KR20230078448A - Memory device - Google Patents

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KR20230078448A
KR20230078448A KR1020210192680A KR20210192680A KR20230078448A KR 20230078448 A KR20230078448 A KR 20230078448A KR 1020210192680 A KR1020210192680 A KR 1020210192680A KR 20210192680 A KR20210192680 A KR 20210192680A KR 20230078448 A KR20230078448 A KR 20230078448A
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semiconductor substrate
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well regions
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KR1020210192680A
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이선건
김인모
김수정
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삼성전자주식회사
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a semiconductor device comprises: a memory cell area which includes a plurality of memory cells arranged on a first semiconductor substrate, gate electrodes that are stacked on the first semiconductor substrate and spaced apart from each other, and channel structures that pass through the gate electrodes and are connected to the first semiconductor substrate; and a peripheral circuit area including peripheral circuits which are arranged on a second semiconductor substrate that includes first conductivity-type impurities and has an upper surface facing an upper surface of the first semiconductor substrate in a first direction perpendicular to the upper surface of the first semiconductor substrate, and control the plurality of memory cells. The peripheral circuits include a plurality of well areas formed on the second semiconductor substrate, an ion implantation area arranged between the plurality of well areas and including the first conductivity-type impurities, and a plurality of antenna diodes, wherein at least one of the plurality of antenna diodes may overlap the ion implantation area in the first direction. Accordingly, in the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the antenna diodes can be inserted while minimizing an increase in intervals between the plurality of well areas, and furthermore, the peripheral circuits can be integrated and wiring complexity can be reduced.

Description

반도체 장치{MEMORY DEVICE}Semiconductor device {MEMORY DEVICE}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices.

반도체 장치의 제조 공정은 복수의 단위 공정들을 포함하며, 복수의 단위 공정들이 진행되는 동안 이미 형성된 반도체 소자들을 보호하기 위하여 다양한 방법이 제안되고 있다. 단위 공정들에 의해 이미 형성된 반도체 소자들이 입을 수 있는 데미지를 최소화하기 위한 목적으로, 반도체 기판에는 다양한 보호 소자들이 추가로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 장치는 반도체 기판의 소정의 영역에 트랜지스터와 안테나 다이오드를 포함하도록 제조된다. 안테나 다이오드는 반도체 장치의 제조 과정에서 플라즈마 이온들을 반도체 기판 내부로 자연적으로 방출시킴으로써, 트랜지스터를 플라즈마 데미지로부터 보호한다. 그러나 제한된 면적에 가능한 많은 수의 반도체 소자들을 배치해야 하는 점을 고려할 때, 보호 소자들의 배치로 인해 반도체 장치의 집적도가 저하되거나, 메탈 배선의 복잡도 증가로 인해 설계의 자유도가 감소하는 문제 등이 발생할 수 있다. A manufacturing process of a semiconductor device includes a plurality of unit processes, and various methods have been proposed to protect already formed semiconductor devices while the plurality of unit processes are in progress. For the purpose of minimizing damage to semiconductor devices already formed by unit processes, various protection devices may be additionally formed on the semiconductor substrate. For example, a semiconductor device is manufactured to include a transistor and an antenna diode in a predetermined region of a semiconductor substrate. The antenna diode protects the transistor from plasma damage by naturally emitting plasma ions into the semiconductor substrate during the manufacturing process of the semiconductor device. However, when considering the fact that as many semiconductor devices as possible must be placed in a limited area, problems such as a decrease in the degree of integration of the semiconductor device due to the arrangement of protection devices or a decrease in freedom of design due to an increase in the complexity of metal wiring may occur. can

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제 중 하나는, 이온 주입 영역의 상부에 안테나 다이오드를 형성함으로써, 복수의 웰 영역들 사이의 간격 증가를 최소화하고 메탈 배선의 복잡도를 완화할 수 있는 집적화된 반도체 장치를 제공하고자 하는 데에 있다.One of the problems to be achieved by the technical idea of the present invention is an integrated semiconductor device capable of minimizing an increase in spacing between a plurality of well regions and reducing the complexity of metal wiring by forming an antenna diode on top of an ion implantation region. It is intended to provide

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 메모리 셀들을 포함하고, 상기 제1 반도체 기판 상에 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하고 상기 제1 반도체 기판에 연결되는 채널 구조물들을 포함하는 메모리 셀 영역, 제1 도전형의 불순물을 포함하고 상기 제1 반도체 기판의 상면에 수직한 제1 방향에서 서로 마주보는 상면을 갖는 제2 반도체 기판 상에 배치되며 상기 복수의 메모리 셀들을 제어하는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역을 포함하고, 상기 주변 회로들은 상기 제2 반도체 기판에 형성되는 복수의 웰 영역들, 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역, 및 복수의 안테나 다이오드들을 포함하고, 상기 복수의 안테나 다이오드들 중 적어도 하나는 상기 이온 주입 영역과 상기 제1 방향에서 중첩한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells disposed on a first semiconductor substrate, gate electrodes stacked spaced apart from each other on the first semiconductor substrate, and passing through the gate electrodes. A memory cell region including channel structures connected to the first semiconductor substrate, a second semiconductor substrate including first conductivity type impurities and having upper surfaces facing each other in a first direction perpendicular to the upper surface of the first semiconductor substrate and a peripheral circuit area disposed on the second semiconductor substrate and including peripheral circuits for controlling the plurality of memory cells, wherein the peripheral circuits are interposed between a plurality of well areas formed on the second semiconductor substrate and the plurality of well areas. and an ion implantation region including impurities of the first conductivity type, and a plurality of antenna diodes, wherein at least one of the plurality of antenna diodes overlaps the ion implantation region in the first direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 도전형의 불순물을 포함하는 반도체 기판에 형성되고, 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함하는 제2 웰 영역을 포함하는 복수의 웰 영역들, 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역, 상기 제1 웰 영역에 형성되는 제1 안테나 다이오드, 및 상기 이온 주입 영역의 상부에 배치되는 제2 안테나 다이오드를 포함하는 복수의 안테나 다이오드들, 및 상기 복수의 웰 영역들에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물에 의해 정의되는 복수의 트랜지스터들을 포함한다.A semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first well region formed on a semiconductor substrate including impurities of a first conductivity type and containing impurities of the first conductivity type, and a first well region containing impurities of the first conductivity type and a second conductivity type different from the first conductivity type. A plurality of well regions including a second well region containing impurities of two conductivity types, an ion implantation region disposed between the plurality of well regions and including impurities of the first conductivity type, the first well region A plurality of antenna diodes including a first antenna diode formed on the ion implantation region and a second antenna diode disposed over the ion implantation region, and an active region included in the plurality of well regions and a gate formed thereon. It includes a plurality of transistors defined by the structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 제1 도전형의 불순물을 포함하는 반도체 기판에 형성되는 복수의 웰 영역들, 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역, 적어도 하나가 상기 이온 주입 영역의 상부에 배치되는 복수의 안테나 다이오드들, 및 상기 복수의 웰 영역들에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물에 의해 정의되고, 상기 게이트 구조물은 메탈 배선을 통해 상기 복수의 안테나 다이오드들 중 가장 인접한 안테나 다이오드와 전기적으로 연결되는 복수의 트랜지스터들을 포함한다.A semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of well regions formed on a semiconductor substrate including impurities of a first conductivity type, and disposed between the plurality of well regions to remove impurities of the first conductivity type. defined by an ion implantation region including an ion implantation region, a plurality of antenna diodes, at least one of which is disposed above the ion implantation region, and an active region included in the plurality of well regions and a gate structure formed thereon; The gate structure includes a plurality of transistors electrically connected to a most adjacent antenna diode among the plurality of antenna diodes through a metal wire.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 이온 주입 영역의 상부에 안테나 다이오드를 형성함으로써 웰 영역과 웰 영역 사이 간격의 증가를 최소화하면서 저전압 트랜지스터의 게이트 산화물층을 보호하기 위한 안테나 다이오드를 삽입할 수 있다.In a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an antenna diode for protecting a gate oxide layer of a low voltage transistor may be inserted while minimizing an increase in a gap between well regions by forming an antenna diode on an ion implantation region. can

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 제조 공정에서 다량의 플라즈마가 발생하는 COP(Cell On Peri) 구조의 메모리 반도체 장치에서 주변 회로의 웰 영역 면적 증가를 최소화하면서 안테나 다이오드를 삽입할 수 있다.In a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, an antenna diode may be inserted while minimizing an increase in the area of a well region of a peripheral circuit in a memory semiconductor device having a COP (Cell On Peri) structure in which a large amount of plasma is generated during a manufacturing process. .

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는, 이온 주입 영역의 상부에 안테나 다이오드를 형성함으로써 안테나 다이오드와 연결되는 메탈 배선의 복잡도를 완화할 수 있다.In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the complexity of metal wiring connected to the antenna diode can be reduced by forming the antenna diode above the ion implantation region.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Various advantageous advantages and effects of the present invention are not limited to the above description, and will be more easily understood in the process of describing specific embodiments of the present invention.

도 1은 안테나 다이오드가 배치되는 반도체 장치의 상면도이다.
도 2는 반도체 장치에 안테나 다이오드를 배치하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 방법에 따라 안테나 다이오드가 배치된 반도체 장치를 간단하게 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 6은 안테나 다이오드가 배치되는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 상면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 안테나 다이오드를 배치하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 방법에 따라 안테나 다이오드가 배치된 반도체 장치를 간단하게 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 적용례를 설명하기 위한 상면도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 포함된 안테나 다이오드의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 장치를 나타낸 블록도이다.
1 is a top view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed.
2 is a diagram for explaining a method for arranging an antenna diode in a semiconductor device.
FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed according to the method shown in FIG. 2 .
4 is a diagram for explaining problems that may occur in a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a top view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment in which an antenna diode is disposed.
7 is a diagram for explaining a method for arranging an antenna diode in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a simplified cross-sectional view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed according to the method shown in FIG. 7 .
9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
11 is a top view illustrating an application example of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
12 to 14 are diagrams for explaining characteristics of an antenna diode included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
15 is a block diagram illustrating an electronic device including a semiconductor device according to an exemplary embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 안테나 다이오드가 배치되는 반도체 장치의 상면도이다.1 is a top view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed.

도 1을 참조하면, 반도체 장치(1)는 복수의 영역들(10, 20, 30, 40)을 포함할 수 있다. 복수의 영역들(10, 20, 30, 40) 중 서로 인접한 영역들(10, 20, 30, 40)은 서로 다른 도전형의 불순물로 도핑되는 웰 영역(12, 22, 32, 42)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 영역(10)과 제4 영역(40)은 NMOS 트랜지스터가 형성되는 P-웰 영역을 포함할 수 있고, 제2 영역(20)과 제3 영역(30)은 PMOS 트랜지스터가 형성되는 N-웰 영역을 포함할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 1 , a semiconductor device 1 may include a plurality of regions 10 , 20 , 30 , and 40 . Among the plurality of regions 10, 20, 30, and 40, adjacent regions 10, 20, 30, and 40 include well regions 12, 22, 32, and 42 doped with impurities of different conductivity types. can do. For example, the first region 10 and the fourth region 40 may include P-well regions in which NMOS transistors are formed, and the second region 20 and the third region 30 are formed with PMOS transistors. It may include an N-well region. However, this is merely an example and may not be limited.

복수의 영역들(10, 20, 30, 40)은 복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42) 사이의 간섭으로 인해 항복 전압이 발생하는 것을 방지하기 위한 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)을 포함할 수 있다. 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. The plurality of regions 10, 20, 30, and 40 are ion implanted regions 11, 21, and 21 for preventing breakdown voltage from being generated due to interference between the plurality of well regions 12, 22, 32, and 42. 31, 41) may be included. The ion implantation regions 11 , 21 , 31 , and 41 may be formed to surround the plurality of well regions 12 , 22 , 32 , and 42 .

반도체 장치의 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 제1 도전형의 불순물로 도핑된 반도체 기판에 제1 도전형의 불순물을 집중적으로 도핑하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 이 때, 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)의 도핑 농도는 반도체 기판의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 일례로, 제1 도전형의 불순물은 P형 도펀트일 수 있고, 반도체 기판이 P 도핑되는 경우, 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 P+ 도핑될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.The ion implantation regions 11 , 21 , 31 , and 41 of the semiconductor device may be formed by intensively doping a semiconductor substrate doped with first conductivity type impurities. In this case, the doping concentration of the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 may be higher than that of the semiconductor substrate. For example, the impurity of the first conductivity type may be a P-type dopant, and when the semiconductor substrate is P-doped, the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 may be P+-doped. However, this is merely an example and may not be limited.

복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42)은 복수의 반도체 소자들이 형성될 수 있는 소자 영역들(13, 23, 33, 43)을 포함할 수 있다. 소자 영역들(13, 23, 33, 43)에 형성되는 복수의 반도체 소자들의 종류는, 복수의 영역들(10, 20, 30, 40) 각각에 형성되는 웰 영역(12, 22, 32, 42)의 도전형에 의해 결정될 수 있다.The plurality of well regions 12, 22, 32, and 42 may include device regions 13, 23, 33, and 43 in which a plurality of semiconductor devices may be formed. The types of the plurality of semiconductor devices formed in the device regions 13, 23, 33, and 43 include well regions 12, 22, 32, and 42 formed in the plurality of regions 10, 20, 30, and 40, respectively. ) can be determined by the conductivity type.

복수의 반도체 소자들은 게이트 구조물과 활성 영역을 갖는 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 게이트 구조물은 반도체 장치(1)가 형성되는 반도체 기판의 상면에 수직한 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 세워질 수 있다. 활성 영역과 게이트 구조물 등을 형성한 후 진행되는 후속 공정들에서 게이트 구조물이 무너지는 것을 방지하기 위해서는, 소정의 기준 간격마다 게이트 구조물이 배치되어야 할 수 있다. 또한, 플라즈마를 이용하는 식각 공정 등에서 발생하는 게이트 구조체의 손상을 막기 위해, 반도체 장치(1)에 게이트 구조체와 연결되는 안테나 다이오드를 배치할 수 있다.The plurality of semiconductor devices may include transistors having a gate structure and an active region. The gate structure may be erected in a first direction (eg, a Z direction) perpendicular to an upper surface of a semiconductor substrate on which the semiconductor device 1 is formed. In order to prevent the gate structure from collapsing in subsequent processes after forming the active region and the gate structure, the gate structure may need to be disposed at predetermined reference intervals. In addition, in order to prevent damage to the gate structure that may occur during an etching process using plasma, an antenna diode connected to the gate structure may be disposed in the semiconductor device 1 .

안테나 다이오드는 반도체 제조 공정 중 다양한 패턴을 형성하기 위해 축적되는 플라즈마 이온들을 반도체 기판의 내부로 자연적으로 방출시킴으로써, 트랜지스터 등의 반도체 소자들을 플라즈마 데미지(plasma damage)로부터 보호할 수 있다.The antenna diode can protect semiconductor elements such as transistors from plasma damage by naturally emitting plasma ions accumulated to form various patterns during a semiconductor manufacturing process into the semiconductor substrate.

도 2는 반도체 장치에 안테나 다이오드를 배치하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a method for arranging an antenna diode in a semiconductor device.

도 2를 참조하면, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)을 포함하는 A 영역은 도 1에 도시된 A 영역에 대응할 수 있다. 다시 말해, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)은 이온 주입 영역(IIP)에 의해 서로 분리될 수 있다. 다만, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)은 N-웰 영역일 수 있다.Referring to FIG. 2 , region A including well regions W1 and W2 adjacent to each other may correspond to region A shown in FIG. 1 . In other words, the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be separated from each other by the ion implantation region IIP. However, the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be N-well regions.

이 때, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)을 분리하는 이온 주입 영역(IIP)의 두께는 a일 수 있다. 일례로, a는 약 4.6um 내지 약 5.0um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 도 2의 A 영역에 도시된 a는 이온 주입 영역(IIP)의 두께를 나타내는 것으로 도시되어 있으나, a는 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 거리일 수도 있다.In this case, the thickness of the ion implantation region IIP separating the adjacent well regions W1 and W2 may be a. For example, a may have a value between about 4.6 um and about 5.0 um. However, this is merely an example and may not be limited. As an example, a in region A of FIG. 2 represents the thickness of the ion implantation region IIP, but a may also be a distance between adjacent well regions W1 and W2.

일반적인 경우, 반도체 장치에는 복수의 반도체 소자들과 분리된 별도의 다이오드 활성 영역(S1, S2)을 만들어질 수 있고, 다이오드 활성 영역(S1, S2) 내에 안테나 다이오드(D)가 형성될 수 있다. 이 때, 다이오드 활성 영역(S1, S2)은 이온 주입 영역(IIP)이 없는 영역에 형성될 수 있고, 복수의 반도체 소자들을 구성하는 게이트 구조물은 다이오드 활성 영역(S1, S2)에 형성된 안테나 다이오드(D)에 연결될 수 있다. In general, separate diode active regions S1 and S2 separated from a plurality of semiconductor devices may be formed in a semiconductor device, and an antenna diode D may be formed in the diode active regions S1 and S2. At this time, the diode active regions S1 and S2 may be formed in an area where the ion implantation region IIP is not present, and the gate structure constituting the plurality of semiconductor devices is an antenna diode formed in the diode active regions S1 and S2 ( D) can be connected to

한편, 다이오드 활성 영역(S1, S2)이 형성됨에 따라, 복수의 반도체 소자들에 포함되는 게이트 구조물들 간의 간격은 멀어질 수 있다. 반도체 장치에 포함된 복수의 반도체 소자들 사이의 간격은 반도체 장치의 성능에 직접적인 영향을 미칠 수 있어 그 크기를 감소시키는데 한계가 있을 수 있다. 따라서, 안테나 다이오드(D)를 배치하기 위한 다이오드 활성 영역(S1, S2)에 의해 반도체 장치의 집적도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. Meanwhile, as the diode active regions S1 and S2 are formed, intervals between gate structures included in the plurality of semiconductor devices may be increased. Intervals between the plurality of semiconductor elements included in the semiconductor device may directly affect the performance of the semiconductor device, and thus there may be limitations in reducing the size of the semiconductor device. Accordingly, a problem in that the degree of integration of the semiconductor device may be lowered due to the diode active regions S1 and S2 for disposing the antenna diode D may occur.

일례로, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)을 포함하는 A1 영역에서, 안테나 다이오드(D)가 형성되는 다이오드 활성 영역(S1)은 인접한 웰 영역(W1, W2)과 다른 도전형의 불순물, 예컨대 P형 도펀트로 도핑된 P-웰 영역일 수 있다. A1 영역에서 다이오드 활성 영역(S1)은 이온 주입 영역(IIP)의 사이에 형성될 수 있다.For example, in the area A1 including the well areas W1 and W2 adjacent to each other, the diode active area S1 in which the antenna diode D is formed includes impurities of a different conductivity type from those of the adjacent well areas W1 and W2, For example, it may be a P-well region doped with a P-type dopant. In region A1 , the diode active region S1 may be formed between the ion implantation regions IIP.

이 때, 다이오드 활성 영역(S1)의 양측에 배치되는 이온 주입 영역(IIP) 각각의 두께는 b일 수 있다. 일례로, b는 약 4.4um 내지 4.8um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 도 2의 A1 영역에 도시된 b는 이온 주입 영역(IIP)의 두께를 나타내는 것으로 도시되어 있으나, b는 웰 영역들(W1, W2) 각각과 다이오드 활성 영역(S1) 사이의 거리일 수도 있다.In this case, the thickness of each of the ion implantation regions IIP disposed on both sides of the diode active region S1 may be b. For example, b may have a value between about 4.4 μm and about 4.8 μm. However, this is merely an example and may not be limited. As an example, b shown in area A1 of FIG. 2 represents the thickness of the ion implantation region IIP, but b may be a distance between each of the well regions W1 and W2 and the diode active region S1. may be

한편, 안테나 다이오드(D)가 형성되는 다이오드 활성 영역(S1)의 두께는 c일 수 있다. 일례로, c는 약 2.8um 내지 3.2um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 다이오드 활성 영역(S1)의 두께 c는 반도체 장치의 집적화를 위해 2.8um보다 작게 형성될 수 있고, 반도체 장치의 안정적인 동작을 위해 3.2um보다 크게 형성될 수도 있다.Meanwhile, the thickness of the diode active region S1 in which the antenna diode D is formed may be c. As an example, c may have a value between about 2.8 um and 3.2 um. However, this is merely an example and may not be limited. For example, the thickness c of the diode active region S1 may be smaller than 2.8 μm for integration of the semiconductor device and larger than 3.2 μm for stable operation of the semiconductor device.

이에 따라, A1 영역에서 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 b의 두배와 c의 합에 해당할 수 있다. 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 11.6um 내지 12.8um 사이일 수 있고, 예컨대 약 12.2um 일 수 있다. 따라서, 안테나 다이오드(D)를 추가로 배치하지 않는 경우와 비교하여 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 2.4배 이상 증가할 수 있다.Accordingly, the distance between the well regions W1 and W2 adjacent to each other in region A1 may correspond to the sum of twice b and c. The distance between the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be between about 11.6 um and 12.8 um, for example, about 12.2 um. Accordingly, the distance between the adjacent well regions W1 and W2 may be increased by about 2.4 times or more compared to a case in which the antenna diode D is not additionally disposed.

한편, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)을 포함하는 A2 영역에서, 안테나 다이오드(D)가 형성되는 다이오드 활성 영역(S2)은 이온 주입 영역(IIP)의 일부가 제거된 영역일 수 있다.Meanwhile, in area A2 including well areas W1 and W2 adjacent to each other, the diode active area S2 where the antenna diode D is formed may be a region in which a portion of the ion implantation area IIP is removed.

이 때, 다이오드 활성 영역(S2)의 양측에 배치되는 이온 주입 영역(IIP) 각각의 두께는 d일 수 있다. 일례로, d는 약 4.0um 내지 4.4um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 도 2의 A2 영역에 도시된 d는 이온 주입 영역(IIP)의 두께를 나타내는 것으로 도시되어 있으나, d는 웰 영역들(W1, W2) 각각과 다이오드 활성 영역(S2) 사이의 거리일 수도 있다.In this case, the thickness of each of the ion implantation regions IIP disposed on both sides of the diode active region S2 may be d. As an example, d may have a value between about 4.0 um and 4.4 um. However, this is merely an example and may not be limited. As an example, d shown in area A2 of FIG. 2 represents the thickness of the ion implantation area IIP, but d is a distance between each of the well areas W1 and W2 and the diode active area S2. may be

한편, 안테나 다이오드(D)가 형성되는 다이오드 활성 영역(S2)의 두께는 e일 수 있다. 일례로, 다이오드 활성 영역(S2)의 두께는 안테나 다이오드(D)의 제2 방향(예컨대, Y 방향)에서의 두께일 수 있고, e는 약 0.2um 내지 0.5um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 다이오드 활성 영역(S2)의 두께 e는 반도체 장치의 집적화를 위해 0.2um보다 작게 형성될 수 있고, 반도체 장치의 안정적인 동작을 위해 0.5um보다 크게 형성될 수도 있다.Meanwhile, the thickness of the diode active region S2 where the antenna diode D is formed may be e. For example, the thickness of the diode active region S2 may be the thickness of the antenna diode D in the second direction (eg, Y direction), and e may have a value between about 0.2 um and 0.5 um. However, this is merely an example and may not be limited. For example, the thickness e of the diode active region S2 may be smaller than 0.2 μm for integration of the semiconductor device and larger than 0.5 μm for stable operation of the semiconductor device.

이에 따라, A2 영역에서 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 d의 두배와 e의 합에 해당할 수 있다. 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 8.2um 내지 9.3um 사이일 수 있고, 예컨대 약 8.6um 일 수 있다. 따라서, 안테나 다이오드(D)를 추가로 배치하지 않는 경우와 비교하여 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 1.7배 이상 증가할 수 있다.Accordingly, the distance between the well regions W1 and W2 adjacent to each other in region A2 may correspond to the sum of twice d and e. The distance between the adjacent well regions W1 and W2 may be between about 8.2 μm and about 9.3 μm, for example, about 8.6 μm. Accordingly, the distance between the adjacent well regions W1 and W2 may be increased by about 1.7 times or more compared to a case in which the antenna diode D is not additionally disposed.

도 3은 도 2에 도시된 방법에 따라 안테나 다이오드가 배치된 반도체 장치를 간단하게 나타낸 단면도이다.FIG. 3 is a simplified cross-sectional view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed according to the method shown in FIG. 2 .

도 3을 참조하면, 도 2에 도시된 A2 영역의 다이오드 활성 영역(S2)을 적용하여 안테나 다이오드(Db)를 배치한 반도체 장치는, 반도체 기판(PSUB)에 형성되는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL), 이온 주입 영역(IIP), 복수의 안테나 다이오드들(Da1, Da2, Db), 및 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the semiconductor device in which the antenna diode Db is disposed by applying the diode active region S2 of the area A2 shown in FIG. 2 has a plurality of well regions PWELL formed on the semiconductor substrate PSUB. , NWELL), an ion implantation region (IIP), a plurality of antenna diodes (Da1, Da2, Db), and a plurality of transistors.

반도체 기판(PSUB)은 제1 도전형의 불순물, 예컨대 P형 도펀트를 포함할 수 있고, 이온 주입 영역(IIP)은 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이에 배치되고 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 반도체 기판(PSUB) 상에는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL)에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물(GSn, GSp)에 의해 정의되는 복수의 트랜지스터들이 형성될 수 있다.The semiconductor substrate PSUB may include impurities of a first conductivity type, for example, a P-type dopant, and the ion implantation region IIP is disposed between the plurality of well regions PWELL and NWELL and contains impurities of the first conductivity type. can include A plurality of transistors defined by active regions included in the plurality of well regions PWELL and NWELL and gate structures GSn and GSp formed thereon may be formed on the semiconductor substrate PSUB.

한편, 복수의 트랜지스터들을 보호하기 위한 안테나 다이오드(Da1, Da2, Db)는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 중 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역(PWELL)에 형성되는 제1 안테나 다이오드(Da1, Da2), 및 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이의 다이오드 활성 영역에 형성되는 제2 안테나 다이오드(Db)를 포함할 수 있다. Meanwhile, the antenna diodes Da1, Da2, and Db for protecting the plurality of transistors are formed in the first well region PWELL including impurities of the first conductivity type among the plurality of well regions PWELL and NWELL. A second antenna diode Db formed in a diode active region between the first antenna diodes Da1 and Da2 and the plurality of well regions PWELL and NWELL may be included.

이 때, 다이오드 활성 영역은 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 이온 주입 영역(IIP)과 중첩되지 않을 수 있다. 따라서, 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이에서 이온 주입 영역(IIP)은 불연속적으로 배치될 수 있다.In this case, the diode active region may not overlap the ion implantation region IIP in the first direction (eg, Z direction). Accordingly, the ion implantation regions IIP may be discontinuously disposed between the plurality of well regions PWELL and NWELL.

안테나 다이오드(Da1, Da2, Db)는 복수의 컨택을 통해 상부의 메탈 배선(ML)과 연결될 수 있다. 메탈 배선(ML)은 제2 방향(예컨대, Y 방향)을 따라 트랜지스터의 게이트 구조물(GSn, GSp)의 상부까지 연장될 수 있다. 트랜지스터의 게이트 구조물(GSn, GSp)은 컨택과 메탈 배선(ML)을 통해 안테나 다이오드(Da1, Da2, Db)와 연결될 수 있다. The antenna diodes Da1, Da2, and Db may be connected to the upper metal wire ML through a plurality of contacts. The metal wiring ML may extend to upper portions of the gate structures GSn and GSp of the transistors along the second direction (eg, the Y direction). The gate structures GSn and GSp of the transistor may be connected to the antenna diodes Da1 , Da2 , and Db through contacts and metal lines ML.

따라서, 플라즈마 등을 이용하는 반도체 장치의 후속 공정에서 방전에 따른 전하 또는 전류가 생성될 경우, 안테나 다이오드(Da1, Da2, Db)로 생성된 전하 또는 전류가 흐름으로써 게이트 구조물(GSn, GSp)에 가해지는 손상이 최소화될 수 있다.Therefore, when charges or currents are generated due to discharge in a subsequent process of a semiconductor device using plasma or the like, the charges or currents generated by the antenna diodes Da1, Da2, and Db flow and are applied to the gate structures GSn and GSp. Losing damage can be minimized.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining problems that may occur in a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 메탈 배선들과 게이트 구조물(GS)은 메모리 장치, 예컨대 낸드 플래시 메모리 셀들을 포함하는 메모리 장치에 포함된 구성일 수 있다. 종래 메모리 반도체 장치에서 게이트 구조물(GS)은 그 상부에 배치되는 메탈 배선들(L0, M0, M1, M2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 게이트 구조물(GS)과 메탈 배선들(L0, M0, M1, M2)은 비아(VIA), 컨택(MC1, MC2), 및 스터드(STUD)를 통해 연결될 수 있다.The metal wires and gate structure GS shown in FIG. 4 may be components included in a memory device, for example, a memory device including NAND flash memory cells. In a conventional memory semiconductor device, the gate structure GS may be electrically connected to the metal wires L0, M0, M1, and M2 disposed thereon. In this case, the gate structure GS and the metal lines L0 , M0 , M1 , and M2 may be connected through vias VIA, contacts MC1 and MC2 , and studs STUD.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 COP(Cell On Peri) 구조를 갖는 메모리 반도체 장치일 수 있다. COP 구조를 갖는 메모리 반도체 장치는 메모리 셀 영역과 주변 회로 영역이 적층 구조를 갖도록 제조될 수 있다. Meanwhile, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may be a memory semiconductor device having a COP (Cell On Peri) structure. A memory semiconductor device having a COP structure may be manufactured so that a memory cell region and a peripheral circuit region have a stacked structure.

일례로, 메모리 셀 영역에 포함된 상부 메탈 배선들(M1, M2, M3)은 상부 비아(VIA1, VIA2), 상부 컨택(MC2), 및 스터드(STUD)에 의해 서로 연결될 수 있고, 주변 회로 영역에 포함된 하부 메탈 배선들(LM0, LM1, LM2)은 하부 비아(LVIA), 하부 컨택(LMC1, LMC2)에 의해 게이트 구조물(GS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 메모리 셀 영역과 주변 회로 영역은 연결부(THV)에 의해 서로 연결될 수 있다.For example, the upper metal wires M1 , M2 , and M3 included in the memory cell area may be connected to each other by upper vias VIA1 and VIA2 , an upper contact MC2 , and a stud STUD, and the peripheral circuit area The lower metal wires LM0 , LM1 , and LM2 included in may be electrically connected to the gate structure GS by lower vias LVIA and lower contacts LMC1 and LMC2 . Meanwhile, the memory cell area and the peripheral circuit area may be connected to each other through the connection part THV.

이와 같이 COP 구조를 갖는 메모리 반도체 장치는 기존 구조와 비교하였을 때 메탈 배선의 사용이 많아 식각 공정등의 공정을 수행할 때 반도체 소자들에 축적되는 플라즈마의 양이 증가할 수 있다. 따라서, 플라즈마 데미지로부터 반도체 소자들, 특히 저전압 트랜지스터의 게이트 산화물층을 보호하기 위해 전술한 안테나 다이오드(D)의 필요성이 증가할 수 있다. As such, the memory semiconductor device having the COP structure uses a lot of metal wiring compared to the conventional structure, so that an amount of plasma accumulated in semiconductor devices may increase when a process such as an etching process is performed. Accordingly, the need for the aforementioned antenna diode D may increase in order to protect semiconductor elements, particularly the gate oxide layer of the low voltage transistor, from plasma damage.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 메모리 반도체 장치(100)일 수 있고, 메모리 반도체 장치(100)는 데이터가 저장되는 메모리 셀 영역(CELL)과 메모리 셀 영역(CELL)의 하단에 배치되는 주변 회로 영역(PERI)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention may be a memory semiconductor device 100 . The memory semiconductor device 100 includes a memory cell area CELL in which data is stored and a memory cell area CELL ) may include a peripheral circuit area PERI disposed below.

도 5에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 메모리 셀 영역(CELL)은 제1 반도체 기판(101), 복수의 절연층들(120), 복수의 게이트 전극들(130), 제1 도전층(104), 제2 도전층(105), 채널 구조물들(CH), 및 분리 영역(SR)을 포함할 수 있다.In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment shown in FIG. 5 , the memory cell region CELL includes a first semiconductor substrate 101 , a plurality of insulating layers 120 , and a plurality of gate electrodes. 130 , a first conductive layer 104 , a second conductive layer 105 , channel structures CH, and an isolation region SR.

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 제1 반도체 기판(101)의 상면에 수직한 방향(예컨대, Z 방향)은 제1 방향으로 정의될 수 있다. 이 때, 제1 반도체 기판(101)은 제2 방향(예컨대, Y 방향) 및 제3 방향(예컨대, X 방향)으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, a direction perpendicular to the upper surface of the first semiconductor substrate 101 (eg, a Z direction) may be defined as a first direction. In this case, the first semiconductor substrate 101 may have a top surface extending in the second direction (eg, the Y direction) and the third direction (eg, the X direction).

제1 반도체 기판(101)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 다만, 제1 반도체 기판(101)의 구성은 이에 한정되지 않고, 제1 반도체 기판(101)은 에피택셜층, SOI(Silicon On Insulator)층, 또는 SeOI(Semiconductor On Insulator)층 등으로 제공될 수도 있다.The first semiconductor substrate 101 may include a semiconductor material, for example, a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI oxide semiconductor. For example, the group IV semiconductor may include silicon, germanium, or silicon-germanium. However, the configuration of the first semiconductor substrate 101 is not limited thereto, and the first semiconductor substrate 101 may be provided as an epitaxial layer, a silicon on insulator (SOI) layer, or a semiconductor on insulator (SeOI) layer. there is.

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)는, 제1 반도체 기판(101) 상에 제1 반도체 기판(101)의 상면에 수직한 제1 방향(예컨대, z 방향)으로 이격되어 교대로 적층되는 절연층들(120)과 게이트 전극들(130)을 포함할 수 있다. 절연층들(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다. The memory semiconductor device 100 according to an embodiment is alternately stacked on a first semiconductor substrate 101 spaced apart in a first direction (eg, z direction) perpendicular to the top surface of the first semiconductor substrate 101 . It may include insulating layers 120 and gate electrodes 130 . The insulating layers 120 may include an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.

게이트 전극들(130)은 각각 제1 게이트층(130a) 및 제2 게이트층(130b)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 게이트 층(130a)은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한 제2 게이트층(130b)은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 다만, 게이트 전극들(130)의 구성은 이에 한정되지 않고, 게이트 전극들(130)은 셋 이상의 복수의 층으로 구성될 수도 있으며, 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수도 있다.Each of the gate electrodes 130 may include a first gate layer 130a and a second gate layer 130b. For example, the first gate layer 130a may include tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), or a combination thereof. Also, the second gate layer 130b may include a metal material, such as tungsten (W). However, the structure of the gate electrodes 130 is not limited thereto, and the gate electrodes 130 may include a plurality of layers of three or more, and may include polycrystalline silicon or a metal silicide material.

한편, 제1 도전층(104) 및 제2 도전층(105)은 제1 반도체 기판(101)의 상면에 순차적으로 적층될 수 있다. 제1 반도체 기판(101), 제1 도전층(104), 및 제2 도전층(105)의 적어도 일부는 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서 공통 소스 라인으로 기능할 수 있다. 제1 도전층(104) 및 제2 도전층(105)은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 일례로 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 예컨대, 적어도 제1 도전층(104)은 불순물로 도핑될 수 있으며, 제2 도전층(105)은 불순물로 도핑되거나 또는 제1 도전층(104)으로부터 확산된 불순물을 포함할 수 있다.Meanwhile, the first conductive layer 104 and the second conductive layer 105 may be sequentially stacked on the upper surface of the first semiconductor substrate 101 . At least a portion of the first semiconductor substrate 101, the first conductive layer 104, and the second conductive layer 105 may function as a common source line in the memory semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. there is. The first conductive layer 104 and the second conductive layer 105 may include a semiconductor material, for example polycrystalline silicon. For example, at least the first conductive layer 104 may be doped with impurities, and the second conductive layer 105 may be doped with impurities or may include impurities diffused from the first conductive layer 104 .

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 채널 구조물들(CH) 각각은 제1 방향으로 연장되며 게이트 전극들(130) 및 절연층들(120)을 관통하도록 배치될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 도 3에 도시된 바로 한정되지 않고, 채널 구조물들(CH)은 제1 반도체 기판(101)의 적어도 일부를 관통하도록 배치될 수도 있다. 한편, 채널 구조물들(CH)은 제1 반도체 기판(101) 상에 행과 열을 이루면서 제1 반도체 기판(101)의 상면에 수평한 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 채널 구조물들(CH) 각각은 제1 반도체 기판(101)의 상면에 수직한 측면을 갖거나, 또는 종횡비에 따라 제1 반도체 기판(101)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가지는 기둥 형상일 수 있다. In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, each of the channel structures CH may extend in the first direction and pass through the gate electrodes 130 and the insulating layers 120 . However, this is only an example and is not limited to that shown in FIG. 3 , and the channel structures CH may be disposed to pass through at least a portion of the first semiconductor substrate 101 . Meanwhile, the channel structures CH may be spaced apart from each other in a horizontal direction on the upper surface of the first semiconductor substrate 101 while forming rows and columns on the first semiconductor substrate 101 . Meanwhile, each of the channel structures CH has a columnar shape having a side surface perpendicular to the upper surface of the first semiconductor substrate 101 or an inclined side surface that becomes narrower as it approaches the first semiconductor substrate 101 according to an aspect ratio. can be

본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 채널 구조물들(CH) 각각은 채널층(145), 채널 절연층(150), 및 패드층(155)을 포함할 수 있다. 일례로, 채널 구조물들(CH) 각각은 채널층(145)과 게이트 전극들(130) 사이에 배치되어 전하를 트랩시키기 위한 복수의 층을 포함하는 게이트 유전층(140)을 더 포함할 수 있다. 한편, 게이트 유전층(140)은 채널 구조물들(CH) 각각의 하단에서 일부가 제거될 수 있으며, 상기 제거된 영역에서 채널층(145)은 제1 도전층(104)과 전기적으로 연결될 수 있다. In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, each of the channel structures CH may include a channel layer 145 , a channel insulating layer 150 , and a pad layer 155 . For example, each of the channel structures CH may further include a gate dielectric layer 140 disposed between the channel layer 145 and the gate electrodes 130 and including a plurality of layers for trapping charges. Meanwhile, a portion of the gate dielectric layer 140 may be removed from the bottom of each of the channel structures CH, and the channel layer 145 may be electrically connected to the first conductive layer 104 in the removed region.

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 채널층(145)은 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 채널층(145)은 복수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 스트링들을 구현할 수 있다.In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, the channel layer 145 may include a semiconductor material such as polycrystalline silicon or single crystal silicon. The channel layer 145 may implement memory cell strings including a plurality of memory cells.

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 분리 영역(SR)은 제1 방향 및 제2 방향으로 연장될 수 있으며, 교대로 적층된 게이트 전극들(130)과 절연층들(120)을 관통할 수 있다. 분리 영역(SR)은 절연성 물질을 포함할 수 있으며, 일례로 실리콘 산화물 등을 포함할 수 있다. 일례로, 게이트 전극들(130)은 분리 영역(SR)에 의해 각각 제3 방향에서 분리되어 배치될 수 있다. In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, the isolation region SR may extend in the first direction and the second direction, and may include gate electrodes 130 and insulating layers 120 that are alternately stacked. can penetrate The isolation region SR may include an insulating material, such as silicon oxide. For example, the gate electrodes 130 may be disposed to be separated from each other in the third direction by the separation region SR.

또한, 메모리 반도체 장치(100)의 메모리 셀 영역(CELL)은 제1 층간 절연층(160), 제2 층간 절연층(165), 채널 구조물들(CH)과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그(170), 및 콘택 플러그(170)와 전기적으로 연결되는 비트라인(180)을 더 포함할 수 있다. 일례로, 제1 층간 절연층(160) 및 제2 층간 절연층(165)은 절연층들(120) 및 게이트 전극들(130)을 커버하며, 실리콘 산화물 등과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 콘택 플러그(170)는 제1 층간 절연층(160) 및 제2 층간 절연층(165)을 관통하여, 제2 층간 절연층(165) 상에 배치되는 비트라인(180)과 채널 구조물들(CH)을 전기적으로 연결할 수 있다.In addition, the memory cell region CELL of the memory semiconductor device 100 includes a contact plug 170 electrically connected to the first interlayer insulating layer 160 , the second interlayer insulating layer 165 , and the channel structures CH. , and a bit line 180 electrically connected to the contact plug 170 may be further included. For example, the first interlayer insulating layer 160 and the second interlayer insulating layer 165 cover the insulating layers 120 and the gate electrodes 130 and may include an insulating material such as silicon oxide. The contact plug 170 penetrates the first interlayer insulating layer 160 and the second interlayer insulating layer 165 to form the bit line 180 and the channel structures CH disposed on the second interlayer insulating layer 165 . ) can be electrically connected.

일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)는, 주변 회로 영역(PERI)을 먼저 제조한 후, 주변 회로 영역(PERI)의 상부에 메모리 셀 영역(CELL)의 제1 반도체 기판(101)을 제조함으로써 형성할 수 있다. 제1 반도체 기판(101)은 주변 회로 영역(PERI)의 제2 반도체 기판(102)과 동일한 크기를 갖거나, 제2 반도체 기판(102)보다 작게 형성될 수 있다.In the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, the peripheral circuit area PERI is first fabricated, and then the first semiconductor substrate 101 of the memory cell area CELL is fabricated on the peripheral circuit area PERI. can be formed by The first semiconductor substrate 101 may have the same size as the second semiconductor substrate 102 of the peripheral circuit region PERI or may be smaller than the second semiconductor substrate 102 .

주변 회로 영역(PERI)은 제2 반도체 기판(102), 제2 반도체 기판(102) 상에 배치되며 복수의 메모리 셀들을 구동하고 제어하는 회로 소자들, 회로 콘택 플러그들, 및 복수의 메탈 배선(LM0, LM1)들을 포함할 수 있다. 일례로, 주변 회로 영역(PERI)에 포함된 회로 소자들은 수평(planar) 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 한편, 각각의 회로 소자들은 회로 게이트 유전층, 스페이서층, 및 회로 게이트 전극을 포함할 수 있고, 회로 게이트 전극 양 측의 제2 반도체 기판(102) 내에는 활성 영역들이 배치될 수 있다. 활성 영역들은 소스/드레인 영역으로 기능할 수 있다.The peripheral circuit region PERI includes a second semiconductor substrate 102, circuit elements disposed on the second semiconductor substrate 102 and driving and controlling a plurality of memory cells, circuit contact plugs, and a plurality of metal wires ( LM0, LM1) may be included. For example, circuit elements included in the peripheral circuit area PERI may include planar transistors. Meanwhile, each of the circuit elements may include a circuit gate dielectric layer, a spacer layer, and a circuit gate electrode, and active regions may be disposed in the second semiconductor substrate 102 on both sides of the circuit gate electrode. Active regions can function as source/drain regions.

본 발명의 메모리 반도체 장치(100)에서, 복수의 메탈 배선(LM0, LM1)들은 메모리 셀들의 하부에 배치되는 메탈 배선들로, 메모리 셀들의 상부에 배치되는 메탈 배선들과 구별될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 복수의 메탈 배선(LM0, LM1)의 배치 및 형태는 도 5에 도시된 바로 한정되지 않고, 실시예에 따라 복수의 메탈 배선(LM0, LM1)의 개수, 위치, 및 구조는 달라질 수 있다. In the memory semiconductor device 100 of the present invention, the plurality of metal wires LM0 and LM1 are metal wires disposed below the memory cells, and may be distinguished from metal wires disposed above the memory cells. However, this is only one embodiment, and the arrangement and shape of the plurality of metal wires LM0 and LM1 are not limited to those shown in FIG. 5, and the number and location of the plurality of metal wires LM0 and LM1 according to the embodiment , and structure may vary.

메모리 셀 영역(CELL) 및 주변 회로 영역(PERI)은 도시되지 않은 영역에서 서로 연결될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 반도체 장치(100)에서, 주변 회로 영역(PERI)은 연결부를 통해 메모리 셀 영역(CELL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 일례로, 연결부는 쓰루홀 비아(Through Hole Via, THV)일 수 있다.The memory cell area CELL and the peripheral circuit area PERI may be connected to each other in an area not shown. For example, in the memory semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment, the peripheral circuit region PERI may be electrically connected to the memory cell region CELL through a connection portion. For example, the connection unit may be a through hole via (THV).

본 발명의 일 실시예에 따라, 주변 회로 영역(PERI)은 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제2 반도체 기판(102) 상에 형성되는 회로 소자들과 안테나 다이오드(D)를 포함할 수 있다. 안테나 다이오드는 회로 소자, 예컨대 트랜지스터의 게이트 구조물과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 도 5에 도시된 메모리 반도체 장치(100)의 구조는 일 실시예에 불과할 뿐 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the peripheral circuit region PERI may include circuit elements and an antenna diode D formed on the second semiconductor substrate 102 including impurities of the first conductivity type. . The antenna diode may be electrically connected to a circuit element, for example, a gate structure of a transistor. However, the structure of the memory semiconductor device 100 illustrated in FIG. 5 is only an example and may not be limited to the illustrated one.

도 6은 안테나 다이오드가 배치되는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 상면도이다.6 is a top view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment in which an antenna diode is disposed.

도 6은 도 1에 도시된 반도체 장치의 상면도에 대응할 수 있다. 한편, 도 6은 메모리 반도체 장치의 주변 회로 영역의 일부에 대응하는 영역을 도시한 것일 수 있다.FIG. 6 may correspond to a top view of the semiconductor device shown in FIG. 1 . Meanwhile, FIG. 6 may illustrate an area corresponding to a part of a peripheral circuit area of the memory semiconductor device.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 복수의 영역들(10, 20, 30, 40)을 포함할 수 있다. 복수의 영역들(10, 20, 30, 40)은 복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42), 및 복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42) 사이의 간섭으로 인해 항복 전압이 발생하는 것을 방지하기 위한 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)을 포함할 수 있다. 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 6 , a semiconductor device 1 according to an exemplary embodiment may include a plurality of regions 10 , 20 , 30 , and 40 . The plurality of regions 10, 20, 30, 40 yield due to interference between the plurality of well regions 12, 22, 32, 42 and the plurality of well regions 12, 22, 32, 42. It may include ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 for preventing voltage from being generated. The ion implantation regions 11 , 21 , 31 , and 41 may be formed to surround the plurality of well regions 12 , 22 , 32 , and 42 .

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서, 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 제1 도전형의 불순물로 도핑된 반도체 기판에 제1 도전형의 불순물을 집중적으로 도핑하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 이 때, 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)의 도핑 농도는 반도체 기판의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 일례로, 제1 도전형의 불순물은 P형 도펀트일 수 있고, 반도체 기판이 P 도핑되는 경우, 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)은 P+ 도핑될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 are formed in a method of intensively doping a semiconductor substrate doped with impurities of the first conductivity type with impurities of the first conductivity type. can be formed by In this case, the doping concentration of the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 may be higher than that of the semiconductor substrate. For example, the impurity of the first conductivity type may be a P-type dopant, and when the semiconductor substrate is P-doped, the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 may be P+-doped. However, this is merely an example and may not be limited.

복수의 웰 영역들(12, 22, 32, 42)은 복수의 반도체 소자들이 형성될 수 있는 소자 영역들(13, 23, 33, 43)을 포함할 수 있다. 소자 영역들(13, 23, 33, 43)에 형성되는 복수의 반도체 소자들의 종류는, 복수의 영역들(10, 20, 30, 40) 각각에 형성되는 웰 영역(12, 22, 32, 42)의 도전형에 의해 결정될 수 있다.The plurality of well regions 12, 22, 32, and 42 may include device regions 13, 23, 33, and 43 in which a plurality of semiconductor devices may be formed. The types of the plurality of semiconductor devices formed in the device regions 13, 23, 33, and 43 include well regions 12, 22, 32, and 42 formed in the plurality of regions 10, 20, 30, and 40, respectively. ) can be determined by the conductivity type.

복수의 반도체 소자들은 게이트 구조물과 활성 영역을 갖는 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 게이트 구조물은 반도체 장치(1)가 형성되는 반도체 기판의 상면에 수직한 제1 방향(예컨대, Z 방향)으로 세워질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 플라즈마를 이용하는 식각 공정 등에서 발생하는 게이트 구조체의 손상을 막기 위해, 게이트 구조체와 연결되는 안테나 다이오드를 포함할 수 있다.The plurality of semiconductor devices may include transistors having a gate structure and an active region. The gate structure may be erected in a first direction (eg, a Z direction) perpendicular to an upper surface of a semiconductor substrate on which the semiconductor device 1 is formed. The semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention may include an antenna diode connected to the gate structure to prevent damage to the gate structure that may occur during an etching process using plasma.

다만, 도 1에 도시된 반도체 장치와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 별도의 다이오드 활성 영역없이 이온 주입 영역(11, 21, 31, 41)의 상부에 안테나 다이오드를 배치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치(1)는 안테나 다이오드를 배치함에 따라 웰 영역들(12, 22, 32, 42) 사이의 간격이 증가하는 정도를 최소화할 수 있다.However, unlike the semiconductor device shown in FIG. 1 , the semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention includes an antenna diode on top of the ion implantation regions 11, 21, 31, and 41 without a separate diode active region. can be placed Accordingly, the semiconductor device 1 according to an exemplary embodiment of the present invention may minimize an increase in the distance between the well regions 12 , 22 , 32 , and 42 as the antenna diode is disposed.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 안테나 다이오드를 배치하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram for explaining a method for arranging an antenna diode in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)을 포함하는 B 영역은 도 6에 도시된 B 영역에 대응할 수 있다. 다시 말해, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)은 이온 주입 영역(IIP)에 의해 서로 분리될 수 있다. 일례로, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2)은 N-웰 영역일 수 있다.Referring to FIG. 7 , region B including well regions W1 and W2 adjacent to each other may correspond to region B shown in FIG. 6 . In other words, the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be separated from each other by the ion implantation region IIP. For example, the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be N-well regions.

이 때, 안테나 다이오드(D)가 배치되는 이온 주입 영역(IIP)의 두께는 e일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, e는 안테나 다이오드(D)의 제2 방향(예컨대, Y 방향)에서의 두께로 정의될 수 있다. 일례로, e는 도 2에 도시된 다이오드 활성 영역(S2)의 두께 또는 안테나 다이오드(D)의 두께 e와 동일할 수 있다. 예를 들어, e는 약 0.2um 내지 0.5um 사이의 값을 가질 수 있다. 다만, 안테나 다이오드(D)의 두께는 필요에 따라 다르게 형성될 수 있다.In this case, the thickness of the ion implantation region IIP where the antenna diode D is disposed may be e. However, this is only an example and may not be limited, and e may be defined as a thickness of the antenna diode D in the second direction (eg, Y direction). For example, e may be the same as the thickness e of the diode active region S2 shown in FIG. 2 or the thickness e of the antenna diode D. For example, e may have a value between about 0.2 um and 0.5 um. However, the thickness of the antenna diode D may be formed differently as needed.

한편, 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 각각과 안테나 다이오드(D)가 배치되는 이온 주입 영역(IIP) 사이의 거리는 f일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, f는 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 각각과 안테나 다이오드(D) 사이의 거리로 정의될 수 있다. 일례로, f는 약 3.0um 내지 3.4um 사이의 값을 가질 수 있다. Meanwhile, a distance between each of the adjacent well regions W1 and W2 and the ion implantation region IIP where the antenna diode D is disposed may be f. However, this is only an example and may not be limited, and f may be defined as a distance between each of the adjacent well regions W1 and W2 and the antenna diode D. For example, f may have a value between about 3.0 μm and about 3.4 μm.

이에 따라, B 영역에서 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 f의 두배와 e의 합에 해당할 수 있다. 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 6.2um 내지 7.3um 사이일 수 있고, 예컨대 약 6.6um 일 수 있다. 따라서, 안테나 다이오드(D)를 추가로 배치하지 않는 경우와 비교하여 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 약 1.5배 이하로 증가할 수 있다.Accordingly, the distance between the well regions W1 and W2 adjacent to each other in region B may correspond to the sum of twice f and e. The distance between the adjacent well regions W1 and W2 may be between about 6.2 μm and about 7.3 μm, for example, about 6.6 μm. Accordingly, the distance between the adjacent well regions W1 and W2 may be increased by about 1.5 times or less compared to a case where the antenna diode D is not additionally disposed.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이의 간격은 다이오드 활성 영역을 이용하는 경우와 비교하여 약 20% 내지 30% 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 인접한 웰 영역들(W1, W2) 사이 간격의 증가를 최소화하면서 트랜지스터의 게이트 산화물층을 보호하기 위한 안테나 다이오드(D)를 삽입할 수 있다.Also, in the semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention, the distance between the well regions W1 and W2 adjacent to each other may be reduced by about 20% to 30% compared to a case in which a diode active region is used. Accordingly, in the semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention, the antenna diode D for protecting the gate oxide layer of the transistor may be inserted while minimizing an increase in the distance between the adjacent well regions W1 and W2 .

도 8은 도 7에 도시된 방법에 따라 안테나 다이오드가 배치된 반도체 장치를 간단하게 나타낸 단면도이다.FIG. 8 is a simplified cross-sectional view of a semiconductor device in which an antenna diode is disposed according to the method shown in FIG. 7 .

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 반도체 기판(PSUB)에 형성되는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL), 이온 주입 영역(IIP), 복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2), 및 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 도 8은 설명의 편의를 위해 반도체 장치의 주요한 구성만을 도시한 것일 수 있다. 따라서, 도시된 주요 구성들 및 메탈 배선(ML)의 배치는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 8 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of well regions PWELL and NWELL formed on a semiconductor substrate PSUB, an ion implantation region IIP, and a plurality of antenna diodes Da. , Db1, Db2), and a plurality of transistors. FIG. 8 may illustrate only major components of a semiconductor device for convenience of description. Accordingly, the illustrated main components and the arrangement of the metal wires ML are merely examples and may not be limited.

반도체 기판(PSUB)은 제1 도전형의 불순물, 예컨대 P형 도펀트를 포함할 수 있고, 이온 주입 영역(IIP)은 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이에 배치되고 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL)은 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역(PWELL), 및 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함하는 제2 웰 영역(NWELL)을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 도전형의 불순물은 P형 도펀트일 수 있고, 제2 도전형의 불순물은 N형 도펀트일 수 있다.The semiconductor substrate PSUB may include impurities of a first conductivity type, for example, a P-type dopant, and the ion implantation region IIP is disposed between the plurality of well regions PWELL and NWELL and contains impurities of the first conductivity type. can include The plurality of well regions PWELL and NWELL include a first well region PWELL including impurities of a first conductivity type and a second well region NWELL including impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type. ) may be included. For example, the impurity of the first conductivity type may be a P-type dopant, and the impurity of the second conductivity type may be an N-type dopant.

이온 주입 영역(IIP)에 포함된 제1 도전형의 불순물의 농도는 위치에 따라 상이할 수 있다. 한편, 이온 주입 영역(IIP)의 도핑 농도는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL), 특히 제1 웰 영역(PWELL)의 도핑 농도보다 높을 수 있다..Concentrations of the first conductivity type impurities included in the ion implantation region IIP may vary depending on positions. Meanwhile, the doping concentration of the ion implantation region IIP may be higher than that of the plurality of well regions PWELL and NWELL, particularly the first well region PWELL.

반도체 기판(PSUB) 상에는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL)에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물(GSn, GSp)에 의해 정의되는 복수의 트랜지스터들이 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서, 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)는 저전압 트랜지스터에 포함된 게이트 산화물층을 보호하기 위한 구성일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않고, 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)는 저전압 트랜지스터가 아닌 다른 반도체 소자들을 보호하기 위한 구성으로 이용될 수도 있다.A plurality of transistors defined by active regions included in the plurality of well regions PWELL and NWELL and gate structures GSn and GSp formed thereon may be formed on the semiconductor substrate PSUB. In the semiconductor device according to an exemplary embodiment, the antenna diodes Da, Db1, and Db2 may be configured to protect a gate oxide layer included in a low voltage transistor. However, this is only one embodiment and is not limited, and the antenna diodes Da, Db1, and Db2 may be used as a configuration for protecting other semiconductor elements other than the low voltage transistor.

한편, 복수의 트랜지스터들을 보호하기 위한 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)는 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 중 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역(PWELL)에 형성되는 제1 안테나 다이오드(Da), 및 이온 주입 영역(IIP) 사이에 형성되는 제2 안테나 다이오드(Db1, Db2)를 포함할 수 있다. Meanwhile, the antenna diodes Da, Db1, and Db2 for protecting the plurality of transistors are formed in the first well region PWELL including impurities of the first conductivity type among the plurality of well regions PWELL and NWELL. It may include second antenna diodes Db1 and Db2 formed between the first antenna diode Da and the ion implantation region IIP.

복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2)은 제2 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 구체적으로 복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2)은 제2 도전형의 불순물을 포함하는 활성 영역에 형성될 수 있다. 복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2)은 제1 도전형의 불순물을 포함하는 구성에 인접하여 PN 접합을 형성할 수 있다.The plurality of antenna diodes Da, Db1, and Db2 may include impurities of the second conductivity type. Specifically, the plurality of antenna diodes Da, Db1, and Db2 may be formed in an active region including impurities of the second conductivity type. The plurality of antenna diodes Da, Db1, and Db2 may form a PN junction adjacent to a structure including impurities of the first conductivity type.

복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2) 중 적어도 하나는 제1 방향(예컨대, Z 방향)에서 이온 주입 영역(IIP)과 중첩할 수 있다. 일례로, 제2 안테나 다이오드(Db1, Db2)는 제1 방향에서 이온 주입 영역(IIP)과 중첩할 수 있다. 따라서, 제2 방향(예컨대, Y 방향)에서, 복수의 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이의 이온 주입 영역(IIP)은 연속적으로 배치될 수 있다.At least one of the plurality of antenna diodes Da, Db1, and Db2 may overlap the ion implantation region IIP in the first direction (eg, Z direction). For example, the second antenna diodes Db1 and Db2 may overlap the ion implantation region IIP in the first direction. Accordingly, in the second direction (eg, the Y direction), the ion implantation regions IIP between the plurality of well regions PWELL and NWELL may be continuously disposed.

안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)는 복수의 컨택을 통해 상부의 메탈 배선(ML)과 연결될 수 있다. 메탈 배선(ML)은 제2 방향을 따라 트랜지스터의 게이트 구조물(GSn, GSp)의 상부까지 연장될 수 있다. 트랜지스터의 게이트 구조물(GSn, GSp)은 컨택과 메탈 배선(ML)을 통해 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)와 연결될 수 있다. 일례로, 메탈 배선(ML)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나의 도전성 물질을 포함할 수 있다.The antenna diodes Da, Db1, and Db2 may be connected to the upper metal wire ML through a plurality of contacts. The metal wiring ML may extend to upper portions of the gate structures GSn and GSp of the transistors along the second direction. The gate structures GSn and GSp of the transistor may be connected to the antenna diodes Da, Db1 and Db2 through contacts and metal lines ML. For example, the metal wire ML may include at least one conductive material selected from among aluminum (Al), copper (Cu), and tungsten (W).

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 인접한 웰 영역들(PWELL, NWELL) 사이의 간격 증가를 최소화하면서 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)를 삽입하므로, 게이트 구조물(GSn, GSp)과 인접하게 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)를 형성할 수 있어 다이오드 효율을 증가시킬 수 있다. In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, since the antenna diodes Da, Db1, and Db2 are inserted while minimizing an increase in the distance between the adjacent well regions PWELL and NWELL, they are adjacent to the gate structures GSn and GSp. Since antenna diodes Da, Db1 and Db2 can be formed, diode efficiency can be increased.

또한, 반도체 장치에 포함된 트랜지스터들의 게이트 구조물(GSn, GSp)은 메탈 배선(ML)을 통해 복수의 안테나 다이오드들(Da, Db1, Db2) 중 가장 인접한 안테나 다이오드와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 반도체 장치는 메탈 배선(ML)의 라우팅 복잡도를 감소시킬 수 있다.In addition, the gate structures GSn and GSp of the transistors included in the semiconductor device may be electrically connected to the nearest antenna diode among the plurality of antenna diodes Da, Db1 and Db2 through the metal line ML. Accordingly, in the semiconductor device, routing complexity of the metal line ML may be reduced.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 이온 주입 영역(IIP)의 상부에 배치되는 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)를 이용함으로써, 플라즈마 등을 이용하는 반도체 장치의 후속 공정에서 방전에 따라 전하 또는 전류가 생성될 경우, 안테나 다이오드(Da, Db1, Db2)로 생성된 전하 또는 전류를 방전시켜 게이트 구조물(GSn, GSp)에 가해지는 손상을 최소화할 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention uses the antenna diodes Da, Db1, and Db2 disposed above the ion implantation region IIP to charge or discharge according to discharge in a subsequent process of the semiconductor device using plasma or the like. When current is generated, damage applied to the gate structures GSn and GSp may be minimized by discharging the electric charge or current generated by the antenna diodes Da, Db1, and Db2.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. 10 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 반도체 기판(PSUB) 상에 형성된 다양한 종류의 트랜지스터들(LV, MV, HV)을 포함할 수 있다. 반도체 장치에 포함된 안테나 다이오드(D)는 저전압 트랜지스터(LV)의 게이트 산화물층(Gox1)을 보호하기 위한 목적으로 이용될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 안테나 다이오드(D)는 저전압 트랜지스터(LV) 외의 트랜지스터들(MV, HV)의 게이트 산화물층(Gox2, Gox3)을 보호하기 위한 목적으로 이용될 수도 있다.Referring to FIG. 9 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment may include various types of transistors LV, MV, and HV formed on a semiconductor substrate PSUB. The antenna diode D included in the semiconductor device may be used for the purpose of protecting the gate oxide layer Gox1 of the low voltage transistor LV. However, this is merely an example and may not be limited. For example, the antenna diode D may be used for the purpose of protecting the gate oxide layers Gox2 and Gox3 of the transistors MV and HV other than the low voltage transistor LV.

트랜지스터들(LV, MV, HV)은 STI(Shallow Trench Isolation) 또는 DTI(Deep Trench Isolation) 공정 등에 의해 형성되는 소자 분리 영역(TRN)에 의해 서로 분리될 수 있다. The transistors LV, MV, and HV may be separated from each other by a device isolation region TRN formed by a shallow trench isolation (STI) process or a deep trench isolation (DTI) process.

소자 분리 영역(TRN)은 반도체 기판(PSUB)에서 활성 영역들(ACT)을 정의할 수 있다. 소자 분리 영역(TRN)은 인접하는 활성 영역들(ACT)의 사이에서 반도체 기판(PSUB)의 하부로 더 깊게 연장되는 영역을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 소자 분리 영역(TRN)은 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 산화물, 질화물 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.The device isolation region TRN may define active regions ACT in the semiconductor substrate PSUB. The device isolation region TRN may include a region extending deeper into the lower portion of the semiconductor substrate PSUB between adjacent active regions ACT, but is not limited thereto. The device isolation region TRN may be made of an insulating material, and may include, for example, oxide, nitride, or a combination thereof.

활성 영역들(ACT)은 반도체 기판(PSUB) 내에서 소자 분리 영역(TRN)에 의해 정의되며, 제3 방향(예컨대, X 방향)으로 연장되도록 배치될 수 있다. 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)들의 양측에 배치된 활성 영역(ACT)은 소스/드레인 영역으로 기능할 수 있다. The active regions ACT are defined by the device isolation region TRN in the semiconductor substrate PSUB and may be disposed to extend in a third direction (eg, X direction). The active regions ACT disposed on both sides of the gate structures GS1 , GS2 , and GS3 may function as source/drain regions.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서, 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)들의 양측에 배치된 활성 영역(ACT) 이외의 활성 영역(ACT)들은 안테나 다이오드를 형성하기 위한 영역으로 기능할 수 있다.Meanwhile, in the semiconductor device according to an exemplary embodiment, the active regions ACT other than the active regions ACT disposed on both sides of the gate structures GS1, GS2, and GS3 function as regions for forming antenna diodes. can do.

실시예들에 따라, 활성 영역들(ACT)은 불순물들을 포함하는 도핑 영역들을 가질 수 있다. 다만, 활성 영역(ACT)의 형태는 도시된 바와 같이 활성 영역들(ACT)은 평탄한 상면을 갖는 구조로 한정되지 않을 수 있다.According to example embodiments, the active regions ACT may have doped regions including impurities. However, the shape of the active region ACT may not be limited to a structure having a flat top surface as shown.

활성 영역(ACT)은 에피택셜층으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다. 또한, 활성 영역(ACT)은 비소(As) 및/또는 인(P)과 같은 불순물들을 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 활성 영역(ACT)은 서로 다른 농도의 원소 및/또는 도핑 원소를 포함하는 복수의 영역들을 포함할 수 있다.The active region ACT may be formed of an epitaxial layer and may include, for example, silicon (Si), silicon germanium (SiGe), or silicon carbide (SiC). In addition, the active region ACT may further include impurities such as arsenic (As) and/or phosphorus (P). In example embodiments, the active region ACT may include a plurality of regions including different concentrations of elements and/or doping elements.

게이트 구조물 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)들은 활성 영역들(ACT)의 상부에서 활성 영역들(ACT)과 중첩하여 제3 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 게이트 구조물 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)들과 중첩되는 활성 영역들(ACT)에는 트랜지스터들의 채널 영역들이 형성될 수 있다. 게이트 구조물 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)은 게이트 절연층, 게이트 전극층, 게이트 스페이서층들, 및 게이트 캡핑층을 포함할 수 있다. 다만, 각 트랜지스터들에 포함되는 게이트 구조물(GS)의 형태 및 구성은 도시된 바로 한정되지 않을 수 있다.Gate Structure The gate structures GS1 , GS2 , and GS3 may be disposed above the active regions ACT to overlap the active regions ACT and extend in the third direction. Gate Structure Channel regions of transistors may be formed in the active regions ACT overlapping the gate structures GS1 , GS2 , and GS3 . Gate Structure The gate structures GS1 , GS2 , and GS3 may include a gate insulating layer, a gate electrode layer, gate spacer layers, and a gate capping layer. However, the shape and configuration of the gate structure GS included in each transistor may not be limited to those illustrated.

트랜지스터들이 형성되는 반도체 기판(PSUB) 상에는 게이트 산화물층(Gox1, Gox2, Gox3)이 배치될 수 있다. 한편, 게이트 산화물층(Gox1, Gox2, Gox3)의 두께는 트랜지스터의 종류에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서 복수의 안테나 다이오드들(D)은 다양한 종류의 트랜지스터들에 적용될 수 있다.Gate oxide layers Gox1 , Gox2 , and Gox3 may be disposed on the semiconductor substrate PSUB on which the transistors are formed. Meanwhile, thicknesses of the gate oxide layers Gox1 , Gox2 , and Gox3 may vary depending on the type of transistor. In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the plurality of antenna diodes D may be applied to various types of transistors.

따라서, 복수의 안테나 다이오드들(D) 중 어느 하나의 상부에 배치된 게이트 산화물층(Gox1, Gox2, Gox3)의 두께는 복수의 안테나 다이오드들(D) 중 다른 하나의 상부에 배치된 상기 게이트 산화물층(Gox1, Gox2, Gox3)의 두께와 상이할 수 있다. 일례로, 안테나 다이오드(D)를 이용하는 저전압 트랜지스터(LV)에 대응하는 게이트 산화물층(Gox1)의 두께는, 다른 안테나 다이오드(D)를 이용하는 다른 트랜지스터들(MV, HV)에 대응하는 게이트 산화물층(Gox2, Gox3)의 두께보다 얇을 수 있다.Therefore, the thickness of the gate oxide layers Gox1, Gox2, and Gox3 disposed on one of the plurality of antenna diodes D is the same as the gate oxide layer disposed on the other one of the plurality of antenna diodes D. It may be different from the thickness of the layers Gox1, Gox2 and Gox3. For example, the thickness of the gate oxide layer Gox1 corresponding to the low voltage transistor LV using the antenna diode D is the gate oxide layer corresponding to the other transistors MV and HV using the other antenna diode D. It may be thinner than the thickness of (Gox2, Gox3).

도 9에 도시되어 있지는 않으나, 복수의 안테나 다이오드들(D)은 게이트 산화물층(Gox1, Gox2, Gox3)을 관통하는 컨택과 연결될 수 있다. 컨택은 메탈 배선을 통해 컨택과 인접한 트랜지스터의 게이트 구조물(GS1, GS2, GS3)과 전기적으로 연결될 수 있다.Although not shown in FIG. 9 , the plurality of antenna diodes D may be connected to contacts penetrating the gate oxide layers Gox1 , Gox2 , and Gox3 . The contact may be electrically connected to the gate structures GS1 , GS2 , and GS3 of transistors adjacent to the contact through a metal wire.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 다른 반도체 장치에서 복수의 안테나 다이오드들(D) 중 적어도 하나는 이온 주입 영역(IIP)과 부분적으로 중첩하도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10 , in another semiconductor device according to an embodiment of the present invention, at least one of the plurality of antenna diodes D may be formed to partially overlap the ion implantation region IIP.

일례로, 제1 게이트 구조물(GS1)에 대응하는 제1 게이트 산화물층(Gox1), 제2 게이트 구조물(GS2)에 대응하는 제2 게이트 산화물층(Gox2), 및 그 사이의 게이트 산화물층(Goxm)의 두께는 서로 다를 수 있다. 어느 하나의 안테나 다이오드(D)는 두께가 서로 다른 게이트 산화물층(Goxm, Gox2)에 걸쳐 형성될 수 있다. 이 때, 이온 주입 영역(IIP)은 대응하는 안테나 다이오드(D)와 부분적으로 중첩할 수 있다.For example, a first gate oxide layer Gox1 corresponding to the first gate structure GS1 , a second gate oxide layer Gox2 corresponding to the second gate structure GS2 , and a gate oxide layer Goxm therebetween ) may have different thicknesses. Any one antenna diode D may be formed over gate oxide layers Goxm and Gox2 having different thicknesses. In this case, the ion implantation region IIP may partially overlap the corresponding antenna diode D.

다만, 도 9 및 도 10에 도시된 반도체 장치의 구조 및 형태는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있다. 일례로, 반도체 장치는 추가적인 구성들을 더 포함하거나 일부 구성이 생략될 수 있고, 일부 구성의 형태가 달라질 수도 있다.However, the structure and form of the semiconductor device shown in FIGS. 9 and 10 are merely examples and may not be limited. For example, the semiconductor device may further include additional components, some components may be omitted, or the shapes of some components may be changed.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 적용례를 설명하기 위한 상면도이다.11 is a top view illustrating an application example of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 패드 영역(PAD), 이온 주입 영역(IIP), 복수의 웰 영역들(WELL), 및 복수의 안테나 다이오드들(D)을 포함할 수 있다. 패드 영역(PAD)은 제어 신호 및 데이터 등을 입출력하기 위한 복수의 패드들이 형성되는 영역일 수 있다. 이온 주입 영역(IIP), 복수의 웰 영역들(WELL), 및 복수의 안테나 다이오드들(D)은 도 5 내지 도 10에서 전술한 반도체 장치에 대한 특징이 적용될 수 있다.Referring to FIG. 11 , a semiconductor device according to an exemplary embodiment includes a pad area PAD, an ion implantation area IIP, a plurality of well areas WELL, and a plurality of antenna diodes D. can do. The pad area PAD may be an area where a plurality of pads for inputting/outputting control signals and data are formed. The characteristics of the semiconductor device described above with reference to FIGS. 5 to 10 may be applied to the ion implantation region IIP, the plurality of well regions WELL, and the plurality of antenna diodes D.

한편, 실시예들에 따라 변형되어 적용될 수 있으나, 이온 주입 영역(IIP), 복수의 웰 영역들(WELL), 및 복수의 안테나 다이오드들(D)은 회로 영역에 형성되는 다양한 반도체 장치들을 구현할 수 있다. 즉, 복수의 안테나 다이오드들(D)은 복수의 웰 영역들(WELL)에 형성되는 반도체 소자, 예컨대 트랜지스터의 손상을 방지할 수 있다.Meanwhile, although it may be modified and applied according to embodiments, the ion implantation region (IIP), the plurality of well regions (WELL), and the plurality of antenna diodes (D) may implement various semiconductor devices formed in the circuit region. there is. That is, the plurality of antenna diodes D may prevent damage to a semiconductor element, for example, a transistor formed in the plurality of well regions WELL.

도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 포함된 안테나 다이오드의 특성을 설명하기 위한 도면들이다.12 to 14 are diagrams for explaining characteristics of an antenna diode included in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 포함된 안테나 다이오드(D)는 P+ 도핑 영역과 N+ 도핑 영역의 접합에 의해 형성될 수 있다. 안테나 다이오드(D)는 제2 도전형의 불순물, 예컨대 N+ 도펀트를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 12 to 14 , an antenna diode D included in a semiconductor device according to an exemplary embodiment may be formed by bonding a P+ doped region and an N+ doped region. The antenna diode D may include impurities of the second conductivity type, for example, N+ dopants.

도 8을 함께 참조하면, 제1 웰 영역(PWELL)에 형성되는 제1 안테나 다이오드(Da)는 제1 웰 영역(PWELL)과의 PN 접합에 기초하여 제너 다이오드를 형성할 수 있다. 한편, 이온 주입 영역(IIP) 상부에 형성되는 제2 안테나 다이오드(Db1, Db2)는 이온 주입 영역(IIP)과의 PN 접합에 기초하여 제너 다이오드를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8 together, the first antenna diode Da formed in the first well region PWELL may form a Zener diode based on a PN junction with the first well region PWELL. Meanwhile, the second antenna diodes Db1 and Db2 formed over the ion implantation region IIP may form Zener diodes based on a PN junction with the ion implantation region IIP.

PN 접합 다이오드의 모델링을 도시한 도 12에는 다이오드 전압(Vd)이 인가된 P+ 도핑 영역과 N+ 도핑 영역, 및 그 사이의 공핍 영역이 도시되어 있다. 다이오드 전압(Vd)은 게이트 전극에 축적되는 전하, 예컨대, 양전하에 의해 형성되는 P+ 도핑 영역과 N+ 도핑 영역 사이의 전위차에 대응할 수 있다.12, which shows the modeling of the PN junction diode, shows a P+ doped region and an N+ doped region to which the diode voltage Vd is applied, and a depletion region therebetween. The diode voltage Vd may correspond to a potential difference between a P+ doped region and an N+ doped region formed by charges, eg, positive charges, accumulated on the gate electrode.

게이트 전극에 양전하가 누적되는 경우, 도전체들로 구성된 N+ 도핑 영역과 메탈 배선(ML)에 의해 양의 전압이 다이오드 전압(Vd)으로 제공되는 것으로 모델링될 수 있다. 따라서, 게이트 전극에 축적되는 양전하의 수가 증가할수록 역방향으로 인가되는 다이오드 전압(Vd)의 크기도 증가할 수 있다.When positive charges are accumulated on the gate electrode, it can be modeled as providing a positive voltage as the diode voltage Vd by the N+ doped region composed of conductors and the metal line ML. Accordingly, as the number of positive charges accumulated in the gate electrode increases, the diode voltage Vd applied in the reverse direction may also increase.

도 13은 다이오드 전압(Vd)이 0V인 상태에서 PN 접합 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램일 수 있다. 고농도 PN 접합 다이오드에서 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우, 전도대 에너지 준위(Ec)와 가전자대 에너지 준위(Ev), 및 페르미 준위(Ef)는 도 13에 도시된 바와 같을 수 있다. 이 때, 바이어스가 제거된 상태에서 페르미 준위(Ef)는 도 13에 도시된 바와 같이 양측이 동일한 값을 가질 수 있다.13 may be an energy band diagram of a PN junction diode in a state where the diode voltage (Vd) is 0V. When the bias voltage is not applied in the high concentration PN junction diode, the conduction band energy level (Ec), the valence band energy level (Ev), and the Fermi level (Ef) may be as shown in FIG. 13 . In this case, in the state in which the bias is removed, both sides of the Fermi level (Ef) may have the same value as shown in FIG. 13 .

도 14는 다이오드 전압(Vd)이 항복 전압(VB)보다 낮아지는 경우의 에너지 밴드 다이어그램일 수 있다. 다시 말해, 도 14에 도시된 에너지 준위는 역방향으로 인가되는 다이오드 전압(Vd)의 절대값이 항복 전압(VB)보다 커지는 상황에서의 에너지 준위일 수 있다. 이 때, P+ 도핑 영역에서의 페르미 준위(Ef)와 N+ 도핑 영역에서의 페르미 준위(Ef)는 달라질 수 있다.14 may be an energy band diagram when the diode voltage (Vd) is lower than the breakdown voltage (VB). In other words, the energy level shown in FIG. 14 may be an energy level in a situation where the absolute value of the reversely applied diode voltage Vd is greater than the breakdown voltage VB. In this case, the Fermi level (Ef) in the P+ doped region and the Fermi level (Ef) in the N+ doped region may be different.

역방향 전압이 항복 전압(VB)보다 커지면 역방향 바이어스 전압이 증가하여 공핍 영역에 매우 높은 전계가 형성될 수 있다. 큰 세기의 전계에 의해 공핍 영역의 에너지 밴드가 휘어지는 정도가 증가할 수 있다. 이 때, 공핍 영역에서의 에너지 밴드는 얇아질 수 있고, 전하의 밴드 간 터널링(Band-to-Band Tunneling)이 용이하게 발생할 수 있다. 따라서, 역방향 전압이 항복 전압(VB)보다 커지면 큰 전류가 흐를 수 있다. When the reverse voltage is greater than the breakdown voltage (VB), the reverse bias voltage increases and a very high electric field can be formed in the depletion region. A degree of bending of an energy band in a depletion region may be increased by a large electric field. In this case, an energy band in the depletion region may be thinned, and band-to-band tunneling of charges may easily occur. Therefore, when the reverse voltage is greater than the breakdown voltage (VB), a large current may flow.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에서, 안테나 다이오드는 P+ 도핑 영역의 상부에 N+ 도핑 영역을 접합시킴으로써 항복 전압이 상대적으로 낮은 제너 다이오드를 형성할 수 있다. 한편, 도핑 영역에 이온을 고농도로 주입함으로써 항복 발생 시의 캐리어 농도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 안테나 다이오드에 축적되는 전하의 양이 많더라도 바이패스할 수 있는 전류의 상한이 높아 축적되는 전하를 신속하게 제거할 수 있다.In the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a Zener diode having a relatively low breakdown voltage may be formed by bonding an N+ doped region to an upper portion of a P+ doped region of the antenna diode. On the other hand, by implanting ions at a high concentration into the doped region, the carrier concentration at the time of breakdown may be increased. Therefore, even if the amount of charge accumulated in the antenna diode is large, the upper limit of the current that can be bypassed is high, so that the accumulated charge can be quickly removed.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 장치를 나타낸 블록도이다.15 is a block diagram illustrating an electronic device including a semiconductor device according to an exemplary embodiment.

도 15에 도시한 실시예에 따른 전자 장치(1000)는 디스플레이(1010), 이미지 센서(1020), 메모리(1030), 포트(1040), 및 프로세서(1050) 등을 포함할 수 있다. 이외에 전자 장치(1000)는 유무선 통신 장치, 전원 장치 등을 더 포함할 수 있다. 도 15에 도시된 구성 요소 가운데, 포트(1040)는 전자 장치(1000)가 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하기 위해 제공되는 장치일 수 있다. 전자 장치(1000)는 일반적인 데스크톱 컴퓨터나 랩톱 컴퓨터 외에 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 웨어러블 기기 등을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.An electronic device 1000 according to the embodiment shown in FIG. 15 may include a display 1010, an image sensor 1020, a memory 1030, a port 1040, and a processor 1050. In addition, the electronic device 1000 may further include a wired/wireless communication device, a power supply, and the like. Among the components shown in FIG. 15 , the port 1040 may be a device provided for the electronic device 1000 to communicate with a video card, sound card, memory card, or USB device. The electronic device 1000 may be a concept encompassing not only a general desktop computer or laptop computer, but also a smart phone, a tablet PC, and a smart wearable device.

프로세서(1050)는 특정 연산이나 명령어 및 태스크 등을 수행할 수 있다. 프로세서(1050)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 마이크로프로세서 유닛(MCU)일 수 있으며, 버스(1060)를 통해 디스플레이(1010), 이미지 센서(1020), 반도체 장치(1030)는 물론, 포트(1040)에 연결된 다른 장치들과 통신할 수 있다. The processor 1050 may perform specific operations, instructions, and tasks. The processor 1050 may be a central processing unit (CPU) or a microprocessor unit (MCU), and may include a display 1010, an image sensor 1020, a semiconductor device 1030, as well as a port 1040 via a bus 1060. ) can communicate with other devices connected to it.

메모리(1030)는 전자 장치(1000)의 동작에 필요한 데이터, 또는 멀티미디어 데이터 등을 저장하는 저장 매체일 수 있다. 메모리(1030)는 도 5에서 전술한 바와 같이 COP 구조를 갖는 낸드 플래시 메모리일 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 불과할 뿐 한정되지 않을 수 있고, 메모리(1030)는 다른 구조 및 구성을 갖는 비휘발성 메모리거나, 또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 휘발성 메모리를 포함하는 개념일 수 있다. 또한 메모리(1030)는 저장장치로서 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 하드 디스크 드라이브(HDD), 및 광학 드라이브(ODD) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. The memory 1030 may be a storage medium that stores data necessary for the operation of the electronic device 1000 or multimedia data. As described above with reference to FIG. 5 , the memory 1030 may be a NAND flash memory having a COP structure. However, this is merely an example and may not be limited, and the memory 1030 may be a non-volatile memory having a different structure and configuration, or a concept including a volatile memory such as random access memory (RAM). Also, the memory 1030 may include at least one of a solid state drive (SSD), a hard disk drive (HDD), and an optical drive (ODD) as a storage device.

디스플레이(1010), 이미지 센서(1020), 메모리(1030), 프로세서(1050) 등과 같이, 반도체 공정을 통해 형성되는 트랜지스터들을 포함하는 구성 요소들에는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치가 적용될 수 있다. 즉, 웰 영역과 웰 영역 사이의 간격 증가를 최소화하면서 트랜지스터들의 게이트 구조물과 전기적으로 연결되는 안테나 다이오드를 제공하기 위해, 웰 영역과 웰 영역 사이에 형성되는 이온 주입 영역의 상부에 안테나 다이오드를 배치할 수 있다. 또한 트랜지스터들의 게이트 구조물은 가장 인접한 안테나 다이오드와 연결되어 메탈 배선의 복잡도를 완화시킬 수 있다.The semiconductor device according to an embodiment of the present invention may be applied to components including transistors formed through a semiconductor process, such as the display 1010, the image sensor 1020, the memory 1030, and the processor 1050. there is. That is, in order to provide an antenna diode electrically connected to gate structures of transistors while minimizing an increase in the distance between the well regions, the antenna diode may be disposed above the ion implantation region formed between the well regions. can In addition, the gate structures of the transistors are connected to the nearest antenna diode to reduce the complexity of metal wiring.

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 기술 분야의 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.

1, 100: 반도체 장치
10, 20, 30, 40: 복수의 영역들
11, 21, 31, 41, IIP: 이온 주입 영역
12, 22, 32, 42, Wl, W2, PWELL, NWELL, WELL: 복수의 웰 영역들
13, 23, 33, 43: 소자 영역들
D: 안테나 다이오드
Da, Da1, Da2: 제1 안테나 다이오드
Db, Db1, Db2: 제2 안테나 다이오드
S1, S2: 다이오드 활성 영역
PSUB: 반도체 기판
GSn, GSp, GS1, GS2, GS3: 게이트 구조물
Gox1, Gox2, Gox3, Goxm: 게이트 산화물층
ACT: 활성 영역
ML: 메탈 배선
CELL: 메모리 셀 영역
PERI: 주변 회로 영역
1, 100: semiconductor device
10, 20, 30, 40: multiple areas
11, 21, 31, 41, IIP: ion implantation area
12, 22, 32, 42, Wl, W2, PWELL, NWELL, WELL: plurality of well regions
13, 23, 33, 43: element regions
D: antenna diode
Da, Da1, Da2: first antenna diode
Db, Db1, Db2: second antenna diode
S1, S2: diode active area
PSUB: semiconductor substrate
GSn, GSp, GS1, GS2, GS3: gate structure
Gox1, Gox2, Gox3, Goxm: gate oxide layer
ACT: active area
ML: metal wiring
CELL: memory cell area
PERI: Peripheral circuit area

Claims (10)

제1 반도체 기판 상에 배치되는 복수의 메모리 셀들을 포함하고, 상기 제1 반도체 기판 상에 서로 이격되어 적층되는 게이트 전극들 및 상기 게이트 전극들을 관통하고 상기 제1 반도체 기판에 연결되는 채널 구조물들을 포함하는 메모리 셀 영역;
제1 도전형의 불순물을 포함하고 상기 제1 반도체 기판의 상면에 수직한 제1 방향에서 서로 마주보는 상면을 갖는 제2 반도체 기판 상에 배치되며 상기 복수의 메모리 셀들을 제어하는 주변 회로들을 포함하는 주변 회로 영역; 을 포함하고,
상기 주변 회로들은 상기 제2 반도체 기판에 형성되는 복수의 웰 영역들, 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역, 및 복수의 안테나 다이오드들을 포함하고,
상기 복수의 안테나 다이오드들 중 적어도 하나는 상기 이온 주입 영역과 상기 제1 방향에서 중첩하는 반도체 장치.
It includes a plurality of memory cells disposed on a first semiconductor substrate, gate electrodes spaced apart from each other and stacked on the first semiconductor substrate, and channel structures passing through the gate electrodes and connected to the first semiconductor substrate. a memory cell area to;
peripheral circuits disposed on a second semiconductor substrate including impurities of a first conductivity type and having top surfaces facing each other in a first direction perpendicular to the top surface of the first semiconductor substrate and controlling the plurality of memory cells; peripheral circuit area; including,
The peripheral circuits include a plurality of well regions formed on the second semiconductor substrate, an ion implantation region disposed between the plurality of well regions and including impurities of the first conductivity type, and a plurality of antenna diodes; ,
At least one of the plurality of antenna diodes overlaps the ion implantation region in the first direction.
제1항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들은 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역, 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함하는 제2 웰 영역을 포함하고,
상기 복수의 안테나 다이오드들은 상기 제1 웰 영역에 형성되는 제1 안테나 다이오드, 및 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되는 제2 안테나 다이오드를 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The plurality of well regions include a first well region containing impurities of the first conductivity type and a second well region including impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type;
The plurality of antenna diodes include a first antenna diode formed in the first well region and a second antenna diode disposed between the plurality of well regions.
제1항에 있어서,
상기 복수의 안테나 다이오드들은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The plurality of antenna diodes include impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type.
제1항에 있어서,
상기 이온 주입 영역의 도핑 농도는 상기 복수의 웰 영역들의 도핑 농도보다 높은 반도체 장치.
According to claim 1,
A doping concentration of the ion implantation region is higher than a doping concentration of the plurality of well regions.
제1항에 있어서,
상기 제1 방향에 수직한 제2 방향에서, 상기 복수의 웰 영역들 사이에서 상기 이온 주입 영역은 연속적으로 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the ion implantation regions are continuously disposed between the plurality of well regions in a second direction perpendicular to the first direction.
제1항에 있어서,
상기 제2 반도체 기판 상에는 게이트 산화물층이 배치되고, 상기 복수의 안테나 다이오드들 중 어느 하나의 상부에 배치된 상기 게이트 산화물층의 두께는 상기 복수의 안테나 다이오드들 중 다른 하나의 상부에 배치된 상기 게이트 산화물층의 두께와 상이한 반도체 장치.
According to claim 1,
A gate oxide layer is disposed on the second semiconductor substrate, and the thickness of the gate oxide layer disposed on one of the plurality of antenna diodes is the same as the gate disposed on the other one of the plurality of antenna diodes. A semiconductor device different from the thickness of the oxide layer.
제1항에 있어서,
상기 복수의 안테나 다이오드들 중 적어도 하나는 상기 이온 주입 영역과 부분적으로 중첩하는 반도체 장치.
According to claim 1,
At least one of the plurality of antenna diodes partially overlaps the ion implantation region.
제1항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들 각각은, 상기 복수의 웰 영역들 각각에 포함된 불순물의 도전형과 다른 도전형의 불순물을 포함하는 활성 영역을 포함하고, 상기 활성 영역과 그 상부에 형성되는 게이트 구조물은 상기 주변 회로들에 포함되는 트랜지스터를 정의하고,
상기 복수의 안테나 다이오드들 중 상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되는 안테나 다이오드와 인접한 트랜지스터는 저전압 트랜지스터인 반도체 장치.
According to claim 1,
Each of the plurality of well regions includes an active region including impurities of a conductivity type different from that of the impurities included in each of the plurality of well regions, and the active region and a gate structure formed thereon are Defining transistors included in the peripheral circuits,
Among the plurality of antenna diodes, a transistor adjacent to an antenna diode disposed between the plurality of well regions is a low voltage transistor.
제1 도전형의 불순물을 포함하는 반도체 기판에 형성되고, 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 제1 웰 영역 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물을 포함하는 제2 웰 영역을 포함하는 복수의 웰 영역들;
상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역;
상기 제1 웰 영역에 형성되는 제1 안테나 다이오드, 및 상기 이온 주입 영역의 상부에 배치되는 제2 안테나 다이오드를 포함하는 복수의 안테나 다이오드들; 및
상기 복수의 웰 영역들에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물에 의해 정의되는 복수의 트랜지스터들; 을 포함하는 반도체 장치.
A first well region formed on a semiconductor substrate including impurities of a first conductivity type, including impurities of the first conductivity type, and a second well region including impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type. A plurality of well regions including;
an ion implantation region disposed between the plurality of well regions and including impurities of the first conductivity type;
a plurality of antenna diodes including a first antenna diode formed in the first well region and a second antenna diode disposed above the ion implantation region; and
a plurality of transistors defined by an active region included in the plurality of well regions and a gate structure formed thereon; A semiconductor device comprising a.
제1 도전형의 불순물을 포함하는 반도체 기판에 형성되는 복수의 웰 영역들;
상기 복수의 웰 영역들 사이에 배치되고 상기 제1 도전형의 불순물을 포함하는 이온 주입 영역;
적어도 하나가 상기 이온 주입 영역의 상부에 배치되는 복수의 안테나 다이오드들; 및
상기 복수의 웰 영역들에 포함된 활성 영역 및 그 상부에 형성되는 게이트 구조물에 의해 정의되고, 상기 게이트 구조물은 메탈 배선을 통해 상기 복수의 안테나 다이오드들 중 가장 인접한 안테나 다이오드와 전기적으로 연결되는 복수의 트랜지스터들; 을 포함하는 반도체 장치.
a plurality of well regions formed in the semiconductor substrate including impurities of a first conductivity type;
an ion implantation region disposed between the plurality of well regions and including impurities of the first conductivity type;
a plurality of antenna diodes, at least one of which is disposed above the ion implantation region; and
A plurality of antenna diodes defined by an active region included in the plurality of well regions and a gate structure formed thereon, wherein the gate structure is electrically connected to a most adjacent antenna diode among the plurality of antenna diodes through a metal wire. transistors; A semiconductor device comprising a.
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