KR20200092278A - Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents

Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20200092278A
KR20200092278A KR1020200086304A KR20200086304A KR20200092278A KR 20200092278 A KR20200092278 A KR 20200092278A KR 1020200086304 A KR1020200086304 A KR 1020200086304A KR 20200086304 A KR20200086304 A KR 20200086304A KR 20200092278 A KR20200092278 A KR 20200092278A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
films
interlayer insulating
memory device
forming
semiconductor memory
Prior art date
Application number
KR1020200086304A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이세훈
성석강
최병용
김청진
신현일
이용현
이재덕
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020200086304A priority Critical patent/KR20200092278A/en
Publication of KR20200092278A publication Critical patent/KR20200092278A/en

Links

Images

Classifications

    • H01L27/11582
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/20EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • H10B43/23EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
    • H10B43/27EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels the channels comprising vertical portions, e.g. U-shaped channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105After-treatment
    • H01L21/311Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105Etching inorganic layers
    • H01L21/31111Etching inorganic layers by chemical means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • H01L27/1157
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/4234Gate electrodes for transistors with charge trapping gate insulator
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66833Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a charge trapping gate insulator, e.g. MNOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/30EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
    • H10B43/35EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region with cell select transistors, e.g. NAND

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

According to the present invention, disclosed are a method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device and a three-dimensional semiconductor memory device manufactured therethrough. The method includes the following steps of: forming a thin film structure by stacking sacrifice films and preparatory interlayer insulation films alternately on a substrate; forming channel holes penetrating the thin film structure; and forming a blocking insulation film, a charge storage film and a tunneling insulation film on side walls of the preparatory interlayer insulation films and the sacrifice films exposed through the channel holes. The formation of the blocking insulation film includes the following steps of: depositing first insulation films on the side walls of the preparatory interlayer insulation films and the sacrifice films, and oxidizing some of the films; etching some of the preparatory interlayer insulation films and the first insulation films through a first etching process; depositing second insulation films on the side walls of the preparatory interlayer insulation films and the sacrifice films, and oxidizing some of the films; etching some of the second insulation films through a second etching process; and depositing third insulation films on the second insulation films, and oxidizing the first to third insulation films. Some of the sacrifice films include dented parts formed on a side wall exposed through the channel holes, and the blocking insulation film fills the dented parts.

Description

3차원 반도체 메모리 장치 및 그의 제조 방법{THREE-DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}THREE-DIMENSIONAL SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 반도체 메모리 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적 특성이 보다 개선된 3차원 반도체 메모리 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional semiconductor memory device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a three-dimensional semiconductor memory device having improved electrical properties and a manufacturing method thereof.

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.In order to meet the excellent performance and low price required by consumers, it is required to increase the degree of integration of semiconductor devices. In the case of a semiconductor device, since the integration degree is an important factor determining the price of a product, an increased integration degree is particularly required. In the case of a two-dimensional or planar semiconductor device, the degree of integration is largely determined by the area occupied by the unit memory cells, and thus is greatly influenced by the level of fine pattern formation technology. However, since the ultra-high-priced equipments are required for pattern miniaturization, the density of the two-dimensional semiconductor device is increasing, but it is still limited. Accordingly, three-dimensional semiconductor memory devices having memory cells arranged in three dimensions have been proposed.

본 발명의 일 기술적 과제는 전기적 특성이 보다 개선된 3차원 반도체 메모리 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.One technical problem of the present invention is to provide a three-dimensional semiconductor memory device with improved electrical characteristics and a method for manufacturing the same.

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

상술한 기술적 과제들을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법은 기판 상에 희생막들 및 예비 층간 절연막들을 번갈아 적층하여 박막 구조체를 형성하는 것, 상기 박막 구조체를 관통하는 채널 홀들을 형성하는 것, 및 상기 채널 홀들에 의해 노출되는 상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 블록킹 절연막, 전하 저장막 및 터널링 절연막을 차례로 형성하는 것을 포함하되, 상기 블록킹 절연막을 형성하는 것은: 상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 제1 절연막을 증착하고, 그 일부를 산화시키는 것, 제1 식각 공정을 통해 상기 제1 절연막 및 상기 예비 층간 절연막들의 일부를 식각하는 것, 상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 제2 절연막을 증착하고, 그 일부를 산화시키는 것, 제2 식각 공정을 통해 상기 제2 절연막의 일부를 식각하는 것, 및 상기 제2 절연막 상에 제3 절연막을 증착하고, 상기 제1 내지 제3 절연막들을 산화시키는 것을 포함하고, 상기 희생막들 중 일부는 상기 채널 홀들에 의해 노출되는 측벽 상에 형성된 함몰부들을 갖고, 상기 블록킹 절연막은 상기 함몰부들을 채울 수 있다.In order to solve the above technical problems, a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes alternately laminating sacrificial films and preliminary interlayer insulating films on a substrate to form a thin film structure, penetrating the thin film structure Forming channel holes, and sequentially forming a blocking insulating layer, a charge storage layer, and a tunneling insulating layer on sidewalls of the sacrificial layers and the preliminary interlayer insulating layers exposed by the channel holes. To form: depositing a first insulating film on sidewalls of the sacrificial films and the preliminary interlayer insulating films, and oxidizing a part thereof, a part of the first insulating film and the preliminary interlayer insulating films through a first etching process Etching, depositing a second insulating film on the sidewalls of the sacrificial films and the preliminary interlayer insulating films, oxidizing a part thereof, etching a part of the second insulating film through a second etching process, And depositing a third insulating film on the second insulating film, and oxidizing the first to third insulating films, and some of the sacrificial films have depressions formed on sidewalls exposed by the channel holes. , The blocking insulating layer may fill the depressions.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치는 채널 홀의 형성 과정에서 희생막들의 측벽에 생길 수 있는 함몰부를 절연막으로 채우는 것을 통해 채널 홀들이 서로 연결되는 것을 방지할 수 있어서 신뢰성 및 전기적 특성이 개선될 수 있다.In the 3D semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, channel holes are prevented from being connected to each other by filling the depressions that may occur on the sidewalls of the sacrificial films in the process of forming the channel holes, thereby improving reliability and electrical characteristics. Can be.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치는 희생막들의 측벽의 프로파일을 볼록하게 형성하는 것을 통해 셀 특성을 개선할 수 있다.In addition, in the 3D semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention, cell characteristics may be improved by convexly forming the sidewall profiles of the sacrificial films.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 셀 어레이를 나타내는 간략 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 평면도이다.
도 3a, 도 4, 도 5a, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17 및 도 18a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도들로, 각각 도 2를 Ⅰ-Ⅰ'선으로 자른 단면에 대응된다.
도 3b, 도 5b, 도 6a, 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a, 도 12a 및 도 13a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도들로, 각각 대응되는 단면도의 A 부분에 대응된다.
도 3c, 도 5c, 도 6b, 도 7b, 도 8b, 도 9b, 도 10b, 도 11b, 도 12b 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도들로, 각각 대응되는 단면도의 B 부분에 대응된다.
도 18b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도로, 도 18a의 C 부분에 대응된다.
1 is a simplified circuit diagram illustrating a cell array of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
2 is a plan view of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.
3A, 4, 5A, 14, 15, 16, 17, and 18A are cross-sectional views of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, respectively. Corresponds to the section cut by the line.
3B, 5B, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, 11A, 12A, and 13A are enlarged views showing a portion of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention. As, respectively, it corresponds to part A of the corresponding sectional view.
3C, 5C, 6B, 7B, 8B, 9B, 10B, 11B, 12B, and 13B are enlarged views showing a portion of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention As, respectively, it corresponds to part B of the corresponding sectional view.
18B is an enlarged view illustrating a portion of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to portion C of FIG. 18A.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치 및 그의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a 3D semiconductor memory device and a method of manufacturing the same according to 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 셀 어레이를 나타내는 간략 회로도이다.1 is a simplified circuit diagram illustrating a cell array of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 3차원 반도체 메모리 장치의 셀 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 복수 개의 비트 라인들(BL0-BL2) 및 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL0-BL2) 사이에 제공되는 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a cell array of a 3D semiconductor memory device includes a common source line CSL, a plurality of bit lines BL0-BL2, and a common source line CSL and bit lines BL0-BL2. It may include a plurality of cell strings (CSTR) provided.

셀 스트링들(CSTR)은 제1 방향(D1) 및 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. 일 예로, 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1)과 직교하는 방향일 수 있다. 셀 스트링들(CSTR)은 각각 제3 방향(D3)을 따라 연장될 수 있다. 일 예로, 제3 방향(D3)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 직교하는 방향일 수 있다. 비트 라인들(BL0-BL2)은 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 비트 라인들(BL0-BL2)은 각각 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다.The cell strings CSTR may be arranged two-dimensionally along the first direction D1 and the second direction D2 intersecting the first direction D1. For example, the second direction D2 may be a direction orthogonal to the first direction D1. The cell strings CSTR may respectively extend along the third direction D3. For example, the third direction D3 may be a direction orthogonal to the first direction D1 and the second direction D2. The bit lines BL0-BL2 may be spaced apart from each other in the first direction D1. The bit lines BL0-BL2 may extend in the second direction D2, respectively.

비트 라인들(BL0-BL2) 각각에 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬 연결될 수 있다. 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 복수 개의 비트 라인들(BL0-BL2)과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 복수 개의 셀 스트링들(CSTR)이 제공될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 복수 개로 제공될 수 있다. 복수 개의 공통 소스 라인들(CSL)은 2차원적으로 배열될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)에 동일한 전압이 인가될 수 있거나, 또는 공통 소스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 제어될 수 있다.A plurality of cell strings CSTR may be connected to each of the bit lines BL0-BL2 in parallel. The cell strings CSTR may be commonly connected to the common source line CSL. A plurality of cell strings CSTR may be provided between the plurality of bit lines BL0-BL2 and one common source line CSL. A plurality of common source lines CSL may be provided. The plurality of common source lines CSL may be arranged two-dimensionally. The same voltage may be applied to the common source lines CSL, or each of the common source lines CSL may be electrically controlled.

실시예들에 따르면, 셀 스트링들(CSTR) 각각은 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2), 직렬 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT), 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 소거 제어 트랜지스터(ECT)로 구성될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 데이터 저장 요소(data storage element)를 포함한다.According to embodiments, each of the cell strings CSTR is a series connected first and second string select transistors SST1 and SST2, a series connected memory cell transistors MCT, a ground select transistor GST, and an erase control. It may be composed of a transistor (ECT). Also, each of the memory cell transistors MCT includes a data storage element.

일 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)을 포함할 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 비트 라인들(BL0-BL2) 중 하나에 접속될 수 있다. 이와 달리, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 또 다른 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)에서 접지 선택 트랜지스터(GST)는, 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)와 유사하게, 직렬 연결된 복수 개의 모오스 트랜지스터들로 구성될 수도 있다.For example, each cell string CSTR may include first and second string select transistors SST1 and SST2 connected in series, and the second string select transistor SST2 may include bit lines BL0-BL2. ). Alternatively, each cell string CSTR may include one string select transistor. As another example, the ground select transistor GST in each cell string CSTR may be composed of a plurality of morse transistors connected in series, similar to the first and second string select transistors SST1 and SST2. have.

하나의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소스 라인들(CSL)로부터의 거리가 서로 다른 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에 직렬 연결될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 접지 선택 트랜지스터(GST)와 공통 소스 라인들(CSL) 사이에 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR) 각각은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최상위의 것 사이, 및 접지 선택 트랜지스터(GST)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최하위의 것 사이에 각각 연결된 더미 셀 트랜지스터들(DMC)을 더 포함할 수 있다.One cell string CSTR may be formed of a plurality of memory cell transistors MCT having different distances from the common source lines CSL. The memory cell transistors MCT may be connected in series between the first string select transistor SST1 and the ground select transistor GST. The erase control transistor ECT may be connected between the ground selection transistor GST and the common source lines CSL. Each of the cell strings CSTR is between the first of the first string select transistor SST1 and the memory cell transistors MCT, and between the ground of the ground select transistor GST and the lowest of the memory cell transistors MCT. Each of the dummy cell transistors (DMC) may be further included.

실시예들에 따르면, 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)는 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3)에 의해 제어될 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)에 의해 제어될 수 있다. 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 복수 개의 워드 라인들(WL0-WLn)에 의해 각각 제어 될 수 있으며, 더미 셀 트랜지스터들(DMC)은 더미 워드 라인(DWL)에 의해 각각 제어될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2)에 의해 제어될 수 있으며, 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 복수 개로 제공될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)은 소거 제어 트랜지스터들(ECT)의 소스들에 공통으로 연결될 수 있다.According to embodiments, the first string select transistor SST1 may be controlled by the first string select lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3, and the second string select transistor SST2 may be It can be controlled by the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3). The memory cell transistors MCT may be respectively controlled by a plurality of word lines WL0-WLn, and the dummy cell transistors DMC may be respectively controlled by a dummy word line DWL. The ground select transistor GST may be controlled by the ground select lines GSL0, GSL1, and GSL2, and the erase control transistor ECT may be controlled by the erase control line ECL. The erase control transistor ECT may be provided in plural. The common source lines CSL may be commonly connected to the sources of the erase control transistors ECT.

공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 거리에 제공되는, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들은 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 이와 달리, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들이 공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되더라도, 서로 다른 행 또는 열에 제공되는 게이트 전극들이 독립적으로 제어될 수 있다.The gate electrodes of the memory cell transistors MCT, which are provided at substantially the same distance from the common source lines CSL, may be in an equipotential state by being commonly connected to one of the word lines WL0-WLn and DWL. . Alternatively, even if the gate electrodes of the memory cell transistors MCT are provided at substantially the same level from the common source lines CSL, the gate electrodes provided in different rows or columns can be independently controlled.

접지 선택 라인들(GSL0-GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되는 접지 선택 라인들(GSL0-GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 전기적으로 서로 분리될 수 있다. 또한, 서로 다른 셀 스트링들(CSTR)의 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 공통의 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 메모리 셀 어레이의 소거 동작 시 게이트 유도 드레인 누설(Gate Induced Drain Leakage; GIDL)을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 셀 어레이의 소거 동작시 비트 라인들(BL0-BL2) 및/또는 공통 소스 라인들(CSL)에 소거 전압이 인가될 수 있으며, 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및/또는 소거 제어 트랜지스터들(ECT)에서 게이트 유도 누설 전류가 발생될 수 있다.The ground selection lines (GSL0-GSL2), the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) are It extends along the first direction D1 and may be spaced apart from each other in the second direction D2. Ground selection lines (GSL0-GSL2), first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and second string selection line provided at substantially the same level from the common source lines (CSL) The fields SSL2-1, SSL2-2, and SSL2-3 may be electrically separated from each other. Also, the erase control transistors ECT of the different cell strings CSTR may be controlled by a common erase control line ECL. The erase control transistors ECT may generate a gate induced drain leakage (GIDL) during an erase operation of the memory cell array. In some embodiments, an erase voltage may be applied to the bit lines BL0-BL2 and/or the common source lines CSL during the erase operation of the memory cell array, and the string select transistor SST and/or erase may be applied. A gate induced leakage current may be generated in the control transistors ECT.

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 평면도이다. 도 3a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도로, 도 2를 Ⅰ-Ⅰ'선으로 자른 단면에 대응된다. 도 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도로, 도 3a의 A 부분에 대응된다. 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도로, 도 3a의 B 부분에 대응된다.2 is a plan view of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention. 3A is a cross-sectional view of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line I-I'. 3B is an enlarged view showing a part of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to part A of FIG. 3A. 3C is an enlarged view showing a part of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to part B of FIG. 3A.

도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 기판(100) 상에 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 나란히 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 기판(100)은 불순물이 도핑된 반도체 기판일 수 있다. 기판(100)은 제1 도전형(예를 들면, P형)을 갖는 불순물이 도핑된 반도체 기판일 수 있다. 기판(100)은, 예를 들어, 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼층(epitaxial layer)일 수 있다.2, 3A, 3B, and 3C, stacked structures ST may be disposed on the substrate 100. The stacked structures ST extend side by side in the first direction D1 and may be spaced apart from each other in the second direction D2. The substrate 100 may be a semiconductor substrate doped with impurities. The substrate 100 may be a semiconductor substrate doped with impurities having a first conductivity type (eg, P type). The substrate 100 may be, for example, a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a single crystal epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate.

적층 구조체들(ST)은 각각 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)으로 번갈아 적층된 게이트 전극들(EL), 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(100)의 상면과 평행할 수 있다. The stacked structures ST include gate electrodes EL and first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb alternately stacked in a third direction D3 perpendicular to an upper surface of the substrate 100, respectively. Can. The stacked structures ST may have a substantially flat top surface. The top surface of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate 100.

다시 도 1을 참조하면, 게이트 전극들(EL)은 각각 기판(100) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0-GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다. 게이트 전극들(EL) 각각은 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 게이트 전극들(EL) 각각의 두께는 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb) 각각의 두께보다 작을 수 있다. 게이트 전극들(EL)은, 예를 들어, 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 또는 전이금속(ex, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the gate electrodes EL are respectively erased control lines ECL, ground selection lines GSL0-GSL2, and word lines WL0-WLn and DWL stacked on the substrate 100 in turn. ), the first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3 and the second string selection lines SSL2-1, SSL2-2, and SSL2-3. Each of the gate electrodes EL may have substantially the same thickness. The thickness of each of the gate electrodes EL may be smaller than the thickness of each of the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb. The gate electrodes EL are, for example, doped semiconductors (ex, doped silicon, etc.), metals (ex, tungsten, copper, aluminum, etc.), conductive metal nitrides (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.) Or it may include at least one selected from transition metals (ex, titanium, tantalum, etc.).

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(stepwise structure)를 가질 수 있다. 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL)은 기판(100)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 최상부 게이트 전극(ELt)은 게이트 전극들(EL) 중에서 제1 방향(D1)으로 연장되는 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(100)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 최하부 게이트 전극(ELb)은 게이트 전극들(EL) 중에서 제1 방향(D1)으로 연장되는 길이가 가장 클 수 있고, 기판(100)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다.Although not shown, each end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. Specifically, the length of the gate electrodes EL of the stacked structures ST in the first direction D1 may decrease as the distance from the substrate 100 increases. The uppermost gate electrode ELt may have the smallest length extending in the first direction D1 among the gate electrodes EL, and the distance between the substrate 100 and the third direction D3 may be largest. . The lowermost gate electrode ELb may have the largest length extending in the first direction D1 among the gate electrodes EL, and the distance spaced apart from the substrate 100 and the third direction D3 may be the smallest. .

제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 제2 층간 절연막들(ILDb)은 최하부 게이트 전극(ELb)의 상에, 그리고 최상부 게이트 전극(ELt)의 상하에 제공되는 층간 절연막들을 지칭하고, 제1 층간 절연막들(ILDa)은 그 외의 층간 절연막들을 지칭한다. 일 예로, 제1 층간 절연막들(ILDa) 각각은 실질적으로 동일한 두께를 갖고, 제2 층간 절연막들(ILDb) 각각은 실질적으로 동일한 두께를 갖고, 제1 층간 절연막들(ILDa)의 두께와 제2 층간 절연막들(ILDb)의 두께는 서로 다를 수 있다. 제2 층간 절연막들(ILDb)의 두께는 제1 층간 절연막들(ILDa)의 두께보다 클 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 제1 층간 절연막들(ILDa) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있고, 제2 층간 절연막들(ILDb) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)은, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.Each of the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb may have a different thickness. The second interlayer insulating films ILDb refer to interlayer insulating films provided on the lower gate electrode ELb and above and below the uppermost gate electrode ELt, and the first interlayer insulating films ILDa are other interlayer insulating films Refers to them. For example, each of the first interlayer insulating films ILDa has substantially the same thickness, each of the second interlayer insulating films ILDb has substantially the same thickness, and the thickness and the second of the first interlayer insulating films ILDa. Interlayer insulating layers ILDb may have different thicknesses. The thickness of the second interlayer insulating layers ILDb may be greater than the thickness of the first interlayer insulating layers ILDa. However, the present invention is not limited thereto, and each of the first interlayer insulating films ILDa may have a different thickness, and each of the second interlayer insulating films ILDb may have a different thickness. The first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb may include, for example, silicon oxide.

기판(100)과 적층 구조체들(ST) 사이에 버퍼 절연막(105)이 제공될 수 있다. 버퍼 절연막(105)의 두께는 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)의 두께보다 작을 수 있다. 버퍼 절연막(105)은, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.A buffer insulating layer 105 may be provided between the substrate 100 and the stacked structures ST. The thickness of the buffer insulating layer 105 may be smaller than the thickness of the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb. The buffer insulating film 105 may include silicon oxide, for example.

적층 구조체들(ST) 및 기판(100)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에 수직 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 구조체들(VS) 각각의 일부는 기판(100) 내부에 매립될 수 있고, 수직 구조체들(VS)의 하면은 기판(100)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 수직 구조체들(VS)은 기판(100)과 연결될 수 있다. A plurality of channel holes CH passing through a part of the stack structures ST and the substrate 100 may be provided. Vertical structures VS may be provided in the channel holes CH. A portion of each of the vertical structures VS may be embedded in the substrate 100, and the lower surface of the vertical structures VS may be positioned at a lower level than the upper surface of the substrate 100. The vertical structures VS may be connected to the substrate 100.

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 3개 이상의 수직 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 쉬프트될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다.A plurality of columns of vertical structures VS passing through any one of the stacked structures ST may be provided. For example, as illustrated in FIG. 2, rows of two vertical structures VS may pass through one of the stacked structures ST. However, the present invention is not limited thereto, and columns of three or more vertical structures VS may pass through one of the stacked structures ST. In a pair of adjacent columns, the vertical structures VS corresponding to one column may be shifted from the vertical structures VS corresponding to the other adjacent column in the first direction D1. In plan view, the vertical structures VS may be arranged in a zigzag form along the first direction D1.

수직 구조체들(VS)은 기판(100)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장되는 장축을 갖는 실린더 형태일 수 있다. 수직 구조체들(VS)은 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가할 수 있다. 수직 구조체들(VS)의 상면은 원형, 타원형 또는 바(bar) 형태일 수 있다.The vertical structures VS may be in the form of a cylinder having a long axis extending in the third direction D3 from the substrate 100. The widths of the vertical structures VS in the first direction D1 and the second direction D2 may increase as the direction of the third direction D3 increases. The upper surfaces of the vertical structures VS may be circular, elliptical, or bar.

수직 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 충진 절연 패턴(VI)을 포함할 수 있다. 수직 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)은 하단이 오픈된(opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태일 수 있다. 충진 절연 패턴(VI)은 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)으로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다. 충진 절연 패턴(VI)은, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 수직 반도체 패턴(VSP)이 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸인 채널 홀들(CH) 각각의 내부를 완전히 채울 수 있고, 이 경우 충진 절연 패턴(VI)은 생략될 수 있다.Each of the vertical structures VS may include a data storage pattern DSP, a vertical semiconductor pattern VSP, and a filling insulation pattern VI. In each of the vertical structures VS, the data storage pattern DSP and the vertical semiconductor pattern VSP may have an open pipe shape or a macaroni shape. The filling insulation pattern VI may fill a space surrounded by a data storage pattern DSP and a vertical semiconductor pattern VSP. The filling insulation pattern VI may include silicon oxide, for example. However, the present invention is not limited thereto, and the vertical semiconductor pattern VSP may completely fill each of the channel holes CH surrounded by the data storage pattern DSP, and in this case, the filling insulation pattern VI may be omitted. Can.

수직 반도체 패턴(VSP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, 수직 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은, 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 이들의 혼합물과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 불순물이 도핑된 반도체, 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(intrinsic semiconductor) 또는 다결정(polycrystalline) 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(100)과 동일한 도전형을 갖는 불순물이 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다.The vertical semiconductor pattern VSP may be surrounded by a data storage pattern DSP. Referring again to FIG. 1, the vertical structures VS include the erase control transistor ECT, the first and second string select transistors SST1 and SST2, and the ground select transistor GST and memory cell transistors MCT. It may correspond to the channels of. The vertical semiconductor pattern VSP may include, for example, a semiconductor material such as silicon (Si), germanium (Ge), or a mixture thereof. The vertical semiconductor pattern VSP may include a semiconductor doped with impurities, an intrinsic semiconductor or a polycrystalline semiconductor material without impurities. For example, the vertical semiconductor pattern VSP may include a semiconductor material doped with impurities having the same conductivity type as the substrate 100.

데이터 저장 패턴(DSP)은 블록킹 절연막(BLK), 전하 저장막(CIL) 및 터널링 절연막(TIL)을 포함할 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)은 적층 구조체들(ST)에 인접할 수 있고, 터널링 절연막(TIL)은 수직 반도체 패턴(VSP)에 인접할 수 있다. 전하 저장막(CIL)은 블록킹 절연막(BLK) 및 터널링 절연막(TIL) 사이에 개재될 수 있다. 블록킹 절연막(BLK), 전하 저장막(CIL) 및 터널링 절연막(TIL)은 적층 구조체들(ST) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 사이에서 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)과 게이트 전극들(EL) 사이의 전압 차이에 의해 유도되는 파울러-노드하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 현상에 의해, 데이터 저장 패턴(DSP)은 데이터를 저장 및/또는 변경할 수 있다. 예를 들어, 블록킹 절연막(BLK) 및 터널링 절연막(TIL)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 전하 저장막(CIL)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물을 포함할 수 있다.The data storage pattern DSP may include a blocking insulating layer BLK, a charge storage layer CIL, and a tunneling insulating layer TIL. The blocking insulating layer BLK may be adjacent to the stacked structures ST, and the tunneling insulating layer TIL may be adjacent to the vertical semiconductor pattern VSP. The charge storage layer CIL may be interposed between the blocking insulating layer BLK and the tunneling insulating layer TIL. The blocking insulating layer BLK, the charge storage layer CIL, and the tunneling insulating layer TIL may extend in the third direction D3 between the stacked structures ST and the vertical semiconductor pattern VSP. Due to the Fowler-Nordheim tunneling phenomenon induced by the voltage difference between the vertical semiconductor pattern VSP and the gate electrodes EL, the data storage pattern DSP stores and/or changes data. Can. For example, the blocking insulating layer BLK and the tunneling insulating layer TIL may include silicon oxide, and the charge storage layer CIL may include silicon nitride or silicon oxynitride.

도 3b 및 도 3c를 참조하면, 블록킹 절연막(BLK)은 전하 저장막(CIL)에 인접하는 제1 면(BLKa)과 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb) 및 게이트 전극들(EL)에 인접하는 제2 면(BLKb)을 가질 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)의 제1 면(BLKa)과 제2 면(BLKb)은 서로 다른 프로파일을 가질 수 있다. 3B and 3C, the blocking insulating layer BLK includes a first surface BLKa adjacent to the charge storage layer CIL, first and second interlayer insulating layers ILDa, ILDb, and gate electrodes EL ) May have a second surface BLKb adjacent to it. The first surface BLKa and the second surface BLKb of the blocking insulating layer BLK may have different profiles.

블록킹 절연막(BLK)의 제1 면(BLKa)은 제3 방향(D3)을 따라 연장되는 직선 프로파일을 가질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제1 면(BLKa)은 제3 방향(D3)과 일정한 기울기를 가진 직선 프로파일을 가질 수 있다. 제1 면(BLKa)이 제3 방향(D3)과 나란한 프로파일을 가지는 것으로 인하여, 전하 저장막(CIL) 및 터널링 절연막(TIL)이 제3 방향(D3)을 따라 연장될 수 있다.The first surface BLKa of the blocking insulating layer BLK may have a straight profile extending along the third direction D3. However, the present invention is not limited to this, and the first surface BLKa may have a straight profile having a constant slope with the third direction D3. Since the first surface BLKa has a profile parallel to the third direction D3, the charge storage layer CIL and the tunneling insulating layer TIL may extend along the third direction D3.

블록킹 절연막(BLK)의 제2 면(BLKb)은 게이트 전극들(EL)과 인접하는 부분들 및 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)과 인접하는 부분들에서 오목하거나 볼록한 프로파일을 가질 수 있다. 제2 면(BLKb)에서 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)과 인접하는 부분들은 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)을 향해 볼록한 프로파일을 가질 수 있다. 제2 면(BLKb)에서 게이트 전극들(EL)과 인접하는 부분들은 게이트 전극들(EL)을 향해 오목한 프로파일을 가질 수 있다.The second surface BLKb of the blocking insulating layer BLK has a concave or convex profile in portions adjacent to the gate electrodes EL and portions adjacent to the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb. Can. Portions adjacent to the first and second interlayer insulating films ILDa and ILDb on the second surface BLKb may have a convex profile toward the first and second interlayer insulating films ILDa and ILDb. Portions adjacent to the gate electrodes EL on the second surface BLKb may have a concave profile toward the gate electrodes EL.

제1 면(BLKa) 및 제2 면(BLKb)의 프로파일로 인하여, 수직 구조체들(VS) 중 하나를 사이에 두고 서로 마주보는 게이트 전극들(EL) 사이의 간격으로 정의되는 제1 거리는 수직 구조체들(VS) 중 하나를 사이에 두고 서로 마주보는 제1 층간 절연막들(ILDa) 사이의 간격(또는 제2 층간 절연막들(ILDb) 사이의 간격)으로 정의되는 제2 거리보다 작을 수 있다.Due to the profile of the first surface BLKa and the second surface BLKb, a first distance defined by an interval between gate electrodes EL facing each other with one of the vertical structures VS interposed therebetween is a vertical structure It may be smaller than a second distance defined by a gap between first interlayer insulating layers ILDa (or a gap between second interlayer insulating layers ILDb) facing each other with one of the fields VS interposed therebetween.

특히, 도 3b를 참조하면, 블록킹 절연막(BLK)의 일부는 게이트 전극들(EL) 중 어느 하나를 향해 돌출된 돌출부(PP)를 가질 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)의 제2 면(BLKb)에서 게이트 전극들(EL)과 인접하는 부분들 중 일부는 게이트 전극들(EL)을 향해 돌출된 프로파일을 가질 수 있고, 게이트 전극들(EL)을 향해 돌출된 프로파일을 갖는 블록킹 절연막(BLK)의 일부가 돌출부(PP)로 정의될 수 있다.In particular, referring to FIG. 3B, a part of the blocking insulating layer BLK may have a protrusion PP protruding toward any one of the gate electrodes EL. Some of the portions adjacent to the gate electrodes EL on the second surface BLKb of the blocking insulating layer BLK may have a profile protruding toward the gate electrodes EL, and the gate electrodes EL may be A part of the blocking insulating layer BLK having a profile protruding toward may be defined as a protrusion PP.

수직 구조체들(VS) 각각의 상면 상에 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)와 연결되는 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 충진 절연 패턴(VI)의 상부들과 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 제2 층간 절연막들(ILDb) 중 최상부의 것의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 제2 층간 절연막들(ILDb) 중 최상부의 것은 최상부 게이트 전극(ELt) 상에 제공되는 층간 절연막일 수 있다. 도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 수직 반도체 패턴(VSP)과 다른 도전형의 불순물이 도핑된 반도체를 포함할 수 있다.A conductive pad PAD connected to the bit line contact plug BPLG may be provided on the upper surface of each of the vertical structures VS. The conductive pad PAD may be connected to upper portions of the data storage pattern DSP, the vertical semiconductor pattern VSP, and the filling insulation pattern VI. The upper surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with the upper surface of the uppermost one of the second interlayer insulating films ILDb. The uppermost of the second interlayer insulating films ILDb may be an interlayer insulating film provided on the uppermost gate electrode ELt. The conductive pad PAD may include a semiconductor or a conductive material doped with impurities. For example, the conductive pad PAD may include a semiconductor doped with impurities of a different conductivity type from the vertical semiconductor pattern VSP.

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에, 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(100) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(100) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제1 도전형과 다른 제2 도전형(예를 들면, N형)을 가질 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.Between the stacked structures ST adjacent to each other, a separation trench TR extending in the first direction D1 may be provided. The common source region CSR may be provided inside the substrate 100 exposed by the isolation trench TR. The common source region CSR may extend in the first direction D1 in the substrate 100. The common source region CSR may have a second conductivity type (eg, N type) different from the first conductivity type. The common source area CSR may correspond to the common source line CSL of FIG. 1.

공통 소스 플러그(CSP)가 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 평판 형태일 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 마주보도록 제공될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질을 포함할 수 있다.A common source plug (CSP) can be provided in the isolation trench (TR). The common source plug CSP may be connected to the common source area CSR. The upper surface of the common source plug CSP may be substantially coplanar with the upper surface of the stacked structures ST. The common source plug CSP may be in the form of a flat plate extending in the first direction D1 and the third direction D3. Insulating spacers SP may be interposed between the common source plug CSP and the stacked structures ST. The insulating spacers SP may be provided to face each other between the stacked structures ST adjacent to each other. The insulating spacers SP may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material having a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 구조체들(VS), 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(130)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(130)은 제2 층간 절연막들(ILDb) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(130) 내부에 도전 패드(PAD)와 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 캡핑 절연막(130)은 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)과 다른 절연 물질을 포함할 수 있다.The capping insulating layer 130 may be provided on the stacked structures ST, the vertical structures VS, and the common source plug CSP. The capping insulating layer 130 may cover the upper surface of the uppermost of the second interlayer insulating layers ILDb, the upper surface of the conductive pad PAD, and the upper surface of the common source plug CSP. A bit line contact plug BPLG connected to the conductive pad PAD may be provided inside the capping insulating layer 130. For example, the capping insulating layer 130 may include insulating materials different from the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb.

캡핑 절연막(130) 및 비트 라인 콘택 플러그(BPLG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)를 통해 수직 구조체들(VS)과 연결될 수 있다. 비트 라인(BL) 및 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)는 도전 물질을 포함할 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1의 복수 개의 비트 라인들(BL0-BL2) 중 어느 하나에 해당할 수 있다.A bit line BL may be provided on the capping insulating layer 130 and the bit line contact plug BPLG. The bit line BL may extend in the second direction D2. The bit line BL may be connected to the vertical structures VS through a bit line contact plug BPLG. The bit line BL and the bit line contact plug BPLG may include a conductive material. The bit line BL may correspond to any one of the plurality of bit lines BL0-BL2 of FIG. 1.

도 4, 도 5a, 도 14, 도 15, 도 16 및 도 17는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도들로, 각각 도 2를 Ⅰ-Ⅰ'선으로 자른 단면에 대응된다. 도 5b, 도 6a, 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a, 도 12a 및 도 13a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도들로, 각각 대응되는 단면도의 A 부분에 대응된다. 도 5c, 도 6b, 도 7b, 도 8b, 도 9b, 도 10b, 도 11b, 도 12b 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도들로, 각각 대응되는 단면도의 B 부분에 대응된다. 4, 5A, 14, 15, 16, and 17 are cross-sectional views of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, each of which corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line I-I'. do. 5B, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, 11A, 12A, and 13A are enlarged views showing portions of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, respectively. Corresponds to part A of the corresponding cross section. 5C, 6B, 7B, 8B, 9B, 10B, 11B, 12B, and 13B are enlarged views showing portions of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, respectively. It corresponds to part B of the corresponding sectional view.

도 4 내지 도 17를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.A method of manufacturing a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 17.

도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼 절연막(105), 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)이 형성될 수 있다. 희생막들(111)과 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)이 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)으로 번갈아 적층되어 박막 구조체(110)가 형성될 수 있다. 희생막들(111)과 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)은, 예를 들어, 화학적 기상 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다. 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)은 도 3a의 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 4, a buffer insulating layer 105, sacrificial layers 111, and first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b may be formed on the substrate 100. The sacrificial films 111 and the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b are alternately stacked in a third direction D3 perpendicular to the upper surface of the substrate 100 to form the thin film structure 110. have. The sacrificial films 111 and the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method. The first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b may correspond to the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb of FIG. 3A.

박막 구조체(110)의 희생막들(111)은 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)에 대하여 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 희생막들(111)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The sacrificial films 111 of the thin film structure 110 may include a material having etch selectivity for the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b. For example, the sacrificial films 111 may include silicon nitride, and the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b may include silicon oxide.

희생막들(111) 중 최하부의 것과 기판(100) 사이에 형성되는 버퍼 절연막(105)은, 예를 들어, 화학적 기상 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다. 버퍼 절연막(105)은 증착 공정 이후의 열산화 공정을 통해 형성될 수 있다.The buffer insulating layer 105 formed between the bottom of the sacrificial layers 111 and the substrate 100 may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method. The buffer insulating layer 105 may be formed through a thermal oxidation process after the deposition process.

도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 박막 구조체(110)를 관통하는 채널 홀들(CH)이 형성될 수 있다. 채널 홀들(CH)은 기판(100)의 일부를 리세스시킬 수 있으며, 기판(100)의 상면을 노출시킬 수 있다. 채널 홀들(CH)은 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.5A, 5B and 5C, channel holes CH passing through the thin film structure 110 may be formed. The channel holes CH may recess a portion of the substrate 100 and expose the top surface of the substrate 100. The channel holes CH may expose sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b.

채널 홀들(CH)은 박막 구조체(110) 상에 마스크 패턴을 형성하는 것 및 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 이방성 식각 공정을 수행하는 것을 통해 형성될 수 있다. 이방성 식각 공정에 의해 기판(100)의 상면이 과도 식각될 수 있다. 채널 홀들(CH)은, 도 2의 평면적 관점에서, 복수의 열들을 가질 수 있고, 지그재그 형태로 배열될 수 있다.The channel holes CH may be formed by forming a mask pattern on the thin film structure 110 and performing an anisotropic etching process using the mask pattern as an etching mask. The top surface of the substrate 100 may be excessively etched by an anisotropic etching process. The channel holes CH may have a plurality of rows in the plan view of FIG. 2 and may be arranged in a zigzag form.

채널 홀들(CH)을 형성하는 이방성 식각 공정 과정에서 희생막들(111) 중 일부의 측벽 상에 제1 함몰부(S1) 또는 제2 함몰부(S2)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 함몰부(S1)는 희생막들(111) 중 상부에 위치한 것들에 각각 형성될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 희생막들(111) 중 도 5a의 A 부분(위에서 두 번째 희생막)에 위치한 것에 제1 함몰부(S1)가 형성되고, 희생막들(111) 중 도 5a의 B 부분(위에서 다섯 번째 희생막)에 위치한 것에 제2 함몰부(S2)가 형성되는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 즉, 제1 함몰부(S1) 또는 제2 함몰부(S2)가 형성되는 희생막의 위치는 도시된 것에 의해 제한되지 않는다.In the process of forming the channel holes CH, the first recessed portion S1 or the second recessed portion S2 may be formed on sidewalls of some of the sacrificial films 111 during the anisotropic etching process. For example, the first depression S1 may be formed on each of the sacrificial films 111 positioned above, but the present invention is not limited thereto. Among the sacrificial films 111, the first depression S1 is formed in the portion A of FIG. 5A (the second sacrificial film from the top), and the portion B of FIG. 5A of the sacrificial films 111 (the fifth sacrificial film from the top) Although it is shown that the second depression S2 is formed in the film), the present invention is not limited thereto. That is, the position of the sacrificial film in which the first recessed portion S1 or the second recessed portion S2 is formed is not limited by that shown.

제1 함몰부(S1)는 제1 층간 절연막(ILDa)의 상하면 및 제2 층간 절연막(ILDb)의 상하면 중 어느 하나의 면을 따라 희생막들(111) 중 하나가 움푹 패인 부분으로 정의될 수 있다. 제2 함몰부(S2)는 희생막들(111) 중 하나의 측벽이 오목하게 리세스된 부분으로 정의될 수 있다.The first depression S1 may be defined as a recessed portion of one of the sacrificial films 111 along one surface of the upper and lower surfaces of the first interlayer insulating layer ILDa and the upper and lower surfaces of the second interlayer insulating layer ILDb. have. The second recessed portion S2 may be defined as a portion in which one side wall of the sacrificial films 111 is recessed.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들 상에 제1 절연막(210)이 컨포멀하게 형성될 수 있다. 제1 절연막(210)은, 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 절연막(210)은 약 50 Å 내지 150 Å의 두께로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 절연막(210)은 약 60 Å 내지 100 Å의 두께로 형성될 수 있다. 6A and 6B, the first insulating film 210 is formed on sidewalls of the sacrificial films 111 exposed by the channel holes CH and the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b. It can be formed conformally. The first insulating film 210 may include, for example, silicon nitride. The first insulating layer 210 may be formed to a thickness of about 50 Å to 150 Å. More preferably, the first insulating film 210 may be formed to a thickness of about 60 Å to 100 Å.

제1 절연막(210)은 제1 함몰부(S1) 및 제2 함몰부(S2)를 채울 수 있다. 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 제1 절연막(210)의 측벽은 제1 함몰부(S1) 및 제2 함몰부(S2)와 유사한 프로파일을 가질 수 있으나, 리세스된 정도가 줄어들 수 있다.The first insulating layer 210 may fill the first recessed portion S1 and the second recessed portion S2. Sidewalls of the first insulating layer 210 exposed by the channel holes CH may have a profile similar to the first recessed portion S1 and the second recessed portion S2, but the recessed degree may be reduced.

예를 들어, 희생막들(111) 중 일부는 양 측벽 상에 각각 제1 함몰부(S1)가 형성될 수 있다. 제1 함몰부(S1) 내부에 제1 절연막(210)을 채우는 것을 통해, 희생막들(111) 중 일부의 양 측벽 상에 각각 형성된 제1 함몰부(S1)가 서로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 각각의 채널 홀들(CH) 내부에 제공될 수직 구조체들(VS, 도 3a 참조)이 서로 연결되는 것을 방지할 수 있고, 제조가 완료된 3차원 반도체 메모리 장치의 신뢰성 및 전기적 특성이 개선될 수 있다.For example, some of the sacrificial films 111 may have first depressions S1 formed on both sidewalls, respectively. Through filling the first insulating layer 210 inside the first depression S1, it is possible to prevent the first depressions S1 formed on both side walls of some of the sacrificial layers 111 from being connected to each other. have. Accordingly, vertical structures (VS, see FIG. 3A) to be provided inside each channel hole CH may be prevented from being connected to each other, and reliability and electrical characteristics of the 3D semiconductor memory device, which has been manufactured, may be improved. Can.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 절연막(210)의 일부가 산화되어 제2 절연막(230)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 절연막(210)의 일부를 산화시키는 공정은 제1 절연막(210)을 증착하는 공정과 함께 인-시튜(in-situ) 공정으로 진행될 수 있다. 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들 상에 제1 절연막(210) 및 제2 절연막(230)이 순차적으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 도시된 바와 달리 제1 절연막(210)이 충분히 산화되어 제2 절연막(230)은 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들에 접할 수 있다. 제1 함몰부(S1) 및 제2 함몰부(S2)는 제1 절연막(210) 및 제2 절연막(230)에 의해 완전히 채워질 수 있다.7A and 7B, a portion of the first insulating layer 210 is oxidized to form the second insulating layer 230. For example, the process of oxidizing a part of the first insulating film 210 may be performed in an in-situ process together with the process of depositing the first insulating film 210. The first insulating layer 210 and the second insulating layer 230 may be sequentially formed on the sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b. However, the present invention is not limited to this, and as illustrated, the first insulating film 210 is sufficiently oxidized so that the second insulating film 230 is the sacrificial films 111, the first and second preliminary interlayer insulating films 113a, 113b). The first recessed part S1 and the second recessed part S2 may be completely filled by the first insulating film 210 and the second insulating film 230.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 절연막(210) 및 제2 절연막(230)에 대한 제1 식각 공정이 수행될 수 있다. 제1 식각 공정에 의해 제2 절연막(230) 및 제1 절연막(210)의 일부가 제거될 수 있다. 제1 식각 공정은, 예를 들어, 식각 용액을 이용한 습식 식각 공정일 수 있다. 제1 식각 공정 동안 실리콘 산화물과 실리콘 질화물에 대한 식각 속도(etch rate)가 다를 수 있다. 제1 식각 공정은, 예를 들어, 40:1 불산(HF) 수용액을 이용할 수 있다. 제1 식각 공정에 의해 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들의 프로파일이 바뀔 수 있다.8A and 8B, a first etching process for the first insulating layer 210 and the second insulating layer 230 may be performed. A portion of the second insulating layer 230 and the first insulating layer 210 may be removed by the first etching process. The first etching process may be, for example, a wet etching process using an etching solution. During the first etching process, etch rates for silicon oxide and silicon nitride may be different. For the first etching process, for example, a 40:1 hydrofluoric acid (HF) aqueous solution can be used. Profiles of sidewalls of the sacrificial layers 111, the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b may be changed by the first etching process.

제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들이 희생막들(111)의 측벽들보다 많이 식각될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들은 채널 홀들(CH)을 향해 오목한 프로파일을 가질 수 있고, 희생막들(111)의 측벽들은 채널 홀들(CH)을 향해 볼록한 프로파일을 가질 수 있다.Sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b may be etched more than sidewalls of the sacrificial layers 111. Accordingly, sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b may have a concave profile toward the channel holes CH, and sidewalls of the sacrificial layers 111 toward the channel holes CH. It can have a convex profile.

도 8a에서, 제1 식각 공정 이후의 희생막들(111) 상에 제1 함몰부(S1)를 채우는 제1 절연막(210)의 일부가 잔류할 수 있다. 잔류하는 제1 절연막(210)은 제1 함몰부(S1)와 유사하게 움푹 패인 부분을 포함할 수 있다. 도 8b에서, 제1 식각 공정 이후의 희생막들(111)에서 측벽이 오목하게 리세스된 부분이 사라질 수 있다. 측벽이 오목하게 리세스된 부분이 사라진 프로파일로 인하여, 제조가 완료된 3차원 반도체 메모리 장치에서 전하 손실(charge loss)을 줄여 셀 특성이 개선될 수 있고, 결과적으로 전기적 특성이 개선될 수 있다.In FIG. 8A, a portion of the first insulating layer 210 filling the first recessed portion S1 may remain on the sacrificial layers 111 after the first etching process. The remaining first insulating film 210 may include a recessed portion similar to the first recessed portion S1. In FIG. 8B, a portion where the sidewall is recessed recessed in the sacrificial films 111 after the first etching process may disappear. Due to the profile in which the sidewall recessed portion disappears, the cell characteristics may be improved by reducing charge loss in the 3D semiconductor memory device having been manufactured, and as a result, electrical characteristics may be improved.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들 상에 제3 절연막(250)이 컨포멀하게 형성될 수 있다. 제3 절연막(250)은, 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.9A and 9B, a third insulating layer 250 may be conformally formed on sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b. The third insulating film 250 may include, for example, silicon nitride.

채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 제3 절연막(250)의 측벽은 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들과 유사한 프로파일을 가질 수 있다.The sidewalls of the third insulating layer 250 exposed by the channel holes CH may have a profile similar to the sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제3 절연막(250)의 일부가 산화되어 제4 절연막(260)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 절연막(250)의 일부를 산화시키는 공정은 제3 절연막(250)을 증착하는 공정과 함께 인-시튜(in-situ) 공정으로 진행될 수 있다. 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들 상에 제3 절연막(250) 및 제4 절연막(260)이 순차적으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 도시된 바와 달리 제3 절연막(250)이 충분히 산화되어 제4 절연막(260)은 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들에 접할 수 있다.10A and 10B, a part of the third insulating film 250 is oxidized to form a fourth insulating film 260. For example, the process of oxidizing a part of the third insulating film 250 may be performed in an in-situ process together with the process of depositing the third insulating film 250. The third insulating layer 250 and the fourth insulating layer 260 may be sequentially formed on the sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b. However, the present invention is not limited to this, and as illustrated, the third insulating film 250 is sufficiently oxidized so that the fourth insulating film 260 is the sacrificial films 111, the first and second preliminary interlayer insulating films 113a, 113b).

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제4 절연막(260)의 일부는 제2 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. 제2 식각 공정은, 예를 들어, 식각 용액을 이용한 습식 식각 공정일 수 있다. 제2 식각 공정은, 예를 들어, 200:1 불산(HF) 수용액을 이용할 수 있다. 제2 식각 공정에 의해 제4 절연막(260)의 측벽의 프로파일은 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들보다 직선에 가까울 수 있다.11A and 11B, a part of the fourth insulating layer 260 may be removed through a second etching process. The second etching process may be, for example, a wet etching process using an etching solution. For the second etching process, for example, a 200:1 hydrofluoric acid (HF) aqueous solution can be used. By the second etching process, the profile of the sidewall of the fourth insulating layer 260 may be closer to the straight line than the sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 제4 절연막(260)의 측벽 상에 제5 절연막(280)이 컨포멀하게 형성될 수 있다. 제5 절연막(280)은, 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 제5 절연막(280)의 측벽은 제4 절연막(260)의 측벽보다 직선에 가까울 수 있다. 도 5a를 다시 참조하면, 제5 절연막(280)의 측벽은 실질적으로 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)과 나란한 프로파일을 가질 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제5 절연막(280)의 측벽은 제3 방향(D3)과 일정한 기울기를 가진 직선 프로파일을 가질 수 있다.12A and 12B, a fifth insulating layer 280 may be conformally formed on a sidewall of the fourth insulating layer 260. The fifth insulating layer 280 may include, for example, silicon nitride. The sidewall of the fifth insulating layer 280 exposed by the channel holes CH may be closer to the straight line than the sidewall of the fourth insulating layer 260. Referring back to FIG. 5A, the sidewall of the fifth insulating layer 280 may have a profile substantially parallel to the third direction D3 perpendicular to the top surface of the substrate 100. However, the present invention is not limited to this, and the sidewall of the fifth insulating layer 280 may have a straight profile having a constant slope with the third direction D3.

도 12a, 도 12b, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 잔류하는 제1 절연막(210)의 일부, 제3 내지 제5 절연막들(250, 260, 280)이 산화되어 블록킹 절연막(BLK)이 형성될 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)의 형성 이후에도 제1 절연막(210)의 일부가 잔류할 수 있다. 잔류하는 제1 절연막(210)은 희생막들(111) 중 하나와 블록킹 절연막(BLK) 사이에 위치할 수 있다. 12A, 12B, 13A, and 13B, a part of the remaining first insulating film 210 and third to fifth insulating films 250, 260, and 280 are oxidized to form a blocking insulating film BLK Can be. A portion of the first insulating layer 210 may remain even after the blocking insulating layer BLK is formed. The remaining first insulating film 210 may be positioned between one of the sacrificial films 111 and the blocking insulating film BLK.

블록킹 절연막(BLK)은 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 제1 면(BLKa)과 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb) 및 게이트 전극들(EL)에 인접하는 제2 면(BLKb)을 가질 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)의 제1 면(BLKa)과 제2 면(BLKb)은 서로 다른 프로파일을 가질 수 있다. 제1 면(BLKa) 및 제2 면(BLKb)의 프로파일은 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다.The blocking insulating layer BLK includes a first surface BLKa exposed by channel holes CH and a second surface BLKb adjacent to the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb and the gate electrodes EL. ). The first surface BLKa and the second surface BLKb of the blocking insulating layer BLK may have different profiles. The profiles of the first surface BLKa and the second surface BLKb may be the same as those described with reference to FIGS. 3B and 3C.

도 14를 참조하면, 블록킹 절연막(BLK)이 형성된 채널 홀들(CH) 내부에 전하 저장막(CIL, 도 3a 및 도 3b 참조) 및 터널링 절연막(TIL, 도 3a 및 도 3b 참조)이 형성될 수 있다. 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들 상에 블록킹 절연막(BLK), 전하 저장막(CIL, 도 3a 및 도 3b 참조) 및 터널링 절연막(TIL, 도 3a 및 도 3b 참조)을 차례로 형성하는 것을 통해 데이터 저장 패턴(DSP)이 형성될 수 있다. 블록킹 절연막(BLK)은 앞서 도 5b, 도 5c, 도 6a 내지 도 13b를 참조하여 설명한 과정을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 14, a charge storage layer (see CIL, see FIGS. 3A and 3B) and a tunneling insulating layer (see TIL, FIGS. 3A and 3B) may be formed inside the channel holes CH in which the blocking insulating layer BLK is formed. have. The blocking insulating film BLK, the charge storage film (CIL, see FIGS. 3A and 3B) and the tunneling insulating film (TIL) on the sidewalls of the sacrificial films 111, the first and second preliminary interlayer insulating films 113a and 113b , See FIGS. 3A and 3B ), a data storage pattern DSP may be formed. The blocking insulating layer BLK may be formed through the process described with reference to FIGS. 5B, 5C, and 6A to 13B.

이에 따라, 채널 홀들(CH) 내부에 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 충진 절연 패턴(VI)을 포함하는 수직 구조체들(VS)이 형성될 수 있다. 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 데이터 저장 패턴(DSP) 상에 수직 반도체 패턴(VSP)이 컨포멀하게 증착될 수 있다. 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)은 화학적 기상 증착 방법 또는 원자 층 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다.Accordingly, vertical structures VS including the data storage pattern DSP, the vertical semiconductor pattern VSP, and the filling insulation pattern VI may be formed inside the channel holes CH. The vertical semiconductor pattern VSP may be conformally deposited on the data storage pattern DSP exposed by the channel holes CH. The data storage pattern (DSP) and the vertical semiconductor pattern (VSP) may be formed by a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method.

충진 절연 패턴(VI)은 데이터 저장 패턴(DSP) 및 수직 반도체 패턴(VSP)으로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다. 충진 절연 패턴(VI)은 수직 반도체 패턴(VSP)으로 둘러싸인 채널 홀들(CH) 각각의 내부 공간을 절연 물질로 채우는 것 및 박막 구조체(110)의 상면이 노출되도록 평탄화 공정을 수행하는 것을 통해 형성될 수 있다.The filling insulation pattern VI may fill a space surrounded by a data storage pattern DSP and a vertical semiconductor pattern VSP. The filling insulation pattern VI is formed by filling the inner space of each of the channel holes CH surrounded by the vertical semiconductor pattern VSP with an insulating material and performing a planarization process so that the upper surface of the thin film structure 110 is exposed. Can.

수직 구조체들(VS) 각각의 상면 상에 도전 패드(PAD)가 형성될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 구조체들(VS)의 일부를 리세스 시키는 것 및 리세스된 영역 내에 도핑된 반도체 물질 또는 도전 물질을 채우는 것을 통해 형성될 수 있다.A conductive pad PAD may be formed on each of the vertical structures VS. The conductive pad PAD may be formed by recessing some of the vertical structures VS and filling a doped semiconductor material or conductive material in the recessed region.

도 15를 참조하면, 박막 구조체(110)를 관통하는 분리 트렌치(TR)가 형성될 수 있다. 분리 트렌치(TR)는 기판(100)의 일부를 리세스시킬 수 있으며, 기판(100)의 상면을 노출시킬 수 있다. 분리 트렌치(TR)는 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.15, a separation trench TR penetrating through the thin film structure 110 may be formed. The separation trench TR may recess a portion of the substrate 100 and expose the top surface of the substrate 100. The separation trench TR may expose sidewalls of the sacrificial layers 111 and the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b.

분리 트렌치(TR)는 박막 구조체(110) 상에 마스크 패턴을 형성하는 것 및 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 패터닝하는 것을 통해 형성될 수 있다. 패터닝에 의해 기판(100)의 상면이 과도 식각될 수 있다. 분리 트렌치(TR)는, 도 2의 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. The separation trench TR may be formed by forming a mask pattern on the thin film structure 110 and patterning the mask pattern using an etch mask. The top surface of the substrate 100 may be excessively etched by patterning. The separation trench TR may have a line shape extending in the first direction D1 from the plan view of FIG. 2.

도 16을 참조하면, 분리 트렌치(TR)에 의해 노출된 희생막들(111)이 선택적으로 제거될 수 있다. 희생막들(111)의 선택적 제거는 식각 용액을 이용한 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 불산 또는 인산을 포함하는 식각 용액을 이용하여 희생막들(111)을 선택적으로 제거할 수 있다. 도 13a를 참조하면, 희생막들(111)을 제거할 때, 제1 함몰부(S1) 내부에 잔류하는 제1 절연막(210)의 일부가 함께 제거될 수 있다.Referring to FIG. 16, sacrificial films 111 exposed by the separation trench TR may be selectively removed. The selective removal of the sacrificial layers 111 may be performed through a wet etching process using an etching solution. For example, the sacrificial films 111 may be selectively removed using an etchant solution containing hydrofluoric acid or phosphoric acid. Referring to FIG. 13A, when the sacrificial films 111 are removed, a part of the first insulating layer 210 remaining inside the first recessed portion S1 may be removed together.

희생막들(111)이 제거되어 게이트 영역들(GR)이 형성될 수 있다. 게이트 영역들(GR)은 분리 트렌치(TR)로부터 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(113a, 113b) 사이로 수평적으로 연장되는 영역으로 정의될 수 있다.The sacrificial layers 111 may be removed to form gate regions GR. The gate regions GR may be defined as regions extending horizontally from the isolation trench TR between the first and second preliminary interlayer insulating layers 113a and 113b.

도 16 및 도 17을 참조하면, 게이트 영역들(GR)을 채우는 게이트 전극들(EL)이 형성될 수 있다. 게이트 전극들(EL)은 게이트 영역들(GR) 및 분리 트렌치(TR)의 일부를 채우는 도전막을 형성하는 것 및 분리 트렌치(TR) 내부에 형성된 도전막을 제거하는 것을 통해 형성될 수 있다. 게이트 전극들(EL)은, 예를 들어, 화학적 기상 증착 방법 또는 원자 층 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다.16 and 17, gate electrodes EL filling the gate regions GR may be formed. The gate electrodes EL may be formed by forming a conductive layer filling part of the gate regions GR and the isolation trench TR and removing the conductive layer formed inside the isolation trench TR. The gate electrodes EL may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method.

게이트 전극들(EL)이 형성됨에 따라, 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)으로 번갈아 적층된 게이트 전극들(EL), 제1 및 제2 층간 절연막들(ILDa, ILDb)을 포함하는 적층 구조체들(ST)이 형성될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은, 도 2의 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)으로 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 기판(100)의 상면의 일부가 노출될 수 있다.As the gate electrodes EL are formed, the gate electrodes EL, the first and second interlayer insulating layers ILDa and ILDb alternately stacked in the third direction D3 perpendicular to the upper surface of the substrate 100 Stacked structures (ST) may be formed. The stacked structures ST may extend in the first direction D1 from the plan view of FIG. 2 and may be spaced apart from each other in the second direction D2. A portion of the upper surface of the substrate 100 may be exposed between the stacked structures ST adjacent to each other.

분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(100)의 상면에 기판(100)과 다른 도전형의 불순물이 도핑될 수 있고, 이에 따라 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이의 기판(100) 내에 공통 소스 영역(CSR)이 형성될 수 있다.Impurities of a different conductivity type from the substrate 100 may be doped on the upper surface of the substrate 100 exposed by the separation trench TR, and accordingly, within the substrate 100 between the stacked structures ST adjacent to each other. The common source region CSR may be formed.

다시 도 3a를 참조하면, 분리 트렌치(TR)의 측벽을 덮는 절연 스페이서들(SP)이 형성될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 도 17에 도시된 기판(100) 및 적층 구조체들(ST) 상에 스페이서막을 컨포멀하게 증착하는 것 및 에치백 공정 등을 통해 공통 소스 영역(CSR)을 노출시키는 것을 통해 형성될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)로 둘러싸인 분리 트렌치(TR) 내부 공간에 공통 소스 플러그(CSP)가 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 3A, insulating spacers SP covering sidewalls of the isolation trench TR may be formed. The insulating spacers SP conformally deposit the spacer film on the substrate 100 and the stacked structures ST shown in FIG. 17 and expose the common source region CSR through an etch-back process or the like. Can be formed through. A common source plug CSP may be formed in a space inside the isolation trench TR surrounded by the insulating spacers SP.

적층 구조체들(ST), 수직 구조체들(VS), 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(130)이 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(130)은 제2 층간 절연막들(ILDb) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 이어서, 캡핑 절연막(130)을 관통하여 도전 패드(PAD)에 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)가 형성될 수 있다. 이어서, 캡핑 절연막(130) 상에서 제2 방향(D2)으로 연장되며, 비트 라인 콘택 플러그(BPLG)와 연결되는 비트 라인(BL)이 형성될 수 있다.The capping insulating layer 130 may be formed on the stacked structures ST, the vertical structures VS, and the common source plug CSP. The capping insulating layer 130 may cover the upper surface of the uppermost of the second interlayer insulating layers ILDb, the upper surface of the conductive pad PAD, and the upper surface of the common source plug CSP. Subsequently, a bit line contact plug BPLG that penetrates the capping insulating layer 130 and is connected to the conductive pad PAD may be formed. Subsequently, a bit line BL extending in the second direction D2 on the capping insulating layer 130 and connected to the bit line contact plug BPLG may be formed.

도 18a는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 단면도로, 도 2를 Ⅰ-Ⅰ'선으로 자른 단면에 대응된다. 도 18b는 본 발명의 실시예들에 따른 3차원 반도체 메모리 장치의 일부분을 나타내는 확대도로, 도 18a의 C 부분에 대응된다.18A is a cross-sectional view of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line I-I'. 18B is an enlarged view illustrating a portion of a 3D semiconductor memory device according to embodiments of the present invention, and corresponds to portion C of FIG. 18A.

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼 절연막(105), 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)이 형성될 수 있다. 희생막들(111)과 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)이 기판(100)의 상면에 수직한 제3 방향(D3)으로 번갈아 적층되어 박막 구조체(120)가 형성될 수 있다. 제1 예비 층간 절연막들(121)은 기판(100)의 상면에 인접하는 박막 구조체(120) 하부의 절연막들일 수 있고, 제2 예비 층간 절연막들(123)은 박막 구조체(120) 상부의 절연막들일 수 있다. 예를 들어, 기판(100)의 상면으로부터 가까운 순서대로 1개 이상(예를 들어, 1개 내지 3개)의 층간 절연막들이 제1 예비 층간 절연막들(121)로 정의될 수 있고, 나머지 층간 절연막들은 제2 예비 층간 절연막들(123)로 정의될 수 있다. 18A and 18B, a buffer insulating layer 105, sacrificial layers 111, and first and second preliminary interlayer insulating layers 121 and 123 may be formed on the substrate 100. The sacrificial films 111 and the first and second preliminary interlayer insulating films 121 and 123 are alternately stacked in a third direction D3 perpendicular to the upper surface of the substrate 100 to form the thin film structure 120. have. The first preliminary interlayer insulating films 121 may be insulating films below the thin film structure 120 adjacent to the top surface of the substrate 100, and the second preliminary interlayer insulating films 123 may be insulating films above the thin film structure 120. Can. For example, one or more (eg, 1 to 3) interlayer insulating films may be defined as the first preliminary interlayer insulating films 121 in the order close to the upper surface of the substrate 100, and the remaining interlayer insulating films These may be defined as second preliminary interlayer insulating films 123.

제1 예비 층간 절연막들(121)과 제2 예비 층간 절연막들(123)은, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제1 예비 층간 절연막들(121)과 제2 예비 층간 절연막들(123)은 습식 식각 속도(wet etch rate)가 서로 다른 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 예비 층간 절연막들(121)이 포함하는 실리콘 산화물의 습식 식각 속도는 제2 예비 층간 절연막들(123)이 포함하는 실리콘 산화물의 습식 식각 속도보다 클 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)은 기판(100)의 상면에 가까울수록 습식 식각 속도가 큰 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The first preliminary interlayer insulating films 121 and the second preliminary interlayer insulating films 123 may include, for example, silicon oxide. The first preliminary interlayer insulating layers 121 and the second preliminary interlayer insulating layers 123 may include silicon oxides having different wet etch rates. For example, the wet etching rate of silicon oxide included in the first preliminary interlayer insulating layers 121 may be greater than the wet etching rate of silicon oxide included in the second preliminary interlayer insulating layers 123. However, the present invention is not limited thereto, and the first and second preliminary interlayer insulating layers 121 and 123 may include silicon oxide having a higher wet etching rate as it approaches the upper surface of the substrate 100.

희생막들(111)과 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)은 화학적 기상 증착 방법 등의 증착 공정을 통해 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 번갈아 적층하는 것, 박막 구조체(120) 및 기판(100)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)을 형성하는 것, 및 채널 홀들(CH)에 의해 노출된 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들을 선택적으로 리세스시키는 리세스 공정을 수행하는 것을 통해 형성될 수 있다.The sacrificial films 111 and the first and second preliminary interlayer insulating films 121 and 123 alternately stack the silicon nitride film and the silicon oxide film through a deposition process such as a chemical vapor deposition method, the thin film structure 120 and the substrate Forming a plurality of channel holes (CH) penetrating a part of the (100), and selectively sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating films (121, 123) exposed by the channel holes (CH) The recess may be formed through performing a recess process.

채널 홀들(CH)에 의해 노출된 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들을 리세스시키는 것은, 예를 들어, 식각 용액을 이용한 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 불산 또는 인산을 포함하는 식각 용액을 이용하여 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들을 리세스시킬 수 있다.Recessing the sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating layers 121 and 123 exposed by the channel holes CH may be performed, for example, through a wet etching process using an etching solution. For example, sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating layers 121 and 123 may be recessed using an etchant solution containing hydrofluoric acid or phosphoric acid.

제1 예비 층간 절연막들(121)과 제2 예비 층간 절연막들(123)이 습식 식각 속도(wet etch rate)가 서로 다른 실리콘 산화물을 포함하는 것으로 인하여, 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들은 균일한 정도로 리세스될 수 있다. 예를 들어, 제1 예비 층간 절연막들(121)이 리세스된 정도를 나타내는 제1 폭(W1)은 제2 예비 층간 절연막들(123)이 리세스된 정도를 나타내는 제2 폭(W2)과 실질적으로 동일할 수 있다. Since the first preliminary interlayer insulating films 121 and the second preliminary interlayer insulating films 123 include silicon oxides having different wet etch rates, the first and second preliminary interlayer insulating films 121 , 123) may be recessed to a uniform extent. For example, the first width W1 indicating the degree to which the first preliminary interlayer insulating films 121 are recessed is equal to the second width W2 indicating the degree to which the second preliminary interlayer insulating films 123 are recessed. It may be substantially the same.

제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들이 리세스되는 것으로 인하여, 채널 홀들(CH)에 의해 노출되는 희생막들(111), 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들의 프로파일은 도 18b와 같을 수 있다. 구체적으로, 희생막들(111)의 측벽들은 채널 홀들(CH)을 향해 볼록한 프로파일을 가질 수 있고, 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들은 채널 홀들(CH)을 향해 오목한 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 프로파일로 인하여 제조가 완료된 3차원 반도체 메모리 장치에서 전하 손실(charge loss)을 줄여 셀 특성이 개선될 수 있고, 결과적으로 전기적 특성이 개선될 수 있다.Since the sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating films 121 and 123 are recessed, the sacrificial films 111 exposed by the channel holes CH, the first and second preliminary interlayer insulating films 121 , 123) may have the profile of the sidewalls of FIG. 18B. Specifically, sidewalls of the sacrificial films 111 may have a convex profile toward the channel holes CH, and sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating films 121 and 123 toward the channel holes CH It can have a concave profile. Due to such a profile, cell characteristics may be improved by reducing charge loss in a 3D semiconductor memory device that has been manufactured, and as a result, electrical characteristics may be improved.

채널 홀들(CH)에 의해 노출된 제1 및 제2 예비 층간 절연막들(121, 123)의 측벽들을 리세스시키는 것 이후에, 도 6a 및 도 6b부터 도 17까지의 도면들을 참조하여 설명한 제조 방법을 통해 3차원 반도체 메모리 장치가 제조될 수 있다.After the sidewalls of the first and second preliminary interlayer insulating layers 121 and 123 exposed by the channel holes CH are recessed, the manufacturing method described with reference to FIGS. 6A and 6B to 17 Through this, a 3D semiconductor memory device can be manufactured.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (10)

기판 상에 희생막들 및 예비 층간 절연막들을 번갈아 적층하여 박막 구조체를 형성하는 것;
상기 박막 구조체를 관통하는 채널 홀들을 형성하는 것; 및
상기 채널 홀들에 의해 노출되는 상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 블록킹 절연막, 전하 저장막 및 터널링 절연막을 차례로 형성하는 것을 포함하되,
상기 블록킹 절연막을 형성하는 것은:
상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 제1 절연막을 증착하고, 그 일부를 산화시키는 것;
제1 식각 공정을 통해 상기 제1 절연막 및 상기 예비 층간 절연막들의 일부를 식각하는 것;
상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 제2 절연막을 증착하고, 그 일부를 산화시키는 것;
제2 식각 공정을 통해 상기 제2 절연막의 일부를 식각하는 것; 및
상기 제2 절연막 상에 제3 절연막을 증착하고, 상기 제1 내지 제3 절연막들을 산화시키는 것을 포함하고,
상기 희생막들 중 일부는 상기 채널 홀들에 의해 노출되는 측벽 상에 형성된 함몰부들을 갖고,
상기 블록킹 절연막은 상기 함몰부들을 채우는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
Forming a thin film structure by alternately laminating sacrificial films and preliminary interlayer insulating films on a substrate;
Forming channel holes through the thin film structure; And
Forming a blocking insulating layer, a charge storage layer, and a tunneling insulating layer on the sidewalls of the sacrificial layers and the preliminary interlayer insulating layers exposed by the channel holes,
Forming the blocking insulating film is:
Depositing a first insulating film on the sidewalls of the sacrificial films and the preliminary interlayer insulating films, and oxidizing a part thereof;
Etching a portion of the first insulating layer and the preliminary interlayer insulating layers through a first etching process;
Depositing a second insulating film on the sidewalls of the sacrificial films and the preliminary interlayer insulating films, and oxidizing a part thereof;
Etching a portion of the second insulating layer through a second etching process; And
Depositing a third insulating film on the second insulating film, and oxidizing the first to third insulating films,
Some of the sacrificial films have depressions formed on the sidewalls exposed by the channel holes,
The blocking insulating film is a manufacturing method of a three-dimensional semiconductor memory device filling the depressions.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연막 중 일부분은 상기 함몰부들 중 일부의 내부에 잔류하는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a three-dimensional semiconductor memory device in which a portion of the first insulating layer remains inside some of the depressions.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연막은 상기 희생막들과 동일한 물질을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
The first insulating film is a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device including the same material as the sacrificial films.
제 1 항에 있어서,
상기 채널 홀들을 형성한 후, 그리고, 상기 블록킹 절연막을 형성하기 전에, 상기 채널 홀들에 의해 노출되는 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들을 선택적으로 리세스시키는 리세스 공정을 수행하는 것을 더 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
After forming the channel holes, and before forming the blocking insulating layer, a 3D semiconductor further comprising performing a recessing process to selectively recess sidewalls of the preliminary interlayer insulating layers exposed by the channel holes. A method of manufacturing a memory device.
제 4 항에 있어서,
상기 리세스 공정은 상기 예비 층간 절연막들에 대해 습식 식각 공정을 수행하는 것을 포함하되,
상기 습식 식각 공정 동안, 상기 예비 층간 절연막들 중 상기 기판의 상면과 가까운 1개 내지 3개의 상기 예비 층간 절연막들의 식각 속도와 상기 예비 층간 절연막들의 나머지들의 식각 속도가 다른 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
The method of claim 4,
The recessing process includes performing a wet etching process on the preliminary interlayer insulating films,
During the wet etching process, a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device having different etching rates of one to three of the preliminary interlayer insulating films close to an upper surface of the substrate among the preliminary interlayer insulating films and an etching rate of the rest of the preliminary interlayer insulating films. .
제 1 항에 있어서,
상기 제1 식각 공정 및 상기 제2 식각 공정은 불산(HF) 수용액을 이용하는 습식 식각 공정을 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
The first etching process and the second etching process are three-dimensional semiconductor memory device manufacturing method including a wet etching process using a hydrofluoric acid (HF) aqueous solution.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 절연막은 상기 희생막들 및 상기 예비 층간 절연막들의 측벽들 상에 60 Å 내지 100 Å의 두께로 증착되는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
The first insulating film is a method of manufacturing a 3D semiconductor memory device deposited on the sidewalls of the sacrificial films and the preliminary interlayer insulating films with a thickness of 60 Å to 100 Å.
제 1 항에 있어서,
상기 채널 홀들을 채우는 수직 반도체 패턴을 형성하는 것;
상기 박막 구조체를 관통하는 분리 트렌치를 형성하는 것;
상기 분리 트렌치에 의해 노출된 상기 희생막들을 선택적으로 제거하는 것;
상기 희생막들이 제거된 영역에 게이트 전극들을 형성하는 것; 및
상기 분리 트렌치를 채우는 공통 소스 플러그를 형성하는 것을 더 포함하는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
Forming a vertical semiconductor pattern filling the channel holes;
Forming a separation trench penetrating the thin film structure;
Selectively removing the sacrificial films exposed by the separation trench;
Forming gate electrodes in a region where the sacrificial films are removed; And
And forming a common source plug filling the isolation trench.
제 8 항에 있어서,
상기 게이트 전극들 각각은 상기 블록킹 절연막에 인접하는 측벽이 상기 블록킹 절연막을 향해 볼록한 프로파일을 갖는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
The method of claim 8,
Each of the gate electrodes has a sidewall adjacent to the blocking insulating film and has a convex profile toward the blocking insulating film.
제 1 항에 있어서,
상기 채널 홀들을 채우는 수직 반도체 패턴을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 블록킹 절연막은 상기 수직 반도체 패턴에 인접한 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 갖고,
상기 제1 면은 상기 기판의 상면에 수직한 직선 프로파일을 갖는 3차원 반도체 메모리 장치의 제조 방법.
According to claim 1,
Further comprising forming a vertical semiconductor pattern filling the channel holes,
The blocking insulating film has a first surface adjacent to the vertical semiconductor pattern and a second surface opposite to the first surface,
The first surface is a manufacturing method of a three-dimensional semiconductor memory device having a straight profile perpendicular to the upper surface of the substrate.
KR1020200086304A 2020-07-13 2020-07-13 Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof KR20200092278A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200086304A KR20200092278A (en) 2020-07-13 2020-07-13 Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200086304A KR20200092278A (en) 2020-07-13 2020-07-13 Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200092278A true KR20200092278A (en) 2020-08-03

Family

ID=72043005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200086304A KR20200092278A (en) 2020-07-13 2020-07-13 Three-dimensional semiconductor memory device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20200092278A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102505240B1 (en) Three dimensional semiconductor device
CN108735754B (en) Semiconductor device with a semiconductor layer having a plurality of semiconductor layers
KR102624619B1 (en) Three-dimensional semiconductor memory devices
KR102634947B1 (en) Vertical memory devices and method of manufacturing the same
KR102523139B1 (en) A semiconductor memory device
KR102416028B1 (en) Three-dimensional semiconductor memory device and method for fabricating the same
KR102631939B1 (en) Three-dimensional semiconductor devices
KR102589594B1 (en) Semiconductor memory device
KR102452562B1 (en) Three-dimensional semiconductor devices and method for fabricating the same
US10453745B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
KR102337640B1 (en) Three Dimensional Semiconductor Devices
JP2019029655A (en) Three-dimensional semiconductor memory device and method for manufacturing the same
KR20210018725A (en) Three-dimensional semiconductor devices
KR102414511B1 (en) Three-dimensional semiconductor devices
KR20150042358A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20170051842A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR102411067B1 (en) Method for fabricating three-dimensional semiconductor devices
US9960046B2 (en) Methods of manufacturing semiconductor device having a blocking insulation layer
KR20200078768A (en) Three-dimensional semiconductor memory devices
KR20200137077A (en) Three dimension semiconductor memory device
KR20210008983A (en) Three-dimensional semiconductor devices
KR20200073455A (en) Three dimension semiconductor memory device
KR20170042453A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR102492296B1 (en) Three Dimensional Semiconductor Memory Devices
KR102640872B1 (en) Three dimensional semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination