KR20210111146A - Switching element, semiconductor memory device including the switching element and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

The present technology provides a switching element, a semiconductor memory device including the switching element, and a manufacturing method thereof. The switching element comprises: a first gate insulating film formed on a substrate; a second gate insulating film formed on an upper portion of the first gate insulating film, overlapping a part of the first gate insulating film, and including a ferroelectric object; a second gate electrode formed on the second gate insulating film; and a first gate electrode interposed between the first gate insulating film and the second gate insulating film and selectively controlling the second gate insulating film to have negative capacitance. Therefore, the switching element can increase an operation speed and operation reliability.

Description

스위칭 소자, 스위칭 소자를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법{SWITCHING ELEMENT, SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE INCLUDING THE SWITCHING ELEMENT AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}A switching element, a semiconductor memory device including the switching element, and a manufacturing method thereof

본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 네거티브 캐패시터(Negative capacitor)를 포함하는 스위칭 소자, 스위칭 소자를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an electronic device, and more particularly, to a switching device including a negative capacitor, a semiconductor memory device including the switching device, and a manufacturing method thereof.

소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해서는 반도체 장치의 집적도를 향상시켜야 한다. 특히, 반도체 메모리 장치에서 집적도는 제품의 성능 및 가격을 결정짓는 중요한 요인이기 때문에 집적도를 향상시키기 위한 다양한 노력이 지속되고 있다. 일례로, 복수의 메모리셀들을 포함하는 반도체 메모리 장치에서 메모리셀들을 3차원적으로 배열하여 기판의 단위 면적당 메모리셀들이 점유하는 면적을 감소시킬 수 있는 3차원 반도체 메모리 장치에 대한 연구가 활발해 진행되고 있다. In order to meet the high performance and low price demanded by consumers, it is necessary to improve the density of semiconductor devices. In particular, since the degree of integration in a semiconductor memory device is an important factor determining the performance and price of a product, various efforts are being made to improve the degree of integration. For example, in a semiconductor memory device including a plurality of memory cells, research on a three-dimensional semiconductor memory device capable of reducing the area occupied by the memory cells per unit area of a substrate by three-dimensionally arranging the memory cells is in progress. have.

본 발명의 실시예는 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 스위칭 소자, 스위칭 소자를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. SUMMARY Embodiments of the present invention provide a switching device capable of improving operating speed and operating reliability, a semiconductor memory device including the switching device, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자는 기판 상에 형성된 제1게이트절연막; 상기 제1게이트절연막 상부에 형성되어 상기 제1게이트절연막 일부와 중첩되고, 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막; 상기 제2게이트절연막 상에 형성된 제2게이트전극; 및 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입되고, 상기 제2게이트절연막이 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖도록 제어하는 제1게이트전극을 포함할 수 있다. A switching device according to an embodiment of the present invention includes a first gate insulating film formed on a substrate; a second gate insulating layer formed on the first gate insulating layer, overlapping a portion of the first gate insulating layer, and including a ferroelectric; a second gate electrode formed on the second gate insulating layer; and a first gate electrode interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer and selectively controlling the second gate insulating layer to have a negative capacitance.

본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자는 기판 상에 형성된 제1게이트스택; 및 상기 제1게이트스택에 이웃하도록 상기 기판 상에 형성된 적어도 1개 이상의 제2게이트스택을 포함하고, 상기 제1게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1게이트절연막, 제1게이트전극, 상기 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트전극을 포함하며, 상기 제2게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제3게이트절연막, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제4게이트절연막 및 제3게이트전극을 포함할 수 있다. A switching device according to an embodiment of the present invention includes a first gate stack formed on a substrate; and at least one or more second gate stacks formed on the substrate so as to be adjacent to the first gate stack, wherein the first gate stack includes a first gate insulating layer sequentially stacked on the substrate, a first gate electrode; a second gate insulating layer including a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode and a second gate electrode, wherein the second gate stack is a third gate sequentially stacked on the substrate It may include an insulating layer, a fourth gate insulating layer including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a third gate electrode.

본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자는 기판 상에 형성된 제1게이트스택; 및 상기 제1게이트스택과 이웃하도록 상기 기판 상에 형성된 제2게이트스택을 포함하고, 상기 제1게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1게이트절연막, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제1게이트전극을 포함하며, 상기 제2게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 제2게이트전극을 포함할 수 있다. A switching device according to an embodiment of the present invention includes a first gate stack formed on a substrate; and a second gate stack formed on the substrate to be adjacent to the first gate stack, wherein the first gate stack includes a first gate insulating film sequentially stacked on the substrate and a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. A second gate insulating layer and a first gate electrode may include a memory layer including a charge trap layer sequentially stacked on the substrate, and a second gate electrode.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들; 및 상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결된 제1스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1스위칭 소자는, 상기 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막; 상기 제1게이트절연막을 감싸는 제1게이트전극; 상기 제1게이트전극 일부를 감싸고, 상기 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막; 및 상기 제2게이트절연막을 감싸고, 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of memory cells sharing a channel structure; and a first switching element connected to one side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the first switching element includes: a first gate insulating film surrounding the channel structure; a first gate electrode surrounding the first gate insulating layer; a second gate insulating layer surrounding a portion of the first gate electrode and including a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode; and a second gate electrode surrounding the second gate insulating layer and having a flat plate shape.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들; 및 상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결된 제1스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 제2게이트구조물을 포함하며, 상기 제1게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 상기 제1게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제1게이트전극을 포함하고, 상기 제2게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸고 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 상기 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of memory cells sharing a channel structure; and a first switching device connected to one side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the first switching device includes a first gate structure and a second gate structure stacked apart from each other, the first gate The structure includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a second gate insulating layer surrounding the first gate insulating layer and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a first gate electrode having a flat plate shape surrounding the second gate insulating layer. The second gate structure may include a memory film that surrounds the channel structure and includes a charge trap film, and a second gate electrode that surrounds the memory film and has a flat plate shape.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치 제조방법은 기판 상에 제1물질막과 제2물질막이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체를 형성하는 단계; 상기 제1적층체를 관통하는 제1오픈부를 형성하는 단계; 상기 제1오픈부의 측벽에 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 제2게이트절연막이 형성된 제1오픈부의 측벽 및 상기 제1적층체 상에 상기 제2물질막을 형성하는 단계; 상기 제1오픈부 내 상기 제2물질막의 측벽에 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제2물질막을 제거하는 단계; 및 상기 제2물질막이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입된 제1게이트전극 및 상기 제2게이트절연막에 접하는 제2게이트전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes: forming a first stacked body in which a first material layer and a second material layer are alternately stacked at least once on a substrate; forming a first open part penetrating the first laminate; forming a second gate insulating layer including a ferroelectric on a sidewall of the first open part; forming the second material layer on the sidewall of the first open portion on which the second gate insulating layer is formed and on the first laminate; sequentially forming a first gate insulating film and a channel film on sidewalls of the second material film in the first open part; removing the second material layer; and gap-filling a conductive material in the space from which the second material layer has been removed to form a first gate electrode interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer and a second gate electrode in contact with the second gate insulating layer. may include.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치 제조방법은 기판 상에 제1물질막과 제2물질막이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체를 형성하는 단계; 상기 제1적층체를 관통하는 제1오픈부를 형성하는 단계; 상기 제1오픈부의 표면을 따라 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 제1적층체 상에 상기 제1물질막과 상기 제2물질막이 복수회 교번 적층된 제2적층체를 형성하는 단계; 상기 제2적층체를 관통하여 상기 제1오픈부에 연결되도록 제2오픈부를 형성하는 단계; 상기 제2오픈부의 측벽에 메모리막을 형성하는 단계; 상기 제1오픈부 및 상기 제2오픈부의 표면을 따라 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제2물질막을 제거하는 단계; 및 상기 제2물질막이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 상기 제2게이트절연막과 접하는 게이트전극 및 상기 메모리막에 접하는 제어게이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes: forming a first stacked body in which a first material layer and a second material layer are alternately stacked at least once on a substrate; forming a first open part penetrating the first laminate; forming a second gate insulating layer including a ferroelectric along a surface of the first open part; forming a second laminate in which the first material film and the second material film are alternately stacked a plurality of times on the first laminate; forming a second open part through the second laminate to be connected to the first open part; forming a memory layer on a sidewall of the second open part; sequentially forming a first gate insulating film and a channel film along surfaces of the first open portion and the second open portion; removing the second material layer; and forming a gate electrode in contact with the second gate insulating film and a control gate in contact with the memory film by gap-filling a conductive material in the space from which the second material film is removed.

상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 네거티브 캐패시터를 구비하고, 네거티브 캐패시턴스를 용이하게 제어할 수 있는 게이트구조를 제공함으로써, 스위칭 소자 및 이를 구비하는 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present technology, based on the means for solving the above problems, has a negative capacitor and provides a gate structure capable of easily controlling the negative capacitance, thereby improving the operation speed and operation reliability of a switching element and a semiconductor memory device having the same. can be improved

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다.
7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 A영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 B영역을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 15a 내지 도 15i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다.
도 21는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element illustrated in FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element shown in FIG. 3 .
5 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element shown in FIG. 5 .
7 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
8 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of area A shown in FIG. 9 .
11A to 11H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
12 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of area B shown in FIG. 13 .
15A to 15I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
16 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
17 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
18 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
19 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
20 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.
21 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
22 is a block diagram illustrating a configuration of a memory system according to an embodiment of the present invention.
23 is a block diagram illustrating a configuration of a computing system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

후술하는 본 발명의 실시예는 동작 속도를 향상시킬 수 있는 스위칭 소자 및 스위칭 소자를 구비하여 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. SUMMARY Embodiments of the present invention, which will be described later, are to provide a switching element capable of improving operation speed, a semiconductor memory device having the switching element to improve operation reliability, and a method of manufacturing the same.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자는 네거티브 캐패시터 트랜지스터(Negative Capacitor Field Effect Transistor, NCFET)를 포함할 수 있다. 참고로, 네거티브 캐패시터 트랜지스터는 서브문턱전압 스윙(Subthreshold Swing, SS)을 물리적 한계로 알려진 60mV/dec(Boltzmann tyranny) 이하로 구현할 수 있다. 네거티브 캐패시터 트랜지스터는 서브문턱전압 스윙을 10mV/dec 수준까지 낮출 수 있다고 알려져 있다.To this end, the switching device according to the embodiment of the present invention may include a negative capacitor field effect transistor (NCFET). For reference, the negative capacitor transistor may implement a subthreshold voltage swing (SS) of 60 mV/dec (Boltzmann tyranny) or less, which is known as a physical limit. Negative capacitor transistors are known to reduce the sub-threshold voltage swing to the level of 10mV/dec.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a switching device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE1)는 게1게이트절연막(210), 제1게이트전극(212), 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(214) 및 제2게이트전극(216)이 순차적으로 적층된 게이트스택(GS) 및 게이트스택(GS) 양측 기판(200)에 형성된 접합영역들(202)을 포함할 수 있다. 여기서, 게이트스택(GS) 아래 기판(200) 표면에는 게이트스택(GS)에 인가되는 바이어스에 응답하여 접합영역들(202) 사이를 전기적으로 연결하는 채널(204)이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the switching device SE1 according to the embodiment includes a gate insulating layer 210 , a first gate electrode 212 , and a second gate insulating layer 214 including a ferroelectric having a negative capacitance. ) and the second gate electrode 216 may include a gate stack GS in which the second gate electrode 216 is sequentially stacked, and junction regions 202 formed in the substrate 200 on both sides of the gate stack GS. Here, a channel 204 electrically connecting the junction regions 202 may be formed on the surface of the substrate 200 under the gate stack GS in response to a bias applied to the gate stack GS.

스위칭 소자(SE1)에서 게이트스택(GS)은 네거티브 캐패시터를 포함할 수 있다. 이때, 네거티브 캐패시터는 서로 중첩되는 제1게이트전극(212), 제2게이트절연막(214) 및 제2게이트전극(216)으로 구성될 수 있다. In the switching device SE1, the gate stack GS may include a negative capacitor. In this case, the negative capacitor may include a first gate electrode 212 , a second gate insulating layer 214 , and a second gate electrode 216 overlapping each other.

제1게이트절연막(210)은 기판(200) 상에 형성되고, 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1게이트절연막(210)은 실리콘산화물(SiO2), 실리콘질화물(Si3N4), 하프늄산화물(HfO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 란탄산화물(La2O3), 알루미늄산화물(Al2O3) 및 티타늄산화물(TiO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상이 적층된 다층막을 포함할 수 있다.The first gate insulating layer 210 is formed on the substrate 200 and may include oxide or nitride. For example, the first gate insulating layer 210 may include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ) , aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) It may include any one single layer or a multilayer layer in which two or more are stacked.

제1게이트전극(212)은 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(214)의 캐패시턴스를 가변시켜 네거티브 캐패시터를 구현하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제2게이트절연막(214)은 열평형상태에서는 포지티브 캐패시턴스를 가질 수 있다. 여기서, 열평형상태는 제2게이트절연막(214)에 어떠한 외력도 가해지지 않은 상태를 지칭한다. 예를 들어, 열평형상태는 제1게이트전극(212)에 바이어스가 인가되지 않은 상태일 수 있다. 반면, 제2게이트절연막(214)은 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 가질 수 있다. 이를 위해, 제1게이트전극(212)은 제1게이트절연막(210)과 제2게이트절연막(214) 사이에 삽입된 제1영역(212A) 및 제1영역(212A)으로부터 연장되어 제2게이트전극(216) 일측벽과 갭(218)을 갖고 이웃하는 제2영역(212B)을 포함할 수 있다. The first gate electrode 212 may serve to implement a negative capacitor by varying the capacitance of the second gate insulating layer 214 including a ferroelectric. Specifically, the second gate insulating layer 214 may have a positive capacitance in a thermal equilibrium state. Here, the thermal equilibrium state refers to a state in which no external force is applied to the second gate insulating layer 214 . For example, the thermal equilibrium state may be a state in which no bias is applied to the first gate electrode 212 . On the other hand, the second gate insulating layer 214 may have a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode 212 . To this end, the first gate electrode 212 extends from the first region 212A and the first region 212A inserted between the first gate insulating layer 210 and the second gate insulating layer 214 to form a second gate electrode. 216 may include a second region 212B adjacent to one sidewall and a gap 218 .

제1게이트전극(212)에서 제1영역(212A)은 제2게이트절연막(214)의 캐패시턴스를 가변시키는 역할을 수행할 수 있다. 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)은 외부로부터 제2게이트절연막(214)의 캐패시턴스를 가변시키기 위한 바이어스를 인가받는 역할을 수행할 수 있다. 한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)과 제2게이트전극(216) 사이에는 절연막이 갭필될 수 있다. In the first gate electrode 212 , the first region 212A may serve to vary the capacitance of the second gate insulating layer 214 . The second region 212B of the first gate electrode 212 may serve to receive a bias for changing the capacitance of the second gate insulating layer 214 from the outside. Meanwhile, although not shown in the drawing, an insulating layer may be gap-filled between the second region 212B of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 .

채널길이 방향으로 갭(218)의 선폭은 적어도 제1게이트절연막(210)의 두께보다 더 클 수 있다. 이는, 측벽을 서로 마주보는 제1게이트전극(212)과 제2게이트전극(216) 사이의 간섭 현상을 방지하기 위함이다. 갭(218)의 선폭은 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216) 각각에 인가되는 바이어스에 의해 누설전류가 발생하는 것을 방지함과 동시에 제한된 면적내에서 게이트스택(GS)을 형성할 수 있는 범위내에서 설정할 수 있다. 참고로, 제1게이트전극(212)과 제2게이트전극(216) 사이의 간격 즉, 갭(218)의 선폭이 기설정된 범위보다 작아지면, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 의해 접합영역(202)에서 누설전류가 발생할 수 있다. 여기서, 기설정된 범위는 제1게이트절연막(210)의 두께를 지칭할 수 있다. 이는, 채널(204)을 형성하기 위해 제2게이트전극(216)에 바어어스가 인가된 상태에서 추가적으로 네거티브 캐패시턴스를 유도하기 위해 제1게이트전극(212)에 바이어스가 인가되기 때문이다. 갭(218)의 선폭이 협소함에 따라 발생된 누설전류로 인해 스위칭 소자(SE1)의 동작과정에서 채널(204)의 포텐셜레벨 제어 효율이 저하될 수 있다. The line width of the gap 218 in the channel length direction may be at least greater than the thickness of the first gate insulating layer 210 . This is to prevent an interference phenomenon between the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 facing each other on the sidewalls. The line width of the gap 218 prevents leakage current from occurring due to the bias applied to each of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 and forms the gate stack GS within a limited area. It can be set as far as possible. For reference, when the interval between the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 , that is, the line width of the gap 218 is smaller than a preset range, the bias applied to the first gate electrode 212 causes A leakage current may occur in the junction region 202 . Here, the preset range may refer to the thickness of the first gate insulating layer 210 . This is because a bias is applied to the first gate electrode 212 to additionally induce a negative capacitance while the second gate electrode 216 is biased to form the channel 204 . Due to the leakage current generated as the line width of the gap 218 is narrowed, the efficiency of controlling the potential level of the channel 204 may be reduced during the operation of the switching element SE1 .

제1게이트전극(212)은 제1게이트절연막(210)과 제2게이트절연막(214) 사이에 삽입되기 때문에 이들 사이의 계면특성을 고려하여 금(Au), 가돌리늄 스캔데이트(GdScO3), 실리콘(Si), 폴리실리콘(poly Si), 구리(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 루테늄(Ru) 중 적어도 하나를 포함하는 금속산화물, 금속질화물 또는 금속산질화물을 포함할 수 있다.Since the first gate electrode 212 is inserted between the first gate insulating layer 210 and the second gate insulating layer 214 , gold (Au), gadolinium scandate (GdScO 3 ), silicon (Si), polysilicon (poly Si), copper (Cu), silver (Ag), molybdenum (Mo), nickel (Ni), platinum (Pt), titanium (Ti), tantalum (Ta) and ruthenium (Ru) It may include a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride containing at least one of.

한편, 본 실시예에서는 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)이 제2게이트전극(216)의 일측벽을 마주보도록 형성되어 'L'자형 단면형상을 갖는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)은 제2게이트전극(216)의 일측벽 및 타측벽 모두를 마주보도록 형성되어 'U'자형 단면형상을 가질 수도 있다. Meanwhile, in this embodiment, the case where the second region 212B of the first gate electrode 212 is formed to face one sidewall of the second gate electrode 216 and has an 'L'-shaped cross-sectional shape has been exemplified. not limited As a modification, the second region 212B of the first gate electrode 212 may be formed to face both one sidewall and the other sidewall of the second gate electrode 216 to have a 'U'-shaped cross-sectional shape.

제2게이트절연막(214)은 네거티브 캐패시터의 유전막으로 작용하며, 강유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2게이트절연막(214)은 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 캐패시턴스가 포지티브에서 네거티브로 가변될 수 있다. 이를 위해, 제2게이트절연막(214)은 입방정계(cubic system), 정방정계(tetragonal system) 또는 단사정계(monoclinic system) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트(fluorite) 구조의 금속산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플루오라이트 구조의 금속산화물로는 하프늄산화물(HfOx) 또는 지르코늄산화물(ZrOx)을 사용할 수 있다. 또한, 플루오라이트 구조의 금속산화물로는 하프늄산화물(HfOx) 또는 지르코늄산화물(ZrOx)에 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 란탄(La) 및 가돌리늄(Gd)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소가 도핑된 것을 사용할 수도 있다. 이때, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 캐패시턴스 가변이 용이하고, 안정적으로 플루오라이트 구조를 유지하기 위해 제2게이트절연막(214)은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The second gate insulating layer 214 serves as a dielectric layer of the negative capacitor and may include a ferroelectric material. Specifically, the capacitance of the second gate insulating layer 214 may be changed from positive to negative in response to a bias applied to the first gate electrode 212 . To this end, the second gate insulating layer 214 is a metal having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, or a monoclinic system. Oxides may be included. For example, as the metal oxide having a fluorite structure, hafnium oxide (HfO x ) or zirconium oxide (ZrO x ) may be used. In addition, as the metal oxide having a fluorite structure, one selected from the group consisting of hafnium oxide (HfO x ) or zirconium oxide (ZrO x ), silicon (Si), aluminum (Al), lanthanum (La), and gadolinium (Gd) Those doped with the above elements may be used. In this case, in order to easily change the capacitance in response to the bias applied to the first gate electrode 212 and to stably maintain the fluorite structure, the second gate insulating layer 214 may have a thickness in the range of 1 nm to 20 nm.

구체적으로, 제2게이트절연막(214)은 하프늄산화물(HfOx), 하프늄지르코늄산화물(Hf1-xZrxO2), 하프늄알루미늄산화물(Hf1-xAlxO2) 또는 하프늄실리콘산화물(Hf1-xSixO2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제2게이트절연막(214)은 단일막이거나, 또는 서로 다른 결정구조 또는 조성을 갖는 둘 이상의 금속산화물이 적층된 다층막으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제2게이트절연막(214)은 하프늄산화물로 구성된 단일막이거나, 또는 하프늄산화물과 하프늄지르코늄산화물이 적층된 다층막일 수도 있다. Specifically, the second gate insulating layer 214 is a hafnium oxide (HfO x ), hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ), hafnium aluminum oxide (Hf 1-x Al x O 2 ) or hafnium silicon oxide ( Hf 1-x Si x O 2 ) may include any one selected from the group consisting of. In this case, the second gate insulating film 214 may be a single film or a multilayer film in which two or more metal oxides having different crystal structures or compositions are stacked. For example, the second gate insulating film 214 may be a single film made of hafnium oxide or a multilayer film in which hafnium oxide and hafnium zirconium oxide are stacked.

또한, 제2게이트절연막(214)으로 네거티브 캐패시터를 구현할 수 있는 강유전 유기물 및 강유전 무기물을 모두 적용할 수 있다. 예컨대, 강유전 무기물로서는 PZT(PbZrxTi1-xO3), BaTiO3, PbTiO3 같은 페로브스카이트(Perovskite) 강유전체, LiNbO3, LiTaO3 같은 수도-일메나이트(Pseudo-ilmenite) 강유전체, PbNb3O6, Ba2NaNb5O15 같은 텅스텐-청동(TB) 강유전체, SBT(SrBi2Ta2O9), BLT((Bi,La)4Ti3O12), Bi4Ti3O12 같은 비스무스 층구조의 강유전체 및 La2Ti2O7 같은 파이로클로어(Pyrochlore) 강유전체와 이들 강유전체의 고용체를 비롯하여 Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu 같은 희토류 원소(R)를 포함하는 RMnO3과 PGO(Pb5Ge3O11), BFO(BiFeO3) 등을 사용할 수도 있다. 또한, CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe 및 CdFeSe 같은 2-6족 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 강유전 유기물로서 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 어느 하나를 사용할 수도 있다. In addition, as the second gate insulating layer 214 , both a ferroelectric organic material and a ferroelectric inorganic material capable of realizing a negative capacitor may be applied. For example, as ferroelectric inorganic PZT (PbZr x Ti 1-x O 3), BaTiO 3, PbTiO 3 , such as perovskite (Perovskite) ferroelectric, LiNbO 3, LiTaO 3 may like-Ilmenite (Pseudo-ilmenite) ferroelectric, PbNb Tungsten-Bronze (TB) ferroelectrics such as 3 O 6 , Ba 2 NaNb 5 O 15 , SBT(SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BLT((Bi,La) 4 Ti 3 O 12 ), Bi 4 Ti 3 O 12 such as RMnO 3 containing rare earth elements (R) such as Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu, as well as bismuth layered ferroelectrics and pyrochlore ferroelectrics such as La 2 Ti 2 O 7 and solid solutions of these ferroelectrics. and PGO (Pb 5 Ge 3 O 11 ), BFO (BiFeO 3 ), and the like can also be used. Also, Group 2-6 compounds such as CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe and CdFeSe may be used. In addition, as a ferroelectric organic material, polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer containing PVDF, a copolymer containing PVDF, a terpolymer containing PVDF, an odd number of nylons, cyanopolymers, and polymers or copolymers thereof At least one of them may be used.

제2게이트절연막(214)은 원자층증착법(Atomic Layer deposition, ALD)을 사용하여 형성된 것일 수 있다. 이는, 안정적인 결정구조 및 조성을 구현하고, 제2게이트절연막(214)이 접하는 계면에서 발생하는 트랩들(traps)로 인해 네거티브 캐패시터 효과가 저하되는 것을 방지하기 위함이다.The second gate insulating layer 214 may be formed using atomic layer deposition (ALD). This is to realize a stable crystal structure and composition, and to prevent the negative capacitor effect from being deteriorated due to traps generated at the interface between the second gate insulating layer 214 and the second gate insulating layer 214 in contact.

제2게이트전극(216)은 스위칭 소자(SE1)의 온/오프를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 다시 말해, 제2게이트전극(216)에 인가되는 바이어스에 응답하여 게이트스택(GS) 아래 기판(200)에 채널(204)을 형성할 수 있다. 제2게이트전극(216)은 제2게이트절연막(214)과 접하는 계면의 특성을 고려하여 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2게이트전극(216)은 상술한 금속들의 도전성 질화물(예컨대, TiN 또는 MoN), 도전성 산질화물(예컨대, TiON) 또는 이들의 조합(예컨대, TiSiN 또는 TiAlON)을 포함할 수 있다. The second gate electrode 216 may serve to control the on/off of the switching element SE1 . In other words, the channel 204 may be formed in the substrate 200 under the gate stack GS in response to the bias applied to the second gate electrode 216 . The second gate electrode 216 is made of platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), silver (Ag), aluminum (Al), titanium ( Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and may include at least one metal selected from the group consisting of molybdenum (Mo). For example, the second gate electrode 216 may include a conductive nitride (eg, TiN or MoN), a conductive oxynitride (eg, TiON), or a combination thereof (eg, TiSiN or TiAlON) of the above metals. .

한편, 본 실시예에서는 게이트스택(GS)이 수평채널을 갖는 플라나 타입(Planar type) 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 게이트스택(GS)은 리세스 타입(Recess type), 핀 타입(Fin type) 등의 채널구조를 가질 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the case of the planar type in which the gate stack GS has a horizontal channel has been exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, the gate stack GS may have a channel structure such as a recess type or a fin type.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE1)는 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제2게이트절연막(214)을 구비함으로서, 스위칭 소자(SE1)의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. As described above, the switching element SE1 according to the embodiment includes the second gate insulating film 214 having a negative capacitance in response to the bias applied to the first gate electrode 212, so that the switching element SE1 Operation speed can be improved.

또한, 게이트스택(GS) 내에 제1영역(212A) 및 제2영역(212B)을 포함하는 제1게이트전극(212)을 집적함으로서, 제한된 면적내에서 네거티브 캐패시터를 포함하는 스위칭 소자(SE1)를 제공할 수 있다. In addition, by integrating the first gate electrode 212 including the first region 212A and the second region 212B in the gate stack GS, the switching device SE1 including the negative capacitor is formed within a limited area. can provide

또한, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스를 이용하여 제2게이트절연막(214)의 캐패시턴스 극성, 용량 및 채널(118)의 포텐셜레벨을 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 스위칭 소자(SE1)의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, since it is possible to selectively control the capacitance polarity, capacitance, and potential level of the channel 118 of the second gate insulating layer 214 by using the bias applied to the first gate electrode 212, the switching element SE1 Operation reliability can be improved.

도 2는 도 1에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 2 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element illustrated in FIG. 1 .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 오프상태에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)은 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. 여기서, 오프전압레벨(VLoff)은 그라운드 전위일 수 있다. 따라서, 오프상태에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)에는 접지전압이 인가될 수 있다. 1 and 2 , in the off state, the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 may have an off voltage level VLoff. Here, the off voltage level VLoff may be a ground potential. Accordingly, in the OFF state, a ground voltage may be applied to the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 .

스위칭 소자(SE1)를 턴온시키기 위한 턴온 동작 구간에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216) 각각에 제1턴온전압(Von1) 및 제2턴온전압(Von2)이 인가될 수 있다. A first turn-on voltage Von1 and a second turn-on voltage Von2 may be applied to each of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 in a turn-on operation period for turning on the switching element SE1 . .

제1턴온전압(Von1)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕할 수 있다. 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로의 스윕은 턴온 동작 구간의 시작점에서 진행될 수 있고, 버티컬한 프로파일을 가질 수 있다. 여기서, 제1전압레벨(VL1)은 오프전압레벨(VLoff)보다 낮을 수 있다. 즉, 제1전압레벨(VL1)은 네거티브 극성을 가질 수 있다. The first turn-on voltage Von1 may be swept from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1. The sweep from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 may be performed at the start point of the turn-on operation period and may have a vertical profile. Here, the first voltage level VL1 may be lower than the off voltage level VLoff. That is, the first voltage level VL1 may have a negative polarity.

연속해서, 제1턴온전압(Von1)은 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕할 수 있다. 이때, 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간에 대응할 수 있다. 제2전압레벨(VL2)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높고, 제1전압레벨(VL1)과 다른 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제2전압레벨(VL2)은 포지티브 극성을 갖는 전압일 수 있다. Subsequently, the first turn-on voltage Von1 may sweep from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 . In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 for a predetermined time. Here, the predetermined time may correspond to the turn-on operation period. The second voltage level VL2 may have a higher voltage level than the off voltage level VLoff and have a polarity different from that of the first voltage level VL1 . Accordingly, the second voltage level VL2 may be a voltage having a positive polarity.

제1턴온전압(Von1)이 오프전압레벨(VLoff)에서 네거티브 극성을 갖는 제1전압레벨(VL1)로 스윕하고, 연속해서 제1전압레벨(VL1)에서 포지티브 극성을 갖는 제2전압레벨(VL2)로 스윕하는 것은 네거티브 캐패시터 효과를 유도하기 위함이다. 즉, 제2게이트절연막(214)이 네거티브 캐패시턴를 갖도록 가변시키기 위함이다. 이때, 예정된 시간동안 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)까지 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 것은 동작 신뢰성을 확보하기 위함이다. 따라서, 제1전압레벨(VL1) 및 제2전압레벨(VL2)의 크기 및 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕하는 시간을 제어하여 제2게이트절연막(214)의 네거티브 캐패시턴스를 제어할 수 있다. The first turn-on voltage Von1 sweeps from the off voltage level VLoff to a first voltage level VL1 having a negative polarity, and successively a second voltage level VL2 having a positive polarity at the first voltage level VL1. ) to induce a negative capacitor effect. That is, this is to change the second gate insulating layer 214 to have a negative capacitance. In this case, the sequential step-up of the voltage level from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 for a predetermined time is to secure operation reliability. Accordingly, by controlling the magnitude of the first voltage level VL1 and the second voltage level VL2 and the sweep time from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2, the second gate insulating layer 214 is formed. Negative capacitance can be controlled.

제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕할 수 있다. 이때, 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간보다 짧을 수 있다. 따라서, 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕하는 시점보다 제1턴온전압(Von1)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕하는 시점이 더 빠를 수 있다. 제3전압레벨(VL3)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높고, 제1전압레벨(VL1)과 다른 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제3전압레벨(VL3)은 포지티브 극성을 갖는 전압일 수 있다. The second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3. In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3 for a predetermined time. Here, the predetermined time may be shorter than the turn-on operation period. Accordingly, the first turn-on voltage Von1 is shifted from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 at a time point when the second turn-on voltage Von2 sweeps from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3. ) may be faster. The third voltage level VL3 may have a higher voltage level than the off voltage level VLoff and have a polarity different from that of the first voltage level VL1 . Accordingly, the third voltage level VL3 may be a voltage having a positive polarity.

한편, 본 실시예에서는 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕할 때, 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕하되, 버티컬한 프로파일을 갖도록 짧은 시간에 승압시킬 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, when the second turn-on voltage Von2 sweeps from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3, the voltage level is sequentially boosted for a predetermined time. doesn't happen As a modification, the second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3, but boosted in a short time to have a vertical profile.

스위칭 소자(SE1)를 턴온시킨 후, 온상태에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216) 각각은 제2전압레벨(VL2) 및 제3전압레벨(VL3)을 유지할 수 있다. 그리고, 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216) 각각에 인가되는 제1턴온전압(Von1) 및 제2턴온전압(Von2)을 동시에 차단하면, 스위칭 소자(SE1)를 턴오프시킬 수 있다. 이후, 오프상태에서는 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216) 각각이 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. After the switching element SE1 is turned on, each of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 may maintain the second voltage level VL2 and the third voltage level VL3 in the on state. And, when the first turn-on voltage Von1 and the second turn-on voltage Von2 applied to each of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 are simultaneously blocked, the switching element SE1 is turned off. can Thereafter, in the off state, each of the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 may have an off voltage level VLoff.

한편, 본 실시예에서는 턴온 동작 구간을 구분하여 설명하였으나, 스위칭 소자(SE1)는 네거티브 캐패시터를 구비하기 때문에 서브문턱전압 스윙 값을 이론적 한계인 60mV/dec(Boltzmann tyranny) 이하로 구현할 수 있다. 따라서, 통상적인 스위칭 소자 예컨대, 트랜지스터 대비 턴온 동작에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the turn-on operation period has been described separately, but since the switching element SE1 includes a negative capacitor, the sub-threshold voltage swing value can be implemented below the theoretical limit of 60 mV/dec (Boltzmann tyranny). Accordingly, it is possible to shorten a time required for a turn-on operation compared to a typical switching device, for example, a transistor.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE2)는 기판(200) 상에 형성된 제1게이트스택(GS1), 기판(200) 상에 형성되고 제1게이트스택(GS1)과 갭(208)을 갖고 이웃하는 제2게이트스택(GS2), 제1게이트스택(GS1)의 일측과 제2게이트스택(GS2)의 타측에 각각 인접하도록 기판(200)에 형성된 접합영역들(202)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1게이트스택(GS1) 및 제2게이트스택(GS2) 아래 기판(200) 표면에는 제1게이트스택(GS1) 및 제2게이트스택(GS2) 각각에 인가되는 바이어스에 응답하여 접합영역들(202) 사이를 전기적으로 연결하는 채널(204)이 형성될 수 있다. As shown in FIG. 3 , the switching device SE2 according to the embodiment includes a first gate stack GS1 formed on a substrate 200 , a first gate stack GS1 formed on the substrate 200 , and a gap with the first gate stack GS1 . Junction regions 202 formed in the substrate 200 to be adjacent to one side of the adjacent second gate stack GS2 and the first gate stack GS1 and the other side of the second gate stack GS2 having 208 , respectively. may include. Here, junction regions are formed on the surface of the substrate 200 under the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 in response to a bias applied to each of the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 . A channel 204 may be formed to electrically connect between the 202 .

스위칭 소자(SE2)에서 제1게이트스택(GS1)은 네거티브 캐패시터를 포함할 수 있다. 네거티브 캐패시터는 서로 중첩되는 기판(216) 또는 채널(204), 제2게이트절연막(222) 및 제1게이트전극(224)으로 구성될 수 있다. In the switching device SE2, the first gate stack GS1 may include a negative capacitor. The negative capacitor may include a substrate 216 or a channel 204 that overlaps each other, a second gate insulating layer 222 , and a first gate electrode 224 .

또한, 스위칭 소자(SE2)는 제1게이트스택(GS1)과 제2게이트스택(GS2) 사이의 기판(200)에 형성되어 제1게이트스택(GS1)에 의해 유도된 채널(204)과 제2게이트스택(GS2)에 의해 유도된 채널(204)을 서로 연결하는 연결영역(206)을 더 포함할 수 있다. 접합영역들(202) 및 연결영역(206)은 기판(200)에 불순물을 이온주입하여 형성된 불순물영역일 수 있다. 한편, 제1게이트스택(GS1)과 제2게이트스택(GS2) 사이의 간격 즉, 갭(208)의 선폭이 협소하여 제1게이트스택(GS1)에 의해 유도된 채널(204)과 제2게이트스택(GS2)에 의해 유도된 채널(204)이 전기적으로 연결가능한 경우에는 연결영역(206)을 생략할 수 있다. In addition, the switching device SE2 is formed on the substrate 200 between the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 to provide a channel 204 and a second channel induced by the first gate stack GS1. A connection region 206 connecting the channels 204 induced by the gate stack GS2 to each other may be further included. The junction regions 202 and the connection region 206 may be impurity regions formed by ion implantation of impurities into the substrate 200 . On the other hand, the gap between the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2, that is, the line width of the gap 208 is narrow, so that the channel 204 and the second gate induced by the first gate stack GS1 are narrow. When the channel 204 guided by the stack GS2 is electrically connectable, the connection region 206 may be omitted.

제1게이트스택(GS1)은 네거티브 캐패시터 효과를 이용하여 스위칭 소자(SE2)의 동작 속도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 제1게이트스택(GS1)에 인접한 제2게이트스택(GS2)은 메모리스택일 수 있고, 채널(204)이 형성되는 기판(200)의 표면 포텐셜레벨(surface potential level)를 제어하여 스위칭 소자(SE2)의 동작 신뢰성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2게이트스택(GS2)은 예정된 범위내에서 스위칭 소자(SE2)의 문턱전압을 가변시키는 역할도 수행할 수 있다. 채널길이 방향으로 제1게이트스택(GS1)의 선폭은 제2게이트스택(GS2)의 선폭과 동일하거나, 또는 더 클 수 있다. 그리고, 채널길이 방향으로 제1게이트스택(GS1)과 제2게이트스택(GS2) 사이의 간격 즉, 갭(208)의 선폭은 제1게이트스택(GS1)에 인가되는 바이어스에 의해 제2게이트스택(GS2)의 문턱전압에 영향을 미치지 않도록 설정될 수 있다.The first gate stack GS1 may serve to improve the operating speed of the switching device SE2 by using the negative capacitor effect. The second gate stack GS2 adjacent to the first gate stack GS1 may be a memory stack, and the switching element SE2 is controlled by controlling a surface potential level of the substrate 200 on which the channel 204 is formed. It can play a role in improving the operational reliability of Also, the second gate stack GS2 may serve to vary the threshold voltage of the switching element SE2 within a predetermined range. The line width of the first gate stack GS1 in the channel length direction may be equal to or greater than the line width of the second gate stack GS2 . In addition, the distance between the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 in the channel length direction, that is, the line width of the gap 208 is determined by the bias applied to the first gate stack GS1. It can be set so as not to affect the threshold voltage of (GS2).

제1게이트스택(GS1)은 기판(200) 상에 형성된 제1게이트절연막(220), 제1게이트절연막(220) 상에 형성되고 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(222) 및 제2게이트절연막(222) 상에 형성된 제1게이트전극(224)을 포함할 수 있다. The first gate stack GS1 includes a first gate insulating layer 220 formed on the substrate 200 , a second gate insulating layer 222 formed on the first gate insulating layer 220 and including a ferroelectric, and a second gate insulating layer. A first gate electrode 224 formed on the 222 may be included.

제1게이트절연막(220)은 기판(200) 상에 형성되고, 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1게이트절연막(220)은 실리콘산화물(SiO2), 실리콘질화물(Si3N4), 하프늄산화물(HfO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 란탄산화물(La2O3), 알루미늄산화물(Al2O3) 및 티타늄산화물(TiO2)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상이 적층된 다층막을 포함할 수 있다.The first gate insulating layer 220 is formed on the substrate 200 and may include oxide or nitride. For example, the first gate insulating layer 220 is silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ) , aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ) It may include any one single layer or a multilayer layer in which two or more are stacked.

제2게이트절연막(222)은 네거티브 캐패시터의 유전막으로 작용하며, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 즉, 제2게이트절연막(222)은 열평형상태에서 네거티브 캐패시턴스를 가질 수 있다. 이를 위해, 제2게이트절연막(222)은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플루오라이트 구조의 금속산화물로는 하프늄산화물 또는 지르코늄산화물을 사용할 수 있다. 또한, 플루오라이트 구조의 금속산화물로는 하프늄산화물 또는 지르코늄산화물에 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 란탄(La) 및 가돌리늄(Gd)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소가 도핑된 것을 사용할 수도 있다. 이때, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖고, 안정적인 플루오라이트 구조를 유지하기 위해 제2게이트절연막(222)은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The second gate insulating layer 222 acts as a dielectric layer of the negative capacitor and may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. That is, the second gate insulating layer 222 may have a negative capacitance in a thermal equilibrium state. To this end, the second gate insulating layer 222 may include a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, or a monoclinic system. For example, hafnium oxide or zirconium oxide may be used as the metal oxide having a fluorite structure. In addition, as the metal oxide having a fluorite structure, hafnium oxide or zirconium oxide doped with at least one element selected from the group consisting of silicon (Si), aluminum (Al), lanthanum (La) and gadolinium (Gd) may be used. have. In this case, the second gate insulating layer 222 may have a thickness in a range of 1 nm to 10 nm to have a spontaneously induced negative capacitance and maintain a stable fluorite structure.

구체적으로, 제2게이트절연막(222)은 하프늄산화물(HfOx), 하프늄지르코늄산화물(Hf1-xZrxO2), 하프늄알루미늄산화물(Hf1-xAlxO2) 또는 하프늄실리콘산화물(Hf1-xSixO2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제2게이트절연막(222)은 단일막이거나, 또는 서로 다른 결정구조 또는 조성을 갖는 둘 이상의 금속산화물이 적층된 다층막으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제2게이트절연막(222)은 하프늄산화물로 구성된 단일막이거나, 또는 하프늄산화물과 하프늄지르코늄산화물이 적층된 다층막일 수도 있다. Specifically, the second gate insulating layer 222 is a hafnium oxide (HfO x ), hafnium zirconium oxide (Hf 1-x Zr x O 2 ), hafnium aluminum oxide (Hf 1-x Al x O 2 ) or hafnium silicon oxide ( Hf 1-x Si x O 2 ) may include any one selected from the group consisting of. In this case, the second gate insulating film 222 may be a single film or a multilayer film in which two or more metal oxides having different crystal structures or compositions are stacked. For example, the second gate insulating film 222 may be a single film made of hafnium oxide or a multilayer film in which hafnium oxide and hafnium zirconium oxide are stacked.

또한, 제2게이트절연막(222)으로 네거티브 캐패시터를 구현할 수 있는 강유전 유기물 및 강유전 무기물을 모두 적용할 수 있다. 예컨대, 강유전 무기물로서는 PZT(PbZrxTi1-xO3), BaTiO3, PbTiO3 같은 페로브스카이트(Perovskite) 강유전체, LiNbO3, LiTaO3 같은 수도-일메나이트(Pseudo-ilmenite) 강유전체, PbNb3O6, Ba2NaNb5O15 같은 텅스텐-청동(TB) 강유전체, SBT(SrBi2Ta2O9), BLT((Bi,La)4Ti3O12), Bi4Ti3O12 같은 비스무스 층구조의 강유전체 및 La2Ti2O7 같은 파이로클로어(Pyrochlore) 강유전체와 이들 강유전체의 고용체를 비롯하여 Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu 같은 희토류 원소(R)를 포함하는 RMnO3과 PGO(Pb5Ge3O11), BFO(BiFeO3) 등을 사용할 수도 있다. 또한, CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe 및 CdFeSe 같은 2-6족 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 강유전 유기물로서 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), PVDF를 포함하는 중합체, PVDF를 포함하는 공중합체, PVDF를 포함하는 삼원공중합체, 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 중 적어도 어느 하나를 사용할 수도 있다. In addition, as the second gate insulating layer 222 , both a ferroelectric organic material and a ferroelectric inorganic material capable of realizing a negative capacitor may be applied. For example, as ferroelectric inorganic PZT (PbZr x Ti 1-x O 3), BaTiO 3, PbTiO 3 , such as perovskite (Perovskite) ferroelectric, LiNbO 3, LiTaO 3 may like-Ilmenite (Pseudo-ilmenite) ferroelectric, PbNb Tungsten-Bronze (TB) ferroelectrics such as 3 O 6 , Ba 2 NaNb 5 O 15 , SBT(SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BLT((Bi,La) 4 Ti 3 O 12 ), Bi 4 Ti 3 O 12 such as RMnO 3 containing rare earth elements (R) such as Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu, as well as bismuth layered ferroelectrics and pyrochlore ferroelectrics such as La 2 Ti 2 O 7 and solid solutions of these ferroelectrics. and PGO (Pb 5 Ge 3 O 11 ), BFO (BiFeO 3 ), and the like can also be used. Also, Group 2-6 compounds such as CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe and CdFeSe may be used. In addition, as a ferroelectric organic material, polyvinylidene fluoride (PVDF), a polymer containing PVDF, a copolymer containing PVDF, a terpolymer containing PVDF, an odd number of nylons, cyanopolymers, and polymers or copolymers thereof At least one of them may be used.

제2게이트절연막(222)은 원자층증착법(Atomic Layer deposition, ALD)을 사용하여 형성된 것일 수 있다. 이는, 안정적인 결정구조 및 조성을 구현하고, 제2게이트절연막(222)이 접하는 계면에서 발생하는 트랩들로 인해 네거티브 캐패시터 효과가 저하되는 것을 방지하기 위함이다.The second gate insulating layer 222 may be formed using atomic layer deposition (ALD). This is to realize a stable crystal structure and composition, and to prevent the negative capacitor effect from being deteriorated due to traps generated at the interface between the second gate insulating layer 222 and the second gate insulating layer 222 .

한편, 본 실시예에서는 제1게이트절연막(220) 상에 제2게이트절연막(222)이 형성된 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1게이트절연막(220)과 제2게이트절연막(222) 사이에 플로팅전극(미도시)이 삽입될 수도 있다. 플로팅전극(미도시)은 제2게이트절연막(222)과 접하는 계면 특성을 개선하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 플로팅전극(미도시)은 커플링 효과에 의해 제1게이트전극(224)에 인가되는 바이어스를 분산시켜 동작 신뢰성을 향상시키는 역할도 수행할 수 있다. 플로팅전극(미도시)은 제1게이트절연막(220)과 제2게이트절연막(222) 사이에 삽입되기 때문에 이들 사이의 계면특성을 고려하여 금(Au), 가돌리늄 스캔데이트(GdScO3), 실리콘(Si), 폴리실리콘(poly Si), 구리(Cu), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 루테늄(Ru) 중 적어도 하나를 포함하는 금속산화물, 금속질화물 또는 금속산질화물을 포함할 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the case in which the second gate insulating layer 222 is formed on the first gate insulating layer 220 is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, a floating electrode (not shown) may be inserted between the first gate insulating layer 220 and the second gate insulating layer 222 . The floating electrode (not shown) may serve to improve the interface characteristics in contact with the second gate insulating layer 222 . In addition, the floating electrode (not shown) may play a role of improving operational reliability by dispersing the bias applied to the first gate electrode 224 by the coupling effect. Since the floating electrode (not shown) is inserted between the first gate insulating layer 220 and the second gate insulating layer 222 , gold (Au), gadolinium scandate (GdScO3), silicon (Si) ), polysilicon (poly Si), copper (Cu), silver (Ag), molybdenum (Mo), nickel (Ni), platinum (Pt), titanium (Ti), tantalum (Ta), and ruthenium (Ru) at least It may include one of a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride.

제1게이트전극(224)은 제2게이트절연막(222)과 접하는 계면의 특성을 고려하여 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1게이트전극(224)은 상술한 금속들의 도전성 질화물(예컨대, TiN 또는 MoN), 도전성 산질화물(예컨대, TiON) 또는 이들의 조합(예컨대, TiSiN 또는 TiAlON)을 포함할 수 있다. The first gate electrode 224 is made of platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), silver (Ag), aluminum (Al), titanium ( Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and may include at least one metal selected from the group consisting of molybdenum (Mo). For example, the first gate electrode 224 may include a conductive nitride (eg, TiN or MoN), a conductive oxynitride (eg, TiON), or a combination thereof (eg, TiSiN or TiAlON) of the aforementioned metals. .

제2게이트스택(GS2)은 기판(200) 상에 형성되고, 터널절연막(230), 전하트랩막(232) 및 블록킹막(234)이 순차적으로 적층된 메모리막(ML) 및 메모리막(ML) 상에 형성된 제2게이트전극(236)을 포함할 수 있다. 즉, 제2게이트스택(GS2)은 메모리스택일 수 있다. The second gate stack GS2 is formed on the substrate 200 , and a memory layer ML and a memory layer ML in which a tunnel insulating layer 230 , a charge trap layer 232 , and a blocking layer 234 are sequentially stacked. ) may include a second gate electrode 236 formed on it. That is, the second gate stack GS2 may be a memory stack.

터널절연막(230) 및 블록킹막(234)은 산화물을 포함할 수 있고, 전하트랩막(232)은 질화물을 포함할 수 있다. 여기서, 전하트랩막(232)에 전하를 주입하거나, 또는 전하트랩막(232)에 주입된 전하를 제거하여 예정된 범위내에서 제2게이트스택(GS2)의 문턱전압값을 가변시킬 수 있다. 이를 통해, 스위칭 소자(SE2)의 문턱전압을 가변시킬 수 있다. The tunnel insulating layer 230 and the blocking layer 234 may include an oxide, and the charge trap layer 232 may include a nitride. Here, the threshold voltage value of the second gate stack GS2 may be varied within a predetermined range by injecting charges into the charge trap layer 232 or removing charges injected into the charge trap layer 232 . Through this, the threshold voltage of the switching element SE2 may be varied.

제2게이트전극(236)은 메모리막(ML)과 접하는 계면의 특성을 고려하여 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 몰리브데늄(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2게이트전극(236)은 상술한 금속들의 도전성 질화물, 도전성 산질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The second gate electrode 236 is made of platinum (Pt), ruthenium (Ru), iridium (Ir), silver (Ag), aluminum (Al), or titanium (Ti) in consideration of the characteristics of the interface in contact with the memory layer ML. , tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), cobalt (Co), and may include at least one or more metals selected from the group consisting of molybdenum (Mo). For example, the second gate electrode 236 may include a conductive nitride, a conductive oxynitride, or a combination thereof of the aforementioned metals.

한편, 본 실시예에서는 제1게이트스택(GS1) 및 제2게이트스택(GS2) 각각이 수평채널을 갖는 플라나 타입 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1게이트스택(GS1) 및 제2게이트스택(GS2) 각각은 리세스 타입, 핀 타입 등의 채널구조를 가질 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the planar type case in which each of the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 has a horizontal channel has been exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, each of the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 may have a channel structure such as a recess type or a fin type.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE2)는 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제2게이트절연막(222)을 구비함으로서, 스위칭 소자(SE2)의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제2게이트절연막(222)이 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖기 때문에 턴온 동작 구간의 시간을 단축시킬 수 있어 스위칭 소자(SE2)의 동작 속도를 더욱더 향상시킬 수 있다. As described above, the switching device SE2 according to the embodiment includes the second gate insulating layer 222 having a spontaneously induced negative capacitance, thereby improving the operating speed of the switching device SE2. In addition, since the second gate insulating layer 222 has a spontaneously induced negative capacitance, the turn-on operation period can be shortened, and thus the operation speed of the switching element SE2 can be further improved.

또한, 메모리막(ML)을 포함하는 제2게이트스택(GS2)을 구비함으로서, 스위칭 소자(SE2)의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, by providing the second gate stack GS2 including the memory layer ML, the operation reliability of the switching device SE2 may be improved.

또한, 제1게이트스택(GS1) 및 제2게이트스택(GS2) 각각을 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 다양한 동작 모드를 소화할 수 있는 스위칭 소자(SE2)를 제공할 수 있다.In addition, since each of the first gate stack GS1 and the second gate stack GS2 can be independently controlled, the switching device SE2 capable of digesting various operation modes can be provided.

도 4는 도 3에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element shown in FIG. 3 .

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 오프상태에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236)은 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. 여기서, 오프전압레벨(VLoff)은 그라운드 전위일 수 있다. 따라서, 오프상태에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236)에는 접지전압이 인가될 수 있다. 3 and 4 , in the off state, the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 may have an off voltage level VLoff. Here, the off voltage level VLoff may be a ground potential. Accordingly, in the OFF state, a ground voltage may be applied to the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 .

스위칭 소자(SE2)를 턴온시키기 위한 턴온 동작 구간에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236) 각각에 제1턴온전압(Von1) 및 제2턴온전압(Von2)이 인가될 수 있다.A first turn-on voltage Von1 and a second turn-on voltage Von2 may be applied to each of the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 in the turn-on operation period for turning on the switching element SE2 . .

제1턴온전압(Von1)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕할 수 있다. 이때, 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간에 대응할 수 있고, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)까지 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 것은 동작 신뢰성을 확보하기 위함이다. 제1전압레벨(VL1)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높을 수 있다. 따라서, 제1전압레벨(VL1)은 포지티브 극성을 가질 수 있다. The first turn-on voltage Von1 may be swept from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1. In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 for a predetermined time. Here, the predetermined time may correspond to the turn-on operation period, and the sequential step-up of the voltage level from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2 during the predetermined time is to secure operation reliability. The first voltage level VL1 may be higher than the off voltage level VLoff. Accordingly, the first voltage level VL1 may have a positive polarity.

제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕할 수 있다. 이때, 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간보다 짧을 수 있다. 제2전압레벨(VL2)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높을 수 있다. 따라서, 제2전압레벨(VL2)은 포지티브 극성을 가질 수 있다. The second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2. In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2 for a predetermined time. Here, the predetermined time may be shorter than the turn-on operation period. The second voltage level VL2 may be higher than the off voltage level VLoff. Accordingly, the second voltage level VL2 may have a positive polarity.

한편, 본 실시예에서는 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕할 때, 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕하되, 버티컬한 프로파일을 갖도록 짧은 시간에 승압시킬 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, when the second turn-on voltage Von2 sweeps from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2, the voltage level is sequentially boosted for a predetermined time. doesn't happen As a modification, the second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the second voltage level VL2, but boosted in a short time to have a vertical profile.

스위칭 소자(SE2)를 턴온시킨 후, 온상태에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236) 각각은 제1전압레벨(VL1) 및 제2전압레벨(VL2)을 유지할 수 있다. 그리고, 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236) 각각에 인가되는 제1턴온전압(Von1) 및 제2턴온전압(Von2)을 동시에 차단하면, 스위칭 소자(SE2)를 턴오프시킬 수 있다. 이후, 오프상태에서는 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236) 각각이 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. After the switching element SE2 is turned on, each of the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 may maintain the first voltage level VL1 and the second voltage level VL2 in the on state. And, when the first turn-on voltage Von1 and the second turn-on voltage Von2 applied to each of the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 are blocked at the same time, the switching element SE2 is turned off. can Thereafter, in the off state, each of the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 may have an off voltage level VLoff.

한편, 본 실시예에서는 턴온 동작 구간을 구분하여 설명하였으나, 스위칭 소자(SE2)는 네거티브 캐패시터를 구비하기 때문에 서브문턱전압 스윙 값을 이론적 한계인 60mV/dec 이하로 구현할 수 있다. 따라서, 통상적인 스위칭 소자 예컨대, 트랜지스터 대비 턴온 동작에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the turn-on operation period has been described separately, but since the switching element SE2 includes a negative capacitor, the sub-threshold voltage swing value can be implemented below the theoretical limit of 60 mV/dec. Accordingly, it is possible to shorten a time required for a turn-on operation compared to a typical switching device, for example, a transistor.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a switching device according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE3)는 기판(200) 상에 형성되고 서로 이웃하는 제3게이트스택(GS3) 및 적어도 1개 이상의 제4게이트스택(GS4)을 포함할 수 있다. 그리고, 제3게이트스택(GS3)의 일측과 제4게이트스택(GS4)의 타측에 각각 인접하도록 기판(200)에 형성된 접합영역들(202)을 포함할 수 있다. 여기서, 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 아래 기판(200) 표면에는 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각에 인가되는 바어어스에 응답하여 접합영역들(202) 사이를 전기적으로 연결하는 채널(204)이 형성될 수 있다. As shown in FIG. 5 , the switching device SE3 according to the embodiment is formed on the substrate 200 and includes a third gate stack GS3 adjacent to each other and at least one fourth gate stack GS4 . can do. In addition, junction regions 202 formed in the substrate 200 to be adjacent to one side of the third gate stack GS3 and the other side of the fourth gate stack GS4 may be included, respectively. Here, on the surface of the substrate 200 under the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 , a junction region is provided in response to a bias applied to each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 . A channel 204 may be formed to electrically connect between the 202 .

한편, 본 실시예에서는 스위칭 소자(SE3)가 1개의 제4게이트스택(GS4)를 구비하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제4게이트스택(GS4)는 복수개가 구비될 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the case in which the switching element SE3 includes one fourth gate stack GS4 is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, a plurality of fourth gate stacks GS4 may be provided.

또한, 스위칭 소자(SE3)는 제3게이트스택(GS3)과 제4게이트스택(GS4) 사이의 기판(200)에 형성되어 제3게이트스택(GS3)에 의해 유도된 채널(204)과 제4게이트스택(GS4)에 의해 유도된 채널(204)을 서로 연결하는 연결영역(206)을 더 포함할 수 있다. 접합영역들(202) 및 연결영역(206)은 기판(200)에 불순물을 이온주입하여 형성된 불순물영역일 수 있다. 한편, 제3게이트스택(GS3)과 제4게이트스택(GS4) 사이의 간격(208)이 협소하여 제3게이트스택(GS3)에 의해 유도된 채널(204)과 제4게이트스택(GS4)에 의해 유도된 채널(204)이 전기적으로 연결가능한 경우에는 연결영역(206)을 생략할 수 있다.In addition, the switching element SE3 is formed on the substrate 200 between the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 and includes the channel 204 and the fourth induced by the third gate stack GS3 . A connection region 206 connecting the channels 204 induced by the gate stack GS4 to each other may be further included. The junction regions 202 and the connection region 206 may be impurity regions formed by ion implantation of impurities into the substrate 200 . On the other hand, the gap 208 between the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 is narrow, so that the channel 204 and the fourth gate stack GS4 induced by the third gate stack GS3 are narrowed. When the channel 204 induced by the signal is electrically connectable, the connection region 206 may be omitted.

스위칭 소자(SE3)에서 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각은 네거티브 캐패시터 효과를 이용하여 스위칭 소자(SE3)의 동작 속도를 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각은 네거티브 캐패시터를 포함할 수 있다. 아울러, 제4게이트스택(GS4)은 채널(204)이 형성되는 기판(200)의 표면 포텐셜레벨을 제어하여 스위칭 소자(SE3)의 동작 신뢰성을 향상시키는 역할도 수행할 수 있다. 채널길이 방향으로 제3게이트스택(GS3)의 선폭은 제4게이트스택(GS4)의 선폭과 동일하거나, 또는 더 클 수 있다. 그리고, 채널길이 방향으로 제3게이트스택(GS3)과 제4게이트스택(GS4) 사이 간격(208)의 선폭은 제3게이트스택(GS3)에 인가되는 바이어스에 의해 제4게이트스택(GS4)의 문턱전압에 영향을 미치지 않도록 설정될 수 있다.In the switching device SE3 , each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 may serve to improve the operating speed of the switching device SE3 by using a negative capacitor effect. Accordingly, each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 may include a negative capacitor. In addition, the fourth gate stack GS4 may control the surface potential level of the substrate 200 on which the channel 204 is formed to improve the operational reliability of the switching element SE3 . The line width of the third gate stack GS3 in the channel length direction may be equal to or greater than the line width of the fourth gate stack GS4. And, the line width of the gap 208 between the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 in the channel length direction is the width of the fourth gate stack GS4 by the bias applied to the third gate stack GS3. It may be set so as not to affect the threshold voltage.

제3게이트스택(GS3)은 기판(200) 상에 형성된 제1게이트절연막(210), 제1게이트절연막(210) 상부에 형성되어 제1게이트절연막(210) 일부와 중첩되고, 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(214), 제2게이트절연막(214) 상에 형성된 제2게이트전극(216) 및 제1게이트절연막(210)과 제2게이트절연막(214) 사이에 삽입된 제1영역(212A) 및 제1영역(212A)으로부터 연장되어 제2게이트전극(216)과 갭(218)을 갖고 이웃하는 제2영역(212B)을 포함하고, 제2게이트절연막(214)이 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖도록 제어하는 제1게이트전극(212)을 포함할 수 있다. 여기서, 네거티브 캐패시터는 서로 중첩되는 제1게이트전극(212), 제2게이트절연막(214) 및 제2게이트전극(216)으로 구성될 수 있다.The third gate stack GS3 includes a first gate insulating layer 210 formed on the substrate 200 , formed on the first gate insulating layer 210 , overlapping a portion of the first gate insulating layer 210 , and including a ferroelectric. The second gate insulating layer 214 , the second gate electrode 216 formed on the second gate insulating layer 214 , and the first region 212A inserted between the first gate insulating layer 210 and the second gate insulating layer 214 . ) and a second region 212B extending from the first region 212A and having a second gate electrode 216 and a gap 218 adjacent thereto, wherein the second gate insulating layer 214 selectively provides negative capacitance. It may include a first gate electrode 212 that is controlled to have it. Here, the negative capacitor may include a first gate electrode 212 , a second gate insulating layer 214 , and a second gate electrode 216 overlapping each other.

스위칭 소자(SE3)에서 제3게이트스택(GS3)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)에 대응하는 것일 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서 제3게이트스택(GS3)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제3게이트스택(GS3)의 각 구성에서 중복되는 내용에 대해 상세한 설명을 생략하기로 한다. In the switching device SE3, the third gate stack GS3 may correspond to the gate stack GS shown in FIG. 1 . In other words, in the present embodiment, the third gate stack GS3 may have substantially the same configuration as the gate stack GS shown in FIG. 1 . Therefore, in the present embodiment, detailed description of overlapping contents in each configuration of the third gate stack GS3 will be omitted.

제3게이트스택(GS3)에서 제2게이트절연막(214)은 네거티브 캐패시터의 유전막으로 작용할 수 있다. 제2게이트절연막(214)은 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 캐패시턴스가 포지티브에서 네거티브로 가변될 수 있다. 캐패시턴스 가변이 용이하고, 안정적으로 플루오라이트 구조를 유지하기 위해 제2게이트절연막(214)은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 가질 수 있다. In the third gate stack GS3 , the second gate insulating layer 214 may function as a dielectric layer of the negative capacitor. The capacitance of the second gate insulating layer 214 may be changed from positive to negative in response to a bias applied to the first gate electrode 212 . In order to easily change the capacitance and stably maintain the fluorite structure, the second gate insulating layer 214 may have a thickness in the range of 1 nm to 20 nm.

제2게이트전극(216)의 일측벽은 제4게이트스택(GS4)과 마주볼 수 있고, 제2게이트전극(216)의 타측벽은 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)과 마주볼 수 있다. 즉, 제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)은 접합영역(202)에 인접하게 위치할 수 있다. 이는, 제4게이트스택(GS4)의 제3게이트전극(224)에 인가되는 바이어스에 응답하여 채널(204)이 형성되는 기판(200)의 표면 포텐셜레벨을 제어할 때, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 기인한 간섭현상을 방지하기 위함이다. One sidewall of the second gate electrode 216 may face the fourth gate stack GS4 , and the other sidewall of the second gate electrode 216 may face the second region 212B of the first gate electrode 212 . can meet That is, the second region 212B of the first gate electrode 212 may be positioned adjacent to the junction region 202 . This is when controlling the surface potential level of the substrate 200 on which the channel 204 is formed in response to the bias applied to the third gate electrode 224 of the fourth gate stack GS4, the first gate electrode 212 ) to prevent interference caused by the bias applied to the

제4게이트스택(GS4)은 기판(200) 상에 형성된 제3게이트절연막(220), 제3게이트절연막(220) 상에 형성되고 강유전체를 포함하는 제4게이트절연막(222) 및 제4게이트절연막(222) 상에 형성된 제3게이트전극(224)을 포함할 수 있다. 여기서, 네거티브 캐패시터는 서로 중첩되는 기판(200) 또는 채널(204), 제4게이트절연막(222) 및 제3게이트전극(224)으로 구성될 수 있다. The fourth gate stack GS4 includes a third gate insulating layer 220 formed on the substrate 200 , a fourth gate insulating layer 222 formed on the third gate insulating layer 220 and including a ferroelectric, and a fourth gate insulating layer. A third gate electrode 224 formed on the 222 may be included. Here, the negative capacitor may include the substrate 200 or channel 204, the fourth gate insulating layer 222, and the third gate electrode 224 overlapping each other.

스위칭 소자(SE3)에서 제4게이트스택(GS4)은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)에 대응하는 것일 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에서 제4게이트스택(GS4)은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 제4게이트스택(GS4)의 각 구성에서 중복되는 내용에 대해 상세한 설명을 생략하기로 한다. In the switching device SE3 , the fourth gate stack GS4 may correspond to the first gate stack GS1 illustrated in FIG. 3 . In other words, in the present embodiment, the fourth gate stack GS4 may have substantially the same configuration as the first gate stack GS1 illustrated in FIG. 3 . Therefore, in the present embodiment, detailed description of overlapping contents in each configuration of the fourth gate stack GS4 will be omitted.

제4게이트절연막(222)은 네거티브 캐패시터의 유전막으로 작용하며, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 즉, 제4게이트절연막(222)은 열평형상태에서 네거티브 캐패시턴스를 가질 수 있다. 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖고, 안정적인 플루오라이트 구조를 유지하기 위해 제4게이트절연막(222)은 제2게이트절연막(214)보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 제4게이트절연막(222)은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The fourth gate insulating layer 222 acts as a dielectric layer of the negative capacitor and may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. That is, the fourth gate insulating layer 222 may have a negative capacitance in a thermal equilibrium state. In order to have a spontaneously induced negative capacitance and maintain a stable fluorite structure, the fourth gate insulating layer 222 may have a thickness smaller than that of the second gate insulating layer 214 . Specifically, the fourth gate insulating layer 222 may have a thickness in the range of 1 nm to 10 nm.

한편, 본 실시예에서는 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각이 수평채널을 갖는 플라나 타입 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각은 리세스 타입, 핀 타입 등의 채널구조를 가질 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, a planar type case in which each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 has a horizontal channel is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 may have a channel structure such as a recess type or a fin type.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 스위칭 소자(SE3)는 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제2게이트절연막(214)d을 포함하는 제3게이트스택(GS3)을 구비함으로서, 스위칭 소자(SE3)의 동작 속도를 향상시킬 수 있다. As described above, the switching device SE3 according to the embodiment includes the third gate stack GS3 including the second gate insulating layer 214 d having a negative capacitance in response to the bias applied to the first gate electrode 212 . ), it is possible to improve the operating speed of the switching element SE3.

또한, 제3게이트스택(GS3)과 더불어서 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제4게이트절연막(222)을 포함하는 제4게이트스택(GS4)을 구비함으로서, 스위칭 소자(SE3)의 동작 속도를 더욱더 향상시킬 수 있다.In addition, by providing a fourth gate stack GS4 including a fourth gate insulating layer 222 having a spontaneously induced negative capacitance together with the third gate stack GS3, the operation speed of the switching element SE3 is further improved can do it

또한, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스를 이용하여 제2게이트절연막(214)의 캐패시턴스 극성, 용량 및 채널(118)의 포텐셜레벨을 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 스위칭 소자(SE3)의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, since it is possible to selectively control the capacitance polarity, capacitance, and potential level of the channel 118 of the second gate insulating layer 214 by using the bias applied to the first gate electrode 212, the switching device SE3 Operation reliability can be improved.

또한, 제3게이트스택(GS3) 및 제4게이트스택(GS4) 각각을 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 다양한 동작 모드를 소화할 수 있는 스위칭 소자(SE3)를 제공할 수 있다. In addition, since each of the third gate stack GS3 and the fourth gate stack GS4 can be independently controlled, the switching device SE3 capable of digesting various operation modes can be provided.

도 6은 도 5에 도시된 스위칭 소자의 턴온 동작 및 턴오프 동작을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a turn-on operation and a turn-off operation of the switching element shown in FIG. 5 .

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 오프상태에서 제1게이트전극(212), 제2게이트전극(216) 및 제3게이트전극(224)은 각각 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. 여기서, 오프전압레벨(VLoff)은 그라운드 전위일 수 있다. 따라서, 오프상태에서 제1게이트전극(212), 제2게이트전극(216) 및 제3게이트전극(224) 각각에는 접지전압이 인가될 수 있다. 5 and 6 , in the off state, the first gate electrode 212 , the second gate electrode 216 , and the third gate electrode 224 may each have an off voltage level VLoff. Here, the off voltage level VLoff may be a ground potential. Accordingly, in the OFF state, a ground voltage may be applied to each of the first gate electrode 212 , the second gate electrode 216 , and the third gate electrode 224 .

스위칭 소자(SE3)를 턴온시키기 위한 턴온 동작 구간에서 제1게이트전극(212), 제2게이트전극(216) 및 제3게이트전극(224) 각각에 제1턴온전압(Von1), 제2턴온전압(Von2) 및 제3턴온전압(Von3)이 인가될 수 있다. A first turn-on voltage Von1 and a second turn-on voltage are respectively applied to the first gate electrode 212 , the second gate electrode 216 , and the third gate electrode 224 in the turn-on operation period for turning on the switching element SE3 . (Von2) and a third turn-on voltage Von3 may be applied.

제1턴온전압(Von1)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕할 수 있다. 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로의 스윕은 턴온 동작 구간의 시작점에서 진행될 수 있고, 버티컬한 프로파일을 가질 수 있다. 여기서, 제1전압레벨(VL1)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 낮을 수 있다. 즉, 제1전압레벨(VL1)은 네거티브 극성을 가질 수 있다. 연속해서, 제1턴온전압(Von1)은 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)로 스윕할 수 있다. 이때, 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 제1전압레벨(VL1)에서 제2전압레벨(VL2)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간에 대응할 수 있다. 제2전압레벨(VL2)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높고, 제1전압레벨(VL1)과 다른 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제2전압레벨(VL2)은 포지티브 극성을 가질 수 있다. The first turn-on voltage Von1 may be swept from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1. The sweep from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 may be performed at the start point of the turn-on operation period and may have a vertical profile. Here, the first voltage level VL1 may be lower than the off voltage level VLoff. That is, the first voltage level VL1 may have a negative polarity. Subsequently, the first turn-on voltage Von1 may sweep from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 . In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the first voltage level VL1 to the second voltage level VL2 for a predetermined time. Here, the predetermined time may correspond to the turn-on operation period. The second voltage level VL2 may have a higher voltage level than the off voltage level VLoff and have a polarity different from that of the first voltage level VL1 . Accordingly, the second voltage level VL2 may have a positive polarity.

제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕할 수 있다. 이때, 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간보다 짧을 수 있다. 따라서, 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕하는 시점보다 제1턴온전압(Von1)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕하는 시점이 더 빠를 수 있다. 제3전압레벨(VL3)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높고, 제1전압레벨(VL1)과 다른 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제3전압레벨(VL3)은 포지티브 극성을 가질 수 있다. The second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3. In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3 for a predetermined time. Here, the predetermined time may be shorter than the turn-on operation period. Accordingly, the first turn-on voltage Von1 is shifted from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 at a time point when the second turn-on voltage Von2 sweeps from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3. ) may be faster. The third voltage level VL3 may have a higher voltage level than the off voltage level VLoff and have a polarity different from that of the first voltage level VL1 . Accordingly, the third voltage level VL3 may have a positive polarity.

한편, 본 실시예에서는 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕할 때, 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제2턴온전압(Von2)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕하되, 버티컬한 프로파일을 갖도록 짧은 시간에 승압시킬 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, when the second turn-on voltage Von2 sweeps from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3, the voltage level is sequentially boosted for a predetermined time. doesn't happen As a modification, the second turn-on voltage Von2 may be swept from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3, but boosted in a short time to have a vertical profile.

제3턴온전압(Von3)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)로 스윕할 수 있다. 이때, 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)까지 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 즉, 예정된 시간동안 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)까지 계단형 프로파일 또는 선형 프로파일을 갖도록 전압레벨을 순차적으로 승압시킬 수 있다. 여기서, 예정된 시간은 턴온 동작 구간보다 짧을 수 있다. 따라서, 제3턴온전압(Von3)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)로 스윕하는 시점보다 제1턴온전압(Von1)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제1전압레벨(VL1)로 스윕하는 시점이 더 빠를 수 있다. 그리고, 제3턴온전압(Von3)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)로 스윕하는 시점은 제2턴온전압(Von2)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제3전압레벨(VL3)로 스윕하는 시점과 동일하거나, 또는 더 빠를 수 있다. 제4전압레벨(VL4)은 오프전압레벨(VLoff)보다 전압레벨이 높고, 제1전압레벨(VL1)과 다른 극성을 가질 수 있다. 따라서, 제4전압레벨(VL4)은 포지티브 극성을 가질 수 있다. The third turn-on voltage Von3 may be swept from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4. In this case, the voltage level may be sequentially boosted from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4 for a predetermined time. That is, the voltage level may be sequentially boosted to have a stepped profile or a linear profile from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4 for a predetermined time. Here, the predetermined time may be shorter than the turn-on operation period. Accordingly, the first turn-on voltage Von1 is shifted from the off voltage level VLoff to the first voltage level VL1 at a time point when the third turn-on voltage Von3 is swept from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4. ) may be faster. The third turn-on voltage Von3 sweeps from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4 is the second turn-on voltage Von2 shifts from the off voltage level VLoff to the third voltage level VL3 ) at the same time as the sweep time, or it may be earlier. The fourth voltage level VL4 may have a higher voltage level than the off voltage level VLoff and have a polarity different from that of the first voltage level VL1 . Accordingly, the fourth voltage level VL4 may have a positive polarity.

한편, 본 실시예에서는 제3턴온전압(Von3)이 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)로 스윕할 때, 예정된 시간동안 전압레벨을 순차적으로 승압시키는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제3턴온전압(Von3)은 오프전압레벨(VLoff)에서 제4전압레벨(VL4)로 스윕하되, 버티컬한 프로파일을 갖도록 짧은 시간에 승압시킬 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, when the third turn-on voltage Von3 sweeps from the off-voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4, the voltage level is sequentially boosted for a predetermined time. doesn't happen As a modification, the third turn-on voltage Von3 may be swept from the off voltage level VLoff to the fourth voltage level VL4, but boosted in a short time to have a vertical profile.

스위칭 소자(SE3)를 턴온시킨 후, 온상태에서 제1게이트전극(212) 내지 제3게이트전극(224) 각각은 제2전압레벨(VL2) 내지 제4전압레벨(VL4)을 유지할 수 있다. 그리고, 제1게이트전극(212) 내지 제3게이트전극(224) 각각에 인가되는 제1턴온전압(Von1) 내지 제3턴온전압(Von3)을 동시에 차단하면, 스위칭 소자(SE3)를 턴온프시킬 수 있다. 이후, 오프상태에서는 제1게이트전극(212) 내지 제3게이트전극(224) 각각이 오프전압레벨(VLoff)을 가질 수 있다. After the switching element SE3 is turned on, each of the first gate electrode 212 to the third gate electrode 224 may maintain the second voltage level VL2 to the fourth voltage level VL4 in the on state. And, when the first turn-on voltage Von1 to the third turn-on voltage Von3 applied to each of the first gate electrode 212 to the third gate electrode 224 are simultaneously cut off, the switching element SE3 is turned on. can Thereafter, in the off state, each of the first gate electrode 212 to the third gate electrode 224 may have an off voltage level VLoff.

한편, 본 실시예에서는 턴온 동작 구간을 구분하여 설명하였으나, 스위칭 소자(SE3)는 네거티브 캐패시터를 구비하기 때문에 서브문턱전압 스윙 값을 이론적 한계인 60mV/dec(Boltzmann tyranny) 이하로 구현할 수 있다. 따라서, 통상적인 스위칭 소자 예컨대, 트랜지스터 대비 턴온 동작에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the turn-on operation section has been described separately, but since the switching element SE3 includes a negative capacitor, the sub-threshold voltage swing value can be implemented below the theoretical limit of 60 mV/dec (Boltzmann tyranny). Accordingly, it is possible to shorten a time required for a turn-on operation compared to a typical switching device, for example, a transistor.

이하에서는, 상술한 스위칭 소자를 포함하는 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 반도체 메모리 장치는 3차원 구조를 갖는 비휘발성 반도체 메모리 장치 예컨대, 3차원 낸드(3D NAND)를 포함할 수 있다.Hereinafter, a semiconductor memory device including the above-described switching device and a method of manufacturing the same will be described in detail. Here, the semiconductor memory device may include a nonvolatile semiconductor memory device having a 3D structure, for example, a 3D NAND.

반도체 메모리 장치는 채널을 공유하는 복수의 메모리셀들의 일측 및 타측에 직렬로 연결된 선택트랜지스터를 포함할 수 있다. 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 선택트랜지스터에 상술한 스위칭 소자를 적용하여 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The semiconductor memory device may include a selection transistor connected in series to one side and the other side of a plurality of memory cells sharing a channel. In a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, which will be described later, the operation speed and operation reliability of the semiconductor memory device may be improved by applying the above-described switching element to the selection transistor.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치를 도시한 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 메모리 장치(1)는 주변회로(peripheral circuit, PC) 및 메모리 셀 어레이(memory cell array, 3)를 포함할 수 있다. 7 , the semiconductor memory device 1 may include a peripheral circuit (PC) and a memory cell array (3).

주변회로(PC)는 메모리 셀 어레이(3)에 데이터를 저장하기 위한 프로그램 동작(program operation), 메모리 셀 어레이(3)에 저장된 데이터를 출력하기 위한 리드 동작(read operation) 및 메모리 셀 어레이(3)에 저장된 데이터를 소거하기 위한 소거 동작(erase operation)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 주변회로(PC)는 전압생성부(Voltage Generator, 5), 로우디코더(Row decoder, 6), 제어회로(Control circuit, 7) 및 페이지 버퍼 그룹(Page Buffer Group, 8)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit PC includes a program operation for storing data in the memory cell array 3 , a read operation for outputting data stored in the memory cell array 3 , and a memory cell array 3 . ) may be configured to control an erase operation for erasing data stored in . For example, the peripheral circuit (PC) includes a voltage generator (5), a row decoder (6), a control circuit (7), and a page buffer group (8). can do.

메모리 셀 어레이(3)는 복수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(3)는 워드라인들(WL)을 통해 로우디코더(6)에 연결될 수 있고, 비트라인들(BL)을 통해 페이지 버퍼 그룹(8)에 연결될 수 있다.The memory cell array 3 may include a plurality of memory blocks. The memory cell array 3 may be connected to the row decoder 6 through word lines WL, and may be connected to the page buffer group 8 through bit lines BL.

제어회로(7)은 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADD)에 응답하여 주변회로(PC)를 제어할 수 있다.The control circuit 7 may control the peripheral circuit PC in response to the command CMD and the address ADD.

전압생성부(5)는 제어회로(7)의 제어에 응답하여 프로그램 동작, 리드 동작 및 소거 동작에 사용되는 프리 소거전압, 소거전압, 접지전압, 프로그램 전압, 검증전압, 패스전압, 리드전압 등의 다양한 동작 전압들을 생성할 수 있다.In response to the control of the control circuit 7 , the voltage generator 5 includes a pre-erase voltage, an erase voltage, a ground voltage, a program voltage, a verification voltage, a pass voltage, a read voltage, etc. used for a program operation, a read operation, and an erase operation. It is possible to generate various operating voltages of

로우디코더(6)는 제어회로(7)의 제어에 응답하여 메모리 블록을 선택할 수 있다. 로우디코더(6)는 선택된 메모리 블록에 연결된 워드라인들(WL)에 동작 전압들을 인가하도록 구성될 수 있다.The row decoder 6 may select a memory block in response to the control of the control circuit 7 . The row decoder 6 may be configured to apply operating voltages to the word lines WL connected to the selected memory block.

페이지 버퍼 그룹(8)은 비트라인들(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(3)에 연결될 수 있다. 페이지 버퍼 그룹(8)은 제어회로(7)의 제어에 응답하여 프로그램 동작시 입출력 회로(미도시)로부터 수신되는 데이터를 임시 저장할 수 있다. 페이지 버퍼 그룹(8)은 제어회로(7)의 제어에 응답하여 리드 동작 또는 검증 동작 시, 비트 라인들(BL)의 전압 또는 전류를 센싱할 수 있다. 페이지 버퍼 그룹(8)은 제어회로(7)의 제어에 응답하여 비트라인들(BL)을 선택할 수 있다.The page buffer group 8 may be connected to the memory cell array 3 through bit lines BL. The page buffer group 8 may temporarily store data received from an input/output circuit (not shown) during a program operation in response to the control of the control circuit 7 . The page buffer group 8 may sense the voltage or current of the bit lines BL during a read operation or a verify operation in response to the control of the control circuit 7 . The page buffer group 8 may select the bit lines BL in response to the control of the control circuit 7 .

구조적으로, 메모리 셀 어레이(3)는 주변회로(PC)와 나란히 배치되거나, 또는 메모리 셀 어레이(3)가 주변회로(PC)의 일부에 중첩될 수 있다.Structurally, the memory cell array 3 may be disposed side by side with the peripheral circuit PC, or the memory cell array 3 may overlap a part of the peripheral circuit PC.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다. 8 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 메모리 블록(BLK1)은 소스막(SL) 및 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 공통으로 연결된 복수의 셀스트링들(CS1)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀스트링들(CS1)은 복수의 비트라인들(BL)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 8 , the memory block BLK1 may include a source layer SL and a plurality of cell strings CS1 commonly connected to a plurality of word lines WL1 to WLn. In addition, the plurality of cell strings CS1 may be connected to the plurality of bit lines BL.

복수의 셀스트링들(CS1) 각각은 소스막(SL)에 연결된 소스선택트랜지스터(SST), 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터(DST) 및 소스선택트랜지스터(SST)과 드레인선택트랜지스터(DST) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스선택트랜지스터(SST) 및 드레인선택트랜지스터(DST)는 각각 2개의 게이트(또는 게이트전극)를 구비할 수 있다. 그리고, 소스선택트랜지스터(SST) 및 드레인선택트랜지스터(DST)는 각각 네거티브 캐패시터를 구비할 수 있다.Each of the plurality of cell strings CS1 includes a source select transistor SST connected to the source layer SL, a drain select transistor DST connected to the bit line BL, a source select transistor SST, and a drain select transistor DST connected to the bit line BL. ) may include a plurality of memory cells MC1 to MCn connected in series between them. Here, each of the source select transistor SST and the drain select transistor DST may include two gates (or gate electrodes). In addition, each of the source select transistor SST and the drain select transistor DST may include a negative capacitor.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 서로 이격되어 적층된 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL1~WLn)은 소스선택라인들(SSL1, SSL1)과 드레인선택라인들(DSL1, DSL2) 사이에 배치될 수 있다. Gates of the plurality of memory cells MC1 to MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL1 to WLn that are spaced apart from each other and stacked. The plurality of word lines WL1 to WLn may be disposed between the source select lines SSL1 and SSL1 and the drain select lines DSL1 and DSL2 .

제1소스선택라인(SSL1)은 소스선택트랜지스터(SST)의 제2게이트전극에 연결될 수 있고, 제2소스선택라인(SSL2)은 소스선택트랜지스터(SST)의 제1게이트전극에 연결될 수 있다. 제2소스선택라인(SSL2)는 제1소스선택라인(SSL1)보다 상부에 위치할 수 있다. 여기서, 소스선택트랜지스터(SST)의 제1게이트전극은 네거티브 캐패시턴스를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 소스선택트랜지스터(SST)의 제2게이트전극은 채널의 온/오프를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. The first source select line SSL1 may be connected to the second gate electrode of the source select transistor SST, and the second source select line SSL2 may be connected to the first gate electrode of the source select transistor SST. The second source selection line SSL2 may be positioned above the first source selection line SSL1 . Here, the first gate electrode of the source select transistor SST may serve to control the negative capacitance. In addition, the second gate electrode of the source select transistor SST may serve to control on/off of the channel.

제1드레인선택라인(DSL1)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제1게이트전극에 연결될 수 있고, 제2드레인선택라인(DSL2)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 여기서, 드레인선택트랜지스터(DST)의 제1게이트전극은 네거티브 캐패시턴스를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 드레인선택트랜지스터(DST)의 제2게이트전극은 채널 온/오프를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. The first drain select line DSL1 may be connected to a first gate electrode of the drain select transistor DST, and the second drain select line DSL2 may be connected to a second gate electrode of the drain select transistor DST. Here, the first gate electrode of the drain select transistor DST may serve to control the negative capacitance. In addition, the second gate electrode of the drain select transistor DST may serve to control channel on/off.

소스막(SL)은 소스선택트랜지스터(SST)의 소스에 연결될 수 있다. 드레인선택트랜지스터(DST)의 드레인은 드레인선택트랜지스터(DST)의 드레인에 대응하는 비트라인(BL)에 연결될 수 있다.The source layer SL may be connected to the source of the source select transistor SST. A drain of the drain select transistor DST may be connected to a bit line BL corresponding to a drain of the drain select transistor DST.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 10은 도 9에 도시된 A영역을 확대하여 도시한 단면도이다. 9 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. And, FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of area A shown in FIG. 9 .

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 셀스트링(CS1)은 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이에 위치하는 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn), 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 포함할 수 있다. 소스막(SL)은 평판형태를 가질 수 있고, 소스선택트랜지스터(SST)의 소스로 작용할 수 있다. 비트라인(BL)은 콘택플러그(CP)를 통해 채널구조물(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 8 to 10 , the cell string CS1 according to the embodiment includes a channel structure 300 positioned between the source layer SL and the bit line BL, and a plurality of memory cells MC1 to MCn), the first switching element 400 and the second switching element 500 may be included. The source layer SL may have a flat plate shape and may serve as a source of the source select transistor SST. The bit line BL may be electrically connected to the channel structure 300 through the contact plug CP.

채널구조물(300)은 서로 이격되어 적층된 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이를 연결하고, 수직방향으로 연장된 기둥 형상을 가질 수 있다. 따라서, 채널구조물(300)의 일측 끝단 및 타측 끝단은 각각 소스막(SL) 및 비트라인(BL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 채널구조물(300)은 코어필라(302), 캡핑막(306) 및 채널막(304)을 포함할 수 있다. 코어필라(302)는 원기둥 형상을 가질 수 있고, 절연물질을 포함할 수 있다. 캡핑막(306)은 코어필라(302)와 비트라인(BL) 사이에 위치할 수 있고, 도프드 반도체막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도프드 반도체막은 n형 불순물이 도핑된 실리콘막을 포함할 수 있다. 캡핑막(302)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 드레인으로 작용할 수 있고, 비트라인(BL)의 콘택플러그(CP)에 연결될 수 있다. 채널막(304)은 코어필라(302)의 저면 및 측면을 감싸고, 소스막(SL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 채널막(304)은 캡핑막(306)의 측면을 감싸고, 캡핑막(306)에 전기적으로 연결될 수 있다. 채널막(304)은 반도체막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체막은 실리콘막을 포함할 수 있다.The channel structure 300 connects between the source layer SL and the bit line BL stacked apart from each other and may have a vertical column shape. Accordingly, one end and the other end of the channel structure 300 may be electrically connected to the source layer SL and the bit line BL, respectively. The channel structure 300 may include a core pillar 302 , a capping layer 306 , and a channel layer 304 . The core pillar 302 may have a cylindrical shape and may include an insulating material. The capping layer 306 may be positioned between the core pillar 302 and the bit line BL, and may include a doped semiconductor layer. For example, the doped semiconductor layer may include a silicon layer doped with an n-type impurity. The capping layer 302 may serve as a drain of the drain select transistor DST and may be connected to the contact plug CP of the bit line BL. The channel layer 304 may surround the bottom and side surfaces of the core pillar 302 and may be electrically connected to the source layer SL. In addition, the channel layer 304 may surround the side surface of the capping layer 306 and may be electrically connected to the capping layer 306 . The channel film 304 may include a semiconductor film. For example, the semiconductor film may include a silicon film.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)은 채널구조물(300)을 둘러싸고, 서로 이격된 적층된 형태를 가질 수 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 중 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각에 인접하에 위치하는 메모리셀(MC1, MCn)은 더미셀로 사용될 수도 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 메모리구조물(MS)을 포함할 수 있다. 여기서, 메모리구조물(MS)은 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 메모리구조물(MS)을 채널막(304)을 감싸는 터널절연막(230), 터널절연막(230)을 감싸는 전하트랩막(232), 전하트랩막(232)을 감싸는 블록킹막(234) 및 블록킹막(234)을 감싸고 평판형태를 갖는 게이트전극(236)을 포함할 수 있다. 메모리구조물(MS)에서 게이트전극(236)은 워드라인(WL)으로 작용할 수 있다. 메모리구조물(MS)은 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 바, 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The plurality of memory cells MC1 to MCn surround the channel structure 300 and may have a stacked shape spaced apart from each other. Among the plurality of memory cells MC1 to MCn, the memory cells MC1 and MCn positioned adjacent to each of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be used as dummy cells. Each of the plurality of memory cells MC1 to MCn may include a memory structure MS surrounding the channel structure 300 . Here, the memory structure MS may have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 . That is, the tunnel insulating layer 230 surrounding the channel layer 304 of the memory structure MS, the charge trap layer 232 surrounding the tunnel insulating layer 230, and the blocking layer 234 and the blocking layer surrounding the charge trap layer 232 . A gate electrode 236 surrounding the layer 234 and having a flat plate shape may be included. In the memory structure MS, the gate electrode 236 may function as a word line WL. Since the memory structure MS has substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 , an additional detailed description thereof will be omitted.

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)는 각각 네거티브 캐패시터를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)는 각각 채널구조물을(300) 공유하고, 메모리셀들(MC1~MCn) 일측 및 타측에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1스위칭 소자(400)는 소스막(SL)과 메모리셀들(MC1~MCn) 사이에 위치할 수 있고, 제2스위칭 소자(500)는 비트라인(BL)과 메모리셀들(MC1~MCn) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)는 소스선택트랜지스터(SST)로 작용할 수 있고, 제2스위칭 소자(500)는 드레인선택트랜지스터(DST)로 작용할 수 있다. 채널구조물(300)이 연장된 방향 즉, 채널길이 방향으로 제1스위칭 소자(400)와 제2스위칭 소자(500)는 대칭적인 형상을 가질 수 있다. Each of the first switching device 400 and the second switching device 500 may include a negative capacitor. The first switching element 400 and the second switching element 500 may each share a channel structure 300 and may be located on one side and the other side of the memory cells MC1 to MCn. Specifically, the first switching element 400 may be positioned between the source layer SL and the memory cells MC1 to MCn, and the second switching element 500 may include the bit line BL and the memory cells MC1 to MCn. It can be located between MC1~MCn). Accordingly, the first switching element 400 may act as a source select transistor SST, and the second switching element 500 may act as a drain select transistor DST. In the direction in which the channel structure 300 extends, that is, in the channel length direction, the first switching element 400 and the second switching element 500 may have symmetrical shapes.

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 GAA(gate all around) 구조를 갖는 게이트구조물(410, 510)을 포함할 수 있다. 게이트구조물(410, 510)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 게이트구조물(410, 510)은 채널막(304)을 감싸는 제1게이트절연막(210), 제1게이트절연막(210)을 감싸는 제1게이트전극(212), 제1게이트전극(212) 일부를 감싸고, 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(214) 및 제2게이트절연막(214)을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극(216)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1게이트전극(212)은 제1게이트절연막(210)과 제2게이트절연막(214) 사이에 위치하고, 제1게이트절연막(210)을 감싸는 제1영역(212A) 및 제1영역(212A)으로부터 연장되어 제2게이트전극(216)의 측벽과 갭(218)을 갖고 이웃하며, 평판형태를 갖는 제2영역(212B)을 포함할 수 있다. 채널길이 방향으로 갭(218)의 선폭은 적어도 제1게이트절연막(210)의 두께보다 클 수 있다. 또한, 채널길이 방향으로 갭(218)의 선폭 메모리구조물(MS)과 게이트구조물(410, 510) 사이의 간격보다는 작을 수 있다. Each of the first switching device 400 and the second switching device 500 may include gate structures 410 and 510 having a gate all around (GAA) structure surrounding the channel structure 300 . The gate structures 410 and 510 may have substantially the same configuration as the gate stack GS shown in FIG. 1 . That is, the gate structures 410 and 510 include a first gate insulating layer 210 surrounding the channel layer 304 , a first gate electrode 212 surrounding the first gate insulating layer 210 , and a portion of the first gate electrode 212 . It may include a second gate insulating layer 214 surrounding the ferroelectric material having a negative capacitance, and a second gate insulating layer 214 surrounding the second gate insulating layer 214 and having a flat plate shape. Here, the first gate electrode 212 is positioned between the first gate insulating layer 210 and the second gate insulating layer 214 , and a first region 212A and a first region 212A surrounding the first gate insulating layer 210 . ) extending from the sidewall of the second gate electrode 216 and having a gap 218 adjacent thereto, and may include a second region 212B having a flat plate shape. The line width of the gap 218 in the channel length direction may be at least greater than the thickness of the first gate insulating layer 210 . In addition, the line width of the gap 218 in the channel length direction may be smaller than the distance between the memory structure MS and the gate structures 410 and 510 .

제1게이트전극(212)의 제2영역(212B)은 채널 부스팅 효과(channel boosting effect)를 용이하게 제어하기 위해 메모리구조물(MS)과 게이트구조물(410, 510)의 제2게이트전극(216) 사이에 위치할 수 있다. 이를 통해, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스를 통해 턴온 및 턴오프 조절이 가능하여 인접 메모리셀(MC1, MCn)에 불필요한 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 제1게이트전극(212)에 인가되는 바이어스를 통해 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)에 의해 유도되는 채널의 포텐셜레벨을 조절하여 인접 메모리셀(MC1, MCn)의 동작 신뢰성을 향상시키 수 있다. The second region 212B of the first gate electrode 212 includes the memory structure MS and the second gate electrode 216 of the gate structures 410 and 510 to easily control a channel boosting effect. can be located between Through this, turn-on and turn-off can be controlled through the bias applied to the first gate electrode 212 , thereby preventing unnecessary interference in the adjacent memory cells MC1 and MCn. In other words, by adjusting the potential level of the channel induced by the first switching device 400 and the second switching device 500 through the bias applied to the first gate electrode 212, the adjacent memory cells MC1 and MCn. operation reliability can be improved.

제1스위칭 소자(400)의 게이트구조물(410)에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)은 각각 제2소스선택라인(SSL2) 및 제1소스선택라인(SSL1)으로 작용할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)의 게이트구조물(510)에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)은 각각 제1드레인선택라인(DSL1) 및 제2드레인선택라인(DSL2)으로 작용할 수 있다. 게이트구조물(410, 510)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 바, 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. In the gate structure 410 of the first switching device 400 , the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 serve as the second source selection line SSL2 and the first source selection line SSL1 , respectively. can In the gate structure 510 of the second switching device 500 , the first gate electrode 212 and the second gate electrode 216 serve as the first drain selection line DSL1 and the second drain selection line DSL2, respectively. can Since the gate structures 410 and 510 have substantially the same configuration as the gate stack GS shown in FIG. 1 , an additional detailed description thereof will be omitted.

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 소스막(SL), 비트라인(BL) 및 메모리셀들(MC1~MCn)의 프로그램 동작, 소거 동작 및 리드 동작은 공지된 방법을 사용할 수 있다. The turn-on operation and turn-off operation of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 2 . In addition, a known method may be used for the program operation, the erase operation, and the read operation of the source layer SL, the bit line BL, and the memory cells MC1 to MCn.

한편, 본 실시예에서는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각이 모두 네거티브 캐패시터를 구비하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 중 어느 하나만이 네거티브 캐패시터를 구비할 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the case in which each of the first switching element 400 and the second switching element 500 includes a negative capacitor is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, only one of the first switching element 400 and the second switching element 500 may include a negative capacitor.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 구비함으로써, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 서브문턱전압 스윙 값을 이론적 한계인 60mV/dec 이하로 구현할 수 있기 때문에 채널에 대한 온/오프 반응 속도(response speed)를 향상시킬 수 있다. 또한, 메모리셀들(MC1~MCn)에 대한 소거 동작시 게이트 유도 드레인 누설(Gate Induced Drain Leakage, GIDL)의 턴온 슬로프 즉, GIDL 형성시간을 단축시켜 소거 속도(Erase speed)를 향상시킬 수 있다. 여기서, GIDL 형성시간은 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각의 턴온 동작 구간을 지칭할 수 있다. 또한, 소거 동작시 GIDL 형성시간을 단축시킬 수 있기 때문에 소거 일시 정지 상황에서 채널에 홀(hole)이 생성되는 중간에 중단되면서 발생하는 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 참고로, 소스선택트랜지스터(SST) 및 드레인선택트랜지스터(DST)의 서브문턱전압 스윙 값이 60mV/dec를 초과하는 경우에는 소거 동작시 GIDL 형성시간이 길기 때문에 소거 일시 정지 커맨드가 GIDL 형성 중간(즉, 턴온 동작 구간 중간)에 인가될 경우, 소거 일시 정지 커맨드에 응답하여 채널에 홀(hole)이 생성되는 중간에 중단되면서 채널 내에 홀이 축적되고, 채널 내에 축적된 홀에 기인하여 소거 동작시 오류가 발생할 수 있다. As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the first switching device 400 and the second switching device 500 having a negative capacitor, thereby improving the operating speed and operating reliability of the semiconductor memory device. can In particular, since the sub-threshold voltage swing value can be implemented below the theoretical limit of 60 mV/dec, the on/off response speed for the channel can be improved. In addition, during the erase operation of the memory cells MC1 to MCn, the turn-on slope of the gate induced drain leakage (GIDL), that is, the GIDL formation time may be shortened, thereby improving the erase speed. Here, the GIDL formation time may refer to a turn-on operation period of each of the first switching element 400 and the second switching element 500 . In addition, since the GIDL formation time can be shortened during the erase operation, it is possible to fundamentally prevent a problem that occurs when a hole is created in the middle of the channel in the erase pause situation. For reference, when the sub-threshold voltage swing value of the source select transistor (SST) and the drain select transistor (DST) exceeds 60 mV/dec, since the GIDL formation time is long during the erase operation, the erase pause command is executed in the middle of the GIDL formation (i.e. , in the middle of the turn-on operation period), the hole is accumulated in the channel while a hole is created in the channel in response to the erase pause command, and an error is generated during the erase operation due to the accumulated hole in the channel. may occur.

도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조방법을 도시한 단면도이다. 참고로, 도 11a 내지 도 11h는 도 8 내지 도 10에 도시된 반도체 메모리 장치의 제조방법의 일례를 설명하기 위한 것으로, 공정상의 이유로 도 9에 도시된 것과 단면형상이 일부 상이할 수 있다. 11A to 11H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. For reference, FIGS. 11A to 11H are for explaining an example of the method of manufacturing the semiconductor memory device illustrated in FIGS. 8 to 10 , and cross-sectional shapes may be partially different from those illustrated in FIG. 9 for process reasons.

도 11a에 도시된 바와 같이 소정의 구조물 예컨대, 주변회로가 형성된 기판(10)상에 예비-소스막(14A)을 형성한다. 예비-소스막(14A)은 불순물이 도핑된 반도체막들 사이에 제1희생막(12)이 삽입된 형태로 형성할 수 있다. 예를 들어, 예비-소스막(14A)은 n형 불순물이 도핑된 제1실리콘막(11), 제1희생막(12) 및 n형 불순물이 도핑된 제2실리콘막(13)이 순차적으로 적층된 다층막으로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 11A , a pre-source layer 14A is formed on the substrate 10 on which a predetermined structure, for example, a peripheral circuit is formed. The pre-source layer 14A may be formed in a form in which the first sacrificial layer 12 is inserted between the semiconductor layers doped with impurities. For example, in the pre-source layer 14A, the first silicon layer 11 doped with n-type impurities, the first sacrificial layer 12 , and the second silicon layer 13 doped with n-type impurities are sequentially formed. It can be formed as a laminated multilayer film.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 예비-소스막(14A)을 형성하기 이전에 예비-소스막(14A)과 기판(10) 사이에 분리절연막을 형성할 수 있다. 분리절연막은 예비-소스막(14A)과 기판(10) 사이를 전기적으로 분리시키고, 공정간 기판(10)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawings, a separation insulating layer may be formed between the pre-source layer 14A and the substrate 10 before the pre-source layer 14A is formed. The isolation insulating layer electrically separates the pre-source layer 14A and the substrate 10 and may serve to prevent the substrate 10 from being damaged between processes.

다음으로, 제1물질막(15)과 제2물질막(16)이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체(17)를 형성한 후, 예비-소스막(14A)이 노출될때까지 제1적층체(17)를 식각하여 제1오픈부(18)를 형성한다. 제1적층체(17) 및 제1오픈부(18)는 제1선택트랜지스터 즉, 소스선택트랜지스터를 형성하기 위한 것이다. 제1적층체(17)의 최하층 및 최상층에는 제1물질막(15)이 위치할 수 있다. 후속 공정을 통해 제1물질막(15)은 적층된 게이트도전막 사이를 분리하는 층간절연막으로 작용할 수 있고, 제2물질막(16)은 게이트도전막을 형성하기 위한 희생막으로 작용할 수 있다. 이를 위해, 제1물질막(15)은 제2물질막(16)과 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1물질막(15)은 산화물을 포함할 수 있고, 제2물질막(16)은 질화물을 포함할 수 있다. Next, after forming the first stacked body 17 in which the first material layer 15 and the second material layer 16 are alternately stacked at least once or more, the first layered body 17 is formed until the pre-source layer 14A is exposed. The first open portion 18 is formed by etching the first laminate 17 . The first stacked body 17 and the first open portion 18 are for forming the first selection transistor, that is, the source selection transistor. The first material layer 15 may be positioned on the lowermost layer and the uppermost layer of the first stacked body 17 . Through a subsequent process, the first material layer 15 may function as an interlayer insulating layer separating the stacked gate conductive layers, and the second material layer 16 may function as a sacrificial layer for forming the gate conductive layer. To this end, the first material layer 15 may be formed of a material having an etch selectivity to the second material layer 16 . For example, the first material layer 15 may include an oxide, and the second material layer 16 may include a nitride.

다음으로, 제1오픈부(18)가 형성된 제1적층체(17) 표면을 따라 제1강유전체막(19) 및 제2물질막(16)을 순차적으로 형성한 후, 제1강유전체막(19) 및 제2물질막(16)이 제1오픈부(18)의 측벽에 잔류하도록 예비-소스막(14A)이 노출될때까지 제1강유전체막(19) 및 제2물질막(16)을 선택적으로 식각한다. 여기서, 제1강유전체막(19)은 네거티브 캐패시터의 유전체로서, 도 9에 도시된 제1스위칭 소자(400)의 게이트구조물(410)에서 제2게이트절연막(214)에 대응하는 것일 수 있다. Next, after sequentially forming the first ferroelectric film 19 and the second material film 16 along the surface of the first laminate 17 on which the first open portion 18 is formed, the first ferroelectric film 19 ) and the second material film 16 are selectively selected from the first ferroelectric film 19 and the second material film 16 until the pre-source film 14A is exposed so that the second material film 16 remains on the sidewall of the first open portion 18 . etch with Here, the first ferroelectric film 19 is a dielectric of the negative capacitor, and may correspond to the second gate insulating film 214 in the gate structure 410 of the first switching device 400 shown in FIG. 9 .

제1강유전체막(19)은 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 강유전체는 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물로을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1강유전체막(19)은 하프늄산화물로 형성할 수 있다. 그리고, 제1강유전체막(19)은 캐패시턴스 가변이 용이하고, 안정적으로 플루오라이트 구조를 유지하기 위해 20nm 이하의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1강유전체막(19)은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다. The first ferroelectric film 19 may optionally include a ferroelectric having a negative capacitance. The ferroelectric may include a metal oxide furnace having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, or a monoclinic system. For example, the first ferroelectric film 19 may be formed of hafnium oxide. In addition, the first ferroelectric film 19 may be formed to have a thickness of 20 nm or less in order to easily change the capacitance and stably maintain the fluorite structure. For example, the first ferroelectric film 19 may be formed to have a thickness in a range of 1 nm to 20 nm.

제1강유전체막(19)은 원자층증착법(Atomic Layer deposition, ALD)을 사용하여 형성할 수 있다. 이는, 안정적인 결정구조 및 조성을 구현하고, 계면에서 발생하는 트랩들(traps)로 인해 네거티브 캐패시터 효과가 저하되는 것을 방지하기 위함이다. 이하에서는, 제1강유전체막(19) 형성방법의 일례로서, 제1강유전체막(19)을 하프늄산화물로 형성하는 경우 설명하기로 한다. The first ferroelectric film 19 may be formed using atomic layer deposition (ALD). This is to implement a stable crystal structure and composition, and to prevent the negative capacitor effect from being deteriorated due to traps occurring at the interface. Hereinafter, as an example of a method of forming the first ferroelectric film 19 , a case in which the first ferroelectric film 19 is formed of hafnium oxide will be described.

원자층증착법은 전구체 공급, 전구체 퍼지, 산화제 공급 및 산화제 퍼지를 순차적으로 진행하는 단위사이클을 복수회 반복 실시할 수 있다. 단위사이클을 복수회 반복 진행하는 동안 챔버 내부는 300℃ 이하 예컨대, 180℃ 내지 300℃ 범위의 온도를 갖도록 제어할 수 있다. 챔버 내부의 온도는 하프늄산화물의 결정구조에 영향을 미치며, 300℃ 이하의 온도에서 하프늄산화물을 증착하여야 안정적인 플루오라이트 구조를 갖는 하프늄산화물을 형성할 수 있다. In the atomic layer deposition method, a unit cycle of sequentially supplying a precursor, purging a precursor, supplying an oxidizing agent, and purging an oxidizing agent may be repeated a plurality of times. While the unit cycle is repeated a plurality of times, the inside of the chamber may be controlled to have a temperature of 300°C or less, for example, 180°C to 300°C. The temperature inside the chamber affects the crystal structure of hafnium oxide, and hafnium oxide having a stable fluorite structure can be formed only when the hafnium oxide is deposited at a temperature of 300° C. or less.

전구체 공급 단계에서 하프늄 전구체로는 Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl) dimethylhafnium, Tetrakis(dimethylamido)hafnium, Tetrakis(ethylmethylamido) hafnium, Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)methoxymethylhafnium, tbutoxytris(ethylmethylamido)hafnium 등을 사용할 수 있다. 하프늄 전구체는 기저층 표면에 화학적으로 흡착되어 단원자층으로 형성할 수 있다. 이후, 챔버에 퍼지가스를 공급하여 챔버 내부에 잔류하는 전구체를 외부로 퍼지할 수 있다. 퍼지가스로는 아르곤 가스 또는 질소 가스를 사용할 수 있다. As a hafnium precursor in the precursor supply step, Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl) dimethylhafnium, Tetrakis(dimethylamido)hafnium, Tetrakis(ethylmethylamido) hafnium, Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)methoxymethylhafnium, tbutoxytris(ethylmethylamido)hafnium, etc. can be used. . The hafnium precursor may be chemically adsorbed on the surface of the base layer to form a monoatomic layer. Thereafter, the precursor remaining in the chamber may be purged to the outside by supplying a purge gas to the chamber. Argon gas or nitrogen gas may be used as the purge gas.

산화제 공급 단계에서 산화제로는 산소 가스를 사용할 수 있다. 여기서, 산화제를 공급함과 동시에 플라즈마 분위기를 조성할 수도 있다. 또한, 산화제를 공급하여 기저층에 흡착된 하프늄 전구체에 산소를 흡착시킨 후, 플라즈마 분위기를 조성할 수도 있다. 이후, 챔버에 퍼지가스를 공급하여 챔버 내부에 잔류하는 산화제를 외부로 퍼지할 수 있다. Oxygen gas may be used as an oxidizing agent in the oxidizing agent supply step. Here, while supplying the oxidizing agent, it is also possible to create a plasma atmosphere. In addition, after supplying an oxidizing agent to adsorb oxygen to the hafnium precursor adsorbed to the base layer, a plasma atmosphere may be created. Thereafter, the oxidizing agent remaining in the chamber may be purged to the outside by supplying a purge gas to the chamber.

박막 증착을 완료한 후, 제1강유전체막(19) 계면에서의 결함 치유 및 결정 구조 안정화를 위해 어닐 공정을 진행할 수 있다. 어닐 공정은 산소 분위기에서 400℃ 내지 900℃ 범위의 온도로 진행할 수 있다. 산소 분위기에서 어닐 공정을 진행하는 것은 박막의 조성비 불균형을 억제하고, 박막내 결함에 산소를 결합시켜 막질을 향상시키기 위함이다. 특히, 박막을 원자층증착법을 이용하여 형성함에 따라 박막내 생성되는 포지티브 전하를 갖는 포인트 결함(point defect)을 제거할 수 있기 때문이다. After the thin film deposition is completed, an annealing process may be performed to heal defects at the interface of the first ferroelectric film 19 and to stabilize the crystal structure. The annealing process may be performed at a temperature in the range of 400° C. to 900° C. in an oxygen atmosphere. The annealing process is performed in an oxygen atmosphere in order to suppress the composition ratio imbalance of the thin film and to improve the film quality by binding oxygen to defects in the thin film. In particular, this is because, as the thin film is formed using the atomic layer deposition method, point defects having a positive charge generated in the thin film can be removed.

도 11b에 도시된 바와 같이, 제1오픈부(18) 저면에 노출된 예비-소스막(14A)을 식각하여 제1오픈부(18)를 확장하되, 확장된 제1오픈부(18)가 제1희생막(12)을 관통하도록 식각공정을 진행한다. 이는, 후속 공정을 통해 형성될 채널막과 소스막을 전기적으로 연결시키기 위함이다. 11B , the first open portion 18 is expanded by etching the pre-source layer 14A exposed on the bottom surface of the first open portion 18 , but the expanded first open portion 18 is An etching process is performed to penetrate the first sacrificial layer 12 . This is to electrically connect the channel layer and the source layer to be formed through a subsequent process.

다음으로, 확장된 제1오픈부(18)를 갭필하도록 제2희생막(20)을 형성한다. 제2희생막(20)은 제1희생막(12)과 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다.Next, the second sacrificial layer 20 is formed to gap-fill the expanded first open portion 18 . The second sacrificial layer 20 may be formed of a material having an etch selectivity to the first sacrificial layer 12 .

도 11c에 도시된 바와 같이, 제1적층체(17) 상에 제1물질막(15)과 제2물질막(16)이 복수회 교번 적층된 제2적층체(21)를 형성한다. 제2적층체(21)에서 최하층 및 최상층에는 제1물질막(15)이 위치할 수 있고, 최하층 및 최상층에 위치하는 제1물질막(15)은 상대적으로 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. As shown in FIG. 11C , a second stacked body 21 in which the first material layer 15 and the second material layer 16 are alternately stacked a plurality of times is formed on the first stacked body 17 . In the second stacked body 21 , the first material film 15 may be positioned on the lowermost and uppermost layers, and the first material film 15 positioned on the lowermost and uppermost layers may have a relatively larger thickness.

다음으로, 제2희생막(20)이 노출될때까지 제2적층체(21)를 선택적으로 식각하여 제2적층체(21)를 관통하는 제2오픈부(22)를 형성한다. 제2적층체(21) 및 제2오픈부(22)는 복수의 메모리셀들을 형성하기 위한 것이다. Next, the second stacked body 21 is selectively etched until the second sacrificial layer 20 is exposed to form a second open portion 22 penetrating the second stacked body 21 . The second stacked body 21 and the second open portion 22 are for forming a plurality of memory cells.

다음으로, 제2오픈부(22)의 측벽에 메모리막(23)을 형성한다. 메모리막(23)은 전하트랩막 또는 전하트랩막과 블록킹막이 적층된 다층막으로 형성할 수 있다. 전하트랩막은 질화물을 포함할 수 있고, 블록킹막은 산화물을 포함할 수 있다. Next, a memory layer 23 is formed on the sidewall of the second open portion 22 . The memory film 23 may be formed as a charge trap film or a multilayer film in which a charge trap film and a blocking film are stacked. The charge trap layer may include a nitride, and the blocking layer may include an oxide.

다음으로, 메모리막(23)이 형성된 제2오픈부(22)를 갭필하도록 제3희생막(24)을 형성한다. 제3희생막(24)은 제2희생막(20)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. Next, a third sacrificial layer 24 is formed to gap-fill the second open portion 22 on which the memory layer 23 is formed. The third sacrificial layer 24 may be formed of the same material as the second sacrificial layer 20 .

도 11d에 도시된 바와 같이, 제2적층체(21) 상에 제1물질막(15)과 제2물질막(16)이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제3적층체(25)를 형성한다. 제3적층체(25)에서 최하층에는 제2물질막(16) 위치할 수 있고, 최상층에는 제1물질막(15)이 위치할 수 있다. 그리고, 제3적층체(25)에서 최상층에 위치하는 제1물질막(15)은 상대적으로 더 큰 두께를 가질 수 있다. 이는, 후속 공정에서 캡핑막을 형성하기 위한 공간을 확보하기 위함이다. As shown in FIG. 11D , a third stacked body 25 in which the first material layer 15 and the second material layer 16 are alternately stacked at least once or more is formed on the second stacked body 21 . . In the third stacked body 25 , the second material layer 16 may be positioned at the lowermost layer, and the first material layer 15 may be positioned at the uppermost layer. In addition, the first material layer 15 positioned on the uppermost layer of the third stacked body 25 may have a relatively larger thickness. This is to secure a space for forming a capping layer in a subsequent process.

다음으로, 제3적층체(25)의 최하층에 위치하는 제2물질막(16)이 노출될때까지 제3적층체(25)를 선택적으로 식각하여 제3오픈부(26)를 형성한 후, 제3오픈부(26) 측벽에 제2강유전체막(27)을 형성한다. 제2강유전체막(27)은 네거티브 캐패시터의 유전체로서 도 9에 도시된 제2스위칭 소자(500)의 게이트구조물(510)에서 제2게이트절연막(214)에 대응하는 것일 수 있다. 제2강유전체막(27)은 제1강유전체막(19)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. Next, the third stacked body 25 is selectively etched until the second material layer 16 located at the lowermost layer of the third stacked body 25 is exposed to form the third open part 26 , A second ferroelectric film 27 is formed on the sidewall of the third open part 26 . The second ferroelectric layer 27 is a dielectric of the negative capacitor and may correspond to the second gate insulating layer 214 in the gate structure 510 of the second switching device 500 shown in FIG. 9 . The second ferroelectric film 27 may be formed in the same manner as the first ferroelectric film 19 .

다음으로, 제2강유전체막(27)이 형성된 제3오픈부(26) 측벽에 제2물질막(16)을 형성한 후, 제3희생막(24)이 노출될때까지 제3적층체(25)의 최하층에 위치하는 제2물질막(16)을 식각하여 제3오픈부(26)를 확장시킨다. 여기서, 제3적층체(25) 및 제3오픈부(26)는 드레인선택트랜지스터를 형성하기 위한 것이다.Next, after forming the second material film 16 on the sidewall of the third open portion 26 on which the second ferroelectric film 27 is formed, the third stacked body 25 is maintained until the third sacrificial film 24 is exposed. ), the second material layer 16 positioned on the lowermost layer is etched to expand the third open part 26 . Here, the third stacked body 25 and the third open portion 26 are for forming a drain select transistor.

도 11e에 도시된 바와 같이, 제3오픈부(26)를 통해 제3희생막(24) 및 제2희생막(20)을 순차적으로 제거하여 제1오픈부(18), 제2오픈부(22) 및 제3오픈부(26)가 상호 연결된 체널홀(28)을 형성한다.As shown in FIG. 11E , the third sacrificial film 24 and the second sacrificial film 20 are sequentially removed through the third open part 26 to form the first open part 18 and the second open part ( 22) and the third open part 26 form a channel hole 28 connected to each other.

다음으로, 체널홀(28)의 표면을 따라 터널절연막(29) 및 채널막(30)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 체널홀(28)의 표면은 체널홀(28)의 측면 및 저면일 수 있고, 터널절연막(29)은 산화물을 포함할 수 있으며, 채널막(30)은 반도체막을 포함할 수 있다. 채널막(30)으로 사용되는 반도체막은 불순물이 도핑되지 않은 실리콘막일 수 있다. 제1적층체(17)에 형성된 터널절연막(29)은 도 9에 도시된 제1스위칭 소자(400)의 게이트구조물(410)에서 제1게이트절연막(210)으로 사용될 수 있다. 그리고, 제3적층체(25)에 형성된 터널절연막(29)은 도 9에 도시된 제2스위칭 소자(500)의 게이트구조물(510)에서 제1게이트절연막(210)으로 사용될 수 있다. Next, a tunnel insulating layer 29 and a channel layer 30 are sequentially formed along the surface of the channel hole 28 . Here, the surface of the channel hole 28 may be a side surface and a bottom surface of the channel hole 28 , the tunnel insulating film 29 may include an oxide, and the channel film 30 may include a semiconductor film. The semiconductor film used as the channel film 30 may be a silicon film not doped with impurities. The tunnel insulating layer 29 formed on the first stacked body 17 may be used as the first gate insulating layer 210 in the gate structure 410 of the first switching device 400 shown in FIG. 9 . In addition, the tunnel insulating layer 29 formed on the third stacked body 25 may be used as the first gate insulating layer 210 in the gate structure 510 of the second switching device 500 shown in FIG. 9 .

다음으로, 채널막(30) 상에 체널홀(28)을 갭필하도록 코어필라(31)를 형성한다. 코어필라(31)는 산화물을 포함할 수 있다. Next, the core pillar 31 is formed on the channel layer 30 to gap-fill the channel hole 28 . The core pillar 31 may include an oxide.

다음으로, 코어필라(31)를 소정 두께 리세스하고, 리세스된 공간에 채널막(30)과 접하는 캡핑막(37)을 형성한다. 캡핑막(37)은 불순물이 도핑된 반도체막 예컨대, n형 불순물이 도핑된 실리콘막으로 형성할 수 있다. 캡핑막(37)은 드레인선택트랜지스터의 드레인으로 작용할 수 있다.Next, the core pillar 31 is recessed to a predetermined thickness, and a capping layer 37 in contact with the channel layer 30 is formed in the recessed space. The capping layer 37 may be formed of a semiconductor layer doped with an impurity, for example, a silicon layer doped with an n-type impurity. The capping layer 37 may serve as a drain of the drain select transistor.

도 11f에 도시된 바와 같이, 제1적층체(17) 내지 제3적층체(25)를 관통하고, 예비-소스막(14A)의 제1희생막(12)을 노출시키는 제4오픈부(32)를 형성한다. 제4오픈부(32)는 공통소스라인(36) 또는 지지구조물을 형성하기 위한 것일 수 있다. 제4오픈부(32)의 평면은 슬릿형상을 가질 수 있다. As shown in FIG. 11F , a fourth open portion penetrating through the first laminate 17 to the third laminate 25 and exposing the first sacrificial film 12 of the pre-source film 14A ( 32) is formed. The fourth open part 32 may be for forming a common source line 36 or a support structure. A plane of the fourth open part 32 may have a slit shape.

다음으로, 제4오픈부(32)를 통해 제1적층체(17) 내지 제3적층체(25)에서 제2물질막(16)을 제거하는 식각공정을 진행한다. 제2물질막(16)을 선택적으로 제거하는 식각공정을 통해 복수의 게이트도전막이 형성될 공간을 확보할 수 있다. Next, an etching process of removing the second material layer 16 from the first stacked body 17 to the third stacked body 25 through the fourth open part 32 is performed. Through an etching process of selectively removing the second material layer 16 , a space for forming a plurality of gate conductive layers may be secured.

도 11g에 도시된 바와 같이, 제2물질막(16)이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 복수의 게이트도전막(33)을 형성한다. 복수의 게이트도전막(33)을 형성하기 위한 도전물질로는 금속성물질을 사용할 수 있다. 여기서, 제1적층체(17)에 형성된 게이트도전막(33)은 도 9에 도시된 제1스위칭 소자(400)의 게이트구조물(410)에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)으로 사용될 수 있다. 제2적층체(21)에 형성된 게이트도전막(33)은 도 9에 도시된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각의 게이트전극(236)으로 사용될 수 있다. 그리고, 제3적층체(25)에 형성된 게이트도전막(33)은 도 9에 도시된 제2스위칭 소자(500)의 게이트구조물(410)에서 제1게이트전극(212) 및 제2게이트전극(216)으로 사용될 수 있다. As shown in FIG. 11G , a plurality of gate conductive layers 33 are formed by gap-filling a conductive material in the space where the second material layer 16 is removed. A metallic material may be used as a conductive material for forming the plurality of gate conductive layers 33 . Here, the gate conductive film 33 formed on the first stacked body 17 is the first gate electrode 212 and the second gate electrode ( 216) can be used. The gate conductive layer 33 formed on the second stacked body 21 may be used as the gate electrode 236 of each of the plurality of memory cells MC1 to MCn shown in FIG. 9 . In addition, the gate conductive film 33 formed on the third stacked body 25 is the first gate electrode 212 and the second gate electrode ( 216) can be used.

다음으로, 적층된 복수의 게이트도전막(33) 사이를 분리시키기 위한 분리공정 예컨대, 에치백 공정을 진행한 후, 제4오픈부(32)의 측벽에 스페이서(34)를 형성한다. 스페이서(34)는 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 적층막으로 형성할 수 있다. Next, after performing a separation process for separating the plurality of stacked gate conductive layers 33 , for example, an etch-back process, a spacer 34 is formed on the sidewall of the fourth open part 32 . The spacer 34 may be formed of any one or two or more stacked layers selected from the group consisting of oxide, nitride, and oxynitride.

다음으로, 제4오픈부(32)를 통해 노출된 제1희생막(12)을 제거하기 위한 식각공정을 진행하고, 연속하여 제1희생막(12)이 제거됨에 따라 노출된 터널절연막(29)을 선택적으로 식각하여 채널막(30)을 노출시킨다.Next, an etching process is performed to remove the first sacrificial layer 12 exposed through the fourth open part 32 , and the tunnel insulating layer 29 exposed as the first sacrificial layer 12 is continuously removed. ) is selectively etched to expose the channel layer 30 .

도 11h에 도시된 바와 같이, 제1희생막(12)이 제거된 공간을 갭필하도록 도전막을 형성한다. 제1희생막(12)이 제거된 공간을 갭필하는 도전막은 반도체막 예컨대, n형 불순물이 도핑된 제3실리콘막(35)으로 형성할 수 있다. 제3실리콘막(35)은 채널막(30)과 접할 수 있고, 제3실리콘막(35)의 불순물 도핑농도는 제1실리콘막(11) 및 제2실리콘막(13)의 불순물 도핑농도보다 더 클 수 있다. 11H , a conductive layer is formed to gap-fill the space where the first sacrificial layer 12 is removed. The conductive layer gap-filling the space in which the first sacrificial layer 12 is removed may be formed of a semiconductor layer, for example, the third silicon layer 35 doped with an n-type impurity. The third silicon layer 35 may be in contact with the channel layer 30 , and the impurity doping concentration of the third silicon layer 35 is higher than that of the first silicon layer 11 and the second silicon layer 13 . could be bigger

이로써, 제1실리콘막(11) 내지 제3실리콘막(35)을 포함하고, 채널막(30)과 접하는 소스막(14)을 형성할 수 있다. Accordingly, the source layer 14 including the first silicon layer 11 to the third silicon layer 35 and in contact with the channel layer 30 may be formed.

다음으로, 제4오픈부(32)를 갭필하고 소스막(14)과 접하는 공통소스라인(36)을 형성한다. 공통소스라인(36)은 반도체막으로 형성하거나, 또는 반도체막과 금속성막이 적층된 다층막으로 형성할 수 있다. 반도체막은 n형 불순물이 도핑된 실리콘막으로 형성할 수 있으며, 소스라인의 n형 불순물이 도핑된 제3실리콘막(35) 형성공정시 함께 형성할 수 있다.Next, the fourth open portion 32 is gap-filled and a common source line 36 in contact with the source layer 14 is formed. The common source line 36 may be formed of a semiconductor film or a multilayer film in which a semiconductor film and a metallic film are stacked. The semiconductor layer may be formed of a silicon layer doped with an n-type impurity, and may be formed together during the process of forming the third silicon layer 35 doped with the n-type impurity of the source line.

한편, 본 실시예에서는 제4오픈부(32)에 공통소스라인(36)에 형성되는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제4오픈부(32)에는 절연물질이 갭필되어 제1적층체(17) 내지 제3적층체(25)를 지지하는 지지구조물이 형성될 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the case in which the fourth open part 32 is formed on the common source line 36 is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, a support structure for supporting the first stacked body 17 to the third stacked body 25 may be formed in the fourth open part 32 by being gap-filled with an insulating material.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다. 12 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 12에 도시된 바와 같이, 메모리 블록(BLK2)은 소스막(SL) 및 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 공통으로 연결된 복수의 셀스트링들(CS2)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀스트링들(CS2)은 복수의 비트라인들(BL)에 연결될 수 있다.12 , the memory block BLK2 may include a source layer SL and a plurality of cell strings CS2 commonly connected to a plurality of word lines WL1 to WLn. In addition, the plurality of cell strings CS2 may be connected to the plurality of bit lines BL.

복수의 셀스트링들(CS2) 각각은 소스막(SL)에 연결된 소스선택트랜지스터들(SST1, SST2), 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터들(DST1, DST2) 및 소스선택트랜지스터들(SST1, SST2)과 드레인선택트랜지스터들(DST1, DST2) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn)을 포함할 수 있다. 소스막(SL)에 연결된 제1소스선택트랜지스터(SST1) 및 비트라인(BL)에 연결된 제2드레인선택트랜지스터(DST2) 각각은 네거티브 캐패시터를 구비할 수 있다. Each of the plurality of cell strings CS2 includes source select transistors SST1 and SST2 connected to the source layer SL, drain select transistors DST1 and DST2 connected to the bit line BL, and source select transistors SST1 . , SST2 and a plurality of memory cells MC1 to MCn connected in series between the drain select transistors DST1 and DST2. Each of the first source select transistor SST1 connected to the source layer SL and the second drain select transistor DST2 connected to the bit line BL may include a negative capacitor.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 서로 이격되어 적층된 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL1~WLn)은 소스선택라인들(SSL1, SSL1)과 드레인선택라인들(DSL1, DSL2) 사이에 배치될 수 있다. Gates of the plurality of memory cells MC1 to MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL1 to WLn that are spaced apart from each other and stacked. The plurality of word lines WL1 to WLn may be disposed between the source select lines SSL1 and SSL1 and the drain select lines DSL1 and DSL2 .

제1소스선택라인(SSL1)은 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 게이트전극에 연결될 수 있고, 제2소스선택라인(SSL2)은 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 제1게이트전극에 연결될 수 있다. 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 소스 및 드레인은 각각 스막(SL) 및 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 소스에 연결될 수 있다. 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 드레인은 메모리셀(MC1)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2소스선택라인(SSL2)는 제1소스선택라인(SSL1)보다 상부에 위치할 수 있다. The first source select line SSL1 may be connected to the gate electrode of the first source select transistor SST1 , and the second source select line SSL2 may be connected to the first gate electrode of the second source select transistor SST2 . have. The source and drain of the first source select transistor SST1 may be connected to the source of the smok SL and the second source select transistor SST2 , respectively. A drain of the second source select transistor SST2 may be connected to the memory cell MC1 . In addition, the second source selection line SSL2 may be positioned above the first source selection line SSL1 .

제1드레인선택라인(DSL1)은 제1드레인선택트랜지스터(DST1)의 게이트전극에 연결될 수 있고, 제2드레인선택라인(DSL2)은 제2드레인선택트랜지스터(DST2)의 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 제1드레인선택트랜지스터(DST1)의 소스 및 드레인은 각각 메모리셀(MCn) 및 제2드레인선택라인(DSL2)의 소스에 연결될 수 있다. 제2드레인선택라인(DSL2)의 드레인은 비트라인(BL)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2드레인선택라인(DSL2)은 제1드레인선택라인(DSL1)보다 상부에 위치할 수 있다. The first drain select line DSL1 may be connected to the gate electrode of the first drain select transistor DST1 , and the second drain select line DSL2 may be connected to the second gate electrode of the second drain select transistor DST2 . have. A source and a drain of the first drain select transistor DST1 may be connected to the source of the memory cell MCn and the second drain select line DSL2, respectively. A drain of the second drain selection line DSL2 may be connected to the bit line BL. In addition, the second drain selection line DSL2 may be positioned above the first drain selection line DSL1 .

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 14는 도 13에 도시된 B영역을 확대하여 도시한 단면도이다. 13 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. And, FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of area B shown in FIG. 13 .

도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 셀스트링(CS2)은 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이에 위치하는 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn), 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 포함할 수 있다.12 to 14 , the cell string CS2 according to the embodiment includes the channel structure 300 positioned between the source layer SL and the bit line BL, and a plurality of memory cells MC1 to MCn), the first switching element 400 and the second switching element 500 may be included.

채널구조물(300)은 서로 이격되어 적층된 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이를 연결하고, 수직방향으로 연장된 기둥 형상을 가질 수 있다. 채널구조물(300)은 코어필라(302), 캡핑막(306) 및 채널막(304)을 포함할 수 있다. 채널구조물(300)은 도 9에 도시된 채널구조물(300)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 채널구조물(300)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The channel structure 300 connects between the source layer SL and the bit line BL stacked apart from each other and may have a vertical column shape. The channel structure 300 may include a core pillar 302 , a capping layer 306 , and a channel layer 304 . The channel structure 300 may have substantially the same configuration and shape as the channel structure 300 illustrated in FIG. 9 . Accordingly, an additional detailed description of the channel structure 300 will be omitted.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)은 채널구조물(300)을 둘러싸고, 서로 이격된 적층된 형태를 가질 수 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 중 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각에 인접하에 위치하는 메모리셀(MC1, MCn)은 더미셀로 사용될 수도 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 메모리구조물(MS)을 포함할 수 있다. 메모리구조물(MS)는 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 메모리구조물(MS)은 도 9 및 도 10에 도시된 메모리구조물(MS)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 메모리구조물(MS)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The plurality of memory cells MC1 to MCn surround the channel structure 300 and may have a stacked shape spaced apart from each other. Among the plurality of memory cells MC1 to MCn, the memory cells MC1 and MCn positioned adjacent to each of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be used as dummy cells. Each of the plurality of memory cells MC1 to MCn may include a memory structure MS surrounding the channel structure 300 . The memory structure MS may have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 . Also, the memory structure MS may have substantially the same configuration and shape as the memory structure MS shown in FIGS. 9 and 10 . Accordingly, an additional detailed description of the memory structure MS will be omitted.

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)는 각각 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1게이트구조물(420, 520) 및 제1게이트구조물(420, 520)과 갭(208)을 갖고 이웃하는 제2게이트구조물(430, 530)을 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)는 각각 채널구조물을(300) 공유하고, 메모리셀들(MC1~MCn) 일측 및 타측에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1스위칭 소자(400)는 소스막(SL)과 메모리셀들(MC1~MCn) 사이에 위치할 수 있고, 제2스위칭 소자(500)는 비트라인(BL)과 메모리셀들(MC1~MCn) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)는 소스선택트랜지스터(SST)로 작용할 수 있고, 제2스위칭 소자(500)는 드레인선택트랜지스터(DST)로 작용할 수 있다. 채널구조물(300)이 연장된 방향 즉, 채널길이 방향으로 제1스위칭 소자(400)와 제2스위칭 소자(500)는 대칭적인 형상을 가질 수 있다. The first switching device 400 and the second switching device 500 each have a gap 208 with the first gate structures 420 and 520 including negative capacitors and the first gate structures 420 and 520 and adjacent to each other. It may include second gate structures 430 and 530 . The first switching element 400 and the second switching element 500 may each share a channel structure 300 and may be located on one side and the other side of the memory cells MC1 to MCn. Specifically, the first switching element 400 may be positioned between the source layer SL and the memory cells MC1 to MCn, and the second switching element 500 may include the bit line BL and the memory cells MC1 to MCn. It can be located between MC1~MCn). Accordingly, the first switching element 400 may act as a source select transistor SST, and the second switching element 500 may act as a drain select transistor DST. In the direction in which the channel structure 300 extends, that is, in the channel length direction, the first switching element 400 and the second switching element 500 may have symmetrical shapes.

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 GAA(gate all around) 구조를 갖는 제1게이트구조물(420, 520) 및 제2게이트구조물(430, 530)을 포함할 수 있다. Each of the first switching device 400 and the second switching device 500 has a first gate structure 420 and 520 and a second gate structure 430 having a gate all around (GAA) structure surrounding the channel structure 300 . , 530) may be included.

제1게이트구조물(420, 520)은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 제1게이트구조물(420, 520)은 채널막(304)을 감싸는 제1게이트절연막(220), 제1게이트절연막(220)을 감싸고, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막(222) 및 제2게이트절연막(222)을 감싸고 평판형태를 갖는 제1게이트전극(224)을 포함할 수 있다. 제1게이트구조물(420, 520)은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는 바, 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The first gate structures 420 and 520 may have substantially the same configuration as the first gate stack GS1 illustrated in FIG. 3 . That is, the first gate structures 420 and 520 include the first gate insulating layer 220 surrounding the channel layer 304 and the second gate insulating layer 220 surrounding the first gate insulating layer 220 and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. The gate insulating layer 222 and the second gate insulating layer 222 may include a first gate electrode 224 having a flat plate shape. The first gate structures 420 and 520 have substantially the same configuration as the first gate stack GS1 shown in FIG. 3 , and thus a detailed description thereof will be omitted.

제2게이트구조물(430, 530)은 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 제2게이트구조물(430, 530)은 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각의 메모리구조물(MS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 제2게이트구조물(430, 530)은 채널막(304)을 감싸는 터널절연막(230), 터널절연막(230)을 감싸는 전하트랩막(232), 전하트랩막(232)을 감싸는 블록킹막(234) 및 블록킹막(234)을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극(236)을 포함할 수 있다. 제2게이트구조물(430, 530)은 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 바, 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The second gate structures 430 and 530 may have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 . In addition, the second gate structures 430 and 530 may have substantially the same configuration as the memory structures MS of each of the plurality of memory cells MC1 to MCn. That is, the second gate structures 430 and 530 include a tunnel insulating layer 230 surrounding the channel layer 304 , a charge trap layer 232 surrounding the tunnel insulating layer 230 , and a blocking layer surrounding the charge trap layer 232 . 234 ) and a second gate electrode 236 surrounding the blocking film 234 and having a flat plate shape. Since the second gate structures 430 and 530 have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 , a detailed description thereof will be omitted.

제1스위칭 소자(400)의 제1게이트구조물(420) 및 제2게이트구조물(430) 각각에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236)은 각각 제1소스선택라인(SSL1) 및 제2소스선택라인(SSL2)으로 작용할 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)의 제1게이트구조물(420) 및 제2게이트구조물(430) 각각은 제1소스선택트랜지스터(SST1) 및 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 게이트로 작용할 수 있다. In each of the first gate structure 420 and the second gate structure 430 of the first switching device 400 , the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 are connected to the first source selection line SSL1 , respectively. and a second source selection line SSL2. Accordingly, each of the first gate structure 420 and the second gate structure 430 of the first switching device 400 may function as a gate of the first source select transistor SST1 and the second source select transistor SST2. .

제2스위칭 소자(500)의 제1게이트구조물(520) 및 제2게이트구조물(530) 각각에서 제1게이트전극(224) 및 제2게이트전극(236)은 각각 제2드레인선택라인(DSL2) 및 제1드레인선택라인(DSL1)으로 작용할 수 있다. 따라서, 제2스위칭 소자(500)의 제1게이트구조물(520) 및 제2게이트구조물(530) 각각은 제2드레인선택트랜지스터(DST2) 및 제1드레인선택트랜지스터(DST1)의 게이트로 작용할 수 있다. In each of the first gate structure 520 and the second gate structure 530 of the second switching device 500 , the first gate electrode 224 and the second gate electrode 236 are connected to the second drain selection line DSL2 , respectively. and a first drain selection line DSL1 . Accordingly, each of the first gate structure 520 and the second gate structure 530 of the second switching device 500 may function as a gate of the second drain select transistor DST2 and the first drain select transistor DST1 . .

제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 소스막(SL), 비트라인(BL) 및 메모리셀들(MC1~MCn)의 프로그램 동작, 소거 동작 및 리드 동작은 공지된 방법을 사용할 수 있다. The turn-on operation and turn-off operation of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 4 . In addition, a known method may be used for the program operation, the erase operation, and the read operation of the source layer SL, the bit line BL, and the memory cells MC1 to MCn.

한편, 본 실시예에서는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각이 모두 네거티브 캐패시터를 구비하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 중 어느 하나만이 네거티브 캐패시터를 구비할 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the case in which each of the first switching element 400 and the second switching element 500 includes a negative capacitor is exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, only one of the first switching element 400 and the second switching element 500 may include a negative capacitor.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 구비함으로써, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the first switching device 400 and the second switching device 500 having a negative capacitor, thereby improving the operating speed and operating reliability of the semiconductor memory device. can

도 15a 내지 도 15i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조방법을 도시한 단면도이다. 참고로, 도 15a 내지 도 15i는 도 12 내지 도 14에 도시된 반도체 메모리 장치의 제조방법의 일례를 설명하기 위한 것으로, 공정상의 이유로 도 13에 도시된 것과 단면형상이 일부 상이할 수 있다. 15A to 15I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention. For reference, FIGS. 15A to 15I are provided to explain an example of the method of manufacturing the semiconductor memory device illustrated in FIGS. 12 to 14 , and cross-sectional shapes may be partially different from those illustrated in FIG. 13 for process reasons.

도 15a에 도시된 바와 같이 소정의 구조물 예컨대, 주변회로가 형성된 기판(50) 상에 예비-소스막(54A)을 형성한다. 예비-소스막(54A)은 불순물이 도핑된 반도체막 사이에 제1희생막(52)이 삽입된 형태로 형성할 수 있다. 예를 들어, 예비-소스막(54A)은 n형 불순물이 도핑된 제1실리콘막(51), 제1희생막(52) 및 n형 불순물이 도핑된 제2실리콘막(53)이 순차적으로 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. As shown in FIG. 15A , a pre-source layer 54A is formed on the substrate 50 on which a predetermined structure, for example, a peripheral circuit is formed. The pre-source layer 54A may be formed in a form in which the first sacrificial layer 52 is inserted between the semiconductor layers doped with impurities. For example, in the pre-source layer 54A, a first silicon layer 51 doped with n-type impurities, a first sacrificial layer 52 , and a second silicon layer 53 doped with n-type impurities are sequentially formed. It can be formed as a laminated laminated film.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 예비-소스막(54A)을 형성하기 이전에 예비-소스막(54A)과 기판(50) 사이에 분리절연막을 형성할 수 있다. 분리절연막은 예비-소스막(54A)과 기판(50) 사이를 전기적으로 분리시키고, 공정간 기판(50)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawings, a separation insulating layer may be formed between the pre-source layer 54A and the substrate 50 before the pre-source layer 54A is formed. The isolation insulating layer electrically separates the pre-source layer 54A and the substrate 50 and may serve to prevent the substrate 50 from being damaged between processes.

다음으로, 제1물질막(55)과 제2물질막(56)이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체(57)를 형성한 후, 제1적층체(57) 및 예비-소스막(54A)의 제1희생막(52)을 관통하는 제1오픈부(58)를 형성한다. 제1적층체(57) 및 제1오픈부(58)는 소스선택트랜지스터를 형성하기 위한 것이다. 제1적층체(57)의 최하층 및 최상층에는 제1물질막(55)이 위치할 수 있다. 후속 공정을 통해 제1물질막(55)은 적층된 게이트도전막 사이를 분리하는 층간절연막으로 작용할 수 있고, 제2물질막(56)은 게이트도전막을 형성하기 위한 희생막으로 작용할 수 있다. 이를 위해, 제1물질막(55)은 제2물질막(56)과 식각선택비를 갖는 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1물질막(55)은 산화물을 포함할 수 있고, 제2물질막(56)은 질화물을 포함할 수 있다. Next, after forming the first stacked body 57 in which the first material layer 55 and the second material layer 56 are alternately stacked at least once or more, the first stacked body 57 and the pre-source layer are formed. A first open portion 58 passing through the first sacrificial film 52 of 54A is formed. The first stacked body 57 and the first open portion 58 are for forming a source select transistor. The first material layer 55 may be positioned on the lowermost layer and the uppermost layer of the first stacked body 57 . Through a subsequent process, the first material layer 55 may function as an interlayer insulating layer separating the stacked gate conductive layers, and the second material layer 56 may function as a sacrificial layer for forming the gate conductive layer. To this end, the first material layer 55 may be formed of a material having an etch selectivity to the second material layer 56 . For example, the first material layer 55 may include an oxide, and the second material layer 56 may include a nitride.

도 15b에 도시된 바와 같이, 제1오픈부(58)의 표면을 따라 제1강유전체막(59)을 형성한다. 제1오픈부(58)의 표면은 제1오픈부(58)의 측면 및 저면일 수 있다. 여기서, 제1강유전체막(59)은 네거티브 캐패시터의 유전체로서 제1선택 트랜지스터의 제2게이트절연막으로 작용할 수 있다. 제1강유전체막(59)은 원자층증착법을 사용하여 300℃ 이하의 온도에서 형성할 수 있다. 그리고, 박막 증착이 완료된 후, 400℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 어닐 공정을 진행할 수 있다. As shown in FIG. 15B , a first ferroelectric film 59 is formed along the surface of the first open part 58 . A surface of the first open part 58 may be a side surface and a bottom surface of the first open part 58 . Here, the first ferroelectric film 59 is a dielectric of the negative capacitor and may serve as a second gate insulating film of the first selection transistor. The first ferroelectric film 59 may be formed at a temperature of 300° C. or less by using an atomic layer deposition method. And, after the thin film deposition is completed, an annealing process may be performed at a temperature in the range of 400°C to 900°C.

다음으로, 제1강유전체막(59) 상에 제1오픈부(58)를 갭필하는 제2희생막(60)을 형성한다. 제2희생막(60)은 후속 공정간 제1강유전체막(59)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다. Next, a second sacrificial film 60 for gap-filling the first open portion 58 is formed on the first ferroelectric film 59 . The second sacrificial film 60 may serve to protect the first ferroelectric film 59 between subsequent processes.

도 15c에 도시된 바와 같이, 제1물질막(55)과 제2물질막(56)이 복수회 교번 적층된 제2적층체(61)를 형성한다. 제2적층체(61)에서 최하층에는 제2물질막(56)이 위치할 수 있고, 최상층에는 제1물질막(55)이 위치할 수 있으며, 최상층에 위치하는 제1물질막(55)은 상대적으로 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 이는, 후속 공정에서 캡핑막을 형성할 공간을 확보하기 위함이다. As shown in FIG. 15C , a second stacked body 61 in which the first material layer 55 and the second material layer 56 are alternately stacked a plurality of times is formed. In the second stacked body 61 , the second material film 56 may be positioned on the lowermost layer, the first material film 55 may be positioned on the uppermost layer, and the first material film 55 positioned on the uppermost layer is It may have a relatively larger thickness. This is to secure a space for forming a capping layer in a subsequent process.

다음으로, 제2적층체(61)를 선택적으로 식각하여 제2희생막(60)을 노출시키는 제2오픈부(62)를 형성한 후, 제2오픈부(62)의 측벽에 메모리막(63)을 형성한다. 메모리막(63)은 전하트랩막 또는 전하트랩막과 블록킹막이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 전하트랩막은 질화물을 포함할 수 있고, 블록킹막은 산화물을 포함할 수 있다. Next, after forming the second open portion 62 exposing the second sacrificial film 60 by selectively etching the second stacked body 61 , the memory film ( 63) is formed. The memory layer 63 may be formed as a charge trap layer or a stacked layer in which a charge trap layer and a blocking layer are stacked. The charge trap layer may include a nitride, and the blocking layer may include an oxide.

도 15d에 도시된 바와 같이, 제2오픈부(62)를 통해 노출된 제2희생막(60)을 제거하여 제1오픈부(58)와 제2오픈부(62)가 상호 연결된 채널홀을 형성한 후, 채널홀의 표면을 따라 터널절연막(64) 및 채널막(65)을 순차적으로 형성한다. 터널절연막(64)은 산화물을 포함할 수 있고, 채널막(65)은 반도체막을 포함할 수 있다. 제1적층체(57)에 형성된 터널절연막(64)은 소스선택트랜지스터의 게이트절연막으로 작용할 수 있다.As shown in FIG. 15D , the channel hole through which the first open part 58 and the second open part 62 are interconnected is formed by removing the second sacrificial film 60 exposed through the second open part 62 . After forming, a tunnel insulating film 64 and a channel film 65 are sequentially formed along the surface of the channel hole. The tunnel insulating layer 64 may include an oxide, and the channel layer 65 may include a semiconductor layer. The tunnel insulating layer 64 formed on the first stacked body 57 may act as a gate insulating layer of the source select transistor.

다음으로, 채널막(65) 상에 채널홀을 갭필하도록 코어필라(66)을 형성한다. 코어필라(66)은 산화물을 포함할 수 있다. Next, a core pillar 66 is formed on the channel layer 65 to gap-fill the channel hole. The core pillar 66 may include an oxide.

다음으로, 제2적층체(61), 메모리막(63), 터널절연막(64), 채널막(65) 및 코어필라(66) 일부를 선택적으로 식각하여 제3오픈부(67)를 형성한다. 제3오픈부(67)는 제2선택 트랜지스터를 형성하기 위한 것으로, 제2적층체(61)의 제2물질막(56)들 중 적어도 최상단에 위치하는 제2물질막(56)을 관통하도록 형성할 수 있다.Next, the second stacked body 61 , the memory layer 63 , the tunnel insulating layer 64 , the channel layer 65 , and a portion of the core pillar 66 are selectively etched to form a third open part 67 . . The third open part 67 is for forming a second selection transistor, and is formed to penetrate through at least the second material layer 56 positioned at the top of the second material layers 56 of the second stacked body 61 . can be formed

도 15e에 도시된 바와 같이, 제3오픈부(67)의 측벽에 제2강유전체막(68)을 형성한다. 제2강유전체막(68)은 네거티브 캐패시터의 유전체로서, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 15E , a second ferroelectric film 68 is formed on the sidewall of the third open part 67 . The second ferroelectric layer 68 is a negative capacitor dielectric, and may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance.

다음으로, 제2강유전체막(68)이 형성된 제3오픈부(67)의 측벽에 터널절연막(64), 채널막(65) 및 코어필라(66)을 순차적으로 형성한다. 터널절연막(64)은 드레인선택트랜지스터의 게이트절연막으로 작용할 수 있다.Next, a tunnel insulating layer 64 , a channel layer 65 , and a core pillar 66 are sequentially formed on the sidewall of the third open part 67 on which the second ferroelectric layer 68 is formed. The tunnel insulating layer 64 may act as a gate insulating layer of the drain select transistor.

한편, 본 실시예에서는 제3오픈부(67)를 형성하고, 제2강유전체막(68)을 형성한 이후에 재차 터널절연막(64), 채널막(65) 및 코어필라(66)을 형성하는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제3오픈부(67)를 형성하지 않고, 희생막을 활용하여 제1오픈부(58) 내지 제3오픈부(67)를 가로지르는 터널절연막(64), 채널막(65) 및 코어필라(66)을 한번에 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제2오픈부(62)를 형성한 후, 제2오픈부(62)를 일부 매립하는 희생막을 형성하고, 제2오픈부(62)의 상단부 측벽에 제2강유전체막(68)을 형성한 후, 제1오픈부(58) 및 제2오픈부(62) 내 희생막을 제거하고, 터널절연막(64), 채널막(65) 및 코어필라(66)을 순차적으로 형성할 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the third open portion 67 is formed, and after the second ferroelectric film 68 is formed, the tunnel insulating film 64 , the channel film 65 and the core pillar 66 are formed again. The case has been exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, the tunnel insulating film 64 , the channel film 65 and The core pillars 66 may be formed at once. For example, after forming the second open portion 62 , a sacrificial film partially filling the second open portion 62 is formed, and a second ferroelectric film 68 is formed on the sidewall of the upper end of the second open portion 62 . After forming the sacrificial layers in the first open part 58 and the second open part 62 , the tunnel insulating layer 64 , the channel layer 65 , and the core pillar 66 may be sequentially formed. .

다음으로, 코어필라(66)을 소정 두께 리세스한 후, 리세스된 공간에 채널막(65)과 접하는 캡핑막(69)을 형성한다. 캡핑막(69)은 불순물이 도핑된 반도체막 예컨대, n형 불순물이 도핑된 실리콘막으로 형성할 수 있다. 캡핑막(69)은 제2선택 트랜지스터의 접합영역 예컨대, 드레인으로 작용할 수 있다. Next, after the core pillar 66 is recessed to a predetermined thickness, a capping layer 69 in contact with the channel layer 65 is formed in the recessed space. The capping film 69 may be formed of a semiconductor film doped with an impurity, for example, a silicon film doped with an n-type impurity. The capping layer 69 may serve as a junction region of the second selection transistor, for example, a drain.

도 15f에 도시된 바와 같이, 제1적층체(57) 및 제2적층체(61)를 관통하고, 예비-소스막(54A)의 제1희생막(52)을 노출시키는 제4오픈부(70)를 형성한다. 제4오픈부(70)는 공통소스라인(74) 또는 지지구조물을 형성하기 위한 것일 수 있다. 제4오픈부(70)의 평면은 슬릿형상을 가질 수 있다. As shown in FIG. 15F , a fourth open part penetrating through the first laminate 57 and the second laminate 61 and exposing the first sacrificial film 52 of the pre-source film 54A ( 70) is formed. The fourth open part 70 may be for forming the common source line 74 or a support structure. A plane of the fourth open part 70 may have a slit shape.

다음으로, 제4오픈부(70)를 통해 제1적층체(57) 및 제2적층체(61)에서 제2물질막(56)을 제거한다. 제2물질막(56)을 선택적으로 제거하는 식각공정을 통해 게이트도전막이 형성될 공간을 확보할 수 있다.Next, the second material layer 56 is removed from the first stacked body 57 and the second stacked body 61 through the fourth open part 70 . Through an etching process of selectively removing the second material layer 56 , a space for forming the gate conductive layer may be secured.

도 15g에 도시된 바와 같이, 제2물질막(56)이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 복수의 게이트도전막(71)을 형성한다. 게이츠도전막을 형성하기 위한 도전물질로는 금속성물질을 사용할 수 있다. As shown in FIG. 15G , a plurality of gate conductive layers 71 are formed by gap-filling a conductive material in the space where the second material layer 56 is removed. A metallic material may be used as a conductive material for forming the gate conductive film.

다음으로, 적층된 복수의 게이트도전막(71) 사이를 분리시키기 위한 분리공정 예컨대, 에치백 공정을 진행한 후, 제4오픈부(70)의 측벽에 스페이서(72)를 형성한다. 스페이서(72)는 산화물, 질화물 및 산질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 적층막으로 형성할 수 있다. Next, after performing a separation process for separating the plurality of stacked gate conductive layers 71 , for example, an etch-back process, a spacer 72 is formed on the sidewall of the fourth open part 70 . The spacer 72 may be formed of any one or two or more stacked layers selected from the group consisting of oxide, nitride, and oxynitride.

도 15h에 도시된 바와 같이, 제4오픈부(70)를 통해 노출된 예비-소스막(54A)의 제1희생막(52)을 제거하고, 제1희생막(52)을 제거함에 따라 노출된 터널절연막(64) 및 제1강유전체막(59)을 순차적으로 제거하여 채널막(65)을 노출시킨다. As shown in FIG. 15H , the first sacrificial layer 52 of the pre-source layer 54A exposed through the fourth open part 70 is removed, and as the first sacrificial layer 52 is removed, it is exposed. The tunnel insulating layer 64 and the first ferroelectric layer 59 are sequentially removed to expose the channel layer 65 .

도 15i에 도시된 바와 같이, 제1희생막(52)이 제거된 공간을 갭필하도록 도전막을 형성한다. 제1희생막(52)이 제거된 공간을 갭필하는 도전막은 반도체막 예컨대, n형 불순물이 도핑된 제3실리콘막(73)으로 형성할 수 있다. 제3실리콘막(73)은 채널막(65)과 접할 수 있고, 제3실리콘막(73)의 불순물 도핑농도는 제1실리콘막(51) 및 제2실리콘막(53)의 불순물 도핑농도보다 더 클 수 있다. As shown in FIG. 15I , a conductive layer is formed to gap-fill the space where the first sacrificial layer 52 is removed. The conductive layer gap-filling the space from which the first sacrificial layer 52 is removed may be formed of a semiconductor layer, for example, the third silicon layer 73 doped with an n-type impurity. The third silicon layer 73 may be in contact with the channel layer 65 , and the impurity doping concentration of the third silicon layer 73 is higher than that of the first silicon layer 51 and the second silicon layer 53 . could be bigger

이로써, 제1실리콘막(51) 내지 제3실리콘막(73)을 포함하고, 채널막(65)과 접하는 소스막(54)을 형성할 수 있다. Accordingly, the source film 54 including the first silicon film 51 to the third silicon film 73 and in contact with the channel film 65 may be formed.

다음으로, 제4오픈부(70)를 갭필하고 소스막(54)과 접하는 공통소스라인(74)을 형성한다. 공통소스라인(74)은 반도체막으로 형성하거나, 또는 반도체막과 금속성막이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 반도체막은 n형 불순물이 도핑된 실리콘막으로 형성할 수 있으며, 소스라인의 n형 불순물이 도핑된 제3실리콘막(73) 형성공정시 함께 형성할 수 있다. Next, the fourth open portion 70 is gap-filled and a common source line 74 in contact with the source layer 54 is formed. The common source line 74 may be formed of a semiconductor film or a stacked film in which a semiconductor film and a metallic film are stacked. The semiconductor film may be formed of a silicon film doped with an n-type impurity, and may be formed together during the process of forming the third silicon film 73 doped with the n-type impurity of the source line.

한편, 본 실시예에서는 제4오픈부(70)에 공통소스라인(74)에 형성되는 경우를 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 변형예로서, 제4오픈부(70)에는 절연물질이 갭필되어 제1적층체(57) 내지 제3적층체를 지지하는 지지구조물이 형성될 수도 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the case in which the fourth open portion 70 is formed on the common source line 74 has been exemplified, but the present invention is not limited thereto. As a modification, an insulating material may be gap-filled in the fourth open part 70 to form a support structure supporting the first stacked body 57 to the third stacked body.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다. 16 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 16에 도시된 바와 같이, 메모리 블록(BLK3)은 소스막(SL) 및 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 공통으로 연결된 복수의 셀스트링들(CS3)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀스트링들(CS3)은 복수의 비트라인들(BL)에 연결될 수 있다.16 , the memory block BLK3 may include a source layer SL and a plurality of cell strings CS3 commonly connected to a plurality of word lines WL1 to WLn. In addition, the plurality of cell strings CS3 may be connected to the plurality of bit lines BL.

복수의 셀스트링들(CS3) 각각은 소스막(SL)에 연결된 소스선택트랜지스터들(SST1, SST2), 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터(DST) 및 소스선택트랜지스터들(SST1, SST2)과 드레인선택트랜지스터(DST) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn)을 포함할 수 있다. 소스막(SL)에 연결된 제1소스선택트랜지스터(SST1) 및 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터(DST) 각각은 네거티브 캐패시터를 구비할 수 있다. Each of the plurality of cell strings CS3 includes source select transistors SST1 and SST2 connected to the source layer SL, drain select transistor DST and source select transistors SST1 and SST2 connected to the bit line BL. and a plurality of memory cells MC1 to MCn connected in series between the drain select transistor DST. Each of the first source select transistor SST1 connected to the source layer SL and the drain select transistor DST connected to the bit line BL may include a negative capacitor.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 서로 이격되어 적층된 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL1~WLn)은 소스선택라인들(SSL1, SSL1)과 드레인선택라인(DSL1, DSL2) 사이에 배치될 수 있다. Gates of the plurality of memory cells MC1 to MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL1 to WLn that are spaced apart from each other and stacked. The plurality of word lines WL1 to WLn may be disposed between the source select lines SSL1 and SSL1 and the drain select lines DSL1 and DSL2 .

제1소스선택라인(SSL1)은 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 게이트전극에 연결될 수 있고, 제2소스선택라인(SSL2)은 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 제1게이트전극에 연결될 수 있다. 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 소스 및 드레인은 각각 스막(SL) 및 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 소스에 연결될 수 있다. 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 드레인은 메모리셀(MC1)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2소스선택라인(SSL2)는 제1소스선택라인(SSL1)보다 상부에 위치할 수 있다. The first source select line SSL1 may be connected to the gate electrode of the first source select transistor SST1 , and the second source select line SSL2 may be connected to the first gate electrode of the second source select transistor SST2 . have. The source and drain of the first source select transistor SST1 may be connected to the source of the smok SL and the second source select transistor SST2 , respectively. A drain of the second source select transistor SST2 may be connected to the memory cell MC1 . In addition, the second source selection line SSL2 may be positioned above the first source selection line SSL1 .

제1드레인선택라인(DSL1)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제1게이트전극에 연결될 수 있고, 제2드레인선택라인(DSL2)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 여기서, 드레인선택트랜지스터(DST)의 제1게이트전극은 네거티브 캐패시턴스를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 드레인선택트랜지스터(DST)의 제2게이트전극은 채널 온/오프를 제어하는 역할을 수행할 수 있다.The first drain select line DSL1 may be connected to a first gate electrode of the drain select transistor DST, and the second drain select line DSL2 may be connected to a second gate electrode of the drain select transistor DST. Here, the first gate electrode of the drain select transistor DST may serve to control the negative capacitance. In addition, the second gate electrode of the drain select transistor DST may serve to control channel on/off.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.17 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 셀스트링(CS3)은 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이에 위치하는 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn), 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 포함할 수 있다.16 and 17 , the cell string CS3 according to the embodiment includes a channel structure 300 positioned between the source layer SL and the bit line BL, and a plurality of memory cells MC1 to MCn), the first switching element 400 and the second switching element 500 may be included.

채널구조물(300)은 서로 이격되어 적층된 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이를 연결하고, 수직방향으로 연장된 기둥 형상을 가질 수 있다. 채널구조물(300)은 코어필라(302), 캡핑막(306) 및 채널막(304)을 포함할 수 있다. 채널구조물(300)은 도 9에 도시된 채널구조물(300)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 채널구조물(300)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The channel structure 300 connects between the source layer SL and the bit line BL stacked apart from each other and may have a vertical column shape. The channel structure 300 may include a core pillar 302 , a capping layer 306 , and a channel layer 304 . The channel structure 300 may have substantially the same configuration and shape as the channel structure 300 illustrated in FIG. 9 . Accordingly, an additional detailed description of the channel structure 300 will be omitted.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)은 채널구조물(300)을 둘러싸고, 서로 이격된 적층된 형태를 가질 수 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 중 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각에 인접하에 위치하는 메모리셀(MC1, MCn)은 더미셀로 사용될 수도 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 메모리구조물(MS)을 포함할 수 있다. 메모리구조물(MS)은 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 메모리구조물(MS)은 도 9 및 도 10에 도시된 메모리구조물(MS)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 메모리구조물(MS)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. The plurality of memory cells MC1 to MCn surround the channel structure 300 and may have a stacked shape spaced apart from each other. Among the plurality of memory cells MC1 to MCn, the memory cells MC1 and MCn positioned adjacent to each of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be used as dummy cells. Each of the plurality of memory cells MC1 to MCn may include a memory structure MS surrounding the channel structure 300 . The memory structure MS may have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 . Also, the memory structure MS may have substantially the same configuration and shape as the memory structure MS shown in FIGS. 9 and 10 . Accordingly, an additional detailed description of the memory structure MS will be omitted.

제1스위칭 소자(400)는 제1소스선택트랜지스터(SST1) 및 제2소스선택트랜지스터(SST2)를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(400)는 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1게이트구조물(420) 및 제1게이트구조물(420)과 갭을 갖고 이웃하는 제2게이트구조물(430)을 포함할 수 있다. 제1게이트구조물(420)은 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(400)는 도 3에 도시된 스위칭 소자(SE2)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 제1스위칭 소자(400)는 도 13 및 도 14에 도시된 제1스위칭 소자(400)와 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다.The first switching element 400 may include a first source select transistor SST1 and a second source select transistor SST2 . The first switching device 400 may include a first gate structure 420 including a negative capacitor and a second gate structure 430 adjacent to the first gate structure 420 with a gap. The first gate structure 420 may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. The first switching element 400 may have substantially the same configuration as the switching element SE2 illustrated in FIG. 3 . Also, the first switching element 400 may have substantially the same configuration and shape as the first switching element 400 illustrated in FIGS. 13 and 14 . Accordingly, an additional detailed description of the first switching element 400 will be omitted.

제2스위칭 소자(500)는 드레인선택트랜지스터(DST)를 포함할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)는 네거티브 캐패시터를 포함하는 게이트구조물(510)을 포함할 수 있다. 제1게이트구조물(510)은 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)는 도 1에 도시된 스위칭 소자(SE1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 제2스위칭 소자(500)는 도 9 및 도 10에 도시된 제2스위칭 소자(500)와 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2스위칭 소자(500)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The second switching device 500 may include a drain select transistor DST. The second switching device 500 may include a gate structure 510 including a negative capacitor. The first gate structure 510 may optionally include a ferroelectric having a negative capacitance. The second switching element 500 may have substantially the same configuration as the switching element SE1 illustrated in FIG. 1 . Also, the second switching element 500 may have substantially the same configuration and shape as the second switching element 500 illustrated in FIGS. 9 and 10 . Accordingly, an additional detailed description of the second switching element 500 will be omitted.

제1스위칭 소자(400)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 소스막(SL), 비트라인(BL) 및 메모리셀들(MC1~MCn)의 프로그램 동작, 소거 동작 및 리드 동작은 공지된 방법을 사용할 수 있다.The turn-on operation and the turn-off operation of the first switching element 400 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 4 . The turn-on operation and the turn-off operation of the second switching element 500 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 2 . In addition, a known method may be used for the program operation, the erase operation, and the read operation of the source layer SL, the bit line BL, and the memory cells MC1 to MCn.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 구비함으로써, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the first switching device 400 and the second switching device 500 having a negative capacitor, thereby improving the operating speed and operating reliability of the semiconductor memory device. can

여기서, 제1스위칭 소자(400)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하고, 각각 독립적으로 제어할 수 있는 제1게이트구조물(420) 및 제2게이트구조물(430)을 구비함으로서, 소스선택트랜지스터들(SST1, SST2)의 적층 개수를 증가시키지 않고도 복수개의 셀스트링들(CS3)를 빠른 속도로 제어할 수 있다. Here, the first switching device 400 includes a ferroelectric having a negative capacitance spontaneously induced by a dielectric film of a negative capacitor, and includes a first gate structure 420 and a second gate structure 430 that can be independently controlled. As a result, it is possible to control the plurality of cell strings CS3 at a high speed without increasing the stacked number of the source select transistors SST1 and SST2.

그리고, 제2스위칭 소자(500)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하고, 게이트구조물(510)에 인가되는 바이어스를 이용하여 캐패시턴스 극성, 용량 채널의 포텐셜레벨을 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 소거 동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, the second switching device 500 includes a ferroelectric selectively having a negative capacitance as a dielectric layer of a negative capacitor, and selectively controls a capacitance polarity and a potential level of a capacitance channel using a bias applied to the gate structure 510 . Therefore, it is possible to improve the operation speed and operation reliability of the semiconductor memory device. In particular, the reliability of the erase operation may be improved.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다. 18 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 18에 도시된 바와 같이, 메모리 블록(BLK4)은 소스막(SL) 및 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 공통으로 연결된 복수의 셀스트링들(CS4)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀스트링들(CS4)은 복수의 비트라인들(BL)에 연결될 수 있다.18 , the memory block BLK4 may include a source layer SL and a plurality of cell strings CS4 commonly connected to a plurality of word lines WL1 to WLn. In addition, the plurality of cell strings CS4 may be connected to the plurality of bit lines BL.

복수의 셀스트링들(CS4) 각각은 소스막(SL)에 연결된 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3), 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터(DST) 및 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3)과 드레인선택트랜지스터(DST) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3) 및 드레인선택트랜지스터(DST)는 각각 네거티브 캐패시터를 구비할 수 있다.Each of the plurality of cell strings CS4 includes source select transistors SST1 to SST3 connected to the source layer SL, drain select transistor DST and source select transistors SST1 to SST3 connected to the bit line BL. and a plurality of memory cells MC1 to MCn connected in series between the drain select transistor DST. Here, each of the source select transistors SST1 to SST3 and the drain select transistor DST may include a negative capacitor.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 서로 이격되어 적층된 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL1~WLn)은 소스선택라인들(SSL1~SSL4)과 드레인선택라인들(DSL1, DSL2) 사이에 배치될 수 있다. Gates of the plurality of memory cells MC1 to MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL1 to WLn that are spaced apart from each other and stacked. The plurality of word lines WL1 to WLn may be disposed between the source select lines SSL1 to SSL4 and the drain select lines DSL1 and DSL2 .

제1소스선택라인(SSL1)은 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 게이트전극에 연결될 수 있고, 제2소스선택라인(SSL2)은 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 게이트전극에 연결될 수 있다. 그리고, 제3소스선택라인(SSL3) 및 제4소스선택라인(SSL4) 각각은 제3소스선택트랜지스터(SST3)의 제1게이트전극 및 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 제1소스선택트랜지스터(SST1) 내지 제3소스선택트랜지스터(SST3)는 직렬로 연결될 수 있고, 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 일측은 소스막(SL)에 연결될 수 있으며, 제3소스선택트랜지스터(SST3)의 타측은 메모리셀(MC1)에 연결될 수 있다. The first source select line SSL1 may be connected to the gate electrode of the first source select transistor SST1 , and the second source select line SSL2 may be connected to the gate electrode of the second source select transistor SST2 . In addition, each of the third source selection line SSL3 and the fourth source selection line SSL4 may be connected to the first gate electrode and the second gate electrode of the third source selection transistor SST3 . The first source select transistor SST1 to the third source select transistor SST3 may be connected in series, and one side of the first source select transistor SST1 may be connected to the source film SL, and the third source select transistor The other end of the SST3 may be connected to the memory cell MC1 .

제1드레인선택라인(DSL1)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제1게이트전극에 연결될 수 있고, 제2드레인선택라인(DSL2)은 드레인선택트랜지스터(DST)의 제2게이트전극에 연결될 수 있다.The first drain select line DSL1 may be connected to a first gate electrode of the drain select transistor DST, and the second drain select line DSL2 may be connected to a second gate electrode of the drain select transistor DST.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.19 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 셀스트링(CS4)은 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이에 위치하는 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn), 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 포함할 수 있다.18 and 19 , the cell string CS4 according to the embodiment includes the channel structure 300 and the plurality of memory cells MC1 to located between the source layer SL and the bit line BL. MCn), the first switching element 400 and the second switching element 500 may be included.

채널구조물(300)은 서로 이격되어 적층된 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이를 연결하고, 수직방향으로 연장된 기둥 형상을 가질 수 있다. 채널구조물(300)은 코어필라(302), 캡핑막(306) 및 채널막(304)을 포함할 수 있다. 채널구조물(300)은 도 9에 도시된 채널구조물(300)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 채널구조물(300)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The channel structure 300 connects between the source layer SL and the bit line BL stacked apart from each other and may have a vertical column shape. The channel structure 300 may include a core pillar 302 , a capping layer 306 , and a channel layer 304 . The channel structure 300 may have substantially the same configuration and shape as the channel structure 300 illustrated in FIG. 9 . Accordingly, an additional detailed description of the channel structure 300 will be omitted.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)은 채널구조물(300)을 둘러싸고, 서로 이격된 적층된 형태를 가질 수 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 중 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500) 각각에 인접하에 위치하는 메모리셀(MC1, MCn)은 더미셀로 사용될 수도 있다. 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 각각은 채널구조물(300)을 둘러싸는 메모리구조물(MS)을 포함할 수 있다. 메모리구조물(MS)는 도 3에 도시된 제2게이트스택(GS2)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 메모리구조물(MS)은 도 9 및 도 10에 도시된 메모리구조물(MS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 메모리구조물(MS)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다. The plurality of memory cells MC1 to MCn surround the channel structure 300 and may have a stacked shape spaced apart from each other. Among the plurality of memory cells MC1 to MCn, the memory cells MC1 and MCn positioned adjacent to each of the first switching element 400 and the second switching element 500 may be used as dummy cells. Each of the plurality of memory cells MC1 to MCn may include a memory structure MS surrounding the channel structure 300 . The memory structure MS may have substantially the same configuration as the second gate stack GS2 shown in FIG. 3 . Also, the memory structure MS may have substantially the same configuration as the memory structure MS shown in FIGS. 9 and 10 . Accordingly, an additional detailed description of the memory structure MS will be omitted.

제2스위칭 소자(500)는 드레인선택트랜지스터(DST)를 포함할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)는 네거티브 캐패시터를 포함하는 게이트구조물(540)을 포함할 수 있다. 게이트구조물(540)은 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)는 도 1에 도시된 스위칭 소자(SE1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 제2스위칭 소자(500)는 도 9 및 도 10에 도시된 제2스위칭 소자(500)와 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2스위칭 소자(500)에 대한 추가적인 상세한 설명을 생략하기로 한다.The second switching device 500 may include a drain select transistor DST. The second switching device 500 may include a gate structure 540 including a negative capacitor. The gate structure 540 may optionally include a ferroelectric having a negative capacitance. The second switching element 500 may have substantially the same configuration as the switching element SE1 illustrated in FIG. 1 . Also, the second switching element 500 may have substantially the same configuration and shape as the second switching element 500 illustrated in FIGS. 9 and 10 . Accordingly, an additional detailed description of the second switching element 500 will be omitted.

제1스위칭 소자(400)는 제1소스선택트랜지스터(SST1) 내지 제3소스선택트랜지스터(SST3)를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자(400)는 서로 이격되어 적층되고, 각각 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1게이트구조물(440) 내지 제3게이트구조물(460)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450) 각각은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450) 각각은 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 또한, 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450) 각각은 도 13에 도시된 제1스위칭 소자(400)의 제2게이트구조물(430)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)의 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. The first switching element 400 may include first source select transistors SST1 to third source select transistors SST3 . The first switching device 400 may include a first gate structure 440 to a third gate structure 460 each having a negative capacitor and being spaced apart from each other and stacked. Here, each of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 may have substantially the same configuration as the first gate stack GS1 illustrated in FIG. 3 . Accordingly, each of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. In addition, each of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 may have substantially the same configuration and shape as the second gate structure 430 of the first switching device 400 illustrated in FIG. 13 . . Accordingly, an additional detailed description of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 of the first switching device 400 will be omitted.

제1스위칭 소자(400)에서 제3게이트구조물(460)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 제3게이트구조물(460)은 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 또한, 제3게이트구조물(460)은 도 9에 도시된 제1스위칭 소자(400)의 게이트구조물(410)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)의 제3게이트구조물(460)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the first switching device 400 , the third gate structure 460 may have substantially the same configuration as the gate stack GS shown in FIG. 1 . Accordingly, the third gate structure 460 may selectively include a ferroelectric having a negative capacitance. Also, the third gate structure 460 may have substantially the same configuration and shape as the gate structure 410 of the first switching device 400 illustrated in FIG. 9 . Accordingly, an additional detailed description of the third gate structure 460 of the first switching device 400 will be omitted.

제2스위칭 소자(500)가 하나의 드레인선택트랜지스터(DST)로 구성된 것에 반해, 제1스위칭 소자(400)는 서로 이격되어 적층된 제1소스선택트랜지스터(SST1) 내지 제3소스선택트랜지스터(SST3)로 구성된 것은 채널구조물(300)의 형상에 기인한 것일 수 있다. 구체적으로, 채널구조물(300)은 공정상의 이유로 인해 제2스위칭 소자(500)가 위치하는 상단부 직경보다 제1스위칭 소자(400)가 위치하는 하단부 직경이 작을 수 밖에 없다. 따라서, 제1스위칭 소자(400)가 제2스위칭 소자(500)보다 더 많은 트랜지스터들을 포함하도록 구성하면, 제1스위칭 소자(400)에 인접한 메모리셀(MC1)에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 채널구조물(300)에서 상대적으로 직경이 작은 하단부에 위치하는 트랜지스터들의 문턱전압이 게이트전극에 인가되는 바이어스에 보다 민감하게 반응하기 때문에 동작 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 제1스위칭 소자(400)가 제2스위칭 소자(500)보다 더 많은 트랜지스터들을 포함하도록 구성하면 반도체 메모리 장치의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. While the second switching element 500 is configured with one drain select transistor DST, the first switching element 400 has first to third source select transistors SST1 to SST3 spaced apart from each other and stacked. ) may be due to the shape of the channel structure 300 . Specifically, the diameter of the lower end of the channel structure 300 at which the first switching element 400 is located is inevitably smaller than the diameter of the upper end at which the second switching element 500 is located due to process reasons. Accordingly, if the first switching device 400 includes more transistors than the second switching device 500 , the effect on the memory cell MC1 adjacent to the first switching device 400 may be reduced. In addition, since the threshold voltage of the transistors positioned at the lower end of the channel structure 300 having a relatively small diameter respond more sensitively to the bias applied to the gate electrode, the operating characteristics may be improved. That is, when the first switching element 400 includes more transistors than the second switching element 500 , the operation reliability of the semiconductor memory device may be improved.

제1스위칭 소자(400)에서 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1스위칭 소자(400)의 제3게이트구조물(460) 및 제1스위칭 소자(500)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 소스막(SL), 비트라인(BL) 및 메모리셀들(MC1~MCn)의 프로그램 동작, 소거 동작 및 리드 동작은 공지된 방법을 사용할 수 있다.In the first switching device 400 , the turn-on operation and the turn-off operation of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 4 . The turn-on operation and turn-off operation of the third gate structure 460 of the first switching element 400 and the first switching element 500 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 2 . In addition, a known method may be used for the program operation, the erase operation, and the read operation of the source layer SL, the bit line BL, and the memory cells MC1 to MCn.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 구비함으로써, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the first switching device 400 and the second switching device 500 having a negative capacitor, thereby improving the operating speed and operating reliability of the semiconductor memory device. can

여기서, 제1스위칭 소자(400)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하고, 각각 독립적으로 제어할 수 있는 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450)을 구비함으로서, 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3)의 적층 개수를 증가시키지 않고도 복수개의 셀스트링들(CS4)를 빠른 속도로 제어할 수 있다.Here, the first switching device 400 includes a ferroelectric having a negative capacitance spontaneously induced by a dielectric film of a negative capacitor, and includes a first gate structure 440 and a second gate structure 450 that can be independently controlled. As a result, it is possible to control the plurality of cell strings CS4 at a high speed without increasing the stacked number of the source selection transistors SST1 to SST3 .

또한, 제1스위칭 소자(400)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제3게이트구조물(460)을 구비함으로서, 제3게이트구조물(460)에 인가되는 바이어스를 이용하여 캐패시턴스 극성, 용량 채널의 포텐셜레벨을 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the first switching device 400 includes a third gate structure 460 including a ferroelectric selectively having a negative capacitance as a dielectric film of a negative capacitor, so that a bias applied to the third gate structure 460 is used. Since the capacitance polarity and the potential level of the capacitance channel can be selectively controlled, the operation speed and operation reliability of the semiconductor memory device can be improved.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 메모리 블록을 도시한 회로도이다. 20 is a circuit diagram illustrating a memory block of a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 20에 도시된 바와 같이, 메모리 블록(BLK5)은 소스막(SL) 및 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 공통으로 연결된 복수의 셀스트링들(CS5)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 셀스트링들(CS5)은 복수의 비트라인들(BL)에 연결될 수 있다.As shown in FIG. 20 , the memory block BLK5 may include a source layer SL and a plurality of cell strings CS5 commonly connected to a plurality of word lines WL1 to WLn. In addition, the plurality of cell strings CS5 may be connected to the plurality of bit lines BL.

복수의 셀스트링들(CS5) 각각은 소스막(SL)에 연결된 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3), 비트라인(BL)에 연결된 드레인선택트랜지스터들(DST1, DST2) 및 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3)과 드레인선택트랜지스터들(DST1, DST2) 사이에 직렬로 연결된 복수의 메모리셀들(MC1~MCn)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스선택트랜지스터들(SST1~SST3) 및 드레인선택트랜지스터들(DST1, DST2)는 각각 네거티브 캐패시터를 구비할 수 있다.Each of the plurality of cell strings CS5 includes source select transistors SST1 to SST3 connected to the source layer SL, drain select transistors DST1 and DST2 connected to the bit line BL, and source select transistors SST1 . to SST3) and a plurality of memory cells MC1 to MCn connected in series between the drain select transistors DST1 and DST2. Here, each of the source select transistors SST1 to SST3 and the drain select transistors DST1 and DST2 may include a negative capacitor.

복수의 메모리셀들(MC1~MCn)의 게이트들은 서로 이격되어 적층된 복수의 워드라인들(WL1~WLn)에 각각 연결될 수 있다. 복수의 워드라인들(WL1~WLn)은 소스선택라인들(SSL1~SSL4)과 드레인선택라인들(DSL1~DSL3) 사이에 배치될 수 있다. Gates of the plurality of memory cells MC1 to MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL1 to WLn that are spaced apart from each other and stacked. The plurality of word lines WL1 to WLn may be disposed between the source select lines SSL1 to SSL4 and the drain select lines DSL1 to DSL3 .

제1소스선택라인(SSL1)은 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 게이트전극에 연결될 수 있고, 제2소스선택라인(SSL2)은 제2소스선택트랜지스터(SST2)의 게이트전극에 연결될 수 있다. 그리고, 제3소스선택라인(SSL3) 및 제4소스선택라인(SSL4) 각각은 제3소스선택트랜지스터(SST3)의 제1게이트전극 및 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 제1소스선택트랜지스터(SST1) 내지 제3소스선택트랜지스터(SST3)는 직렬로 연결될 수 있고, 제1소스선택트랜지스터(SST1)의 일측은 소스막(SL)에 연결될 수 있으며, 제3소스선택트랜지스터(SST3)의 타측은 메모리셀(MC1)에 연결될 수 있다. The first source select line SSL1 may be connected to the gate electrode of the first source select transistor SST1 , and the second source select line SSL2 may be connected to the gate electrode of the second source select transistor SST2 . In addition, each of the third source selection line SSL3 and the fourth source selection line SSL4 may be connected to the first gate electrode and the second gate electrode of the third source selection transistor SST3 . The first source select transistor SST1 to the third source select transistor SST3 may be connected in series, and one side of the first source select transistor SST1 may be connected to the source film SL, and the third source select transistor The other end of the SST3 may be connected to the memory cell MC1 .

제1드레인선택라인(DSL1) 및 제2드레인선택라인(DSL2)은 각각 제1드레인선택트랜지스터(DST1)의 제1게이트전극 및 제2게이트전극에 연결될 수 있다. 그리고, 제3드레인선택라인(DSL3)은 제2드레인선택트랜지스터(DST2)의 게이트전극에 연결될 수 있다. 제1드레인선택트랜지스터(DST1)과 제2드레인선택트랜지스터(DST2)는 직렬로 연결될 수 있고, 제1드레인선택트랜지스터(DST1)의 일측은 메모리셀(MCn)에 연결될 수 있으며, 제2드레인선택트랜지스터(DST2)의 타측은 비트라인(BL)에 연결될 수 있다.The first drain selection line DSL1 and the second drain selection line DSL2 may be respectively connected to the first gate electrode and the second gate electrode of the first drain selection transistor DST1 . In addition, the third drain select line DSL3 may be connected to the gate electrode of the second drain select transistor DST2 . The first drain select transistor DST1 and the second drain select transistor DST2 may be connected in series, and one side of the first drain select transistor DST1 may be connected to the memory cell MCn, and the second drain select transistor DST1 may be connected to the memory cell MCn. The other end of the DST2 may be connected to the bit line BL.

도 21는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 셀스트링을 도시한 사시도이다.21 is a perspective view illustrating a cell string of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 셀스트링(CS5)은 소스막(SL)과 비트라인(BL) 사이에 위치하는 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn), 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 포함할 수 있다. 여기서, 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 및 제1스위칭 소자(400)는 도 19에 도시된 채널구조물(300), 복수의 메모리셀들(MC1~MCn) 및 제1스위칭 소자(400) 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 이들에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. 20 and 21 , the cell string CS5 according to the embodiment includes the channel structure 300 and the plurality of memory cells MC1 to located between the source layer SL and the bit line BL. MCn), the first switching element 400 and the second switching element 500 may be included. Here, the channel structure 300, the plurality of memory cells MC1 to MCn, and the first switching element 400 include the channel structure 300, the plurality of memory cells MC1 to MCn and the first switching element 400 shown in FIG. The first switching element 400 may have substantially the same configuration and shape. Accordingly, additional detailed descriptions thereof will be omitted.

제2스위칭 소자(500)는 제1드레인선택트랜지스터(DST1) 및 제2드레인선택트랜지스터(DST2)를 포함할 수 있다. 제2스위칭 소자(500)는 각각 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1게이트구조물(540) 및 제2게이트구조물(550)을 포함할 수 있다. The second switching element 500 may include a first drain select transistor DST1 and a second drain select transistor DST2 . The second switching device 500 may include a first gate structure 540 and a second gate structure 550 each including a negative capacitor.

제2스위칭 소자(500)에서 제1게이트구조물(540)은 도 1에 도시된 게이트스택(GS)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 제1게이트구조물(540)은 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 또한, 제1게이트구조물(540)은 도 9에 도시된 제2스위칭 소자(500)의 게이트구조물(510)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2스위칭 소자(500)의 제1게이트구조물(540)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the second switching device 500 , the first gate structure 540 may have substantially the same configuration as the gate stack GS shown in FIG. 1 . Accordingly, the first gate structure 540 may selectively include a ferroelectric having a negative capacitance. Also, the first gate structure 540 may have substantially the same configuration and shape as the gate structure 510 of the second switching device 500 illustrated in FIG. 9 . Accordingly, an additional detailed description of the first gate structure 540 of the second switching device 500 will be omitted.

제2스위칭 소자(500)에서 제2게이트구조물(550)은 도 3에 도시된 제1게이트스택(GS1)과 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 제2게이트구조물(550)은 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함할 수 있다. 또한, 제2게이트구조물(550)은 도 13에 도시된 제2스위칭 소자(500)의 제2게이트구조물(530)과 실질적으로 동일한 구성 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 제2스위칭 소자(500)의 제2게이트구조물(550)에 대한 추가적인 상세한 설명은 생략하기로 한다. In the second switching device 500 , the second gate structure 550 may have substantially the same configuration as the first gate stack GS1 illustrated in FIG. 3 . Accordingly, the second gate structure 550 may include a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance. Also, the second gate structure 550 may have substantially the same configuration and shape as the second gate structure 530 of the second switching device 500 illustrated in FIG. 13 . Accordingly, an additional detailed description of the second gate structure 550 of the second switching device 500 will be omitted.

제1스위칭 소자(400)에서 제1게이트구조물(440) 및 제2게이트구조물(450)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제2스위칭 소자(500)에서 제2게이트구조물(550)의 턴온 동작 및 턴오프 동작도 도 4에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1스위칭 소자(400)의 제3게이트구조물(460) 및 제1스위칭 소자(500)의 제1게이트구조물(540)의 턴온 동작 및 턴오프 동작은 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고, 소스막(SL), 비트라인(BL) 및 메모리셀들(MC1~MCn)의 프로그램 동작, 소거 동작 및 리드 동작은 공지된 방법을 사용할 수 있다.In the first switching device 400 , the turn-on operation and the turn-off operation of the first gate structure 440 and the second gate structure 450 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 4 . Also, a turn-on operation and a turn-off operation of the second gate structure 550 in the second switching device 500 may be substantially the same as those illustrated in FIG. 4 . The turn-on operation and turn-off operation of the third gate structure 460 of the first switching element 400 and the first gate structure 540 of the first switching element 500 may be substantially the same as those shown in FIG. 2 . have. In addition, a known method may be used for the program operation, the erase operation, and the read operation of the source layer SL, the bit line BL, and the memory cells MC1 to MCn.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 네거티브 캐패시터를 구비하는 제1스위칭 소자(400) 및 제2스위칭 소자(500)를 구비함으로써, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the semiconductor memory device according to the present embodiment includes the first switching device 400 and the second switching device 500 having a negative capacitor, thereby improving the operating speed and operating reliability of the semiconductor memory device. can

여기서, 제2스위칭 소자(500)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제1게이트구조물(540)을 구비함으로서, 제1게이트구조물(540)에 인가되는 바이어스를 이용하여 캐패시턴스 극성, 용량 채널의 포텐셜레벨을 선택적으로 제어할 수 있기 때문에 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Here, the second switching device 500 includes a first gate structure 540 including a ferroelectric selectively having a negative capacitance as a dielectric film of a negative capacitor, and using a bias applied to the first gate structure 540 . Since the capacitance polarity and the potential level of the capacitance channel can be selectively controlled, the operation speed and operation reliability of the semiconductor memory device can be improved.

또한, 제2스위칭 소자(500)는 네거티브 캐패시터의 유전막으로 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트구조물(550)을 구비함으로서, 반도체 메모리 장치의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히, 소거 동작에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the second switching element 500 includes a second gate structure 550 including a ferroelectric having a negative capacitance spontaneously induced by the dielectric film of the negative capacitor, thereby improving the operation speed and operation reliability of the semiconductor memory device. have. In particular, the reliability of the erase operation may be improved.

도 22는 본 발명의 실시예에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.22 is a block diagram illustrating a configuration of a memory system according to an embodiment of the present invention.

도 22에 도시된 바와 같이, 메모리 시스템(1100)은 메모리 장치(1120)와 메모리 컨트롤러(1110)를 포함한다.22 , the memory system 1100 includes a memory device 1120 and a memory controller 1110 .

메모리 장치(1120)는 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들 및 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결되고, 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1스위칭 소자를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자는 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 제1게이트절연막을 감싸는 제1게이트전극, 제1게이트전극 일부를 감싸고, 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트절연막을 감싸고, 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. The memory device 1120 may include a plurality of memory cells sharing a channel structure and a first switching element connected to one side of the memory cells by sharing a channel structure and including a negative capacitor. The first switching device includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a first gate electrode surrounding the first gate insulating layer, and a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode and surrounding a portion of the first gate electrode. The second gate insulating layer including the second gate insulating layer and the second gate electrode surrounding the second gate insulating layer and having a flat plate shape may be included.

한편, 메모리 장치(1120)는 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들 및 채널구조물을 공유하여 메모리셀들 일측에 연결되고, 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1스위칭 소자를 포함하되, 제1스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 제2게이트구조물을 포함할 수 있다. 제1게이트구조물은 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 제1게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제1게이트전극을 포함할 수 있다. 그리고, 제2게이트구조물은 채널구조물을 감싸고 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. Meanwhile, the memory device 1120 includes a plurality of memory cells sharing a channel structure and a first switching element connected to one side of the memory cells by sharing a channel structure, and including a negative capacitor, wherein the first switching element is It may include a first gate structure and a second gate structure stacked spaced apart from each other. The first gate structure includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a second gate insulating layer surrounding the first gate insulating layer and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a first gate electrode having a flat plate shape surrounding the second gate insulating layer. may include. In addition, the second gate structure may include a memory film that surrounds the channel structure and includes a charge trap film, and a second gate electrode that surrounds the memory film and has a flat plate shape.

메모리 장치(1120)는 네거티브 캐패시터를 포함하는 스위칭 소자를 구비함으로서, 메모리 장치(1120)의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Since the memory device 1120 includes a switching element including a negative capacitor, an operation speed and operation reliability of the memory device 1120 may be improved.

메모리 장치(1120)는 복수의 플래시 메모리 칩들로 구성된 멀티-칩 패키지일 수 있다.The memory device 1120 may be a multi-chip package including a plurality of flash memory chips.

메모리 컨트롤러(1110)는 메모리 장치(1120)를 제어하도록 구성되며, SRAM(Static Random Access Memory)(1111), CPU(Central Processing Unit: 1112), 호스트 인터페이스(1113), 에러정정블록(Error Correction Block)(1114), 메모리 인터페이스(1115)를 포함할 수 있다. SRAM(1111)은 CPU(1112)의 동작 메모리로 사용되고, CPU(1112)는 메모리 컨트롤러(1110)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행하고, 호스트 인터페이스(1113)는 메모리 시스템(1100)과 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비한다. 또한, 에러정정블록(1114)은 메모리 장치(1120)로부터 리드된 데이터에 포함된 에러를 검출 및 정정하고, 메모리 인터페이스(1115)는 메모리 장치(1120)와의 인터페이싱을 수행한다. 이 밖에도 메모리 컨트롤러(1110)는 호스트와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 ROM(Read Only Memory) 등을 더 포함할 수 있다.The memory controller 1110 is configured to control the memory device 1120 , and includes a static random access memory (SRAM) 1111 , a central processing unit (CPU) 1112 , a host interface 1113 , and an error correction block. ) 1114 , and a memory interface 1115 . The SRAM 1111 is used as an operation memory of the CPU 1112 , the CPU 1112 performs various control operations for data exchange of the memory controller 1110 , and the host interface 1113 is connected to the memory system 1100 . The host's data exchange protocol is provided. Also, the error correction block 1114 detects and corrects errors included in data read from the memory device 1120 , and the memory interface 1115 interfaces with the memory device 1120 . In addition, the memory controller 1110 may further include a read only memory (ROM) that stores code data for interfacing with the host.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.23 is a block diagram illustrating a configuration of a computing system according to an embodiment of the present invention.

도 23에 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(1200)은 시스템 버스(1260)에 전기적으로 연결된 CPU(1220), RAM(Random Access Memory: 1230), 유저 인터페이스(1240), 모뎀(1250), 메모리 시스템(1210)을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1200)은 모바일 장치일 수 있다.As shown in FIG. 23 , the computing system 1200 includes a CPU 1220 electrically connected to a system bus 1260 , a random access memory (RAM) 1230 , a user interface 1240 , a modem 1250 , and a memory system. (1210). The computing system 1200 may be a mobile device.

메모리 시스템(1210)은 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들 및 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결되고, 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1스위칭 소자를 포함할 수 있다. 제1스위칭 소자는 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 제1게이트절연막을 감싸는 제1게이트전극, 제1게이트전극 일부를 감싸고, 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트절연막을 감싸고, 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. The memory system 1210 may include a plurality of memory cells sharing a channel structure and a first switching device connected to one side of the memory cells by sharing a channel structure and including a negative capacitor. The first switching device includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a first gate electrode surrounding the first gate insulating layer, and a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode and surrounding a portion of the first gate electrode. The second gate insulating layer including the second gate insulating layer and the second gate electrode surrounding the second gate insulating layer and having a flat plate shape may be included.

한편, 메모리 시스템(1210)은 채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들 및 채널구조물을 공유하여 메모리셀들 일측에 연결되고, 네거티브 캐패시터를 포함하는 제1스위칭 소자를 포함하되, 제1스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 제2게이트구조물을 포함할 수 있다. 제1게이트구조물은 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 제1게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제1게이트전극을 포함할 수 있다. 그리고, 제2게이트구조물은 채널구조물을 감싸고 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극을 포함할 수 있다. Meanwhile, the memory system 1210 includes a plurality of memory cells sharing a channel structure and a first switching element connected to one side of the memory cells by sharing a channel structure, and including a negative capacitor, wherein the first switching element is It may include a first gate structure and a second gate structure stacked spaced apart from each other. The first gate structure includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a second gate insulating layer surrounding the first gate insulating layer and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a first gate electrode having a flat plate shape surrounding the second gate insulating layer. may include. In addition, the second gate structure may include a memory film that surrounds the channel structure and includes a charge trap film, and a second gate electrode that surrounds the memory film and has a flat plate shape.

메모리 시스템(1210)은 네거티브 캐패시터를 포함하는 스위칭 소자를 구비함으로서, 메모리 시스템(1210)의 동작 속도 및 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Since the memory system 1210 includes a switching element including a negative capacitor, an operation speed and operational reliability of the memory system 1210 may be improved.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to a preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. do.

GS : 게이트스택 200 : 기판
202 : 접합영역 204 : 채널
210 : 제1게이트절연막 212 : 제1게이트전극
212A : 제1영역 212B : 제2영역
214 : 제2게이트절연막 216 : 제2게이트전극
Von1 : 제1턴온전압 Von2 : 제2턴온전압
VLoff : 오프전압레벨 VL1 : 제1전압레벨
VL2 : 제2전압레벨 VL3 : 제3전압레벨
GS: gate stack 200: substrate
202: junction region 204: channel
210: first gate insulating layer 212: first gate electrode
212A: first area 212B: second area
214: second gate insulating film 216: second gate electrode
Von1: first turn-on voltage Von2: second turn-on voltage
VLoff: off voltage level VL1: first voltage level
VL2: second voltage level VL3: third voltage level

Claims (64)

기판 상에 형성된 제1게이트절연막;
상기 제1게이트절연막 상부에 형성되어 상기 제1게이트절연막 일부와 중첩되고, 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막;
상기 제2게이트절연막 상에 형성된 제2게이트전극; 및
상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입되고, 상기 제2게이트절연막이 선택적으로 네거티브 캐패시턴스를 갖도록 제어하는 제1게이트전극
을 포함하는 스위칭 소자.
a first gate insulating film formed on the substrate;
a second gate insulating layer formed on the first gate insulating layer, overlapping a portion of the first gate insulating layer, and including a ferroelectric;
a second gate electrode formed on the second gate insulating layer; and
A first gate electrode interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer and selectively controlling the second gate insulating layer to have a negative capacitance
A switching device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 제1게이트전극은 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입된 제1영역 및 상기 제1영역으로부터 연장되어 상기 제2게이트전극 측벽과 갭을 갖고 이웃하는 제2영역을 포함하는 스위칭 소자.
According to claim 1,
wherein the first gate electrode includes a first region interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer, and a second region extending from the first region and adjacent to the sidewall of the second gate electrode having a gap. switching element.
제2항에 있어서,
상기 갭의 선폭은 적어도 상기 제1게이트절연막의 두께보다는 큰 스위칭 소자.
3. The method of claim 2,
A line width of the gap is at least greater than a thickness of the first gate insulating layer.
제1항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 스위칭 소자.
According to claim 1,
The second gate insulating layer is a switching device including a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system.
제4항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 갖는 스위칭 소자.
5. The method of claim 4,
The second gate insulating layer has a thickness in the range of 1 nm to 20 nm.
제1항에 있어서,
오프상태에서 상기 제1게이트전극 및 상기 제2게이트전극 각각은 오프전압레벨을 갖고, 턴온 동작 구간에서 상기 제1게이트전극 및 상기 제2게이트전극 각각에는 제1턴온전압 및 제2턴온전압이 인가되며,
상기 제1턴온전압은 상기 오프전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 낮은 제1전압레벨로 스윕하고, 연속해서 상기 제1전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 높고, 상기 제1전압레벨과 다른 극성을 갖는 제2전압레벨로 스윕하도록 구성되며,
상기 제2턴온전압은 상기 오프전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 높은 제3전압레벨로 스윕하도록 구성된 스위칭 소자.
According to claim 1,
In an off state, each of the first gate electrode and the second gate electrode has an off voltage level, and a first turn-on voltage and a second turn-on voltage are applied to each of the first gate electrode and the second gate electrode during a turn-on operation period. becomes,
The first turn-on voltage sweeps from the off-voltage level to a first voltage level lower than the off-voltage level, successively higher than the off-voltage level at the first voltage level, and having a polarity different from the first voltage level configured to sweep to a second voltage level,
and the second turn-on voltage is configured to sweep from the off-voltage level to a third voltage level higher than the off-voltage level.
제6항에 있어서,
상기 제2턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제3전압레벨로 스윕하는 시점보다 상기 제1턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제1전압레벨로 스윕하는 시점이 더 빠르도록 구성된 스위칭 소자.
7. The method of claim 6,
A switching device configured to sweep the first turn-on voltage from the off voltage level to the first voltage level earlier than when the second turn-on voltage sweeps from the off voltage level to the third voltage level.
제6항에 있어서,
상기 오프전압레벨은 그라운드 전위를 포함하고, 상기 제1전압레벨은 네거티브 극성을 가지며, 상기 제2전압레벨 및 상기 제3전압레벨은 포지티브 극성을 갖는 스위칭 소자.
7. The method of claim 6,
The off voltage level includes a ground potential, the first voltage level has a negative polarity, and the second voltage level and the third voltage level have a positive polarity.
기판 상에 형성된 제1게이트스택; 및
상기 제1게이트스택에 이웃하도록 상기 기판 상에 형성된 적어도 1개 이상의 제2게이트스택을 포함하고,
상기 제1게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1게이트절연막, 제1게이트전극, 상기 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제2게이트전극을 포함하며,
상기 제2게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제3게이트절연막, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제4게이트절연막 및 제3게이트전극을 포함하는 스위칭 소자.
a first gate stack formed on the substrate; and
at least one or more second gate stacks formed on the substrate to be adjacent to the first gate stack;
The first gate stack includes a first gate insulating layer sequentially stacked on the substrate, a first gate electrode, a second gate insulating layer including a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode, and a second gate insulating layer. 2 gate electrodes,
and the second gate stack includes a third gate insulating layer sequentially stacked on the substrate, a fourth gate insulating layer including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a third gate electrode.
제9항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 상기 제1게이트절연막 일부와 중첩되고,
상기 제1게이트전극은 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입된 제1영역 및 상기 제1영역으로부터 연장되어 상기 제2게이트전극 측벽과 갭을 갖고 이웃하는 제2영역을 포함하는 스위칭 소자.
10. The method of claim 9,
the second gate insulating layer overlaps a portion of the first gate insulating layer;
wherein the first gate electrode includes a first region interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer, and a second region extending from the first region and adjacent to the sidewall of the second gate electrode having a gap. switching element.
제10항에 있어서,
상기 갭의 선폭은 적어도 상기 제1게이트절연막의 두께보다는 크고, 상기 제1게이트스택과 상기 제2게이트스택 사이의 간격보다는 작은 스위칭 소자.
11. The method of claim 10,
A line width of the gap is at least greater than a thickness of the first gate insulating layer and smaller than a distance between the first gate stack and the second gate stack.
제10항에 있어서,
상기 제2게이트전극의 일측벽은 상기 제3게이트전극과 마주보고, 상기 제2게이트전극의 타측벽은 상기 제1게이트전극의 제2영역과 마주보는 스위칭 소자.
11. The method of claim 10,
One side wall of the second gate electrode faces the third gate electrode, and the other side wall of the second gate electrode faces the second region of the first gate electrode.
제9항에 있어서,
상기 제2게이트절연막 및 상기 제4게이트절연막 각각은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 스위칭 소자.
10. The method of claim 9,
Each of the second gate insulating layer and the fourth gate insulating layer includes a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system.
제13항에 있어서,
상기 제2게이트절연막의 두께는 상기 제4게이트절연막의 두께보다 두꺼운 스위칭 소자.
14. The method of claim 13,
A thickness of the second gate insulating layer is greater than a thickness of the fourth gate insulating layer.
제14항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 갖고, 상기 제4게이트절연막은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 갖는 스위칭 소자.
15. The method of claim 14,
The second gate insulating layer has a thickness in a range of 1 nm to 20 nm, and the fourth gate insulating layer has a thickness in a range of 1 nm to 10 nm.
제9항에 있어서,
상기 제1게이트스택의 선폭은 상기 제2게이트스택의 선폭과 동일하거나, 또는 더 큰 스위칭 소자.
10. The method of claim 9,
A line width of the first gate stack is equal to or greater than a line width of the second gate stack.
제9항에 있어서,
오프상태에서 상기 제1게이트전극, 상기 제2게이트전극 및 상기 제3게이트전극 각각은 오프전압레벨을 갖고, 턴온 동작 구간에서 상기 제1게이트전극, 상기 제2게이트전극 및 상기 제3게이트전극에는 각각 제1턴온전압, 제2턴온전압 및 제3턴온전압이 인가되며,
상기 제1턴온전압은 상기 오프전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 낮은 제1전압레벨로 스윕하고, 연속해서 상기 제1전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 높고, 상기 제1전압레벨과 다른 극성을 갖는 제2전압레벨로 스윕하도록 구성되며,
상기 제2턴온전압 및 상기 제3턴온전압은 각각 상기 오프전압레벨에서 상기 오프전압레벨보다 높은 제3전압레벨 및 제4전압레벨로 스윕하도록 구성되는 스위칭 소자.
10. The method of claim 9,
In the off state, each of the first gate electrode, the second gate electrode, and the third gate electrode has an off voltage level, and in the turn-on operation period, the first gate electrode, the second gate electrode, and the third gate electrode have an off voltage level. A first turn-on voltage, a second turn-on voltage and a third turn-on voltage are applied, respectively,
The first turn-on voltage sweeps from the off-voltage level to a first voltage level lower than the off-voltage level, successively higher than the off-voltage level at the first voltage level, and having a polarity different from the first voltage level configured to sweep to a second voltage level,
and the second turn-on voltage and the third turn-on voltage are configured to sweep from the off voltage level to a third voltage level and a fourth voltage level higher than the off voltage level, respectively.
제17항에 있어서,
상기 제2턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제3전압레벨로 스윕하는 시점 및 상기 제3턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제4전압레벨로 스윕하는 시점보다 상기 제1턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제1전압레벨로 스윕하는 시점이 더 빠르도록 구성된 스위칭 소자.
18. The method of claim 17,
The first turn-on voltage is turned off when the second turn-on voltage is swept from the off voltage level to the third voltage level and when the third turn-on voltage is swept from the off voltage level to the fourth voltage level. A switching element configured such that a time point of sweeping from a voltage level to the first voltage level is earlier.
제18항에 있어서,
상기 제3턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제4전압레벨로 스윕하는 시점은 상기 제2턴온전압이 상기 오프전압레벨에서 상기 제3전압레벨로 스윕하는 시점과 동일하거나, 또는 더 빠르도록 구성된 스위칭 소자.
19. The method of claim 18,
A time point at which the third turn-on voltage sweeps from the off voltage level to the fourth voltage level is the same as or faster than a time point at which the second turn-on voltage sweeps from the off voltage level to the third voltage level. switching element.
제17항에 있어서,
상기 오프전압레벨은 그라운드 전위를 포함하고, 상기 제1전압레벨은 네거티브 극성을 가지며, 상기 제2전압레벨, 상기 제3전압레벨 및 상기 제4전압레벨은 포지티브 극성을 갖는 스위칭 소자.
18. The method of claim 17,
The off voltage level includes a ground potential, the first voltage level has a negative polarity, and the second voltage level, the third voltage level, and the fourth voltage level have a positive polarity.
기판 상에 형성된 제1게이트스택; 및
상기 제1게이트스택과 이웃하도록 상기 기판 상에 형성된 제2게이트스택을 포함하고,
상기 제1게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 제1게이트절연막, 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 제1게이트전극을 포함하며,
상기 제2게이트스택은 상기 기판 상에 순차적으로 적층된 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 제2게이트전극을 포함하는 스위칭 소자.
a first gate stack formed on the substrate; and
a second gate stack formed on the substrate to be adjacent to the first gate stack;
The first gate stack includes a first gate insulating film sequentially stacked on the substrate, a second gate insulating film including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a first gate electrode;
The second gate stack is a switching device including a memory layer including a charge trap layer sequentially stacked on the substrate and a second gate electrode.
제21항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 스위칭 소자.
22. The method of claim 21,
The second gate insulating layer is a switching device including a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system.
제22항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 갖는 스위칭 소자.
23. The method of claim 22,
The second gate insulating layer has a thickness in the range of 1 nm to 10 nm.
제21항에 있어서,
상기 제2게이트스택은 상기 전하트랩막에 전하를 주입하거나, 또는 주입된 전하를 제거하여 예정된 범위내에서 문턱전압값을 가변하는 스위칭 소자.
22. The method of claim 21,
The second gate stack is a switching device for changing a threshold voltage value within a predetermined range by injecting or removing the injected charge into the charge trap layer.
제21항에 있어서,
상기 메모리막은 상기 기판과 상기 전하트랩막 사이에 삽입된 터널절연막 및 상기 전하트랩막과 상기 제2게이트전극 사이에 삽입된 블록킹막을 포함하며,
상기 터널절연막 및 상기 블록킹막을 산화물을 포함하고, 상기 전하트랩막은 질화물을 포함하는 스위칭 소자.
22. The method of claim 21,
the memory layer includes a tunnel insulating layer interposed between the substrate and the charge trap layer and a blocking layer interposed between the charge trap layer and the second gate electrode;
The tunnel insulating layer and the blocking layer include an oxide, and the charge trap layer includes a nitride.
제21항에 있어서,
상기 제1게이트스택의 선폭은 상기 제2게이트스택의 선폭과 동일하거나, 또는 더 큰 스위칭 소자.
22. The method of claim 21,
A line width of the first gate stack is equal to or greater than a line width of the second gate stack.
채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들; 및
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결된 제1스위칭 소자를 포함하고,
상기 제1스위칭 소자는,
상기 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막;
상기 제1게이트절연막을 감싸는 제1게이트전극;
상기 제1게이트전극 일부를 감싸고, 상기 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막; 및
상기 제2게이트절연막을 감싸고, 평판형태를 갖는 제2게이트전극
을 포함하는 반도체 메모리 장치.
a plurality of memory cells sharing a channel structure; and
and a first switching element connected to one side of the memory cells by sharing the channel structure;
The first switching element,
a first gate insulating film surrounding the channel structure;
a first gate electrode surrounding the first gate insulating layer;
a second gate insulating layer surrounding a portion of the first gate electrode and including a ferroelectric having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode; and
A second gate electrode surrounding the second gate insulating film and having a flat plate shape
A semiconductor memory device comprising a.
제27항에 있어서,
상기 제1게이트전극은 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입된 제1영역 및 상기 제1영역으로부터 연장되어 상기 제2게이트전극 측벽과 갭을 갖고 이웃하는 제2영역을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
wherein the first gate electrode includes a first region interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer, and a second region extending from the first region and adjacent to the sidewall of the second gate electrode having a gap. semiconductor memory device.
제28항에 있어서,
상기 제1게이트전극의 제2영역은 상기 제2게이트전극과 상기 메모리셀들 사이에 위치하는 반도체 메모리 장치.
29. The method of claim 28,
A second region of the first gate electrode is positioned between the second gate electrode and the memory cells.
제27항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
The second gate insulating layer includes a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system.
제30항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 갖는 반도체 메모리 장치.
31. The method of claim 30,
The second gate insulating layer has a thickness in a range of 1 nm to 20 nm.
제27항에 있어서,
상기 채널구조물은 코어필라, 상기 코어필라 상에 형성된 캡핑막, 상기 캡핑막의 측면과 상기 코어필라의 저면 및 측면을 감싸는 채널막을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
The channel structure includes a core pillar, a capping layer formed on the core pillar, and a channel layer surrounding side surfaces of the capping layer and a bottom and side surfaces of the core pillar.
제27항에 있어서,
상기 복수의 메모리셀들 각각은 메모리구조물을 포함하고, 상기 메모리구조물은 상기 채널구조물을 감싸고 터널절연막, 전하트랩막 및 블록킹막이 순차적으로 적층된 메모리막 및 상기 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 게이트전극을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
Each of the plurality of memory cells includes a memory structure, wherein the memory structure surrounds the channel structure and includes a memory film in which a tunnel insulating film, a charge trap film and a blocking film are sequentially stacked, and a gate electrode having a flat plate shape surrounding the memory film. A semiconductor memory device comprising a.
제27항에 있어서,
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 타측에 연결된 제2스위칭 소자를 더 포함하고, 상기 제2스위칭 소자는 상기 제1스위칭 소자와 동일한 구성 및 형상을 갖되, 상기 채널구조물이 연장된 방향으로 상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자가 상호 대칭적인 형상을 갖는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
and a second switching element connected to the other side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the second switching element has the same configuration and shape as that of the first switching element, wherein the channel structure extends in the direction A semiconductor memory device in which the first switching element and the second switching element have mutually symmetrical shapes.
제27항에 있어서,
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 타측에 연결된 제2스위칭 소자를 더 포함하고, 상기 제2스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 제2게이트구조물을 포함하며,
상기 제1게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제3게이트절연막, 상기 제3게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제4게이트절연막 및 상기 제4게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제3게이트전극을 포함하고,
상기 제2게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸고 전하드랩막을 포함하는 메모리막 및 상기 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 제4게이트전극
을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
Further comprising a second switching device connected to the other side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the second switching device includes a first gate structure and a second gate structure stacked apart from each other,
The first gate structure includes a third gate insulating layer surrounding the channel structure, a fourth gate insulating layer surrounding the third gate insulating layer and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a flat plate shape surrounding the fourth gate insulating layer. a third gate electrode;
The second gate structure includes a memory film including an electric hard wrap film surrounding the channel structure, and a fourth gate electrode having a flat plate shape surrounding the memory film.
A semiconductor memory device comprising a.
제35항에 있어서,
상기 제2게이트구조물은 상기 제1게이트구조물과 상기 메모리셀들 사이에 위치하는 반도체 메모리 장치.
36. The method of claim 35,
The second gate structure is disposed between the first gate structure and the memory cells.
제35항에 있어서,
상기 제2게이트구조물은 상기 전하트랩막에 전하를 주입하거나, 또는 주입된 전하를 제거하여 예정된 범위내에서 문턱전압값을 가변하는 반도체 메모리 장치.
36. The method of claim 35,
The second gate structure injects charges into the charge trap layer or removes the injected charges to vary a threshold voltage value within a predetermined range.
제27항에 있어서,
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 타측에 연결된 제2스위칭 소자를 더 포함하고, 상기 제2스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 적어도 1개 이상의 제2게이트구조물을 포함하며,
상기 제1게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제3게이트절연막, 상기 제3게이트절연막을 감싸는 제3게이트전극, 상기 제3게이트전극 일부를 감싸고 상기 제3게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제4게이트절연막 및 상기 제4게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제4게이트전극을 포함하고,
상기 제2게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제5게이트절연막, 상기 제5게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제6게이트절연막 및 상기 제6게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제5게이트전극
을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
Further comprising a second switching device connected to the other side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the second switching device includes a first gate structure and at least one second gate structure stacked spaced apart from each other,
The first gate structure includes a third gate insulating layer surrounding the channel structure, a third gate electrode surrounding the third gate insulating layer, and a portion of the third gate electrode and a negative capacitance in response to a bias applied to the third gate electrode. a fourth gate insulating film including a ferroelectric having a
The second gate structure includes a fifth gate insulating layer surrounding the channel structure, a sixth gate insulating layer surrounding the fifth gate insulating layer and having a spontaneously induced negative capacitance, and a fifth gate electrode having a flat plate shape surrounding the sixth gate insulating layer.
A semiconductor memory device comprising a.
제38항에 있어서,
상기 제3게이트전극은 상기 제3게이트절연막과 상기 제4게이트절연막 사이에 삽입된 제1영역 및 상기 제1영역으로부터 연장되어 상기 제4게이트전극 측벽과 갭을 갖고 이웃하는 제2영역을 포함하는 반도체 메모리 장치.
39. The method of claim 38,
wherein the third gate electrode includes a first region interposed between the third gate insulating layer and the fourth gate insulating layer, and a second region extending from the first region and having a gap adjacent to the sidewall of the fourth gate electrode. semiconductor memory device.
제39항에 있어서,
상기 제1게이트구조물은 상기 제2게이트구조물과 상기 메모리셀들 사이에 위치하하고, 상기 제3게이트전극의 제2영역은 상기 제4게이트전극과 상기 메모리셀들 사이에 위치하는 반도체 메모리 장치.
40. The method of claim 39,
The first gate structure is positioned between the second gate structure and the memory cells, and the second region of the third gate electrode is positioned between the fourth gate electrode and the memory cells.
제38항에 있어서,
상기 채널구조물이 연장된 방향으로 상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자의 상기 제1게이트구조물은 상호 대칭적인 형상을 갖는 반도체 메모리 장치.
39. The method of claim 38,
In a direction in which the channel structure extends, the first gate structure of the first switching element and the second switching element has a symmetrical shape.
제38항에 있어서,
상기 제2게이트절연막, 상기 제4게이트절연막 및 상기 제6게이트절연막 각각은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조를 갖는 금속산화물을 포함하되, 상기 제2게이트절연막의 두께 및 상기 제4게이트절연막의 두께는 상기 제6게이트절연막의 두께보다 두꺼운 반도체 메모리 장치.
39. The method of claim 38,
Each of the second gate insulating film, the fourth gate insulating film, and the sixth gate insulating film includes a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system, wherein the A thickness of the second gate insulating layer and a thickness of the fourth gate insulating layer are greater than a thickness of the sixth gate insulating layer.
제27항에 있어서,
상기 제1스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 적어도 1개 이상의 제2게이트구조물을 포함하고, 상기 제1게이트구조물은 상기 메모리셀들과 상기 제2게이트구조물 사이에 위치하며,
상기 제1게이트구조물은 상기 제1게이트절연막, 상기 제1게이트전극, 상기 제2게이트절연막 및 상기 제2게이트전극을 포함하고,
상기 제2게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제3게이트절연막, 상기 제3게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 제4게이트절연막 및 상기 제4게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제3게이트전극
을 포함하는 반도체 메모리 장치.
28. The method of claim 27,
The first switching device includes a first gate structure and at least one or more second gate structures stacked spaced apart from each other, wherein the first gate structure is located between the memory cells and the second gate structure,
the first gate structure includes the first gate insulating layer, the first gate electrode, the second gate insulating layer, and the second gate electrode;
The second gate structure includes a third gate insulating layer surrounding the channel structure, a fourth gate insulating layer surrounding the third gate insulating layer and having a spontaneously induced negative capacitance, and a third gate electrode having a flat plate shape surrounding the fourth gate insulating layer.
A semiconductor memory device comprising a.
제43항에 있어서,
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 타측에 연결된 제2스위칭 소자를 더 포함하고, 상기 제2스위칭 소자는 상기 제1게이트구조물 및 적어도 1개 이상의 상기 제2게이트구조물을 포함하되, 상기 제1스위칭 소자 내의 상기 제2게이트구조물의 개수는 상기 제2스위칭 소자 내의 상기 제2게이트구조물의 개수와 동일하거나, 또는 더 많은 반도체 메모리 장치.
44. The method of claim 43,
and a second switching element connected to the other side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the second switching element includes the first gate structure and at least one or more of the second gate structures, wherein the first The number of the second gate structures in the switching element is equal to or greater than the number of the second gate structures in the second switching element.
채널구조물을 공유하는 복수의 메모리셀들; 및
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 일측에 연결된 제1스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1스위칭 소자는 서로 이격되어 적층된 제1게이트구조물 및 제2게이트구조물을 포함하며,
상기 제1게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸는 제1게이트절연막, 상기 제1게이트절연막을 감싸고 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막 및 상기 제2게이트절연막을 감싸고 평판형태를 갖는 제1게이트전극을 포함하고,
상기 제2게이트구조물은 상기 채널구조물을 감싸고 전하트랩막을 포함하는 메모리막 및 상기 메모리막을 감싸고 평판형태를 갖는 제2게이트전극
을 포함하는 반도체 메모리 장치.
a plurality of memory cells sharing a channel structure; and
and a first switching device connected to one side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the first switching device includes a first gate structure and a second gate structure stacked apart from each other,
The first gate structure includes a first gate insulating layer surrounding the channel structure, a second gate insulating layer surrounding the first gate insulating layer and including a ferroelectric having a spontaneously induced negative capacitance, and a flat plate shape surrounding the second gate insulating layer. a first gate electrode;
The second gate structure includes a memory film that surrounds the channel structure and includes a charge trap film, and a second gate electrode that surrounds the memory film and has a flat plate shape.
A semiconductor memory device comprising a.
제45항에 있어서,
상기 채널구조물을 공유하여 상기 메모리셀들 타측에 연결된 제2스위칭 소자를 더 포함하고, 상기 제2스위칭 소자는 상기 제1스위칭 소자와 동일한 구성 및 형상을 갖되, 상기 채널구조물이 연장된 방향으로 상기 제1스위칭 소자와 상기 제2스위칭 소자가 상호 대칭적인 형상을 갖는 반도체 메모리 장치.
46. The method of claim 45,
and a second switching element connected to the other side of the memory cells by sharing the channel structure, wherein the second switching element has the same configuration and shape as that of the first switching element, wherein the channel structure extends in the direction A semiconductor memory device in which the first switching element and the second switching element have mutually symmetrical shapes.
제45항에 있어서,
상기 복수의 메모리셀들 각각은 메모리구조물을 포함하고, 상기 메모리구조물은 상기 제2게이트구조물과 동일한 구성 및 형상을 갖는 반도체 메모리 장치.
46. The method of claim 45,
Each of the plurality of memory cells includes a memory structure, and the memory structure has the same configuration and shape as the second gate structure.
제45항에 있어서,
상기 제2게이트구조물은 상기 제1게이트구조물과 상기 메모리셀들 사이에 위치하는 반도체 메모리 장치.
46. The method of claim 45,
The second gate structure is disposed between the first gate structure and the memory cells.
제45항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 반도체 메모리 장치.
46. The method of claim 45,
The second gate insulating layer includes a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system.
제49항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 갖는 반도체 메모리 장치.
50. The method of claim 49,
The second gate insulating layer has a thickness in a range of 1 nm to 10 nm.
제45항에 있어서,
상기 제2게이트구조물은 상기 전하트랩막에 전하를 주입하거나, 또는 주입된 전하를 제거하여 예정된 범위내에서 문턱전압값을 가변하는 반도체 메모리 장치.
46. The method of claim 45,
The second gate structure injects charges into the charge trap layer or removes the injected charges to vary a threshold voltage value within a predetermined range.
기판 상에 제1물질막과 제2물질막이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체를 형성하는 단계;
상기 제1적층체를 관통하는 제1오픈부를 형성하는 단계;
상기 제1오픈부의 측벽에 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막을 형성하는 단계;
상기 제2게이트절연막이 형성된 제1오픈부의 측벽 및 상기 제1적층체 상에 상기 제2물질막을 형성하는 단계;
상기 제1오픈부 내 상기 제2물질막의 측벽에 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 제2물질막을 제거하는 단계; 및
상기 제2물질막이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 삽입된 제1게이트전극 및 상기 제2게이트절연막에 접하는 제2게이트전극을 형성하는 단계
를 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
forming a first laminate in which a first material film and a second material film are alternately stacked at least once on a substrate;
forming a first open part penetrating the first laminate;
forming a second gate insulating layer including a ferroelectric on a sidewall of the first open part;
forming the second material layer on the sidewall of the first open portion on which the second gate insulating layer is formed and on the first laminate;
sequentially forming a first gate insulating film and a channel film on sidewalls of the second material film in the first open part;
removing the second material layer; and
forming a first gate electrode interposed between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer and a second gate electrode in contact with the second gate insulating layer by gap-filling a conductive material in the space where the second material layer is removed;
A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a.
제22항에 있어서,
상기 제1오픈부 내 상기 제2물질막의 측벽에 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계 이전에,
상기 제1적층체 상에 상기 제1물질막과 상기 제2물질막이 복수회 교번 적층된 제2적층체를 형성하는 단계;
상기 제2적층체를 관통하여 상기 제1오픈부에 연결되도록 제2오픈부를 형성하는 단계; 및
상기 제2오픈부의 측벽에 메모리막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
23. The method of claim 22,
Before the step of sequentially forming a first gate insulating film and a channel film on the sidewall of the second material film in the first open part,
forming a second laminate in which the first material film and the second material film are alternately stacked a plurality of times on the first laminate;
forming a second open part through the second laminate to be connected to the first open part; and
forming a memory layer on a sidewall of the second open part
A method of manufacturing a semiconductor memory device further comprising a.
제53항에 있어서,
상기 제1오픈부 내 상기 제2물질막의 측벽에 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계에서 상기 제2오픈부의 메모리막 상에도 상기 제1게이트절연막 및 상기 채널막을 순차적으로 형성하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
54. The method of claim 53,
In the step of sequentially forming a first gate insulating film and a channel film on a sidewall of the second material film in the first open portion, the first gate insulating film and the channel film are sequentially formed on the memory film of the second open portion. Device manufacturing method.
제53항에 있어서,
상기 제1적층체 상에 상기 제1물질막과 상기 제2물질막이 복수회 교번 적층된 제2적층체를 형성하는 단계에서 상기 제2적층체의 최하층 및 최상층에는 상기 제1절연막이 위치하도록 형성하되, 상기 제2적층체의 최하층 및 최상층에 위치하는 상기 제1절연막은 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
54. The method of claim 53,
In the step of forming a second laminate in which the first material film and the second material film are alternately stacked a plurality of times on the first laminate, the first insulating film is positioned on the lowermost and uppermost layers of the second laminate. However, the method of manufacturing a semiconductor memory device in which the first insulating layer positioned at the lowermost layer and the uppermost layer of the second stacked body is formed to have a relatively thick thickness.
제53항에 있어서,
상기 메모리막은 전하트랩 단일막 또는 전하트랩막과 블록킹막이 적층된 다층막으로 형성하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
54. The method of claim 53,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the memory layer is formed as a single charge trap layer or a multilayer layer in which a charge trap layer and a blocking layer are stacked.
제52항에 있어서,
상기 제1게이트전극은 상기 제1게이트절연막과 상기 제2게이트절연막 사이에 위치하는 제1영역 및 상기 제1게이트전극 측벽과 갭을 갖고 마주보도록 상기 제1영역의 일측 끝단으로부터 확장된 제2영역을 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
53. The method of claim 52,
The first gate electrode includes a first region positioned between the first gate insulating layer and the second gate insulating layer, and a second region extending from one end of the first region to face the sidewall of the first gate electrode with a gap. A method of manufacturing a semiconductor memory device comprising a.
제52항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 상기 제1게이트전극에 인가되는 바이어스에 응답하여 네거티브 캐패시턴스를 갖는 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
53. The method of claim 52,
The second gate insulating layer includes a fluorite-structured metal oxide having at least one stable composition region selected from among cubic, tetragonal, or monoclinic having a negative capacitance in response to a bias applied to the first gate electrode. A method of manufacturing a semiconductor memory device.
제58항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 20nm 범위의 두께를 갖도록 형성하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
59. The method of claim 58,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the second gate insulating layer is formed to have a thickness in a range of 1 nm to 20 nm.
제58항에 있어서,
상기 제2게이트절연막을 형성하는 단계는,
원자층증착법을 이용하여 180℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 상기 제2게이트절연막을 형성하는 단계; 및
산소 분위기 및 400℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 어닐 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
59. The method of claim 58,
The step of forming the second gate insulating film,
forming the second gate insulating layer at a temperature in the range of 180°C to 300°C using an atomic layer deposition method; and
A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising the step of performing an annealing process in an oxygen atmosphere and a temperature in the range of 400 °C to 900 °C.
기판 상에 제1물질막과 제2물질막이 적어도 1회 이상 교번 적층된 제1적층체를 형성하는 단계;
상기 제1적층체를 관통하는 제1오픈부를 형성하는 단계;
상기 제1오픈부의 표면을 따라 강유전체를 포함하는 제2게이트절연막을 형성하는 단계;
상기 제1적층체 상에 상기 제1물질막과 상기 제2물질막이 복수회 교번 적층된 제2적층체를 형성하는 단계;
상기 제2적층체를 관통하여 상기 제1오픈부에 연결되도록 제2오픈부를 형성하는 단계;
상기 제2오픈부의 측벽에 메모리막을 형성하는 단계;
상기 제1오픈부 및 상기 제2오픈부의 표면을 따라 제1게이트절연막 및 채널막을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 제2물질막을 제거하는 단계; 및
상기 제2물질막이 제거된 공간에 도전물질을 갭필하여 상기 제2게이트절연막과 접하는 게이트전극 및 상기 메모리막에 접하는 제어게이트를 형성하는 단계
를 포함하는 반도체 장치 제조방법.
forming a first laminate in which a first material film and a second material film are alternately stacked at least once on a substrate;
forming a first open part penetrating the first laminate;
forming a second gate insulating layer including a ferroelectric along a surface of the first open part;
forming a second laminate in which the first material film and the second material film are alternately stacked a plurality of times on the first laminate;
forming a second open part through the second laminate to be connected to the first open part;
forming a memory layer on a sidewall of the second open part;
sequentially forming a first gate insulating film and a channel film along surfaces of the first open portion and the second open portion;
removing the second material layer; and
forming a gate electrode in contact with the second gate insulating film and a control gate in contact with the memory film by gap-filling a conductive material in the space from which the second material film is removed;
A semiconductor device manufacturing method comprising a.
제61항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 자발 유도된 네거티브 캐패시턴스를 갖는 입방정계, 정방정계 또는 단사정계 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 안정적인 조성 영역을 갖는 플루오라이트 구조의 금속산화물을 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
62. The method of claim 61,
and the second gate insulating layer includes a metal oxide having a fluorite structure having at least one stable composition region selected from a cubic system, a tetragonal system, and a monoclinic system having a spontaneously induced negative capacitance.
제62항에 있어서,
상기 제2게이트절연막은 1nm 내지 10nm 범위의 두께를 갖도록 형성하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
63. The method of claim 62,
The method of manufacturing a semiconductor memory device, wherein the second gate insulating layer is formed to have a thickness in a range of 1 nm to 10 nm.
제62항에 있어서,
상기 제2게이트절연막을 형성하는 단계는,
원자층증착법을 이용하여 180℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 상기 제2게이트절연막을 형성하는 단계; 및
산소 분위기 및 400℃ 내지 900℃ 범위의 온도에서 어닐 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 메모리 장치 제조방법.
63. The method of claim 62,
The step of forming the second gate insulating film,
forming the second gate insulating layer at a temperature in the range of 180°C to 300°C using an atomic layer deposition method; and
A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising the step of performing an annealing process in an oxygen atmosphere and a temperature in the range of 400 °C to 900 °C.
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