KR20210134523A - Semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device.
데이터 저장을 필요로 하는 전자 시스템에서 고용량의 데이터를 저장할 수 있는 반도체 장치가 요구되고 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시킬 수 있는 방안이 연구되고 있다. 예를 들어, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시키기 위한 방법 중 하나로써, 2차원적으로 배열되는 메모리 셀들 대신에 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 포함하는 반도체 장치가 제안되고 있다.In an electronic system requiring data storage, a semiconductor device capable of storing high-capacity data is required. Accordingly, a method for increasing the data storage capacity of a semiconductor device is being studied. For example, as a method for increasing the data storage capacity of a semiconductor device, a semiconductor device including memory cells arranged three-dimensionally instead of two-dimensionally arranged memory cells has been proposed.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 전기적 특성이 향상된 반도체 장치를 제공하는 것이다.One of the technical problems to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a semiconductor device with improved electrical characteristics.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 기판; 상기 기판 상에서 교대로 반복적으로 적층되는 층간 절연 층들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조물, 상기 게이트 전극들은 하부 게이트 전극, 상기 하부 게이트 전극 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 하부 선택 게이트 전극 및 제2 하부 선택 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 상에서 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되는 메모리 셀 게이트 전극들, 및 상기 메모리 셀 게이트 전극들 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 스트링 선택 게이트 전극 및 제2 스트링 선택 게이트 전극을 포함하고; 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 주 분리 구조물들; 상기 제2 영역 상에서, 상기 주 분리 구조물들 사이에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제2 방향으로 연장되는 보조 분리 구조물; 상기 제1 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이의 제1 하부 분리 구조물; 및 상기 제1 영역 상에서 상기 적층 구조물을 관통하는 수직 메모리 구조물들을 포함할 수 있다. 상기 층간 절연 층들은 제1 물질을 포함하고, 상기 제1 하부 분리 구조물은 상기 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함하고, 상기 보조 분리 구조물은 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 사이를 지나는 부분을 포함할 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments may include a substrate having a first region and a second region; A stacked structure including interlayer insulating layers and gate electrodes alternately and repeatedly stacked on the substrate, wherein the gate electrodes are a lower gate electrode, a first lower select gate electrode and a second lower select gate electrode disposed at the same height level on the lower gate electrode a lower selection gate electrode, memory cell gate electrodes spaced apart from each other and stacked on the first and second lower selection gate electrodes in a first direction perpendicular to the top surface of the substrate, and the same on the memory cell gate electrodes a first string select gate electrode and a second string select gate electrode disposed at a height level; In the first region and the second region, penetrating the gate electrodes, extending in a second direction perpendicular to the first direction, and spaced apart from each other along the first direction and a third direction perpendicular to the second direction main separation structures disposed; an auxiliary isolation structure extending in the second direction through the gate electrodes between the main isolation structures in the second region; a first lower isolation structure on the first region between the first lower select gate electrode and the second lower select gate electrode; and vertical memory structures penetrating the stack structure on the first region. The interlayer insulating layers may include a first material, the first lower isolation structure may include a second material different from the first material, and the auxiliary isolation structure may be disposed between the first and second lower selection gate electrodes. It may include passing parts.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 기판; 상기 기판 상에서 교대로 반복적으로 적층되는 층간 절연 층들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조물, 상기 게이트 전극들은 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 하부 선택 게이트 전극 및 제2 하부 선택 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 상에서 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되는 메모리 셀 게이트 전극들, 및 상기 메모리 셀 게이트 전극들 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 스트링 선택 게이트 전극 및 제2 스트링 선택 게이트 전극을 포함하고; 상기 제2 영역 상에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 보조 분리 구조물; 상기 제1 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이의 제1 하부 분리 구조물; 상기 제2 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이에서, 상기 제1 하부 분리 구조물과 상기 보조 분리 구조물 사이에 배치되는 제2 하부 분리 구조물; 및 상기 제1 영역 상에서, 상기 적층 구조물을 관통하는 수직 메모리 구조물들을 포함할 수 있다. 상기 제2 영역 상에서, 상기 게이트 전극들은 계단 모양으로 배열되는 게이트 패드들을 포함하고, 상기 층간 절연 층들은 제1 물질을 포함하고, 상기 제1 하부 분리 구조물은 상기 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함하고, 상기 보조 분리 구조물은 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 사이를 지나는 부분을 포함할 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments may include a substrate having a first region and a second region; A stacked structure including interlayer insulating layers and gate electrodes alternately and repeatedly stacked on the substrate, a first lower selection gate electrode and a second lower selection gate electrode disposed at the same height level, the first and Memory cell gate electrodes stacked apart from each other in a first direction perpendicular to the top surface of the substrate on the second lower selection gate electrodes, and a first string selection disposed at the same height level on the memory cell gate electrodes a gate electrode and a second string select gate electrode; an auxiliary isolation structure penetrating the gate electrodes and extending in a second direction perpendicular to the first direction on the second region; a first lower isolation structure on the first region between the first lower select gate electrode and the second lower select gate electrode; a second lower isolation structure disposed in the second region, between the first lower selection gate electrode and the second lower selection gate electrode, and between the first lower isolation structure and the auxiliary isolation structure; and vertical memory structures penetrating the stack structure on the first region. In the second region, the gate electrodes include gate pads arranged in a stepped shape, the interlayer insulating layers include a first material, and the first lower isolation structure includes a second material different from the first material. In addition, the auxiliary isolation structure may include a portion passing between the first and second lower selection gate electrodes.
하부 선택 게이트의 절단(cutting)없이 하부 선택 게이트를 분리함으로써, 전기적 특성이 향상된 반도체 장치가 제공될 수 있다. 하부 선택 라인을 스트링 선택 라인의 단위로 분리(split)하여, 셀(cell)의 동작 특성 및 성능의 열화가 억제될 수 있다.By separating the lower select gate without cutting the lower select gate, a semiconductor device having improved electrical characteristics may be provided. By splitting the lower selection line into units of the string selection line, deterioration of operating characteristics and performance of a cell may be suppressed.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the course of describing specific embodiments of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시하는 평면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시하는 단면도들이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시하는 확대도이다.
도 4a 내지 도 7d는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 공정을 나타낸 단면도들이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1A and 1B are plan views illustrating semiconductor devices according to example embodiments.
2A to 2D are cross-sectional views illustrating semiconductor devices according to example embodiments.
3 is an enlarged view illustrating a semiconductor device according to example embodiments.
4A to 7D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to example embodiments.
8 is a diagram schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to example embodiments.
9 is a perspective view schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
10 is a cross-sectional view schematically illustrating a semiconductor package according to an exemplary embodiment.
이하에서, "상부", "중간" 및 "하부" 등과 같은 용어는 다른 용어, 예를 들어 "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어로 대체되어 명세서의 구성요소들을 설명하기 위하여 사용될 수도 있다. "제1", "제2" 및 "제3"등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, "제1 구성요소"는 "제2 구성요소"로 명명될 수 있다.Hereinafter, terms such as "upper", "middle" and "lower" are replaced with other terms, for example, "first", "second" and "third" to describe the elements of the specification. may also be used to Terms such as “first”, “second” and “third” may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and “first component” means “ second component”.
도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 일 예를 설명하기로 한다.An example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, 2C, 2D, and 3 .
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)의 일 예를 도시한 평면도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)의 일 예를 하부 선택 게이트 전극들 레벨에서 도시한 평면도이다. 도 2a 내지 도 2d는 각각 도 1의 I-I'선, II-II'선, III-III'선 및 IV-IV'선을 따라 절단된 단면들을 도시한 단면도들이다. 도 3은 도 2a의 'A'로 표시한 영역을 확대한 단면도이다.1A is a plan view illustrating an example of a
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함하는 기판(3), 기판(3) 상의 주변 회로 구조물(6), 주변 회로 구조물(6) 상의 플레이트 패턴(21), 플레이트 패턴(21) 상에 배치되는 적층 구조물(30), 적어도 적층 구조물(30)을 관통하며 플레이트 패턴(21)과 접촉하는 수직 메모리 구조물들(50m), 및 적어도 적층 구조물(30)을 관통하며 플레이트 패턴(21)과 접촉하는 수직 더미 구조물들(50d)을 포함할 수 있다.1A to 3 , a
기판(3)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(R1)은 메모리 셀 어레이 영역일 수 있고, 제2 영역(R2)은 계단 영역, 연장 영역 또는 컨택 영역일 수 있다. 기판(3)은 반도체 특성을 갖는 물질(e.g., 실리콘)을 포함하는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(3)은 실리콘 기판일 수 있다.The
기판(3) 상에 주변 회로 구조물(6)이 배치될 수 있다. 주변 회로 구조물(6)은 기판(3) 상의 주변 회로(12), 기판(3) 상에서 주변 회로(12)와 전기적으로 연결되는 주변 배선 구조물(15), 및 기판(3) 상에서 주변 회로(12) 및 주변 배선 구조물(15)을 덮는 하부 절연 구조물(18)을 포함할 수 있다.A
주변 회로(12)는 기판(3) 상에서 소자분리 영역(9s)에 의해 한정되는 활성 영역(9a) 내에 배치되는 소스/드레인 영역들(12b), 소스/드레인 영역들(12b) 사이의 활성 영역(9a) 상에 순차적으로 배치되는 주변 게이트 유전층(12c)과 주변 게이트 전극(12a), 및 주변 게이트 전극(12a)의 양 측벽에 배치되는 주변 스페이서층(12d)을 포함하는 주변 트랜지스터를 포함할 수 있다.The
주변 배선 구조물(15)은 주변 배선 라인들(15l) 및 주변 배선 라인들을 전기적으로 연결하는 주변 콘택 플러그들(15v)을 포함할 수 있다.The
하부 절연 구조물(18)은 기판(3) 상에서 주변 회로(12) 및 주변 배선 구조물(15)을 덮도록 배치될 수 있다. 하부 절연 구조물(18)은 하나의 절연막 또는 복수의 절연막들을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 및 저유전막 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The
플레이트 패턴(21)은 주변 회로 구조물(6) 상에 배치될 수 있다. 플레이트 패턴(21)은 도우프트 실리콘 층, 예를 들어 도우프트 폴리 실리콘 층을 포함할 수 있다. 플레이트 패턴(21)의 적어도 일부는 플래시 메모리 소자에서의 공통 소스일 수 있다. The
플레이트 패턴(21)은 하부 층(21a), 하부 층(21a) 상에 배치되는 중간 층(21b) 및 중간 층(21b) 상에 배치되는 상부 층(21c)을 포함할 수 있다. 하부 층(21a), 중간 층(21b) 및 상부 층(21c)은 도우프트 폴리 실리콘 층, 예를 들어 N형의 도전형을 갖는 폴리 실리콘 층을 포함할 수 있다. 하부 층(21a)은 중간 층(21b) 및 상부 층(21c)의 두께보다 큰 두께를 가질 수 있다. 플레이트 패턴(21)에서 N형을 갖는 폴리 실리콘으로 형성되는 영역은 플래시 메모리 소자의 공통 소스(common source)일 수 있다The
적층 구조물(30)은 플레이트 패턴(21) 상에 배치될 수 있다. 적층 구조물(30)은 제1 영역(R1) 상에 배치되고, 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2) 상으로 연장될 수 있다. The stacked
적층 구조물(30)은 기판(3)의 상부면과 수직한 수직 방향(Z)으로 교대로 반복적으로 적층되는 게이트 전극들(39) 및 층간 절연 층들(33)을 포함할 수 있다. 적층 구조물(30)은 게이트 전극들(39) 각각의 상부면 및 하부면을 덮고, 게이트 전극들(39) 각각의 일부 측면을 덮는 유전체 층(도 3의 41)을 더 포함할 수 있다. The stacked
제2 영역(R2) 상에서, 게이트 전극들(39)은 계단 모양으로 배열되는 게이트 패드들을 포함할 수 있다.In the second region R2 , the
게이트 전극들(39)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극들(39)은 도우프트 폴리 실리콘, 금속 질화물(e.g., TiN 등), 금속-반도체 화합물(e.g., TiSi, NiSi 등) 및 금속(e.g., W 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유전체 층(41)은 실리콘 산화물 또는 고유전체(e.g., AlO 등)를 포함할 수 있다. 층간 절연 층들(33)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 복수의 층간 절연 층들(33)은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 예시적인 예에서, 하부 선택 게이트 전극(39L2)의 상부에 배치된 층간 절연 층(33)은 다른 층간 절연 층들에 비해 큰 두께를 가질 수 있다.The
게이트 전극들(39)은 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 및 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 상의 복수의 상부 게이트 전극들(39U)을 포함할 수 있다. 반도체 장치(1)가 플래시 메모리 장치인 경우에, 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 중 적어도 하나는 하부 선택 게이트 전극일 수 있다. 복수의 상부 게이트 전극들(39U) 중 적어도 하나는 스트링 선택 게이트 전극일 수 있다. 하부 선택 게이트 전극과 스트링 선택 게이트 전극 사이의 게이트 전극들 중 복수 개는 메모리 셀 게이트 전극들, 예를 들어 워드라인들일 수 있다.The
예시적인 예에서, 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 중 최하부 게이트 전극(39L1)은 하부 소거 제어 게이트 전극이고, 최하부 게이트 전극(39L1)과 인접한 상단에 배치되는 전극(39L2)은 하부 선택 게이트 전극들일 수 있다. 복수의 상부 게이트 전극들(39U) 중 최상단 게이트 전극(39U5) 및 이와 인접한 하단에 배치되는 전극(39U4)은 스트링 선택 게이트 전극들일 수 있다. 하부 선택 게이트 전극들과 스트링 선택 게이트 전극들 사이에 배치되는 전극들(39L3,39L4,39L5,39U1,39U2,39U3)은 메모리 셀 게이트 전극들, 예를 들어 워드라인들일 수 있다. 하부 소거 게이트 전극, 하부 선택 게이트 전극들, 메모리 셀 게이트 전극 및 스트링 선택 게이트 전극들의 개수, 적층 순서 등은 이에 한정되지 않으며, 게이트 전극들의 전체 적층 개수 등에 따라 변경될 수 있다.In an illustrative example, referring to FIGS. 2A to 2D , the lowermost gate electrode 39L1 of the plurality of
하부 선택 게이트 전극들(39L2)은 서로 분리되는 복수 개로 형성될 수 있다. 예시적인 예에서, 하부 선택 게이트 전극들(39L2)은 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 내지 제4 하부 선택 게이트 전극들(G1,G2,G3,G4)을 포함할 수 있다. The lower selection gate electrodes 39L2 may be formed in plurality to be separated from each other. In an exemplary embodiment, the lower selection gate electrodes 39L2 may include first to fourth lower selection gate electrodes G1 , G2 , G3 , and G4 disposed at the same height level.
스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)은 동일한 높이 레벨에서 서로 분리되는 복수 개의 스트링 선택 게이트 전극들, 예를 들어 제1 내지 제4 스트링 선택 게이트 전극들(S1,S2,S3,S4)을 포함할 수 있다.The string select gate electrodes 39U4 and 39U5 include a plurality of string select gate electrodes separated from each other at the same height level, for example, first to fourth string select gate electrodes S1 , S2 , S3 , and S4 . can do.
제1 내지 제4 하부 선택 게이트 전극들(G1,G2,G3,G4) 및 제1 내지 제4 스트링 선택 게이트 전극들(S1,S2,S3,S4)의 분리 구조는 후술하는 분리 구조물들을 참조하여 설명하기로 한다.The separation structure of the first to fourth lower selection gate electrodes G1, G2, G3, and G4 and the first to fourth string selection gate electrodes S1, S2, S3, and S4 will be described with reference to separation structures to be described later. to explain
분리 구조물은 적층 구조물(30)의 적어도 일부를 관통하도록 배치될 수 있다. 분리 구조물들은 주 분리 구조물들(42M), 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2), 제1 및 제2 하부 분리 구조물들(48C,48E) 및 상부 분리 구조물(45)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 각각의 주 분리 구조물들(42M), 및 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 각각의 주 분리 구조물들(42M), 및 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)은 도전성 패턴 및 도전성 패턴의 측면 상의 절연성 스페이서를 포함할 수 있다. The separation structure may be disposed to penetrate at least a portion of the stacked
주 분리 구조물들(42M)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에서 게이트 전극들(39)을 관통하도록 배치될 수 있다. 주 분리 구조물들(42M)은 복수 개일 수 있으며, 서로 평행하게 배치될 수 있다. 주 분리 구조물들(42M)의 각각은 기판(3)의 상부면과 평행한 제1 수평 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 제1 수평 방향(X)은 제1 영역(R1)에서 제2 영역(R2)을 향하는 방향일 수 있다. 주 분리 구조물들(42M)은 적층 구조물(30), 상부 층(21c) 및 중간 층(21b)을 관통하여, 하부 층(21a)과 접촉할 수 있다. 주 분리 구조물들(42M)은 적층 구조물(30)을 관통하도록 수직 방향(Z)으로 연장될 수 있으며, 게이트 전극들(39)을 제2 수평 방향(Y)으로 분리시킬 수 있다. 제2 수평 방향(Y)은 기판(3)의 상부면과 평행할 수 있고, 제1 수평 방향(X)과 수직한 방향일 수 있다. 복수 개의 주 분리 구조물들(42M)은 제2 수평 방향(Y)을 따라 이격되어 배치될 수 있다.The
제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)은 주 분리 구조물들(42M)의 사이에서 게이트 전극들(39)을 관통하도록 배치될 수 있다.The first and second auxiliary isolation structures 42S1 and 42S2 may be disposed between the
제2 보조 분리 구조물(42S)은 주 분리 구조물들(42M) 사이에서, 제1 영역(R1)으로부터 제1 수평 방향(X)을 따라 제2 영역(R2) 내로 연장될 수 있다. 제2 보조 분리 구조물(42S2)은 제2 영역(R2) 내에서 제1 수평 방향(X)을 따라 서로 이격된 부분들을 포함할 수 있다. The second auxiliary isolation structure 42S may extend from the first area R1 into the second area R2 in the first horizontal direction X between the
일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 하부 선택 게이트 전극들(39L2)과 동일한 높이 레벨에서 서로 이격된 제2 보조 분리 구조물(42S2)의 부분들 사이에 배치되는 제3 하부 분리 구조물(48M)을 더 포함할 수 있다. 제3 하부 분리 구조물(48M)은 하부 선택 게이트 전극들(39L2)을 선택적으로 분리할 수 있다. 제3 하부 분리 구조물(48M)은 층간 절연 층들(33)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. In the
도 1b에서와 같이, 하부 선택 게이트 전극들(39L2)과 동일한 높이 레벨에서, 제2 보조 분리 구조물(42S2) 및 제3 하부 분리 구조물(48M)은 각각 제2 수평 방향(Y)을 따른 제4 폭(d4) 및 제5 폭(d5)을 가질 수 있다. 제4 폭(d4) 및 제5 폭(d5)은 서로 다를 수 있고, 예를 들어, 제4 폭(d4)은 제5 폭(d5)보다 작을 수 있다. As shown in FIG. 1B , at the same height level as the lower selection gate electrodes 39L2 , the second auxiliary isolation structure 42S2 and the third
제1 보조 분리 구조물들(42S1)은 제2 보조 분리 구조물(42S2)과 주 분리 구조물들(42M) 사이에 배치될 수 있다. 제1 보조 분리 구조물(42S1)은 제2 영역(R2) 내에 배치되고, 제1 수평 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)은 적층 구조물(30)을 관통하도록 수직 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 하부 분리 구조물들(48C,48E)은 게이트 전극들(39) 중 하부 선택 게이트 전극(39L2)과 실질적으로 동일한 높이 레벨에 배치되어, 하부 선택 게이트 전극들(39L2)을 분리할 수 있다. The first auxiliary separation structures 42S1 may be disposed between the second auxiliary separation structures 42S2 and the
제1 하부 분리 구조물(48C)은 제1 영역(R1)에서 제1 수평 방향(X)을 따라 연장되어 하부 선택 게이트 전극들(39L2)을 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 분리 구조물(48C)은 하부 선택 게이트 전극들(39L2)사이에서 제1 수평 방향(X)으로 연장될 수 있다. 제1 하부 분리 구조물(48C)은 층간 절연 층(33)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 분리 구조물(48C)은 실리콘 질화물을 포함하고, 층간 절연 층(33)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. The first
제2 하부 분리 구조물(48E)은 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)의 경계 또는 제2 영역(R2) 내에 배치될 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)은 제1 하부 분리 구조물(48C) 및 제1 보조 분리 구조물(42S1) 사이에 배치될 수 있다. 도 1b의 평면도 상에서, 제2 하부 분리 구조물(48E)의 일 측면은 제1 하부 분리 구조물(48C)의 일 측면과 접촉하고, 제2 하부 분리 구조물(48E)의 타 측면은 제1 보조 분리 구조물(42S1)의 일 측면과 접촉할 수 있다. The second
제2 하부 분리 구조물(48E)은 제1 하부 분리 구조물(48C)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 제1 하부 분리 구조물(48C)은 실리콘 질화물을 포함하고, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 인접한 상부에 배치된 층간 절연 층(33)과 일체로 형성되어, 층간 절연 층(33)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.The second
제2 하부 분리 구조물(48E)의 상부에서, 적어도 일부의 층간 절연 층(33) 및 게이트 전극(39)이 제2 하부 분리 구조물(48E)의 중심을 향하여 함몰될 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)로부터 멀어지면서, 층간 절연 층들(33) 및 게이트 전극들(39)은 굴곡이 완화된 함몰부를 갖거나 함몰부를 갖지 않을 수 있다. 예시적인 예에서, 제2 하부 분리 구조물(48E)의 형성 공정에 따라, 함몰부가 형성되지 않고, 제2 하부 분리 구조물(48E) 상의 층간 절연 층(33)이 평탄한 상면을 가질 수도 있다.At an upper portion of the second
제1 및 제2 하부 분리 구조물들(48C,48E), 제3 하부 분리 구조물(48M) 및 하부 선택 게이트 전극들(39L2)은 최하부 게이트 전극(39L1), 예를 들어 하부 소거 제어 게이트 전극 상에 배치될 수 있다.The first and second
도 1b를 참조하면, 각각의 제1 하부 분리 구조물(48C), 제2 하부 분리 구조물(48E) 및 제3 주 분리 구조물(42M3)은 제2 수평 방향(Y)을 따른 제1 폭(d1), 제2 폭(d2) 및 제3 폭(d3)을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 폭들(d1,d2,d3)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 예시적인 예에서, 제2 폭(d2)은 제3 폭(d3)보다 크고, 제3 폭(d3)은 제1 폭(d1)보다 클 수 있다.Referring to FIG. 1B , each of the first
상부 분리 구조물(45)은 적층 구조물(30)의 복수의 게이트 전극들(39) 중 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)을 분리할 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 제1 하부 분리 구조물(48C) 및 제2 하부 분리 구조물(48E)로부터 수직 방향(Z)으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 제1 하부 분리 구조물(48C) 및 제2 하부 분리 구조물(48E)과 중첩할 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)의 일부에서 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)을 분리할 수 있다. 도 1a를 참조하면, 상부 분리 구조물(45)의 일 측면은 제1 보조 분리 구조물(42S1)의 일 측면과 접촉할 수 있다.The
게이트 전극들(39)은 분리 구조물들에 의해 복수 개로 분리될 수 있다. A plurality of
예시적인 예에서, 하부 선택 게이트 전극들(39L2)은 제2 수평 방향(Y)을 따라 분리되는 제1 내지 제4 하부 선택 게이트 전극들(G1,G2,G3,G4)을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the lower selection gate electrodes 39L2 may include first to fourth lower selection gate electrodes G1 , G2 , G3 , and G4 separated along the second horizontal direction Y .
제1 하부 선택 게이트 전극(G1)과 제2 하부 선택 게이트 전극(G2) 사이, 및 제3 하부 선택 게이트 전극(G3)과 제4 하부 선택 게이트 전극(G4) 사이에는, 제1 하부 분리 구조물(48C), 제2 하부 분리 구조물(48E) 및 제1 보조 분리 구조물(42S1)이 제1 수평 방향(X)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 제1 하부 분리 구조물(48C)은 제1 영역(R1)에서 하부 선택 게이트 전극(39L2)과 실질적으로 동일한 레벨에 배치되어, 하부 선택 게이트 전극(39L2)을 선택적으로 분리할 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)은 제2 영역(R2)에서 하부 선택 게이트 전극(39L2)과 실질적으로 동일한 레벨에 배치되어, 하부 선택 게이트 전극(39L2)을 선택적으로 분리할 수 있다. 제1 보조 분리 구조물(42S1)은 제2 영역(R2)에서 수직 방향(Z)으로 연장되도록 배치되어, 하부 선택 게이트 전극(39L2)을 포함한 게이트 전극들(39)을 분리할 수 있다. Between the first lower selection gate electrode G1 and the second lower selection gate electrode G2 and between the third lower selection gate electrode G3 and the fourth lower selection gate electrode G4, a first lower isolation structure ( 48C), the second
제2 하부 선택 게이트 전극 (G2)과 제3 하부 선택 게이트 전극(G3) 사이에는 제2 보조 분리 구조물(42S2) 및 제3 하부 분리 구조물(48M3)이 배치될 수 있다. 제2 보조 분리 구조물(42S)은 제1 영역(R1)으로부터 제1 수평 방향(X)을 따라 제2 영역(R2) 내로 연장되며, 제2 영역(R2) 내에서 제1 수평 방향(X)을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 보조 분리 구조물(42S2)은 제1 및 제2 영역들(R1,R2)에서 수직 방향(Z)으로 연장되도록 배치되어, 하부 선택 게이트 전극(39L2)을 포함한 게이트 전극들(39)을 분리할 수 있다. 제3 하부 분리 구조물(48M3)은 제2 보조 분리 구조물(42S)의 이격된 영역 사이에서 하부 선택 게이트 전극(39L2)과 실질적으로 동일한 높이 레벨에 배치되어, 하부 선택 게이트 전극(39L2)을 선택적으로 분리할 수 있다.A second auxiliary isolation structure 42S2 and a third lower isolation structure 48M3 may be disposed between the second lower selection gate electrode G2 and the third lower selection gate electrode G3 . The second auxiliary separation structure 42S extends from the first region R1 in the first horizontal direction X into the second region R2, and in the second region R2 in the first horizontal direction X may be disposed to be spaced apart from each other along the The second auxiliary isolation structure 42S2 is disposed to extend in the vertical direction Z in the first and second regions R1 and R2 to separate the
예시적인 예에서, 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)은 각각 제2 수평 방향(Y)을 따라 분리되는 제1 내지 제4 스트링 선택 게이트 전극들(S1,S2,S3,S4)을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the string selection gate electrodes 39U4 and 39U5 may include first to fourth string selection gate electrodes S1 , S2 , S3 , and S4 separated along the second horizontal direction Y, respectively. can
제1 스트링 선택 게이트 전극(S1)과 제2 스트링 선택 게이트 전극(S2) 사이, 및 제3 스트링 선택 게이트 전극(S3)과 제4 스트링 선택 게이트 전극(S4) 사이에는, 상부 분리 구조물(45) 및 제1 보조 분리 구조물(42S1)이 제1 수평 방향(X)을 따라 연속적으로 배치될 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)의 일부에 걸쳐 제1 수평 방향(X)으로 연장되며, 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)을 적어도 분리하도록 수직 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 제1 보조 분리 구조물(42S1)은 제2 영역(R2)에서 수직 방향(Z)으로 연장되도록 배치되어, 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)을 포함한 게이트 전극들(39)을 분리할 수 있다. An
제2 스트링 선택 게이트 전극(S2)과 제3 하부 선택 게이트 전극(G3) 사이에는 제2 보조 분리 구조물(42S2)이 배치될 수 있다. 제2 보조 분리 구조물(42S)은 제1 영역(R1)으로부터 제1 수평 방향(X)을 따라 제2 영역(R2) 내로 연장되며, 제2 영역(R2) 내에서 제1 수평 방향(X)을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 보조 분리 구조물(42S2)은 제1 및 제2 영역들(R1,R2)에서 수직 방향(Z)으로 연장되도록 배치되어, 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)을 포함한 게이트 전극들(39)을 분리할 수 있다.A second auxiliary isolation structure 42S2 may be disposed between the second string selection gate electrode S2 and the third lower selection gate electrode G3 . The second auxiliary separation structure 42S extends from the first region R1 in the first horizontal direction X into the second region R2, and in the second region R2 in the first horizontal direction X may be disposed to be spaced apart from each other along the The second auxiliary isolation structure 42S2 is disposed to extend in the vertical direction Z in the first and second regions R1 and R2, and includes the
예시적인 예에서, 동일 높이 레벨에 위치하는 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)의 개수는 동일 높이 레벨에 위치하는 하부 선택 게이트 전극들(39L2)의 개수와 동일할 수 있다. 하부 선택 게이트 전극들을 스트링 선택 게이트 전극들과 동일한 개수로 배치함으로써, 하나의 하부 선택 게이트 전극이 하나의 스트링 선택 게이트 전극을 제어할 수 있다. 이로써, 셀의 동작 특성 및 성능이 열화되는 것을 억제할 수 있다. 도 1a 및 도 1b 에서, 각각의 스트링 선택 게이트 전극들(39U4,39U5)과 하부 선택 게이트 전극들(39L2)은 4 개의 전극들로 분리된 실시예를 도시하였으나, 분리되는 전극들의 개수는 이에 한정되지 않는다.In an exemplary embodiment, the number of string select gate electrodes 39U4 and 39U5 positioned at the same height level may be the same as the number of lower select gate electrodes 39L2 positioned at the same height level. By disposing the lower select gate electrodes in the same number as the string select gate electrodes, one lower select gate electrode may control one string select gate electrode. Thereby, it is possible to suppress deterioration of the operating characteristics and performance of the cell. 1A and 1B , each of the string select gate electrodes 39U4 and 39U5 and the lower select gate electrodes 39L2 is divided into four electrodes. However, the number of separated electrodes is limited thereto. doesn't happen
수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)은 제1 영역(R1)에서 적층 구조물(30)을 관통하도록 배치될 수 있다.The
도 3을 참조하면, 수직 메모리 구조물(50m)은 절연성 코어 영역(56m), 절연성 코어 영역(56m) 상의 패드 패턴(58m), 절연성 코어 영역(56m)의 측면 및 패드 패턴(58m)의 측면 상의 유전체 구조물(52m), 및 절연성 코어 영역(56m)과 유전체 구조물(52m) 사이 및 절연성 코어 영역(56m)과 패드 패턴(58m) 사이의 채널 층(54m)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
패드 패턴(58m)은 게이트 전극들(39) 중 최상부 게이트 전극(39U5) 보다 높은 레벨에 배치될 수 있다. The
패드 패턴(58m)은 도우프트 실리콘, 예를 들어 N형의 도전형을 갖는 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 채널 층(54m)은 패드 패턴(58m)과 접촉할 수 있다. 채널 층(54m)은 실리콘 층으로 형성될 수 있다. 유전체 구조물(52m)은 제1 유전체 층(52a), 정보 저장 층(52d) 및 제2 유전체 층(52b)을 포함할 수 있다. 정보 저장 층(52d)은 제1 유전체 층(52a)과 제2 유전체 층(52b) 사이에 개재될 수 있다. 제1 유전체 층(52a)은 실리콘 산화물 및/또는 고유전체를 포함할 수 있다. 정보 저장 층(52d)은 메모리 장치에서 정보를 저장할 수 있는 물질, 예를 들어 차지(charge)를 트랩할 수 있는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제2 유전체 층(52b)은 채널 층(54m)과 접촉하는 터널 유전체 층일 수 있다. 제2 유전체 층(52b)은 실리콘 산화물 또는 불순물이 도핑된 실리콘 산화물일 수 있다. The
게이트 전극들(39)은 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 및 복수의 하부 게이트 전극들(39l) 상의 복수의 상부 게이트 전극들(39U)을 포함할 수 있다. The
수직 메모리 구조물(50m)은 복수의 하부 게이트 전극들(39L)을 관통하는 하부 수직 부분(50L), 복수의 상부 게이트 전극들(39U)을 관통하는 상부 수직 부분(50U), 및 하부 수직 부분(50L)과 상부 수직 부분(50U) 사이의 폭 변화 부분(50V)을 포함할 수 있다.The
폭 변화 부분(50V)은 복수의 하부 게이트 전극들(39L) 중 최상부의 하부 게이트 전극과, 복수의 상부 게이트 전극들(39u) 중 최하부의 상부 게이트 전극 사이에 배치될 수 있다. The width-
폭 변화 부분(50V)은 하부 수직 부분(50L)의 측면 및 상부 수직 부분(50U)의 측면으로부터 절곡되면서 연장되는 측면을 가질 수 있다. 폭 변화 부분(50V)은 하부 수직 부분(50L)의 측면 기울기 및 상부 수직 부분(50U)의 측면 기울기와 다른 측면 기울기를 가질 수 있다. 따라서, 폭 변화 부분(50V)은 기울기 변화 부 또는 절곡 부로 지칭될 수 있다. The width-
복수의 하부 게이트 전극들(39L) 중 최상부의 하부 게이트 전극과, 복수의 상부 게이트 전극들(39U) 중 최하부의 상부 게이트 전극 사이에 위치하는 층간 절연 층(33)은 제1 층(33_1) 및 제1 층(33_1) 상의 제2 층(33_2)을 포함할 수 있다. The interlayer insulating
상기 플레이트 패턴(21)에서, 중간 층(21b)은 유전체 구조물(52m)을 관통하며 채널 층(54m)과 접촉할 수 있다. 유전체 구조물(52m)은 중간 층(21b)에 의해 상부 유전체 구조물(52mU) 및 하부 유전체 구조물(52mL)로 분리될 수 있다. In the
수직 더미 구조물들(50d)은 비트라인(78b)과 전기적으로 절연된 더미 구조물들일 수 있다. 수직 더미 구조물들(50d)은 적층 구조물(30)의 무너짐 또는 변형을 방지하는 지지대 역할을 할 수 있다. 수직 더미 구조물들(50d)은 수직 메모리 구조물(50m)과 동일한 단면 구조를 갖고, 동일한 물질로 형성될 수 있다.The
도 2a를 참조하면, 수직 더미 구조물들(50d)은 제1 하부 분리 구조물(48C)을 관통할 수 있고, 상부 분리 구조물(45)은 수직 더미 구조물들(50d)의 상부를 관통할 수 있다.Referring to FIG. 2A , the
비트라인(78b) 및 비트라인 연결 플러그(75b)가 적층 구조물(30)보다 높은 레벨에 배치될 수 있다. 비트라인(78b) 및 비트라인 연결 플러그(75b)는 적층 구조물(30) 상에 배치되는 캡핑 절연 구조물(40)을 관통하여 배치될 수 있다. 비트라인(78b)은 제2 수평 방향(Y)으로 연장되는 라인 모양일 수 있다. 비트라인 연결 플러그(75b)가 수직 메모리 구조물(50m)과 비트라인(78b) 사이에 배치되어, 수직 메모리 구조물(50m)과 비트라인(78b)을 전기적으로 연결할 수 있다. 비트라인 연결 플러그들(75b)은 차례로 적층된 제1 플러그(75_1) 및 제2 플러그(75_2)를 포함할 수 있다. The
이하에서는, 도 4a 내지 도 7d를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치 형성 방법의 예시적인 예를 설명하기로 한다. Hereinafter, an exemplary method of forming a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 7D .
도 4a, 도 5a, 도 6a 및 도 7a는 도 1a 및 도 1b의 I-I'선을 따라 절단된 단면들을 도시한 단면도들이고, 도 4b, 도 5b, 도 6b 및 도 7b는 도 1a 및 도 1b의 II-II'선을 따라 절단된 단면들을 도시한 단면도들이고, 도 4c, 도 5c, 도 6c 및 도 7c는 도 1a 및 도 1b의 III-III'선을 따라 절단된 단면들을 도시한 단면도들이고, 도 4d, 도 5d, 도 6d 및 도 7d는 도 1a 및 도 1b의 IV-IV'선을 따라 절단된 단면들을 도시한 단면도들이다.4A, 5A, 6A, and 7A are cross-sectional views illustrating cross-sections taken along line I-I' of FIGS. 1A and 1B, and FIGS. 4B, 5B, 6B and 7B are FIGS. 1A and 1B. It is a cross-sectional view showing cross-sections taken along line II-II' of 1b, and FIGS. 4c, 5c, 6c and 7c are cross-sectional views showing cross-sections taken along line III-III' of FIGS. 1a and 1b 4D, 5D, 6D, and 7D are cross-sectional views illustrating cross-sections taken along line IV-IV' of FIGS. 1A and 1B.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 기판(3) 상에 주변 회로(12) 및 주변 배선 구조물(15)을 형성할 수 있다.4A to 4D , the
기판(3) 내에 소자분리 영역(9s)을 형성하고, 주변 게이트 유전층(12c) 및 주변 게이트 전극(12a)을 순차적으로 형성할 수 있다. 소자분리 영역(9s)은 예를 들어, 쉘로우 트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 주변 게이트 유전층(12c)과 주변 게이트 전극(12a)의 양 측벽에 주변 스페이서층(12d), 및 주변 소스/드레인 영역(12b)을 형성할 수 있다. A
하부 절연 구조물(18)은 주변 회로(12)를 덮도록 형성될 수 있다.The lower insulating
기판(3) 상에서 하부 절연 구조물(18)을 덮는 하부 층(21a)을 형성할 수 있다. 하부 층(21a) 상에 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)의 일부까지 연장되는 예비 중간 층(21p)을 형성할 수 있다. 하부 층(21a) 및 예비 중간 층(21p)을 덮는 상부 층(21c)을 형성할 수 있다. 하부 층(21a) 및 상부 층(21c)은 도우프트 폴리 실리콘 층, 예를 들어 N형의 도전형을 갖는 폴리 실리콘 층을 포함할 수 있다. 예비 중간 층(21p)은 하나 또는 차례로 적층된 복수의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예비 중간 층(21p)은 차레로 적층된 실리콘 산화물 층, 실리콘 질화물 층 및 실리콘 산화물 층을 포함할 수 있다.A
도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 상부 층(21c) 상에 복수의 층간 절연 층들(33) 및 복수의 희생층들(36l,36h)을 교대로 적층된 예비 적층 구조물(30p)을 형성할 수 있다. 복수의 희생층들(36l,36h)은 복수의 층간 절연 층들(33)에 대해 높은 식각 선택성을 가져서 선택적으로 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 식각 선택성은 층간 절연 층들(33)의 식각 속도에 대한 희생층들(36l,36h)의 식각 속도의 비율을 통해 정량적으로 표현될 수 있다. 층간 절연 층들(33)은 예를 들어, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 희생층들(36l,36h)은 예를 들어, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 층간 절연 층들(33)은 실리콘 산화물을 포함하고, 희생층들(36l,36h)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.5A to 5D , a preliminary stacked structure 30p in which a plurality of
복수의 희생층들(36l,36h) 중 하부 선택 게이트 전극(도 2a 내지 도 2d의 39L2)으로 치환될 희생층(36l)은 다른 희생층들(36h)에 비해 낮은 식각 선택성을 가질 수 있다. 식각 선택성은 희생층의 성분, 희생층의 증착 방법 등에 의해 제어될 수 있다. 예시적인 예에서, 희생층들(36h,36l)이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, 희생층(36l)은 희생층들(36h)에 비해 낮은 농도의 질소를 함유하여, 희생층(36h)에 비해 낮은 식각 선택성을 가질 수 있다. Among the plurality of
제2 영역(R2)의 희생층(36l)의 적어도 일부가 절단(cutting)되어, 절단 영역이 형성될 수 있다. 예시적인 예에서, 절단 영역은 희생층(36l)의 제2 수평 방향(Y)을 따른 중앙부에 형성되며, 제2 영역(R2)에서 제1 수평 방향(X)을 따라 일정 부분 연장될 수 있다. 절단 영역에 절연 물질이 채워짐으로써 제2 하부 분리 구조물(48E)이 형성될 수 있다. 예시적인 예에서, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 이와 상부에서 인접한 층간 절연 층(33)과 일체로 형성될 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)의 상부에서, 적어도 일부의 층간 절연 층(33) 및 게이트 전극(39)은 제2 하부 분리 구조물(48E)의 중심을 향하여 함몰될 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)로부터 멀어지면서, 층간 절연 층들(33) 및 게이트 전극들(39)은 굴곡이 완화된 함몰부를 갖거나 함몰부를 갖지 않을 수 있다.At least a portion of the sacrificial layer 36l of the second region R2 may be cut to form a cut region. In an exemplary embodiment, the cut region may be formed in a central portion of the sacrificial layer 36l in the second horizontal direction Y, and may partially extend from the second region R2 in the first horizontal direction X. . The second
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 예비 적층 구조물(30p)을 관통하는 수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)을 형성할 수 있다.6A to 6D ,
수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)은 마스크층을 이용하여 희생층들(36l,36h) 및 층간 절연 층들(33)을 이방성 식각하여 형성된 채널 홀들을 매립함으로써 형성될 수 있다. 수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)의 측벽은 하부 층(21a)의 상면에 수직하거나 수직하지 않을 수 있다. 수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)은 상부 층(21c)과 예비 중간 층(21p)을 관통하여, 하부 층(21a)의 일부를 리세스하도록 형성될 수 있다. 수직 더미 구조물들(50d) 중 일부는 제1 하부 분리 구조물(48C)을 관통하도록 형성될 수 있다. 채널 홀 내부에 유전체 구조물(52m), 채널 층(54m) 및 절연성 코어 영역(56m)을 순차적으로 형성함으로써, 수직 메모리 구조물들(50m) 및 수직 더미 구조물들(50d)이 형성될 수 있다.The
다음으로, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 층간 절연 층들(33) 상에 층간 절연 층들(33)을 덮는 상부 절연 층(34)을 형성할 수 있다. 상부에 위치하는 하나 또는 복수의 층간 절연 층들(33)과 상부 절연 층(34)을 관통하는 상부 분리 구조물(45)을 형성할 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 수직 더미 구조물(50d)의 상부의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다. 상부 분리 구조물(45)은 실리콘 산화물로 형성될 수 있다. 상부 분리 구조물(45)과 수직 메모리 구조물들(50d)의 형성 순서는 변경될 수 있다. 예를 들어, 상부 분리 구조물(45)을 형성한 후, 상부 분리 구조물(45)의 아래에서 수직 방향(Z)으로 연장되는 수직 메모리 구조물들(50d)을 형성하는 것도 가능하다.Next, referring to FIGS. 7A to 7D , an upper insulating
주 분리 구조물(42M) 및 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)에 대응되는 영역들에, 예비 적층 구조물(30p)을 관통하는 분리 트렌치들(TR)을 형성할 수 있다. 분리 트렌치들(TR)은 상부 층(21c)을 관통하도록 형성될 수 있다. 분리 트렌치들(TR) 내에서 에치-백 공정을 수행하여, 제1 영역(R1)의 예비 중간 층(21p)을 선택적으로 제거하고, 노출된 유전체 구조물(52m)의 일부를 함께 제거할 수 있다. 예비 중간 층(21p)이 제거된 영역에 중간 층(21b)이 형성될 수 있다. 중간 층(21b)은 N형의 도전형을 갖는 폴리 실리콘 층으로 형성될 수 있다.Isolation trenches TR passing through the preliminary stacked structure 30p may be formed in regions corresponding to the
분리 트렌치들(TR)을 통해 희생층들(36l,36h)이 선택적으로 제거되어, 터널부(TL)가 형성될 수 있다. 상대적으로 높은 식각 선택성을 갖는 희생층들(36h)이 전부 제거되는 동안, 상대적으로 낮은 식각 선택성을 갖는 희생층(36l)은 일부가 제거되지 않고 잔존하게 된다. 예시적인 예에서, 희생층(36l)은 양측에서부터 제거되기 시작하여, 중앙부에 잔존할 수 있다. 잔존한 희생층은 제1 하부 분리 구조물(48C)로 지칭될 수 있다.The
제1 하부 분리 구조물(48C)은 제2 하부 분리 구조물(48E)과 인접하게 형성될 수 있다. 제1 하부 분리 구조물(48C)은 제1 영역(R1)에서 제1 수평 방향(X)을 따라 연장되고, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 제1 및 제2 영역들(R1,R2)의 경계로부터 제2 영역(R2) 내로 제1 수평 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 제1 및 제2 하부 분리 구조물들(48C)은 후술하는 공정에 의해 형성될 하부 선택 게이트 전극(도 2a 내지 도 2d의 39L2)을 제2 수평 방향(Y)을 따라 분리할 수 있다.The first
제1 하부 분리 구조물(48C)은 희생층(36l)이 잔존하는 부분으로서, 희생층(36l)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예시적인 예에서, 제1 하부 분리 구조물(48C)은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제2 하부 분리 구조물(48E)은 제1 하부 분리 구조물(48C)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 예에서, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 이웃하는 층간 절연 층(33)과 일체로 형성되어, 이웃하는 층간 절연 층(33)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 하부 분리 구조물(48E)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.The first
다음으로, 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 희생층들(36l,36h)이 제거되어 형성된 터널부(TL)에 도전성 물질을 매립하여 게이트 전극들(39)을 형성할 수 있다. 예비 적층 구조물(30p)은 게이트 전극들(39) 및 층간 절연 층들(33)을 포함하는 적층 구조물(30)로 형성될 수 있다.Next, referring to FIGS. 2A to 2D , the
예시적인 예에서, 터널부(TL)들 내에 게이트 전극들(39)을 형성하기 전에, 유전체 층을 컨포멀하게 형성할 수 있다. 터널부(TL)들 내에 게이트 전극들(39)을 형성하는 것은 터널부(TL)들 내에 도전성 물질 층들을 형성하고, 도전성 물질 층들을 식각하는 것을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, before forming the
분리 트렌치들(TR)은 실리콘 산화물으로 매립되어 주 분리 구조물(42M) 및 제1 및 제2 보조 분리 구조물들(42S1,42S2)이 형성될 수 있다. The isolation trenches TR may be filled with silicon oxide to form a
다음으로, 도 8 도 9 및 도 10을 각각 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 설명하기로 한다. Next, a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9 and 10 , respectively.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 8 is a diagram schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템(1000)은 반도체 장치(1100) 및 반도체 장치(1100)와 전기적으로 연결되어 반도체 장치(1100)를 제어하는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 시스템(1000)은 반도체 장치(1100)를 포함하는 스토리지 장치(storage device) 또는 스토리지 장치를 포함하는 전자 장치(electronic device)일 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 시스템(1000)은 반도체 장치(1100)를 포함하는 SSD 장치(solid state drive device), USB(Universal Serial Bus), 컴퓨팅 시스템, 의료 장치 또는 통신 장치일 수 있다. Referring to FIG. 8 , a
실시 예에서, 데이터 저장 시스템(1000)은 테이터를 저장하는 전자 시스템일 수 있다.In an embodiment, the
반도체 장치(1100)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 실시예에 따른 반도체 장치일 수 있다. 반도체 장치(1100)는 제1 구조물(1100F) 및 제1 구조물(1100F) 상의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. The
제1 구조물(1100F)은 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 구조물일 수 있다. 예를 들어, 제1 구조물(1100F)은 앞에서 상술한 주변 회로(도 2a 내지 도 2d의 12)를 포함하는 주변 회로 구조물(도 2a 내지 도 2d의 6)을 포함할 수 있다. 주변 회로(도 2a 내지 도 2d의 12)는 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 구조물를 구성하는 트랜지스터일 수 있다. The
제2 구조물(1100S)은 비트라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 워드라인들(WL), 제1 및 제2 게이트 상부 라인들(UL1, UL2), 제1 및 제2 게이트 하부 라인들(LL1, LL2), 및 비트라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이의 메모리 셀 스트링들(CSTR)을 포함하는 메모리 구조물일 수 있다. The
제2 구조물(1100S)에서, 각각의 메모리 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 하부 트랜지스터들(LT1, LT2), 비트라인(BL)에 인접하는 상부 트랜지스터들(UT1, UT2), 및 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)과 상부 트랜지스터들(UT1, UT2) 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)을 포함할 수 있다. 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)의 개수와 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. In the
예시적인 실시예들에서, 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)은 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있고, 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)은 접지 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 게이트 하부 라인들(LL1, LL2)은 각각 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)의 게이트 전극일 수 있다. 워드라인들(WL)은 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들일 수 있고, 게이트 상부 라인들(UL1, UL2)은 각각 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)의 게이트 전극일 수 있다. In example embodiments, the upper transistors UT1 and UT2 may include a string select transistor, and the lower transistors LT1 and LT2 may include a ground select transistor. The gate lower lines LL1 and LL2 may be gate electrodes of the lower transistors LT1 and LT2, respectively. The word lines WL may be gate electrodes of the memory cell transistors MCT, and the gate upper lines UL1 and UL2 may be gate electrodes of the upper transistors UT1 and UT2, respectively.
앞에서 설명한 게이트 전극들(도 2a 내지 도 2d의 39)은 게이트 하부 라인들(LL1, LL2), 워드라인들(WL) 및 게이트 상부 라인들(UL1, UL2)을 구성할 수 있다. The above-described gate electrodes (39 of FIGS. 2A to 2D ) may constitute the gate lower lines LL1 and LL2 , the word lines WL and the gate upper lines UL1 and UL2 .
예시적인 실시예들에서, 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)은 직렬 연결된 하부 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 접지 선택 트랜지스터(LT2)를 포함할 수 있다. 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)은 직렬 연결된 스트링 선택 트랜지스터(UT1) 및 상부 소거 제어 트랜지스터(UT2)를 포함할 수 있다. 하부 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 하부 소거 제어 트랜지스터(UT1) 중 적어도 하나는 게이트 유도 누설 전류(Gate Induce Drain Leakage, GIDL) 현상을 이용하여 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 저장된 데이터를 삭제하는 소거 동작에 이용될 수 있다. In example embodiments, the lower transistors LT1 and LT2 may include a lower erase control transistor LT1 and a ground select transistor LT2 connected in series. The upper transistors UT1 and UT2 may include a string select transistor UT1 and an upper erase control transistor UT2 connected in series. At least one of the lower erase control transistor LT1 and the lower erase control transistor UT1 uses a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon to erase data stored in the memory cell transistors MCT. can be used for
공통 소스 라인(CSL), 제1 및 제2 게이트 하부 라인들(LL1, LL2), 워드라인들(WL), 및 제1 및 제2 게이트 상부 라인들(UL1, UL2)은, 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 제1 연결 배선들(1115)을 통해 디코더 회로(1110)와 전기적으로 연결될 수 있다. The common source line CSL, the first and second gate lower lines LL1 and LL2, the word lines WL, and the first and second gate upper lines UL1 and UL2 form the first structure ( It may be electrically connected to the
앞에서 설명한 플레이트 패턴(도 2a 내지 도 2d의 21)의 적어도 일부는 공통 소스 라인(CSL)일 수 있다. 비트라인들(BL)은 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 제2 연결 배선들(1125)을 통해 페이지 버퍼(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 비트라인들(BL)은 앞에서 설명한 비트라인들(78b)일 수 있다. At least a portion of the aforementioned plate pattern ( 21 in FIGS. 2A to 2D ) may be a common source line CSL. The bit lines BL may be electrically connected to the
제1 구조물(1100F)에서, 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 적어도 하나의 선택 메모리 셀 트랜지스터에 대한 제어 동작을 실행할 수 있다. 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 로직 회로(1130)에 의해 제어될 수 있다. In the
반도체 장치(1000)는 입출력 패드(1101)를 더 포함할 수 있다. The
반도체 장치(1000)는 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결되는 입출력 패드(1101)를 통해, 컨트롤러(1200)와 통신할 수 있다. 입출력 패드(1101)는 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 입출력 연결 배선(1135)을 통해 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(1200)는 입출력 패드(1101)를 통하여 반도체 장치(1000)와 전기적으로 연결되며, 반도체 장치(1000)를 제어할 수 있다. The
컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), NAND 컨트롤러(1220), 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 데이터 저장 시스템(1000)은 복수의 반도체 장치들(1100)을 포함할 수 있으며, 이 경우, 컨트롤러(1200)는 복수의 반도체 장치들(1000)을 제어할 수 있다. The
프로세서(1210)는 컨트롤러(1200)를 포함한 데이터 저장 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, NAND 컨트롤러(1220)를 제어하여 반도체 장치(1100)에 억세스할 수 있다. NAND 컨트롤러(1220)는 반도체 장치(1100)와의 통신을 처리하는 NAND 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. NAND 인터페이스(1221)를 통해, 반도체 장치(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 반도체 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 반도체 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로부터 읽어오고자 하는 데이터 등이 전송될 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)는 데이터 저장 시스템(1000)과 외부 호스트 사이의 통신 기능을 제공할 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)를 통해 외부 호스트로부터 제어 명령을 수신하면, 프로세서(1210)는 제어 명령에 응답하여 반도체 장치(1100)를 제어할 수 있다. The
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.9 is a perspective view schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 시스템(2000)은 메인 기판(2001)과, 메인 기판(2001)에 실장되는 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003), 및 DRAM(2004)을 포함할 수 있다. 반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)은 메인 기판(2001)에 형성되는 배선 패턴들(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 9 , a
메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 복수의 핀들의 개수와 배치는, 데이터 저장 시스템(2000)과 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 데이터 저장 시스템(2000)은 USB(Universal Serial Bus), PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 데이터 저장 시스템(2000)은 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 데이터 저장 시스템(2000)은 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다. The
컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(2003)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 데이터 저장 시스템(2000)의 동작 속도를 개선할 수 있다. The
DRAM(2004)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(2003)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 데이터 저장 시스템(2000)에 포함되는 DRAM(2004)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(2003)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 데이터 저장 시스템(2000)에 DRAM(2004)이 포함되는 경우, 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)를 제어하기 위한 NAND 컨트롤러 외에 DRAM(2004)을 제어하기 위한 DRAM 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. The
반도체 패키지(2003)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)은 각각 복수의 반도체 칩들(2200)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 실시예에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다. The
제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b) 각각은, 패키지 기판(2100), 패키지 기판(2100) 상의 반도체 칩들(2200), 반도체 칩들(2200) 각각의 하부면에 배치되는 접착층들(2300), 반도체 칩들(2200)과 패키지 기판(2100)을 전기적으로 연결하는 연결 구조물(2400), 및 패키지 기판(2100) 상에서 반도체 칩들(2200) 및 연결 구조물(2400)을 덮는 몰딩층(2500)을 포함할 수 있다. Each of the first and
패키지 기판(2100)은 패키지 상부 패드들(2130)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩들2200)은 입출력 패드(2210)를 포함할 수 있다. The
예시적인 실시예들에서, 연결 구조물(2400)은 입출력 패드(2210)와 패키지 상부 패드들(2130)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어일 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)에서, 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2100)의 패키지 상부 패드들(2130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)에서, 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조물(2400) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via, TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. In example embodiments, the
예시적인 실시예들에서, 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 실장되고, 인터포저 기판에 형성되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 서로 연결될 수도 있다. In example embodiments, the
도 10은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도들이다. 도 10은 도 9의 반도체 패키지(2003)의 예시적인 실시예를 설명하며, 도 10의 반도체 패키지(2003)를 절단선 VI-VI'선을 따라 절단한 영역을 개념적으로 나타낸다.10 is a cross-sectional view schematically illustrating a semiconductor package according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 10 illustrates an exemplary embodiment of the
도 10을 참조하면, 반도체 패키지(2003)에서, 패키지 기판(2100)은 인쇄회로 기판일 수 있다. 패키지 기판(2100)은 패키지 기판 바디부(2120), 패키지 기판 바디부(2120)의 상면에 배치되는 패키지 상부 패드들(2130), 패키지 기판 바디부(2120)의 하면에 배치되거나 하면을 통해 노출되는 하부 패드들(2125), 및 패키지 기판 바디부(2120) 내부에서 상부 패드들(2130)과 하부 패드들(2125)을 전기적으로 연결하는 내부 배선들(2135)을 포함할 수 있다. 상부 패드들(2130)은 연결 구조물들(2400)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 패드들(2125)은 도전성 연결부들(2800)을 통해 도 9와 같이 전자 시스템(2000)의 메인 기판(2010)의 배선 패턴들(2005)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 10 , in the
반도체 칩들(2200) 각각은 반도체 기판(3010) 및 반도체 기판(3010) 상에 차례로 적층되는 제1 구조물(3100) 및 제2 구조물(3200)을 포함할 수 있다. 제1 구조물(3100)은 주변 배선들(3110)을 포함하는 주변 회로 영역을 포함할 수 있다. 제2 구조물(3200)은 공통 소스 라인(3205), 공통 소스 라인(3205) 상의 게이트 적층 구조물(3210), 게이트 적층 구조물(3210)을 관통하는 메모리 채널 구조물들(3220)과 분리 구조물들(3230), 메모리 채널 구조물들(3220)과 전기적으로 연결되는 비트라인들(3240), 및 게이트 적층 구조물(3210)의 워드라인들(도 8의 WL)과 전기적으로 연결되는 게이트 연결 배선들을 포함할 수 있다. 제1 구조물(3100)은 도 8의 제1 구조물(1100F)을 포함할 수 있고, 제2 구조물(3200)은 도 8의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 10에서, 도면부호 1로 나타내는 부분 확대 영역은 도 2d의 단면 구조를 나타낼 수 있다. 따라서, 반도체 칩들(2200) 각각은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 실시예에 따른 반도체 장치(1)를 포함할 수 있다.Each of the
반도체 칩들(2200) 각각은, 제1 구조물(3100)의 주변 배선들(3110)과 전기적으로 연결되며 제2 구조물(3200) 내로 연장되는 관통 배선(3245)을 포함할 수 있다. 관통 배선(3245)은 게이트 적층 구조물(3210)을 관통할 수 있으며, 게이트 적층 구조물(3210)의 외측에 더 배치될 수 있다. Each of the
반도체 칩들(2200) 각각은, 제1 구조물(3100)의 주변 배선들(3110)과 전기적으로 연결되며 제2 구조물(3200) 내로 연장되는 입출력 연결 배선(3265) 및 입출력 연결 배선(3265)과 전기적으로 연결되는 입출력 패드(2210)를 더 포함할 수 있다. Each of the
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. As described above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various types of substitution, modification and change will be possible by those skilled in the art within the scope not departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, and it is also said that it falls within the scope of the present invention. something to do.
반도체 장치: 1
반도체 기판: 3
주변 회로 구조물: 6
주변 회로: 12
주변 배선 구조물: 15
하부 절연 구조물: 18
플레이트 패턴: 21
하부 층: 21a
중간 층: 21b
예비 중간 층: 21p
상부 층: 21c
적층 구조물: 30
예비 적층 구조물: 30p
층간 절연 층: 33
게이트 전극들: 39
유전체 층: 41
희생층: 36
수직 메모리 구조물: 50m
수직 더미 구조물: 50d
비트라인: 78b
비트라인 연결 플러그: 75b
주 분리 구조물: 42M
제1 보조 분리 구조물: 42S1
제2 보조 분리 구조물: 42S2
제1 하부 분리 구조물: 48C
제2 하부 분리 구조물: 48E
제3 하부 분리 구조물: 48M
상부 분리 구조물: 45
제1 영역: R1
제2 영역: R2Semiconductor device: 1 Semiconductor substrate: 3
Peripheral circuit structure: 6 Peripheral circuit: 12
Peripheral wiring structure: 15 Lower insulation structure: 18
Plate pattern: 21 Bottom layer: 21a
Middle layer: 21b Preliminary middle layer: 21p
Top layer: 21c Laminate structure: 30
Preliminary Laminate: 30p Interlayer Insulation Layer: 33
Gate electrodes: 39 Dielectric layer: 41
Sacrificial Layer: 36 Vertical Memory Structure: 50m
Vertical dummy structure: 50d Bitline: 78b
Bitline Connection Plug: 75b Main Separation Structure: 42M
First auxiliary separation structure: 42S1 Second auxiliary separation structure: 42S2
First lower separating structure: 48C Second lower separating structure: 48E
Third lower separation structure: 48M Upper separation structure: 45
First region: R1 Second region: R2
Claims (10)
상기 기판 상에서 교대로 반복적으로 적층되는 층간 절연 층들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조물, 상기 게이트 전극들은 하부 게이트 전극, 상기 하부 게이트 전극 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 하부 선택 게이트 전극 및 제2 하부 선택 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 상에서 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되는 메모리 셀 게이트 전극들, 및 상기 메모리 셀 게이트 전극들 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 스트링 선택 게이트 전극 및 제2 스트링 선택 게이트 전극을 포함하고;
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 주 분리 구조물들;
상기 제2 영역 상에서, 상기 주 분리 구조물들 사이에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제2 방향으로 연장되는 보조 분리 구조물;
상기 제1 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이의 제1 하부 분리 구조물; 및
상기 제1 영역 상에서 상기 적층 구조물을 관통하는 수직 메모리 구조물들을 포함하되,
상기 층간 절연 층들은 제1 물질을 포함하고,
상기 제1 하부 분리 구조물은 상기 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함하고,
상기 보조 분리 구조물은 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 사이를 지나는 부분을 포함하는 반도체 장치.
a substrate having a first region and a second region;
A stacked structure including interlayer insulating layers and gate electrodes alternately and repeatedly stacked on the substrate, wherein the gate electrodes are a lower gate electrode, a first lower select gate electrode and a second lower select gate electrode disposed at the same height level on the lower gate electrode a lower selection gate electrode, memory cell gate electrodes spaced apart from each other and stacked on the first and second lower selection gate electrodes in a first direction perpendicular to the top surface of the substrate, and the same on the memory cell gate electrodes a first string select gate electrode and a second string select gate electrode disposed at a height level;
In the first region and the second region, penetrating the gate electrodes, extending in a second direction perpendicular to the first direction, and spaced apart from each other along the first direction and a third direction perpendicular to the second direction main separation structures disposed;
an auxiliary isolation structure extending in the second direction through the gate electrodes between the main isolation structures in the second region;
a first lower isolation structure on the first region between the first lower select gate electrode and the second lower select gate electrode; and
including vertical memory structures penetrating the stack structure on the first region,
the interlayer insulating layers include a first material,
The first lower separation structure includes a second material different from the first material,
The auxiliary isolation structure includes a portion passing between the first and second lower selection gate electrodes.
상기 제2 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이에서, 상기 제1 하부 분리 구조물과 상기 보조 분리 구조물 사이에 배치되는 제2 하부 분리 구조물을 더 포함하되,
상기 제2 하부 분리 구조물은 상기 제1 물질을 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
a second lower isolation structure disposed between the first lower selection gate electrode and the second lower selection gate electrode and between the first lower isolation structure and the auxiliary isolation structure in the second region;
The second lower isolation structure includes the first material.
상기 제1 하부 분리 구조물은 상기 제3 방향을 따른 제1 폭을 갖고,
상기 제2 하부 분리 구조물은 상기 제3 방향을 따른 제2 폭을 가지며,
상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 큰 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
The first lower separation structure has a first width along the third direction,
The second lower separation structure has a second width along the third direction,
The second width is greater than the first width.
상기 보조 분리 구조물은 상기 제3 방향을 따른 제3 폭을 갖고,
상기 제3 폭은 상기 제1 폭보다 크고 상기 제2 폭보다 작은 반도체 장치.
4. The method of claim 3,
The auxiliary separation structure has a third width along the third direction,
The third width is greater than the first width and smaller than the second width.
상기 메모리 셀 게이트 전극들 상에서, 상기 보조 분리 구조물과 접촉하고, 상기 제1 스트링 선택 게이트 전극과 상기 제2 스트링 선택 게이트 전극 사이에 배치되는 상부 분리 구조물을 더 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
and an upper isolation structure on the memory cell gate electrodes, in contact with the auxiliary isolation structure, and disposed between the first string select gate electrode and the second string select gate electrode.
상기 상부 분리 구조물은 상기 제1 하부 분리 구조물과 중첩하는 반도체 장치.
6. The method of claim 5,
The upper isolation structure overlaps the first lower isolation structure.
상기 제1 물질은 실리콘 산화물을 포함하고,
상기 제2 물질은 실리콘 질화물을 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The first material comprises silicon oxide,
The second material comprises silicon nitride.
상기 기판 상에서 교대로 반복적으로 적층되는 층간 절연 층들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조물, 상기 게이트 전극들은 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 하부 선택 게이트 전극 및 제2 하부 선택 게이트 전극, 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 상에서 상기 기판의 상면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되는 메모리 셀 게이트 전극들, 및 상기 메모리 셀 게이트 전극들 상에서 서로 동일한 높이 레벨에 배치되는 제1 스트링 선택 게이트 전극 및 제2 스트링 선택 게이트 전극을 포함하고;
상기 제2 영역 상에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되는 보조 분리 구조물;
상기 제1 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이의 제1 하부 분리 구조물;
상기 제2 영역 상에서, 상기 제1 하부 선택 게이트 전극과 상기 제2 하부 선택 게이트 전극 사이에서, 상기 제1 하부 분리 구조물과 상기 보조 분리 구조물 사이에 배치되는 제2 하부 분리 구조물; 및
상기 제1 영역 상에서, 상기 적층 구조물을 관통하는 수직 메모리 구조물들을 포함하고,
상기 제2 영역 상에서, 상기 게이트 전극들은 계단 모양으로 배열되는 게이트 패드들을 포함하고,
상기 층간 절연 층들은 제1 물질을 포함하고,
상기 제1 하부 분리 구조물은 상기 제1 물질과 다른 제2 물질을 포함하고,
상기 보조 분리 구조물은 상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들 사이를 지나는 부분을 포함하는 반도체 장치.
a substrate having a first region and a second region;
A stacked structure including interlayer insulating layers and gate electrodes alternately and repeatedly stacked on the substrate, a first lower selection gate electrode and a second lower selection gate electrode disposed at the same height level, the first and Memory cell gate electrodes stacked apart from each other in a first direction perpendicular to the top surface of the substrate on the second lower selection gate electrodes, and a first string selection disposed at the same height level on the memory cell gate electrodes a gate electrode and a second string select gate electrode;
an auxiliary isolation structure penetrating the gate electrodes and extending in a second direction perpendicular to the first direction on the second region;
a first lower isolation structure on the first region between the first lower select gate electrode and the second lower select gate electrode;
a second lower isolation structure disposed in the second region, between the first lower selection gate electrode and the second lower selection gate electrode, and between the first lower isolation structure and the auxiliary isolation structure; and
on the first region, including vertical memory structures penetrating the stacked structure;
On the second region, the gate electrodes include gate pads arranged in a step shape,
the interlayer insulating layers include a first material,
The first lower separation structure includes a second material different from the first material,
The auxiliary isolation structure includes a portion passing between the first and second lower selection gate electrodes.
상기 제1 및 제2 하부 선택 게이트 전극들은 접지 선택 게이트 전극들인 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
The first and second lower select gate electrodes are ground select gate electrodes.
상기 게이트 전극들은 소거 제어 게이트 전극을 더 포함하고,
상기 제1 하부 선택 게이트 전극, 상기 제2 하부 선택 게이트 전극, 상기 제1 하부 분리 구조물 및 상기 제2 하부 분리 구조물은 상기 소거 제어 게이트 전극 상에 배치되는 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
the gate electrodes further include an erase control gate electrode;
The first lower selection gate electrode, the second lower selection gate electrode, the first lower isolation structure, and the second lower isolation structure are disposed on the erase control gate electrode.
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