KR20220159313A - Semiconductor devices and data storage systems including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치 및 이를 포함하는 데이터 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a data storage system including the same.
데이터 저장을 필요로 하는 데이터 저장 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 a data storage 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 the semiconductor device is being studied. For example, as one of the methods for increasing the data storage capacity of a semiconductor device, a semiconductor device including three-dimensionally arranged memory cells instead of two-dimensionally arranged memory cells has been proposed.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 집적도가 향상된 반도체 장치를 제공하는 것이다.One of the technical problems to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor device with an improved degree of integration.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 집적도가 향상된 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 제공하는 것이다.One of the technical problems to be achieved by the present invention is to provide a data storage system including a semiconductor device having an improved degree of integration.
예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 회로 소자들, 및 상기 회로 소자들 상에 배치되는 제1 본딩 금속층들을 포함하는 제1 기판 구조물, 및 상기 제1 기판 구조물 상에서 상기 제1 기판 구조물과 연결되며, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 제2 기판 구조물을 포함하고, 상기 제2 기판 구조물은, 플레이트층, 상기 플레이트층의 아래에서 상기 플레이트층의 하면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되며, 상기 제2 영역에서 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되어 서로 다른 레벨의 패드 영역들을 이루는 게이트 전극들, 상기 제1 영역에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들, 상기 제2 영역에서, 상기 게이트 전극들의 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 수직 구조물들, 상기 플레이트층 상에 적어도 일부가 배치되는 입출력 패드 구조물들, 및 상기 게이트 전극들의 아래에 배치되며 상기 제1 본딩 금속층들과 연결되는 제2 본딩 금속층들을 포함하고, 상기 수직 구조물들은, 상기 패드 영역들에서 상기 게이트 전극들과 연결되는 게이트 콘택 플러그들, 상기 입출력 패드 구조물들과 연결되는 입출력 콘택 플러그들, 및 절연층을 각각 포함하는 더미 수직 구조물들을 포함하고, 상기 패드 영역들은 제1 패드 영역을 포함하고, 상기 게이트 콘택 플러그들 중 적어도 하나 및 상기 입출력 콘택 플러그들 중 적어도 하나는 상기 제1 패드 영역을 관통하도록 배치될 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments includes a first substrate structure including a substrate, circuit elements disposed on the substrate, and first bonding metal layers disposed on the circuit elements, and the first substrate structure. connected to the first substrate structure on the top and including a second substrate structure having a first region and a second region, the second substrate structure comprising: a plate layer, perpendicular to a lower surface of the plate layer below the plate layer; gate electrodes spaced apart from each other along a first direction and extending to different lengths along a second direction in the second region to form pad regions of different levels; in the first region, the gate electrodes Channel structures penetrating and extending along the first direction and each including a channel layer, vertical structures penetrating pad areas of the gate electrodes in the second region and extending along the first direction, the plate layer input/output pad structures having at least a portion disposed thereon, and second bonding metal layers disposed below the gate electrodes and connected to the first bonding metal layers, the vertical structures comprising the gate electrodes in the pad regions. dummy vertical structures each including gate contact plugs connected to electrodes, input/output contact plugs connected to the input/output pad structures, and an insulating layer, wherein the pad areas include a first pad area; At least one of the gate contact plugs and at least one of the input/output contact plugs may be disposed to pass through the first pad region.
예시적인 실시예들에 따른 데이터 저장 시스템은, 회로 소자들 및 제1 본딩 금속층들을 포함하는 제1 기판 구조물과, 게이트 전극들, 상기 제1 본딩 금속층들과 연결되는 제2 본딩 금속층들, 및 상기 회로 소자들과 전기적으로 연결되는 입출력 패드를 포함하며, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 제2 기판 구조물을 포함하는 반도체 저장 장치, 및 상기 입출력 패드를 통하여 상기 반도체 저장 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 반도체 저장 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 제2 기판 구조물은, 플레이트층, 상기 플레이트층의 아래에서 상기 플레이트층의 하면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되며, 상기 제2 영역에서 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되어 패드 영역들을 이루는 게이트 전극들, 상기 제1 영역에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들, 상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들에서 상기 게이트 전극들과 연결되며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 게이트 콘택 플러그들, 상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 입출력 콘택 플러그들, 상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 절연층을 각각 포함하는 더미 수직 구조물들, 및 상기 게이트 전극들의 아래에 배치되며 상기 제1 본딩 금속층들과 연결되는 제2 본딩 금속층들을 포함하고, 상기 게이트 콘택 플러그들, 상기 입출력 콘택 플러그들, 및 상기 더미 수직 구조물들의 상단들은 상기 플레이트층의 하면 상에 위치할 수 있다.A data storage system according to example embodiments includes a first substrate structure including circuit elements and first bonding metal layers, gate electrodes, second bonding metal layers connected to the first bonding metal layers, and the A semiconductor storage device including an input/output pad electrically connected to circuit elements and including a second substrate structure having a first region and a second region, and electrically connected to the semiconductor storage device through the input/output pad, and a controller for controlling the semiconductor storage device, wherein the second substrate structure is spaced apart from each other and stacked along a first direction perpendicular to a lower surface of the plate layer below the plate layer, and the second substrate structure gate electrodes extending from a region to different lengths along a second direction to form pad regions; a channel structure in the first region, penetrating the gate electrodes and extending along the first direction, each including a channel layer; gate contact plugs, in the second region, connected to the gate electrodes in the pad regions and extending along the first direction, penetrating the pad regions in the second region and extending in the first direction; input/output contact plugs extending along, in the second region, dummy vertical structures penetrating the pad regions and extending along the first direction, each including an insulating layer, and disposed below the gate electrodes and Second bonding metal layers may be connected to the first bonding metal layers, and upper ends of the gate contact plugs, the input/output contact plugs, and the dummy vertical structures may be positioned on a lower surface of the plate layer.
두 개 이상의 기판 구조물이 접합된 구조에서, 게이트 패드들을 관통하도록 게이트 콘택 플러그들, 입출력 콘택 플러그들, 및 더미 수직 구조물들을 배치함으로써, 집적도가 향상된 반도체 장치 및 이를 포함하는 데이터 저장 시스템이 제공될 수 있다.In a structure in which two or more substrate structures are bonded, gate contact plugs, input/output contact plugs, and dummy vertical structures are arranged to pass through gate pads, thereby providing a semiconductor device with improved integration and a data storage system including the same. have.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도 및 부분 확대도이다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도 및 부분 확대도이다.
도 3a 내지 도 3c는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 부분 확대도들이다.
도 4a 및 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 부분 확대도들이다.
도 5a 내지 도 5j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 1A and 1B are schematic plan views and partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments.
2A and 2B are schematic cross-sectional and partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments.
3A to 3C are schematic partial enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments.
4A and 4B are schematic partial enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments.
5A to 5J are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
6 is a diagram schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to example embodiments.
7 is a perspective view schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor package according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다. 이하에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면부호로 표기되어 별도로 지칭되는 경우를 제외하고, 도면을 기준으로 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described as follows. Hereinafter, terms such as 'upper', 'top', 'top', 'bottom', 'bottom', 'bottom', and 'side' are indicated by reference numerals and are based on drawings, except where otherwise indicated. It can be understood as referring to.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도 및 부분 확대도이다. 도 1b는 도 1a의 'A' 영역을 확대하여 도시한다.1A and 1B are schematic plan views and partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments. FIG. 1B is an enlarged view of area 'A' of FIG. 1A.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도 및 부분 확대도이다. 도 2b는 도 2a의 'B' 영역을 확대하여 도시한다.2A and 2B are schematic cross-sectional and partially enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments. FIG. 2B is an enlarged view of area 'B' of FIG. 2A.
도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 반도체 장치(100)는 상하로 적층된 제1 및 제2 기판 구조물들(S1, S2)을 포함한다. 제1 기판 구조물(S1)은 주변 회로 영역을 포함할 수 있다. 제2 기판 구조물(S2)은 메모리 셀 영역을 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서는, 제1 및 제2 기판 구조물들(S1, S2)의 계면으로부터 제2 기판 구조물(S2)을 바라본 방향에서의 평면을 도시하며, 셀 콘택 플러그들(170) 및 셀 배선 라인들(180)을 포함하는 일부 구성들을 제외하고 도시한다.Referring to FIGS. 1A to 2B , the
제1 기판 구조물(S1)은, 기판(201), 기판(201) 내의 소스/드레인 영역들(205) 및 소자 분리층들(207), 기판(201) 상에 배치된 회로 소자들(220), 회로 콘택 플러그들(270), 회로 배선 라인들(280), 주변 영역 절연층(290), 제1 본딩 비아들(295), 제1 본딩 금속층들(298), 및 제1 본딩 절연층(299)을 포함할 수 있다.The first substrate structure S1 includes a
기판(201)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 기판(201)에는 소자 분리층들(207)이 형성되어 활성 영역이 정의될 수 있다. 상기 활성 영역의 일부에는 불순물을 포함하는 소스/드레인 영역들(205)이 배치될 수 있다. 기판(201)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(201)은 단결정의 벌크 웨이퍼로 제공될 수 있다.The
회로 소자들(220)은 수평(planar) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각각의 회로 소자들(220)은 회로 게이트 유전층(222), 스페이서층들(224) 및 회로 게이트 전극(225)을 포함할 수 있다. 회로 게이트 전극(225)의 양 측에서 기판(201) 내에는 소스/드레인 영역들(205)이 배치될 수 있다.The
주변 영역 절연층(290)이 기판(201) 상에서 회로 소자(220) 상에 배치될 수 있다. 회로 콘택 플러그들(270) 및 회로 배선 라인들(280)은 제1 기판 구조물(S1)의 제1 배선 구조물을 구성할 수 있다. 회로 콘택 플러그들(270)은 원기둥 형상을 가지며, 주변 영역 절연층(290)을 관통하여 소스/드레인 영역들(205)에 연결될 수 있다. 회로 콘택 플러그들(270)에 의해 회로 소자(220)에 전기적 신호가 인가될 수 있다. 도시되지 않은 영역에서, 회로 게이트 전극(225)에도 회로 콘택 플러그들(270)이 연결될 수 있다. 회로 배선 라인들(280)은 회로 콘택 플러그들(270)과 연결될 수 있으며, 라인 형태를 갖고, 복수의 층으로 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 회로 콘택 플러그들(270) 및 회로 배선 라인들(280)의 층 수는 다양하게 변경될 수 있다.A peripheral
제1 본딩 비아들(295), 제1 본딩 금속층들(298), 및 제1 본딩 절연층(299)은, 제1 본딩 구조물을 구성하며, 최상부의 회로 배선 라인들(280)의 일부 상에 배치될 수 있다. 제1 본딩 비아들(295)은 원기둥 형상을 갖고, 제1 본딩 금속층들(298)은 라인 형태를 가질 수 있다. 제1 본딩 금속층들(298)의 상면들 및 제1 본딩 절연층(299)의 상면은 제1 기판 구조물(S1)의 상면으로 노출될 수 있다. 제1 본딩 비아들(295), 제1 본딩 금속층들(298), 및 제1 본딩 절연층(299)은 제1 기판 구조물(S1)과 제2 기판 구조물(S2)의 본딩 구조물 또는 본딩층으로 기능할 수 있다. 또한, 제1 본딩 비아들(295) 및 제1 본딩 금속층들(298)은 제2 기판 구조물(S2)과의 전기적 연결 경로를 제공할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 본딩 금속층들(298) 중 일부는 하부의 회로 배선 라인들(280)과 연결되지 않고 본딩을 위해서만 배치될 수도 있다. 제1 본딩 비아들(295) 및 제1 본딩 금속층들(298)은 도전성 물질, 예를 들어, 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 제1 본딩 절연층(299)은 제1 본딩 금속층들(298)의 둘레에 배치될 수 있다. 제1 본딩 절연층(299)은 제1 본딩 금속층들(298)의 확산 방지층으로도 기능할 수 있으며, 예를 들어, SiO, SiN, SiCN, SiOC, SiON, 및 SiOCN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
제2 기판 구조물(S2)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 가질 수 있으며, 플레이트층(101), 플레이트층(101)의 하면 상에 적층된 게이트 전극들(130), 게이트 전극들(130)과 교대로 적층되는 층간 절연층들(120), 게이트 전극들(130)을 관통하여 일 방향으로 연장되는 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b), 제1 영역(R1)에서 게이트 전극들(130)을 관통하도록 배치되는 채널 구조물들(CH), 및 제2 영역(R2)에서 플레이트층(101)과 게이트 전극들(130)을 관통하도록 배치되는 수직 구조물들(150), 및 입출력 패드 구조물들(210)을 포함할 수 있다. 제2 기판 구조물(S2)은, 제2 배선 구조물로서, 제2 영역(R2)에서 게이트 전극들(130)과 연결되는 셀 콘택 플러그들(170) 및 셀 배선 라인들(180)을 더 포함하고, 제2 본딩 구조물로서, 제2 본딩 비아들(195), 제2 본딩 금속층들(198), 및 제2 본딩 절연층(199)을 더 포함할 수 있다. 제2 기판 구조물(S2)은 제1 콘택 절연층들(160), 상부 콘택 절연층들(161), 제2 콘택 절연층들(162), 셀 영역 절연층(190), 상부 층간 절연층(202), 및 패시베이션층(204)을 더 포함할 수 있다. The second substrate structure S2 may have a first region R1 and a second region R2, a
제1 영역(R1)은 게이트 전극들(130)이 수직하게 적층되며 채널 구조물들(CH)이 배치되는 영역으로 메모리 셀들이 배치되는 영역일 수 있다. 제2 영역(R2)은 게이트 전극들(130)이 서로 다른 길이로 연장되어 서로 다른 레벨의 패드 영역들(PAD)을 이루는 영역으로 상기 메모리 셀들을 제1 기판 구조물(S1)과 전기적으로 연결하기 위한 영역에 해당할 수 있다. 제2 영역(R2)은 적어도 일 방향, 예를 들어 x 방향에서 제1 영역(R1)의 적어도 일 단에 위치할 수 있다. The first region R1 is a region in which the
플레이트층(101)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 플레이트층(101)은 반도체 장치(100)의 공통 소스 라인으로 기능할 수 있다. 플레이트층(101)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플레이트층(101)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 플레이트층(101)은 불순물들을 더 포함할 수 있다. 플레이트층(101)은 다결정 실리콘층과 같은 다결정 반도체층 또는 에피택셜층으로 제공될 수 있다.The
게이트 전극들(130)은 플레이트층(101)의 하면 상에 수직으로 이격되어 적층되어 층간 절연층들(120)과 함께 적층 구조물을 이룰 수 있다. 상기 적층 구조물은 수직하게 적층되며 각각 제1 및 제2 채널 구조물들(CH1, CH2)을 둘러싸는 하부 및 상부 적층 구조물들을 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 상기 적층 구조물은 단일 적층 구조물로 이루어질 수도 있을 것이다.The
게이트 전극들(130)은 접지 선택 트랜지스터의 게이트를 이루는 적어도 하나의 하부 게이트 전극(130L), 복수의 메모리 셀들을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M), 및 스트링 선택 트랜지스터들의 게이트들을 이루는 상부 게이트 전극들(130U)을 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 하부 및 상부 적층 구조물들, 하부 게이트 전극(130L), 및 상부 게이트 전극들(130U)은 제조 공정 시를 방향을 기준으로 "하부" 및 "상부"로 지칭된 것일 수 있다. 반도체 장치(100)의 용량에 따라서 메모리 셀들을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M)의 개수가 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 상부 및 하부 게이트 전극들(130U, 130L)은, 각각 1개 내지 4개 또는 그 이상일 수 있으며, 메모리 게이트 전극들(130M)과 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 전극들(130)은 상부 게이트 전극들(130U)의 아래 및/또는 하부 게이트 전극(130L) 상에 배치되며 게이트 유도 누설 전류(Gate Induced Drain Leakage, GIDL) 현상을 이용한 소거 동작에 이용되는 소거 트랜지스터를 이루는 게이트 전극(130)을 더 포함할 수 있다. 또한, 일부 게이트 전극들(130), 예를 들어, 상부 또는 하부 게이트 전극(130U, 130L)에 인접한 메모리 게이트 전극들(130M)은 더미 게이트 전극들일 수 있다.The
도 1a에 도시된 것과 같이, 게이트 전극들(130)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에서 연속적으로 연장되는 제1 분리 영역들(MS1)에 의하여, y 방향에서 서로 분리되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 분리 영역들(MS1) 사이의 게이트 전극들(130)은 하나의 메모리 블록을 이룰 수 있으나, 메모리 블록의 범위는 이에 한정되지는 않는다. 게이트 전극들(130) 중 일부, 예를 들어, 메모리 게이트 전극들(130M)은 하나의 메모리 블록 내에서 각각 하나의 층을 이룰 수 있다.As shown in FIG. 1A , the
게이트 전극들(130)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되며, 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로 서로 다른 길이로 연장되어 제2 영역(R2)의 일부에서 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 게이트 전극들(130)은 y 방향에서도 서로 단차 구조를 가지도록 배치될 수 있다. 상기 단차 구조에 의해, 게이트 전극들(130)은 상부의 게이트 전극(130)이 하부의 게이트 전극(130)보다 길게 연장되어, 층간 절연층들(120) 및 다른 게이트 전극들(130)로부터 아래로 하면들이 노출되는 영역들을 각각 가질 수 있으며, 상기 영역들은 패드 영역들(PAD)로 지칭될 수 있다. 각각의 게이트 전극(130)에서, 패드 영역(PAD)은 x 방향을 따른 게이트 전극(130)의 단부를 포함하는 영역일 수 있다. 패드 영역(PAD)은, 제2 영역(R2)에서 상기 적층 구조물을 이루는 게이트 전극들(130) 중, 각 영역에서 최하부에 위치하는 게이트 전극(130)의 일 영역에 해당할 수 있다. 게이트 전극들(130)은 패드 영역들(PAD)에서 수직 구조물들(150) 중 게이트 콘택 플러그들(152)과 각각 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 전극들(130)은 패드 영역들(PAD)에서 증가된 두께를 가질 수 있다.The
게이트 전극들(130)은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 게이트 전극들(130)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 전극들(130)은 확산 방지막(diffusion barrier)을 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 확산 방지막은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
층간 절연층들(120)은 게이트 전극들(130)의 사이에 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)도 게이트 전극들(130)과 마찬가지로 플레이트층(101)의 하면에 수직한 방향에서 서로 이격되고 x 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.The
제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)은 게이트 전극들(130)을 관통하여 x 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역(MS1, MS2a, MS2b)은 플레이트층(101) 상에 적층된 게이트 전극들(130) 전체를 관통하고, 플레이트층(101)과 연결될 수 있다. 제1 분리 영역들(MS1)은 x 방향을 따라 하나로 연장되고, 제2 분리 영역들(MS2a, MS2b)은 한 쌍의 제1 분리 영역들(MS1)의 사이에서 단속적으로 연장되거나, 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 중앙 분리 영역들(MS2a)은 제1 영역(R1)에서 하나로 연장되며, 제2 영역(R2)에서 x 방향을 따라 단속적으로 연장될 수 있다. 제2 보조 분리 영역들(MS2b)은 제2 영역(R2)에만 배치될 수 있으며, x 방향을 따라 단속적으로 연장될 수 있다. 다만, 실시예들에서, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)의 배치 순서, 개수 등은 도 1a에 도시된 것에 한정되지는 않는다. 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.The first and second isolation regions MS1 , MS2a , and MS2b may pass through the
채널 구조물들(CH)은 각각 하나의 메모리 셀 스트링을 이루며, 제1 영역(R1)에서 플레이트층(101)의 하면 상에 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 격자 무늬를 형성하도록 배치되거나 일 방향에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 기둥 형상을 가지며, 종횡비에 따라 플레이트층(101)에 가까울수록 폭이 좁아지도록 경사진 측면을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 채널 구조물들(CH) 중 일부는 실질적으로 메모리 셀 스트링을 이루지 않는 더미 채널일 수 있으며, 예를 들어, 제2 영역(R2)과 인접하게 배치되는 일부는 더미 채널일 수 있다. The channel structures CH form one memory cell string, and may be spaced apart from each other while forming rows and columns on the lower surface of the
채널 구조물들(CH) 각각은 게이트 전극들(130)의 상기 하부 및 상부 적층 구조물들을 각각 관통하는 제1 및 제2 채널 구조물들(CH1, CH2)이 연결된 형태를 가질 수 있으며, 연결 영역에서 폭의 차이 또는 변경에 의한 절곡부를 가질 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, z 방향을 따라 적층되는 채널 구조물들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.Each of the channel structures CH may have a shape in which first and second channel structures CH1 and CH2 penetrating the lower and upper stacked structures of the
채널 구조물들(CH) 각각은 채널 홀 내에 배치된 채널층(140), 게이트 유전층(145), 채널 매립 절연층(147), 및 채널 패드(149)를 포함할 수 있다. 채널층(140)은 내부의 채널 매립 절연층(147)을 둘러싸는 환형(annular)으로 형성될 수 있으나, 실시예에 따라 채널 매립 절연층(147)이 없이 원기둥 또는 각기둥과 같은 기둥 형상을 가질 수도 있다. 채널층(140)은 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 채널층(140)은 상단을 통해 노출되어 플레이트층(101)과 연결될 수 있다.Each of the channel structures CH may include a
게이트 유전층(145)은 게이트 전극들(130)과 채널층(140)의 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았으나, 게이트 유전층(145)은 채널층(140)으로부터 순차적으로 적층된 터널링층, 전하 저장층 및 블록킹층을 포함할 수 있다. 상기 터널링층은 전하를 상기 전하 저장층으로 터널링시킬 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장층은 전하 트랩층 또는 플로팅 게이트 도전층일 수 있다. 상기 블록킹층은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 고유전율(high-k) 유전 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 유전층(145)의 적어도 일부는 게이트 전극들(130)을 따라 수평 방향으로 연장될 수 있다.The
채널 패드(149)는 하부의 제2 채널 구조물(CH2)의 하단에만 배치될 수 있다. 채널 패드(149)는 예컨대, 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. The
제1 채널 구조물(CH1)과 제2 채널 구조물(CH2)의 사이에서 채널층(140), 게이트 유전층(145), 및 채널 매립 절연층(147)이 서로 연결된 상태일 수 있다. 제1 채널 구조물(CH1)과 제2 채널 구조물(CH2)의 사이에는 상대적으로 두께가 두꺼운 층간 절연층(120)이 배치될 수 있다. 다만, 층간 절연층들(120)의 두께 및 형태는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. The
수직 구조물들(150)은 제2 영역(R2)에서 게이트 전극들(130)의 패드 영역들(PAD)을 관통할 수 있다. 도 1a에 도시된 것과 같이, 수직 구조물들(150)은 제2 영역(R2) 전체 또는 적어도 일부 영역에서 규칙적으로 배열될 수 있으며, 규칙적인 패턴으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 수직 구조물들(150)은 최소 크기를 갖는 하나의 패드 영역(PAD)에서, 네 개의 코너 영역들 및 중앙 영역에 각각 배치될 수 있으며, 총 다섯 개가 배치될 수 있다. 수직 구조물들(150)은 제2 영역(R2)에서, 하부로부터 패드 영역들(PAD)을 통해 게이트 전극들(130)이 계단 구조를 이루는 영역을 관통하여 플레이트층(101)으로 연장되도록 배치될 수 있다. 수직 구조물들(150)은 플레이트층(101)에 가까울수록 폭이 좁아지도록 경사진 측면을 가질 수 있다. The
수직 구조물들(150)은 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)을 포함할 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)은 게이트 전극들(130)을 제1 기판 구조물(S1) 내의 회로 배선 라인들(280)과 전기적으로 연결할 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)은 게이트 전극들(130)과 각각의 패드 영역(PAD)에서 물리적 및 전기적으로 연결되어, 게이트 전극들(130)에 전기적 신호를 인가할 수 있다. 입출력 콘택 플러그들(154)은 제1 기판 구조물(S1)의 회로 소자들(220)과 입출력 패드 구조물들(210)을 전기적으로 연결할 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은, 게이트 콘택 플러그들(152) 및 입출력 콘택 플러그들(154)과 함께 제2 영역(R2)에 배치되어, 반도체 장치(100)의 제조 공정 중에 층간 절연층들(120)을 포함하는 몰드 구조물을 지지할 수 있다.The
게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)은 서로 동일하거나 유사한 레벨에 배치될 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)의 하단들은 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)의 상단들은 플레이트층(101)의 하면 상, 예컨대, 상기 하면에 위치하거나 플레이트층(101) 내에 위치할 수 있다.The gate contact plugs 152 , the input/output contact plugs 154 , and the dummy
도 1b에는, y 방향을 따라 서로 인접한 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)의 사이의 연속적으로 위치하는 세 개의 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1)에서의 수직 구조물들(150)의 배열 형태가 구체적으로 도시된다. 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156) 각각은, 각 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)에서 중앙 영역 또는 코너 영역에 배치될 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)이 배치된 관통 홀들은 평면도 상에서 동일하거나 유사한 크기를 가질 수 있다.In FIG. 1B , three pad regions PAD n+1 , PAD n , and PAD n−1 successively positioned between the first and second separation regions MS1 , MS2a , and MS2b adjacent to each other along the y direction are shown in FIG. The arrangement form of the
게이트 콘택 플러그(152)는 각 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)에 예컨대 하나씩 배치될 수 있다. 입출력 콘택 플러그(154)는 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1) 중 일부에 배치될 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은 각 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)에 복수개가 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 일부 패드 영역들(PADn, PADn-1)에서와 같이, 하나의 패드 영역에, 게이트 콘택 플러그(152) 및 입출력 콘택 플러그(154)가 함께 배치될 수 있고, 더미 수직 구조물(156)이 더 배치될 수 있다. 다만, 실시예들에서, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)의 구체적인 배치 형태는 다양하게 변경될 수 있다.For example, one
본 실시예에서, 입출력 콘택 플러그들(154)은 게이트 콘택 플러그들(152)과 함께 패드 영역들(PAD)을 관통하도록 패드 영역들(PAD)에 배치될 수 있다. 따라서, 입출력 콘택 플러그들(154)이 게이트 전극들(130)이 배치되지 않는 영역, 예컨대 게이트 전극들(130)의 외측에 배치되는 경우에 비하여, 반도체 장치(100)의 집적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)이 배치되는 관통 홀들이 함께 형성되므로, 제조 공정이 단순화될 수 있다.In this embodiment, the input/output contact plugs 154 may be disposed in the pad areas PAD to pass through the pad areas PAD together with the gate contact plugs 152 . Therefore, the degree of integration of the
게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)은 서로 다른 내부 구조를 가질 수 있다. 도 2b에 도시된 것과 같이, 게이트 콘택 플러그들(152)은, 패드 영역들(PAD)에서 수평으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)은 제1 콘택 절연층들(160)에 의해 패드 영역들(PAD) 상의 게이트 전극들(130)과 이격될 수 있다. 제1 콘택 절연층들(160)은 z 방향을 따라 서로 분리되어 배치될 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)의 상단들 상에는 상부 콘택 절연층들(161)이 배치될 수 있고, 이에 의해 플레이트층(101)과 전기적으로 분리될 수 있다. The gate contact plugs 152, the input/output contact plugs 154, and the dummy
입출력 콘택 플러그들(154)의 측면 상에는 입출력 콘택 플러그들(154)을 둘러싸는 제2 콘택 절연층들(162)을 포함할 수 있다. 제2 콘택 절연층(162)은 입출력 콘택 플러그(154)가 배치되는 콘택 홀의 측벽을 덮도록 배치될 수 있다. 제2 콘택 절연층(162)은 입출력 콘택 플러그(154)와 게이트 전극들(130)의 사이에서 z 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 제2 콘택 절연층들(162)은 입출력 콘택 플러그들(154)의 상단들도 덮도록 연장될 수 있다.Second
더미 수직 구조물들(156)은 하부의 제2 배선 구조물과 연결되지 않거나, 더미 배선 구조물과 연결될 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은 절연 물질로 이루어질 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은 반도체 장치(100) 내에서 전기적인 기능을 수행하지 않을 수 있다. The dummy
제1 콘택 절연층들(160), 상부 콘택 절연층들(161), 제2 콘택 절연층들(162), 및 더미 수직 구조물들(156)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152) 및 입출력 콘택 플러그들(154)은 도전성 물질, 예를 들어, 도핑된 실리콘(Si), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The first
입출력 패드 구조물들(210)은 제2 영역(R2)에서 입출력 콘택 플러그들(154) 상에 배치될 수 있다. 입출력 패드 구조물들(210)은 제2 영역(R2)에서 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 다만, 입출력 패드 구조물들(210)의 배열 형태, 제2 영역(R2) 상에서의 구체적인 배치 위치, 크기 등은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.The input/
입출력 패드 구조물들(210)은 입출력 콘택 플러그들(154) 상의 입출력 비아들(212) 및 입출력 비아들(212) 상의 입출력 패드들(214)을 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 입출력 비아들(212)의 깊이는 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 입출력 비아들(212)의 하단들은 플레이트층(101) 내에 위치할 수 있고, 이 경우, 입출력 콘택 플러그들(154)의 상단들도 플레이트층(101) 내에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에서 입출력 비아들(212)은 생략될 수도 있다. 이 경우, 입출력 콘택 플러그들(154)은 입출력 패드들(214)에 직접 연결될 수 있다. 입출력 패드들(214)은 상면을 통해 반도체 장치(100)가 실장되는 패키지와 같은 장치의 신호 전달 매체와 같은 전기적 연결 구조물과 연결될 수 있다. The input/
입출력 비아들(212)은 플레이트층(101)을 향하면서 폭이 좁아지도록 경사진 측면을 가질 수 있다. 입출력 패드들(214)은 플레이트층(101)을 향하면서 폭이 넓어지도록 경사진 측면을 가질 수 있다. 입출력 패드 구조물들(210)은 금속 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The input/
셀 영역 절연층(190)은 플레이트층(101)의 하면 및 플레이트층(101)의 하면 상의 게이트 전극들(130)을 덮도록 배치될 수 있다. 상부 층간 절연층(202)은 플레이트층(101)의 상면 상에 배치될 수 있으며, 입출력 패드 구조물들(210)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 패시베이션층(204)은 입출력 패드들(214)의 상면 상에 배치될 수 있다. 패시베이션층(204)은 반도체 장치(100)를 보호하는 층으로 기능할 수 있다. 패시베이션층(204)은 입출력 패드들(214)의 적어도 일부를 노출시키는 개구부들을 가질 수 있다. The cell
셀 영역 절연층(190), 상부 층간 절연층(202), 및 패시베이션층(204)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 탄화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 절연층들로 이루어질 수도 있다.The cell
상기 제2 배선 구조물은, 셀 콘택 플러그들(170) 및 셀 배선 라인들(180)을 포함하며, 제2 기판 구조물(S2)이 제1 기판 구조물(S1)과 전기적으로 연결되도록 할 수 있다.The second wiring structure includes cell contact plugs 170 and
셀 콘택 플러그들(170)은 제1 내지 제3 셀 콘택 플러그들(172, 174, 176)을 포함하고, 셀 배선 라인들(180)은 제1 및 제2 셀 배선 라인들(182, 184)을 포함할 수 있다. 채널 패드들(149), 게이트 콘택 플러그들(152), 및 입출력 콘택 플러그들(154)은 하단에서 제1 셀 콘택 플러그들(172)과 연결될 수 있다. 제1 셀 콘택 플러그들(172)은 하단에서 제2 셀 콘택 플러그들(174)과 연결되고, 제2 셀 콘택 플러그들(174)은 하단에서 제1 셀 배선 라인들(182)과 연결될 수 있다. 제3 셀 콘택 플러그들(176)은 제1 및 제2 셀 배선 라인들(182, 184)을 상하로 연결할 수 있다. 셀 콘택 플러그들(170)은 원통형의 형상을 가질 수 있다. 셀 콘택 플러그들(170)은 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 셀 콘택 플러그들(172)은 상대적으로 긴 길이를 가질 수 있다. 실시예들에서, 셀 콘택 플러그들(170)은 종횡비에 따라, 플레이트층(101)에 가까울수록 폭이 좁아지고 제1 기판 구조물(S1)을 향하면서 폭이 증가하도록 경사진 측면을 가질 수 있다. The cell contact plugs 170 include first to third cell contact plugs 172, 174, and 176, and the
제1 셀 배선 라인들(182)은 채널 구조물들(CH)과 연결되는 제1 영역(R1)의 비트 라인들 및 상기 비트 라인들과 동일한 높이 레벨에 배치되는 제2 영역(R2)의 배선 라인들을 포함할 수 있다. 제2 셀 배선 라인들(184)은 제1 셀 배선 라인들(182)보다 아래에 배치되는 배선 라인들일 수 있다. 셀 배선 라인들(180)은 적어도 일 방향으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제2 셀 배선 라인들(184)은 제1 셀 배선 라인들(182)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 셀 배선 라인들(180)은 플레이트층(101)을 향하여 폭이 좁아지도록 경사진 측면을 가질 수도 있다.The first
셀 콘택 플러그들(170) 및 셀 배선 라인들(180)은, 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The cell contact plugs 170 and the
상기 제2 본딩 구조물의 제2 본딩 비아들(195)은 제2 셀 배선 라인들(184)의 하부에 배치되어 제2 셀 배선 라인들(184)과 연결되고, 상기 제2 본딩 구조물의 제2 본딩 금속층들(198)은 제2 본딩 비아들(195)과 연결될 수 있다. 제2 본딩 금속층들(198) 및 제2 본딩 절연층(199)은 하면들이 제2 기판 구조물(S2)의 하면으로 노출될 수 있다. 제2 본딩 금속층들(198)은 제1 기판 구조물(S1)의 제1 본딩 금속층들(298)과 본딩되어 연결될 수 있고, 제2 본딩 절연층(199)은 제1 기판 구조물(S1)의 제1 본딩 절연층(299)과 본딩되어 연결될 수 있다. 제2 본딩 비아들(195) 및 제2 본딩 금속층들(198)은 도전성 물질, 예를 들어, 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 제2 본딩 절연층(199)은 예를 들어, SiO, SiN, SiCN, SiOC, SiON, 및 SiOCN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second bonding vias 195 of the second bonding structure are disposed below the second
제1 및 제2 기판 구조물들(S1, S2)은, 제1 본딩 금속층들(298)과 제2 본딩 금속층들(198)의 접합 및 제1 본딩 절연층(299)과 제2 본딩 절연층(199)의 접합에 의해 본딩될 수 있다. 제1 본딩 금속층들(298)과 제2 본딩 금속층들(198)의 접합은, 예를 들어 구리(Cu)-구리(Cu) 본딩일 수 있으며, 제1 본딩 절연층(299)과 제2 본딩 절연층(199)의 접합은, 예를 들어 SiCN-SiCN 본딩과 같은 유전체-유전체 본딩일 수 있다. 제1 및 제2 기판 구조물들(S1, S2)은 구리(Cu)-구리(Cu) 본딩 및 유전체-유전체 본딩을 포함하는 하이브리드 본딩에 의해 접합될 수 있다. The first and second substrate structures S1 and S2 include the bonding of the first
도 3a 내지 도 3c는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 부분 확대도들이다. 도 3a 내지 도 3c는 도 1b에 대응하는 영역을 도시한다.3A to 3C are schematic partial enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments. 3A to 3C show areas corresponding to FIG. 1B.
도 3a를 참조하면, 반도체 장치(100a)에서, 게이트 콘택 플러그들(152)은 각각의 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 입출력 콘택 플러그들(154)은 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1) 중 일부의 코너 영역에 배치될 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1)의 코너 영역들에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3A , in the
도 3b를 참조하면, 반도체 장치(100b)에서, 입출력 콘택 플러그들(154) 중 적어도 하나는, 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1) 중 적어도 하나의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152) 및 더미 수직 구조물들(156)은 각각의 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)의 중앙 영역 또는 코너 영역에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3B , in the
도 3a 및 도 3b와 같이, 실시예들에서, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)의 구체적인 배열 형태는 다양하게 변경될 수 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B , in embodiments, specific arrangements of the gate contact plugs 152 , the input/output contact plugs 154 , and the dummy
도 3c를 참조하면, 반도체 장치(100c)에서, 수직 구조물들(150) 중 일부는 게이트 전극들(130)의 x 방향을 따른 단부들을 관통하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)에는 실(net) 개수로 세 개의 수직 구조물들(150)이 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 게이트 콘택 플러그들(152)은 각각의 패드 영역(PADn+1, PADn, PADn-1)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 입출력 콘택 플러그들(154)은 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1) 중 일부의 단부 영역에 배치될 수 있다. 더미 수직 구조물들(156)은 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1) 중 적어도 일부의 단부 영역에 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3C , in the
도 4a 및 도 4b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 부분 확대도들이다. 도 4a 및 도 4b는 도 1b에 대응하는 영역을 도시한다.4A and 4B are schematic partial enlarged views of a semiconductor device according to example embodiments. 4a and 4b show the area corresponding to FIG. 1b.
도 4a를 참조하면, 반도체 장치(100d)에서, 수직 구조물들(150) 중 적어도 일부는 평면도 상에서 다른 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 게이트 콘택 플러그들(152)이 배치된 관통 홀들의 크기(D1)는, 입출력 콘택 플러그들(154) 및 더미 수직 구조물들(156)이 배치된 관통 홀들의 크기(D2)보다 클 수 있다.Referring to FIG. 4A , in the
도 4b를 참조하면, 반도체 장치(100e)에서, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)은, 평면도 상에서, 배치되는 영역에 따라 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 구조물들(150)은, 패드 영역들(PADn+1, PADn, PADn-1)의 중앙 영역들에서는 원형의 형상을 갖고, 코너 영역들에서는 타원형 또는 이와 유사한 형상을 가질 수 있다. 수직 구조물들(150)의 중앙 영역에서의 직경 또는 최대 폭(D3)은 코너 영역들에서의 직경 또는 최대 폭(D4)보다 작을 수 있다. Referring to FIG. 4B , in the
도 5a 내지 도 5j는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 5A to 5J are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
도 5a를 참조하면, 기판(201) 상에, 회로 소자들(220), 제1 배선 구조물들, 및 제1 본딩 구조물을 포함하는 제1 기판 구조물(S1)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5A , a first substrate structure S1 including
먼저, 기판(201) 내에 소자 분리층들(207)을 형성하고, 기판(201) 상에 회로 게이트 유전층(222) 및 회로 게이트 전극(225)을 순차적으로 형성할 수 있다. 소자 분리층들(207)은 예를 들어, 쉘로우 트랜치 소자 분리(shallow trench isolation, STI) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극(225)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)은 실리콘 산화물로 형성되고, 회로 게이트 전극(225)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다음으로, 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극(225)의 양 측벽에 스페이서층(224) 및 소스/드레인 영역들(205)을 형성할 수 있다. 실시예들에 따라, 스페이서층(224)은 복수의 층들로 이루어질 수도 있다. 다음으로, 이온 주입 공정을 수행하여 소스/드레인 영역들(205)을 형성할 수 있다.First, device isolation layers 207 may be formed in the
상기 제1 배선 구조물의 회로 콘택 플러그들(270) 및 상기 제1 본딩 구조물의 제1 본딩 비아들(295)은 주변 영역 절연층(290)을 일부 형성한 후, 일부를 식각하여 제거하고 도전성 물질을 매립함으로써 형성할 수 있다. 상기 제1 배선 구조물의 회로 배선 라인들(280) 및 상기 제1 본딩 구조물의 제1 본딩 금속층들(298)은, 예를 들어, 도전성 물질을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 제1 본딩 금속층들(298) 및 제1 본딩 절연층(299)은 상면이 노출되도록 형성될 수 있다.In the circuit contact plugs 270 of the first wiring structure and the
주변 영역 절연층(290)은 복수 개의 절연층들로 이루어질 수 있다. 주변 영역 절연층(290)은 상기 제1 배선 구조물 및 상기 제1 본딩 구조물을 형성하는 각 단계들에서 일부가 형성될 수 있다. 주변 영역 절연층(290) 상에는 제1 본딩 절연층(299)이 형성될 수 있다. 본 단계에 의해, 제1 기판 구조물(S1)이 준비될 수 있다.The peripheral
도 5b를 참조하면, 제2 기판 구조물(S2)의 제조 공정이 시작될 수 있다. 먼저, 베이스 기판(SUB) 상에 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)을 교대로 적층한 후 채널 희생층들(129)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5B , a manufacturing process of the second substrate structure S2 may be started. First, after the sacrificial insulating
베이스 기판(SUB)은 후속 공정을 통해 제거되는 층으로, 실리콘(Si)과 같은 반도체 기판일 수 있다. The base substrate SUB is a layer removed through a subsequent process and may be a semiconductor substrate such as silicon (Si).
먼저 하부 적층 구조물을 형성하기 위해, 제1 채널 구조물들(CH1)(도 2a 참조)이 배치되는 영역에서 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)이 교대로 적층될 수 있다. 희생 절연층들(118)은 후속 공정을 통해 게이트 전극들(130))(도 2a 참조)로 교체되는 층일 수 있다. 희생 절연층들(118)은 층간 절연층들(120)에 대해 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(120)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 한가지로 이루어질 수 있고, 희생 절연층들(118)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물 중에서 선택된 층간 절연층(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. 실시예들에서, 층간 절연층들(120)의 두께 및 구성하는 막들의 개수는 도시된 것으로부터 다양하게 변경될 수 있다.First, in order to form a lower stacked structure, sacrificial insulating
다음으로, 제2 영역(R2)에서 상부의 희생 절연층들(118)이 하부의 희생 절연층들(118)보다 짧게 연장되도록, 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)에 대한 포토 리소그래피 공정 및 식각 공정을 반복하여 수행할 수 있다. 이에 의해, 희생 절연층들(118)은 계단 형상을 이룰 수 있다. 희생 절연층들(118)은 단부에서 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 이를 위한 공정이 더 수행될 수도 있다. 다음으로, 희생 절연층들(118)과 층간 절연층들(120)의 하부 적층 구조물을 덮는 셀 영역 절연층(190)의 일부를 형성할 수 있다. Next, the sacrificial insulating
채널 희생층들(129)은, 제1 채널 구조물들(CH1)에 대응되는 영역에서, 상기 하부 적층 구조물을 관통하도록 하부 채널홀들을 형성한 후, 상기 하부 채널홀들에 채널 희생층들(129) 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 채널 희생층들(129)은 예를 들어, 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.After the channel
상부 적층 구조물은, 상기 하부 적층 구조물과 동일한 방식으로 상기 하부 적층 구조물 상에 형성될 수 있다. 다음으로, 제2 채널 구조물들(CH2)(도 2a 참조)에 대응되는 영역에, 상기 상부 적층 구조물을 관통하도록 상부 채널홀들을 형성하고, 채널 희생층들을 더 형성할 수 있다.An upper stacked structure may be formed on the lower stacked structure in the same manner as the lower stacked structure. Next, upper channel holes may be formed in regions corresponding to the second channel structures CH2 (see FIG. 2A ) to pass through the upper stacked structure, and channel sacrificial layers may be further formed.
도 5c를 참조하면, 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하는 채널 구조물들(CH)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5C , channel structures CH penetrating the stacked structure of the sacrificial insulating
채널 구조물들(CH)을 형성하기 위하여, 채널 희생층들(129)을 제거하여 채널 홀들을 형성할 수 있다. 각각의 상기 채널 홀 내에 게이트 유전층(145), 채널층(140), 채널 매립 절연층(147), 및 채널 패드(149)를 순차적으로 형성하여 제1 및 제2 채널 구조물들(CH1, CH2)을 포함하는 채널 구조물들(CH)을 형성할 수 있다. 채널층(140)은 채널 구조물들(CH) 내에서 게이트 유전층(145) 상에 형성될 수 있다. 채널 매립 절연층(147)은 채널 구조물들(CH)을 충전하도록 형성되며, 절연 물질일 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 채널 매립 절연층(147)이 아닌 도전성 물질로 채널층(140) 사이의 공간을 매립할 수도 있다. 채널 패드들(149)은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.In order to form the channel structures CH, channel holes may be formed by removing the channel
도 5d를 참조하면, 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하여 베이스 기판(SUB)으로 연장되는 관통 홀들(OP)을 형성하고 수직 희생층들(119)을 채울 수 있다. Referring to FIG. 5D , through-holes OP extending to the base substrate SUB are formed through the laminated structure of the sacrificial insulating
마스크층을 이용하여 도 2a의 수직 구조물들(150)에 대응되는 위치에 관통 홀들(OP)을 형성할 수 있다. 관통 홀들(OP)은 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 완전히 관통하도록 형성될 수 있다. 관통 홀들(OP)의 하단들은 베이스 기판(SUB) 내에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. Through-holes OP may be formed at positions corresponding to the
수직 희생층들(119)은 관통 홀들(OP)을 채우도록 형성될 수 있다. 수직 희생층들(119)은 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)과 다른 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 다결정 실리콘, 텅스텐(W)과 같은 금속 물질, 및 탄소계 물질 중 하나를 포함할 수 있다.The vertical
도 5e를 참조하면, 관통 홀들(OP) 중 일부에 더미 수직 구조물들(156)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5E , dummy
마스크층을 이용하여, 더미 수직 구조물들(156)이 형성되는 영역들에서 관통 홀들(OP)을 노출시킨 후, 관통 홀들(OP) 내의 수직 희생층들(119)을 선택적으로 제거할 수 있다. 수직 희생층들(119)이 제거된 관통 홀들(OP) 내에 절연 물질을 증착하여 더미 수직 구조물들(156)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 수직 희생층들(119)이 절연 물질을 포함하는 경우, 본 단계는 생략되고, 수직 희생층들(119) 중 일부가 더미 수직 구조물들(156)을 이룰 수 있다.After the through holes OP are exposed in regions where the dummy
도 5f를 참조하면, 관통 홀들(OP) 중 일부에 예비 제1 콘택 절연층들(160P) 및 수직 희생층들(119')을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5F , preliminary first
먼저, 마스크층을 이용하여, 게이트 콘택 플러그들(152)(도 2a 참조)이 형성되는 영역들에서 관통 홀들(OP)을 노출시킨 후, 관통 홀들(OP) 내의 수직 희생층들(119)을 선택적으로 제거할 수 있다. First, by using a mask layer, through-holes OP are exposed in regions where gate contact plugs 152 (see FIG. 2A ) are formed, and then vertical
다음으로, 관통 홀들(OP)을 통해 노출된 희생 절연층들(118)을 일부 제거할 수 있다. 희생 절연층들(118)을 관통 홀들(OP)의 둘레에서 소정 길이로 제거하여 터널부들을 형성할 수 있다. 상기 터널부들은 최상부의 희생 절연층들(118)에서는 상대적으로 짧은 길이로 형성되고, 그 하부의 희생 절연층들(118)에서는 상대적으로 긴 길이로 형성될 수 있다. Next, some of the sacrificial insulating
관통 홀들(OP) 및 상기 터널부들 내에 절연 물질을 증착하여, 예비 제1 콘택 절연층들(160P)을 형성할 수 있다. 예비 제1 콘택 절연층들(160P)은 관통 홀들(OP)의 측벽 상에 형성되고, 상기 터널부들을 채울 수 있다. 최상부의 희생 절연층들(118)에서, 예비 제1 콘택 절연층들(160P)은 상기 터널부들을 완전히 채우지 않을 수 있다. An insulating material may be deposited in the through holes OP and the tunnel portions to form preliminary first
수직 희생층들(119')은 예비 제1 콘택 절연층들(160P) 상에 형성되어 관통 홀들(OP)을 채우고, 최상부의 상기 터널부들을 채울 수 있다. 수직 희생층들(119')은 예비 제1 콘택 절연층들(160P)과 다른 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.Vertical
도 5g를 참조하면, 관통 홀들(OP) 중 일부에 입출력 콘택 플러그들(154) 및 제2 콘택 절연층들(162)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5G , input/output contact plugs 154 and second
마스크층을 이용하여, 입출력 콘택 플러그들(154)이 형성되는 영역들에서 관통 홀들(OP)을 노출시킨 후, 관통 홀들(OP) 내의 수직 희생층들(119)을 선택적으로 제거할 수 있다. 수직 희생층들(119)이 제거된 관통 홀들(OP) 내에 절연 물질을 증착하여 제2 콘택 절연층들(162)을 형성한 후, 도전 물질을 증착하여 입출력 콘택 플러그들(154)을 형성할 수 있다.After exposing the through holes OP in regions where the input/output contact plugs 154 are formed by using the mask layer, the vertical
도 5h를 참조하면, 별도의 개구부들을 형성한 후 상기 개구부들을 통해 희생 절연층들(118)을 제거하고, 희생 절연층들(118)이 제거된 영역에 게이트 전극들(130)을 형성한 후, 게이트 콘택 플러그들(152)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5H, after forming separate openings, the sacrificial insulating
상기 개구부들은 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)(도 1a 참조)에 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, x 방향으로 연장되는 트렌치 형태로 형성될 수 있다. 희생 절연층들(118)은 예를 들어, 습식 식각을 이용하여, 층간 절연층들(120)에 대하여 선택적으로 제거될 수 있다. 이에 따라 층간 절연층들(120) 사이에 터널부들이 형성될 수 있다. The openings may be formed in regions corresponding to the first and second isolation regions MS1 , MS2a , and MS2b (see FIG. 1A ) and may be formed in a trench shape extending in the x direction. The sacrificial insulating
게이트 전극들(130)의 형성 전에, 게이트 유전층들(145)이 수평하게 연장되는 영역을 포함하는 경우 이를 먼저 형성할 수 있다. 게이트 전극들(130)은 상기 터널부들에 도전성 물질을 매립하여 형성할 수 있다. 게이트 전극들(130)은 금속, 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 다음으로, 상기 개구부들 내에 절연 물질을 채워 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)을 형성할 수 있다.Before forming the
다음으로, 관통 홀들(OP) 내의 수직 희생층들(119')을 제거할 수 있다. 수직 희생층들(119')은 층간 절연층들(120) 및 게이트 전극들(130)에 대하여 선택적으로 제거할 수 있다. 수직 희생층들(119')이 제거된 후 노출된 예비 콘택 절연층들(160P)도 일부 제거할 수 있다. 이 때, 패드 영역들(PAD)에서는 예비 콘택 절연층들(160P)이 모두 제거될 수 있으며, 그 아래에서는 잔존하여 제1 콘택 절연층들(160)을 이룰 수 있다. 패드 영역들(PAD)에서는, 예비 콘택 절연층들(160P)이 제거된 후 게이트 유전층(145)이 노출되는 경우 게이트 유전층(145)도 제거하여, 게이트 전극들(130)의 측면을 노출시킬 수 있다.Next, the vertical sacrificial layers 119' in the through holes OP may be removed. The vertical
관통 홀들(OP) 내에 도전성 물질을 증착하여 게이트 콘택 플러그들(152)을 형성할 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)은 패드 영역들(PAD)에서 수평하게 연장되는 영역을 가질 수 있으며, 이에 의해 게이트 전극들(130)과 물리적 및 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 콘택 플러그들(152)을 형성함으로써, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)을 포함하는 수직 구조물들(150)이 형성될 수 있다.The gate contact plugs 152 may be formed by depositing a conductive material in the through holes OP. The gate contact plugs 152 may have regions extending horizontally from the pad regions PAD, and thereby may be physically and electrically connected to the
일부 실시예들에서, 수직 구조물들(150)을 이루는 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)의 형성 순서는 다양하게 변경될 수 있으며, 게이트 전극들(130)의 형성 단계와의 순서도 변경될 수 있다. 다만, 게이트 콘택 플러그들(152)은 게이트 전극들(130)을 형성한 후 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 도 5e 및 도 5f를 참조하여 상술한 더미 수직 구조물들(156) 및 예비 제1 콘택 절연층들(160P)의 형성 공정이 수행된 후, 본 단계에서 게이트 전극들(130) 및 게이트 콘택 플러그들(152)의 형성 공정이 수행되고, 이후에 도 5g를 참조하여 상술한 입출력 콘택 플러그들(154)의 형성 공정이 수행될 수 있다.In some embodiments, the formation order of the gate contact plugs 152, the input/output contact plugs 154, and the dummy
도 5i를 참조하면, 게이트 전극들(130) 상에 제2 배선 구조물 및 제2 본딩 구조물을 형성하고, 제1 기판 구조물(S1)과 제2 기판 구조물(S2)을 본딩할 수 있다.Referring to FIG. 5I , a second wiring structure and a second bonding structure may be formed on the
상기 제2 배선 구조물에서, 셀 콘택 플러그들(170)은 채널 패드들(149) 및 수직 구조물들(150) 상에 셀 영역 절연층(190)을 식각하고 도전성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 셀 배선 라인들(180)은 도전성 물질의 증착 및 패터닝 공정을 통해 형성하거나, 셀 영역 절연층(190)을 이루는 절연층을 일부 형성한 후, 이를 패터닝하고 도전성 물질을 증착함으로써 형성할 수 있다. In the second wiring structure, the cell contact plugs 170 may be formed by etching the cell
상기 제2 본딩 구조물을 이루는 제2 본딩 비아들(195) 및 제2 본딩 금속층들(198)은, 셀 배선 라인들(180) 상에 셀 영역 절연층(190) 및 제2 본딩 절연층(199)을 더 형성한 후 이를 일부 제거하여 형성할 수 있다. 제2 본딩 금속층들(198)의 상면들 및 제2 본딩 절연층(199)의 상면은 셀 영역 절연층(190)으로부터 노출될 수 있다.The
다음으로, 제1 기판 구조물(S1)과 제2 기판 구조물(S2)은, 제1 본딩 금속들(298)과 제2 본딩 금속층들(198)을 어닐링(annealing) 및/또는 가압에 의해 본딩함으로써 연결할 수 있다. 동시에, 제1 본딩 절연층(299) 및 제2 본딩 절연층(199)도 본딩될 수 있다. 제1 기판 구조물(S1) 상에 제2 기판 구조물(S2)은 뒤집어서, 제2 본딩 금속층들(198)이 하부를 향하도록 한 후, 본딩이 수행될 수 있다. 도면에서는 이해를 돕기 위하여, 제2 기판 구조물(S2)이 도 5h에서 도시된 구조의 미러 이미지인 형태로 접합되는 것으로 도시하였다. Next, the first substrate structure S1 and the second substrate structure S2 are bonded by bonding the
제1 기판 구조물(S1)과 제2 기판 구조물(S2)은 별도의 접착층과 같은 접착제의 개재없이 직접 접합(direct bonding)될 수 있다. 실시예들에 따라, 본딩 전에, 접합력을 강화하기 위하여, 제1 기판 구조물(S1)의 상면 및 제2 기판 구조물(S2)의 하면에 대하여 수소 플라즈마 처리와 같은 표면 처리 공정이 더 수행될 수 있다.The first substrate structure S1 and the second substrate structure S2 may be directly bonded without an adhesive such as a separate adhesive layer. According to embodiments, before bonding, a surface treatment process such as hydrogen plasma treatment may be further performed on the upper surface of the first substrate structure S1 and the lower surface of the second substrate structure S2 in order to enhance bonding strength. .
도 5j를 참조하면, 베이스 기판(SUB)을 제거하고 플레이트층(101)을 형성한 후, 입출력 패드 구조물들(210)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5J , after the base substrate SUB is removed and the
베이스 기판(SUB)은 상면으로부터 일부는 그라인딩(grinding) 공정과 같은 연마 공정에 의해 제거하고, 나머지 일부는 습식 식각과 같은 식각 공정에 의해 제거할 수 있다. 제2 기판 구조물(S2)의 베이스 기판(SUB)을 제거함으로써, 반도체 장치의 총 두께가 최소화될 수 있다. 베이스 기판(SUB)의 제거함에 따라, 채널 구조물들(CH) 및 수직 구조물들(150)의 상단들이 노출될 수 있다.A portion of the base substrate SUB may be removed from the upper surface by a polishing process such as a grinding process, and the remaining portion may be removed by an etching process such as a wet etching process. By removing the base substrate SUB of the second substrate structure S2 , the total thickness of the semiconductor device may be minimized. As the base substrate SUB is removed, upper ends of the channel structures CH and the
노출된 채널 구조물들(CH)의 상단들로부터 채널 유전층들(145)을 제거할 수 있다. 이에 의해 채널층들(140)은 플레이트층(101)과 연결될 수 있다. 수직 구조물들(150) 중 게이트 콘택 플러그들(152)의 상단들 상에는 상부 콘택 절연층들(161)을 형성할 수 있다.The channel
다만, 일부 실시예들에서, 베이스 기판(SUB)은 전부 제거되지 않고 적어도 일부가 플레이트층(101)을 이룰 수 있다. 이 경우, 채널층들(140)은 플레이트층(101)의 하면 상에 배치된 별도의 도전층을 통해 플레이트층(101)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 이 경우, 상부 콘택 절연층들(161)은 이전의 공정 단계에서 게이트 콘택 플러그들(152)의 형성 전에 먼저 형성될 수 있다.However, in some embodiments, at least a portion of the base substrate SUB may form the
입출력 패드 구조물들(210)은 플레이트층(101)의 상부로부터 형성될 수 있다. 먼저 상부 층간 절연층(202)을 일부 형성하고, 비아 홀들을 형성한 후, 상기 비아 홀들에 도전성 물질을 채워서 입출력 비아들(212)을 형성할 수 있다. 입출력 비아들(212) 상에 도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 입출력 패드들(214)을 형성할 수 있다.The input/
다음으로, 도 2a를 함께 참조하면, 입출력 패드들(214) 및 상부 층간 절연층(202)의 상면 상에 패시베이션층(204)을 형성하여, 최종적으로 도 2a의 반도체 장치(100)가 제조될 수 있다.Next, with reference to FIG. 2A , a
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 6 is a diagram schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to example embodiments.
도 6을 참조하면, 데이터 저장 시스템(1000)은 반도체 장치(1100) 및 반도체 장치(1100)와 전기적으로 연결되는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 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 하나 또는 복수의 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. 6 , the
반도체 장치(1100)는 비휘발성 메모리 장치일 수 있으며, 예를 들어, 도 1a 내지 도 4b를 참조하여 상술한 NAND 플래쉬 메모리 장치일 수 있다. 반도체 장치(1100)는 제1 구조물(1100F) 및 제1 구조물(1100F) 상의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 구조물(1100F)은 제2 구조물(1100S)의 옆에 배치될 수도 있다. 제1 구조물(1100F)은 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 구조물일 수 있다. 제2 구조물(1100S)은 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 워드라인들(WL), 제1 및 제2 게이트 상부 라인들(UL1, UL2), 제1 및 제2 게이트 하부 라인들(LL1, LL2), 및 비트 라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이의 메모리 셀 스트링들(CSTR)을 포함하는 메모리 셀 구조물일 수 있다.The
제2 구조물(1100S)에서, 각각의 메모리 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 하부 트랜지스터들(LT1, LT2), 비트 라인(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 string select transistors, and the lower transistors LT1 and LT2 may include ground select transistors. 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.
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 상부 소거 제어 트랜지스터(UT2) 중 적어도 하나는 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 upper erase control transistor UT2 may be used for an erase operation of erasing data stored in the memory cell transistors MCT by using the GIDL phenomenon.
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. 비트 라인들(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.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 have a first structure ( 1100F) 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. 반도체 장치(1100)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. 예시적인 실시예들에서, 입출력 연결 배선(1135)은 도 2a의 입출력 콘택 플러그들(154)을 포함할 수 있다.In 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(1100)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 7은 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.7 is a perspective view schematically illustrating a data storage system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
도 7을 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. 7 , a
메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 상기 복수의 핀들의 개수와 배치는, 데이터 저장 시스템(2000)과 상기 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 상기 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. 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. The
패키지 기판(2100)은 패키지 상부 패드들(2130)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩(2200)은 입출력 패드(2210)를 포함할 수 있다. 입출력 패드(2210)는 도 6의 입출력 패드(1101)에 해당할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 게이트 적층 구조물들(3210) 및 채널 구조물들(3220)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 도 1a 내지 도 4b을 참조하여 상술한 반도체 장치를 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. 예시적인 실시예에서, 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 실장되고, 상기 인터포저 기판에 형성되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 서로 연결될 수도 있다. In example embodiments, the
도 8은 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 7의 반도체 패키지(2003)의 예시적인 실시예를 설명하며, 도 7의 반도체 패키지(2003)를 절단선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절단한 영역을 개념적으로 나타낸다.8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor package according to an exemplary embodiment. FIG. 8 describes an exemplary embodiment of the
도 8을 참조하면, 반도체 패키지(2003A)에서, 반도체 칩들(2200b) 각각은 반도체 기판(4010), 반도체 기판(4010) 상의 제1 구조물(4100), 및 제1 구조물(4100) 상에서 웨이퍼 본딩 방식으로 제1 구조물(4100)과 접합된 제2 구조물(4200)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , in a
제1 구조물(4100)은 주변 배선(4110) 및 제1 접합 구조물들(4150)을 포함하는 주변 회로 영역을 포함할 수 있다. 제2 구조물(4200)은 공통 소스 라인(4205), 공통 소스 라인(4205)과 제1 구조물(4100) 사이의 게이트 적층 구조물(4210), 게이트 적층 구조물(4210)을 관통하는 채널 구조물들(4220)과 분리 영역(4230), 및 메모리 채널 구조물들(4220) 및 게이트 적층 구조물(4210)의 워드라인들(도 6의 WL)과 각각 전기적으로 연결되는 제2 접합 구조물들(4250)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 접합 구조물들(4250)은, 메모리 채널 구조물들(4220)과 전기적으로 연결되는 비트 라인들(4240) 및 워드라인들(과 전기적으로 연결되는 게이트 콘택 플러그들(152)(도 2a 참조)을 통하여, 각각 메모리 채널 구조물들(4220) 및 워드라인들과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 구조물(4100)의 제1 접합 구조물들(4150) 및 제2 구조물(4200)의 제2 접합 구조물들(4250)은 서로 접촉하면서 접합될 수 있다. 제1 접합 구조물들(4150) 및 제2 접합 구조물들(4250)의 접합되는 부분들은 예를 들어, 구리(Cu)로 형성될 수 있다. The
제2 구조물(4200)은 확대도에 도시된 것과 같이, 게이트 콘택 플러그들(152), 입출력 콘택 플러그들(154), 및 더미 수직 구조물들(156)을 포함하는 수직 구조물들(150)은 게이트 전극들(130)의 패드 영역들(PAD)을 관통하도록 배치될 수 있다.As shown in the enlarged view, the
반도체 칩들(2200b)은 본딩 와이어 형태의 연결 구조물들(2400)(도 10 참조)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서, 반도체 칩들(2200b)과 같은 하나의 반도체 패키지 내에서의 반도체 칩들은 관통 전극(TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The
본 발명은 상술한 실시예 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 accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Therefore, various forms of substitution, modification, and change will be possible by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention described in the claims, which also falls within the scope of the present invention. something to do.
201: 기판
202: 상부 층간 절연층
204: 패시베이션층
205: 소스/드레인 영역들
207: 소자분리층
210: 입출력 패드 구조물
212: 입출력 비아
214: 입출력 패드
220: 회로 소자
222: 회로 게이트 유전층
224: 스페이서층
225: 회로 게이트 전극
270: 회로 콘택 플러그
280: 회로 배선 라인
290: 주변 영역 절연층
295: 제1 본딩 비아
298: 제1 본딩 금속층
299: 제1 본딩 절연층
101: 플레이트층
120: 층간 절연층
130: 게이트 전극
140: 채널층
145: 게이트 유전층
147: 채널 매립 절연층
149: 채널 패드
150: 수직 구조물
152: 게이트 콘택 플러그
154: 입출력 콘택 플러그
156: 더미 수직 구조물
160: 제1 콘택 절연층
161: 상부 콘택 절연층
162: 제2 콘택 절연층
170: 셀 콘택 플러그
180: 셀 배선 라인
190: 셀 영역 절연층
195: 제2 본딩 비아
198: 제2 본딩 금속층
199: 제2 본딩 절연층201: substrate 202: upper interlayer insulating layer
204: passivation layer 205: source/drain regions
207: device isolation layer 210: input/output pad structure
212: I/O vias 214: I/O pads
220
224
270
290: peripheral area insulating layer 295: first bonding via
298: first bonding metal layer 299: first bonding insulating layer
101: plate layer 120: interlayer insulating layer
130: gate electrode 140: channel layer
145: gate dielectric layer 147: channel buried insulating layer
149: channel pad 150: vertical structure
152: gate contact plug 154: input/output contact plug
156: dummy vertical structure 160: first contact insulating layer
161: upper contact insulating layer 162: second contact insulating layer
170
190: cell region insulating layer 195: second bonding via
198: second bonding metal layer 199: second bonding insulating layer
Claims (10)
상기 제1 기판 구조물 상에서 상기 제1 기판 구조물과 연결되며, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 제2 기판 구조물을 포함하고,
상기 제2 기판 구조물은,
플레이트층;
상기 플레이트층의 아래에서 상기 플레이트층의 하면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되며, 상기 제2 영역에서 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되어 서로 다른 레벨의 패드 영역들을 이루는 게이트 전극들;
상기 제1 영역에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들;
상기 제2 영역에서, 상기 게이트 전극들의 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 수직 구조물들;
상기 플레이트층 상에 적어도 일부가 배치되는 입출력 패드 구조물들; 및
상기 게이트 전극들의 아래에 배치되며 상기 제1 본딩 금속층들과 연결되는 제2 본딩 금속층들을 포함하고,
상기 수직 구조물들은, 상기 패드 영역들에서 상기 게이트 전극들과 연결되는 게이트 콘택 플러그들, 상기 입출력 패드 구조물들과 연결되는 입출력 콘택 플러그들, 및 절연층을 각각 포함하는 더미 수직 구조물들을 포함하고,
상기 패드 영역들은 제1 패드 영역을 포함하고,
상기 게이트 콘택 플러그들 중 적어도 하나 및 상기 입출력 콘택 플러그들 중 적어도 하나는 상기 제1 패드 영역을 관통하도록 배치되는 반도체 장치.
a first substrate structure including a substrate, circuit elements disposed on the substrate, and first bonding metal layers disposed on the circuit elements; and
A second substrate structure connected to the first substrate structure on the first substrate structure and having a first region and a second region,
The second substrate structure,
plate layer;
Gates are spaced apart from each other and stacked under the plate layer in a first direction perpendicular to the lower surface of the plate layer, and extend from the second region to different lengths along the second direction to form pad regions of different levels. electrodes;
channel structures in the first region, penetrating the gate electrodes and extending along the first direction, each including a channel layer;
vertical structures extending along the first direction and penetrating the pad regions of the gate electrodes in the second region;
input/output pad structures, at least partially disposed on the plate layer; and
Second bonding metal layers disposed under the gate electrodes and connected to the first bonding metal layers,
The vertical structures include gate contact plugs connected to the gate electrodes in the pad regions, input/output contact plugs connected to the input/output pad structures, and dummy vertical structures each including an insulating layer,
The pad regions include a first pad region,
At least one of the gate contact plugs and at least one of the input/output contact plugs are disposed to pass through the first pad region.
상기 더미 수직 구조물들 중 적어도 하나는 상기 제1 패드 영역을 관통하도록 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
At least one of the dummy vertical structures is disposed to pass through the first pad region.
상기 패드 영역들에서 상기 수직 구조물들은 규칙적인 패턴으로 배열되는 반도체 장치.
According to claim 1,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the vertical structures are arranged in a regular pattern in the pad regions.
상기 수직 구조물들은, 상기 패드 영역들 각각의 네 개의 코너 영역들 및 중앙 영역에 배치되는 반도체 장치.
According to claim 3,
The vertical structures are disposed in four corner regions and a central region of each of the pad regions.
상기 게이트 콘택 플러그들과 상기 입출력 콘택 플러그들은 서로 다른 내부 구조를 갖는 반도체 장치.
According to claim 1,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the gate contact plugs and the input/output contact plugs have different internal structures.
상기 제2 기판 구조물은,
상기 패드 영역들 상에서 상기 게이트 콘택 플러그들 각각을 둘러싸는 제1 콘택 절연층들; 및
상기 입출력 콘택 플러그들 각각의 측면을 둘러싸는 제2 콘택 절연층을 더 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The second substrate structure,
first contact insulating layers surrounding each of the gate contact plugs on the pad regions; and
The semiconductor device further includes a second contact insulating layer surrounding side surfaces of each of the input/output contact plugs.
상기 입출력 패드 구조물들 각각은,
상기 플레이트층을 관통하며 상기 입출력 콘택 플러그들 상에 배치되는 입출력 비아; 및
상기 입출력 비아 상의 입출력 패드를 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
Each of the input/output pad structures,
input/output vias penetrating the plate layer and disposed on the input/output contact plugs; and
A semiconductor device comprising an input/output pad on the input/output via.
상기 게이트 콘택 플러그들, 상기 입출력 콘택 플러그들, 및 상기 더미 수직 구조물들의 하단들은 동일한 레벨에 위치하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The gate contact plugs, the input/output contact plugs, and lower ends of the dummy vertical structures are positioned on the same level as the semiconductor device.
상기 입출력 패드를 통하여 상기 반도체 저장 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 반도체 저장 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 제2 기판 구조물은,
플레이트층;
상기 플레이트층의 아래에서 상기 플레이트층의 하면에 수직한 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되며, 상기 제2 영역에서 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되어 패드 영역들을 이루는 게이트 전극들;
상기 제1 영역에서, 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들;
상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들에서 상기 게이트 전극들과 연결되며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 게이트 콘택 플러그들;
상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되는 입출력 콘택 플러그들;
상기 제2 영역에서, 상기 패드 영역들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고, 절연층을 각각 포함하는 더미 수직 구조물들; 및
상기 게이트 전극들의 아래에 배치되며 상기 제1 본딩 금속층들과 연결되는 제2 본딩 금속층들을 포함하고,
상기 게이트 콘택 플러그들, 상기 입출력 콘택 플러그들, 및 상기 더미 수직 구조물들의 상단들은 상기 플레이트층의 하면 상에 위치하는 데이터 저장 시스템.
A first substrate structure including circuit elements and first bonding metal layers, gate electrodes, second bonding metal layers connected to the first bonding metal layers, and input/output pads electrically connected to the circuit elements a semiconductor storage device including a second substrate structure having a first region and a second region; and
a controller electrically connected to the semiconductor storage device through the input/output pad and controlling the semiconductor storage device;
The second substrate structure,
plate layer;
gate electrodes spaced apart from each other and stacked under the plate layer along a first direction perpendicular to a lower surface of the plate layer, and extending from the second region to different lengths along a second direction to form pad regions;
channel structures in the first region, penetrating the gate electrodes and extending along the first direction, each including a channel layer;
gate contact plugs connected to the gate electrodes in the pad regions in the second region and extending along the first direction;
input/output contact plugs extending along the first direction and penetrating the pad regions in the second region;
dummy vertical structures in the second area, penetrating the pad areas and extending along the first direction, each including an insulating layer; and
Second bonding metal layers disposed under the gate electrodes and connected to the first bonding metal layers,
Upper ends of the gate contact plugs, the input/output contact plugs, and the dummy vertical structures are positioned on the lower surface of the plate layer.
상기 게이트 콘택 플러그들 중 하나의 게이트 콘택 플러그, 상기 입출력 콘택 플러그들 중 하나의 입출력 콘택 플러그, 및 상기 더미 수직 구조물들 중 적어도 하나의 더미 수직 구조물은, 상기 패드 영역들 중 적어도 하나의 패드 영역을 관통하도록 배치되는 데이터 저장 시스템.According to claim 9,
One gate contact plug of the gate contact plugs, one of the input/output contact plugs, and at least one dummy vertical structure of the dummy vertical structures form at least one pad area of the pad areas. A data storage system arranged to pass through.
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