연결될 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 게이트 라인 구조체에 포함되는 상부의 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들이 제1 영역(I) 내에 포함될 수 있다. 이에 따라, 제1 콘택들(190)은 상부의 소정의 층수의 게이트 라인들(예를 들면, 150f 내지 150k)의 상기 계단부들 상에 안착될 수 있다. 예를 들면, 제1 콘택들(190)은 상기 SSL 및 상부의 일부 워드 라인들 상에 안착될 수 있다.According to exemplary embodiments, the stepped portions of the
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 콘택들(190)의 측벽들 상에는 각각 제1 콘택 스페이서(182)가 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 콘택 스페이서(182)는 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 또는 몰드 보호막(110)을 관통하여 제1 콘택(190)을 감싸는 스트로우 형상을 가질 수 있다. In the exemplary embodiments,
예를 들면, 제1 콘택 스페이서(182)는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.For example, the
제2 영역(II) 내에는 제1 영역(I)에 의해 커버되는 게이트 라인들(150)을 제외한 나머지 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들이 포함될 수 있다. 예를 들면, 제2 콘택들(195)은 몰드 보호막(110)을 관통하며 상기 게이트 라인 구조체에 포함되는 하부의 게이트 라인들(예를 들면, 150a 내지 150e)의 상기 계단부들과 접촉하거나 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 제2 콘택들(195)은 나머지 워드 라인들 및 상기 GSL 상에 안착될 수 있다.In the second region II, the steps of the remaining
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 콘택(195)의 측벽 상에는 콘택 스페이서가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 제2 콘택(195)의 상기 측벽은 몰드 보호막(110)과 직접 접촉할 수 있다.According to exemplary embodiments, contact spacers may not be formed on the sidewalls of the
도 2에 도시된 바와 같이, 몰드 보호막(110) 상에는 서로 다른 상기 게이트 라인 구조체들에 속하며 동일한 층 또는 레벨의 게이트 라인들(150)에 안착된 콘택들(190, 195)을 서로 전기적으로 연결시키는 배선들(197)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 배선(197)은 상기 제2 방향으로 연장하며 복수의 콘택들(190, 195)과 전기적으로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 2, on the mold
비트 라인(199)은 기판(100)의 채널 영역(C) 상에 배치되어 복수의 패드들(130)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들면, 비트 라인(199)은 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 상에서 상기 제2 방향으로 연장하며, 서로 다른 채널 행들에 속한 패드들(130)을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 패드(130) 및 비트 라인(199) 사이에는 비트 라인 콘택이 더 배치될 수 있다.The
제1 및 제2 콘택들(190, 195), 배선(197) 및 비트 라인(199)은 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드와 같은 도전물질을 포함할 수 있다.The first and
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 게이트 라인들(150)과 연결되는 콘택들 중 일부 콘택들의 측벽들 상에만 선택적으로 콘택 스페이서를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(I) 상에 포함된 상부의 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들 상에 안착되는 제1 콘택들(190)의 측벽들 상에 선택적으로 제1 콘택 스페이서(182)를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 게이트 라인들(150)이 층수가 증가함에 따라 불량이 발생될 수 있는 콘택들을 공정에 따라 선택하여 선별적으로 상기 콘택 스페이서를 형성할 수 있다.According to the exemplary embodiments described above, the contact spacers can be selectively formed only on the sidewalls of some of the contacts that are connected to the gate lines 150. [ For example, on the sidewalls of the
도 3 내지 도 29는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다. 예를 들면, 도 3 내지 도 29는 도 1에 도시된 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.FIGS. 3 to 29 are cross-sectional views and plan views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments. For example, FIGS. 3 to 29 are views for explaining a method of manufacturing the vertical type memory device shown in FIG.
구체적으로, 도 6, 도 10, 도 11, 도 17, 도 19, 도 22, 도 24, 도 27 및 도 29는 상기 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 3, 도 4, 도 5, 도 7, 도 8, 도 9, 도 13, 도 15, 도 20, 도 21, 도 23, 도 25, 도 26 및 도 28는 상기 평면도들에 표시된 I-I' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단한 단면도들이다. 도 12, 도 14, 도 16 및 도 18은 도 11, 도 17 및 도 19에 표시된 II-II' 라인들 따라 상기 제1 방향으로 절단한 단면도들이다.Specifically, FIGS. 6, 10, 11, 17, 19, 22, 24, 27, and 29 are plan views for explaining the manufacturing method. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 13, 15, 20, 21, 23, 25, 26, In the first direction. Figs. 12, 14, 16 and 18 are cross-sectional views taken along the line II-II 'shown in Figs. 11, 17 and 19 in the first direction.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 층간 절연막들(102, 예를 들면 102a 내지 102l) 및 희생막들(104a 내지 104k)을 교대로 반복적으로 적층하여 몰드 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3, a mold structure can be formed by alternately and repeatedly laminating interlayer insulating films 102 (for example, 102a to 102l) and
기판(100)으로서 단결정 실리콘, 게르마늄 등과 반도체 물질을 포함하는 반도체 기판을 사용할 수 있다. 기판(100)은 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)으로 구분될 수 있다. 후속 공정에 의해 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 내에는 각각 채널(123. 도 8 참조), 제1 콘택(190, 도 28 참조) 및 제2 콘택(195, 도 28 참조)이 형성될 수 있다.As the
예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연막들(102)은 실리콘 산화물, 실리콘 탄산화물 혹은 실리콘 산불화물과 같은 산화물 계열의 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 희생막들(104)은 층간 절연막(102)에 대해 식각 선택비를 가지며, 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거될 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(104)은 실리콘 질화물(SiN) 또는 실리콘 붕질화물(SiBN)과 같은 질화물 계열의 물질을 사용하여 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the
층간 절연막(102) 및 희생막(104)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착 공정(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition: HDP-CVD) 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정 중 적어도 하나의 공정을 이용하여 형성될 수 있다. The interlayer insulating
일 실시예에 있어서, 최하층의 층간 절연막(102a)은 기판(100) 상면에 대해 열 산화 공정을 수행하여 형성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 최상층의 층간 절연막(102l)은 상대적으로 두꺼운 두께로 형성될 수 있다.In one embodiment, the lowermost
희생막들(104)은 후속 공정을 통해 제거되어 GSL, 워드 라인 및 SSL 이 형성되는 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)이 적층 수는 이후 형성되는 상기 GSL, 워드 라인 및 SSL이 적층되는 수에 따라 달라질 수 있다. 도 3에서는 예시적으로 희생막들(104) 및 층간 절연막들(102)이 각각 11개 층 및 12개 층으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 상기 수직형 메모리 장치의 집적도를 고려하여 상기 적층 수는 보다 증가될 수도 있다.The
도 4를 참조하면, 상기 몰드 구조물의 측부를 단계적으로 부분적으로 식각하여 계단형 몰드 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, a stepped mold structure may be formed by partially etching the side portions of the mold structure step by step.
예를 들면, 최상층의 층간 절연막(102l) 상에 채널 영역(C) 및 제1 영역(I)을 전체적으로 커버하며, 제2 영역(II)을 부분적으로 커버하는 포토 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 층간 절연막들(102l 내지 102a) 및 희생막들(104k 내지 104a)의 양 단부를 식각할 수 있다. 이후, 상기 포토 레지스트 패턴의 양 단부를 일부 제거하여 상기 포토 레지스트 패턴의 너비를 감소시킨 후, 이를 식각 마스크로 다시 사용하여 층간 절연막들(102l 내지 102b) 및 희생막들(104k 내지 104b)의 양 단부를 식각할 수 있다. 이와 유사한 방식으로 식각 공정을 반복함으로써 도 4 도시된 바와 같은 상기 계단형 몰드 구조물)을 형성할 수 있다.For example, a photoresist pattern (not shown) covering the entirety of the channel region C and the first region I and partially covering the second region II is formed on the uppermost interlayer insulating film 102l . Both ends of the interlayer insulating films 102l to 102a and the
이후, 기판(100) 상에 상기 계단형 몰드 구조물의 측부 혹은 계단들을 커버하는 몰드 보호막(110)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 기판(100) 상에 실리콘 산화물과 같은 절연물질을 사용하여 CVD 공정 또는 스핀 코팅 공정 등을 통해 상기 계단형 몰드 구조물을 커버하는 절연막을 형성한다. 이어서, 상기 절연막의 상부를 최상층의 층간 절연막(102l)이 노출될 때까지 평탄화하여 몰드 보호막(110)을 형성할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish: CMP) 공정 및/또는 에치-백(etch-back) 공정을 포함할 수 있다.Then, a
도 5 및 도 6을 참조하면, 채널 영역(C) 내에서 상기 계단형 몰드 구조물을 관통하는 채널 홀(115)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, a
예를 들면, 최상층의 층간 절연막(102l) 및 몰드 보호막(110) 상에 하드 마스크(도시되지 않음)를 형성하고, 상기 하드 마스크를 식각 마스크로 사용하는 건식 식각 공정을 통해 상기 계단형 몰드 구조물의 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)을 식각하여 채널 홀(115)을 형성할 수 있다. 채널 홀(115)은 기판(100)의 상면으로부터 상기 제1 방향으로 연장되며, 채널 홀(115)에 의해 기판(100)의 상기 상면이 노출될 수 있다. 상기 하드 마스크는 예를 들면, 실리콘 계열 또는 탄소 계열의 스핀-온 하드 마스크(Spin on Hard Mask: SOH) 물질 또는 포토레지스트 물질을 사용하여 형성될 수 있다.For example, a hard mask (not shown) is formed on the uppermost interlayer insulating film 102l and the
일부 실시예들에 있어서, 복수의 채널 홀들(115)이 상기 제3 방향을 따라 형성되어 채널 홀 행이 정의될 수 있으며, 복수의 상기 채널 홀 행들이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다. 상기 채널 홀 행들은 상기 제2 방향을 따라 채널 홀들(115)이 지그-재그(zig-zag) 형태로 배치되도록 형성될 수 있다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해 각 채널 홀 행에 포함되는 하나의 채널 홀(115) 만이 도시되었다. In some embodiments, a plurality of channel holes 115 may be formed along the third direction so that a channel hole row may be defined, and a plurality of the channel hole rows may be formed along the second direction. The
채널 홀(115) 형성 후, 상기 하드 마스크는 애싱(ashing) 및/또는 스트립(strip) 공정을 통해 제거될 수 있다.After formation of the
도 7을 참조하면, 각 채널 홀(115)의 측벽 상에 유전막 구조물(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7, a
예시적인 실시예들에 따르면, 최상층의 층간 절연막(102l) 및 몰드 보호막(110), 및 채널 홀들(115)의 상기 측벽들 및 저면들 상에 유전막을 형성할 수 있다. 상기 유전막은 블로킹 막, 전하 저장막 및 터널 절연막을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다. 상기 블로킹 막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있고, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화물과 같은 질화물 또는 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 터널 절연막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 유전막은 ONO 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 블로킹막, 전하 저장막 및 터널 절연막들은 각각 CVD 공정, PECVD 공정 또는 ALD 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, a dielectric film may be formed on the sidewalls and bottoms of the uppermost interlayer insulating film 102l and the
예를 들면, CMP 공정 및/또는 에치-백 공정을 통해 채널 홀들(115)의 상기 저면들에 형성된 상기 유전막 부분, 및 최상층의 층간 절연막(102l) 및 몰드 보호막(110) 상에 형성된 상기 유전막 부분을 제거할 수 있다. 이에 따라, 각 채널 홀(115)의 상기 측벽 상에 예를 들면, 스트로우 형상을 갖는 유전막 구조물(120)이 형성될 수 있다.For example, the dielectric film portion formed on the bottom surfaces of the channel holes 115 through the CMP process and / or the etch-back process, and the interlayer dielectric film 102l on the uppermost layer and the
도 8을 참조하면, 각 채널 홀(115)의 나머지 부분을 채우는 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, a
예시적인 실시예들에 따르면, 최상층의 층간 절연막(102l), 몰드 보호막(110), 유전막 구조물(120)의 측벽들 및 채널 홀(115)의 저면들 상에 채널막을 형성하고, 상기 채널막 상에 채널 홀들(115)의 나머지 부분들을 채우는 제1 매립막을 형성할 수 있다. 상기 채널막은 선택적으로 불순물이 도핑된 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 사용하여 상기 채널막을 형성한 후 열처리 또는 레이저 빔 조사에 의해 이를 단결정 실리콘으로 전환시킬 수도 있다. 상기 제1 매립막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 채널막 및 상기 제1 매립막은 예를 들면, CVD 공정, PECVD 공정, 스퍼터링 공정 또는 ALD 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, a channel film is formed on the uppermost interlayer insulating film 102l, the
이후, 예를 들면 최상층의 층간 절연막(102l) 또는 몰드 보호막(110)의 상면이 노출될 때까지, 상기 제1 매립막 및 상기 채널막 상부를 예를 들면, CMP 공정을 통해 평탄화하여, 각 채널 홀(115) 내부에 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)이 형성될 수 있다. Thereafter, the first buried film and the upper portion of the channel film are planarized by, for example, a CMP process until the upper surface of the uppermost interlayer insulating film 102l or the mold
채널(123)은 유전막 구조물(120)의 측벽 상에 형성되어, 기판(100)의 상기 상면과 접촉할 수 있다. 예를 들면, 채널(123)은 실질적으로 컵 형상을 가질 수 있다. 제1 매립막 패턴(125) 채널(123) 내부에 수용된 필라 형상을 가질 수 있다.A
상술한 공정에 의해 각 채널 홀(115) 내부에는 채널 홀(115)의 상기 측벽으로부터 순차적으로 적층된 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 수직 채널 구조체가 형성될 수 있다. 상술한 채널 홀들(115)의 배열에 대응하여, 복수의 상기 수직 채널 구조체들이 상기 제3 방향으로 배열되어 채널 행이 정의될 수 있으며, 복수의 상기 채널 행들이 상기 제2 방향을 따라 배열될 수 있다.A
일부 실시예들에 있어서, 유전막 구조물(120) 형성 전에 채널 홀(115) 저부를 채우는 반도체 패턴을 형성할 수도 있다. 상기 반도체 패턴은 채널 홀(115)에 의해 노출된 기판(100)의 상기 상면을 씨드(seed)로 사용하는 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth: SEG)을 통해 형성될 수 있다. 이와는 달리, 채널 홀(115)의 상기 저부를 채우는 비정질 실리콘막을 형성한 후, 상기 비정질 실리콘막 상에 레이저 에피택셜 성장(Laser Epitaxial Growth: LEG) 공정 또는 고상 에피택시(Solid Phase Epitaxi: SPE) 공정을 수행하여 상기 반도체 패턴을 형성할 수도 있다. 유전막 구조물(120) 및 채널(123)은 상기 반도체 패턴의 상면 상에 형성될 수 있다.In some embodiments, a semiconductor pattern may be formed that fills the bottom of the
도 9 및 도 10을 참조하면, 채널 홀(115)의 상부를 캡핑하는 패드(130)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10, a
예를 들면, 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)의 상부를 에치-백 공정을 통해 제거하여 리세스를 형성할 수 있다. 이후, 상기 리세스를 채우는 패드막을 제1 매립막 패턴(125), 채널(123), 유전막 구조물(125), 최상층의 층간 절연막(102l) 및 몰드 보호막(110)상에 형성할 수 있다. CMP 공정을 통해 최상층의 층간 절연막(102l) 및/또는 몰드 보호막(110)의 상기 상면이 노출될 때까지 상기 패드막을 평탄화하여 패드(130)를 형성할 수 있다. 상기 패드막은 폴리실리콘 또는 예를 들면 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 패드막은 비정질 실리콘을 사용하여 예비 패드막을 형성 후 이를 결정화시킴으로써 형성될 수도 있다. For example, the upper portion of the
상술한 채널 행의 배열에 대응하여 복수의 패드들(130)이 최상층의 층간 절연막(102l) 내에서 패드 행을 형성할 수 있다.A plurality of
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 계단형 몰드 구조물을 절단하며 연장하는 개구부(135)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12, an
예를 들면, 패드들(260)을 커버하며 상기 제3 방향으로 인접하는 일부 상기 채널 행들 사이의 최상층의 층간 절연막(102l) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 노출시키는 하드 마스크(도시되지 않음)를 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크를 식각 마스크로 사용하는 건식 식각 공정을 통해 몰드 보호막(110), 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)을 식각하여 개구부(135)가 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크는 예를 들면, 포토레지스트 혹은 SOH 물질을 사용하여 형성되며, 개구부(135) 형성 후에 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.For example, a hard mask (not shown) for partially exposing the mold interlayer insulating film 102l and the
개구부(135)는 예를 들면 상기 제3 방향으로 연장되며, 복수의 개구부들(135)이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 소정의 개수의 상기 채널 행들이 상기 제2 방향으로 이웃하는 개구부들(135) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이 4개의 상기 채널 행들이 이웃하는 개구부들(135) 사이에 포함될 수 있다. 그러나, 상기 채널 행들의 개수는 상기 수직형 메모리 장치의 회로 설계, 집적도 등을 고려하여 조절될 수 있다. The
도 12에 도시된 바와 같이, 개구부(135)가 형성됨에 따라, 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)은 각각 층간 절연막 패턴들(106, 예를 들면 106a 내지 106l) 및 희생막 패턴들(108, 예를 들면 108a 내지 108k)로 변환될 수 있다. 각 층의 층간 절연막 패턴들(106) 및 희생막 패턴들(108)은 상기 제3 방향을 따라 연장되는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 개구부(135)를 통해 기판(100)의 상면이 노출될 수 있으며, 층간 절연막 패턴(106) 및 희생막 패턴(108)의 측벽들이 노출될 수 있다.12, the
도 13 및 도 14를 참조하면, 개구부(135)에 의해 측벽이 노출된 희생막 패턴들(108)을 제거할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 희생막 패턴(108)은 실리콘 질화물에 식각 선택비를 갖는 식각액이 사용되는 습식 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. 예를 들면, 상기 식각액으로서 인산 및/또는 황산과 같은 산성 용액을 사용할 수 있다.Referring to FIGS. 13 and 14, the
희생막 패턴들(108)이 제거됨에 따라, 각 층의 층간 절연막 패턴들(106) 사이에 갭(gap)(140)이 형성되며, 갭(140)에 의해 유전막 구조물(120)의 외측벽이 일부 노출될 수 있다.As the
도 15 내지 도 17을 참조하면, 각 층의 갭(140) 내부에 게이트 라인들(150, 예를 들면 150a 내지 150k)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 각 층의 희생막(104) 또는 희생막 패턴(108)은 게이트 라인(150)으로 치환될 수 있다.15 through 17, gate lines 150 (e.g., 150a through 150k) may be formed in the
예시적인 실시예들에 따르면, 노출된 유전막 구조물(120)의 상기 외측벽들, 층간 절연막 패턴들(106)의 표면들, 개구부(135)에 의해 노출된 기판(100)의 상기 상면 및 패드(130)의 상면을 따라 게이트 전극막을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극막은 갭들(140)을 완전히 채우며, 개구부(135)를 부분적으로 채우도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 게이트 전극막은 몰드 보호막(110) 의 상기 상면을 함께 커버할 수 있다.According to exemplary embodiments, the outer surfaces of the exposed
상기 게이트 전극막은 금속 혹은 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 전극막은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 티타늄, 탄탈륨과 같은 금속 또는 상기 금속의 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 게이트 전극막은 금속 질화물을 포함하는 배리어막 및 금속을 포함하는 금속막이 적층된 다층막으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극막은 CVD 공정, PECVD 공정, ALD 공정, PVD 공정 또는 스퍼터링 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.The gate electrode film may be formed using a metal or a metal nitride. For example, the gate electrode film may be formed using a metal such as tungsten, aluminum, copper, titanium, tantalum, or a nitride of the metal. According to one embodiment, the gate electrode film may be formed of a multilayer film in which a barrier film including a metal nitride and a metal film including a metal are stacked. The gate electrode film may be formed using a CVD process, a PECVD process, an ALD process, a PVD process, or a sputtering process.
일 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극막을 형성하기 전에 갭들(140)의 내벽들 및 층간 절연막 패턴들(106)의 상기 표면들을 따라, 예를 들면 실리콘 산화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 추가 블로킹막(도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다.In one embodiment, before forming the gate electrode film, along the surfaces of the interiors of the
이후, 상기 게이트 전극막을 부분적으로 제거하여 각 층의 갭(140) 내부에 게이트 라인(150)을 형성할 수 있다.Thereafter, the gate electrode film may be partially removed to form the
예를 들면, 상기 게이트 전극막의 상부를 예를 들면, CMP 공정을 통해 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 및/또는 몰드 보호막(110)의 상면이 노출될 때까지 평탄화할 수 있다. 이후, 개구부(135) 내부 및 기판(100)의 상기 상면 상에 형성된 상기 게이트 전극막 부분을 식각함으로써 게이트 라인들(150)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극막은 예를 들면, 과산화수소(H2O2)를 포함하는 습식 식각 공정을 통해 부분적으로 식각될 수 있다.For example, the upper portion of the gate electrode film can be planarized by, for example, a CMP process until the uppermost interlayer insulating
게이트 라인들(150)은 기판(100)의 상기 상면으로부터 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 이격되어 형성된 GSL, 워드 라인 및 SSL을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 게이트 라인(150a)은 상기 GSL로 제공될 수 있다. 상기 GSL 상부의 게이트 라인들(예를 들면, 150a 내지 150i)은 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 상기 워드 라인 상부의 2개 층의 게이트 라인들(150j, 150k)은 상기 SSL로 제공될 수 있다. The gate lines 150 may include a GSL, a word line, and a SSL formed sequentially from the upper surface of the
각 층의 게이트 라인(150)은 소정의 개수의 상기 채널 행들, 예를 들면 4개의 채널 행들을 감싸며 연장될 수 있다. 따라서 소정의 개수의 상기 채널 행들을 감싸고 상기 제3 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향으로 적층된 게이트 라인들(150)에 의해 게이트 라인 구조체가 정의될 수 있다. 복수의 상기 게이트 라인 구조체들이 개구부(135)에 의해 분리되어 상기 제2 방향을 따라 배열될 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 게이트 라인 구조체는 상기 계단형 몰드 구조물과 실질적으로 동일하거나 유사한 피라미드 또는 계단형 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 각 층의 게이트 라인(150)은 상부의 게이트 라인(150)으로부터 상기 제3 방향으로 돌출되는 계단부를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the gate line structure may have a pyramid or a stepped structure that is substantially the same as or similar to the stepped mold structure. For example, the
도 18 및 도 19를 참조하면, 개구부(135)에 의해 노출된 기판(100) 상부에 불순물 영역(101)을 형성하고, 개구부(135)를 채우는 제2 매립막 패턴(160)을 형성할 수 있다.18 and 19, the
예를 들면, 인 또는 비소와 같은 n형 불순물을 개구부(135)를 통해 주입함으로써 불순물 영역(101)을 형성할 수 있다. 불순물 영역(101)은 상기 제3 방향으로 연장하며, 상기 수직형 메모리 장치의 CSL로 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 불순물 영역(101) 상에, 예를 들어, 니켈 실리사이드 패턴, 코발트 실리사이드 패턴과 같은 금속 실리사이드 패턴을 더 형성하여, 상기 CSL의 저항을 낮출 수 있다.For example, the
이후, 불순물 영역(101), 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 패드(130) 및 몰드 보호막(110) 상에 개구부(135)를 채우는 매립막을 형성하고, 상기 절연막 상부를 최상층의 층간 절연막 패턴(106l)이 노출될 때까지 에치-백 공정 및/또는 CMP 공정 등을 통해 평탄화함으로써 제2 매립막 패턴(160)을 형성할 수 있다. 상기 매립막은 실리콘 산화물과 같은 절연물질을 사용하여 형성될 수 있다.Thereafter, a buried film filling the
도 20을 참조하면, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및 패드들(130)의 상면 상에 제1 마스크막(170)을 형성하고, 제1 마스크막(170) 상에 제1 포토레지스트 막(172)을 형성할 수 있다.20, a
제1 마스크막(170)은 예를 들면, 비정질 탄소 필름을 포함할 수 있다. 제1 마스크막(170) 및 제1 포토레지스트 막(172)은 복수의 상기 게이트 라인 구조체들 상에서 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)을 공통적으로 연속적으로 커버할 수 있다.The
도 21 및 도 22를 참조하면, 노광 및 현상 공정을 통해 제1 영역(I) 상에 형성된 제1 포토레지스트 막(172)을 부분적으로 제거하여 제1 포토레지스트 패턴(174)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 21 and 22, the
이후, 제1 포토레지스트 패턴(174)을 식각 마스크로 사용하여 제1 마스크막(170)을 부분적으로 제거하고, 이에 따라 노출되는 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거하여 제1 콘택 홀들(180)을 형성할 수 있다.Thereafter, the
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택 홀들(180) 각각에 의해 제1 영역(I)에 포함된 게이트 라인들(예를 들면, 150k 내지 150f)의 상기 계단부들의 상면이 노출될 수 있다.According to exemplary embodiments, the top surfaces of the steps of the gate lines (e.g., 150k-150f) included in the first region I may be exposed by each of the first contact holes 180 .
도 23 및 도 24를 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(174) 및 제1 마스크막(170)을 예를 들면, 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거할 수 있다. 이후, 제1 콘택 홀들(180) 각각의 측벽 상에 제1 콘택 스페이서(182)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 23 and 24, the
예를 들면, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110), 패드들(130)의 상기 상면 상에 제1 콘택 홀들(180)의 상기 측벽들 및 저면들을 따라 컨포멀하게 제1 스페이서막을 형성할 수 있다. 상기 제1 스페이서막은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물을 사용하여 CVD 공정, PECVD 공정, 스퍼터링 공정 또는 ALD 공정을 통해 형성될 수 있다.For example, the uppermost interlayer insulating
이후, 에치-백 공정을 통해 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110), 패드들(130)의 상기 상면들, 및 제1 콘택 홀들(180)의 상기 저면들 상에 형성된 상기 제1 스페이서막 부분들을 제거할 수 있다. 이에 따라, 잔류하는 상기 제1 스페이서막 부분들에 의해 제1 콘택 홀(180) 각각의 상기 측벽 상에 형성된 제1 콘택 스페이서(182)가 정의될 수 있다. 또한, 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들의 상면이 다시 노출될 수 있다.Thereafter, the uppermost interlayer insulating film pattern 106l, the
도 25를 참조하면, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및 패드들(130)의 상기 상면들 상에 제1 콘택 홀들(180)을 캡핑하는 제2 마스크막(171)을 형성할 수 있다. 제2 마스크막(171) 상에는 제2 포토레지스트 막(173)을 형성할 수 있다. 25, a
제2 마스크막(171)은 제1 마스크막(170)과 실질적으로 동일하거나 유사한 비정질 탄소 필름을 포함할 수 있다.The
도 26 및 도 27을 참조하면, 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 포토레지스트 막(173)을 노광 및 현상 공정을 통해 부분적으로 제거하여 제2 포토레지스트 패턴으로 변환시킬 수 있다. 상기 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 제2 마스크막(171) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거하여 제2 콘택 홀들(183)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 26 and 27, a
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 콘택 홀들(183) 각각에 의해 제2 영역(II)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150e 내지 150a)의 상기 계단부들의 상면이 노출될 수 있다.According to exemplary embodiments, the top surfaces of the steps of the gate lines (e.g., 150e to 150a) included in the second region II may be exposed by each of the second contact holes 183 .
제2 콘택 홀들(183) 형성 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴 및 제2 마스크막(171)은 애싱 및/또는 스트립 공정에 의해 제거될 수 있다.After the formation of the second contact holes 183, the second photoresist pattern and the
예시적인 실시예들에 따르면, 상술한 바와 같이 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들 상에 형성되는 콘택 홀들을 2 단계의 포토 공정을 통해 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 포토 공정에 의해 제1 콘택 홀들(180)이 형성되며, 제2 포토 공정에 의해 제2 콘택 홀들(183)이 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the contact holes formed on the step portions of the
비교예에 있어서, 상기 콘택 홀들을 싱글 포토 공정을 통해 일괄적으로 형성하는 경우 계단형 구조에 의해 높이가 다른 상기 콘택 홀들을 형성하기가 곤란할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 게이트 라인(150a) 상에 형성되는 콘택 홀을 형성할 동안 최상층의 게이트 라인(150k)이 식각 공정에 지속적으로 노출되어 손상될 수 있으며, 상부의 콘택 홀들의 프로파일이 손상될 수 있다. 상기 게이트 라인 구조체의 층수가 증가할수록 상기 싱글 포토 공정에 의한 문제점은 더욱 심화될 수 있다.In the comparative example, when the contact holes are collectively formed through a single photo process, it may be difficult to form the contact holes having different heights by the step-like structure. For example, while forming the contact hole formed on the
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 복수의 포토 공정을 통해 콘택 홀들을 분할 형성함으로써 게이트 라인들(150)의 손상을 방지하면서 균일한 측벽 프로파일을 갖는 콘택 홀들을 형성할 수 있다.However, according to exemplary embodiments, contact holes having a uniform sidewall profile can be formed while preventing damage to the
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택 홀(180)의 상기 측벽 상에는 제1 콘택 스페이서(182)가 형성될 수 있다. 따라서, 제1 콘택 홀(180) 형성 시 발생한 식각 가스와 같은 식각 잔류물의 확산이 제1 콘택 스페이서(182)에 의해 차단될 수 있다. 이에 따라, 제2 콘택 홀(183) 형성을 위한 식각 공정 수행 시, 상기 식각 잔류물에 의한 예를 들면, 제2 마스크막(171) 및 제2 포토레지스트 막(173)의 손상이 방지될 수 있다. 따라서, 제1 콘택 홀(180)의 측벽 프로파일이 균일하게 유지될 수 있다.According to exemplary embodiments, a
비교예에 있어서, 전체 콘택 홀들의 측벽들 상에 일괄적으로 콘택 스페이서를 형성하는 것을 고려할 수도 있다. 그러나, 상기 콘택 스페이서 형성을 위한 스페이서 막의 에치-백 공정 시, 콘택 홀들(180, 183)의 높이 차이에 따라 예를 들면, 상기 콘택 홀들의 저면에 형성된 상기 스페이서 막 부분이 불균일하게 제거되거나, 상층의 게이트 라인들(150)이 손상될 수 있다.In the comparative example, it may be considered to form the contact spacers collectively on the sidewalls of the entire contact holes. However, in the etch-back process of the spacer film for forming the contact spacer, for example, the spacer film portion formed on the bottom surface of the contact holes may be unevenly removed depending on the height difference of the contact holes 180 and 183, The gate lines 150 may be damaged.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 전체 식각 공정 수 및 순서를 고려하여 상기 제1 포토 공정에 의해 형성되는 제1 콘택 홀들(180)의 상기 측벽들 상에만 선택적으로 제1 콘택 스페이서(182)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상술한 복수의 포토 공정과 조합되어 게이트 라인들(150) 및 콘택 홀들(180, 183)의 구조적, 기계적 신뢰성을 최적화할 수 있다.However, in accordance with exemplary embodiments, the
도 28 및 도 29를 참조하면, 제1 콘택 홀(180) 및 제2 콘택 홀들(183) 내부에 각각 제1 콘택(190) 및 제2 콘택(195)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 28 and 29, the
예를 들면, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및 패드들(130)의 상기 상면들 상에 제1 및 제2 콘택 홀들(180, 183)을 매립하는 도전막을 형성할 수 있다. 상기 도전막은 예를 들면, 금속, 금속 질화물 및/또는 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 스퍼터링 공정 또는 ALD 공정을 통해 형성될 수 있다.For example, a conductive film for embedding the first and second contact holes 180 and 183 can be formed on the upper surfaces of the uppermost interlayer insulating film pattern 106l, the
이후, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및/또는 패드들(130)의 상기 상면들이 노출될 때까지 상기 도전막의 상부를 CMP 공정을 통해 평탄화하여 제1 및 제2 콘택들(190, 195)을 형성할 수 있다.Thereafter, the upper portion of the conductive film is planarized through the CMP process until the upper surfaces of the uppermost interlayer insulating film pattern 106l, the
일부 실시예들에 있어서, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에서 각각 제1 콘택들(190) 및 제2 콘택들(195)과 전기적으로 연결되며 연장되는 배선들(197)을 더 형성할 수 있다. 또한, 채널 영역(C) 상에서 복수의 패드들(130)과 전기적으로 연결되며 연장되는 비트 라인(199)을 더 형성할 수 있다.In some embodiments, as described with reference to FIG. 2, electrically connected to the
도 30 및 도 31은 각각 일부 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도 및 평면도이다. 예를 들면, 도 31은 도 30의 I-I' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단한 단면도이다. 30 and 31 are cross-sectional views and plan views, respectively, illustrating a vertical memory device according to some exemplary embodiments. For example, FIG. 31 is a cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. 30 in the first direction.
도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및/또는 구조에 대한 상세한 설명은 생략되며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호가 사용된다.A detailed description of substantially the same or similar structures and / or structures as those described with reference to FIGS. 1 and 2 is omitted, and the same reference numerals are used for the same configurations.
설명의 편의를 위해 도 30 및 도 31에서는 게이트 라인 구조체가 도 1 및 도 2에 도시된 게이트 라인 구조체와 동일한 층 수 또는 레벨 수를 갖는 것으로 도시되었다. 그러나, 도 30 및 도 31에 도시된 게이트 라인 구조체는 도 1 및 도 2에 도시된 게이트 라인 구조체보다 많은 계단 수를 가질 수 있다.For convenience of explanation, the gate line structure is shown in FIGS. 30 and 31 as having the same number of layers or the same number of levels as the gate line structure shown in FIG. 1 and FIG. However, the gate line structures shown in FIGS. 30 and 31 may have more steps than the gate line structures shown in FIGS.
도 30 및 도 31을 참조하면, 상기 수직형 메모리 장치의 기판(100)은 채널 영역(C), 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)을 포함할 수 있다. 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 제3 영역(III) 내에는 게이트 라인들(150)의 계단부들이 분산되어 포함될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(I) 내에는 상층의 일부 상기 계단부들이 포함되며, 제2 영역(II) 내에는 중간 층들의 일부 상기 계단부들이 포함되며, 제3 영역(III) 내에는 하층의 일부 계단부들이 포함될 수 있다.30 and 31, the
제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 포함된 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들 상에는 각각 제1 콘택들(192) 및 제2 콘택들(194)이 안착될 수 있다. 제1 콘택(192) 및 제2 콘택(194)의 측벽 상에는 각각 제1 콘택 스페이서(181) 및 제2 콘택 스페이서(185)가 형성될 수 있다.The
제3 영역(III)에 포함된 게이트 라인들(150)의 상기 계단부들 상에는 각각 제3 콘택들(196)이 안착될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제3 콘택(196)의 측벽 상에는 콘택 스페이서가 배제될 수 있다. 이 경우, 제3 콘택(196)은 몰드 보호막(110)과 직접 접촉할 수 있다.
상술한 바와 같이, 수직형 메모리 장치 또는 게이트 라인 구조체의 층 수가 증가되는 경우, 기판(100)의 영역들을 추가적으로 분할하고, 콘택 스페이서가 형성되는 영역들을 공정 순서 및 공정 수를 고려하여 선택할 수 있다. 도 30 및 도 31에서는 예시적으로 상기 계단부들이 3개의 영역에 분산되는 것으로 도시하였으나, 수직형 메모리 장치 또는 게이트 라인 구조체의 상기 층 수를 고려하여 4개 이상의 영역들로 분산될 수도 있다. As described above, when the number of layers of the vertical memory device or the gate line structure is increased, the regions of the
도 32 내지 도 38은 일부 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 도 32 내지 도 38은 도 30 및 도 31에 도시된 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.32 to 38 are sectional views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to some exemplary embodiments. For example, FIGS. 32 to 38 are views for explaining the method of manufacturing the vertical type memory device shown in FIGS. 30 and 31. FIG.
도 3 내지 도 29를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 공정 및 재료들에 대한 상세한 설명은 생략된다.Detailed descriptions of processes and materials that are substantially the same as or similar to those described with reference to Figs. 3 to 29 are omitted.
도 32를 참조하면, 도 3 내지 도 20을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 32, processes substantially the same as or similar to the processes described with reference to FIGS. 3 to 20 can be performed.
예시적인 실시예들에 따르면, 채널 영역(C), 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)을 포함하는 기판(100) 상에 게이트 라인 구조체를 형성할 수 있다. 상기 게이트 라인 구조체는 계단형 구조로 적층된 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)을 포함하며, 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)을 상기 제1 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체를 포함할 수 있다. 상기 수직 채널 구조체는 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하며, 패드(130)가 형성되어 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)의 상부를 캡핑할 수 있다. According to exemplary embodiments, a gate line structure may be formed on a
최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 패드들(130) 및 몰드 보호막(110)의 상면들 상에 제1 마스크막(170a)을 형성하고, 제1 마스크막(170a) 상에 제1 포토레지스트 막(172a)을 형성할 수 있다.The
도 33을 참조하면, 도 21을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 유사한 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(I)의 제1 포토레지스트 막(172a)을 부분적으로 식각하여, 제1 포토레지스트 패턴(174a)을 형성할 수 있다. 제1 포토레지스트 패턴(174a)을 통해 제1 마스크막(170a)을 식각하고, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 또는 몰드 보호막(110)을 부분적으로 식각하여 제1 콘택 홀들(180a)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 33, a process substantially similar to the process described with reference to FIG. 21 can be performed. For example, the
제1 콘택 홀들(180a)에 의해 제1 영역(I)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150k 내지 150h)의 계단부들의 상면이 노출될 수 있다. 제1 콘택 홀들(180a)의 형성 후, 제1 포토레지스트 패턴(174a) 및 제1 마스크막(170a)은 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.The upper surfaces of the steps of the gate lines (for example, 150k to 150h) included in the first region I can be exposed by the
도 34를 참조하면, 도 23을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 통해 제1 콘택 홀들(180a) 각각의 측벽 상에 제1 콘택 스페이서(181)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 34, a
이후, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 패드들(130) 및 몰드 보호막(110)의 상기 상면들 상에 제1 콘택 홀들(180a)을 캡핑하는 제2 마스크막(170b)을 형성할 수 있다. 제2 마스크막(170b) 상에는 제2 포토레지스트막(172b)을 형성할 수 있다.The
도 35를 참조하면, 제2 영역(II)에 대해서 도 33을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 반복할 수 있다. Referring to FIG. 35, a process substantially the same as or similar to the process described with reference to FIG. 33 can be repeated for the second region II.
이에 따라, 제2 영역(II) 상에 형성된 제2 포토레지스트막(172b)을 부분적으로 식각하여 제2 포토레지스트 패턴(174b)을 형성할 수 있다. 제2 포토레지스트 패턴(174b)을 식각 마스크로 사용하여 제2 마스크막(170b) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거함으로써, 제2 콘택 홀들(180b)을 형성할 수 있다.Thus, the
제2 콘택 홀들(180b)에 의해 제2 영역(II)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150g, 150f, 150e)의 계단부들의 상면이 노출될 수 있다. The upper surfaces of the stepped portions of the gate lines (e.g., 150g, 150f, and 150e) included in the second region II can be exposed by the second contact holes 180b.
도 36을 참조하면, 제2 콘택 홀들(180b) 각각의 측벽 상에 제2 콘택 스페이서(185)를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 포토레지스트 패턴(174b) 및 제2 마스크막(170b)의 표면들, 및 제2 콘택 홀들(180b)의 상기 측벽들 및 저면들을 따라 스페이서 막을 형성하고, 상기 스페이서 막을 에치-백 공정을 통해 부분적으로 제거하여 제2 콘택 스페이서(185)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 36, a
제2 콘택 스페이서(185)의 형성 후, 제2 포토레지스트 패턴(174b) 및 제2 마스크막(170b)은 CMP 공정, 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.After the formation of the
일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 콘택 스페이서들(181, 185)은 실질적으로 동시에 형성될 수도 있다. 예를 들면, 제1 콘택 홀(180a) 형성 후에, 제2 콘택 홀(180b)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 콘택 홀들(180a, 180b)의 측벽들 및 저면들 상에서 공통적으로 연속적으로 연장되는 스페이서 막을 형성한 후, 상기 스페이서 막을 에치-백 공정을 통해 부분적으로 제거하여 제1 및 제2 콘택 스페이서들(181, 185)을 형성할 수도 있다.In some embodiments, the first and
제2 콘택 홀(180b) 및 제2 콘택 스페이서(185) 형성 후에, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 패드들(130) 및 몰드 보호막(110)의 상기 상면들 상에 제1 및 제2 콘택 홀들(180a, 180b)을 캡핑하는 제3 마스크막(170c)을 형성할 수 있다. 제3 마스크막(170c) 상에는 제3 포토레지스트막(172c)을 형성할 수 있다.After the formation of the
도 37을 참조하면, 제3 영역(III)에 대해서 도 33을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 반복할 수 있다. Referring to FIG. 37, a process substantially the same or similar to the process described with reference to FIG. 33 can be repeated for the third region III.
이에 따라, 제3 영역(III) 상에 형성된 제3 포토레지스트막(172c)을 부분적으로 식각하여 제3 포토레지스트 패턴(174c)을 형성할 수 있다. 제3 포토레지스트 패턴(174c)을 식각 마스크로 사용하여 제3 마스크막(170c) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거함으로써, 제3 콘택 홀들(180c)을 형성할 수 있다.Accordingly, the
제3 콘택 홀들(180c)에 의해 제3 영역(III)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150d 내지 150a)의 계단부들의 상면이 노출될 수 있다. 제3 콘택 홀(180c) 형성 후, 제3 포토레지스트 패턴(174c) 및 제3 마스크막(170c)은 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.The upper surfaces of the steps of the gate lines (for example, 150d to 150a) included in the third region III can be exposed by the third contact holes 180c. After the
도 38을 참조하면, 도 28 및 도 29를 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행하여, 콘택들을 형성할 수 있다.Referring to Fig. 38, a process substantially the same as or similar to the process described with reference to Figs. 28 and 29 can be performed to form contacts.
예를 들면, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및 패드들(130)의 상기 상면들 상에 제1 내지 제3 콘택 홀들(180a, 180b, 180c)을 매립하는 도전막을 형성할 수 있다. 이후, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l), 몰드 보호막(110) 및/또는 패드들(130)의 상기 상면들이 노출될 때까지 상기 도전막의 상부를 CMP 공정을 통해 평탄화하여 제1 콘택 홀(180a), 제2 콘택 홀(180b) 및 제3 콘택 홀(180c) 내에 각각 제1 콘택(192), 제2 콘택(194) 및 제3 콘택(196)을 형성할 수 있다.For example, a conductive film for embedding the first to
일부 실시예들에 있어서, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 제1 영역(I) 내지 제3 영역(III) 상에서 제1 내지 제3 콘택들(192, 194, 196)과 전기적으로 연결되며 연장되는 배선들을 더 형성할 수 있다. 또한, 채널 영역(C) 상에서 복수의 패드들(130)과 전기적으로 연결되며 연장되는 비트 라인을 더 형성할 수 있다.In some embodiments, as described with reference to FIG. 2, the first to
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 수직형 메모리 장치 또는 게이트 라인 구조체의 층 수가 증가함에 따라, 게이트 라인의 계단부 상에 형성되는 콘택 홀(또는 콘택) 형성을 위한 포토 공정을 추가적으로 분할하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 도 32 내지 도 39를 참조로 설명한 바와 같이 제1 내지 제3 포토 공정을 통해 각각 제1 내지 제3 콘택 홀들(180a, 180b, 180c)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 복수의 분할된 포토 공정들에 노출되는 콘택 홀들(예를 들면, 제1 콘택 홀(180a) 및 제2 콘택 홀(180b))에 대해 선택적으로 콘택 스페이서를 형성함으로써 상기 콘택 홀 및 상기 게이트 라인의 구조적, 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the exemplary embodiments described above, as the number of layers of the vertical memory device or the gate line structure increases, the photo process for forming the contact hole (or contact) formed on the step portion of the gate line is further divided can do. For example, as described with reference to FIGS. 32 to 39, the first to
상기 포토 공정이 4회 이상의 공정으로 분할되는 경우에도, 분할된 상기 공정들의 순서, 횟수 등을 고려하여 선택적으로 콘택 스페이서를 형성할 수 있다.Even when the photo process is divided into four or more processes, the contact spacers can be selectively formed in consideration of the order and frequency of the divided processes.
도 39는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 단면도이다. 39 is a cross-sectional view illustrating a vertical memory device according to exemplary embodiments.
도 39에 도시된 수직형 메모리 장치는 주변 회로 영역 또는 주변 회로의 추가를 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 수직형 메모리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및/또는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 중복되는 구성 및/또는 구조에 대한 상세한 설명은 생략되며, 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 참조부호를 사용한다.The vertical memory device shown in Fig. 39 may have substantially the same or similar structure and / or structure as the vertical memory device described with reference to Figs. 1 and 2, except for the addition of a peripheral circuit region or a peripheral circuit . Therefore, a detailed description of the redundant configuration and / or structure is omitted, and the same or similar reference numerals are used for the same or similar configurations.
도 39를 참조하면, 기판(100)은 채널 영역(C), 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 주변 회로 영역(P)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 39, the
기판(100)의 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 게이트 라인 구조체가 배치될 수 있다. A gate line structure substantially the same as or similar to that described with reference to FIGS. 1 and 2 may be disposed on the channel region C, the first region I and the second region II of the
채널 영역(C) 상에는 게이트 라인들(150) 및 층간 절연막 패턴들(106)을 관통하며, 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 수직 채널 구조체들이 배치될 수 있다.Vertical channel structures passing through the
제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에는 게이트 라인들(150)의 계단부들이 배치될 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 포함되는 상기 계단부들 상에 각각 제1 콘택들(190) 및 제2 콘택들(195)이 안착될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택들(190) 각각의 측벽 상에 선택적으로 제1 콘택 스페이서(182)가 형성될 수 있다.The step portions of the
주변 회로 영역(P)은 예를 들면, 기판(100)의 외곽부에 할당될 수 있다. 주변 회로 영역(P) 상에는 상기 수직형 메모리 장치의 주변 회로가 배치될 수 있다. 상기 주변 회로는 예를 들면, 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 주변 회로는 주변 회로 보호막(250)에 의해 커버될 수 있다. The peripheral circuit region P may be assigned to the outer portion of the
예를 들면, 기판(100)의 주변 회로 영역(P) 상에는 게이트 절연막 패턴(215), 게이트 전극(225) 및 게이트 마스크(235)가 적층된 게이트 구조물(240)이 배치될 수 있다. 게이트 구조물(240)과 인접한 기판(100) 상부에는 소스/드레인 영역(205)이 형성될 수 있다. 게이트 구조물(240) 및 소스/드레인 영역(205)에 의해 상기 트랜지스터가 정의될 수 있다. 게이트 구조물(240)의 측벽 상에는 게이트 스페이서(245)가 더 형성될 수 있다.For example, a
주변회로 보호막(250)은 기판(100)의 주변 회로 영역(P) 상에 형성되어 게이트 구조물(240), 게이트 스페이서(245) 및 소스/드레인 영역(205)을 커버할 수 있다. The peripheral
주변 회로 콘택(260)은 주변 회로 영역(P) 상의 몰드 보호막(110) 및 주변회로 보호막(250)을 관통하며, 상기 주변 회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 주변 회로 콘택(260)은 소스/드레인 영역(205)과 접촉하거나 전기적으로 연결될 수 있다.The
예시적인 실시예들에 따르면, 주변 회로 콘택(260)의 측벽 상에는 콘택 스페이서가 배제될 수 있다. 이에 따라, 주변 회로 콘택(260)의 상기 측벽은 몰드 보호막(110)과 직접 접촉할 수 있다.According to exemplary embodiments, the contact spacers may be omitted on the sidewalls of the
도 40 내지 도 46은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 3 내지 도 29를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 공정 및/또는 재료들에 대한 상세한 설명은 생략된다.40 to 46 are sectional views for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments. Detailed descriptions of processes and / or materials that are substantially the same as or similar to those described with reference to Figs. 3 to 29 are omitted.
도 40을 참조하면, 기판(100)의 주변 회로 영역(P) 상에 주변 회로를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 40, a peripheral circuit can be formed on the peripheral circuit region P of the
예를 들면, 기판(100) 상에 게이트 절연막, 게이트 전극막 및 게이트 마스크막을 순차적으로 형성할 수 있다. 상기 게이트 마스크막을 부분적으로 식각하여 게이트 마스크(235)를 형성하고, 게이트 마스크(235)를 식각 마스크로 사용하여, 상기 게이트 전극막 및 상기 게이트 절연막을 식각함으로써 게이트 전극(225) 및 게이트 절연막 패턴(215)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 기판(100) 상에 순차적으로 적층된 게이트 절연막 패턴(215), 게이트 전극(225) 및 게이트 마스크(235)를 포함하는 게이트 구조물(240)이 형성될 수 있다.For example, a gate insulating film, a gate electrode film, and a gate mask film can be sequentially formed on the
상기 게이트 절연막은 실리콘 산화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극막은 금속, 금속 질화물 또는 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 마스크막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막, 상기 게이트 전극막 또는 상기 게이트 마스크막은 각각 CVD 공정, PECVD 공정, HDP-CVD 공정, ALD 공정 또는 스퍼터링 공정 중 적어도 하나의 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막은 기판(100)의 상면에 대해 열 산화 공정을 수행하여 형성될 수도 있다.The gate insulating layer may be formed using silicon oxide or a metal oxide. The gate electrode film may be formed using a metal, a metal nitride, or doped polysilicon. The gate mask film may be formed using silicon nitride. The gate insulating film, the gate electrode film, or the gate mask film may be formed using at least one of a CVD process, a PECVD process, an HDP-CVD process, an ALD process, and a sputtering process. The gate insulating layer may be formed by performing a thermal oxidation process on the upper surface of the
게이트 구조물(240)을 이온 주입 마스크로 사용하는 이온 주입 공정을 통해 게이트 구조물(240)과 인접한 주변 회로 영역(P)의 기판(100) 상부에 소스/드레인 영역(205)을 형성할 수 있다, 게이트 구조물(240) 및 소스/드레인 영역(205)에 의해 주변 회로 영역(P)에 배치되는 트랜지스터가 정의될 수 있다.The source /
일부 실시예들에 있어서, 기판(100) 상에 게이트 구조물(240)을 덮는 스페이서 막을 형성한 후, 상기 스페이서 막을 이방성 식각하여, 게이트 구조물(240) 측벽을 커버하는 게이트 스페이서(245)를 더 형성할 수 있다.In some embodiments, after forming a spacer film over the
이후, 상기 트랜지스터를 보호하는 주변 회로 보호막(250)이 더 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판(100) 상에 소스/드레인 영역(205), 게이트 구조물(240) 및 게이트 스페이서(245)을 덮는 보호막을 형성한 후, 채널 영역(C), 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에 형성된 상기 보호막 부분을 제거하여 주변 회로 보호막(250)을 형성할 수 있다. 상기 보호막은 예를 들면, 실리콘 산화물과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.Thereafter, a peripheral
도 41을 참조하면, 도 3을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 통해 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)을 교대로 반복적으로 적층하여 몰드 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 41, a mold structure can be formed by alternately and repeatedly laminating the
층간 절연막들(102) 및 희생막들(104) 각각은 채널 영역(C), 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 주변 회로 영역(P) 상에서 공통적으로 연속적으로 형성될 수 있다. 주변 회로 영역(P) 및 제2 영역(II) 일부에서는 주변 회로 보호막(250)에 의해 형성된 단차에 의해 상기 몰드 구조물이 돌출될 수 있다.Each of the interlayer insulating
도 42를 참조하면, 도 4를 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 통해 계단형 몰드 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 42, a stepped mold structure can be formed through a process that is substantially the same as or similar to the process described with reference to FIG.
주변 회로 영역(P) 상에서는 실질적으로 상기 몰드 구조물이 제거되며, 채널 영역(C) 상에는 최상층의 층간 절연막(102l)이 노출될 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에는 상기 계단형 몰드 구조물의 계단들이 노출될 수 있다.The mold structure may be substantially removed on the peripheral circuit region P and the uppermost interlayer insulating film 102l may be exposed on the channel region C. [ The steps of the stepped mold structure may be exposed on the first region I and the second region II.
이후, 상기 계단형 몰드 구조물의 측부 및 주변 회로 보호막(250)을 덮는 몰드 보호막(110)을 형성할 수 있다.Then, a
도 43을 참조하면, 도 5 내지 도 20을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 43, substantially the same or similar processes as those described with reference to FIGS. 5 to 20 can be performed.
예시적인 실시예들에 따르면, 채널 영역(C) 상에서 상기 계단형 몰드 구조물을 상기 제1 방향으로 관통하며, 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 수직 채널 구조체를 형성할 수 있다. 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125) 상에는 상기 수직 채널 구조체를 캡핑하는 패드(130)를 형성할 수 있다.According to exemplary embodiments, the stepped mold structure may be formed on the channel region C in a first direction and may include a
이후, 희생막들(104)을 게이트 라인들(150)로 치환하여 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)이 교대로 계단형으로 적층된 게이트 라인 구조체를 형성할 수 있다.Thereafter, the
상기 게이트 라인 구조체 및 몰드 보호막(110) 상에 제1 마스크막(170)을 형성하고, 제1 마스크막(170) 상에 제1 포토레지스트막(172)을 형성할 수 있다. 제1 마스크막(170) 상에 제1 포토레지스트막(172)은 채널 영역(C), 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 주변 회로 영역(P) 상에 공통적으로 형성될 수 있다.A
도 44를 참조하면, 도 21 내지 도 25를 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행할 수 있다. Referring to Fig. 44, substantially the same or similar processes as those described with reference to Figs. 21 to 25 can be performed.
이에 따라, 제1 영역(I)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150k 내지 150f)의 계단부들을 노출시키는 제1 콘택 홀들(180)을 형성하고, 제1 콘택홀들(180) 각각의 측벽 상에 제1 콘택 스페이서(182)를 형성할 수 있다. 제1 콘택 홀(180) 및/또는 제1 콘택 스페이서(182) 형성 후, 제1 포토레지스트 막(172) 및 제1 마스크막(170)은 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.Accordingly, the first contact holes 180 are formed to expose the step portions of the gate lines (for example, 150k to 150f) included in the first region I, and the first contact holes 180 The
이후, 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 및 몰드 보호막(110)의 상면들 상에 제1 콘택 홀들(180)을 캡핑하는 제2 마스크막(171)을 형성할 수 있다. 제2 마스크막(171) 상에는 제2 포토레지스트 막(173)을 형성할 수 있다.Thereafter, a
도 45를 참조하면, 도 26 및 도 27을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 유사한 공정을 수행할 수 있다.Referring to Fig. 45, a process substantially similar to the process described with reference to Figs. 26 and 27 can be performed.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 영역(II) 및 주변 회로 영역(P) 상의 제2 포토레지스트 막(173)을 부분적으로 제거하여 제2 포토레지스트 패턴(173a)을 형성할 수 있다. 제2 포토레지스트 패턴(173a)을 식각 마스크로 사용하여, 제2 마스크막(171) 및 몰드 보호막(110)을 부분적으로 식각하여 제2 콘택 홀(183) 및 주변 회로 콘택 홀(255)을 형성할 수 있다.According to the exemplary embodiments, the
제2 콘택 홀(183)에 의해 제2 영역(II)에 포함되는 게이트 라인들(예를 들면, 150e 내지 150a)의 계단부들이 노출될 수 있다. 주변 회로 콘택 홀(255)에 의해 소스/드레인 영역(205)이 노출될 수 있다.The step portions of the gate lines (for example, 150e to 150a) included in the second region II can be exposed by the
제2 콘택 홀(183) 및 주변 회로 콘택 홀(255) 형성 후, 제2 포토레지스트 패턴(173a) 및 제2 마스크막(171)은 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다. After the formation of the
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 콘택 홀(183) 및 주변 회로 콘택 홀(255)은 실질적으로 동일한 포토 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 예를 들면, GSL이 노출되는 콘택 홀과 주변 회로 콘택 홀(255)은 실질적으로 동일한 포토 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the
일부 실시예들에 있어서, 제2 콘택 홀(183)을 형성한 후, 별도의 포토 공정을 통해 주변 회로 콘택 홀(255)을 형성할 수도 있다.In some embodiments, after forming the
도 46을 참조하면, 도 26 및 도 27을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 46, a process substantially the same as or similar to the process described with reference to FIGS. 26 and 27 can be performed.
예를 들면, 제1 콘택 홀(180), 제2 콘택 홀(183) 및 주변 회로 콘택 홀(255)을 충분히 채우는 도전막을 형성할 수 있다. 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 및 몰드 보호막(110) 상면이 노출될 때까지 상기 도전막의 상부를 평탄화하여, 제1 콘택 홀(180), 제2 콘택 홀(183) 및 주변 회로 콘택 홀(255) 내부에 각각 제1 콘택(190), 제2 콘택(195) 및 주변 회로 콘택(260)을 형성할 수 있다.For example, a conductive film that sufficiently fills the
일부 실시예들에 있어서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 상에 제1 콘택들(190) 및 제2 콘택들(195)과 전기적으로 연결되는 배선들을 더 형성할 수도 있다. 주변 회로 영역(P) 상에는 주변 회로 콘택들(260)과 전기적으로 연결되는 주변 회로 배선을 더 형성할 수 있다. 채널 영역(C) 상에는 패드들(130)과 전기적으로 연결되는 비트 라인을 형성할 수 있다.In some embodiments, wires may be further formed on the first region I and the second region II to electrically connect the
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 주변 회로 콘택 홀(255) 형성을 위한 포토 공정까지 고려하여 콘택 스페이서를 일부 콘택들 측벽들 상에 선택적으로 형성할 수 있다. According to the exemplary embodiments described above, the contact spacers can be selectively formed on some of the contact sidewalls, taking into account the photo process for forming the peripheral circuit contact holes 255.
도 47 내지 도 49는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 평면도 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 47은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 평면도이다. 도 48 및 도 49는 각각 도 47에 표시된 I-I' 라인 및 II-II' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단한 단면도들이다.Figures 47-49 are top and cross-sectional views illustrating a vertical memory device according to exemplary embodiments. Specifically, Figure 47 is a plan view of a vertical memory device in accordance with exemplary embodiments. 48 and 49 are cross-sectional views taken along the line I-I 'and II-II' shown in FIG. 47, respectively, in the first direction.
도 47 내지 도 49에 도시된 수직형 메모리 장치는 콘택들의 배열을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 수직형 메모리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및/또는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 중복되는 구성 및/또는 구조에 대한 상세한 설명은 생략되며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호가 사용된다.The vertical memory device shown in Figs. 47-49 can have substantially the same or similar structure and / or structure as the vertical memory device described with reference to Figs. 1 and 2, except for the arrangement of contacts. Therefore, a detailed description of the redundant configuration and / or structure is omitted, and the same reference numerals are used for the same configurations.
도 47 내지 도 49를 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 기판(100) 상에 제2 매립막 패턴(160)에 의해 구분되는 복수의 게이트 라인 구조체들이 배치될 수 있다. 상기 게이트 라인 구조체는 피라미드 또는 계단 형상으로 적층되는 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 47 to 49, a plurality of gate line structures separated by the second buried
기판(100)의 채널 영역(C) 상에는 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하는 복수의 수직 채널 구조체들이 형성되며, 상기 수직 채널 구조체를 캡핑하는 패드(130)가 형성될 수 있다.A plurality of vertical channel structures including a
게이트 라인들(150)의 계단부들은 기판(100)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 분산되어 포함될 수 있다. The stepped portions of the
예시적인 실시예들에 따르면, 콘택들(310, 320)은 상기 제3 방향을 따라 서로 지그재그(zigzag) 형태로 배열될 수 있다. According to exemplary embodiments, the
일부 실시예들에 있어서, 콘택들(310, 320)은 동일한 수직 단면 상에서 상기 계단부들에 대해 격단(隔段) 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 48에 도시된 바와 같이 I-I' 라인에 의한 단면에서는 콘택들(310, 320)은 홀수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150a, 150c, 150e, 150g, 150i, 150k)의 계단부들 상에 배열될 수 있다. 도 49에 도시된 바와 같이, II-II' 라인에 의한 단면에서는 콘택들(310, 320)은 짝수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150b, 150d, 150f, 150h, 150j)의 계단부들 상에 배열될 수 있다.In some embodiments,
상술한 바와 같이, 콘택들(310, 320)을 지그재그 형태로 분산시킴으로써, 이웃하는 콘택들(310, 320) 사이의 거리가 증가될 수 있다. 따라서, 포토 공정 수행시 정렬 마진을 추가적으로 확보할 수 있다.As described above, by distributing the
콘택들(310, 320)은 제1 영역(I)에 포함된 게이트 라인들(예를 들면, 150k 내지 150f)의 계단부들 상에 안착되는 제1 콘택들(310), 및 제2 영역(II)에 포함된 게이트 라인들(예를 들면, 150e 내지 150a)의 계단부들 상에 안착되는 제2 콘택들(320)로 구분될 수 있다. 제1 콘택들(310) 및 제2 콘택들(320)은 서로 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택들(310)의 측벽들 상에만 선택적으로 제1 콘택 스페이서(305)가 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the
상술한 예시적인 실시예들에 따르면, 콘택들(310, 320)을 지그재그 형태로 배열하여 포토 공정의 정렬 마진을 확보함과 동시에, 예를 들면, 제1 콘택들(310)에 대해 콘택 스페이서를 선택적으로 형성함으로써 식각 잔류물 발생에 의한 불량을 억제할 수 있다.According to the exemplary embodiments described above, the
도 50 내지 도 52는 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치를 나타내는 평면도 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 50은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 평면도이다. 도 51 및 도 52는 각각 도 50에 표시된 I-I' 라인 및 II-II' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단한 단면도들이다.Figures 50-52 are top and cross-sectional views illustrating a vertical memory device in accordance with exemplary embodiments. Specifically, Figure 50 is a plan view of a vertical memory device in accordance with exemplary embodiments. 51 and 52 are cross-sectional views taken along the line I-I 'and II-II' shown in FIG. 50, respectively, in the first direction.
도 50 내지 도 52에 도시된 수직형 메모리 장치는 콘택 스페이서의 배열을 제외하고는 도 47 내지 도 49를 참조로 설명한 수직형 메모리 장치와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및/또는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 중복되는 구성 및/또는 구조에 대한 상세한 설명은 생략되며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호가 사용된다.The vertical memory device shown in Figs. 50 to 52 may have substantially the same or similar structure and / or structure as the vertical memory device described with reference to Figs. 47 to 49 except for the arrangement of contact spacers. Therefore, a detailed description of the redundant configuration and / or structure is omitted, and the same reference numerals are used for the same configurations.
도 50 내지 도 52를 참조하면, 콘택들은 도 47 내지 도 49를 참조로 설명한 바와 같이, 상기 제3 방향을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.Referring to Figures 50-52, contacts may be arranged in a zigzag fashion along the third direction, as described with reference to Figures 47-49.
상기 콘택들은 제1 콘택들(410) 및 제2 콘택들(420)을 포함할 수 있다. 제1 콘택들(410)은 예를 들면 상기 제3 방향을 따라 배열되어 제1 콘택 행을 정의할 수 있다. 제2 콘택들(420)은 상기 제3 방향을 따라 배열되어 제2 콘택 행을 정의할 수 있다. 상기 제1 콘택 행 및 상기 제2 콘택 행은 상이한 수직 단면 상에 배열되며, 상기 제1 및 제2 콘택 행들에 속한 상기 콘택들은 도 50에 도시된 바와 같이 평면 방향에서 상기 지그재그 형태로 배열될 수 있다.The contacts may include
도 51에 도시된 바와 같이, 상기 제1 콘택 행에 포함된 제1 콘택들(410)은 I-I' 라인을 따라 절단한 단면 상에 배열될 수 있다. 예를 들면, 제1 콘택들(410)은 홀수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150a, 150c, 150e, 150g, 150i, 150k)의 계단부들 상에 배열될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택들(410)의 각각의 측벽 상에는 제1 콘택 스페이서(405)가 형성될 수 있다. As shown in FIG. 51, the
도 52에 도시된 바와 같이, 상기 제2 콘택 행에 포함된 제2 콘택들(420)은 II-II' 라인을 따라 절단한 단면 상에 배열될 수 있다. 예를 들면, 제2 콘택들(420)은 짝수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150b, 150d, 150f, 150h, 150j)의 계단부들 상에 배열될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 콘택들(420)의 측벽들 상에는 콘택 스페이서가 배제될 수 있다.As shown in FIG. 52, the
도 53 내지 도 61은 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 예를 들면, 도 53 내지 도 61은 도 50 내지 도 52에 도시된 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.FIGS. 53 to 61 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a vertical type memory device according to exemplary embodiments. For example, FIGS. 53 to 61 are views for explaining a method of manufacturing the vertical memory device shown in FIGS. 50 to 52. FIG.
구체적으로, 도 53, 도 55, 도 57, 도 59 및 도 61은 상기 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 54는 상기 제조 방법을 설명하기 위한 수직 단면도이다. 도 56 및 도 58은 도 55 및 도 57에 표시된 I-I' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단된 단면도들이다. 도 60은 도 59에 표시된 II-II' 라인을 따라 상기 제1 방향으로 절단된 단면도이다.53, 55, 57, 59, and 61 are plan views for explaining the manufacturing method. 54 is a vertical cross-sectional view for explaining the above manufacturing method. 56 and 58 are cross-sectional views taken along the line I-I 'shown in FIGS. 55 and 57 in the first direction. 60 is a cross-sectional view cut along the line II-II 'shown in FIG. 59 in the first direction.
도 3 내지 도 29를 참조로 설명한 공정 및/또는 재료들에 대한 상세한 설명은 생략된다.A detailed description of the process and / or materials described with reference to Figs. 3 to 29 is omitted.
도 53 및 도 54를 참조하면, 도 3 내지 도 19를 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행할 수 있다.Referring to Figs. 53 and 54, substantially the same or similar processes as those described with reference to Figs. 3 to 19 can be performed.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판(100) 상에 제2 매립막 패턴(160)에 의해 분리되는 복수의 게이트 라인 구조체들을 형성할 수 있다. 상기 게이트 라인 구조체는 계단형 구조로 적층된 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)을 포함하며, 층간 절연막 패턴들(106) 및 게이트 라인들(150)을 상기 제1 방향으로 관통하는 수직 채널 구조체를 포함할 수 있다. 상기 수직 채널 구조체는 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)을 포함하며, 패드(130)가 형성되어 유전막 구조물(120), 채널(123) 및 제1 매립막 패턴(125)의 상부를 캡핑할 수 있다. 몰드 보호막(110)은 상기 게이트 라인 구조체의 측부 상에 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, a plurality of gate line structures may be formed on
도 55 및 도 56을 참조하면, 예를 들면 제1 포토 공정을 통해 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 또는 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거하여 제1 콘택 홀들(400)을 형성할 수 있다. 55 and 56, first contact holes 400 may be formed by partially removing the uppermost interlayer insulating
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 콘택 홀들(400)은 상기 제3 방향을 따라 배열되어 제1 콘택 홀 행을 정의할 수 있다. 제1 콘택 홀들(400)은 격단 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 콘택 홀들(400)에 의해 홀수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150a, 150c, 150e, 150g, 150i, 150k)의 계단부들의 상면이 노출될 수 있다.According to exemplary embodiments, the first contact holes 400 may be arranged along the third direction to define a first row of contact holes. The first contact holes 400 may be formed in a frustum shape. For example, the top surfaces of the steps of the odd gate lines (e.g., 150a, 150c, 150e, 150g, 150i, and 150k) may be exposed by the first contact holes 400. [
도 57 및 도 58을 참조하면, 제1 콘택 홀들(400) 각각의 측벽 상에 제1 콘택 스페이서(405)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 57 and 58, a
예를 들면, 실리콘 질화물을 포함하는 스페이서 막을 최상층의 층간 절연막 패턴(106l) 및 몰드 보호막(110)의 상면, 및 제1 콘택 홀들(400)의 측벽들 및 저면들 상에 형성할 수 있다. 에치-백 공정을 통해 상기 스페이서 막의 상부 및 저부를 제거하여 제1 콘택 스페이서(405)를 형성할 수 있다.For example, a spacer film including silicon nitride can be formed on the uppermost interlayer insulating film pattern 106l and the upper surface of the
도 59 및 도 60을 참조하면, 예를 들면 제2 포토 공정을 통해 최상층의 몰드 보호막(110)을 부분적으로 제거하여 제2 콘택 홀들(415)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 59 and 60, the
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 콘택 홀들(415)은 상기 제3 방향을 따라 배열되어 제2 콘택 홀 행을 정의할 수 있다. 제2 콘택 홀들(415)은 격단 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 콘택 홀들(415)에 의해 짝수 번째 게이트 라인들(예를 들면, 150b, 150d, 150f, 150h, 150j)의 계단부들의 상면이 노출될 수 있다.According to exemplary embodiments, second contact holes 415 may be arranged along the third direction to define a second row of contact holes. The second contact holes 415 may be formed in a frustum shape. For example, the upper surfaces of the steps of the even-numbered gate lines (e.g., 150b, 150d, 150f, 150h, and 150j) may be exposed by the second contact holes 415. [
상술한 바와 같이, 제1 콘택 홀들(405) 및 제2 콘택 홀들(415)은 콘택 홀 행 기준으로 분할된 제1 및 제2 포토 공정에 의해 각각 형성될 수 있다. 또한, 제1 콘택 홀들(405) 및 제2 콘택 홀들(415)은 상기 제1 방향을 따라 교대로 배열되며 서로 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 따라서, 콘택 홀들 형성을 위한 포토 공정의 정렬 마진을 추가적으로 확보할 수 있다.As described above, the first contact holes 405 and the second contact holes 415 can be formed by the first and second photolithography processes, respectively, which are divided on the basis of the contact hole row. In addition, the first contact holes 405 and the second contact holes 415 may be alternately arranged along the first direction and arranged in a staggered manner with respect to each other. Therefore, the alignment margin of the photo process for forming the contact holes can be additionally secured.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 공정에 의해 먼저 형성되며, 상기 제1 콘택 홀 행에 포함되는 제1 콘택 홀들(405)의 상기 측벽들 상에만 선택적으로 콘택 스페이서를 형성할 수 있다. 따라서, 예를 들면 상기 제2 포토 공정 수행 시 발생되는 식각 잔류물에 의한 불량을 방지할 수 있다.According to exemplary embodiments, the contact spacers may be selectively formed only on the sidewalls of the first contact holes 405 formed first by the first photo process and included in the first row of contact holes . Thus, for example, defects due to the etch residue generated during the second photolithography process can be prevented.
도 61을 참조하면, 제1 콘택 홀들(405) 및 제2 콘택 홀들(415) 내에 각각 제1 콘택들(410) 및 제2 콘택들(420)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 61, the
예를 들면, 최상층의 층간 절연막 패턴들(106l) 및 몰드 보호막(110)의 상기 상면 상에 제1 콘택 홀들(405) 및 제2 콘택 홀들(415)을 충분히 채우는 도전막을 형성할 수 있다. 최상층의 층간 절연막 패턴들(106l) 및/또는 몰드 보호막(110)의 상기 상면이 노출될 때까지 상기 도전막의 상부를 CMP 공정을 통해 평탄화하여 제1 콘택들(410) 및 제2 콘택들(420)을 실질적으로 동시에 형성할 수 있다.For example, a conductive film which sufficiently fills the first contact holes 405 and the second contact holes 415 can be formed on the upper surface of the uppermost interlayer insulating film patterns 106l and the mold
제1 콘택 홀들(405) 및 제2 콘택 홀들(415)의 배열에 따라 제1 콘택들(410) 및 제2 콘택들(420)은 지그재그 형태로, 상기 제1 방향을 따라 교대로 배열되며 게이트 라인들(150)의 계단부들 상에 안착될 수 있다.The
일부 실시예들에 있어서, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 제1 콘택들(410) 및 제2 콘택들(420)과 전기적으로 연결되며 연장되는 배선들을 더 형성할 수 있다. 또한, 복수의 패드들(130)과 전기적으로 연결되며 연장되는 비트 라인을 더 형성할 수 있다.In some embodiments, as described with reference to FIG. 2, additional wirings may be formed that are electrically connected to the
전술한 예시적인 실시예들에 따른 수직형 메모리 장치 및 이의 제조 방법은 예를 들면, 30층 또는 40층 이상의 고층 계단 구조를 포함하는 3차원 반도체 장치에 적용되어 전기적, 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The vertical memory device and its manufacturing method according to the above-described exemplary embodiments can be applied to a three-dimensional semiconductor device including, for example, a 30-layer or 40-layer or higher-layer step structure to improve the electrical and mechanical reliability .
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 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 as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.
100: 기판
101: 불순물 영역
102: 층간 절연막
104: 희생막
106: 층간 절연막 패턴
108: 희생막 패턴
110: 몰드 보호막
115: 채널 홀
120: 유전막 구조물
123: 채널
125: 제1 매립막 패턴
130: 패드
135: 개구부
140: 갭
160: 제2 매립막 패턴
170, 170a: 제1 마스크막
170b, 171: 제2 마스크막
170c: 제3 마스크막
172, 172a: 제1 포토레지스트 막
172b, 173: 제2 포토레지스트 막
172c: 제3 포토레지스트 막
174, 174a: 제1 포토레지스트 패턴
173a, 174b: 제2 포토레지스트 패턴
174c: 제3 포토레지스트 패턴
180, 180a, 400: 제1 콘택 홀
181, 182, 305, 405: 제1 콘택 스페이서
180b, 183, 415: 제2 콘택 홀
180c: 제3 콘택 홀
185: 제2 콘택 스페이서
190, 192, 310, 410: 제1 콘택
194, 195, 320, 420: 제2 콘택
196: 제3 콘택
197: 배선
199: 비트 라인
205: 소스/드레인 영역
215: 게이트 절연막 패턴
225: 게이트 전극
235: 게이트 마스크
240: 게이트 구조물
245: 게이트 스페이서
250: 주변 회로 보호막
255: 주변 회로 콘택 홀
260: 주변 회로 콘택100: substrate 101: impurity region
102: interlayer insulating film 104: sacrificial film
106: Interlayer insulating film pattern 108: Sacrificial film pattern
110: mold protective film 115: channel hole
120: dielectric film structure 123: channel
125: First Embedded Film Pattern 130: Pad
135: opening 140: gap
160: second embedded
170b, 171:
172, 172a:
172c: a third photoresist film
174 and 174a: a first photoresist pattern
173a and 174b: a second photoresist pattern
174c: Third photoresist pattern
180, 180a, 400: first contact hole
181, 182, 305, 405: a first contact spacer
180b, 183, 415:
185:
194, 195, 320, 420: second contact 196: third contact
197: Wiring 199: Bit line
205: source / drain region 215: gate insulating film pattern
225: gate electrode 235: gate mask
240: gate structure 245: gate spacer
250: peripheral circuit protection film 255: peripheral circuit contact hole
260: peripheral circuit contact
Claims (10)
상기 기판의 상면으로부터 수직 방향으로 서로 이격되어 적층되며, 각각 수평 방향으로 돌출된 계단부를 포함하는 게이트 라인들;
상기 게이트 라인들을 상기 수직 방향으로 관통하는 채널들;
상기 게이트 라인들의 상기 계단부들 상에 배열되는 콘택들; 및
상기 콘택들 중 일부 콘택들의 측벽들 상에 각각 선택적으로 형성된 콘택 스페이서를 포함하는 수직형 메모리 장치.Board;
Gate lines stacked in a vertical direction from the upper surface of the substrate and including stepped portions each projecting in a horizontal direction;
Channels passing through the gate lines in the vertical direction;
Contacts arranged on the steps of the gate lines; And
And a contact spacer selectively formed on sidewalls of some of the contacts, respectively.
상기 콘택들 중 상기 콘택 스페이서가 형성된 상기 일부 콘택들을 제외한 콘택들은 상기 몰드 보호막과 직접 접촉하며 상기 몰드 보호막을 관통하는 수직형 메모리 장치.4. The mold of claim 3, wherein the contact spacer receives the contacts and penetrates the mold protection film,
Wherein the contacts of the contacts, except for the contacts partially formed with the contact spacers, are in direct contact with the mold protection film and through the mold protection film.
상기 콘택들은 상기 제1 영역에 포함되는 상기 계단부들 상에 안착되는 제1 콘택들 및 상기 제2 영역에 포함되는 상기 계단부들 상에 안착되는 제2 콘택들을 포함하는 수직형 메모리 장치.The method of claim 1, wherein the substrate includes a channel region in which the channels are arranged, and a first region and a second region that are sequentially arranged in the horizontal direction from the channel region,
Wherein the contacts include first contacts that are seated on the stepped portions included in the first region and second contacts that are seated on the stepped portions that are included in the second region.
상기 제1 콘택들은 상기 SSL, 및 상기 워드 라인들 중 상기 SSL과 인접한 소정의 층수의 상부의 워드 라인들과 전기적으로 연결되는 수직형 메모리 장치.7. The method of claim 6, wherein the gate lines comprise a ground selection line (GSL), word lines and a string selection line (SSL) that are sequentially stacked from the top surface of the substrate,
Wherein the first contacts are electrically connected to the upper word lines of the SSL and a predetermined number of layers adjacent to the SSL of the word lines.
상기 제2 콘택들의 측벽들 상에는 상기 콘택 스페이서가 배제된 수직형 메모리 장치.8. The method of claim 7, wherein the second contacts are electrically connected to the remaining word lines and the GSL except for the upper word lines,
And wherein the contact spacers are eliminated on the sidewalls of the second contacts.
상기 제2 콘택들의 각각의 측벽 상에 제2 콘택 스페이서가 형성되며, 상기 제3 콘택들의 측벽들 상에는 상기 콘택 스페이서가 배제된 수직형 메모리 장치.10. The method of claim 9, wherein the first region, the second region, and the third region are allocated in accordance with a photo-
A second contact spacer is formed on a sidewall of each of the second contacts and the contact spacers are excluded on sidewalls of the third contacts.
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