KR20170042452A - Three dimensional semiconductor device - Google Patents

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KR20170042452A
KR20170042452A KR1020150167754A KR20150167754A KR20170042452A KR 20170042452 A KR20170042452 A KR 20170042452A KR 1020150167754 A KR1020150167754 A KR 1020150167754A KR 20150167754 A KR20150167754 A KR 20150167754A KR 20170042452 A KR20170042452 A KR 20170042452A
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신진현
이정훈
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Abstract

Provided is a three-dimensional semiconductor memory device. The three-dimensional semiconductor memory device includes an oxidation inhibiting layer disposed in a substrate; stacking structures disposed on the oxidation inhibiting layer and including electrodes and insulating films to be vertically alternately stacked on a vertical gate insulating film and a horizontal gate insulating film; and a plurality of vertical structures connected to the substrate through the stacked structures.

Description

3차원 반도체 메모리 장치{Three dimensional semiconductor device}A three-dimensional semiconductor memory device

본 발명은 3차원 반도체 메모리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신뢰성 및 집적도가 보다 향상된 3차원 반도체 메모리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional semiconductor memory device, and more particularly, to a three-dimensional semiconductor memory device with improved reliability and integration.

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. 2차원 또는 평면적 반도체 장치의 경우, 그 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 패턴의 미세화를 위해서는 초고가의 장비들이 필요하기 때문에, 2차원 반도체 장치의 집적도는 증가하고는 있지만 여전히 제한적이다. 이에 따라, 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 메모리 장치들이 제안되고 있다. 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, the degree of integration is an important factor in determining the price of the product, and therefore, an increased degree of integration is required in particular. In the case of a two-dimensional or planar semiconductor device, its degree of integration is largely determined by the area occupied by the unit memory cell, and thus is greatly influenced by the level of fine patterning technology. 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. Accordingly, three-dimensional semiconductor memory devices having three-dimensionally arranged memory cells have been proposed.

본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 보다 향상된 3차원 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.A third object of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device with improved reliability.

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.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치는 기판 내에 배치된 산화 억제층; 상기 산화 억제층 상에 배치되며, 수평 게이트 절연막 및 상기 수평 게이트 절연막 상에 수직적으로 번갈아 적층된 절연막들 및 전극들을 포함하는 적층 구조체들; 및 상기 적층 구조체들을 관통하여 상기 기판에 연결되는 복수 개의 수직 구조체들을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional semiconductor memory device including: an oxidation suppressing layer disposed in a substrate; A plurality of stacked structures disposed on the oxidation-inhibiting layer and including insulating films and electrodes vertically stacked on the horizontal gate insulating film and the horizontal gate insulating film; And a plurality of vertical structures that are connected to the substrate through the stacked structures.

실시예들에 따르면, 상기 수직 구조체들의 하부면들은 상기 산화 억제층의 하부면보다 아래에 위치할 수 있다.According to embodiments, the lower surfaces of the vertical structures may be located below the lower surface of the oxidation inhibiting layer.

실시예들에 따르면, 상기 산화 억제층은 탄소(C), 질소(N), 또는 불소(F)를 포함할 수 있다.According to embodiments, the antioxidant layer may comprise carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F).

실시예들에 따르면, 상기 수평 게이트 절연막은 상기 산화 억제층과 직접 접촉할 수 있다.According to embodiments, the horizontal gate insulating layer may be in direct contact with the oxidation inhibiting layer.

실시예들에 따르면, 상기 수직 구조체들 각각은, 상기 적층 구조체의 하부 부분 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 연결되는 하부 반도체 패턴과, 상기 적층 구조체의 상부 부분을 관통하여 상기 하부 반도체 패턴과 연결되는 상부 반도체 패턴을 포함할 수 있다.According to the embodiments, each of the vertical structures may include: a lower semiconductor pattern penetrating the lower portion of the laminated structure and the oxidation-inhibiting layer and connected to the substrate; and a lower semiconductor pattern penetrating the upper portion of the laminated structure, And an upper semiconductor pattern connected to the upper semiconductor pattern.

실시예들에 따르면, 상기 하부 반도체 패턴과 상기 전극들 사이의 수직 게이트 절연막을 더 포함하되, 상기 수평 및 수직 게이트 절연막들은 열산화막일 수 있다.According to embodiments, the lower semiconductor pattern may further include a vertical gate insulating film between the electrodes, wherein the horizontal and vertical gate insulating films may be a thermal oxide film.

실시예들에 따르면, 상기 하부 반도체 패턴의 측벽과 이에 인접한 상기 전극의 측벽 간의 거리는, 상기 전극의 하부면과 상기 산화 억제층의 상부면 간의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.According to embodiments, the distance between the sidewall of the lower semiconductor pattern and the sidewall of the electrode adjacent thereto may be substantially the same as the distance between the lower surface of the electrode and the upper surface of the oxidation inhibiting layer.

실시예들에 따르면, 상기 수평 게이트 절연막은 상기 절연막들의 최소 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다.According to embodiments, the horizontal gate insulating layer may have a thickness smaller than the minimum thickness of the insulating layers.

실시예들에 따르면, 상기 산화 억제층은 상기 수평 게이트 절연막의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. According to embodiments, the oxidation-inhibiting layer may have a thickness smaller than the thickness of the horizontal gate insulating film.

실시예들에 따르면, 상기 기판은 제 1 도전형의 불순물들을 포함하고, 상기 장치는 상기 적층 구조체들 사이의 상기 기판 내에 배치되는 공통 소오스 영역들을 더 포함하되, 상기 공통 소오스 영역들은 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. According to embodiments, the substrate includes impurities of a first conductivity type, and the device further includes common source regions disposed in the substrate between the stacked structures, wherein the common source regions are of a second conductivity type Lt; / RTI >

실시예들에 따르면, 상기 수직 구조체들과 상기 전극들 사이에 배치되는 데이터 저장막을 더 포함할 수 있다. According to embodiments, the data structure may further include a data storage layer disposed between the vertical structures and the electrodes.

실시예들에 따르면, 상기 기판은 셀 어레이 영역, 주변 회로 영역, 및 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하되, 상기 적층 구조체들 및 상기 산화 억제층은 상기 셀 어레이 영역에서 상기 연결 영역으로 연장되며, 상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체는 상기 주변 회로 영역을 향해 내려가는 형태의 계단식 구조를 가질 수 있다. According to embodiments, the substrate includes a cell array region, a peripheral circuit region, and a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region, wherein the stacked structures and the oxidation inhibition layer are formed in the cell array region And the stacked structure may extend in the connection region, and the stacked structure may have a stepwise structure in which the stacked structure moves down toward the peripheral circuit region.

실시예들에 따르면, 상기 기판은 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하며, 상기 수평 게이트 절연막은 상기 셀 어레이 영역과 상기 연결 영역에서 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다.According to embodiments, the substrate may include a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region, and the horizontal gate insulation film may have substantially the same thickness at the cell array region and the connection region.

실시예들에 따르면, 상기 주변 회로 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변 로직 회로들, 상기 주변 로직 회로들을 덮는 주변 절연 패턴을 포함하는 주변 로직 구조체를 더 포함하되, 상기 산화 억제층은 상기 셀 어레이 영역에서 상기 적층 구조체들과 상기 주변 로직 구조체 사이의 영역으로 연장될 수 있다.According to embodiments, the apparatus further comprises peripheral logic structures disposed on the substrate of the peripheral circuitry region, the peripheral logic structure including a peripheral insulation pattern covering the peripheral logic circuits, wherein the oxidation- Lt; RTI ID = 0.0 > region < / RTI > between the stacked structures and the peripheral logic structure.

실시예들에 따르면, 상기 연결 영역에 위치하는 상기 전극들의 단부들 및 상기 주변 로직 구조체를 덮는 매립 절연막을 더 포함하되, 상기 매립 절연막은 상기 적층 구조체들과 상기 주변 로직 구조체 사이에서 상기 산화 억제층을 덮을 수 있다.According to embodiments, the method further includes a buried insulating layer covering the ends of the electrodes located in the connection region and the peripheral logic structure, wherein the buried insulating layer is formed between the stacked structures and the peripheral logic structure, .

실시예들에 따르면, 상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체들을 관통하여 상기 기판에 연결되는 더미 수직 구조체들을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, the connecting region may further include dummy vertical structures that are connected to the substrate through the stacking structures.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치는 셀 어레이 영역, 주변 회로 영역, 및 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하는 기판; 상기 셀 어레이 영역에서 상기 연결 영역으로 연장되는 적층 구조체들로서, 상기 적층 구조체들은 수평 게이트 절연막 및 상기 수평 게이트 절연막 상에 수직적으로 번갈아 적층된 절연막들 및 전극들을 포함하는 적층 구조체들을 포함하는 것; 및 상기 수평 게이트 절연막과 접촉하며, 상기 기판 내에 제공된 산화 억제층을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional semiconductor memory device including: a substrate including a cell array region, a peripheral circuit region, and a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region; The stacked structures extending from the cell array region to the connection region, wherein the stacked structures include stacked structures including a horizontal gate insulating film and insulating films and electrodes vertically alternately stacked on the horizontal gate insulating film; And an oxidation inhibiting layer provided in the substrate in contact with the horizontal gate insulating film.

실시예들에 따르면, 상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체는 상기 주변 회로 영역을 향해 내려가는 형태의 계단식 구조를 가질 수 있다. According to embodiments, the stacked structure may have a stepped structure in which the stacked structure is downward toward the peripheral circuit region in the connection region.

실시예들에 따르면, 상기 수평 게이트 절연막은 상기 셀 어레이 영역과 상기 연결 영역에서 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다.According to embodiments, the horizontal gate insulating layer may have substantially the same thickness in the cell array region and the connection region.

실시예들에 따르면, 상기 셀 어레이 영역에서 상기 적층 구조체들 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 접촉하는 복수 개의 수직 구조체들을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, the substrate may further include a plurality of vertical structures in contact with the substrate through the stacked structures and the oxidation-inhibiting layer in the cell array region.

실시예들에 따르면, 상기 수직 구조체들 각각은, 상기 적층 구조체의 하부 부분 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 연결되는 하부 반도체 패턴과, 상기 적층 구조체의 상부 부분을 관통하여 상기 하부 반도체 패턴과 연결되는 상부 반도체 패턴을 포함할 수 있다.According to the embodiments, each of the vertical structures may include: a lower semiconductor pattern penetrating the lower portion of the laminated structure and the oxidation-inhibiting layer and connected to the substrate; and a lower semiconductor pattern penetrating the upper portion of the laminated structure, And an upper semiconductor pattern connected to the upper semiconductor pattern.

실시예들에 따르면, 상기 하부 반도체 패턴과 상기 전극들 사이의 수직 게이트 절연막을 더 포함하되, 상기 수평 및 수직 게이트 절연막들은 열산화막일 수 있다. According to embodiments, the lower semiconductor pattern may further include a vertical gate insulating film between the electrodes, wherein the horizontal and vertical gate insulating films may be a thermal oxide film.

실시예들에 따르면, 상기 수직 구조체들과 상기 전극들 사이에 배치되는 데이터 저장막을 더 포함할 수 있다. According to embodiments, the data structure may further include a data storage layer disposed between the vertical structures and the electrodes.

실시예들에 따르면, 상기 적층 구조체들과 이격되어 상기 주변 회로 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변 로직 구조체를 더 포함하되, 상기 산화 억제층은 상기 적층 구조체들과 상기 주변 로직 구조체 사이의 상기 기판으로 연장될 수 있다.According to embodiments, the semiconductor device further includes a peripheral logic structure spaced apart from the stacked structures and disposed on the substrate of the peripheral circuit region, wherein the oxidation inhibiting layer is disposed between the stacked structures and the peripheral logic structure, .

실시예들에 따르면, 상기 산화 억제층은 상기 수평 게이트 절연막의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. According to embodiments, the oxidation-inhibiting layer may have a thickness smaller than the thickness of the horizontal gate insulating film.

실시예들에 따르면, 상기 산화 억제층은 탄소(C), 질소(N), 또는 불소(F)를 포함할 수 있다. According to embodiments, the antioxidant layer may comprise carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F).

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 실시예들에 따르면, 수평 게이트 절연막 아래의 기판 내에 산화 억제층을 형성함으로써, 셀 어레이 영역에서 연결 영역으로 연장되는 수평 게이트 절연막은 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 셀 어레이 영역과 연결 영역에 제공되는 접지 선택 트랜지스터들의 문턱 전압 산포를 줄일 수 있다. According to embodiments of the present invention, by forming the oxidation-suppressing layer in the substrate below the horizontal gate insulating film, the horizontal gate insulating film extending from the cell array region to the connecting region can have a substantially uniform thickness. The threshold voltage distribution of the ground selection transistors provided in the cell array region and the connection region can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 개략적인 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 간략 회로도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 평면도이다.
도 5a 내지 도 14a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면들이다.
도 5b 내지 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도들로서, 도 4의 II-II'선을 따라 자른 단면들이다.
도 15a 내지 도 17a는 도 11a 내지 도 13a의 A 부분을 각각 확대한 도면들이다.
도 15b 내지 도 17b는 도 11b 내지 도 13b의 B 부분을 각각 확대한 도면들이다.
도 18은 도 14b의 C 부분을 확대한 도면이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 13a 및 도 13b의 A 부분 및 B 부분을 각각 확대한 도면들이다.
도 20a 내지 도 20e는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 데이터 저장막 구조를 설명하기 위한 도면들로서, 도 14b의 D 부분을 확대한 도면들이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부를 도시하는 회로도이다.
도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 단면도로서, 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면이다.
도 23a 및 도 23b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들로서, 각각 도 4의 I-I'선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면들이다.
도 24a 및 도 24b는 도 23a의 A 부분 및 B 부분을 각각 확대한 도면들이고, 도 24c는 도 23b의 C 부분을 확대한 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 개략적인 블록도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도이다.
1 is a view for explaining a schematic arrangement structure of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
2 is a block diagram of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
3A and 3B are simplified circuit diagrams of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
4 is a plan view of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
FIGS. 5A to 14A are cross-sectional views taken along line I-I 'of FIG. 4, illustrating a method for fabricating a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
FIGS. 5B to 14B are cross-sectional views of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, taken along line II-II 'of FIG.
Figs. 15A to 17A are enlarged views of portions A in Figs. 11A to 13A, respectively.
Figs. 15B to 17B are enlarged views of portions B in Figs. 11B to 13B, respectively.
18 is an enlarged view of a portion C in Fig. 14B.
FIGS. 19A and 19B are views for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention, and enlarged portions A and B of FIGS. 13A and 13B, respectively.
FIGS. 20A to 20E are diagrams for explaining the data storage film structure of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention, and enlarged part D of FIG. 14B.
21 is a circuit diagram showing a part of a three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention.
22 is a sectional view for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention, taken along the line I-I 'in FIG.
23A and 23B are cross-sectional views taken along lines I-I 'and II-II' in FIG. 4, respectively, for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention.
24A and 24B are enlarged views of portions A and B of FIG. 23A, respectively, and FIG. 24C is an enlarged view of portion C of FIG. 23B.
25 is a schematic block diagram of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
26 is a cross-sectional view of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments 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. 또한, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present 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. Also, in this specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate, or a third film may be interposed therebetween.

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 the films and regions are exaggerated for an effective description of the 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 changes in the shapes that are generated according to 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.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 개략적인 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a schematic arrangement structure of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 블록도이다.2 is a block diagram of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 메모리 장치는 셀 어레이 영역(CAR), 및 주변 회로 영역을 포함한다. 주변 회로 영역은 로우 디코더 영역들(ROW DCR), 페이지 버퍼 영역(PBR), 및 칼럼 디코더 영역(COL DCR)을 포함한다. 이에 더하여, 셀 어레이 영역(CAR)과 로우 디코더 영역들(ROW DCR) 사이에 연결 영역(CNR)이 배치될 수 있다. Referring to FIG. 1, a semiconductor memory device includes a cell array region CAR, and a peripheral circuit region. The peripheral circuit region includes row decoder regions (ROW DCR), a page buffer region (PBR), and a column decoder region (COL DCR). In addition, a connection area CNR may be disposed between the cell array area CAR and the row decoder areas ROW DCR.

도 1 및 도 2를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAR)에는 복수 개의 메모리 셀들로 구성된 메모리 셀 어레이가 배치된다. 메모리 셀 어레이는 복수의 메모리 셀들 및 메모리 셀들과 전기적으로 연결된 복수 개의 워드 라인들 및 비트 라인들을 포함한다. 메모리 셀 어레이는 데이터 소거 단위인 복수 개의 메모리 블록들(BLK0~BLKn)을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명된다. Referring to FIGS. 1 and 2, a memory cell array composed of a plurality of memory cells is arranged in the cell array region CAR. The memory cell array includes a plurality of memory cells and a plurality of word lines and bit lines electrically coupled to the memory cells. The memory cell array may include a plurality of memory blocks BLK0 to BLKn, which are data erase units. The memory cell array will be described in detail with reference to Fig.

로우 디코더 영역(ROW DCR)에는 메모리 셀 어레이의 워드라인들을 선택하는 로우 디코더(2)가 배치된다. 연결 영역(CNR)에는 메모리 셀 어레이와 로우 디코더(2)를 전기적으로 연결하는 배선 구조체가 배치될 수 있다. 로우 디코더(2)는 어드레스 정보에 따라, 메모리 셀 어레이의 메모리 블록들(BLK0~BLKn) 중 하나를 선택하고, 선택된 메모리 블록의 워드 라인들 중 하나를 선택한다. 로우 디코더(2)는 제어 회로(미도시)의 제어에 응답해서 전압 발생 회로(미도시)로부터 발생된 워드라인 전압을 선택된 워드 라인 및 비선택된 워드 라인들로 각각 제공할 수 있다. In the row decoder region (ROW DCR), a row decoder 2 for selecting the word lines of the memory cell array is disposed. A wiring structure for electrically connecting the memory cell array and the row decoder 2 may be disposed in the connection region CNR. The row decoder 2 selects one of the memory blocks BLK0 to BLKn of the memory cell array and selects one of the word lines of the selected memory block according to the address information. The row decoder 2 may provide a word line voltage generated from a voltage generating circuit (not shown) to selected word lines and unselected word lines, respectively, in response to control of a control circuit (not shown).

페이지 버퍼 영역(PBR)에는 메모리 셀들에 저장된 정보를 판독하기 위한 페이지 버퍼(3)가 배치될 수 있다. 페이지 버퍼(3)는 동작 모드에 따라, 메모리 셀들에 저장될 데이터를 임시로 저장하거나, 메모리 셀들에 저장된 데이터를 감지할 수 있다. 페이지 버퍼(3)는 프로그램 동작 모드시 기입 드라이버(write driver) 회로로 동작하며, 읽기 동작 모드시 감지 증폭기(sense amplifier) 회로로서 동작할 수 있다. The page buffer area PBR may be provided with a page buffer 3 for reading information stored in the memory cells. The page buffer 3 may temporarily store data to be stored in the memory cells or sense data stored in the memory cells, depending on the operation mode. The page buffer 3 operates as a write driver circuit in a program operation mode and as a sense amplifier circuit in a read operation mode.

컬럼 디코더 영역(COL DCR)에는 메모리 설 어레이의 비트라인들과 연결되는 컬럼 디코더(4)가 배치된다. 컬럼 디코더(4)는 페이지 버퍼(3)와 외부 장치(예를 들면, 메모리 컨트롤러) 사이에 데이터 전송 경로를 제공할 수 있다.In the column decoder area (COL DCR), a column decoder (4) connected to the bit lines of the memory array is disposed. The column decoder 4 can provide a data transmission path between the page buffer 3 and an external device (for example, a memory controller).

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 셀 어레이를 나타내는 회로도들이다. 3 is a circuit diagram showing a cell array of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 일 예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀 어레이는 공통 소오스 라인(CSL), 복수개의 비트라인들(BL) 및 공통 소오스 라인(CSL)과 비트라인들(BL) 사이에 배치되는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다. 3, a cell array of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment is disposed between a common source line CSL, a plurality of bit lines BL, and a common source line CSL and bit lines BL And may include a plurality of cell strings (CSTR).

비트 라인들(BL)은 2차원적으로 배열되고, 그 각각에는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결된다. 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소오스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 비트 라인들(BL)과 하나의 공통 소오스 라인(CSL) 사이에 복수의 셀 스트링들(CSTR)이 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 공통 소오스 라인(CSL)은 복수 개로 2차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 공통 소오스 라인들(CSL)에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수 있거나, 또는 공통 소오스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 제어될 수도 있다. The bit lines BL are two-dimensionally arranged, and a plurality of cell strings CSTR are connected in parallel to each of the bit lines BL. The cell strings CSTR may be connected in common to the common source line CSL. That is, a plurality of cell strings CSTR may be disposed between the plurality of bit lines BL and one common source line CSL. According to an example, the common source lines CSL may be arranged two-dimensionally in plural. Here, electrically common voltages may be applied to the common source lines CSL, or each common source line CSL may be electrically controlled.

셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소오스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트라인(BL)에 접속하는 스트링 선택 트랜지스터(SST), 및 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 사이에 배치되는 복수개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 그리고, 접지 선택 트랜지스터(GST), 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 직렬로 연결될 수 있다. Each of the cell strings CSTR includes a ground selection transistor GST connected to the common source line CSL, a string selection transistor SST connected to the bit line BL, and ground and string selection transistors GST and SST And a plurality of memory cell transistors MCT arranged between the plurality of memory cell transistors MCT. The ground selection transistor GST, the string selection transistor SST, and the memory cell transistors MCT may be connected in series.

공통 소오스 라인(CSL)은 접지 선택 트랜지스터들(GST)의 소오스들에 공통으로 연결될 수 있다. 이에 더하여, 공통 소오스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL) 사이에 배치되는, 접지 선택 라인(GSL), 복수개의 워드라인들(WL0-WL3) 및 복수개의 스트링 선택 라인들(SSL)이 접지 선택 트랜지스터(GST), 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 스트링 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들로서 각각 사용될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 데이터 저장 요소(data storage element)를 포함한다.The common source line CSL may be connected in common to the sources of the ground selection transistors GST. In addition, the ground selection line GSL, the plurality of word lines WL0-WL3 and the plurality of string selection lines SSL, which are disposed between the common source line CSL and the bit lines BL, As the gate electrodes of the selection transistor GST, the memory cell transistors MCT and the string selection transistors SST, respectively. In addition, each of the memory cell transistors MCT includes a data storage element.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 평면도이다. 도 5a 내지 도 14a 및 도 5b 내지 도 14b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 5a 내지 도 14a는 각각 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면들이고, 도 5b 내지 도 14b는 각각 도 4의 II-II'선을 따라 자른 단면들이다.4 is a plan view of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention. FIGS. 5A to 14A and FIGS. 5B to 14B are cross-sectional views illustrating a method for fabricating a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention. FIGS. 5A to 14A are cross- And FIGS. 5B to 14B are cross-sectional views taken along line II-II 'of FIG. 4, respectively.

도 15a 내지 도 17a는 도 11a 내지 도 13a의 A 부분을 각각 확대한 도면들이고, 도 15b 내지 도 17b는 도 11b 내지 도 13b의 B 부분을 각각 확대한 도면들이다. 그리고, 도 18은 도 14B의 C 부분을 확대한 도면이다. Figs. 15A to 17A are enlarged views of portions A of Figs. 11A to 13A, respectively, and Figs. 15B to 17B are enlarged views of portions B of Figs. 11B to 13B, respectively. 18 is an enlarged view of a portion C in Fig. 14B.

도 4, 도 5a, 및 도 5b를 참조하면, 기판(10)은 셀 어레이 영역(CAR), 연결 영역(CNR), 및 주변 회로 영역(PR)을 포함할 수 있다. 연결 영역(CNR)은 셀 어레이 영역(CAR)과 주변 회로 영역(PR) 사이에 위치할 수 있다. 4, 5A, and 5B, the substrate 10 may include a cell array area CAR, a connection area CNR, and a peripheral circuit area PR. The connection region CNR may be located between the cell array region CAR and the peripheral circuit region PR.

기판(10)은 반도체 특성을 갖는 물질(예를 들면, 실리콘 웨이퍼), 절연성 물질(예를 들면, 유리), 절연성 물질에 의해 덮인 반도체 또는 도전체 중의 하나일 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. The substrate 10 may be one of a semiconductor material having a semiconductor property (e.g., a silicon wafer), an insulating material (e.g., glass), or a semiconductor or a conductor covered with an insulating material. For example, the substrate 10 may be a silicon wafer having a first conductivity type.

주변 회로 영역(PR)의 기판(10) 상에 메모리 셀들에 데이터를 기입 및 판독하기 위한 주변 로직 회로들이 형성될 수 있다. 주변 로직 회로들은, 도 2를 참조하여 설명한 것처럼, 로우 및 칼럼 디코더들(도 2의 2, 4 참조), 페이지 버퍼(도 2의 3 참조) 및 제어 회로들(도 2의 5 참조)을 포함할 수 있다. 즉, 주변 로직 회로들은 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터들, 저항(resistor), 및 캐패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. Peripheral logic circuits for writing and reading data to and from the memory cells on the substrate 10 of the peripheral circuit region PR may be formed. Peripheral logic circuits include row and column decoders (see 2 and 4 in FIG. 2), page buffers (see 3 in FIG. 2), and control circuits (see 5 in FIG. 2) can do. That is, the peripheral logic circuits may include NMOS and PMOS transistors, resistors, and capacitors that are electrically coupled to the memory cells.

일 예로, 주변 회로 영역(PR)의 기판(10)에 주변 활성 영역(ACT)을 정의하는 소자 분리막(21)이 형성될 수 있다. 주변 활성 영역(ACT)을 가로지르는 주변 게이트 전극(23), 주변 게이트 전극(23)과 기판(10) 사이에 주변 게이트 절연막(22)이 형성될 수 있다. 주변 게이트 전극(23)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 실리사이드, 또는 금속 물질로 형성될 수 있으며, 주변 게이트 절연막(22)은 열산화 공정에 의해 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 또한, 소오스/드레인 영역들(24)이 주변 게이트 전극(23)의 양측의 활성 영역(ACT)에 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. For example, the device isolation film 21 defining the peripheral active region ACT may be formed on the substrate 10 of the peripheral circuit region PR. A peripheral gate insulating film 22 may be formed between the peripheral gate electrode 23 and the peripheral gate electrode 23 across the peripheral active region ACT and the substrate 10. [ The peripheral gate electrode 23 may be formed of doped polysilicon, metal silicide, or a metal material, and the peripheral gate insulating film 22 may be a silicon oxide film formed by a thermal oxidation process. Further, the source / drain regions 24 may be formed by doping the active region ACT on both sides of the peripheral gate electrode 23 with an impurity.

주변 회로 영역(PR)의 기판(10) 상에 주변 로직 회로들을 형성한 후에, 기판(10) 전면을 덮는 주변 절연막(25)이 형성될 수 있다. 주변 절연막(25)은 복수 개의 절연막들 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 또는 저유전(low-k)막 등을 포함할 수 있다. After the peripheral logic circuits are formed on the substrate 10 of the peripheral circuit region PR, the peripheral insulating film 25 covering the entire surface of the substrate 10 may be formed. The peripheral insulating film 25 may include a plurality of insulating films, and may include, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a low-k film.

도 4, 도 6a, 및 도 6b를 참조하면, 주변 절연막(25)을 패터닝하여 셀 어레이 영역(CAR) 및 연결 영역(CNR)의 기판(10)을 노출시키는 주변 절연 패턴(25P)이 형성될 수 있다. 주변 절연 패턴(25P)을 형성함으로써 주변 회로 영역(PR)의 기판(10) 상에 주변 로직 구조체(PSTR)가 형성될 수 있으며, 주변 로직 구조체(PSTR)는 주변 게이트 절연막(22), 주변 게이트 전극(23), 소오스/드레인 영역들(24), 및 주변 절연 패턴(25P)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 4, 6A, and 6B, the peripheral insulating film 25 is patterned to form a peripheral insulating pattern 25P that exposes the substrate 10 of the cell array region CAR and the connecting region CNR . The peripheral logic structure PSTR may be formed on the substrate 10 of the peripheral circuit region PR by forming the peripheral insulating pattern 25P and the peripheral logic structure PSTR may be formed on the peripheral gate insulating film 22, Electrode 23, source / drain regions 24, and a peripheral insulation pattern 25P.

상세하게, 주변 절연 패턴(25P)을 형성하는 것은, 주변 절연막(25) 상에 주변 회로 영역(PR)을 덮는 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 것 및 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 주변 절연막(25)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. Specifically, the peripheral insulating pattern 25P is formed by forming a mask pattern (not shown) covering the peripheral circuit region PR on the peripheral insulating film 25 and forming the peripheral insulating film 25P by using the mask pattern as an etching mask. (25). ≪ / RTI >

일 예에서, 주변 절연막(25)은 플라즈마를 이용한 식각 공정을 이용하여 식각될 수 있다. 식각 공정은 예를 들어, 플라즈마 식각(plasma etching), 반응성 이온 식각(RIE, Reactive Ion Etching), 고주파 유도 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE), 또는 이온빔 식각(IBE, Ion Beam Etching) 공정일 수 있다. In one example, the peripheral insulating film 25 may be etched using a plasma etching process. The etching process may be performed by, for example, plasma etching, reactive ion etching (RIE), inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE), or ion beam etching (IBE, Ion Beam Etching) process.

일 예로, 주변 절연막(25)을 식각하는 공정시, 식각 가스로서 플루오로카본(fluorocarbon; CxFy) 계열의 가스 또는 하이드로플루오로카본(hydrofluorocarbon; CxHyFz) 계열의 가스가 이용될 수 있다. 예를 들어, CF4, C3F8, C4F8, 및 CH2F2, 등과 같은 식각 가스들이 이용될 수 있다. For example, fluorocarbon (CxFy) -based gas or hydrofluorocarbon (CxHyFz) -based gas may be used as the etching gas in the step of etching the peripheral insulating film 25. [ Etching gases such as, for example, CF 4 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , and CH 2 F 2 , etc. may be used.

실시예들에 따르면, 주변 절연 패턴(25P)을 형성한 후, 주변 절연 패턴(25P)에 의해 노출된 기판(10)에 산화 억제층(11)이 형성될 수 있다. 산화 억제층(11)은 기판(10)의 표면에 인접하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 산화 억제층(11)은 탄소(C), 질소(N), 또는 불소(F)와 같은 산화 억제 물질을 포함할 수 있다. 또한, 산화 억제층(11)은 약 50Å 내지 150Å의 두께를 가질 수 있다. According to the embodiments, after the peripheral insulating pattern 25P is formed, the oxidation inhibiting layer 11 may be formed on the substrate 10 exposed by the peripheral insulating pattern 25P. The oxidation-inhibiting layer 11 may be formed adjacent to the surface of the substrate 10. For example, the oxidation-inhibiting layer 11 may include an oxidation inhibiting substance such as carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F). In addition, the oxidation-inhibiting layer 11 may have a thickness of about 50 Å to about 150 Å.

일 예에 따르면, 탄소 및 불소를 포함하는 식각 가스를 이용하여 주변 절연막(25)을 플라즈마 식각할 때, 식각 가스 내 포함된 탄소가 이온화될 수 있다. 이 때, 탄소 이온들이 주변 절연 패턴(25P)에 의해 노출되는 기판(10)의 표면으로 침투하여 기판(10) 표면에 산화 억제층(11)이 형성될 수 있다. 즉, 산화 억제층(11)은 주변 절연 패턴(25P)의 식각 공정시 인시츄(in-situ)로 형성될 수 있다. 이와 같이 산화 억제층(11)을 형성할 때, 산화 억제층(11) 내의 탄소 농도는 플라즈마를 이용한 식각 공정시 RF 파워에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 식각 공정시 RF 파워를 증가시키는 경우 주변 절연 패턴(25P)에 노출된 기판(10) 표면으로 침투하는 탄소 양이 증가될 수 있다. According to one example, when the peripheral insulating film 25 is plasma-etched using the etching gas containing carbon and fluorine, the carbon contained in the etching gas can be ionized. At this time, the carbon ions penetrate into the surface of the substrate 10 exposed by the peripheral insulating pattern 25P, so that the oxidation inhibiting layer 11 can be formed on the surface of the substrate 10. That is, the oxidation-inhibiting layer 11 may be formed in situ during the etching process of the peripheral insulating pattern 25P. When the oxidation-inhibiting layer 11 is formed as described above, the carbon concentration in the oxidation-inhibiting layer 11 may vary depending on the RF power during the etching process using the plasma. For example, when the RF power is increased during the plasma etching process, the amount of carbon penetrating the surface of the substrate 10 exposed to the peripheral insulating pattern 25P may be increased.

다른 예에 따르면, 산화 억제층(11)은 주변 절연 패턴(25P)을 이온주입 마스크로 이용하여 산화 억제 물질을 기판(10)에 이온 주입함으로써 형성될 수도 있다.According to another example, the oxidation-inhibiting layer 11 may be formed by ion implanting the oxidation inhibiting material into the substrate 10 using the peripheral insulating pattern 25P as an ion implantation mask.

나아가, 실시예들에 따르면, 주변 절연 패턴(25P)을 형성한 후, 주변 절연 패턴(25P)에 의해 노출된 기판(10) 내에 제 1 도전형의 웰 불순물층(10P)이 형성될 수 있다. 즉, 웰 불순물층(10P)은 셀 어레이 영역(CAR) 및 연결 영역(CNR)의 기판(10) 내에 형성될 수 있다. 웰 불순물층(10P)은 제 1 도전형의 불순물을 기판(10) 내에 도핑하여 형성될 수 있다. 웰 불순물층(10P)이 형성되는 경우 기판(10)은 제 2 도전형의 반도체층(미도시)을 포함할 수 있으며, 웰 불순물층(10P)은 제 2 도전형의 반도체층 내에 형성될 수 있다. Furthermore, according to the embodiments, after the peripheral insulating pattern 25P is formed, the well impurity layer 10P of the first conductivity type may be formed in the substrate 10 exposed by the peripheral insulating pattern 25P . That is, the well impurity layer 10P may be formed in the substrate 10 of the cell array region CAR and the connection region CNR. The well impurity layer 10P may be formed by doping an impurity of the first conductivity type into the substrate 10. [ When the well impurity layer 10P is formed, the substrate 10 may include a second conductive semiconductor layer (not shown), and the well impurity layer 10P may be formed in the second conductive semiconductor layer have.

다른 예에서, 산화 억제층(11)은 기판(10)에 웰 불순물층(10P)을 형성하는 동안 산화 억제 물질을 함께 도핑함으로써 형성될 수도 있다. In another example, the oxidation-inhibiting layer 11 may be formed by doping the oxidation inhibiting material with the substrate 10 while forming the well impurity layer 10P.

도 4, 도 7a, 및 도 7b를 참조하면, 몰드 구조체(100)는 셀 어레이 영역(CAR)에서 연결 영역(CNR)으로 연장되는 몰드 구조체(100)가 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 연결 영역(CNR)에서 몰드 구조체(100)는 주변 회로 영역(PR)에 인접할수록 높이가 감소하는 계단식으로 구조를 가질 수 있다. 4, 7A, and 7B, the mold structure 100 may be formed on the substrate 10 with the mold structure 100 extending from the cell array area CAR to the connection area CNR . The mold structure 100 in the connection region CNR may have a stepped structure in which the height thereof decreases in the vicinity of the peripheral circuit region PR.

상세하게, 몰드 구조체(100)를 형성하는 것은, 기판(10)의 전면 상에 박막 구조체를 형성하는 것, 및 박막 구조체에 대한 트리밍 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. In detail, forming the mold structure 100 may include forming a thin film structure on the front surface of the substrate 10 and performing a trimming process on the thin film structure.

일 예에서, 박막 구조체는 셀 어레이 영역(CAR)의 기판(10)의 상부면에서 주변 로직 구조체(PSTR)의 상부면으로 연장될 수 있다. 그리고, 박막 구조체는 기판(10) 표면 상의 버퍼 절연막(ILDa) 및 버퍼 절연막(ILDa) 상에 번갈아 적층된 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 버퍼 절연막(ILDa)은 실리콘 산화막일 수 있으며, 열산화 공정 또는 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 실시예들에서, 버퍼 절연막(ILDa)은 산화 억제층(11) 상에 형성될 수 있으며, 산화 억제층(11)과 직접 접촉할 수 있다. In one example, the thin film structure may extend from the top surface of the substrate 10 of the cell array region CAR to the top surface of the peripheral logic structure PSTR. The thin film structure may include the buffer insulating layer ILDa on the surface of the substrate 10 and the sacrificial layers SL and the insulating layers ILD alternately stacked on the buffer insulating layer ILDa. The buffer insulating film ILDa may be a silicon oxide film, and may be formed using a thermal oxidation process or a deposition process. In the embodiments, the buffer insulating film ILDa may be formed on the oxidation-inhibiting layer 11 and may be in direct contact with the oxidation-inhibiting layer 11.

박막 구조체에서, 희생막들(SL)은 절연막들(ILD)에 대해 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)은 케미컬 용액을 이용한 습식 식각 공정에서의 높은 식각 선택비를 가지며, 식각 가스를 이용한 건식 식각 공정에서 낮은 식각 선택비를 가질 수 있다. 일 예로, 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)은 절연 물질로 형성되되, 서로 식각 선택성을 가질 수 있다. 즉, 희생막들(SL)은 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 희생막들(SL)은 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드, 실리콘 저마늄, 실리콘 산질화막 및 실리콘 질화막 중의 적어도 하나일 수 있다. 절연막들(ILD)은 실리콘막, 실리콘 산화막, 실리콘 카바이드막, 실리콘 산질화막, 및 실리콘 질화막 중의 적어도 하나이되, 희생막들(SL)과 다른 물질일 수 있다. 예를 들어, 희생막들(SL)은 실리콘 질화막으로 형성될 수 있으며, 절연막들(ILD)은 저유전막으로 형성될 수 있다. 이와 달리, 희생막들(SL)은 도전 물질로 형성되고, 절연막들(ILD)은 절연 물질로 이루어질 수도 있다. In the thin film structure, the sacrificial films SL can be formed of a material which can be etched with etching selectivity to the insulating films ILD. For example, sacrificial films (SL) and insulating films (ILD) have a high etch selectivity in a wet etch process using a chemical solution and can have a low etch selectivity in a dry etch process using an etch gas. In one example, the sacrificial films SL and the insulating films ILD are formed of an insulating material, and may have etch selectivity with respect to each other. That is, the sacrificial films SL may be made of an insulating material different from the insulating films ILD. For example, the sacrificial films SL may be at least one of a silicon film, a silicon oxide film, a silicon carbide, a silicon germanium film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film. The insulating films ILD are at least one of a silicon film, a silicon oxide film, a silicon carbide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film, and may be a material different from the sacrificial films SL. For example, the sacrificial films SL may be formed of a silicon nitride film, and the insulating films ILD may be formed of a low dielectric film. Alternatively, the sacrificial films SL may be formed of a conductive material, and the insulating films ILD may be formed of an insulating material.

희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)은 열적 화학기상증착(Thermal CVD), 플라즈마 인핸스드(Plasma enhanced CVD), 물리적 화학기상증착(physical CVD) 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 기술을 이용하여 증착될 수 있다. The sacrificial layers SL and the insulating layers ILD may be formed by thermal CVD, plasma enhanced CVD, physical CVD, or atomic layer deposition (ALD) Technique. ≪ / RTI >

박막 구조체에서, 희생막들(SL)은 동일한 두께를 가질 수 있다. 이와 달리, 희생막들(SL) 중 최하층 및 최상층의 희생막들(SL)은 그것들 사이에 위치한 희생막들(SL)에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 절연막들(ILD)은 동일한 두께를 가지거나, 절연막들(ILD) 중 일부는 두께가 다를 수도 있다. 이에 더하여, 박막 구조체의 최하층에 형성된 버퍼 절연막(ILDa)은 그 위에 형성되는 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)보다 얇은 두께를 가질 수 있다. In the thin film structure, the sacrificial films SL may have the same thickness. Alternatively, the sacrificial films SL of the lowermost layer and the uppermost layer among the sacrificial films SL may be formed thicker than the sacrificial films SL located therebetween. Further, the insulating films ILD may have the same thickness, or some of the insulating films ILD may have different thicknesses. In addition, the buffer insulating film ILDa formed at the lowermost layer of the thin film structure may have a thickness thinner than the sacrificial films SL and the insulating films ILD formed thereon.

이어서, 연결 영역(CNR)에서 계단식 구조(stepwise structure)를 갖도록 박막 구조체를 패터닝하는 트리밍 공정(trimming process)이 수행될 수 있다. 상세하게, 트리밍 공정은 셀 어레이 영역(CAR) 및 연결 영역(CNR)에서 박막 구조체를 덮는 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 공정, 박막 구조체를 식각하는 공정, 마스크 패턴의 수평적 면적을 축소시키는 공정, 및 박막 구조체를 식각하는 공정과 마스크 패턴의 수평적 면적을 축소시키는 공정을 번갈아 반복하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 트리밍 공정을 수행함에 따라, 셀 어레이 영역(CAR) 및 연결 영역(CNR)의 기판(10) 상에 몰드 구조체(100)가 형성될 수 있다. 몰드 구조체(100)는 주변 로직 구조체(PSTR)와 이격될 수 있으며, 몰드 구조체(100)와 주변 로직 구조체(PSTR) 사이의 기판(10)이 노출될 수 있다. 그리고, 몰드 구조체(100)는 연결 영역(CNR)에서 주변 회로 영역(PR) 향해 내려가는 형태의 계단식 구조를 가질 수 있다. 즉, 절연막들(ILD) 및 희생막들(SL)의 끝단들은 연결 영역(CNR)에 위치할 수 있으며, 절연막들(ILD) 및 희생막들(SL)의 면적은 기판(10)의 상부면에서 멀어질수록 감소할 수 있다. 다시 말해, 연결 영역(CNR)에서 주변 회로 영역(PR)으로 갈수록 몰드 구조체(100)의 높이가 감소할 수 있다. Then, a trimming process may be performed to pattern the thin film structure so as to have a stepwise structure in the connection region CNR. Specifically, the trimming process includes a process of forming a mask pattern (not shown) covering the thin film structure in the cell array region CAR and the connection region CNR, a process of etching the thin film structure, a process of reducing the horizontal area of the mask pattern And alternately repeating the step of etching the thin film structure and the step of reducing the horizontal area of the mask pattern. The mold structure 100 may be formed on the substrate 10 of the cell array area CAR and the connection area CNR by performing the trimming process. The mold structure 100 may be spaced apart from the peripheral logic structure PSTR and the substrate 10 between the mold structure 100 and the peripheral logic structure PSTR may be exposed. The mold structure 100 may have a stepped structure in which the mold structure 100 descends from the connection region CNR toward the peripheral circuit region PR. That is, the ends of the insulating films ILD and the sacrificial films SL may be located in the connection region CNR, and the areas of the insulating films ILD and the sacrificial films SL may be located on the upper surface Can be reduced. In other words, the height of the mold structure 100 may decrease from the connection region CNR to the peripheral circuit region PR.

계속해서, 도 7a, 및 도 7b를 참조하면, 기판(10) 전면에 몰드 구조체(100) 및 주변 로직 구조체(PSTR)를 덮는 매립 절연막(120)이 형성될 수 있다. 매립 절연막(120)은 희생막들에 대해 식각 선택성을 갖는 절연 물질로 형성될 수 있다. 7A and 7B, a buried insulating film 120 covering the mold structure 100 and the peripheral logic structure PSTR may be formed on the entire surface of the substrate 10. The buried insulating film 120 may be formed of an insulating material having etch selectivity to the sacrificial films.

매립 절연막(120)을 형성하는 것은, 몰드 구조체(100) 및 주변 로직 구조체(PSTR)를 덮도록 기판(10) 전면에 절연막을 증착하는 것, 및 절연막의 상부면을 평탄화시키는 것을 포함할 수 있다. 즉, 매립 절연막(120)은 연결 영역(CNR)에서 몰드 구조체(100)의 희생막들의 단부들과, 주변 회로 영역(PR)에서 주변 로직 구조체(PSTR)를 덮되, 평탄화된 상부면을 가질 수 있다. 또한, 일 예에서, 매립 절연막(120)은 몰드 구조체(100)들과 주변 로직 구조체(PSTR) 사이에 노출되는 산화 억제층(11)의 일 부분을 덮을 수 있다. The formation of the buried insulating film 120 may include depositing an insulating film over the entire surface of the substrate 10 to cover the mold structure 100 and the peripheral logic structure PSTR and planarizing the upper surface of the insulating film . That is, the buried insulating film 120 is formed on the surface of the mold structure 100 in the connection region CNR. The ends of the sacrificial films and the peripheral logic structure (PSTR) in the peripheral circuit region PR, and may have a planarized top surface. Further, in one example, the buried insulating film 120 may cover a portion of the oxidation inhibiting layer 11 exposed between the mold structures 100 and the surrounding logic structure PSTR.

매립 절연막(120)은 예를 들어, 고밀도플라즈마(HDP) 산화막, TEOS(TetraEthylOrthoSilicate), PE-TEOS(Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate), O3-TEOS(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate), USG(Undoped Silicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass), BSG(Borosilicate Glass), BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass), FSG(Fluoride Silicate Glass), SOG(Spin On Glass), TOSZ(Tonen SilaZene) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 매립 절연막(120)은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전율을 가지는 low-k 물질을 포함할 수도 있다. The buried insulating film 120 may be formed of a high density plasma (HDP) oxide film, TEOS (TetraEthylOrthoSilicate), PE-TEOS (Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate), O3-TEOS (O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate) A phosphosilicate glass (PSG), a borosilicate glass (BSG), a borophosphosilicate glass (BPSG), a fluoride silicate glass (FSG), a spin on glass (SOG), a toned silaZene or a combination thereof. In addition, the buried insulating film 120 may include silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material having a low dielectric constant.

도 4, 도 8a, 및 도 8b를 참조하면, 몰드 구조체(100)를 관통하는 복수 개의 수직 홀들(H, DH)이 형성될 수 있다. 일 예에서, 수직 홀들(H, DH)은 셀 어레이 영역(CAR)에 형성되는 셀 수직 홀들(H)과, 연결 영역(CNR)에 형성되는 더미 수직 홀들(DH)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 4, 8A, and 8B, a plurality of vertical holes H and DH may be formed through the mold structure 100. In one example, the vertical holes H and DH may include cell vertical holes H formed in the cell array area CAR and dummy vertical holes DH formed in the connection area CNR.

실시예들에 따르면, 수직 홀들(H, DH)을 형성하는 것은, 몰드 구조체(100) 상에 마스크 패턴(미도시)을 형성하고, 마스크 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용하여 몰드 구조체(100)를 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 이방성 식각 공정에서 기판(10)의 상부면까지 과도 식각(over-etch)될 수 있으며, 이에 따라, 수직 홀들(H, DH)에 노출된 기판(10)의 상부면은 소정의 깊이로 리세스될 수 있다. 그리고, 실시예들에서, 수직 홀들(H, DH)은 산화 억제층(11)을 관통하여 기판(10) 내의 웰 불순물층(10P)을 노출시킬 수 있다. 또한, 이방성 식각 공정에 의해 수직 홀들(H, DH)의 하부 폭이 수직 홀들(H, DH)의 상부 폭보다 작을 수 있다. According to the embodiments, forming the vertical holes H and DH may be performed by forming a mask pattern (not shown) on the mold structure 100 and etching the mold structure (not shown) using a mask pattern (not shown) 100). ≪ / RTI > The upper surface of the substrate 10 exposed to the vertical holes H and DH may be over-etched to the upper surface of the substrate 10 in the anisotropic etching process, . And, in the embodiments, the vertical holes H and DH can penetrate the oxidation inhibiting layer 11 to expose the well impurity layer 10P in the substrate 10. Further, the bottom width of the vertical holes H and DH may be smaller than the top width of the vertical holes H and DH by the anisotropic etching process.

나아가, 셀 수직 홀들(H)은, 평면적 관점에서, 일 방향으로 배열되거나, 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 더미 수직 홀들(DH)은 매립 절연막(120) 및 희생막들의 단부들을 관통할 수 있다. 더미 수직 홀들(HDH)은 연결 영역(CNR)에 형성됨에 따라, 더미 수직 홀들(DH)이 주변 회로 영역(PR)에 인접할수록, 더미 수직 홀들(DH)이 관통하는 희생막들(SL)의 개수가 감소할 수 있다. Furthermore, the cell vertical holes H can be arranged in one direction or arranged in a zigzag form in plan view. The dummy vertical holes DH may penetrate the ends of the buried insulating film 120 and the sacrificial layers. The dummy vertical holes HDH are formed in the connection region CNR so that the distance between the dummy vertical holes DH and the peripheral circuit region PR becomes smaller as the dummy vertical holes DH pass through the sacrificial films SL The number can be reduced.

일 예에서, 더미 수직 홀들(DH)은 일부 희생막들(SL)의 단부들을 관통할 수 있으며, 서로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 예에서, 더미 수직 홀들(DH)은 각 희생막(SL)의 단부를 관통할 수도 있다. 또 다른 예에서, 더미 수직 홀들(DH)을 형성하는 것은 생략될 수도 있다. In one example, the dummy vertical holes DH may penetrate the end portions of some of the sacrificial films SL, and may be disposed at a certain distance from each other. However, the present invention is not limited to this, and in another example, the dummy vertical holes DH may pass through the end of each sacrificial layer SL. In another example, forming the dummy vertical holes DH may be omitted.

계속해서, 수직 홀들(H, DH)의 하부 부분을 채우는 하부 반도체 패턴(LSP)이 형성될 수 있다. Subsequently, a lower semiconductor pattern LSP filling the lower portion of the vertical holes H, DH may be formed.

실시예들에 따르면, 하부 반도체 패턴(LSP)은, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 산화 억제층(11)을 관통하여 웰 불순물층(10P)과 접촉할 수 있다. 즉, 하부 반도체 패턴(LSP)의 바닥면의 기판(10)의 상부면보다 아래에 위치할 수 있으며, 나아가, 산화 억제층(11)의 바닥면보다 아래에 위치할 수 있다. 또한, 하부 반도체 패턴(LSP)은 몰드 구조체(100) 하부에 위치하는 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)의 일측벽들과 직접 접촉될 수 있다. 하부 반도체 패턴(LSP)은 적어도 하나 이상의 희생막들(SL)의 측벽을 덮을 수 있다. 하부 반도체 패턴(LSP)의 상부면은 수직적으로 인접하는 희생막들(SL) 사이에 위치할 수 있다. According to the embodiments, the lower semiconductor pattern LSP can contact the well impurity layer 10P through the oxidation-inhibiting layer 11, as shown in Figs. 15A and 15B. That is, the bottom surface of the lower semiconductor pattern LSP may be located below the upper surface of the substrate 10, and further below the bottom surface of the oxidation inhibiting layer 11. In addition, the lower semiconductor pattern LSP may directly contact the one side walls of the sacrificial layers SL and the insulating films ILD located under the mold structure 100. The lower semiconductor pattern LSP may cover the side walls of at least one or more sacrificial films SL. The upper surface of the lower semiconductor pattern LSP may be positioned between vertically adjacent sacrificial layers SL.

보다 상세하게, 하부 반도체 패턴(LSP)은, 수직 홀들(H, DH)에 노출된 기판(10)을 씨드층(seed layer)으로 사용하는 선택적 에피택시얼 성장(Selective Epitaxial Growth; SEG) 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 하부 반도체 패턴(LSP)은 수직 홀들(H, DH)의 하부 부분들을 채우는 필라(pillar) 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 하부 반도체 패턴(LSP)은 단결정 구조를 갖거나 화학기상증착 기술의 결과물보다 증가된 그레인 크기를 갖는 다결정 구조를 가질 수 있다. 한편, 하부 반도체 패턴(LSP)을 위한 물질은 실리콘일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 탄소 나노 구조물들, 유기 반도체 물질들 및 화합물 반도체들이 하부 반도체 패턴(LSP)을 위해 사용될 수 있다. 다른 예들에 따르면, 하부 반도체 패턴(LSP)은 다결정 구조의 반도체 물질(예를 들면, 다결정 실리콘)로 형성될 수도 있다. More specifically, the lower semiconductor pattern LSP is formed by a selective epitaxial growth (SEG) process using the substrate 10 exposed to the vertical holes H and DH as a seed layer As shown in FIG. Accordingly, the lower semiconductor pattern LSP can be formed in the form of a pillar filling the lower portions of the vertical holes H and DH. In this case, the lower semiconductor pattern LSP may have a single crystal structure or have a polycrystalline structure having an increased grain size than that of the chemical vapor deposition technique. On the other hand, the material for the lower semiconductor pattern LSP may be silicon, but is not limited thereto. For example, carbon nanostructures, organic semiconductor materials, and compound semiconductors can be used for the underlying semiconductor pattern (LSP). According to other examples, the lower semiconductor pattern LSP may be formed of a semiconductor material of polycrystalline structure (for example, polycrystalline silicon).

이에 더하여, 하부 반도체 패턴(LSP)은 기판(10)과 동일한 도전형을 가질 수 있다. 하부 반도체 패턴(LSP)에 선택적 에피택시얼 성장 공정 시에 인시츄(in-situ)로 불순물이 도핑될 수 있다. 이와 달리, 하부 반도체 패턴(LSP)을 형성한 후에, 하부 반도체 패턴(LSP)에 불순물이 이온 주입될 수도 있다. In addition, the lower semiconductor pattern LSP may have the same conductivity type as the substrate 10. The lower semiconductor pattern LSP may be doped in-situ with impurities during the selective epitaxial growth process. Alternatively, impurities may be implanted into the lower semiconductor pattern LSP after the lower semiconductor pattern LSP is formed.

도 4, 도 9a, 및 도 9b를 참조하면, 하부 반도체 패턴(LSP)이 형성된 수직 홀들(H, DH) 내에 상부 반도체 패턴(USP)들이 형성될 수 있다. 이에 따라, 셀 수직 홀들(H)에 하부 반도체 패턴(LSP) 및 상부 반도체 패턴(USP)을 포함하는 수직 구조체들(VS)가 형성될 수 있으며, 더미 수직 홀들(DH)에 하부 반도체 패턴(LSP) 및 상부 반도체 패턴(USP)을 포함하는 더미 수직 구조체들(DVS)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 4, 9A and 9B, upper semiconductor patterns USP may be formed in the vertical holes H and DH where the lower semiconductor pattern LSP is formed. The vertical structures VS including the lower semiconductor pattern LSP and the upper semiconductor pattern USP may be formed in the cell vertical holes H and the lower semiconductor patterns LSP ) And an upper semiconductor pattern USP may be formed on the dummy vertical structures DVS.

보다 상세하게, 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 상부 반도체 패턴(USP)은 제 1 반도체 패턴(SP1) 및 제 2 반도체 패턴(SP2)을 포함할 수 있다. 제 1 반도체 패턴(SP1)은 하부 반도체 패턴(LSP)과 접속될 수 있으며, 하단이 닫힌 파이프 형태 또는 마카로니 형태일 수 있다. 이러한 형태의 제 1 반도체 패턴(SP1)의 내부는 매립 절연 패턴(VI)으로 채워질 수 있다. 또한, 제 1 반도체 패턴(SP1)은 제 2 반도체 패턴(SP2)의 내벽과 하부 반도체 패턴(LSP)의 상부면과 접촉될 수 있다. 즉, 제 1 반도체 패턴(SP1)은 제 2 반도체 패턴(SP2)과 하부 반도체 패턴(LSP)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제 2 반도체 패턴(SP2)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태일 수 있다. 그리고, 제 2 반도체 패턴(SP2)은 하부 반도체 패턴(LSP)과 접촉하지 않고 이격될 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(SP1, SP2)은 언도프트 상태이거나, 기판(10)과 동일한 도전형을 갖는 불순물로 도핑될 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(SP1, SP2)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 불순물이 도핑된 반도체이거나 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(intrinsic semiconductor)일 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(SP1, SP2)은 단결정, 비정질(amorphous), 및 다결정(polycrystalline) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 결정 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(SP1, SP2)은 원자층 증착(ALD) 또는 화학적 기상 증착(CVD) 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성되는 다결정 실리콘막일 수 있다.More specifically, referring to FIGS. 15A and 15B, the upper semiconductor pattern USP may include a first semiconductor pattern SP1 and a second semiconductor pattern SP2. The first semiconductor pattern SP1 may be connected to the lower semiconductor pattern LSP, and the lower end may be in the form of a closed pipe or a macaroni. The inside of the first semiconductor pattern SP1 in this form can be filled with the buried insulating pattern VI. In addition, the first semiconductor pattern SP1 may be in contact with the inner wall of the second semiconductor pattern SP2 and the upper surface of the lower semiconductor pattern LSP. That is, the first semiconductor pattern SP1 can electrically connect the second semiconductor pattern SP2 and the lower semiconductor pattern LSP. The second semiconductor pattern SP2 may be an open pipe shape or a macaroni shape at the upper and lower ends. Then, the second semiconductor pattern SP2 can be separated without contacting the lower semiconductor pattern LSP. The first and second semiconductor patterns SP1 and SP2 may be in an unselected state or may be doped with an impurity having the same conductivity type as that of the substrate 10. [ The first and second semiconductor patterns SP1 and SP2 may include silicon (Si), germanium (Ge), or a mixture thereof, and may be an impurity-doped semiconductor or an intrinsic semiconductor semiconductor. In addition, the first and second semiconductor patterns SP1 and SP2 may have a crystal structure including at least one selected from the group consisting of single crystal, amorphous, and polycrystalline. In one example, the first and second semiconductor patterns SP1 and SP2 may be a polycrystalline silicon film formed using atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD) techniques.

나아가, 상부 반도체 패턴(USP)들 각각의 상단에 도전 패드(PAD)가 형성될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 불순물 영역이거나, 도전 물질로 이루어질 수 있다. Furthermore, a conductive pad PAD may be formed on the top of each of the upper semiconductor patterns USP. The conductive pad PAD may be an impurity region doped with an impurity, or may be made of a conductive material.

이에 더하여, 일 예에 따르면, 상부 반도체 패턴(USP)을 형성하기 전에, 수직 홀들(H, DH) 내에 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 수직 절연 패턴(VP)이 형성될 수 있다. 수직 절연 패턴(VP)은 하나의 박막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 수직 절연 패턴(VP)은 데이터 저장막의 일부일 수 있다. 예를 들어, 수직 절연 패턴(VP)은, 플래시 메모리 장치의 메모리 요소로서 사용되는 전하 저장막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 저장막은 트랩 절연막 또는 도전성 나노 도트들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막일 수 있다. 이와 달리, 수직 절연막은 상변화 메모리를 위한 박막 또는 가변저항 메모리를 위한 박막을 포함할 수도 있다. In addition, according to one example, a vertical insulating pattern VP may be formed in the vertical holes H and DH, as shown in Figs. 15A and 15B, before the upper semiconductor pattern USP is formed. The vertical insulation pattern VP may be composed of one thin film or a plurality of thin films. In embodiments of the present invention, the vertical isolation pattern VP may be part of the data storage film. For example, the vertical isolation pattern VP may comprise a charge storage film used as a memory element of a flash memory device. For example, the charge storage film may be an insulating film including a trap insulating film or conductive nano dots. Alternatively, the vertical insulating film may comprise a thin film for a phase change memory or a thin film for a variable resistance memory.

도 4, 도 10a, 및 도 10b를 참조하면, 수직 구조체들(VS, DVS)의 상부면들을 덮는 캡핑 절연막(125)이 매립 절연막(120) 상에 형성될 수 있다. 이어서, 캡핑 절연막(125) 및 몰드 구조체(100) 패터닝하여 기판(10)을 노출시키는 트렌치(T)들이 형성될 수 있다. 트렌치(T)들을 형성함에 따라, 몰드 구조체(100)는 일 방향으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 4, 10A and 10B, a capping insulating film 125 covering upper surfaces of the vertical structures VS and DVS may be formed on the buried insulating film 120. The capping insulating layer 125 and the mold structure 100 may then be patterned to form trenches T exposing the substrate 10. As the trenches T are formed, the mold structure 100 may have a line shape extending in one direction.

구체적으로, 트렌치들(T)을 형성하는 것은, 몰드 구조체(100) 상에 트렌치들(T)의 평면적 위치를 정의하는 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 것과, 마스크 패턴(미도시)을 식각 마스크로 사용하여 몰드 구조체(100)를 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. Specifically, forming the trenches T includes forming a mask pattern (not shown) that defines the planar position of the trenches T on the mold structure 100, forming a mask pattern (not shown) And anisotropically etching the mold structure 100 using the mask as a mask.

트렌치들(T)은 수직 구조체들(VS)로부터 이격되어, 희생막들(SL) 및 절연막들(ILD)의 측벽들을 노출시키도록 형성될 수 있다. 평면적 관점에서, 트렌치들(T)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태 또는 직사각형으로 형성될 수 있으며, 수직적 깊이에 있어서, 트렌치들(T)은 기판(10)의 상부면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 트렌치들(T)을 형성하는 동안 오버 식각(over etch)에 의해 트렌치들(T)에 노출되는 기판(10)의 상부면이 소정 깊이 리세스될 수 있다. 또한, 트렌치들(T)은 이방성 식각 공정에 의해 경사진 측벽을 가질 수 있다. The trenches T may be spaced from the vertical structures VS and formed to expose the sidewalls of the sacrificial films SL and the insulating films ILD. In plan view, the trenches T may be formed in a line shape or a rectangle extending in a first direction D1, and in a vertical depth, the trenches T expose the top surface of the substrate 10 . The top surface of the substrate 10 exposed to the trenches T by overetch may be recessed to a predetermined depth while forming the trenches T. [ Further, the trenches T may have inclined sidewalls by an anisotropic etching process.

트렌치들(T)을 형성함에 따라, 몰드 구조체(100)는 제 1 방향(D1)으로 연장된 라인 형태를 가질 수 있다. 그리고, 하나의 라인 형태의 몰드 구조체(100)에 복수의 수직 구조체들(VS)이 관통할 수 있다. As the trenches T are formed, the mold structure 100 may have a line shape extending in the first direction D1. A plurality of vertical structures VS may penetrate the mold structure 100 in the form of a single line.

일 예에 따르면 트렌치(T)들을 형성한 후, 트렌치(T)들에 노출된 기판(10) 내에 공통 소오스 영역들(CSR)이 형성될 수 있다. 공통 소오스 영역들(CSR)은 제 1 방향(D1)으로 나란히 연장될 수 있으며, 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 다시 말해, 공통 소오스 영역들(CSR)은 몰드 구조체(100)들 사이의 웰 불순물층(10P) 내에 형성될 수 있으며, 몰드 구조체(100)들의 측벽들에 인접할 수 있다. 공통 소오스 영역들(CSR)은 기판(10)과 다른 타입의 불순물을 기판(10) 내에 도핑하여 형성될 수 있다. 공통 소오스 영역들(CSR)은 예를 들어, N형의 불순물(예를 들어, 비소(As) 또는 인(P))을 포함할 수 있다.According to one example, after forming the trenches T, common source regions CSR may be formed in the substrate 10 exposed to the trenches T. The common source regions CSR may extend in the first direction D1 and may be spaced apart from each other in the second direction D2. In other words, common source regions (CSR) may be formed in the well impurity layer 10P between the mold structures 100 and adjacent to the sidewalls of the mold structures 100. The common source regions (CSR) may be formed by doping the substrate 10 and other types of impurities into the substrate 10. The common source regions CSR may include, for example, an N-type impurity (for example, arsenic (As) or phosphorus (P)).

도 4, 도 11a, 및 도 11b를 참조하면, 트렌치(T)들에 노출된 희생막들(SL)을 제거함으로써, 절연막들(ILD) 사이에 게이트 영역들(GR)이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 4, 11A, and 11B, gate regions GR may be formed between the insulating films ILD by removing the sacrificial layers SL exposed to the trenches T. FIG.

게이트 영역들(GR)은 버퍼 절연막(ILDa), 절연막들(ILD), 수직 구조체들(VS), 및 기판(10)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 희생막들(SL)을 등방적으로 식각하여 형성될 수 있다. 여기서, 희생막들(SL)은 등방성 식각 공정에 의해 완전히 제거될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(SL)이 실리콘 질화막이고, 절연막들(ILD)이 실리콘 산화막인 경우, 식각 단계는 인산을 포함하는 식각액을 사용하여 등방성 식각 공정이 수행될 수 있다. 이에 더하여, 수직 절연 패턴(VP)은 게이트 영역들(GR)을 형성하기 위한 등방성 식각 공정시 식각 정지막으로 이용될 수 있다. 이와 같이 형성된 게이트 영역들(GR)은 트렌치(T)로부터 절연막들(ILD) 사이로 수평적으로 연장될 수 있으며, 수직 절연 패턴(VP)의 측벽 일부분들 또는 수직 구조체(VS)의 측벽 일부분들을 노출시킬 수 있다. 즉, 게이트 영역들(GR)은 수직적으로 인접한 절연막들(ILD)과 수직 절연 패턴(VP)의 일측벽에 의해 정의될 수 있다. The gate regions GR are formed by etching the sacrificial films SL using an etch recipe having etching selectivity to the buffer insulating film ILDa, the insulating films ILD, the vertical structures VS, And may be formed by etching. Here, the sacrificial films SL can be completely removed by an isotropic etching process. For example, when the sacrificial films SL are silicon nitride films and the insulating films ILD are silicon oxide films, the etching step may be performed using an etchant containing phosphoric acid. In addition, the vertical isolation pattern VP can be used as an etch stop film during an isotropic etching process to form the gate regions GR. The gate regions GR formed in this way can extend horizontally from the trench T to the insulating films ILD and can be formed as part of the sidewalls of the vertical insulation pattern VP or portions of the sidewalls of the vertical structure VS Can be exposed. That is, the gate regions GR can be defined by vertically adjacent insulating films ILD and one side wall of the vertical insulation pattern VP.

실시예들에 따르면, 게이트 영역들(GR) 중에서 최하부의 게이트 영역은, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 하부 반도체 패턴(LSP)의 측벽 일부를 노출시킬 수 있으며, 버퍼 절연막(ILDa)을 노출시킬 수 있다. 게이트 영역들(GR)을 형성한 후, 게이트 영역(GR)에 노출된 버퍼 절연막(ILDa)은 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 제 1 두께(t1)를 가질 수 있다. 일 예에서, 제 1 두께(t1)는 산화 억제층(11)의 두께보다 크거나 동일할 수 있다. According to the embodiments, the lowermost gate region among the gate regions GR may expose a part of the side wall of the lower semiconductor pattern LSP, as shown in FIGS. 15A and 15B, and the buffer insulating film ILDa, . After forming the gate regions GR, the buffer insulating film ILDa exposed in the gate region GR may have a first thickness t1, as shown in Figs. 15A and 15B. In one example, the first thickness t1 may be greater than or equal to the thickness of the oxidation-inhibiting layer 11.

도 4, 도 12a, 및 도 12b를 참조하면, 게이트 영역(GR)에 노출된 하부 반도체 패턴(LSP)의 측벽 상에 수직 게이트 절연막(13)과, 산화 억제층(11)의 표면 상에 수평 게이트 절연막(ILDb)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 4, 12A and 12B, a vertical gate insulating film 13 is formed on the sidewall of the lower semiconductor pattern LSP exposed in the gate region GR, A gate insulating film ILDb may be formed.

일 예에서, 수직 게이트 절연막(13) 및 수평 게이트 절연막(ILDb)은 산소 원자를 포함하는 가스 분위기에서 열처리 공정을 통해 형성될 수 있다. 이러한 경우, 수직 게이트 절연막(13) 및 수평 게이트 절연막(ILDb)은 실리콘 원소를 제공할 수 있는 표면에만 선택적으로 형성될 수 있다. In one example, the vertical gate insulating film 13 and the horizontal gate insulating film ILDb may be formed through a heat treatment process in a gas atmosphere containing oxygen atoms. In this case, the vertical gate insulating film 13 and the horizontal gate insulating film ILDb may be selectively formed only on the surface capable of providing the silicon element.

보다 상세하게, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 수직 게이트 절연막(13)은 열산화 공정시 산소 원자들이 하부 반도체 패턴(LSP)의 실리콘 원자들과 반응하여 형성될 수 있다. 즉, 열 산화 공정시 게이트 영역(GR)에 노출된 하부 반도체 패턴(LSP)의 실리콘 원자들이 소모될 수 있다. 이에 따라, 수직 게이트 절연막(13)을 형성한 후, 게이트 영역(GR)에 노출되는 하부 반도체 패턴(LSP)의 중간 부분에서 폭이 절연막과 접하는 상부 부분에서의 폭보다 작을 수 있다. 또한, 수직 게이트 절연막(13)은 라운드진 표면을 가질 수 있다. More specifically, referring to FIGS. 16A and 16B, the vertical gate insulating film 13 may be formed by reacting oxygen atoms with silicon atoms of a lower semiconductor pattern (LSP) in a thermal oxidation process. That is, the silicon atoms of the lower semiconductor pattern LSP exposed in the gate region GR during the thermal oxidation process may be consumed. Thus, after the vertical gate insulating film 13 is formed, the width at the middle portion of the lower semiconductor pattern LSP exposed in the gate region GR may be smaller than the width at the upper portion in contact with the insulating film. Further, the vertical gate insulating film 13 may have a rounded surface.

수평 게이트 절연막(ILDb)은 열산화 공정시 산소 원자들이 얇은 버퍼 절연막(ILDa)을 침투하여 기판(10)의 실리콘 원자들과 반응하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 버퍼 절연막(ILDa) 아래에서 기판(10)의 실리콘 원자들이 소모되면서, 버퍼 절연막(ILDa)의 두께가 증가되어 수평 게이트 절연막(ILDb)이 형성될 수 있다. 즉, 수평 게이트 절연막(ILDb)은 도 16a 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 열산화 공정 전의 버퍼 절연막(ILDa)의 제 1 두께(도 15a 및 도 15b의 t1 참조)보다 큰 제 2 두께(t2)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 두께(t2)는 산화 억제층(11)의 두께보다 클 수 있다. 그리고, 제 2 두께(t2)는 몰드 구조체(100)를 구성하는 절연막들(ILD)의 두께보다 작을 수 있다. 또한, 제 2 두께(t2)는 수직 게이트 절연막(13)의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 수평 게이트 절연막(ILDb)의 제 2 두께(t2)는 약 100Å 내지 150Å일 수 있다. The horizontal gate insulating film ILDb may be formed by oxygen atoms penetrating the thin buffer insulating film ILDa during the thermal oxidation process and reacting with the silicon atoms of the substrate 10. [ Accordingly, as the silicon atoms of the substrate 10 are consumed under the buffer insulating film ILDa, the thickness of the buffer insulating film ILDa may be increased to form the horizontal gate insulating film ILDb. That is, as shown in FIGS. 16A and 16B, the horizontal gate insulating film ILDb has a second thickness t2 (t2) larger than a first thickness (see t1 in FIGS. 15A and 15B) of the buffer insulating film ILDa before the thermal oxidation process ). For example, the second thickness t2 may be greater than the thickness of the oxidation inhibiting layer 11. [ The second thickness t2 may be smaller than the thickness of the insulating films ILD constituting the mold structure 100. Further, the second thickness t2 may be substantially equal to the thickness of the vertical gate insulating film 13. For example, the second thickness t2 of the horizontal gate insulating film ILDb may be about 100 ANGSTROM to 150 ANGSTROM.

실시예들에서, 수직 게이트 절연막(13)을 형성하기 위한 열산화 공정시 버퍼 절연막(ILDa)은 산화 억제층(11)과 접촉하고 있으므로, 산화 억제 물질이 기판(10)의 실리콘 원자들이 소모되는 것을 줄일 수 있다. 이에 따라, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 수평 절연막의 두께의 편차를 줄일 수 있다. Since the buffer insulating film ILDa is in contact with the oxidation preventing layer 11 in the thermal oxidation process for forming the vertical gate insulating film 13, Can be reduced. Accordingly, variations in thickness of the horizontal insulating film in the cell array region CAR and the connection region CNR can be reduced.

보다 상세히 설명하면, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 몰드 구조체(100)의 구조적 차이에 의해, 열 산화 공정시, 기판(10)으로 침투하는 산소 원자들의 양이 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 다를 수 있다. 예를 들어, 연결 영역(CNR)에서 몰드 구조체(100)의 두께가 점차 감소하고, 연결 영역(CNR) 상에 매립 절연막(120)이 배치되므로, 열 산화 공정시 연결 영역(CNR)의 기판(10)으로 침투하는 산소 원자들의 양이 셀 어레이 영역(CAR)의 기판(10)으로 침투하는 산소 원자들의 양에 비해 감소될 수 있다. 이에 따라, 셀 어레이 영역(CAR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께가 연결 영역(CNR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께에 비해 증가될 수 있으나, 산화 억제층(11)에 의해 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 기판(10)의 산화가 억제되므로, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께 차이는 감소될 수 있다. 즉, 일 예에 따르면, 수평 게이트 절연막(ILDb)은 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 실질적으로 동일한 두께(즉, 제 2 두께(t2)를 가질 수 있다. 다른 예에 따르면, 수평 게이트 절연막(ILDb)은 연결 영역(CNR)에서보다 셀 어레이 영역(CAR)에서 두꺼울 수도 있다. More specifically, due to the structural difference of the mold structure 100 in the cell array region CAR and the connection region CNR, the amount of oxygen atoms infiltrating into the substrate 10 during the thermal oxidation process is larger than that in the cell array region CAR) and the connection area (CNR). For example, since the thickness of the mold structure 100 gradually decreases in the connection region CNR and the buried insulation film 120 is disposed on the connection region CNR, 10 can be reduced compared to the amount of oxygen atoms that penetrate into the substrate 10 of the cell array region CAR. The thickness of the horizontal gate insulating film ILDb in the cell array region CAR can be increased compared to the thickness of the horizontal gate insulating film ILDb in the connection region CNR, The oxidation of the substrate 10 is suppressed in the region CAR and the region CNR so that the thickness difference of the horizontal gate insulating film ILDb in the cell array region CAR and the connection region CNR can be reduced. That is, according to one example, the horizontal gate insulating film ILDb may have substantially the same thickness (i.e., the second thickness t2) at the connection region CNR with the cell array region CAR. According to another example, The horizontal gate insulating film ILDb may be thicker in the cell array region CAR than in the connection region CNR.

이에 더하여, 열 산화 공정시 산소 원자들이 트렌치(T)들을 통해 게이트 영역(GR)으로 제공되므로, 트렌치(T)들에 인접한 부분과 하부 반도체 패턴(LSP)의 측벽과 인접한 부분에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께가 다르게 형성될 수도 있다. 다시 말해, 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께가 트렌치(T)에서 하부 반도체 패턴(LSP)으로 갈수록 감소할 수도 있으나, 본 발명의 실시예들에서, 열산화 공정시 산화 억제층(11)이 기판(10)의 실리콘 소모를 줄임으로써, 트렌치(T)와 인접한 부분과 하부 반도체 패턴(LSP)과 인접한 부분에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께의 편차를 줄일 수 있다. In addition, since the oxygen atoms are provided to the gate region GR through the trenches T during the thermal oxidation process, the portion adjacent to the trenches T and the portion adjacent to the sidewall of the lower semiconductor pattern LSP ILDb may have different thicknesses. In other words, although the thickness of the horizontal gate insulating film ILDb may decrease from the trench T to the lower semiconductor pattern LSP, in the embodiments of the present invention, the oxidation- The variation in the thickness of the horizontal gate insulating film ILDb can be reduced at portions adjacent to the trench T and adjacent portions of the lower semiconductor pattern LSP by reducing the silicon consumption of the gate insulating film 10.

나아가, 수직 게이트 절연막(13) 및 수평 게이트 절연막(ILDb)을 형성하는 동안, 상부 반도체 패턴(USP)과 인접한 게이트 영역들(GR)은 수직 절연 패턴(VP)을 노출시키므로, 상부 반도체 패턴(USP)과 인접한 게이트 영역들(GR) 내에 산화막은 실질적으로 형성되지 않을 것이다. Further, since the gate regions GR adjacent to the upper semiconductor pattern USP expose the vertical insulation pattern VP during the formation of the vertical gate insulation film 13 and the horizontal gate insulation film ILDb, the upper semiconductor pattern USP And the oxide film in the adjacent gate regions GR will not be substantially formed.

도 4, 도 13a, 및 도 13b를 참조하면, 게이트 영역들(GR)의 내벽들을 컨포말하게 덮는 수평 절연 패턴(HP)이 형성될 수 있다. 도 17a, 도 17b, 및 도 18을 참조하면, 수평 절연 패턴(HP)은 게이트 영역들(GR)의 내벽들 상에 실질적으로 균일한 두께로 형성될 수 있다. 수평 절연 패턴(HP)은 하나의 박막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 일 예에서, 수평 절연 패턴(HP)은 전하 트랩형 플래시 메모리 트랜지스터의 데이터 저장막의 일부일 수 있다. 4, 13A, and 13B, a horizontal insulating pattern HP may be formed that conformally covers the inner walls of the gate regions GR. 17A, 17B and 18, the horizontal insulating pattern HP may be formed with a substantially uniform thickness on the inner walls of the gate regions GR. The horizontal insulation pattern HP may be composed of one thin film or a plurality of thin films. In one example, the horizontal isolation pattern HP may be part of the data storage film of the charge trapped flash memory transistor.

이어서, 수평 절연 패턴(HP)이 형성된 게이트 영역들(GR) 내에 전극들(EL)이 형성될 수 있다. 전극들(EL)은 게이트 영역들(GR)을 부분적으로 채우거나, 게이트 영역들(GR)을 완전히 채울 수 있다.Subsequently, the electrodes EL may be formed in the gate regions GR formed with the horizontal insulation pattern HP. The electrodes EL can partially fill the gate regions GR or completely fill the gate regions GR.

전극들(EL)을 형성하는 것은, 수평 절연 패턴(HP)이 형성된 게이트 영역들을 채우는 게이트 도전막을 형성하는 것, 및 트렌치들(T) 내에 형성된 게이트 도전막의 일부를 제거하여, 게이트 영역들에 전극들(EL)을 각각 국소적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 전극들(EL) 각각은 차례로 증착된 배리어 금속막 및 금속막을 포함할 수 있다. 배리어 금속막은 예를 들어, TiN, TaN 또는 WN와 같은 금속 질화막으로 이루어질 수 있다. 그리고, 금속막은 예를 들어, W, Al, Ti, Ta, Co 또는 Cu와 같은 금속 물질들로 이루어질 수 있다. The formation of the electrodes EL is performed by forming a gate conductive film filling the gate regions in which the horizontal insulation pattern HP is formed and removing a part of the gate conductive film formed in the trenches T, (EL), respectively, locally. Here, each of the electrodes EL may include a barrier metal film and a metal film which are sequentially deposited. The barrier metal film may be made of a metal nitride film, for example, TiN, TaN or WN. The metal film may be made of metal materials such as, for example, W, Al, Ti, Ta, Co or Cu.

이와 같이, 게이트 영역들에 전극들(EL)을 형성함에 따라, 기판(10) 상에 번갈아 반복적으로 적층된 절연막들(ILD) 및 전극들(EL)을 포함하는 적층 구조체들(ST)이 형성될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제 1 방향(D1)으로 연장되며, 적층 구조체들(ST)의 측벽들이 트렌치(T)에 노출될 수 있다. 또한, 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 기판(10)이 노출될 수 있다.As described above, by forming the electrodes EL in the gate regions, the stacked structures ST including the insulating films ILD and the electrodes EL repeatedly alternately stacked on the substrate 10 are formed . The stacked structures ST extend in the first direction D1 and the sidewalls of the stacked structures ST can be exposed to the trench T. [ Further, the substrate 10 can be exposed between the adjacent laminated structures ST.

이와 같은 적층 구조체들(ST)에서, 최하층의 전극(EL)은 도 18에 도시된 바와 같이, 수직 구조체들(VS, DVS)의 하부 반도체 패턴들(LSP)과 인접할 수 있다. 여기서, 하부 반도체 패턴(LSP)의 측벽과 이에 인접한 최하층 전극(EL)의 측벽 간의 거리(Da)는, 최하층 전극(EL)의 하부면과 산화 억제층(11)의 상부면 간의 거리(Db)와 실질적으로 동일할 수 있다. In such stacked structures ST, the lowest electrode EL can be adjacent to the lower semiconductor patterns LSP of the vertical structures VS and DVS, as shown in Fig. The distance Da between the sidewall of the lower semiconductor pattern LSP and the sidewall of the lowest layer EL adjacent thereto is a distance Db between the lower surface of the lowest layer EL and the upper surface of the oxidation- . ≪ / RTI >

이어서, 도 4, 도 14a, 및 도 14b를 참조하면, 트렌치들(T)의 측벽들을 덮는 절연 스페이서(SP)가 형성될 수 있다. 절연 스페이서(SP)를 형성하는 것은, 적층 구조체들(ST)이 형성된 기판(10) 상에 스페이서막을 균일한 두께로 증착하는 것, 및 스페이서막에 대한 에치백 공정을 수행하여 공통 소오스 영역(CSR)을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 스페이서막은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 트렌치(T)의 최소 폭의 약 1/2 이하의 두께로 트렌치들(T)의 내벽에 증착될 수 있다. 예를 들어, 스페이서막은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 가지는 low-k 물질로 형성될 수 있다. Referring now to Figs. 4, 14A and 14B, an insulating spacer SP covering the sidewalls of the trenches T may be formed. The formation of the insulating spacer SP is performed by depositing the spacer film to a uniform thickness on the substrate 10 on which the stacked structures ST are formed and performing an etchback process on the spacer film to form a common source region CSR ). ≪ / RTI > Here, the spacer film may be formed of an insulating material, and may be deposited on the inner wall of the trenches T with a thickness of about 1/2 of the minimum width of the trench T. [ For example, the spacer film may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material having a low dielectric constant.

절연 스페이서(SP)가 형성된 각 트렌치(T) 내에 공통 소오스 플러그(CSP)가 형성될 수 있다. 일 예에 따르면, 공통 소오스 플러그(CSP)는 수평적으로 인접하는 전극들(EL) 사이에 배치될 수 있으며, 전극들(EL)과 공통 소오스 플러그(CSP) 사이에 절연 스페이서(SP)가 개재될 수 있다. 즉, 절연 스페이서(SP)는 공통 소오스 플러그(CSP)의 측벽들을 덮을 수 있다. 또한 공통 소오스 플러그(CSP)는 전극들(EL)과 나란히 연장될 수 있으며, 공통 소오스 플러그의 상부면은 수직 구조체들의 상부면들보다 위에 위치할 수 있다.A common source plug CSP may be formed in each of the trenches T in which the insulating spacers SP are formed. According to one example, the common source plug CSP may be disposed between horizontally adjacent electrodes EL, and an insulating spacer SP may be interposed between the electrodes EL and the common source plug CSP. . That is, the insulating spacer SP can cover the side walls of the common source plug CSP. Also, the common source plug CSP may extend alongside the electrodes EL, and the top surface of the common source plug may be located above the top surfaces of the vertical structures.

계속해서, 도 4, 도 14a, 및 도 14b를 참조하면, 캡핑 절연막(125) 상에 공통 소오스 플러그(CSP)의 상부면을 덮는 상부 절연막(130)이 형성될 수 있다. 이어서, 캡핑 절연막(125) 및 상부 절연막(130)을 관통하여 수직 구조체들(VS) 각각에 접속되는 비트 라인 콘택 플러그들(BPLG)이 형성될 수 있다. 이어서, 상부 절연막(130) 상에서, 제 2 방향(D2)으로 연장되며, 비트 라인 콘택 플러그들(BPLG)과 접속되는 비트 라인들(BL)이 형성될 수 있다.4, 14A, and 14B, an upper insulating layer 130 may be formed on the capping insulating layer 125 to cover the upper surface of the common source plug CSP. The bit line contact plugs BPLG connected to the vertical structures VS through the capping insulating layer 125 and the upper insulating layer 130 may be formed. Subsequently, on the upper insulating film 130, bit lines BL extending in the second direction D2 and connected to the bit line contact plugs BPLG may be formed.

나아가, 연결 영역(CNR) 및 주변 회로 영역(PR)에 전극들(EL)과 주변 로직 회로들을 전기적으로 연결하는 콘택 플러그들(CPLG, PUPLG, PPLG)이 형성될 수 있다. Further, contact plugs (CPLG, PUPLG, PPLG) for electrically connecting the electrodes (EL) and peripheral logic circuits to the connection region (CNR) and the peripheral circuit region (PR) may be formed.

일 예로, 셀 콘택 플러그들(CPLG)이 연결 영역(CNR)에서 캡핑 절연막(125) 및 매립 절연막(120)을 관통하여 전극들의 끝단분들에 각각 접속될 수 있다. 셀 콘택 플러그들(CPLG)의 수직적 길이들은 셀 어레이 영역(CAR)에 인접할수록 감소될 수 있다. 그리고, 셀 콘택 플러그들(CPLG)의 상면들은 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 픽업 콘택 플러그(PUPLG)가 매립 절연막(120)을 관통하여 픽업 영역들(10PU)에 접속될 수 있다. 여기서, 픽업 영역들(10PU)은 제 1 도전형의 불순물들을 포함하며, 웰 불순물층(10P)의 불순물 농도보다 큰 불순물 농도를 가질 수 있다. 픽업 콘택 플러그들(PUPLG)의 상부면들은 셀 콘택 플러그들(CPLG)의 상부면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 그리고, 주변 콘택 플러그들(PPLG)이 주변 회로 영역(PR)에서 매립 절연막(120) 및 주변 절연 패턴(25P)을 관통하여 주변 로직 회로들과 전기적으로 연결될 수 있다. For example, the cell contact plugs CPLG may be connected to the ends of the electrodes through the capping insulating film 125 and the buried insulating film 120 in the connection region CNR, respectively. The vertical lengths of the cell contact plugs CPLG can be reduced as they approach the cell array area CAR. And, the upper surfaces of the cell contact plugs CPLG may be substantially coplanar. The pickup contact plug PUPLG can be connected to the pickup areas 10PU through the buried insulating film 120. [ Here, the pickup regions 10PU include impurities of the first conductivity type and may have an impurity concentration higher than the impurity concentration of the well impurity layer 10P. The upper surfaces of the pickup contact plugs PUPLG may be substantially coplanar with the upper surface of the cell contact plugs CPLG. The peripheral contact plugs PPLG may be electrically connected to the peripheral logic circuits through the buried insulating film 120 and the peripheral insulating pattern 25P in the peripheral circuit region PR.

연결 영역(CNR)의 상부 절연막(130) 상에 셀 콘택 플러그들(CPLG)과 연결되는 연결 배선들(CL)이 형성될 수 있으며, 주변 회로 영역(PR)의 상부 절연막(130) 상에 주변 콘택 플러그들(PPLG)과 연결되는 주변 배선들(PCL)이 형성될 수 있다. 또한, 픽업 콘택 플러그(PUPLG)와 연결되는 웰 도전 라인(PPL)이 상부 절연막(130) 상에 형성될 수 있다. The connection interconnections CL connected to the cell contact plugs CPLG may be formed on the upper insulating layer 130 of the connection region CNR and may be formed on the upper insulating layer 130 of the peripheral circuit region PR, The peripheral wirings PCL connected to the contact plugs PPLG can be formed. In addition, a well conductive line PPL connected to the pickup contact plug PUPLG may be formed on the upper insulating film 130.

이하, 도 20a 내지 도 20e를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 데이터 저장막에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a data storage film according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 20A to 20E. FIG.

실시예들에 따르면, 3차원 반도체 메모리 장치는 낸드 플래시 메모리 장치일 수 있다. 예를 들어, 적층 구조체(ST)와 수직 구조체(VS) 사이에 개재되는 데이터 저장막(DS)은 터널 절연막(TIL), 전하 저장막(CIL) 및 블록킹 절연막(BK)을 포함할 수 있다. 이러한 데이터 저장막(DS)에 저장되는 데이터는 반도체 물질을 포함하는 데이터 저장막 수직 구조체(VS)와 전극들(EL) 사이의 전압 차이에 의해 유발되는 파울러-노던하임 터널링을 이용하여 변경될 수 있다. According to embodiments, the three-dimensional semiconductor memory device may be a NAND flash memory device. For example, the data storage film DS interposed between the stacked structure ST and the vertical structure VS may include a tunnel insulating film TIL, a charge storage film CIL, and a blocking insulating film BK. The data stored in this data storage layer DS can be changed using Fowler-Nordheim tunneling caused by the voltage difference between the data storage layer vertical structure VS comprising the semiconductor material and the electrodes EL. have.

도 20a에 도시된 실시예에 따르면, 터널 절연막(TIL), 전하 저장막(CIL), 및 블록킹 절연막(BLK)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 절연막(ILD)과 수직 구조체(VS) 사이로 연장될 수 있다. 즉, 절연막(ILD)이 전극과 직접 접촉할 수 있다. 20A, a tunnel insulating film TIL, a charge storage film CIL, and a blocking insulating film BLK are formed between the electrodes EL and the vertical structure VS between the insulating film ILD and the vertical structure RTI ID = 0.0 > VS. ≪ / RTI > That is, the insulating film ILD can directly contact the electrode.

도 20b에 도시된 실시예에 따르면, 터널 절연막(TIL) 및 전하 저장막(CIL)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 절연막(ILD)과 수직 구조체(VS) 사이로 연장될 수 있다. 그리고, 블록킹 절연막(BLK)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 전극들(EL)의 상부면들 및 하부면들로 연장될 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 20B, the tunnel insulating film TIL and the charge storage film CIL can extend between the electrodes EL and the vertical structure VS, and between the insulating film ILD and the vertical structure VS have. The blocking insulating film BLK may extend to upper and lower surfaces of the electrodes EL between the electrodes EL and the vertical structure VS.

도 20c에 도시된 실시예에 따르면, 터널 절연막(TIL)이 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 절연막(ILD)과 수직 구조체(VS) 사이로 연장될 수 있으며, 전하 저장막(CIL) 및 블록킹 절연막(BLK)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 전극들(EL)의 상부면들 및 하부면들로 연장될 수 있다.20C, a tunnel insulating film TIL may extend between the electrodes EL and the vertical structure VS and between the insulating film ILD and the vertical structure VS, and the charge storage film CIL And the blocking insulating film BLK may extend to the upper and lower surfaces of the electrodes EL between the electrodes EL and the vertical structure VS.

도 20d에 도시된 실시예에 따르면, 터널 절연막(TIL), 전하 저장막(CIL) 및 블록킹 절연막(BLK)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 전극들(EL)의 상부면들 및 하부면들로 연장될 수 있다.20D, the tunnel insulating film TIL, the charge storage film CIL, and the blocking insulating film BLK are electrically connected to the upper surface of the electrodes EL between the electrodes EL and the vertical structure VS, And lower surfaces.

도 20e에 도시된 실시예에 따르면, 데이터 저장막(DS)은 서로 다른 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 블록킹 절연막들(BLK1, BLK2)을 포함할 수 있다. 터널 절연막(TIL), 전하 저장막(CIL), 및 제 1 블록킹 절연막(BLK1)은 전극들(EL)과 수직 구조체(VS) 사이에서 절연막(ILD)과 수직 구조체(VS) 사이로 수직적으로 연장될 수 있다. 그리고, 제 2 블록킹 절연막(BLK2)이 전극들(EL)과 제 1 블록킹 절연막(BLK1) 사이에서 전극들(EL)의 상부면들 및 하부면들로 수평적으로 연장될 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 20E, the data storage layer DS may include first and second blocking insulating layers BLK1 and BLK2 made of different materials. The tunnel insulating film TIL, the charge storage film CIL and the first blocking insulating film BLK1 extend vertically between the electrodes EL and the vertical structure VS between the insulating film ILD and the vertical structure VS . The second blocking insulating film BLK2 may extend horizontally between upper surfaces and lower surfaces of the electrodes EL between the electrodes EL and the first blocking insulating film BLK1.

도 20a 내지 도 20e에 도시된 데이터 저장막에서, 전하저장막(CIL)은 트랩 사이트들이 풍부한 절연막들 및 나노 입자들을 포함하는 절연막들 중의 한가지일 수 있으며, 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 전하저장막(CIL)은 트랩 절연막, 부유 게이트 전극 또는 도전성 나노 돗들(conductive nano dots)을 포함하는 절연막 중의 한가지를 포함할 수 있다. 더 구체적인 예로, 전하저장막(CIL)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 실리콘-풍부 질화막(Si-rich nitride), 나노크리스탈 실리콘(nanocrystalline Si) 및 박층화된 트랩막(laminated trap layer) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. In the data storage film shown in FIGS. 20A to 20E, the charge storage film (CIL) can be one of insulating films containing trapping sites and abundant insulating films and nanoparticles, and can be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques Or may be formed using one of these. For example, the charge storage film (CIL) may include one of a trap insulating film, a floating gate electrode, or an insulating film including conductive nano dots. As a more specific example, the charge storage film (CIL) may comprise at least one of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon-rich nitride film, a nanocrystalline silicon film and a laminated trap layer . ≪ / RTI >

터널 절연막(TIL)은 전하저장막(CIL)보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질들 중의 한가지일 수 있으며, 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 터널 절연막(TIL)은 상술한 증착 기술들 중의 하나를 사용하여 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 이와 달리, 터널 절연막은 알루미늄 산화막 및 하프늄 산화막 등과 같은 고유전막들 중의 하나일 수 있다.The tunnel insulating film (TIL) may be one of materials having a larger bandgap than the charge storage film (CIL), and may be formed using one of chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques. For example, the tunnel insulating film TIL may be a silicon oxide film formed using one of the deposition techniques described above. Alternatively, the tunnel insulating film may be one of high-k films such as an aluminum oxide film and a hafnium oxide film.

블록킹 절연막(BLK)은 터널 절연막(TIL)보다 작고 전하 저장막(CIL)보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질들 중의 한가지일 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)은 알루미늄 산화막 및 하프늄 산화막 등과 같은 고유전막들을 포함할 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)은 화학 기상 증착 또는 원자층 증착 기술들 중의 한가지를 사용하여 형성될 수 있으며, 이들 중의 적어도 하나는 습식 산화 공정을 통해 형성될 수 있다. The blocking insulating film BLK may be one of materials having a bandgap smaller than the tunnel insulating film TIL and larger than the charge storage film CIL. The blocking insulating film BLK may include a high dielectric film such as an aluminum oxide film and a hafnium oxide film. The blocking insulating film BLK may be formed using one of chemical vapor deposition or atomic layer deposition techniques, at least one of which may be formed through a wet oxidation process.

도 20e에 도시된 바와 같이, 데이터 저장막(DS)이 제 1 및 제 2 블록킹 절연막들(BLK1, BLK2)을 포함하는 경우, 일 예로, 제 1 블록킹 절연막(BLK1)은 알루미늄 산화막 및 하프늄 산화막 등과 같은 고유전막들 중의 하나이고, 제 2 블록킹 절연막(BLK2)은 제 1 블록킹 절연막(BLK1)보다 작은 유전 상수를 갖는 물질일 수 있다. 다른 예로, 제 2 블록킹 절연막(BLK2)은 고유전막들 중의 하나이고, 제 1 블록킹 절연막(BLK1)은 제 2 블록킹 절연막(BLK2)보다 작은 유전 상수를 갖는 물질일 수 있다. 20E, when the data storage film DS includes the first and second blocking insulating films BLK1 and BLK2, for example, the first blocking insulating film BLK1 may be formed of an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, And the second blocking insulating film BLK2 may be a material having a smaller dielectric constant than the first blocking insulating film BLK1. As another example, the second blocking insulating film BLK2 may be one of the high-k films, and the first blocking insulating film BLK1 may be a material having a smaller dielectric constant than the second blocking insulating film BLK2.

도 20a 내지 도 20e를 참조하여 설명된 데이터 저장막(DS)에 저장되는 데이터는 반도체 물질을 포함하는 수직 구조체(VS)와 전극들(EL) 사이의 전압 차이에 의해 유발되는 파울러-노던하임 터널링을 이용하여 변경될 수 있다. 이와 달리, 데이터 저장막(DS)은 다른 동작 원리에 기초하여 정보를 저장하는 것이 가능한 박막(예를 들면, 상변화 메모리를 위한 박막 또는 가변저항 메모리를 위한 박막)일 수도 있다.The data stored in the data storage film DS described with reference to FIGS. 20A to 20E includes the Fowler-Nordheim tunneling induced by the voltage difference between the vertical structure VS including the semiconductor material and the electrodes EL, As shown in FIG. Alternatively, the data storage layer DS may be a thin film (e.g., a thin film for a phase change memory or a thin film for a variable resistance memory) capable of storing information based on another operating principle.

도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부를 도시하는 회로도이다. 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 셀 어레이는 도 3에 도시된 바와 같이, 3차원적으로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 그러나, 도면에서의 복잡성을 피하기 위해, 도 20은 셀 어레이의 일부분을 예시적으로 도시한다. 또한, 설명의 간략함을 위해, 도 3을 참조하여 앞서 설명된 3차원 반도체 메모리 장치의 셀 어레이와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.21 is a circuit diagram showing a part of a three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention. The cell array of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention may include three-dimensionally arranged memory cells, as shown in FIG. However, in order to avoid the complexity in the figure, Fig. 20 exemplarily shows a part of the cell array. In addition, for simplicity of description, description of the same technical features as the cell array of the three-dimensional semiconductor memory device described above with reference to Fig. 3 can be omitted.

도 21을 참조하면, 스트링 선택 라인(SSL)은, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 적층 구조체들(ST)에서 최상층에 위치하는 전극(EL)일 수 있다. 최상층의 전극(EL)은 비트 라인(BL)과 수직 구조체들(VS) 사이의 전기적 연결을 제어하는 스트링 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들을 구성할 수 있다. Referring to FIG. 21, the string selection line SSL may be an electrode EL located on the uppermost layer in the stacked structures ST described with reference to FIGS. 14A and 14B. The electrode EL of the uppermost layer can constitute the gate electrodes of the string selection transistors SST which control the electrical connection between the bit line BL and the vertical structures VS.

접지 선택 라인(GSL)은, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 적층 구조체들(ST)에서 최하층에 위치하는 전극(EL)일 수 있다. 최하층의 전극(EL)은 공통 소오스 영역(CSR)과 수직 구조체들(VS) 사이의 전기적 연결을 제어하는 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb)의 게이트 전극들을 구성할 수 있다. 일 예에서, 접지 선택 트랜지스터들(GSTa, GSTb) 각각은 직렬 연결된 두 개의 트랜지스터들로 구성될 수 있으며, 두 개의 트랜지스터들의 게이트 전극들은 하나의 접지 선택 라인에 연결될 수 있다. 즉, 하나의 접지 선택 트랜지스터는 수직 구조체의 하부 반도체 패턴(LSP)을 채널로 사용하는 수직 트랜지스터(GSTa)와, 하부 반도체 패턴(LSP)과 인접한 기판(10)을 채널로 사용하는 수평 트랜지스터(GSTb)를 포함할 수 있다. The ground selection line GSL may be an electrode EL positioned at the lowest layer in the laminated structures ST described with reference to Figs. 14A and 14B. The lowest electrode EL can constitute the gate electrodes of the ground selection transistors GSTa and GSTb controlling the electrical connection between the common source region CSR and the vertical structures VS. In one example, each of the ground select transistors GSTa and GSTb may be composed of two transistors connected in series, and the gate electrodes of the two transistors may be connected to one ground select line. That is, one ground selection transistor includes a vertical transistor GSTa using a lower semiconductor pattern LSP of a vertical structure and a horizontal transistor GSTb using a substrate 10 adjacent to the lower semiconductor pattern LSP as a channel. ).

또한, 워드 라인들(WL)은, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 적층 구조체들(ST)에서 최상층의 전극(EL) 및 최하층의 전극(EL) 사이의 전극들(EL)일 수 있다. 최상층의 전극(EL) 및 최하층의 전극(EL) 사이의 전극들(EL)은 수직 구조체들(VS)과 결합하여 메모리 셀들(MCT)을 구성할 수 있다. The word lines WL may also be the electrodes EL between the uppermost electrode EL and the lowermost electrode EL in the stacked structures ST described with reference to Figures 14A and 14B . The electrodes EL between the uppermost electrode EL and the lowermost electrode EL can be combined with the vertical structures VS to constitute the memory cells MCT.

실시예들에서, 워드 라인들(WL) 및 접지 선택 라인(GSL)은 셀 어레이 영역(CAR)에서 연결 영역(CNR)으로 연장될 수 있다. 또한, 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 더미 수직 구조체들(DVS)이 연결 영역(CNR)에서 적층 구조체들(ST)을 관통할 수 있다. 이에 따라, 셀 어레이의 셀 스트링들(CSTR)과 유사하게, 더미 스트링들(DSTR)이 연결 영역(CNR)에 배치될 수 있다. 연결 영역(CNR)에서, 워드 라인들(WL) 중 일부 및 접지 선택 라인(GSL)은, 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 더미 수직 구조체들(DVS)과 결합하여 더미 스트링(DSTR)을 구성할 수 있다. 여기서, 더미 스트링들(DSTR)은 비트 라인과 전기적으로 플로팅 상태일 수 있다. In embodiments, the word lines WL and the ground select line GSL may extend from the cell array area CAR to the connection area CNR. Further, as shown in FIGS. 14A and 14B, the dummy vertical structures DVS can penetrate the laminate structures ST in the connection region CNR. Thus, similar to the cell strings CSTR of the cell array, the dummy strings DSTR can be arranged in the connection area CNR. In the connection region CNR, a portion of the word lines WL and the ground select line GSL are coupled to the dummy vertical structures DVS described with reference to Figures 14A and 14B to form a dummy string DSTR Can be configured. Here, the dummy strings DSTR may be electrically floating with the bit line.

실시예들에 따르면, 셀 스트링(CSTR)의 수평 트랜지스터(GSTb)와 더미 스트링(DSTR)의 수평 트랜지스터(GSTb)는 하나의 접지 선택 라인(GSL)에 공통으로 전기적 연결될 수 있다. 이러한 접지 선택 라인(GSL)은 전압은 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 적층 구조체들(ST)의 최하층의 전극일 수 있다. 최하층의 전극은 기판(10)의 전위를 제어하며, 수평 트랜지스터들의 문턱 전압은 도 14a 및 도 14b를 참조하여 설명된 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 실시예들에 따르면, 수평 게이트 절연막(ILDb)이 산화 억제층(11)과 접촉하며, 이에 따라, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)은 실질적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 즉, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께 편차가 감소될 수 있다. 그러므로, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 공통의 접지 선택 라인(GSL)에 연결되는 접지 선택 트랜지스터들의 문턱 전압 산포가 개선될 수 있다.According to the embodiments, the horizontal transistor GSTb of the cell string CSTR and the horizontal transistor GSTb of the dummy string DSTR may be electrically connected in common to one ground selection line GSL. The voltage of the ground selection line GSL may be the lowest electrode of the stacked structures ST described with reference to Figs. 14A and 14B. The lowest electrode controls the potential of the substrate 10, and the threshold voltage of the horizontal transistors may be varied depending on the thickness of the horizontal gate insulating film ILDb described with reference to FIGS. 14A and 14B. The horizontal gate insulating film ILDb is in contact with the oxidation inhibiting layer 11 so that the horizontal gate insulating film ILDb in the cell array region CAR and the connection region CNR is substantially uniform Thickness. That is, the thickness variation of the horizontal gate insulating film ILDb in the cell array region CAR and the connection region CNR can be reduced. Therefore, the threshold voltage distribution of the ground selection transistors connected to the common ground selection line GSL in the cell array area CAR and the connection area CNR can be improved.

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, 도 13a 및 도 13b의 A 부분 및 B 부분을 각각 확대한 도면들이다. 설명의 간략함을 위해, 도 5a 내지 도 14a 및 도 5b 내지 도 14b를 참조하여 앞서 설명된 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.FIGS. 19A and 19B are views for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention, and enlarged portions A and B of FIGS. 13A and 13B, respectively. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as the manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device described above with reference to Figs. 5A to 14A and Figs. 5B to 14B can be omitted.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 기판(10)은 산화 억제층(11) 아래에 채널 불순물 영역(11P)을 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 산화 억제층(11)은 수평 게이트 절연막(ILDb)과 채널 불순물 영역(11P) 사이에 배치될 수 있다. 채널 불순물 영역(11P)은 웰 불순물층(10P)과 동일한 도전형의 불순물들을 포함할 수 있으며, 채널 불순물 영역(11P)의 불순물 농도는 웰 불순물층(10P)이 불순물 농도보다 클 수 있다. 채널 불순물 영역(11P)은 최하층 전극을 게이트 전극으로 사용하는 접지 선택 트랜지스터의 채널로 사용될 수 있다. 최하층 전극을 게이트 전극으로 사용하는 접지 선택 트랜지스터의 문턱 전압은 채널 불순물 영역(11P)의 불순물 농도에 따라, 제어될 수 있다. 또한, 채널 불순물 영역(11P)에서 제 1 도전형의 불순물들의 농도는 산화 억제층(11)에서 산화 억제 물질(예를 들어, 탄소(C)의 농도 보다 클 수 있다. Referring to Figs. 19A and 19B, the substrate 10 may further include a channel impurity region 11P under the oxidation-inhibiting layer 11. In other words, the oxidation-inhibiting layer 11 may be disposed between the horizontal gate insulating film ILDb and the channel impurity region 11P. The channel impurity region 11P may include impurities of the same conductivity type as the well impurity layer 10P and the impurity concentration of the channel impurity region 11P may be larger than the impurity concentration of the well impurity layer 10P. The channel impurity region 11P can be used as a channel of the ground selection transistor using the lowest layer electrode as the gate electrode. The threshold voltage of the ground selection transistor using the lowest layer electrode as the gate electrode can be controlled in accordance with the impurity concentration of the channel impurity region 11P. The concentration of impurities of the first conductivity type in the channel impurity region 11P may be greater than the concentration of the oxidation inhibiting material (for example, carbon (C)) in the oxidation inhibiting layer 11.

도 22는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 단면도로서, 도 4의 I-I'선을 따라 자른 단면이다. 설명의 간략함을 위해, 도 5a 내지 도 14a 및 도 5b 내지 도 14b를 참조하여 앞서 설명된 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다. 22 is a sectional view for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention, taken along the line I-I 'in FIG. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as the manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device described above with reference to Figs. 5A to 14A and Figs. 5B to 14B can be omitted.

도 22를 참조하면, 적층 구조체들(ST)은 기판(10)의 상부면 상의 수평 게이트 절연막(ILDb) 및 수평 게이트 절연막(ILDb) 상에 번갈아 적층된 전극들 및 절연막들을 포함한다. 기판(10)은 탄소(C), 질소(N), 또는 불소(F)와 같은 산화 억제 물질을 포함하는 산화 억제층(11)을 포함할 수 있다. 22, the stacked structures ST include electrodes alternately stacked on the horizontal gate insulating film ILDb and the horizontal gate insulating film ILDb on the upper surface of the substrate 10 and insulating films. The substrate 10 may include an oxidation inhibiting layer 11 comprising an oxidation inhibiting material such as carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F).

일 예에서, 산화 억제층(11)은 셀 어레이 영역(CAR)의 기판(10) 내에 형성될 수 있으며, 수평 게이트 절연막(ILDb)은 셀 어레이 영역(CAR)에서 산화 억제층(11)과 접촉하며, 연결 영역(CNR)에서 웰 불순물층(10P)과 접촉할 수 있다. 셀 어레이 영역(CAR)에서, 수직 구조체의 하부 반도체 패턴(LSP)들은 산화 억제층(11)을 관통하여 웰 불순물층(10P)과 연결될 수 있다. In one example, the oxidation inhibiting layer 11 may be formed in the substrate 10 of the cell array region CAR, and the horizontal gate insulating film ILDb may be formed in contact with the oxidation inhibiting layer 11 in the cell array region CAR. And can contact the well impurity layer 10P in the connection region CNR. In the cell array region CAR, the lower semiconductor patterns LSP of the vertical structure can be connected to the well impurity layer 10P through the oxidation-inhibiting layer 11. [

일 예에서, 산화 억제층(11)은, 도 16a 및 도 16b를 참조하여 설명한 열 산화 공정시 셀 어레이 영역(CAR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께가 증가되는 것을 억제할 수 있다. 그러므로, 셀 어레이 영역(CAR)에서 산화량이 연결 영역(CNR)에서 산화량이 큰 경우, 셀 어레이 영역(CAR)과 연결 영역(CNR)에서 수평 게이트 절연막(ILDb)의 두께 편차를 줄일 수 있다. In one example, the oxidation inhibiting layer 11 can suppress the thickness of the horizontal gate insulating film ILDb from increasing in the cell array region CAR during the thermal oxidation process described with reference to Figs. 16A and 16B. Therefore, when the oxidation amount is large in the connection region CNR in the cell array region CAR, the thickness variation of the horizontal gate insulation film ILDb in the cell array region CAR and the connection region CNR can be reduced.

도 23a 및 도 23b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 다른 예를 설명하기 위한 단면도들로서, 각각 도 4의 I-I'선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면들이다. 도 24a 및 도 24b는 도 23a의 A 부분 및 B 부분을 각각 확대한 도면들이고, 도 24c는 도 23b의 C 부분을 확대한 도면이다. 설명의 간략함을 위해, 도 5a 내지 도 14a 및 도 5b 내지 도 14b를 참조하여 앞서 설명된 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다. 23A and 23B are cross-sectional views taken along lines I-I 'and II-II' in FIG. 4, respectively, for explaining another example of the three-dimensional semiconductor memory device according to the embodiments of the present invention. 24A and 24B are enlarged views of portions A and B of FIG. 23A, respectively, and FIG. 24C is an enlarged view of portion C of FIG. 23B. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as the manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device described above with reference to Figs. 5A to 14A and Figs. 5B to 14B can be omitted.

도 23a 및 도 23b를 참조하면, 셀 어레이 영역(CAR) 및 연결 영역(CNR)의 기판(10) 내에 산화 억제층(11)을 포함하며, 산화 억제층(11) 상에 일 방향으로 연장되는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다.23A and 23B, an oxidation preventing layer 11 is formed in the substrate 10 of the cell array region CAR and the connecting region CNR and is formed on the oxidation preventing layer 11 in one direction The stacked structures ST may be disposed.

적층 구조체들(ST) 각각은 산화 억제층(11)과 접촉하는 수평 게이트 절연막(ILDb) 및 수평 게이트 절연막(ILDb) 상에 번갈아 적층된 전극들 및 절연막들을 포함할 수 있다. Each of the stacked structures ST may include electrodes and insulating films alternately stacked on the horizontal gate insulating film ILDb and the horizontal gate insulating film ILDb in contact with the oxidation inhibiting layer 11. [

셀 어레이 영역(CAR)에서, 수직 구조체들이 적층 구조체들(ST)을 관통하여, 웰 불순물층(10P)과 연결될 수 있으며, 연결 영역(CNR)에서, 더미 수직 구조체들이 적층 구조체들(ST)을 관통하여 웰 불순물층(10P)과 접촉할 수 있다. 이 실시예에서, 수직 구조체들은 하부 반도체 패턴(LSP)들이 생략될 수 있다. In the cell array region CAR, the vertical structures can be connected to the well impurity layer 10P through the stacked structures ST and the dummy vertical structures can be connected to the stacked structures ST in the connection region CNR. And can be in contact with the well impurity layer 10P. In this embodiment, the vertical structures can omit the lower semiconductor patterns LSPs.

즉, 수직 구조체들(VS) 각각은, 도 24a, 도 24b, 및 도 24c에 도시된 바와 같이, 웰 불순물층(10P)과 접촉하는 제 1 반도체 패턴(SP1) 및 제 1 반도체 패턴(SP1)과 데이터 저장막(DS) 사이에 개재되는 제 2 반도체 패턴(SP2)을 포함할 수 있다. 제 1 반도체 패턴(SP1)은 하단은 닫힌 속이 빈 파이프 형태(pipe-shaped) 또는 마카로니 형태(macaroni-shaped)일 수 있으며, 제 1 반도체 패턴(SP1)의 내부는 매립 절연 패턴(VI)에 의해 채워질 수 있다. 제 1 반도체 패턴(SP1)은 제 2 반도체 패턴(SP2)의 내벽 및 웰 불순물층(10P)의 상부면과 접촉될 수 있다. 즉, 제 1 반도체 패턴(SP1)은 제 2 반도체 패턴(SP2)과 웰 불순물층(10P)을 전기적으로 연결할 수 있다. 그리고, 제 1 반도체 패턴(SP1)의 바닥면은 기판(10)의 상부면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 또한, 제 1 반도체 패턴(SP1)의 바닥면은 산화 억제층(11)의 바닥면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 제 2 반도체 패턴(SP2)은 상단 및 하단이 오픈된(opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태일 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(SP1, SP2)은 언도프트 상태이거나, 수평 반도체층(100)과 동일한 도전형을 갖는 불순물로 도핑될 수 있다. 제 1 반도체 패턴(SP1)과 제 2 반도체 패턴(SP2)은 다결정 상태 또는 단결정 상태일 수 있다.That is, each of the vertical structures VS includes a first semiconductor pattern SP1 and a first semiconductor pattern SP1 that are in contact with the well impurity layer 10P, as shown in Figs. 24A, 24B, And a second semiconductor pattern SP2 interposed between the data storage film DS and the data storage film DS. The bottom of the first semiconductor pattern SP1 may be a closed pipe-shaped or macaroni-shaped and the inside of the first semiconductor pattern SP1 may be formed by a buried insulating pattern VI Can be filled. The first semiconductor pattern SP1 may be in contact with the inner wall of the second semiconductor pattern SP2 and the upper surface of the well impurity layer 10P. That is, the first semiconductor pattern SP1 can electrically connect the second semiconductor pattern SP2 and the well impurity layer 10P. The bottom surface of the first semiconductor pattern SP1 may be located at a lower level than the top surface of the substrate 10. [ In addition, the bottom surface of the first semiconductor pattern SP1 may be located at a level lower than the bottom surface of the oxidation inhibiting layer 11. The second semiconductor pattern SP2 may be an open pipe shape or a macaroni shape at the upper and lower ends. The first and second semiconductor patterns SP1 and SP2 may be in an unselected state or may be doped with an impurity having the same conductivity type as that of the horizontal semiconductor layer 100. [ The first semiconductor pattern SP1 and the second semiconductor pattern SP2 may be in a polycrystalline state or a single crystal state.

도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 개략 블록도이다.25 is a schematic block diagram of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 25를 참조하면, 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치는 주변 로직 구조체(PS) 및 셀 어레이 구조체(CS)를 포함하며, 주변 로직 구조체(PS) 상에 셀 어레이 구조체(CS)가 적층될 수 있다. 즉, 주변 로직 구조체(PS)와 셀 어레이 구조체(CS)가 평면적 관점에서, 오버랩될 수 있다. 25, a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments includes a peripheral logic structure (PS) and a cell array structure (CS), and a cell array structure (CS) is formed on a peripheral logic structure (PS) . That is, the peripheral logic structure PS and the cell array structure CS can overlap from a planar viewpoint.

실시예들에서, 주변 로직 구조체(PS)는 도 1을 참조하여 설명된 로우 및 칼럼 디코더들(2, 4), 페이지 버퍼(3), 및 제어 회로들(5)을 포함할 수 있다. 셀 어레이 구조체(CS)는 데이터 소거 단위인 복수 개의 메모리 블록들(BLK0~BLKn)을 포함할 수 있다. 메모리 블록들(BLK1~BLKn)은 제 1 및 제 2 방향들(D1, D2)을 따라 신장된 평면 상에, 제 3 방향(D3)을 따라 적층된 구조물을 포함할 수 있다. 메모리 블록들(BLK1~BLKn) 각각은 3차원 구조(또는 수직 구조)를 갖는 메모리 셀 어레이를 포함한다. 메모리 셀 어레이는 도 2를 참조하여 설명된 3차원적으로 배열된 복수의 메모리 셀들, 메모리 셀들과 전기적으로 연결된 복수 개의 워드 라인들 및 비트 라인들을 포함하는 포함할 수 있다. In embodiments, the peripheral logic structure PS may include the row and column decoders 2, 4, page buffer 3, and control circuits 5 described with reference to FIG. The cell array structure CS may include a plurality of memory blocks BLK0 to BLKn, which are data erase units. The memory blocks BLK1 to BLKn may include a structure stacked along the third direction D3 on a plane extending along the first and second directions D1 and D2. Each of the memory blocks BLK1 to BLKn includes a memory cell array having a three-dimensional structure (or vertical structure). The memory cell array may include a plurality of three-dimensionally arranged memory cells described with reference to FIG. 2, a plurality of word lines and bit lines electrically coupled to the memory cells.

도 26은 도 25를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도이다. 설명의 간략함을 위해, 도 5a 내지 도 14a 및 도 5b 내지 도 14b를 참조하여 앞서 설명된 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법과 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.26 is a cross-sectional view of a three-dimensional semiconductor memory device according to embodiments of the present invention described with reference to FIG. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as the manufacturing method of the three-dimensional semiconductor memory device described above with reference to Figs. 5A to 14A and Figs. 5B to 14B can be omitted.

도 25를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 주변 로직 구조체(PS) 및 셀 어레이 구조체(CS)가 차례로 적층될 수 있다. 다시 말해, 주변 로직 구조체(PS)는, 수직적 관점에서, 반도체 기판(10)과 셀 어레이 구조체(CS) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 주변 회로 영역(PR)과 셀 어레이 영역(CAR)이 평면적 관점에서 오버랩될 수 있다.Referring to FIG. 25, a peripheral logic structure PS and a cell array structure CS may be sequentially stacked on a semiconductor substrate 10. In other words, the peripheral logic structure PS can be disposed between the semiconductor substrate 10 and the cell array structure CS in a vertical view. That is, the peripheral circuit region PR and the cell array region CAR can overlap from a planar viewpoint.

반도체 기판(10)은 벌크(bulk) 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터(silicon on insulator: SOI) 기판, 게르마늄 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(germanium on insulator: GOI) 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 또는 선택적 에피택시얼 성장(selective epitaxial growth: SEG)을 수행하여 획득한 에피택시얼 박막의 기판일 수 있다. The semiconductor substrate 10 may be a bulk silicon substrate, a silicon on insulator (SOI) substrate, a germanium substrate, a germanium on insulator (GOI) substrate, a silicon-germanium substrate, Or a substrate of an epitaxial thin film obtained by performing selective epitaxial growth (SEG).

주변 로직 구조체(PS)는, 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 로우 및 칼럼 디코더들(도 1의 2, 4 참조), 페이지 버퍼(도 1의 3 참조) 및 제어 회로들을 포함할 수 있다. 즉, 주변 로직 구조체(PS)는 셀 어레이 구조체(CS)와 전기적으로 연결되는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터들, 저항(resistor) 및 캐패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. 이러한 주변 회로들은 반도체 기판(10)의 전면 상에 형성될 수 있다. 또한, 반도체 기판(10)은 n형 불순물이 도핑된 n웰 영역(nw)과 p형 불순물이 도핑된 p웰 영역(pw)을 포함할 수 있다. n웰 영역(nw)과 p웰 영역(pw)에는 소자 분리막(11)에 의해 활성 영역(ACT)들이 정의될 수 있다.The peripheral logic structure PS may include row and column decoders (see 2 and 4 in FIG. 1), page buffers (see 3 in FIG. 1), and control circuits, as described with reference to FIG. That is, the peripheral logic structure PS may include NMOS and PMOS transistors, a resistor, and a capacitor, which are electrically connected to the cell array structure CS. These peripheral circuits may be formed on the front surface of the semiconductor substrate 10. In addition, the semiconductor substrate 10 may include an n-well region nw doped with an n-type impurity and a p-well region pw doped with a p-type impurity. Active regions (ACT) can be defined in the n-well region (nw) and the p-well region (pw)

주변 로직 구조체(PS)는 주변 게이트 전극들(PG), 주변 게이트 전극들(PG) 양측의 소오스 및 드레인 불순물 영역들, 주변회로 플러그들(CP), 주변 회로 배선들(ICL), 및 주변 회로들을 덮는 하부 매립 절연막(90)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, n웰 영역(nw) 상에 PMOS 트랜지스터들이 형성될 수 있으며, p웰 영역(pw) 상에 NMOS 트랜지스터들이 형성될 수 있다. 주변 회로 배선들(ICL)은 주변회로 플러그들(CP)을 통해 주변 회로들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, NMOS 및 PMOS 트랜지스터들에는 주변회로 플러그들(CP) 및 주변회로 배선들(ICL)이 접속될 수 있다.The peripheral logic structure PS includes peripheral gate electrodes PG, source and drain impurity regions on both sides of the peripheral gate electrodes PG, peripheral circuit plugs CP, peripheral circuit wirings ICL, And a lower buried insulating film 90 covering the gate insulating film 90. [ More specifically, PMOS transistors may be formed on the n-well region nw, and NMOS transistors may be formed on the p-well region pw. The peripheral circuit wirings ICL can be electrically connected to the peripheral circuits via the peripheral circuit plugs CP. For example, peripheral circuit plugs CP and peripheral circuit wirings ICL may be connected to NMOS and PMOS transistors.

하부 매립 절연막(90)은 주변 회로들, 주변회로 플러그들(CP), 및 주변 회로 배선들(ICL)을 덮을 수 있다. 하부 매립 절연막(90)은 다층으로 적층된 절연막들을 포함할 수 있다. The lower buried insulating film 90 may cover the peripheral circuits, the peripheral circuit plugs CP, and the peripheral circuit wirings ICL. The lower buried insulating film 90 may include insulating films stacked in multiple layers.

셀 어레이 구조체(CS)는 하부 매립 절연막(90) 상에 배치되며, 수평 반도체층(100), 적층 구조체들(ST), 및 수직 구조체들(VS)을 포함한다. The cell array structure CS is disposed on the lower buried insulating film 90 and includes a horizontal semiconductor layer 100, stacked structures ST, and vertical structures VS.

수평 반도체층(100)은 주변 회로들을 덮는 하부 매립 절연막(90)의 상부면에 형성될 수 있다. 즉, 수평 반도체층(100)의 하부면은 하부 매립 절연막(90)과 접촉할 수 있다. 수평 반도체층(100)은 도 4를 참조하여 설명한 것처럼, 셀 어레이 영역(CAR) 및 셀 어레이 영역(CAR)에 인접하여 배치된 연결 영역(CNR)을 포함할 수 있다.The horizontal semiconductor layer 100 may be formed on the upper surface of the lower buried insulating film 90 covering the peripheral circuits. That is, the lower surface of the horizontal semiconductor layer 100 may contact the lower buried insulating film 90. The horizontal semiconductor layer 100 may include a connection region CNR disposed adjacent to the cell array region CAR and the cell array region CAR as described with reference to FIG.

수평 반도체층(100)은 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 수평 반도체층(100)은 제 1 도전형의 불순물이 도핑된 반도체 및/또는 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(intrinsic semiconductor)를 포함할 수 있다. 또한, 수평 반도체층(100)은 단결정, 비정질(amorphous), 및 다결정(polycrystalline) 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 결정 구조를 가질 수 있다. The horizontal semiconductor layer 100 may be made of a semiconductor material and may be formed of a material such as silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs) (AlGaAs), or a mixture thereof. In addition, the horizontal semiconductor layer 100 may include intrinsic semiconductors doped with a first conductivity type impurity and / or an undoped state. In addition, the horizontal semiconductor layer 100 may have a crystal structure including at least one selected from the group consisting of single crystal, amorphous, and polycrystalline.

일 예에서, 수평 반도체층(100)은 산화 억제층(11)을 포함할 수 있으며, 산화 억제층(11) 상에 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다.In one example, the horizontal semiconductor layer 100 may include an oxidation-inhibiting layer 11, and the stacking structures ST may be disposed on the oxidation-inhibiting layer 11.

적층 구조체들(ST)은, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 수평 반도체층(100) 상에서 제 1 방향(D1)으로 나란히 연장되며, 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다. 적층 구조체들(ST) 각각은 수평 반도체층(100) 상에 수직적으로 적층된 전극들(EL)과 이들 사이에 개재된 절연막들(ILD)을 포함하며, 앞서 설명한 바와 같이, 최하층에 산화 억제층(11)과 접촉하는 수평 게이트 절연막(ILDb)을 포함할 수 있다. The stacked structures ST may extend in the first direction D1 on the horizontal semiconductor layer 100 and may be arranged apart from each other in the second direction D2 as described with reference to Fig. Each of the stacked structures ST includes electrodes EL vertically stacked on the horizontal semiconductor layer 100 and insulating films ILD sandwiched therebetween. As described above, in the lowermost layer, And a horizontal gate insulating film (ILDb) in contact with the gate insulating film 11.

적층 구조체들(ST)은 전극들(EL)과 주변 로직 구조체(PS) 간의 전기적 연결을 위해, 앞서 설명한 바와 같이, 연결 영역(CNR)에서 계단식 구조를 가질 수 있다. 계단식 구조를 갖는 전극들(EL)의 단부들을 덮는 상부 매립 절연막(120)이 수평 반도체층(100) 상에 배치될 수 있다. 또한, 캡핑 절연막(125)이 복수의 적층 구조체들(ST) 및 상부 매립 절연막(120)을 덮을 수 있다. 나아가, 캡핑 절연막(125) 상에 적층 구조체들(ST)을 가로질러 제 2 방향(D2)으로 연장되는 비트 라인들(BL)이 배치될 수 있다. 비트 라인들(BL)은 비트라인 콘택 플러그(BPLG)를 통해 수직 구조체(VS)와 전기적으로 연결될 수 있다. The stacked structures ST may have a stepped structure in the connection region CNR, as described above, for the electrical connection between the electrodes EL and the peripheral logic structure PS. An upper buried insulating film 120 covering the ends of the electrodes EL having a stepped structure may be disposed on the horizontal semiconductor layer 100. [ In addition, the capping insulating film 125 may cover the plurality of stacked structures ST and the upper buried insulating film 120. Further, the bit lines BL extending in the second direction D2 may be disposed on the capping insulating film 125 across the stacking structures ST. The bit lines BL may be electrically connected to the vertical structure VS via a bit line contact plug BPLG.

수직 구조체들(VS)은 적층 구조체들(ST) 각각을 관통하여 수평 반도체층(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예에서, 수직 구조체들 각각은, 하부 반도체 패턴(LSP) 및 상부 반도체 패턴(USP)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 수직 구조체들 각각은, 도 23a, 도 23b, 도 24a, 도 24b, 및 도 24c를 참조하여 설명한 바와 같이, 적층 구조체들(ST)을 관통하여 수평 반도체 층과 연결되는 제 1 반도체 패턴 및 적층 구조체들(ST)과 제 1 반도체 패턴 사이에 개재되는 제 2 반도체 패턴을 포함할 수 있다. The vertical structures VS may be electrically connected to the horizontal semiconductor layer 100 through each of the stacked structures ST. In one example, each of the vertical structures may include a lower semiconductor pattern LSP and an upper semiconductor pattern USP. Alternatively, each of the vertical structures may include a first semiconductor pattern (not shown) connected to the horizontal semiconductor layer through the stacked structures ST as described with reference to FIGS. 23A, 23B, 24A, 24B, And a second semiconductor pattern interposed between the stacked structures ST and the first semiconductor pattern.

데이터 저장막(DS)이 적층 구조체들(ST)과 수직 구조체들(VS) 사이에 배치될 수 있다. The data storage film DS may be disposed between the stacked structures ST and the vertical structures VS.

공통 소오스 영역들(CSR)은 각각 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 수평 반도체층(100) 내에 배치될 수 있다. 공통 소오스 영역들(CSR)은 적층 구조체들(ST)과 나란하게 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소오스 영역들(CSR)은 수평 반도체층(100) 내에 제 2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. Common source regions CSR may be disposed in the horizontal semiconductor layer 100 between adjacent stacked structures ST. The common source regions CSR may extend in the first direction D1 in parallel with the stacking structures ST. The common source regions CSR may be formed by doping an impurity of the second conductivity type in the horizontal semiconductor layer 100. [

공통 소오스 플러그(CSP)가 공통 소오스 영역(CSR)에 접속될 수 있다. 공통 소오스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에 측벽 절연 스페이서(SP)가 개재될 수 있다. 일 예로, 공통 소오스 플러그(CSP)는 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있으며, 측벽 절연 스페이서(SP)는 적층 구조체들(ST)과 공통 소오스 플러그(CSP) 사이에서 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 다른 예로, 측벽 절연 스페이서(SP)는 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이를 채울 수 있으며, 공통 소오스 플러그(CSP)가 측벽 절연 스페이서(SP)를 관통하여 공통 소오스 영역(CSR)과 국소적으로 접속될 수 있다. The common source plug CSP can be connected to the common source region CSR. A sidewall insulating spacer SP may be interposed between the common source plug CSP and the stacked structures ST. The common source plug CSP may extend in a first direction D1 and the sidewall insulating spacers SP may extend in a first direction D1 between the stacked structures ST and the common source plug CSP. / RTI > As another example, the sidewall insulating spacers SP may fill between the adjacent stacked structures ST, and a common source plug CSP may extend through the sidewall insulating spacers SP to form a common source region CSR and a local As shown in FIG.

픽업 영역들(10PU)이 적층 구조체들(ST)과 이격되어 수평 반도체층(100) 내에 배치될 수 있다. 픽업 영역들(10PU)은 수평 반도체층(100) 내에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 픽업 영역들(10PU)을 수평 반도체층(100)과 동일한 도전형을 가질 수 있으며, 픽업 영역들(10PU)에서 불순물 농도는 수평 반도체층(100) 내의 불순물 농도보다 높을 수 있다. Pickup regions 10PU may be disposed in the horizontal semiconductor layer 100 away from the stacked structures ST. The pickup regions 10PU may be formed by doping an impurity of the first conductivity type in the horizontal semiconductor layer 100. [ The pickup regions 10PU may have the same conductivity type as the horizontal semiconductor layer 100 and the impurity concentration in the pickup regions 10PU may be higher than the impurity concentration in the horizontal semiconductor layer 100. [

계단식 구조를 갖는 적층 구조체들(ST)의 끝단들에 셀 어레이 구조체(CS)와 주변 로직 구조체(PS)를 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조체가 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)의 끝단들을 덮는 상부 매립 절연막(120)이 수평 반도체층(100) 상에 배치될 수 있으며, 배선 구조체는 상부 매립 절연막(120)을 관통하여 전극들(EL)의 끝단들에 콘택 플러그들(PLG)과, 상부 매립 절연막(120) 상에서 콘택 플러그들(PLG)에 접속되는 연결 라인들(CL)을 포함한다. 콘택 플러그들(PLG)의 수직적 길이들은 셀 어레이 영역(CAR)에 인접할수록 감소될 수 있다. A wiring structure for electrically connecting the cell array structure CS and the peripheral logic structure PS to the ends of the stacked structures ST having a stepped structure may be disposed. An upper buried insulating film 120 covering the ends of the stacked structures ST may be disposed on the horizontal semiconductor layer 100. The wiring structure may pass through the upper buried insulating film 120 to form the ends of the electrodes EL, And contact lines PL connected to the contact plugs PLG on the upper buried insulating film 120. In this case, The vertical lengths of the contact plugs PLG can be reduced as they approach the cell array area CAR.

이에 더하여, 픽업 콘택 플러그들(PPLG)이 상부 매립 절연막(120)을 관통하여 픽업 영역들(10PU)에 접속될 수 있다. 픽업 영역들(10PU)은 수평 반도체층(100) 내에 형성될 수 있으며, 수평 반도체층(100) 과 동일한 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 여기서, 픽업 영역들(10PU)의 불순물 농도는 수평 반도체층(100) 내의 불순물 농도보다 높을 수 있다. In addition, the pickup contact plugs PPLG can be connected to the pickup areas 10PU through the upper buried insulating film 120. [ The pickup regions 10PU may be formed in the horizontal semiconductor layer 100 and may include impurities of the same conductivity type as the horizontal semiconductor layer 100. [ Here, the impurity concentration of the pickup regions 10PU may be higher than the impurity concentration in the horizontal semiconductor layer 100. [

픽업 콘택 플러그들(PPLG)의 상부면들은 콘택 플러그들(PLG)의 상부면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 픽업 콘택 플러그(PPLG)는 웰 도전 라인(PCL) 및 연결 플러그(CPLG)를 통해 주변 로직 구조체(PS)와 연결될 수 있다.The upper surfaces of the pickup contact plugs PPLG may be substantially coplanar with the upper surface of the contact plugs PLG. The pick-up contact plug PPLG may be connected to the peripheral logic structure PS via a well conductive line PCL and a connection plug CPLG.

연결 플러그(CPLG)는 셀 어레이 구조체(CS)와 주변 로직 구조체(PS)는 전기적으로 연결시킬 수 있다. 연결 플러그(CPLG)는 상부 매립 절연막(120) 및 수평 반도체층(100)을 관통하여 주변 로직 구조체(PS)의 주변회로 배선들(ICL)에 접속될 수 있다. The connection plug CPLG can electrically connect the cell array structure CS and the peripheral logic structure PS. The connection plug CPLG may be connected to the peripheral circuit wirings ICL of the peripheral logic structure PS through the upper buried insulating film 120 and the horizontal semiconductor layer 100. [

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.

Claims (20)

기판 내에 배치된 산화 억제층;
상기 산화 억제층 상에 배치되며, 수평 게이트 절연막 및 상기 수평 게이트 절연막 상에 수직적으로 번갈아 적층된 절연막들 및 전극들을 포함하는 적층 구조체들; 및
상기 적층 구조체들을 관통하여 상기 기판에 연결되는 복수 개의 수직 구조체들을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
An oxidation inhibiting layer disposed in the substrate;
A plurality of stacked structures disposed on the oxidation-inhibiting layer and including insulating films and electrodes vertically stacked on the horizontal gate insulating film and the horizontal gate insulating film; And
And a plurality of vertical structures passing through the stacked structures and connected to the substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 수직 구조체들의 하부면들은 상기 산화 억제층의 하부면보다 아래에 위치하는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the lower surfaces of the vertical structures are located below the lower surface of the oxidation inhibiting layer.
제 1 항에 있어서,
상기 산화 억제층은 탄소(C), 질소(N), 또는 불소(F)를 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the oxidation inhibiting layer comprises carbon (C), nitrogen (N), or fluorine (F).
제 1 항에 있어서,
상기 수직 구조체들 각각은, 상기 적층 구조체의 하부 부분 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 연결되는 하부 반도체 패턴과, 상기 적층 구조체의 상부 부분을 관통하여 상기 하부 반도체 패턴과 연결되는 상부 반도체 패턴을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein each of the vertical structures includes a lower semiconductor pattern connected to the substrate through a lower portion of the laminated structure and the oxidation inhibiting layer and an upper semiconductor pattern connected to the lower semiconductor pattern through an upper portion of the laminated structure, And the third semiconductor memory device.
제 4 항에 있어서,
상기 하부 반도체 패턴과 상기 전극들 사이의 수직 게이트 절연막을 더 포함하되,
상기 수평 및 수직 게이트 절연막들은 열산화막인 3차원 반도체 메모리 장치.
5. The method of claim 4,
And a vertical gate insulating film between the lower semiconductor pattern and the electrodes,
Wherein the horizontal and vertical gate insulating films are thermally-oxidized films.
제 4 항에 있어서,
상기 하부 반도체 패턴의 측벽과 이에 인접한 상기 전극의 측벽 간의 거리는, 상기 전극의 하부면과 상기 산화 억제층의 상부면 간의 거리와 실질적으로 동일한 3차원 반도체 메모리 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the distance between the sidewall of the lower semiconductor pattern and the sidewall of the electrode adjacent thereto is substantially the same as the distance between the lower surface of the electrode and the upper surface of the oxidation inhibiting layer.
제 1 항에 있어서,
상기 수평 게이트 절연막은 상기 절연막들의 최소 두께보다 작은 두께를 갖는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the horizontal gate insulating film has a thickness smaller than a minimum thickness of the insulating films.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 제 1 도전형의 불순물들을 포함하고,
상기 장치는 상기 적층 구조체들 사이의 상기 기판 내에 배치되는 공통 소오스 영역들을 더 포함하되,
상기 공통 소오스 영역들은 제 2 도전형의 불순물들을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises impurities of a first conductivity type,
The apparatus further includes common source regions disposed in the substrate between the stacking structures,
Wherein the common source regions comprise impurities of a second conductivity type.
제 1 항에 있어서,
상기 수직 구조체들과 상기 전극들 사이에 배치되는 데이터 저장막을 더 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
And a data storage film disposed between the vertical structures and the electrodes.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 셀 어레이 영역, 주변 회로 영역, 및 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하되,
상기 적층 구조체들 및 상기 산화 억제층은 상기 셀 어레이 영역에서 상기 연결 영역으로 연장되며,
상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체는 상기 주변 회로 영역을 향해 내려가는 형태의 계단식 구조를 갖는 3차원 반도체 메모리 장치.
The method according to claim 1,
The substrate includes a cell array region, a peripheral circuit region, and a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region,
Wherein the stacked structures and the oxidation inhibiting layer extend from the cell array region to the connection region,
Wherein the stacked structure in the connection region has a stepped structure in which the stacked structure moves down toward the peripheral circuit region.
제 10 항에 있어서,
상기 기판은 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하며, 상기 수평 게이트 절연막은 상기 셀 어레이 영역과 상기 연결 영역에서 실질적으로 동일한 두께를 갖는 3차원 반도체 메모리 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the substrate includes a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region, and the horizontal gate insulation film has substantially the same thickness in the cell array region and the connection region.
제 10 항에 있어서,
상기 주변 회로 영역의 상기 기판 상에 배치되는 주변 로직 회로들, 상기 주변 로직 회로들을 덮는 주변 절연 패턴을 포함하는 주변 로직 구조체를 더 포함하되,
상기 산화 억제층은 상기 셀 어레이 영역에서 상기 적층 구조체들과 상기 주변 로직 구조체 사이의 영역으로 연장되는 3차원 반도체 메모리 장치.
11. The method of claim 10,
A peripheral logic structure including peripheral logic circuits disposed on the substrate of the peripheral circuit region, and a peripheral insulation pattern covering the peripheral logic circuits,
Wherein the oxidation-inhibiting layer extends in a region between the stacked structures and the peripheral logic structure in the cell array region.
제 12 항에 있어서,
상기 연결 영역에 위치하는 상기 전극들의 단부들 및 상기 주변 로직 구조체를 덮는 매립 절연막을 더 포함하되,
상기 매립 절연막은 상기 적층 구조체들과 상기 주변 로직 구조체 사이에서 상기 산화 억제층을 덮는 3차원 반도체 메모리 장치.
13. The method of claim 12,
And a buried insulating layer covering the ends of the electrodes located in the connection region and the peripheral logic structure,
Wherein the buried insulating film covers the oxidation inhibiting layer between the stacked structures and the peripheral logic structure.
제 10 항에 있어서,
상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체들을 관통하여 상기 기판에 연결되는 더미 수직 구조체들을 더 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
11. The method of claim 10,
Further comprising dummy vertical structures connected to the substrate through the stacked structures in the connection region.
셀 어레이 영역, 주변 회로 영역, 및 상기 셀 어레이 영역과 상기 주변 회로 영역 사이의 연결 영역을 포함하는 기판;
상기 셀 어레이 영역에서 상기 연결 영역으로 연장되는 적층 구조체들로서, 상기 적층 구조체들은 수평 게이트 절연막 및 상기 수평 게이트 절연막 상에 수직적으로 번갈아 적층된 절연막들 및 전극들을 포함하는 적층 구조체들을 포함하는 것; 및
상기 수평 게이트 절연막과 접촉하며, 상기 기판 내에 제공된 산화 억제층을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
A substrate including a cell array region, a peripheral circuit region, and a connection region between the cell array region and the peripheral circuit region;
The stacked structures extending from the cell array region to the connection region, wherein the stacked structures include stacked structures including a horizontal gate insulating film and insulating films and electrodes vertically alternately stacked on the horizontal gate insulating film; And
And an oxidation inhibiting layer provided in the substrate in contact with the horizontal gate insulating film.
제 15 항에 있어서,
상기 연결 영역에서 상기 적층 구조체는 상기 주변 회로 영역을 향해 내려가는 형태의 계단식 구조를 갖는 3차원 반도체 메모리 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the stacked structure in the connection region has a stepped structure in which the stacked structure moves down toward the peripheral circuit region.
제 15 항에 있어서,
상기 수평 게이트 절연막은 상기 셀 어레이 영역과 상기 연결 영역에서 실질적으로 동일한 두께를 갖는 3차원 반도체 메모리 장치.
16. The method of claim 15,
Wherein the horizontal gate insulating film has substantially the same thickness in the cell array region and the connection region.
제 15 항에 있어서,
상기 셀 어레이 영역에서 상기 적층 구조체들 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 접촉하는 복수 개의 수직 구조체들을 더 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
16. The method of claim 15,
Further comprising a plurality of vertical structures in contact with the substrate through the stacked structures and the oxidation-inhibiting layer in the cell array region.
제 18 항에 있어서,
상기 수직 구조체들 각각은, 상기 적층 구조체의 하부 부분 및 상기 산화 억제층을 관통하여 상기 기판과 연결되는 하부 반도체 패턴과, 상기 적층 구조체의 상부 부분을 관통하여 상기 하부 반도체 패턴과 연결되는 상부 반도체 패턴을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein each of the vertical structures includes a lower semiconductor pattern connected to the substrate through a lower portion of the laminated structure and the oxidation inhibiting layer and an upper semiconductor pattern connected to the lower semiconductor pattern through an upper portion of the laminated structure, And the third semiconductor memory device.
제 19 항에 있어서,
상기 하부 반도체 패턴과 상기 전극들 사이의 수직 게이트 절연막을 더 포함하되,
상기 수평 및 수직 게이트 절연막들은 열산화막인 3차원 반도체 메모리 장치.
20. The method of claim 19,
And a vertical gate insulating film between the lower semiconductor pattern and the electrodes,
Wherein the horizontal and vertical gate insulating films are thermally-oxidized films.
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