KR20200133686A - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same.
전자 제품의 경박 단소화 경향에 따라, 반도체 장치의 고집적화에 대한 요구가 증가하고 있다. 반도체 장치가 점점 고집적화됨에 따라 반도체 장치(예를 들어, 트랜지스터)에 포함되는 구성요소들의 사이즈 또한 감소하므로, 누설 전류가 발생하는 문제가 있다. 따라서, 반도체 장치의 누설 전류를 제어하여 반도체 장치의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다.BACKGROUND ART As electronic products tend to be light, thin, and short, demand for high integration of semiconductor devices is increasing. As semiconductor devices become increasingly highly integrated, the sizes of components included in semiconductor devices (eg, transistors) also decrease, and thus leakage current occurs. Therefore, it is necessary to control the leakage current of the semiconductor device to improve the performance and reliability of the semiconductor device.
한편, 데이터 저장을 필요로 하는 전자 시스템에서 고용량의 데이터를 저장할 수 있는 반도체 장치가 요구되고 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시킬 수 있는 방안이 연구되고 있다. 예를 들어, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시키기 위한 방법 중 하나로써, 2차원적으로 배열되는 메모리 셀들 대신에 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 포함하는 반도체 장치가 제안되고 있다.Meanwhile, in an electronic system requiring data storage, a semiconductor device capable of storing high-capacity data is required. Accordingly, a method of increasing the data storage capacity of a semiconductor device is being studied. For example, as one of the methods for increasing the data storage capacity of a semiconductor device, a semiconductor device including memory cells arranged in a three-dimensional manner instead of memory cells arranged in a two-dimensional manner has been proposed.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 누설 전류를 제어하여 신뢰성 및 성능을 개선할 수 있는 반도체 메모리 소자를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of improving reliability and performance by controlling a leakage current.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 누설 전류를 제어하여 신뢰성 및 성능을 개선할 수 있는 반도체 메모리 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of improving reliability and performance by controlling a leakage current.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 셀 영역 및 셀 영역에 인접한 연결 영역을 갖는 기판, 기판 상에 번갈아 적층된 다수의 하부 절연층 및 다수의 하부 게이트층을 갖는 하부 적층 구조체, 하부 적층 구조체 상에 번갈아 적층된 다수의 상부 절연층 및 다수의 상부 게이트층을 갖는 상부 적층 구조체, 하부 적층 구조체를 관통하는 하부 채널 홀과, 상부 적층 구조체를 관통하는 상부 채널 홀을 포함하는 채널 홀로, 상부 채널 홀은 하부 채널 홀과 연장되는 채널 홀, 및 채널 홀 내의 채널 구조체를 포함하고, 채널 구조체는 채널 홀의 프로파일을 따라 순차적으로 형성된 배리어층과, 전하 저장층과, 터널 절연층과, 채널 패턴을 포함하고, 채널 구조체는 배리어층과 하부 게이트층 사이에 배치되고, 배리어층과 상부 게이트층 사이에 비배치된 하부 배리어 패턴을 포함한다.A semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate having a cell region and a connection region adjacent to the cell region, a plurality of lower insulating layers and a plurality of lower gate layers alternately stacked on the substrate. A lower stack structure having a lower stack structure, an upper stack structure having a plurality of upper insulating layers and a plurality of upper gate layers alternately stacked on the lower stack structure, a lower channel hole penetrating the lower stack structure, and an upper channel hole penetrating the upper stack structure A channel hole including, wherein the upper channel hole includes a channel hole extending from a lower channel hole, and a channel structure in the channel hole, and the channel structure includes a barrier layer sequentially formed along a profile of the channel hole, a charge storage layer, and a tunnel An insulating layer and a channel pattern are included, and the channel structure includes a lower barrier pattern disposed between the barrier layer and the lower gate layer, and not disposed between the barrier layer and the upper gate layer.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자 제조 방법은 기판 상에, 희생 소스 라인을 형성하고, 희생 소스 라인 상에 번갈아 적층된 다수의 하부 절연층 및 다수의 하부 희생층을 갖는 하부 적층 구조체를 형성하고, 하부 적층 구조체를 관통하는 하부 채널 홀을 형성하고, 하부 채널 홀의 프로파일을 따라 배치된 하부 배리어 패턴을 형성하고, 하부 배리어 패턴 상에, 하부 채널 홀을 채우는 제1 희생층를 형성하고, 하부 적층 구조체 상에, 번갈아 적층된 다수의 상부 절연층 및 다수의 상부 희생층을 갖는 상부 적층 구조체를 형성하고, 상부 적층 구조체를 관통하고, 하부 채널 홀과 연결되는 상부 채널 홀을 형성하고, 제1 희생층을 제거하고, 상부 채널 홀의 측벽 및 하부 배리어 패턴의 프로파일을 따라 배치된 배리어층을 형성하고, 희생 소스 라인을 제거하고, 희생 소스 라인이 제거된 영역에 공통 소스 라인을 형성하고, 다수의 하부 희생층과 다수의 상부 희생층을 제거하고, 다수의 하부 희생층이 제거된 영역에 하부 게이트층을 형성하고, 다수의 상부 희생층이 제거된 영역에 상부 게이트층을 형성하는 것을 포함하고, 하부 배리어 패턴은 배리어층과 하부 게이트층 사이에 배치되고, 배리어층과 상부 게이트층 사이에 비배치된다.In the method of manufacturing a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem, a sacrificial source line is formed on a substrate, and a plurality of lower insulating layers and a plurality of lower sacrificial layers are alternately stacked on the sacrificial source line. A layered lower layered structure is formed, a lower channel hole passing through the lower layered structure is formed, a lower barrier pattern is formed along the profile of the lower channel hole, and on the lower barrier pattern, the lower channel hole is filled. 1 A sacrificial layer is formed, and an upper layered structure having a plurality of upper insulating layers and a plurality of upper sacrificial layers alternately stacked is formed on the lower layered structure, penetrating the upper layered structure, and an upper channel connected to the lower channel hole A hole is formed, the first sacrificial layer is removed, a barrier layer disposed along the profile of the sidewall and the lower barrier pattern of the upper channel hole is formed, the sacrificial source line is removed, and the common source is in the region from which the sacrificial source line is removed. A line is formed, a plurality of lower sacrificial layers and a plurality of upper sacrificial layers are removed, a lower gate layer is formed in the region from which the plurality of lower sacrificial layers are removed, and an upper gate layer is formed in the region from which the plurality of upper sacrificial layers are removed Including forming, the lower barrier pattern is disposed between the barrier layer and the lower gate layer, and is not disposed between the barrier layer and the upper gate layer.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4은 도 2의 E1 영역을 설명하기 위한 다양한 확대도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 다양한 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 도 5의 A-A'를 따라 절단한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 도 11의 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 패키지를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 19 내지 도 25b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.1 is an exemplary circuit diagram for describing a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention.
2 and 3 are schematic cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to some embodiments of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view illustrating an area E1 of FIG. 2.
5 to 8 are various cross-sectional views illustrating a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention.
9 and 10 are cross-sectional views taken along line AA′ of FIG. 5.
11 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention.
12 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 11.
13 to 16 are cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to some embodiments of the present invention.
17 and 18 are cross-sectional views illustrating a semiconductor package according to some embodiments of the present invention.
19 to 25B are diagrams of intermediate steps for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 예시적인 회로도이다.1 is an exemplary circuit diagram for describing a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 메모리 셀 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 복수의 비트 라인(BL)들 및 복수의 셀 스트링(CSTR)들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a memory cell array of a semiconductor memory device according to some embodiments may include a common source line CSL, a plurality of bit lines BL, and a plurality of cell strings CSTR.
복수의 비트 라인(BL)들은 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 비트 라인(BL)들은 서로 이격되어 제1 방향(X)으로 각각 연장될 수 있다. 각각의 비트 라인(BL)에는 복수의 셀 스트링(CSTR)들이 병렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링(CSTR)들은 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 즉, 비트 라인(BL)들과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 복수의 셀 스트링(CSTR)들이 배치될 수 있다.The plurality of bit lines BL may be arranged two-dimensionally. For example, the bit lines BL may be spaced apart from each other and extend in the first direction X, respectively. A plurality of cell strings CSTR may be connected in parallel to each bit line 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 bit lines BL and the common source line CSL.
공통 소스 라인(CSL)은 제1 방향(X)과 교차하는 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 복수의 공통 소스 라인(CSL)들이 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 복수의 공통 소스 라인(CSL)들은 서로 이격되어 각각 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)들에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수도 있고, 또는 서로 다른 전압이 인가되어 별개로 제어될 수도 있다.The common source line CSL may extend in a second direction Y crossing the first direction X. In some embodiments, a plurality of common source lines CSL may be two-dimensionally arranged. For example, the plurality of common source lines CSL may be spaced apart from each other and extend in the second direction Y, respectively. The same voltage may be electrically applied to the common source lines CSL, or different voltages may be applied and controlled separately.
각각의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 접속되는 그라운드 선택 트랜지스터(GST), 비트 라인(BL)에 접속되는 스트링 선택 트랜지스터(SST), 및 그라운드 선택 트랜지스터(GST)와 스트링 선택 트랜지스터(SST) 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)들을 포함할 수 있다. 각각의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)는 데이터 저장 소자(data storage element)를 포함할 수 있다. 그라운드 선택 트랜지스터(GST), 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 메모리 셀 트랜지스터(MCT)들은 직렬로 연결될 수 있다.Each cell string CSTR includes a ground select transistor GST connected to the common source line CSL, a string select transistor SST connected to the bit line BL, and a ground select transistor GST and a string select transistor. A plurality of memory cell transistors MCTs disposed between (SST) may be included. Each memory cell transistor MCT may include a data storage element. The ground select transistor GST, the string select transistor SST, and the memory cell transistor MCT may be connected in series.
공통 소스 라인(CSL)은 그라운드 선택 트랜지스터(GST)들의 소오스들에 공통으로 연결될 수 있다. 또한, 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인(BL) 사이에는 그라운드 선택 라인(GSL), 복수의 워드 라인들(WL11~WL1n, WL21~WL2n) 및 스트링 선택 라인(SSL)이 배치될 수 있다. 그라운드 선택 라인(GSL)은 그라운드 선택 트랜지스터(GST)의 게이트 전극으로 사용될 수 있고, 워드 라인들(WL11~WL1n, WL21~WL2n)은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)들의 게이트 전극으로 사용될 수 있고, 스트링 선택 라인(SSL)은 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 전극으로 사용될 수 있다.The common source line CSL may be commonly connected to sources of the ground select transistors GST. In addition, a ground selection line GSL, a plurality of word lines WL11 to WL1n and WL21 to WL2n, and a string selection line SSL may be disposed between the common source line CSL and the bit line BL. The ground selection line GSL can be used as a gate electrode of the ground selection transistor GST, and the word lines WL11 to WL1n and WL21 to WL2n can be used as gate electrodes of the memory cell transistors MCT, and string selection The line SSL may be used as a gate electrode of the string selection transistor SST.
몇몇 실시예에서, 공통 소스 라인(CSL)과 그라운드 선택 트랜지스터(GST) 사이에 소거 제어 트랜지스터(ECT)가 배치될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 소거 제어 트랜지스터(ECT)들의 소오스들에 공통으로 연결될 수 있다. 또한, 공통 소스 라인(CSL)과 그라운드 선택 라인(GSL) 사이에는 소거 제어 라인(ECL)이 배치될 수 있다. 소거 제어 라인(ECL)은 소거 제어 트랜지스터(ECT)의 게이트 전극으로 사용될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)들은 게이트 유도 드레인 누설(GIDL; Gate Induced Drain Leakage)을 발생시켜 상기 메모리 셀 어레이의 소거 동작을 수행할 수 있다.In some embodiments, the erase control transistor ECT may be disposed between the common source line CSL and the ground select transistor GST. The common source line CSL may be commonly connected to sources of the erase control transistors ECT. Also, an erase control line ECL may be disposed between the common source line CSL and the ground selection line GSL. The erase control line ECL may be used as a gate electrode of the erase control transistor ECT. The erase control transistors ECT may generate a gate induced drain leakage (GIDL) to perform an erase operation of the memory cell array.
도 2 및 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4은 도 2의 E1 영역을 설명하기 위한 다양한 확대도이다.2 and 3 are schematic cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to some embodiments of the present invention. FIG. 4 is an enlarged view illustrating an area E1 of FIG. 2.
도 2를 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 주변 회로 영역(PERI) 및 셀 영역(CELL)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a semiconductor memory device according to some embodiments may include a peripheral circuit area PERI and a cell area CELL.
주변 회로 영역(PERI)은 제1 기판(100), 층간 절연막(150), 제1 기판(100)에 형성되는 복수의 회로 소자들(TR1, TR2, TR3, 220a, 220b), 복수의 회로 소자들(TR1, TR2, TR3, 220a, 220b) 각각과 연결되는 제1 메탈층(144, 230a, 230b), 제1 메탈층(144, 230a, 230b) 상에 형성되는 제2 메탈층(240, 240a, 240b)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit area PERI includes a
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제3 회로 소자들(TR1, TR2, TR3)은 주변 회로 영역(PERI)에서 디코더 회로를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제4 회로 소자(220a)는 주변 회로 영역(PERI)에서 로직 회로를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제5 회로 소자(220b)는 주변 회로 영역(PERI)에서 페이지 버퍼를 제공할 수 있다.In some embodiments, the first to third circuit elements TR1, TR2, and TR3 may provide a decoder circuit in the peripheral circuit area PERI. In some embodiments, the
본 명세서에서는, 제1 메탈층(144, 230a, 230b)과 제2 메탈층(240, 240a, 240b)만 도시되고 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 메탈층(240, 240a, 240b) 상에 적어도 하나 이상의 메탈층이 더 형성될 수도 있다. 제2 메탈층(240, 240a, 240b)의 상부에 형성되는 하나 이상의 메탈층 중 적어도 일부는, 제2 메탈층(240, 240a, 240b)을 형성하는 구리보다 더 낮은 저항을 갖는 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.In this specification, only the
몇몇 실시예에서, 제1 메탈층(144, 230a, 230b)은 상대적으로 저항이 높은 텅스텐으로 형성될 수 있고, 제2 메탈층(240, 240a, 240b)은 상대적으로 저항이 낮은 구리로 형성될 수 있다.In some embodiments, the
층간 절연막(150)은 복수의 회로 소자들(TR1, TR2, TR3, 220a, 220b), 제1 메탈층(144, 230a, 230b), 및 제2 메탈층(240, 240a, 240b)을 커버하도록 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다.The interlayer insulating
셀 영역(CELL)은 적어도 하나의 메모리 블록을 제공할 수 있다. 셀 영역(CELL)은 제2 기판(310)과 도전성 라인(320)을 포함할 수 있다. 제2 기판(310) 상에는, 제2 기판(310)의 상면과 교차하는 수직 방향(Z)을 따라 복수의 워드 라인들이 적층될 수 있다. The cell area CELL may provide at least one memory block. The cell region CELL may include a
복수의 워드라인들은 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN) 및 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)에 해당할 수 있다. 워드 라인들의 상부 및 하부 각각에는 스트링 선택 라인(SSL)과 접지 선택 라인(GSL)이 배치될 수 있으며, 스트링 선택 라인(SSL)들과 접지 선택 라인(GSL) 사이에 복수의 워드 라인들이 배치될 수 있다.The plurality of word lines may correspond to upper gate layers UCL1 to UCLN and lower gate layers LCL1 to LCLN. A string selection line SSL and a ground selection line GSL may be disposed above and below each of the word lines, and a plurality of word lines may be disposed between the string selection lines SSL and the ground selection line GSL. I can.
채널 구조체(CH)는 수직 방향(Z)으로 연장되어 워드 라인들, 스트링 선택 라인(SSL)들, 및 접지 선택 라인(GSL)을 관통할 수 있다. 도 4에 도시된 것처럼, 채널 구조체(CH)는 채널 패턴(420) 및 정보 저장막(430)을 포함할 수 있다.The channel structure CH may extend in the vertical direction Z to pass through word lines, string selection lines SSL, and ground selection lines GSL. As shown in FIG. 4, the channel structure CH may include a
채널 패턴(420)은 제3 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 채널 패턴(420)은 컵(cup) 형상인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것일 뿐이며, 채널 패턴(420)은 원통 형상, 사각통 형상, 속이 찬 필러 형상 등 다양한 형상을 가질 수도 있다. 채널 패턴(420)은 예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 유기 반도체물 및 탄소 나노 구조체 등의 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The
정보 저장막(430)은 채널 패턴(420)과 워드 라인들 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 정보 저장막(430)은 채널 패턴(420)의 측면을 따라 연장될 수 있다.The information storage layer 430 may be interposed between the
몇몇 실시예에서, 정보 저장막(430)은 다중막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 정보 저장막(430)은 채널 패턴(420) 상에 차례로 적층되는 터널 절연층(431), 전하 저장층(432) 및 배리어층(397c)을 포함할 수 있다. 터널 절연층(431)은 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 물질(예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2))을 포함할 수 있다. 전하 저장층(432)은 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 배리어층(397c)은 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 물질을 포함할 수 있다. In some embodiments, the information storage layer 430 may be formed of multiple layers. For example, the information storage layer 430 may include a
몇몇 실시예에서, 채널 구조체(CH)는 코어 패턴(410)을 더 포함할 수 있다. 코어 패턴(410)은 컵 형상인 채널 패턴(420)의 내부를 채우도록 형성될 수 있다. 코어 패턴(410)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, the channel structure CH may further include a
도전성 라인(320)은 채널 구조체(CH)의 채널 패턴(420)과 접속되도록 형성될 수 있다.도 3을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 C2C(chip to chip) 구조일 수 있다.The
C2C 구조는 제1 웨이퍼 상에 셀 영역(CELL)을 포함하는 상부 칩을 제작하고, 제1 웨이퍼와 다른 제2 웨이퍼 상에 주변 회로 영역(PERI)을 포함하는 하부 칩을 제작한 후, 상기 상부 칩과 상기 하부 칩을 본딩(bonidng) 방식에 의해 서로 연결하는 것을 의미할 수 있다. 일례로, 상기 본딩 방식은 상부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈과 하부 칩의 최상부 메탈층에 형성된 본딩 메탈을 서로 전기적으로 연결하는 방식을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 본딩 메탈이 구리(Cu)로 형성된 경우, 상기 본딩 방식은 Cu-Cu 본딩 방식일 수 있으며, 상기 본딩 메탈은 알루미늄 혹은 텅스텐으로도 형성될 수 있다.In the C2C structure, an upper chip including a cell region (CELL) is manufactured on a first wafer, and a lower chip including a peripheral circuit region (PERI) is manufactured on a second wafer different from the first wafer, and then the upper It may mean that the chip and the lower chip are connected to each other by a bonding method. For example, the bonding method may mean a method of electrically connecting a bonding metal formed on an uppermost metal layer of an upper chip and a bonding metal formed on an uppermost metal layer of a lower chip. For example, when the bonding metal is formed of copper (Cu), the bonding method may be a Cu-Cu bonding method, and the bonding metal may also be formed of aluminum or tungsten.
몇몇 실시예에서, 주변 회로 영역(PERI)과 셀 영역(CELL) 각각은 외부 패드 본딩 영역(PA), 워드 라인 본딩 영역(WLBA), 및 비트 라인 본딩 영역(BLBA)을 포함할 수 있다.In some embodiments, each of the peripheral circuit area PERI and the cell area CELL may include an external pad bonding area PA, a word line bonding area WLBA, and a bit line bonding area BLBA.
워드 라인 본딩 영역(WLBA)은 복수의 셀 컨택 플러그들(340) 등이 배치되는 영역으로 정의될 수 있다. 워드 라인 본딩 영역(WLBA)의 제2 메탈층(240) 상에는 하부 본딩 메탈(271b, 272b)이 형성될 수 있다. 워드 라인 본딩 영역(WLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(271b, 272b)은 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(371b, 372b)과 본딩 방식에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 본딩 메탈(271b, 272b)과 상부 본딩 메탈(371b, 372b)은 알루미늄, 구리, 혹은 텅스텐 등으로 형성될 수 있다. 셀 컨택 플러그들(340)은 워드 라인 본딩 영역(WLBA)에서 셀 영역(CELL)의 상부 본딩 메탈(371b, 372b)과 주변 회로 영역(PERI)의 하부 본딩 메탈(271b, 272b)을 통해 주변 회로 영역(PERI)과 연결될 수 있다.The word line bonding area WLBA may be defined as an area in which a plurality of cell contact plugs 340 and the like are disposed.
비트 라인 본딩 영역(BLBA)은 채널 구조체(CH)와 비트 라인(360c) 등이 배치되는 영역으로 정의될 수 있다. 비트 라인(360c)은 비트 라인 본딩 영역(BLBA)에서 제5 회로 소자(220b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 비트 라인(360c)은 주변 회로 영역(PERI)에서 상부 본딩 메탈(371c, 372c)과 연결되며, 상부 본딩 메탈(371c, 372c)은 제5 회로 소자(220b)에 연결되는 하부 본딩 메탈(271c, 272c)과 연결될 수 있다.The bit line bonding area BLBA may be defined as an area in which the channel structure CH and the
외부 패드 본딩 영역(PA)에는 공통 소스 라인 컨택 플러그(380)가 배치될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(380)는 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성되며, 도전성 라인(320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(380) 상부에는 제1 메탈층(350a)과 제2 메탈층(360a)이 차례로 적층될 수 있다. 일례로, 공통 소스 라인 컨택 플러그(380), 제1 메탈층(350a), 및 제2 메탈층(360a)이 배치되는 영역은 외부 패드 본딩 영역(PA)으로 정의될 수 있다. 또한, 외부 패드 본딩 영역(PA)에는 입출력 패드들(205, 305)이 배치될 수 있다.A common source
셀 영역(CELL)과 주변 회로 영역(PERI) 각각에 포함되는 외부 패드 본딩 영역(PA)과 비트 라인 본딩 영역(BLBA) 각각에는 최상부 메탈층의 메탈 패턴이 더미 패턴(dummy pattern)으로 존재하거나, 최상부 메탈층이 비어있을 수 있다.In each of the outer pad bonding area PA and the bit line bonding area BLBA included in each of the cell area CELL and the peripheral circuit area PERI, the metal pattern of the uppermost metal layer exists as a dummy pattern, or The top metal layer may be empty.
몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 외부 패드 본딩 영역(PA)에서, 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(372a)에 대응하여 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 셀 영역(CELL)의 상부 메탈 패턴(372a)과 동일한 형태의 하부 메탈 패턴(273a)을 형성할 수 있다. 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(273a)은 주변 회로 영역(PERI)에서 별도의 콘택과 연결되지 않을 수 있다. 이와 유사하게, 외부 패드 본딩 영역(PA)에서 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴에 대응하여 셀 영역(CELL)의 상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴을 형성할 수도 있다.In the semiconductor memory device according to some embodiments, in the outer pad bonding area PA, a cell is formed in the uppermost metal layer of the peripheral circuit area PERI in correspondence with the
또한, 비트 라인 본딩 영역(BLBA)에서, 주변 회로 영역(PERI)의 최상부 메탈층에 형성된 하부 메탈 패턴(272d)에 대응하여 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 주변 회로 영역(PERI)의 하부 메탈 패턴(272d)과 동일한 형태의 상부 메탈 패턴(372d)을 형성할 수 있다. 셀 영역(CELL)의 최상부 메탈층에 형성된 상부 메탈 패턴(372d) 상에 콘택은 형성되지 않을 수 있다.In addition, in the bit line bonding area BLBA, the uppermost metal layer of the cell area CELL corresponds to the
도 4에 도시된 것처럼, 몇몇 실시예에서, 채널 구조체(CH)는 도전성 라인(320)을 관통하여 제2 기판(310) 내에 매립될 수 있다. 도전성 라인(320)은 정보 저장막(430)의 일부를 관통하여 채널 패턴(420)의 측면과 접속될 수 있다.As shown in FIG. 4, in some embodiments, the channel structure CH may pass through the
채널 구조체(CH)는 제1 메탈층(350c) 및 제2 메탈층(360c)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 메탈층(350c)은 비트 라인 컨택일 수 있고, 제2 메탈층(360c)은 비트 라인일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비트 라인(360c)은 제2 기판(310)의 상면에 평행한 일 방향(예를 들어, 제2 방향(Y))을 따라 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 비트 라인(360c)은 주변 회로 영역(PERI)에서 페이지 버퍼를 제공하는 제5 회로 소자(230b)와 전기적으로 연결될 수 있다.The channel structure CH may be electrically connected to the
워드 라인들은 제2 기판(310)의 상면에 평행한 방향(예를 들어, 제1 방향(X))을 따라 연장될 수 있으며, 복수의 셀 컨택 플러그들(340)과 연결될 수 있다. 워드 라인들과 셀 컨택 플러그들(340)은, 워드 라인들 중 적어도 일부가 서로 다른 길이로 연장되어 제공하는 패드들에서 서로 연결될 수 있다. 워드 라인들에 연결되는 셀 컨택 플러그들(340)의 상부에는 제1 메탈층(350b)과 제2 메탈층(360b)이 차례로 연결될 수 있다.The word lines may extend in a direction parallel to the top surface of the second substrate 310 (eg, the first direction X), and may be connected to a plurality of cell contact plugs 340. The word lines and the cell contact plugs 340 may be connected to each other by pads provided by extending at least some of the word lines to different lengths. A
몇몇 실시예에서, 셀 컨택 플러그들(340)은 주변 회로 영역(PERI)에서 디코더 회로를 제공하는 제1 내지 제3 회로 소자들(TR1, TR2, TR3)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 셀 컨택 플러그들(340)과 연결되는 제1 메탈층(350b)은 제2 메탈층(360b)에 의해 제1 메탈층(350d)과 연결될 수 있다. 제1 메탈층(350d)은 연결 컨택 플러그(345)를 통해 제2 메탈층(240)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 회로 소자들(TR1, TR2, TR3)은 워드 라인들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 회로 소자(TR1)는 워드 라인들 중 일부와 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 회로 소자(TR2)는 워드 라인들 중 다른 일부와 전기적으로 연결될 수 있고, 제3 회로 소자(TR3)는 워드 라인들 중 또 다른 일부와 전기적으로 연결될 수 있다.In some embodiments, the cell contact plugs 340 may be electrically connected to the first to third circuit elements TR1, TR2, and TR3 providing a decoder circuit in the peripheral circuit area PERI. For example, the
몇몇 실시예에서, 제1 내지 제3 회로 소자들(TR1, TR2, TR3)의 동작 전압은, 페이지 버퍼를 제공하는 제5 회로 소자(220b)의 동작 전압과 다를 수 있다. 일례로, 제5 회로 소자(220b)의 동작 전압은 제1 내지 제3 회로 소자들(TR1, TR2, TR3)의 동작 전압보다 클 수 있다.In some embodiments, the operating voltage of the first to third circuit elements TR1, TR2, and TR3 may be different from the operating voltage of the
공통 소스 라인 컨택 플러그(380)는 도전성 라인(320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 소스 라인 컨택 플러그(380)는 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성되며, 공통 소스 라인 컨택 플러그(380) 상부에는 제1 메탈층(350a)이 형성될 수 있다.The common source
몇몇 실시예에서, 제1 기판(100)의 하부에 제1 기판(100)의 하면을 덮는 하부 절연막(201) 이 형성될 수 있으며, 하부 절연막(201) 상에 제1 입출력 패드(205)가 형성될 수 있다. 제1 입출력 패드(205)는 제1 입출력 컨택 플러그(203)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(TR1, TR2, TR3, 220a, 220b) 중 적어도 하나와 연결되며, 하부 절연막(201)에 의해 제1 기판(100)과 분리될 수 있다. 또한, 제1 입출력 컨택 플러그(203)와 제1 기판(100) 사이에는 측면 절연막이 배치되어 제1 입출력 컨택 플러그(203)와 제1 기판(100)을 전기적으로 분리할 수 있다.In some embodiments, a lower insulating
몇몇 실시예에서, 제2 기판(310)의 상부에 제2 기판(310)의 상면을 덮는 상부 절연막(301)이 형성될 수 있으며, 상부 절연막(301) 상에 제2 입출력 패드(305)가 배치될 수 있다. 제2 입출력 패드(305)는 제2 입출력 컨택 플러그(303)를 통해 주변 회로 영역(PERI)에 배치되는 복수의 회로 소자들(TR1, TR2, TR3, 220a, 220b) 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.In some embodiments, an upper insulating
몇몇 실시예에서, 제2 입출력 컨택 플러그(303)가 배치되는 영역에는 제2 기판(310) 및 도전성 라인(320) 등이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 제2 입출력 패드(305)는 수직 방향(Z)에서 워드 라인들과 오버랩되지 않을 수 있다. 제2 입출력 컨택 플러그(303)는 제2 기판(310)의 상면과 평행한 방향(예를 들어, 제1 방향(X))에서 제2 기판(310)과 분리되며, 셀 영역(CELL)의 층간 절연막(315)을 관통하여 제2 입출력 패드(305)에 연결될 수 있다. In some embodiments, the
몇몇 실시예에서, 제1 입출력 패드(205)와 제2 입출력 패드(305)는 선택적으로 형성될 수 있다. 일례로, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 제1 기판(100) 상에 배치되는 제1 입출력 패드(205)만을 포함하거나, 또는 제2 기판(310) 상에 배치되는 제2 입출력 패드(305)만을 포함할 수도 있다. 또는, 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 제1 입출력 패드(205) 및 제2 입출력 패드(305)를 모두 포함할 수도 있다.In some embodiments, the first input/
도 5 내지 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 다양한 단면도들이다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.5 to 8 are various cross-sectional views illustrating a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention. Descriptions overlapping with the above-described embodiments will be simplified or omitted.
참고적으로, 도 5 내지 도 8은 도 2의 E2 영역을 확대하여 도시한 도면들이다.For reference, FIGS. 5 to 8 are diagrams illustrating an enlarged area E2 of FIG. 2.
도 5를 참조하면, 반도체 메모리 소자는 하부 적층 구조체(210), 상부 적층 구조체(220), 채널 홀(300), 채널 구조체(CH), 비트 패드(440) 및 도전성 라인(320)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a semiconductor memory device includes a
하부 적층 구조체(210)는 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)을 포함할 수 있다. 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 기판(310) 상에 배치될 수 있다. 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 번갈아 적층될 수 있다.The
다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 예를 들어, SiN4를 포함할 수 있다. 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 워드 라인(WL)에 해당할 수 있다.The plurality of lower gate layers LCL1 to LCLN may be formed of a metal, a metal compound, or a conductive material such as polysilicon. The plurality of lower gate layers LCL1 to LCLN may include, for example, SiN 4 . The plurality of lower gate layers LCL1 to LCLN may correspond to the word line WL.
다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN)은 예를 들어 SiO2와 같은 절연물질을 포함할 수 있다.The plurality of lower insulating layers LIL1 to LILN may include, for example, an insulating material such as SiO 2 .
상부 적층 구조체(220)는 하부 적층 구조체(210) 상에 배치될 수 있다. 상부 적층 구조체(220)는 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)을 포함할 수 있다. 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 기판(310) 상에 배치될 수 있다. 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 번갈아 적층될 수 있다.The upper
다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 금속, 금속 화합물, 또는 폴리실리콘 등의 도전성 물질로 형성될 수 있다. 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 예를 들어, SiN4를 포함할 수 있다. 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 다수의 워드 라인에 해당할 수 있다.The plurality of upper gate layers UCL1 to UCLN may be formed of a metal, a metal compound, or a conductive material such as polysilicon. The plurality of upper gate layers UCL1 to UCLN may include, for example, SiN 4 . The plurality of upper gate layers UCL1 to UCLN may correspond to a plurality of word lines.
다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN)은 예를 들어 SiO2와 같은 절연물질을 포함할 수 있다.The plurality of upper insulating layers UIL1 to UILN may include, for example, an insulating material such as SiO 2 .
채널 홀(300)은 하부 채널 홀(300H1)과 상부 채널 홀(300H2)을 포함할 수 있다.The
하부 채널 홀(300H1)은 도전성 라인(320) 상에 배치될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)은 하부 적층 구조체(210)를 관통할 수 있다. The lower channel hole 300H1 may be disposed on the
하부 채널 홀(300H1)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)의 모양은 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The lower channel hole 300H1 may be formed in a shape that becomes narrower downward. The shape of the lower channel hole 300H1 is only an example, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
상부 채널 홀(300H2)은 하부 채널 홀(300H1) 상에 배치될 수 있다. 상부 채널 홀(300H2)은 하부 채널 홀(300H1)과 연결될 수 있다. 상부 채널 홀(300H2)은 상부 적층 구조체(220)를 관통할 수 있다. The upper channel hole 300H2 may be disposed on the lower channel hole 300H1. The upper channel hole 300H2 may be connected to the lower channel hole 300H1. The upper channel hole 300H2 may pass through the upper
상부 채널 홀(300H2)은 아래로 갈수록 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)의 모양은 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The upper channel hole 300H2 may be formed in a shape that becomes narrower downward. The shape of the lower channel hole 300H1 is only an example, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
채널 구조체(CH)는 채널 홀(300) 내에 배치될 수 있다. 채널 구조체(CH)는 코어 패턴(410), 채널 패턴(420), 정보 저장막(430)을 포함할 수 있다. The channel structure CH may be disposed in the
정보 저장막(430)은 터널 절연층(431), 전하 저장층(432), 배리어층(433), 하부 배리어 패턴(434)을 포함할 수 있다.The information storage layer 430 may include a
하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)의 외측 일부를 둘러쌀 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 하부 적층 구조체(210) 사이에 배치될 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 상부 적층 구조체(220) 사이에 배치되지 않을 수 있다.The
하부 배리어 패턴(434)은 일방향으로 연장될 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 나란하게 연장될 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 접촉할 수 있다.The
하부 배리어 패턴(434)은 예를 들어 SiO2와 같은 절연물질을 포함할 수 있다.The
도 5에서, 하부 배리어 패턴(434)의 구조는 일방향으로 연장되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.In FIG. 5, the structure of the
서로 대응되는 높이에서, 배리어층(433)은 제1 두께(W1)를 가지고, 하부 배리어 패턴(434)은 제2 두께(W2)를 가질 수 있다.At heights corresponding to each other, the
제1 두께(W1)와 제2 두께(W2)는 같을 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The first thickness W1 and the second thickness W2 may be the same. However, this is only an example, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
일 예로, 도 6을 참고하면, 제1 두께(W1)는 제2 두께(W2)보다 클 수 있다.For example, referring to FIG. 6, the first thickness W1 may be greater than the second thickness W2.
다른 예로, 도시되지는 않았지만, 제1 두께(W1)는 제2 두께(W2)보다 작을 수 있다.As another example, although not shown, the first thickness W1 may be smaller than the second thickness W2.
기판(310)은 도전성의 불순물 영역을 포함할 수 있다. 상기 도전성의 불순물 영역은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 대응될 수 있다. The
채널 구조체(CH)의 채널 패턴(420)은 기판(310)에 포함된 도전성의 불순물 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. The
도 7을 참고하면, 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN) 사이에 배치되고, 배리어층(433)과 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN) 사이에 배치되지 않을 수 있다. 또한, 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 사이에 배치되고, 배리어층(433)과 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 사이에 배치되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 7, the
도 8을 참고하면, 배리어층(433)은 제1 배리어층(433a)과 제2 배리어층(433b)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, the
제1 배리어층(433a)과 제2 배리어층(433b)은 채널 홀(300)의 프로파일을 따라 배치될 수 있다. 제2 배리어층(433b)은 제1 배리어층(433a)과 전하 저장층(432) 사이에 배치될 수 있다.The
제1 배리어층(433a) 및 제2 배리어층(433b)은 일방향으로 연장될 수 있다. 제1 배리어층(433a) 및 제2 배리어층(433b)은 전하 저장층(432)과 나란하게 연장될 수 있다. 제2 배리어층(433b)은 전하 저장층(432)과 접촉할 수 있다.The
도 9 및 도 10은 도 5의 A-A'를 따라 절단한 단면도들이다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.9 and 10 are cross-sectional views taken along line AA′ of FIG. 5. Descriptions overlapping with the above-described embodiments will be simplified or omitted.
참고적으로, 도 9 및 도 10은 본 발명의 반도체 메모리 소자의 채널 구조체(CH)를 설명하기 위한 도면이다.For reference, FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining the channel structure CH of the semiconductor memory device of the present invention.
도 9를 참고하면, 채널 구조체(CH)는 채널 홀(300)의 프로파일을 따라 순차적으로 형성되는 배리어층(433), 전하 저장층(432), 터널 절연층(431), 채널 패턴(420) 및 코어 패턴(410)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the channel structure CH includes a
코어 패턴(410)은 하부 배리어 패턴(434) 상에 형성될 수 있다. 코어 패턴(410)은 하부 채널 홀(300H1)을 채울 수 있다.The
코어 패턴(410)은 원 모양으로 형성될 수 있다. 다만, 코어 패턴(410)의 형상은 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The
일 예로, 도 9에 도시된 바와 같이, 코어 패턴(410)은 찌그러진 원 모양으로 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 9, the
기판(310)의 상면으로부터 제1 높이만큼 이격된 위치에서, 하부 배리어 패턴(434)의 두께는 균일할 수 있다. 단, 하부 배리어 패턴(434)의 두께가 일정함은 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.At a position spaced apart from the upper surface of the
일 예로, 도 10에서 도시된 바와 같이, 기판(310)의 상면으로부터 제1 높이만큼 이격된 위치에서, 하부 배리어 패턴(434)의 두께는 불균일할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 10, at a position spaced apart from the upper surface of the
도 11은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 도 12는 도 11의 A-A'를 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상, 도 5 내지 도 10을 이용하여 설명한 것과는 다른 점을 중심으로 설명한다.11 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention. 12 is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 11. For convenience of explanation, the description will focus on differences from those described with reference to FIGS. 5 to 10.
참고적으로 도 11은 도 2의 E2 영역을 확대하여 도시한 도면이다.For reference, FIG. 11 is a diagram illustrating an enlarged area E2 of FIG. 2.
도 11을 참고하면, 하부 채널 홀(300H1)은 제1 측벽과 제2 측벽을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the lower channel hole 300H1 may include a first sidewall and a second sidewall.
제1 측벽과 제2 측벽은 서로 마주볼 수 있다.The first sidewall and the second sidewall may face each other.
하부 채널 홀(300H1)의 제1 측벽 및 제2 측벽의 프로파일을 따라 하부 배리어 패턴(434)이 형성될 수 있다.The
하부 채널 홀(300H1)의 제1 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 상면은 제1 레벨에 위치될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)의 제2 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 상면은 제2 레벨에 위치될 수 있다. The upper surface of the
하부 채널 홀(300H1)의 제1 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 최상부의 높이는, 하부 채널 홀(300H1)의 제2 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 최상부의 높이와 다를 수 있다. 예를 들어, 하부 채널 홀(300H1)의 제1 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 최상부의 높이는, 하부 채널 홀(300H1)의 제2 측벽에서 하부 배리어 패턴(434)의 최상부의 높이보다 클 수 있다.The height of the uppermost portion of the
도 12를 참고하면, 하부 배리어 패턴(434)은 하부 채널 홀(300H1)의 제1 측벽 상에 형성될 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 하부 채널 홀(300H1)의 제2 측벽 상에 형성되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 12, the
따라서, 도 12를 참고하면, 기판의 상면으로부터 제2 높이만큼 이격된 위치에서, 채널 구조체(CH)는 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다.Accordingly, referring to FIG. 12, at a position spaced apart from the upper surface of the substrate by a second height, the channel structure CH may include a first region R1 and a second region R2.
제1 영역(R1)은 하부 배리어 패턴(434)을 포함할 수 있다. 하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)의 외측 둘레를 따라 배치될 수 있다.The first region R1 may include a
제2 영역(R2)은 하부 배리어 패턴(434)을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 제2 영역(R2)에서, 채널 구조체(CH)는 채널 홀(300)의 프로파일을 따라 순차적으로 형성된 배리어층(433), 전하 저장층(432), 터널 절연층(431), 채널 패턴(420) 및 코어 패턴(410)으로 구성될 수 있다.The second region R2 may not include the
도 13 내지 도 16은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 단면도들이다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략하거나 생략한다.13 to 16 are cross-sectional views illustrating semiconductor memory devices according to some embodiments of the present invention. Descriptions overlapping with the above-described embodiments will be simplified or omitted.
참고적으로 도 13 내지 도 16은 도 5의 E3 영역을 확대한 확대 단면도들이다.For reference, FIGS. 13 to 16 are enlarged cross-sectional views of an area E3 of FIG.
도 13 및 도 14를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 메모리 소자에서, 하부 배리어 패턴(434)의 외측은 평평할 수 있다. 13 and 14, in the semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention, the outer side of the
즉, 하부 배리어 패턴(434)의 외측 상에 배치되는 하부 적층 구조체(210)의 측벽은 평평하게 형성될 수 있다. 하부 적층 구조체(210)의 측벽은 굴곡이 없을 수 있다. That is, sidewalls of the lower
하부 적층 구조체(210)를 구성하는 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 하부 배리어 패턴(434)을 향하는 방향으로 돌출되지 않는 형상으로 배치될 수 있다. 이는 예시적일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The lower insulating layers LIL1 to LILN and the lower gate layers LCL1 to LCLN constituting the lower
예를 들어, 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)은 하부 배리어 패턴(434)을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)과 배리어층(433) 사이의 하부 배리어 패턴(434)의 두께는 얇아질 수 있다.For example, the lower gate layers LCL1 to LCLN may protrude in a direction toward the
다른 예로, 하부 절연층(LIL1 ~ LILN)은 하부 배리어 패턴(434)을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 이에 따라, 하부 절연층(LIL1 ~ LILN)과 배리어층(433) 사이의 하부 배리어 패턴(434)의 두께는 얇아질 수 있다.As another example, the lower insulating layers LIL1 to LILN may protrude in a direction toward the
도 15를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 하부 게이트층(LCL1)은 고유전율 절연층(435)과 게이트 전극(439)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 15, the lower gate layer LCL1 according to some embodiments of the present invention may include a high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 채널 구조체(CH) 상에 배치될 수 있다. 고유전율 절연층(435)과 게이트 전극(439)은 각각 채널 구조체(CH) 상에 순차적으로 배치될 수 있다.The high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 게이트 전극(439)의 측면을 따라 연장될 수 있다. The high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 하부 배리어 패턴(434) 및 게이트 전극(439)과 접촉할 수 있다. 고유전율 절연층(435)의 배치는 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 물질(예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO2))을 포함할 수 있다.The high-
참고적으로, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 게이트 배리어막(436)을 더 포함할 수 있다.For reference, the semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention may further include a
게이트 배리어막(436)은 채널 구조체(CH) 상에 배치될 수 있다. 게이트 배리어막(436)은 고유전율 절연층(435)의 외측을 따라 형성될 수 있다. 게이트 배리어막(436), 고유전율 절연층(435) 및 게이트 전극(439)은 채널 구조체(CH) 상에 순차적으로 배치될 수 있다.The
게이트 배리어막(436)은 예를 들어, 실리콘 산화물 또는 실리콘 산화물보다 높은 유전율을 갖는 고유전율 물질을 포함할 수 있다.The
도 16을 참고하면, 고유전율 절연층(435)은 하부 배리어 패턴(434)과 배리어층(433) 사이에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 16, the high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 일방향으로 연장될 수 있다. 고유전율 절연층(435)은 배리어층(433)과 나란하게 연장될 수 있다. The high dielectric constant insulating
고유전율 절연층(435)은 배리어층(433)과 접촉할 수 있다. 고유전율 절연층(435)은 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN) 및 하부 배리어 패턴(434)과 접촉할 수 있다.The high dielectric constant insulating
하부 배리어 패턴(434)과 고유전율 절연층(435) 사이에 제2 희생층(437)이 형성될 수 있다. 제2 희생층(437)은 배리어층(433)과 상부 적층 구조체(220) 사이에 형성될 수 있다. A second
고유전율 절연층(435)은 제2 희생층(437)의 측면 일부를 따라 배치될 수 있다.The high dielectric constant insulating
도 17 및 도 18은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 패키지를 설명하기 위한 단면도들이다. 17 and 18 are cross-sectional views illustrating a semiconductor package according to some embodiments of the present invention.
도 17를 참조하면, 반도체 패키지(2003)에서, 패키지 기판(2100)은 인쇄 회로 기판일 수 있다. 패키지 기판(2100)은 패키지 기판 바디부(2120), 패키지 기판 바디부(2120)의 상면에 배치되는 패키지 상부 패드들, 패키지 기판 바디부(2120)의 하면에 배치되거나 하면을 통해 노출되는 하부 패드들(2125), 및 패키지 기판 바디부(2120) 내부에서 상부 패드들과 하부 패드들(2125)을 전기적으로 연결하는 내부 배선들(2135)을 포함할 수 있다. 상부 패드들은 연결 구조물들과 전기적으로 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 하부 패드들(2125)은 도전성 연결부들(2800)을 통해 전자 시스템의 메인 기판의 배선 패턴들에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 17, in the
반도체 칩들(2200) 각각은 반도체 기판(3010) 및 반도체 기판(3010) 상에 차례로 적층되는 제1 구조물(3100) 및 제2 구조물(3200)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(3010)은 도 2의 제1 기판(100)에 해당할 수 있다. 제1 구조물(3100)은 도 2의 주변 회로 영역(PERI)에 해당할 수 있고, 제2 구조물(3200)은 도 2의 셀 영역(CELL)에 해당할 수 있다.Each of the
예를 들어, 제2 구조물(3200)은 제2 기판(310), 복수의 워드 라인들, 채널 구조체(CH) 및 복수의 셀 컨택 플러그들(340)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은, 제1 구조물(3100)과 전기적으로 연결되는 입출력 패드를 더 포함할 수 있다.For example, the
도 18을 참조하면, 반도체 패키지(2003A)에서, 반도체 칩들(2200) 각각은 웨이퍼 본딩 방식으로 접합된 제1 구조물(3100) 및 제2 구조물(3200)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 구조물(3100)은 도 2의 주변 회로 영역(PERI)에 해당할 수 있고, 제2 구조물(3200)은 도 2의 셀 영역(CELL)에 해당할 수 있다.Referring to FIG. 18, in the
도 17 및 도 18의 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 형태의 연결 구조물들에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 몇몇 실시예에서, 도 17 및 도 18의 반도체 칩들(2200)과 같은 하나의 반도체 패키지 내에서의 반도체 칩들은 관통 전극(TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The
도 19 내지 도 25b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.19 to 25B are diagrams of intermediate steps for explaining a method of manufacturing a semiconductor memory device according to some embodiments of the present invention. Descriptions overlapping with the above-described embodiments will be simplified or omitted.
도 19를 참조하면, 도전성 라인(320), 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN)은 형성될 수 있다. Referring to FIG. 19, a
도전성 라인(320)은 기판 상에 배치될 수 있다.The
다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN)은 도전성 라인(320) 상에 배치될 수 있다. 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN)은 번갈아 적층될 수 있다.A plurality of lower insulating layers LIL1 to LILN and a plurality of lower sacrificial layers LSL1 to LSLN may be disposed on the
번갈아 적층된 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 및 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN)은 하부 적층 구조체(210)를 구성할 수 있다.A plurality of lower insulating layers LIL1 to LILN and a plurality of lower sacrificial layers LSL1 to LSLN alternately stacked may constitute the
그 후, 하부 적층 구조체(210)를 관통하는 하부 채널 홀(300H1)은 형성될 수 있다.Thereafter, a lower channel hole 300H1 penetrating the
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 하부 배리어 패턴(434) 및 제1 희생층(410a)을 형성할 수 있다. 20A and 20B, a
참고적으로 도 20a는 증착 공정을 통해 형성된 하부 배리어 패턴(434)을 설명하기 위한 도면이다.For reference, FIG. 20A is a view for explaining the
하부 배리어 패턴(434)은 하부 채널 홀(300H1)의 프로파일을 따라 배치될 수 있다.The
하부 배리어 패턴(434)은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 하부 배리어 패턴(434)은 일방향으로 연장될 수 있다.The
제1 희생층(410a)은 하부 배리어 패턴(434) 상에 배치될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)은 제1 희생층(410a)에 의해 채워질 수 있다.The first
참고적으로 도 20b는 산화 공정을 통해 형성된 하부 배리어 패턴(434)을 설명하기 위한 도면이다. For reference, FIG. 20B is a view for explaining the
하부 배리어 패턴(434)은 배리어층(433)과 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN) 사이에 배치될 수 있고, 배리어층(433)과 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 사이에 배치되지 않을 수 있다.The
하부 배리어 패턴(434)은 산화 공정을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 하부 배리어 패턴(434)은 제1 희생층(410a)과 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN) 사이 및 제1 희생층(410a)과 다수의 하부 절연층(LIL1 ~ LILN) 사이에 배치될 수 있다.The
하부 배리어 패턴(434)의 공정 방법은 예시일 뿐, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다.The method of processing the
예를 들어, 하부 배리어 패턴(434)은 증착 공정과 그 후의 산화 공정을 통해 형성될 수 있다.For example, the
제1 희생층(410a)은 하부 배리어 패턴(434) 및 다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN) 상에 배치될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)은 제1 희생층(410a)에 의해 채워질 수 있다.The first
도 21을 참조하면, 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 희생층(USL1 ~ USLN)은 형성될 수 있다.Referring to FIG. 21, a plurality of upper insulating layers UIL1 to UILN and a plurality of upper sacrificial layers USL1 to USLN may be formed.
다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 희생층(USL1 ~ USLN)은 하부 적층 구조체(210) 상에 배치될 수 있다. 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 희생층(USL1 ~ USLN)은 번갈아 적층될 수 있다.A plurality of upper insulating layers UIL1 to UILN and a plurality of upper sacrificial layers USL1 to USLN may be disposed on the lower
번갈아 적층된 다수의 상부 절연층(UIL1 ~ UILN) 및 다수의 상부 희생층(USL1 ~ USLN)은 상부 적층 구조체(220)를 구성할 수 있다.A plurality of upper insulating layers UIL1 to UILN and a plurality of upper sacrificial layers USL1 to USLN alternately stacked may constitute the upper
도 22를 참조하면, 상부 채널 홀(300H2)은 형성될 수 있다. 제1 희생층(410a)은 제거될 수 있다.Referring to FIG. 22, an upper channel hole 300H2 may be formed. The first
상부 채널 홀(300H2)은 상부 적층 구조체(220)를 관통할 수 있다.The upper channel hole 300H2 may pass through the upper
상부 채널 홀(300H2)은 하부 채널 홀(300H1)과 연결될 수 있다. 하부 채널 홀(300H1)과 상부 채널 홀(300H2)은 채널 홀(300)을 구성할 수 있다.The upper channel hole 300H2 may be connected to the lower channel hole 300H1. The lower channel hole 300H1 and the upper channel hole 300H2 may constitute a
도 23을 참조하면, 배리어층(433)은 형성될 수 있다.Referring to FIG. 23, a
배리어층(433)은 상부 채널 홀(300H2)의 측벽 및 하부 배리어 패턴(434)의 프로파일을 따라 배치될 수 있다.The
도 24를 참고하면, 전하 저장층(432), 터널 절연층(431), 채널 패턴(420), 코어 패턴(410) 및 비트 패드(440)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 24, a
배리어층(433), 전하 저장층(432), 터널 절연층(431) 및 채널 패턴(420)은 채널 홀(300)의 프로파일을 따라 순차적으로 형성될 수 있다.The
코어 패턴(410)은 컵 형상인 채널 패턴(420)의 내부를 채우도록 형성될 수 있다. 코어 패턴(410)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The
비트 패드(440)는 배리어층(433), 전하 저장층(432), 터널 절연층(431), 채널 패턴(420) 및 코어 패턴(410)의 상면 상에 형성될 수 있다.The
도 25a 및 도 25b를 참고하면, 도전성 라인(320)은 채널 패턴(420)에 연결될 수 있다. Referring to FIGS. 25A and 25B, the
구체적으로 제3 희생층(321)은 하부 배리어 패턴(434)의 일부, 배리어층(433)의 일부, 전하 저장층(432)의 일부, 터널 절연층(431)의 일부와 함께 제거될 수 있다. 제3 희생층(321)과 하부 배리어 패턴(434)의 일부, 배리어층(433)의 일부, 전하 저장층(432)의 일부 및 터널 절연층(431)의 일부가 제거된 영역에 도전성 라인(320)은 형성될 수 있다.Specifically, the third
하부 희생층(LSL1 ~ LSLN) 및 상부 희생층(USL1 ~ USLN)은 제거될 수 있다. 그 후, 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN) 및 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 형성될 수 있다.The lower sacrificial layers LSL1 to LSLN and the upper sacrificial layers USL1 to USLN may be removed. Thereafter, the lower gate layers LCL1 to LCLN and the upper gate layers UCL1 to UCLN may be formed.
참고적으로 도 25a는 증착 공정을 통해 형성된 하부 배리어 패턴(434)을 가지는 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 25b는 산화 공정을 통해 형성된 하부 배리어 패턴(434)을 가지는 반도체 메모리 소자를 설명하기 위한 도면이다.For reference, FIG. 25A is a diagram for describing a semiconductor memory device having a
하부 배리어 패턴(434), 배리어층(433), 전하 저장층(432) 및 터널 절연층(431)의 일부는 각각 제거될 수 있다. 제거된 하부 배리어 패턴(434), 배리어층(433), 전하 저장층(432) 및 터널 절연층(431)의 일부의 공간을 통해 도전성 라인(320)은 채워질 수 있다. 따라서, 도전성 라인(320)은 채널 패턴(420)과 연결될 수 있다.Some of the
다수의 하부 희생층(LSL1 ~ LSLN)이 제거된 영역에 다수의 하부 게이트층(LCL1 ~ LCLN)을 형성할 수 있다. 다수의 상부 희생층(USL1 ~ USLN)이 제거된 영역을 통해, 다수의 상부 게이트층(UCL1 ~ UCLN)은 형성될 수 있다.A plurality of lower gate layers LCL1 to LCLN may be formed in a region from which the plurality of lower sacrificial layers LSL1 to LSLN have been removed. A plurality of upper gate layers UCL1 to UCLN may be formed through the region from which the plurality of upper sacrificial layers USL1 to USLN have been removed.
도전성 라인(320)이 연결되는 공정 후에 게이트층이 형성되는 공정이 진행될 수 있다.After the process of connecting the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be understood that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.
1000: 반도체 소자
200, 210, 220: 적층 구조체
300: 채널 홀
400: 채널 구조체
420: 채널 패턴
430: 정보 저장 패턴
431: 터널 절연층
432: 전하 저장층
433: 배리어층
434: 하부 배리어 패턴
LIL, UIL: 절연층
LCL, UCL: 게이트층1000:
300: channel hole 400: channel structure
420: channel pattern 430: information storage pattern
431: tunnel insulating layer 432: charge storage layer
433: barrier layer 434: lower barrier pattern
LIL, UIL: insulating layer LCL, UCL: gate layer
Claims (10)
상기 기판 상에 번갈아 적층된 다수의 하부 절연층 및 다수의 하부 게이트층을 갖는 하부 적층 구조체;
상기 하부 적층 구조체 상에 번갈아 적층된 다수의 상부 절연층 및 다수의 상부 게이트층을 갖는 상부 적층 구조체;
상기 하부 적층 구조체를 관통하는 하부 채널 홀과, 상기 상부 적층 구조체를 관통하는 상부 채널 홀을 포함하는 채널 홀로, 상기 상부 채널 홀은 상기 하부 채널 홀과 연장되는 채널 홀; 및
상기 채널 홀 내의 채널 구조체를 포함하고,
상기 채널 구조체는 상기 채널 홀의 프로파일을 따라 순차적으로 형성된 배리어층과, 전하 저장층과, 터널 절연층과, 채널 패턴을 포함하고,
상기 채널 구조체는 상기 배리어층과 상기 하부 게이트층 사이에 배치되고, 상기 배리어층과 상기 상부 게이트층 사이에 비배치된 하부 배리어 패턴을 포함하는 반도체 메모리 소자.A substrate having a cell region and a connection region adjacent to the cell region;
A lower stack structure having a plurality of lower insulating layers and a plurality of lower gate layers alternately stacked on the substrate;
An upper stack structure having a plurality of upper insulating layers and a plurality of upper gate layers alternately stacked on the lower stack structure;
A channel hole including a lower channel hole penetrating the lower stack structure and an upper channel hole penetrating the upper stack structure, the upper channel hole extending from the lower channel hole; And
Including a channel structure in the channel hole,
The channel structure includes a barrier layer sequentially formed along the profile of the channel hole, a charge storage layer, a tunnel insulating layer, and a channel pattern,
The channel structure is disposed between the barrier layer and the lower gate layer, and includes a lower barrier pattern not disposed between the barrier layer and the upper gate layer.
서로 대응되는 높이에서, 상기 하부 배리어 패턴의 두께는 상기 배리어층의 두께와 다른 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
At a height corresponding to each other, a thickness of the lower barrier pattern is different from that of the barrier layer.
상기 하부 배리어 패턴은 상기 배리어층과 상기 하부 절연층 사이에 배치되고, 상기 배리어층과 상기 상부 절연층 사이에 비배치되는 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
The lower barrier pattern is disposed between the barrier layer and the lower insulating layer, and is not disposed between the barrier layer and the upper insulating layer.
상기 배리어층은 상기 채널 홀의 프로파일을 따라 배치된 제1 배리어층과 제2 배리어층을 포함하고,
상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층과 상기 전하 저장층 사이에 배치된 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
The barrier layer includes a first barrier layer and a second barrier layer disposed along a profile of the channel hole,
The second barrier layer is a semiconductor memory device disposed between the first barrier layer and the charge storage layer.
상기 기판의 상면으로부터 제1 높이만큼 이격된 위치에서, 상기 하부 배리어 패턴의 두께는 불균일한 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
A semiconductor memory device having a non-uniform thickness of the lower barrier pattern at a position spaced apart from the upper surface of the substrate by a first height.
상기 하부 채널 홀은 서로 마주보는 제1 측벽과 제2 측벽을 포함하고,
상기 하부 채널 홀의 상기 제1 측벽에서 상기 하부 배리어 패턴의 최상부의 높이는, 상기 하부 채널 홀의 제2 측벽에서 상기 하부 배리어 패턴의 최상부 높이와 다른 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
The lower channel hole includes first sidewalls and second sidewalls facing each other,
A height of an uppermost portion of the lower barrier pattern on the first sidewall of the lower channel hole is different from a height of an uppermost portion of the lower barrier pattern on the second sidewall of the lower channel hole.
상기 하부 게이트층 및 상기 상부 게이트층은 각각 상기 채널 구조체 상에 순차적으로 배치된 고유전율 절연층과, 게이트 전극을 포함하는 반도체 메모리 소자.The method of claim 1,
Each of the lower gate layer and the upper gate layer includes a high dielectric constant insulating layer sequentially disposed on the channel structure, and a gate electrode.
상기 고유전율 절연층은 게이트 전극의 측면을 따라 연장되는 반도체 메모리 소자.The method of claim 7,
The high dielectric constant insulating layer is a semiconductor memory device extending along a side surface of the gate electrode.
상기 희생 소스 라인 상에 번갈아 적층된 다수의 하부 절연층 및 다수의 하부 희생층을 갖는 하부 적층 구조체를 형성하고,
상기 하부 적층 구조체를 관통하는 하부 채널 홀을 형성하고,
상기 하부 채널 홀의 프로파일을 따라 배치된 하부 배리어 패턴을 형성하고,
상기 하부 배리어 패턴 상에, 상기 하부 채널 홀을 채우는 제1 희생층를 형성하고,
상기 하부 적층 구조체 상에, 번갈아 적층된 다수의 상부 절연층 및 다수의 상부 희생층을 갖는 상부 적층 구조체를 형성하고,
상기 상부 적층 구조체를 관통하고, 상기 하부 채널 홀과 연결되는 상부 채널 홀을 형성하고,
상기 제1 희생층를 제거하고,
상기 상부 채널 홀의 측벽 및 상기 하부 배리어 패턴의 프로파일을 따라 배치된 배리어층을 형성하고,
상기 희생 소스 라인을 제거하고,
상기 희생 소스 라인이 제거된 영역에 공통 소스 라인을 형성하고,
상기 다수의 하부 희생층과 상기 다수의 상부 희생층을 제거하고,
상기 다수의 하부 희생층이 제거된 영역에 하부 게이트층을 형성하고,
상기 다수의 상부 희생층이 제거된 영역에 상부 게이트층을 형성하는 것을 포함하고,
상기 하부 배리어 패턴은 상기 배리어층과 상기 하부 게이트층 사이에 배치되고, 상기 배리어층과 상기 상부 게이트층 사이에 비배치되는 반도체 메모리 소자 제조 방법.Forming a sacrificial source line on the substrate,
Forming a lower stack structure having a plurality of lower insulating layers and a plurality of lower sacrificial layers alternately stacked on the sacrificial source line,
Forming a lower channel hole penetrating the lower stack structure,
Forming a lower barrier pattern disposed along the profile of the lower channel hole,
Forming a first sacrificial layer filling the lower channel hole on the lower barrier pattern,
On the lower stack structure, an upper stack structure having a plurality of upper insulating layers and a plurality of upper sacrificial layers alternately stacked is formed,
Forming an upper channel hole passing through the upper stacked structure and connected to the lower channel hole,
Removing the first sacrificial layer,
Forming a barrier layer disposed along a sidewall of the upper channel hole and a profile of the lower barrier pattern,
Remove the sacrificial source line,
Forming a common source line in the region from which the sacrificial source line has been removed,
Removing the plurality of lower sacrificial layers and the plurality of upper sacrificial layers,
Forming a lower gate layer in the region from which the plurality of lower sacrificial layers have been removed,
Forming an upper gate layer in a region from which the plurality of upper sacrificial layers have been removed,
The lower barrier pattern is disposed between the barrier layer and the lower gate layer, and is not disposed between the barrier layer and the upper gate layer.
상기 하부 배리어 패턴은 산화 공정 및 증착 공정 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 반도체 메모리 소자 제조 방법.The method of claim 9,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the lower barrier pattern is formed using at least one of an oxidation process and a deposition process.
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KR1020200149035A KR20200133686A (en) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220117690A (en) * | 2021-02-17 | 2022-08-24 | 한양대학교 산학협력단 | 3d flash memory with improved stack connection and manufacturing method thereof |
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2020
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