KR20230143067A - Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same - Google Patents
Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230143067A KR20230143067A KR1020220041911A KR20220041911A KR20230143067A KR 20230143067 A KR20230143067 A KR 20230143067A KR 1020220041911 A KR1020220041911 A KR 1020220041911A KR 20220041911 A KR20220041911 A KR 20220041911A KR 20230143067 A KR20230143067 A KR 20230143067A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- bonding
- dummy
- layer
- line
- lines
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 129
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 40
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 280
- 239000010408 film Substances 0.000 description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 37
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 description 29
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 21
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 10
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 10
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 9
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 8
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 8
- 101100481702 Arabidopsis thaliana TMK1 gene Proteins 0.000 description 7
- 101100481704 Arabidopsis thaliana TMK3 gene Proteins 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N (4-hydroxyphenyl) methanesulfonate Chemical compound CS(=O)(=O)OC1=CC=C(O)C=C1 SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229940104869 fluorosilicate Drugs 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/40—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the peripheral circuit region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/30—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
- H10B41/35—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region with a cell select transistor, e.g. NAND
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/40—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/50—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the boundary region between the core region and the peripheral circuit region
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/30—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region
- H10B43/35—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the memory core region with cell select transistors, e.g. NAND
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/50—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the boundary region between the core and peripheral circuit regions
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
비휘발성 메모리 소자가 제공된다. 본 개시의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자는 제1 반도체 구조체; 상기 제1 반도체 구조체에 수직으로 적층되는 제2 반도체 구조체; 및 상기 제1 반도체 구조체와 상기 제2 반도체 구조체 사이의 접합 계면을 포함하고, 상기 제1 반도체 구조체는, 제1 접합 절연체, 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제1 접합 라인 및 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제1 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인을 포함하는 제1 접합 층; 복수의 제1 배선 패드가 배치된 제1 패드 절연체를 포함하고, 상기 제1 접합 층에 수직으로 적층되는 제1 배선 층; 및 상기 제1 접합 층과 상기 제1 배선 층 사이의 제1 라이너 막을 포함하고, 상기 복수의 제1 접합 라인은 상기 제1 배선 층과 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제1 접합 라인의 하면이 상기 복수의 제1 배선 패드와 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인은 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 제2 반도체 구조체는, 제2 접합 절연체, 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제2 접합 라인 및 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제2 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인을 포함하며, 상기 제1 접합 층과 마주보는 제2 접합 층; 복수의 제2 배선 패드가 배치된 제2 패드 절연체를 포함하고, 상기 제2 접합 층에 수직으로 적층되는 제2 배선 층; 및 상기 제2 접합 층과 상기 제2 배선 층 사이의 제2 라이너 막을 포함하고, 상기 복수의 제2 접합 라인은 상기 제2 배선 층과 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제2 접합 라인의 상면이 상기 복수의 제2 배선 패드와 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인은 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제1 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 복수의 제2 접합 라인의 하면과 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 하면과 접촉한다. A non-volatile memory device is provided. A non-volatile memory device according to embodiments of the present disclosure includes a first semiconductor structure; a second semiconductor structure vertically stacked on the first semiconductor structure; and a junction interface between the first semiconductor structure and the second semiconductor structure, wherein the first semiconductor structure includes a first junction insulator, a plurality of first junction lines vertically penetrating the first junction insulator, and the first junction insulator. a first bonding layer vertically penetrating the first bonding insulator and including at least one first dummy bonding line horizontally parallel to the plurality of first bonding lines; a first wiring layer including a first pad insulator on which a plurality of first wiring pads are disposed and vertically stacked on the first bonding layer; and a first liner film between the first bonding layer and the first wiring layer, wherein the plurality of first bonding lines vertically penetrate the first wiring layer and the first liner film, and the plurality of first bonding lines vertically penetrate the first wiring layer and the first liner film. A lower surface of the bonding line is in contact with the plurality of first wiring pads, the at least one first dummy bonding line vertically penetrates the first liner film, and the second semiconductor structure includes a second bonding insulator, the first 2. It includes a plurality of second bonding lines vertically penetrating the second bonding insulator and at least one second dummy bonding line vertically penetrating the second bonding insulator and horizontally parallel to the plurality of second bonding lines, a second bonding layer opposite the first bonding layer; a second wiring layer including a second pad insulator on which a plurality of second wiring pads are disposed and vertically stacked on the second bonding layer; and a second liner film between the second bonding layer and the second wiring layer, wherein the plurality of second bonding lines vertically penetrate the second wiring layer and the second liner film, and the plurality of second bonding lines vertically penetrate the second wiring layer and the second liner film. The upper surface of the plurality of bonding lines contacts the plurality of second wiring pads, the at least one second dummy bonding line vertically penetrates the second liner film, and the upper surface of the plurality of first bonding lines is at the bonding interface. It contacts the lower surface of the plurality of second bonding lines, and the upper surface of the at least one first dummy bonding line contacts the lower surface of the at least one second dummy bonding line at the bonding interface.
Description
본 개시는 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 개시는 서로 본딩된 두 구조체를 포함하는 3차원 비휘발성 메모리 소자 및 이를 포함하는 메모리 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to non-volatile memory devices and memory systems including the same. More specifically, the present disclosure relates to a three-dimensional non-volatile memory device including two structures bonded to each other and a memory system including the same.
소비자들은 높은 성능, 작은 크기, 및 저렴한 가격을 가지는 비휘발성 메모리 소자를 요구한다. 따라서 높은 집적도의 비휘발성 메모리 소자를 달성하기 위해, 복수의 메모리 셀이 수직 방향으로 배열되는 3차원 비휘발성 메모리 소자가 제안되었다. 또한, 비휘발성 메모리 소자의 일부를 제1 기판 상에 형성함으로써 제1 구조체를 형성하고, 비휘발성 메모리 소자의 나머지 부분을 제2 기판 상에 형성함으로써 제2 구조체를 형성하고, 제1 구조체를 제2 구조체에 본딩함으로써 형성되는 감소된 평면적을 가지는 비휘발성 메모리 소자가 제안되었다.Consumers demand non-volatile memory devices with high performance, small size, and low price. Therefore, in order to achieve a non-volatile memory device with high integration, a three-dimensional non-volatile memory device in which a plurality of memory cells are arranged vertically has been proposed. In addition, a first structure is formed by forming a part of the non-volatile memory element on a first substrate, a second structure is formed by forming the remaining part of the non-volatile memory element on a second substrate, and the first structure is formed by forming a first structure. A non-volatile memory device with a reduced surface area formed by bonding to a two-structure structure has been proposed.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 저항이 감소되고, 언본딩 불량이 개선된 비휘발성 메모리 소자 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The problem that the present disclosure aims to solve is to provide a non-volatile memory device with reduced resistance and improved unbonding defects, and a method for manufacturing the same.
본 개시의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자는 제1 반도체 구조체; 상기 제1 반도체 구조체에 수직으로 적층되는 제2 반도체 구조체; 및 상기 제1 반도체 구조체와 상기 제2 반도체 구조체 사이의 접합 계면을 포함하고, 상기 제1 반도체 구조체는, 제1 접합 절연체, 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제1 접합 라인 및 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제1 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인을 포함하는 제1 접합 층; 복수의 제1 배선 패드가 배치된 제1 패드 절연체를 포함하고, 상기 제1 접합 층에 수직으로 적층되는 제1 배선 층; 및 상기 제1 접합 층과 상기 제1 배선 층 사이의 제1 라이너 막을 포함하고, 상기 복수의 제1 접합 라인은 상기 제1 배선 층과 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제1 접합 라인의 하면이 상기 복수의 제1 배선 패드와 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인은 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 제2 반도체 구조체는, 제2 접합 절연체, 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제2 접합 라인 및 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제2 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인을 포함하며, 상기 제1 접합 층과 마주보는 제2 접합 층; 복수의 제2 배선 패드가 배치된 제2 패드 절연체를 포함하고, 상기 제2 접합 층에 수직으로 적층되는 제2 배선 층; 및 상기 제2 접합 층과 상기 제2 배선 층 사이의 제2 라이너 막을 포함하고, 상기 복수의 제2 접합 라인은 상기 제2 배선 층과 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제2 접합 라인의 상면이 상기 복수의 제2 배선 패드와 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인은 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제1 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 복수의 제2 접합 라인의 하면과 접촉하고, 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 하면과 접촉한다. A non-volatile memory device according to embodiments of the present disclosure includes a first semiconductor structure; a second semiconductor structure vertically stacked on the first semiconductor structure; and a junction interface between the first semiconductor structure and the second semiconductor structure, wherein the first semiconductor structure includes a first junction insulator, a plurality of first junction lines vertically penetrating the first junction insulator, and the first junction insulator. a first bonding layer vertically penetrating the first bonding insulator and including at least one first dummy bonding line horizontally parallel to the plurality of first bonding lines; a first wiring layer including a first pad insulator on which a plurality of first wiring pads are disposed and vertically stacked on the first bonding layer; and a first liner film between the first bonding layer and the first wiring layer, wherein the plurality of first bonding lines vertically penetrate the first wiring layer and the first liner film, and the plurality of first bonding lines vertically penetrate the first wiring layer and the first liner film. A lower surface of the bonding line is in contact with the plurality of first wiring pads, the at least one first dummy bonding line vertically penetrates the first liner film, and the second semiconductor structure includes a second bonding insulator, the first 2. It includes a plurality of second bonding lines vertically penetrating the second bonding insulator and at least one second dummy bonding line vertically penetrating the second bonding insulator and horizontally parallel to the plurality of second bonding lines, a second bonding layer opposite the first bonding layer; a second wiring layer including a second pad insulator on which a plurality of second wiring pads are disposed and vertically stacked on the second bonding layer; and a second liner film between the second bonding layer and the second wiring layer, wherein the plurality of second bonding lines vertically penetrate the second wiring layer and the second liner film, and the plurality of second bonding lines vertically penetrate the second wiring layer and the second liner film. The upper surface of the plurality of bonding lines contacts the plurality of second wiring pads, the at least one second dummy bonding line vertically penetrates the second liner film, and the upper surface of the plurality of first bonding lines is at the bonding interface. It contacts the lower surface of the plurality of second bonding lines, and the upper surface of the at least one first dummy bonding line contacts the lower surface of the at least one second dummy bonding line at the bonding interface.
싱글 다마신 공정을 통해 제1 및 제2 접합 라인을 다른 라인이나 비아를 통해 간접적으로 접하는 대신 직접적으로 접합하게 됨으로써, 전기적 콘택의 면적이 증가하는 효과가 있다. 이는 곧 배선 면적의 증가로 저항이 감소하는 효과를 낳는다. 또한 전기적 콘택을 구성하는 Cu 등 도체의 부피가 증가해 제1 반도체 구조체와 제2 반도체 구조체를 본딩하는 과정에서 언본딩 불량의 가능성을 개선할 수 있다. Through the single damascene process, the first and second bonding lines are directly bonded instead of indirectly through other lines or vias, thereby increasing the area of the electrical contact. This has the effect of reducing resistance by increasing the wiring area. Additionally, the volume of conductors such as Cu that make up the electrical contact increases, which can improve the possibility of unbonding defects in the process of bonding the first and second semiconductor structures.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 단면도이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13d는 도 5에 따른 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 메모리 시스템을 개략적으로 나타나는 도면이다.
도 16은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 메모리 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 1 is a block diagram of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
2 is a schematic perspective view of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a non-volatile memory device according to example embodiments of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
5 to 12 are cross-sectional views of portions of non-volatile memory devices according to exemplary embodiments of the present invention.
FIGS. 13A to 13D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a portion of a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 5 .
14A to 14D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a portion of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
Figure 15 is a diagram schematically showing a memory system including non-volatile memory elements according to example embodiments of the present invention.
Figure 16 is a perspective view schematically showing a memory system including non-volatile memory elements according to example embodiments of the present invention.
17 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to example embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 블록도이다. 1 is a block diagram of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(10)는 메모리 셀 어레이(20) 및 주변 회로(30)를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(20)는 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)을 포함한다. 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)은 각각 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다. 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)은 비트 라인(BL), 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 주변 회로(30)에 연결될 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
주변 회로(30)는 로우 디코더(32), 페이지 버퍼(34), 데이터 입출력 회로(36), 및 제어 로직(38)을 포함할 수 있다. 도 1에는 도시되지 않았으나, 주변 회로(30)는 입출력 인터페이스, 컬럼 로직, 전압 생성부, 프리-디코더, 온도 센서, 커맨드 디코더, 어드레스 디코더, 증폭 회로 등을 더 포함할 수 있다. The
메모리 셀 어레이(20)는 비트 라인(BL)을 통해 페이지 버퍼(34)에 연결될 수 있고, 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 그라운드 선택 라인(GSL)을 통해 로우 디코더(32)에 연결될 수 있다. 메모리 셀 어레이(20)에서, 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)에 포함된 복수의 메모리 셀은 각각 플래시 메모리 셀일 수 있다. 메모리 셀 어레이(20)는 3 차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 3 차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드(NAND) 스트링을 포함할 수 있으며, 각 낸드 스트링은 기판 위에 수직으로 적층된 복수의 워드 라인(WL)에 연결된 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다. The
주변 회로(30)는 비휘발성 메모리 소자(10)의 외부로부터 어드레스(ADDR), 커맨드(CMD), 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있고, 비휘발성 메모리 소자(10)의 외부에 있는 장치와 데이터(DATA)를 송수신할 수 있다. The
로우 디코더(32)는 외부로부터의 어드레스(ADDR)에 응답하여 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn) 중 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 선택할 수 있다. 로우 디코더(32)는 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL)에 메모리 동작 수행을 위한 전압을 전달할 수 있다. The
페이지 버퍼(34)는 비트 라인(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(20)에 연결될 수 있다. 페이지 버퍼(34)는 프로그램 동작 시에는 기입 드라이버로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장하고자 하는 데이터(DATA)에 따른 전압을 비트 라인(BL)에 인가할 수 있으며, 독출 동작 시에는 감지 증폭기로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장된 데이터(DATA)를 감지할 수 있다. 페이지 버퍼(34)는 제어 로직(38)으로부터 제공되는 제어 신호(PCTL)에 따라 동작할 수 있다. The
데이터 입출력 회로(36)는 데이터 라인들(DLs)을 통해 페이지 버퍼(34)와 연결될 수 있다. 데이터 입출력 회로(36)는 프로그램 동작 시 메모리 콘트롤러(도시 생략)로부터 데이터(DATA)를 수신하고, 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 프로그램 데이터(DATA)를 페이지 버퍼(34)에 제공할 수 있다. 데이터 입출력 회로(36)는 독출 동작시 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 페이지 버퍼(34)에 저장된 독출 데이터(DATA)를 상기 메모리 콘트롤러에 제공할 수 있다. The data input/
데이터 입출력 회로(36)는 입력되는 어드레스 또는 명령어를 제어 로직(38) 또는 로우 디코더(32)에 전달할 수 있다. 주변 회로(30)는 ESD(Electro Static Discharge) 회로 및 풀-업/풀-다운 드라이버(pull-up/pull-down driver)를 더 포함할 수 있다. The data input/
제어 로직(38)은 상기 메모리 콘트롤러로부터 커맨드(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 제어 로직(38)은 로우 어드레스(R_ADDR)를 로우 디코더(32)에 제공하고, 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 데이터 입출력 회로(36)에 제공할 수 있다. 제어 로직(38)은 제어 신호(CTRL)에 응답하여 비휘발성 메모리 소자(10) 내에서 사용되는 각종 내부 제어 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 제어 로직(38)은 프로그램 동작 또는 소거 동작 등의 메모리 동작 수행 시 워드 라인(WL) 및 비트 라인(BL)으로 제공되는 전압 레벨을 조절할 수 있다. The
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 개략적인 사시도이다. 2 is a schematic perspective view of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(10)는 수직 방향(Z 방향)으로 서로 오버랩되어 있는 셀 어레이 구조물(CS) 및 주변 회로 구조물(PS)을 포함한다. 셀 어레이 구조물(CS)은 도 1을 참조하여 설명한 메모리 셀 어레이(20)를 포함할 수 있다. 주변 회로 구조물(PS)은 도 1을 참조하여 설명한 주변 회로(30)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
셀 어레이 구조물(CS)은 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)을 포함할 수 있다. 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, ..., BLKn)은 각각 3 차원적으로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. The cell array structure CS may include a plurality of memory cell blocks BLK1, BLK2, ..., BLKn. Each of the plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2, ..., BLKn) may include memory cells arranged three-dimensionally.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.3 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a non-volatile memory device according to example embodiments of the present invention.
도 3을 참조하면, 메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)을 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 비트 라인(BL: BL1, BL2, …, BLm), 복수의 워드 라인(WL: WL1, WL2, …, WLn-1, WLn), 적어도 하나의 스트링 선택 라인(SSL), 적어도 하나의 접지 선택 라인(GSL), 및 공통 소스 라인(CSL)을 포함할 수 있다. 복수의 비트 라인(BL: BL1, BL2, …, BLm) 및 공통 소스 라인(CSL) 사이에 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 형성될 수 있다. 도 3에는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 각각 2 개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예들 들면, 복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 1 개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함할 수도 있다. Referring to FIG. 3, the memory cell array (MCA) may include a plurality of memory cell strings (MS). The memory cell array (MCA) includes a plurality of bit lines (BL: BL1, BL2, ..., BLm), a plurality of word lines (WL: WL1, WL2, ..., WLn-1, WLn), and at least one string selection line ( SSL), at least one ground select line (GSL), and a common source line (CSL). A plurality of memory cell strings (MS) may be formed between the plurality of bit lines (BL: BL1, BL2, ..., BLm) and the common source line (CSL). Although FIG. 3 illustrates a case in which each of the plurality of memory cell strings MS includes two string select lines SSL, the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, each of the plurality of memory cell strings MS may include one string select line SSL.
복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 스트링 선택 트랜지스터(SST), 접지 선택 트랜지스터(GST), 및 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)를 포함할 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인 영역은 비트 라인(BL: BL1, BL2, …, BLm)과 연결되며, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역은 공통 소스 라인(CSL)과 연결될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 복수의 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역이 공통으로 연결된 영역일 수 있다.Each of the plurality of memory cell strings (MS) may include a string select transistor (SST), a ground select transistor (GST), and a plurality of memory cell transistors (MC1, MC2, ..., MCn-1, MCn). The drain area of the string select transistor (SST) may be connected to the bit lines (BL: BL1, BL2, ..., BLm), and the source area of the ground select transistor (GST) may be connected to the common source line (CSL). The common source line (CSL) may be an area where the source regions of a plurality of ground selection transistors (GST) are commonly connected.
스트링 선택 트랜지스터(SST)는 스트링 선택 라인(SSL)과 연결될 수 있고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인(GSL)과 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)는 각각 복수의 워드 라인(WL: WL1, WL2, …, WLn-1, WLn)에 연결될 수 있다.The string select transistor (SST) may be connected to the string select line (SSL), and the ground select transistor (GST) may be connected to the ground select line (GSL). A plurality of memory cell transistors (MC1, MC2, ..., MCn-1, MCn) may be connected to a plurality of word lines (WL: WL1, WL2, ..., WLn-1, WLn), respectively.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자(100)의 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view of a
도 4를 참조하면, 비휘발성 메모리 소자(100)는 제1 구조체(S1) 및 제1 구조체(S1)에 본딩된 제2 구조체(S2)를 포함한다. 제1 구조체(S1)의 복수의 제1 본딩 패드(BP1)와 제2 구조체(S2)의 복수의 제2 본딩 패드(BP2)가 각각 접촉하도록 제1 구조체(S1)가 제2 구조체(S2)에 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 본딩 패드(BP1)가 구리(Cu)를 포함하고, 제2 본딩 패드(BP2)가 구리(Cu)를 포함하는 경우, Cu-Cu 본딩에 의해 제1 구조체(S1)가 제2 구조체(S2)에 본딩될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the
제1 구조체(S1)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상의 주변 회로(PC), 제1 기판(110) 및 주변 회로(PC) 상의 제1 절연 구조체(IL1), 제1 절연 구조체(IL1) 상의 복수의 제1 본딩 패드(BP1), 및 제1 절연 구조체(IL1) 내의 제1 인터커넥트 구조체(IC1)를 포함할 수 있다.The first structure S1 includes a
제1 기판(110)은 Ⅳ족 반도체 물질, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 Ⅳ족 반도체 물질은 예를 들어 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 또는 실리콘(Si)-게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질은 예를 들어 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 갈륨인(GaP), 인듐비소(InAs), 인듐 안티몬(InSb), 또는 인듐갈륨비소(InGaAs)를 포함할 수 있다. 상기 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질은 예를 들어 텔루르화 아연(ZnTe), 또는 황화카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택시얼 층일 수 있다.The
주변 회로(PC)는 제1 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 주변 회로(PC)는 복수의 트랜지스터(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어 트랜지스터(120)는 제1 기판(110) 상의 게이트 전극(122), 게이트 전극(122)과 제1 기판(110) 사이의 게이트 절연 층(121), 게이트 전극(122)의 측면 상의 게이트 스페이서(123), 및 게이트 전극(122)의 양 측의 소스/드레인들(124, 125)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit (PC) may be disposed on the
제1 절연 구조체(IL1)는 제1 기판(110) 및 주변 회로(PC)를 덮을 수 있다. 도 4에 도시되지 않았으나, 제1 절연 구조체(IL1)는 서로 상에 적층된 복수의 절연 층을 포함할 수 있다. 제1 절연 구조체(IL1)는 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 저유전(low-k) 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 저유전 물질은 실리콘 산화물보다 낮은 유전 상수를 가지는 물질이며, 예컨대 PSG(phosphosilicate glass), borophosphosilicate glass(BPSG), fluorosilicate glass(FSG), organosilicate glass(OSG), spin-on-glass(SOG), spin-on-polymer, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The first insulating structure IL1 may cover the
제1 본딩 패드(BP1)는 제1 절연 구조체(IL1) 에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 본딩 패드(BP1)의 상면은 제1 절연 구조체(IL1)의 상면과 동일 평면 상(coplanar)일 수 있다. 즉, 제1 본딩 패드(BP1)는 제1 절연 구조체(IL1)의 상면으로부터 돌출되지 않을 수 있다. 제1 본딩 패드(BP1)는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 전도성 물질을 포함할 수 있다.The first bonding pad BP1 may be disposed on the first insulating structure IL1. In some embodiments, the top surface of the first bonding pad BP1 may be coplanar with the top surface of the first insulating structure IL1. That is, the first bonding pad BP1 may not protrude from the top surface of the first insulating structure IL1. The first bonding pad BP1 may include copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), or a combination thereof. It may contain conductive materials.
제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 제1 절연 구조체(IL1) 내에 배치될 수 있다. 제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 주변 회로(PC) 및 복수의 제1 본딩 패드(BP1)에 연결될 수 있다. 제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 주변 회로(PC)를 복수의 제1 본딩 패드(BP1)에 연결할 수 있다. 제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 주변 회로(PC) 내의 복수의 트랜지스터(120) 사이를 더 연결할 수 있다. 제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 복수의 라인들, 복수의 라인들 사이를 연결하는 비아들, 및 복수의 라인과 복수의 트랜지스터(120) 사이를 연결하는 플러그들을 포함할 수 있다. 제1 인터커넥트 구조체(IC1)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 조합과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다.The first interconnect structure IC1 may be disposed within the first insulating structure IL1. The first interconnect structure IC1 may be connected to the peripheral circuit PC and a plurality of first bonding pads BP1. The first interconnect structure IC1 may connect the peripheral circuit PC to a plurality of first bonding pads BP1. The first interconnect structure IC1 may further connect the plurality of
제2 구조체(S2)는 저저항 전도성 층(170), 저저항 전도성 층(170) 상의 공통 소스 라인 층(130), 공통 소스 라인 층(130) 상의 적층 구조체(SS), 적층 구조체(SS)의 셀 영역(CELL)을 관통하는 복수의 채널 구조체(140), 적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT)을 관통하는 복수의 더미 채널 구조체(180), 적층 구조체(SS) 상의 제2 절연 구조체(IL2), 제2 절연 구조체(IL2) 상의 복수의 제2 본딩 패드(BP2), 및 제2 절연 구조체(IL2) 내의 제2 인터커넥트 구조체(IC2)를 포함할 수 있다. The second structure (S2) includes a low-resistance
일부 실시예에서, 제2 구조체(S2)는 공통 소스 라인 층(130)과 적층 구조체(SS) 사이의 하부 전도성 층(150)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 구조체(S2)는 하부 전도성 층(150)과 적층 구조체(SS) 사이의 하부 지지 층(160)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 구조체(S2)는 제2 절연 구조체(IL2) 및 저저항 전도성 층(170) 상의 제3 절연 구조체(IL3), 및 제3 절연 구조체(IL3)를 관통하는 입출력 패드(190)를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the second structure S2 may further include a lower
공통 소스 라인 층(130)은 예컨대 Ⅳ족 반도체 물질, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질 또는 Ⅱ-Ⅵ족 반도체 물질과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 공통 소스 라인 층(130)은 예를 들어 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 저저항 전도성 층(170)은 공통 소스 라인 층(130)과 접촉하여 공통 소스 라인의 일부로서 기능할 수 있다. 저저항 전도성 층(170)을 구성하는 물질은 공통 소스 라인 층(130)을 구성하는 물질보다 작은 비저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 공통 소스 라인 층(130)은 폴리 실리콘을 포함하는 반면, 저저항 전도성 층(170)은 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속은 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 저저항 전도성 층(170)은 공통 소스 라인의 총(net) 저항을 감소시켜 공통 소스 라인 노이즈를 감소시킬 수 있다.The common
적층 구조체(SS)는 공통 소스 라인 층(130) 상에 배치될 수 있다. 적층 구조체(SS)는 공통 소스 라인 층(130) 상에 교대로 적층된 복수의 게이트 층(132a, 132b) 및 복수의 층간 절연 층(131a, 131b)을 포함할 수 있다. 적층 구조체(SS)는 공통 소스 라인 층(130) 상의 제1 부분(SSa) 및 제1 부분(SSa) 상의 제2 부분(SSb)을 포함할 수 있다. 적층 구조체(SS)의 제1 부분(SSa)은 공통 소스 라인 층(130) 상에 교대로 적층된 복수의 제1 게이트 층(132a) 및 복수의 제1 층간 절연 층(131a)을 포함할 수 있다. 적층 구조체(SS)의 제2 부분(SSb)은 적층 구조체(SS)의 제1 부분(SSa) 상에 교대로 적층된 복수의 제2 게이트 층(132b) 및 복수의 제2 층간 절연 층(131b)을 포함할 수 있다.The stacked structure SS may be disposed on the common
적층 구조체(SS)는 셀 영역(CELL) 및 계단 영역(EXT)을 포함할 수 있다. 적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT)은 적층 구조체(SS)의 셀 영역(CELL)의 일 측에 위치하며 계단 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 적층 구조체(SS)의 셀 영역(CELL)은 +Z 방향으로 내려가는 계단 형상을 가질 수 있다.The stacked structure SS may include a cell region (CELL) and a step region (EXT). The step area EXT of the stacked structure SS is located on one side of the cell area CELL of the stacked structure SS and may have a step shape. For example, the cell region CELL of the stacked structure SS may have a step shape going down in the +Z direction.
복수의 게이트 층(132a, 132b)은 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 복수의 층간 절연 층(131a, 131b)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 저유전 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 절연 물질을 포함할 수 있다.The plurality of
각각의 채널 구조체(140)는 적층 구조체(SS)의 셀 영역(CELL)을 관통하여 공통 소스 라인 층(130)에 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 채널 구조체(140)는 하부 전도성 층(150) 및 하부 지지 층(160)을 더 관통할 수 있다. Each
복수의 더미 채널 구조체(180)는 적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT)을 관통하여 공통 소스 라인 층(130)에 접촉할 수 있다. 더미 채널 구조체(180)는 하부 전도성 층(150) 및 하부 지지 층(160)을 더 관통할 수 있다. 더미 채널 구조체(180)는 제2 절연 구조체(IL2)의 제2 부분(IL2b) 및 제3 부분(IL2c)을 더 관통할 수 있다. 더미 채널 구조체(180)는 적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT) 및 제2 절연 구조체(IL2)의 제3 부분(IL2c)을 관통하는 제1 더미 채널 홀(180Ha) 및 제2 절연 구조체(IL2)의 제2 부분(IL2b)을 관통하는 제2 더미 채널 홀(180Hb) 내에 위치할 수 있다. The plurality of
더미 채널 구조체(180)는 제1 더미 채널 홀(180Ha) 및 제2 더미 채널 홀(180Hb) 상의 절연 층(182), 및 절연 층(182) 상의 전도성 층(181)을 포함할 수 있다. 전도성 층(181)은 제1 더미 채널 홀(180Ha) 및 제2 더미 채널 홀(180Hb) 내에 연장되어 공통 소스 라인 층(130)에 접촉할 수 있다. 절연 층(182)은 전도성 층(181)과 적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT) 사이에 연장될 수 있다. 절연 층(182)은 전도성 층(181)과 제2 절연 구조체(IL2)의 제2 부분(IL2b) 사이에 더 연장될 수 있다. 절연 층(182)은 전도성 층(181)과 제2 절연 구조체(IL2)의 제3 부분(IL2c) 사이에 더 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 층(182)은 전도성 층(181)과 하부 지지 층(160) 사이에 더 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 층(182)은 전도성 층(181)과 하부 전도성 층(150) 사이에 더 연장될 수 있다.The
전도성 층(181)은 반도체 물질 또는 금속 물질과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 전도성 층(181)은 예를 들어 폴리 실리콘, 구리(Cu), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Au), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 절연 층(182)은 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 저유전 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
적층 구조체(SS)의 계단 영역(EXT)을 관통하는 더미 채널 구조체(180)는 공통 소스 라인 층(130)과 접촉하기 위한 공통 소스 라인 컨택으로서 역할을 할 수 있다. 적층 구조체(SS) 밖에서 공통 소스 라인 층(130)과 접촉하는 공통 소스 라인 컨택이 차지하는 평면적이 필요하지 않으므로 비휘발성 메모리 소자(100)의 평면적이 감소될 수 있다.The
제2 절연 구조체(IL2)는 적층 구조체(SS), 복수의 채널 구조체(140), 및 복수의 더미 채널 구조체(180)를 덮을 수 있다. 제2 절연 구조체(IL2)는 복수의 절연 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 절연 구조체(IL2)는 제1 부분(IL2a), 제1 부분(IL2a) 상의 제2 부분(IL2b), 및 제2 부분(IL2b) 상의 제3 부분(IL2c)을 포함할 수 있다. 제2 절연 구조체(IL2)는 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 저유전 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 절연 물질을 포함할 수 있다.The second insulating structure IL2 may cover the stacked structure SS, the plurality of
복수의 제2 본딩 패드(BP2)는 제2 절연 구조체(IL2) 에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 본딩 패드(BP2)의 상면은 제2 절연 구조체(IL2)의 하면과 동일 평면 상(coplanar)일 수 있다. 즉, 제2 본딩 패드(BP2)는 제2 절연 구조체(IL2)의 하면으로부터 돌출되지 않을 수 있다. 제2 본딩 패드(BP2)는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 전도성 물질을 포함할 수 있다.A plurality of second bonding pads BP2 may be disposed on the second insulating structure IL2. In some embodiments, the top surface of the second bonding pad BP2 may be coplanar with the bottom surface of the second insulating structure IL2. That is, the second bonding pad BP2 may not protrude from the lower surface of the second insulating structure IL2. The second bonding pad BP2 may include copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), or a combination thereof. It may contain conductive materials.
제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 제2 절연 구조체(IL2) 내에 배치되며, 복수의 게이트 층(132a, 132b), 복수의 채널 구조체(140), 더미 채널 구조체(180), 및 복수의 제2 본딩 패드(BP2)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 복수의 게이트 층(132a, 132b), 복수의 채널 구조체(140), 및 더미 채널 구조체(180)를 복수의 제2 본딩 패드(BP2)에 연결할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 입출력 패드(190)에 더 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 입출력 패드(190)를 제2 본딩 패드(BP2)에 연결할 수 있다.The second interconnect structure IC2 is disposed in the second insulating structure IL2 and includes a plurality of
복수의 게이트 층(132a, 132b)은 제2 인터커넥트 구조체(IC2), 복수의 제2 본딩 패드(BP2), 복수의 제1 본딩 패드(BP1), 및 제1 인터커넥트 구조체(IC1)를 통해 주변 회로(PC)에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 채널 구조체(140)는 제2 인터커넥트 구조체(IC2), 복수의 제2 본딩 패드(BP2), 복수의 제1 본딩 패드(BP1), 및 제1 인터커넥트 구조체(IC1)를 통해 주변 회로(PC)에 연결될 수 있다. 또한, 더미 채널 구조체(180)는 제2 인터커넥트 구조체(IC2), 제2 본딩 패드(BP2), 제1 본딩 패드(BP1), 및 제1 인터커넥트 구조체(IC1)를 통해 주변 회로(PC)에 연결될 수 있다. 또한, 입출력 패드(190)는 제2 인터커넥트 구조체(IC2), 제2 본딩 패드(BP2), 제1 본딩 패드(BP1), 및 제1 인터커넥트 구조체(IC1)를 통해 주변 회로(PC)에 연결될 수 있다. The plurality of
제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 복수의 라인들, 복수의 라인들 사이를 연결하는 비아들, 및 복수의 게이트 층(132a, 132b), 복수의 채널 구조체(140), 더미 채널 구조체(28), 및 입출력 패드(190)와 접촉하는 복수의 플러그들을 포함할 수 있다. 제2 인터커넥트 구조체(IC2)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 조합과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다.The second interconnect structure IC2 includes a plurality of lines, vias connecting the plurality of lines, a plurality of
하부 전도성 층(150)은 하부 지지 층(160)과 공통 소스 라인 층(130) 사이에 연장될 수 있다. 하부 전도성 층(150)은 반도체 물질 또는 금속 물질과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 하부 전도성 층(150)은 폴리 실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이 하부 전도성 층(150)은 게이트 절연 층(241)을 관통하여 채널 층(242)과 접촉할 수 있다. Lower
하부 지지 층(160)은 적층 구조체(SS)와 하부 전도성 층(150) 사이에 연장될 수 있다. 하부 지지 층(160)은 반도체 물질 또는 금속 물질과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 하부 지지 층(160)은 폴리실리콘, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공통 소스 라인 층(130), 하부 전도성 층(150), 및 하부 지지 층(160)이 폴리 실리콘을 포함하여 공통 소스 라인 층(130)과 하부 전도성 층(150) 사이의 경계 및 하부 전도성 층(150)과 하부 지지 층(160) 사이의 경계가 불분명하거나 식별 불가능할 수 있다.The
제3 절연 구조체(IL3)는 제2 절연 구조체(IL2) 및 저저항 전도성 층(170) 상에 배치될 수 있다. 도 4에 도시되지 않았으나, 제3 절연 구조체(IL3)는 서로 적층된 복수의 절연 층을 포함할 수 있다. 제3 절연 구조체(IL3)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 저유전 물질, 또는 이들의 조합 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.The third insulating structure IL3 may be disposed on the second insulating structure IL2 and the low-resistance
입출력 패드(190)는 제3 절연 구조체(IL3)를 관통할 수 있다. 입출력 패드(190)는 비휘발성 메모리 소자(100)의 외부에 노출될 수 있다. 입출력 패드(190)는 도 15 및 도 16을 참조하여 설명될 바와 같이 비휘발성 메모리 소자(100)의 외부의 메모리 컨트롤러(미도시)에 연결될 수 있다. 입출력 패드(190)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 은(Ag), 또는 금(Au)과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다.The input/
도 5 내지 도 12는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 단면도이다. 5 to 12 are cross-sectional views of portions of non-volatile memory devices according to exemplary embodiments of the present invention.
도 5를 참고하면, 비휘발성 메모리 소자(200)는 제1 반도체 구조체(210) 및 제2 반도체 구조체(230)가 제1 방향(D1)으로 적층되어 형성된다. 제1 방향(D1)은 수직 방향일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 반도체 구조체(210)는 제2 반도체 구조체(230) 아래에 배치되고 기판을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 반도체 구조체(230)가 제1 반도체 구조체(210) 아래에 배치되는 것도 가능하다. 일부 실시예에서, 각각 위의 도 1에서 설명한 바와 같이, 제1 반도체 구조체(210)는 주변 소자 칩 또는 메모리 어레이 소자 칩이고, 제1 소자 층(219)은 주변 소자 또는 NAND 메모리 스트링을 포함할 수 있다. 주변 소자는 도 4의 주변 회로(PC)를 포함할 수 있다. 유사하게, 제2 반도체 구조체(230)는 제2 소자 층(239)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각 위의 도 4에서 설명한 바와 같이, 제2 반도체 구조체(230)는 메모리 어레이 소자 칩 또는 주변 소자 칩이고, 제2 소자 층(239)은 NAND 메모리 스트링 또는 주변 소자를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the
제1 반도체 구조체(210)는 또한 제1 소자 층(219) 위에 제1 배선 층(216)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 층(216)은 제1 패드 절연체(217)및 복수의 제1 배선 패드(218)를 포함할 수 있다. 제1 배선 패드(218)는 도 4의 제1 인터커넥트 구조체(IC1) 또는 제2 인터커넥트 구조체(IC2)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 배선 패드(218)는 접합 계면(220)을 가로 질러 그리고 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이에 전기 신호를 전송하기 위해, 제1 반도체 구조체(210)의 제1 소자 층(219) 및 제2 반도체 구조체(230)의 제2 소자 층(239) 모두에 전기적으로 연결되는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드(예: 배선 패드 라인 또는 비아 콘택트)이다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 배선 패드(218) 중 일부만 제1 소자 층(219) 및 제2 소자 층(239) 모두에 전기적으로 연결되는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 배선 패드(218) 중 일부는 제1 반도체 구조체(210) 내에서 전기 신호를 전송하기 위해, 제1 반도체 구조체(210)의 제1 소자 층(219)에는 전기적으로 연결되지만 제2 반도체 구조체(230)의 제2 소자 층(239)에는 전기적으로 연결되지 않는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 배선 패드(218) 중 일부는 제1 반도체 구조체(210)의 제1 소자 층(219)에 전기적으로 연결되지 않는 더미 배선 패드 일 수 있다. 제1 배선 층(216) 내의 복수의 제1 배선 패드(218) 는 W, Co, Cu, Al, 실리사이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 전도성 재료를 포함할 수 있다. The
제1 배선 층(216) 내의 제1 패드 절연체(217)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, low-k 유전체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 유전체 재료를 포함할 수 있다.The
제1 반도체 구조체(210)는 제1 배선 층(216) 위에 제1 접합 층(211)을 더 포함할 수 있다. 제1 접합 층(211)은 제1 접합 절연체(212), 복수의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)을 포함할 수 있다. 제1 접합 라인(213)은 도 4의 제1 본딩 패드(BP1) 또는 제2 본딩 패드(BP2)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 접합 라인(213)은 제1 접합 절연체(212)를 제1 방향(D1)으로 관통하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 접합 층(211)은 적어도 하나 이상의 제1 더미 접합 라인(214)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 복수의 제1 접합 라인(213)과 나란히 형성될 수 있다. 제2 방향(D2)은 수평 방향일 수 있다. The
제1 접합 층(211)은 단일 패터닝 공정(예: 단 하나의 포토리소그래피 및 현상 공정을 포함함)에 의해 형성될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 각각의 제1 접합 라인(213)은 실질적으로 동일한 수평 폭(예: 비아 콘택트의 직경)을 갖는다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 접합 라인(213)의 수평 폭과 제1 더미 접합 라인(214)의 수평 폭은 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 이중 다마신 공정으로 형성된 라인이 아니라 싱글 다마신 공정으로 형성된 라인이다. 이를 통해 공정 단순화의 효과를 가져올 수 있다. The
싱글 다마신 공정을 통해 제1 및 제2 접합 라인(213, 214)을 다른 라인 또는 비아(via)를 통해 간접적으로 접하는 대신 직접적으로 접합하게 됨으로써, 전기적 콘택의 면적이 증가하는 효과가 있다. 이는 곧 배선 면적의 증가로 저항이 감소하는 효과를 낳는다. 또한 전기적 콘택을 구성하는 Cu 등 도체의 부피가 증가하는 결과를 낳는다. 이는 식각, 장벽/접착 층(barrier/adhesion layer) 또는 도체(예: 금속)의 증착, 평탄화 과정 등을 통한 디싱 프로필(dishing profile)에서 식각, 장벽/접착 층 또는 도체의 확대(expansion)를 극대화 할 수 있기 때문이다. 전기적 콘택을 구성하는 도체의 부피가 증가하면 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230)를 본딩하는 과정에서 언본딩 불량의 가능성을 개선할 수 있다. Through the single damascene process, the first and
복수의 제1 접합 라인(213)은 접합 계면(220)을 가로질러 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부인 기능적 접합 콘택트이다. 제1 더미 접합 라인(214)은 접합 계면(220)을 가로지르고 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부가 아닌 더미 접합 콘택트이다. 제1 접합 층(211) 내의 복수의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 W, Co, Cu, Al 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 하이브리드 접합을 위해 Cu로 만들어진다.The plurality of
제1 더미 접합 라인(214)은 접합 계면(220)에서 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부인 기능적 접합 콘택트의 국부 밀도를 증가시켜 접합 수율 및 강도를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 상기 접합 콘택트의 밀도는 하이브리드 접합에 영향을 미칠 수 있다. 전기적 상호 연결에 필요한 기능적 접합 콘택트인 제1 접합 라인(213)에 더하여, 제1 접합 층(211)에 제1 더미 접합 라인(214)을 추가함으로써 하이브리드 접합 수율 및 강도를 개선하기 위해 상기 접합 콘택트의 밀도를 증가시킬 수 있다. The first
제1 접합 층(211) 내의 제1 접합 절연체(212)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, low-k 유전체 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 접합 절연체(212)는 하이브리드 접합을 위해 실리콘 산화물로 만들어진다.The
제1 접합 층(211)과 제1 배선 층(216) 사이에는 제1 라이너 막(215)이 존재할 수 있다. 제1 라이너 막(215)과 제1 접합 층(211) 사이에는 경계면이 존재할 수 있다. 즉, 제1 라이너 막(215)은 제1 접합 층(211)과 별개의 층일 수 있다. 즉, 제1 라이너 막(215)은 제1 접합 층(211)과 동시에 형성되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 라이너 막(215)은 SiN 일 수 있다. A
복수의 제1 접합 라인(213)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 접합 층(211)과 제1 라이너 막(215)을 관통할 수 있다. 복수의 제1 접합 라인(213)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 접합 층(211)과 제1 배선 층(216) 사이의 제1 라이너 막(215)을 완전히 관통하여, 제1 배선 층(216)의 복수의 제1 배선 패드(218)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 배선 패드(218)에 접촉하는 복수의 제1 접합 라인(213)의 단면은 제1 면(213a)일 수 있다. 제1 면(213a)은 제1 접합 라인(213)의 하면일 수 있다. 복수의 제1 접합 라인(213)은 복수의 제1 배선 패드(218)와 접촉하여 전기적으로 연결되고, 전기적 접합 콘택을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 반도체 구조체(210)에서 서로 접촉하는 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제1 배선 패드(218)는 일대일 대응 관계가 아닐 수 있다. 즉, 하나의 제1 배선 패드(218)에 접촉하는 제1 접합 라인(213)은 2개 이상일 수 있다. 하나의 제1 배선 패드(218)에 접촉하는 제1 접합 라인(213)의 개수는 서로 다를 수 있다. 다른 실시예에서, 서로 접촉하는 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제1 배선 패드(218)는 일대일 대응 관계일 수 있다. 즉, 하나의 제1 배선 패드(218)에는 하나의 제1 접합 라인(213)이 접촉할 수 있다. The plurality of
적어도 하나의 제1 더미 접합 라인(214)은 복수의 제1 접합 라인(213)과평행하게 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 접합 층(211)과 제1 라이너 막(215)을 관통할 수 있다. 복수의 제1 접합 라인(213)과 달리, 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 배선 층(216)의 복수의 제1 배선 패드(218)와 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 라이너 막(215)을 완전히 관통하여 제1 배선 층(216)의 제1 패드 절연체(217)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 패드 절연체(217)에 접촉하는 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인(214)의 단면은 제1 면(214a) 일 수 있다. 다른 실시예들에서, 도면에 도시된 것과 달리, 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 라이너 막(215)을 완전히 관통하지 못할 수 있다. 즉, 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 배선 층(216)의 제1 패드 절연체(217)에 접촉하지 못할 수 있다. 이 경우 제1 더미 접합 라인(214)의 제1 면(214a)은 제1 라이너 막(215) 내에 존재하게 된다. 다른 실시예들에서, 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 라이너 막(215)을 완전히 관통하고, 제1 방향(D1)으로 더 연장되어 제1 배선 층(216)의 제1 패드 절연체(217) 내부까지 연장될 수 있다. 즉, 제1 더미 접합 라인(214)의 제1 면(214a)은 제1 패드 절연체(217) 내에 존재할 수 있다.At least one first
물질 마다 식각 비가 다르기 때문에, 공정 과정에서 서로 다른 물질을 식각하는 경우에 식각 깊이가 달라질 수 있다. 제1 배선 층(216) 상에 제1 라이너 막(215)을 형성하고, 제1 라이너 막(215) 상에 제1 접합 절연체(212)를 도포(deposition)한 후, 제1 접합 절연체(212)와 제1 라이너 막(215)을 식각하여 트렌치를 형성한 후 트렌치 내부에 물질을 채워 넣어 복수의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)을 형성한다. 이때 전기적 콘택을 구성하는 제1 접합 라인(213)은 제1 배선 층(216)의 제1 배선 패드(218)와 접촉해서 전기적으로 연결이 될 수 있다. 트렌치를 형성하기 위해 제1 접합 절연체(212)와 제1 라이너 막(215)을 식각할 때, 식각 정지 층이 다르기 때문에 식각 깊이가 달라질 수 있다. 즉, 제1 접합 라인(213)을 구성하기 위한 트렌치를 형성하는 경우에는 제1 배선 패드(218)를 구성하는 물질 층과 접촉하여 식각이 정지되지만, 제1 더미 접합 라인(214)을 구성하기 위한 트렌치를 형성하는 경우에는 제1 접합 절연체(212)를 구성하는 물질 층과 접촉하여 식각이 정지된다. 제1 배선 패드(218)를 구성하는 물질과 제1 접합 절연체(212)를 구성하는 물질은 다르기 때문에 식각 깊이가 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(214)은 복수의 제1 접합 라인(213)보다 접합 계면(220)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 깊게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(214)은 복수의 제1 접합 라인(213)보다 접합 계면(220)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 얕게 형성될 수 있다. Since the etch ratio is different for each material, the etch depth may vary when different materials are etched during the process. After forming the
접합 계면(220)의 반대 측에, 제2 반도체 구조체(230)는 또한 제2 소자 층(239) 아래에 제2 배선 층(236)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 배선 층(236)은 제2 패드 절연체(237)및 복수의 제2 배선 패드(238)를 포함할 수 있다. 제2 배선 패드(238)는 도 4의 제1 인터커넥트 구조체(IC1) 또는 제2 인터커넥트 구조체(IC2)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 배선 패드(238)는 접합 계면(220)을 가로 질러 그리고 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이에 전기 신호를 전송하기 위해, 제1 반도체 구조체(210)의 제1 소자 층(219) 및 제2 반도체 구조체(230)의 제2 소자 층(239) 모두에 전기적으로 연결되는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드이다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 배선 패드(238) 중 일부만 제1 소자 층(219) 및 제2 소자 층(239) 모두에 전기적으로 연결되는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 배선 패드(238) 중 일부는 제2 반도체 구조체(230) 내에서 전기 신호를 전송하기 위해, 제2 반도체 구조체(230)의 제2 소자 층(239)에는 전기적으로 연결되지만 제1 반도체 구조체(210)의 제1 소자 층(219)에는 전기적으로 연결되지 않는 기능적 MEOL 또는 BEOL 배선 패드일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 배선 패드(238) 중 일부는 제2 반도체 구조체(230)의 제2 소자 층(239)에 전기적으로 연결되지 않는 더미 배선 패드 일 수 있다. 제2 배선 층(236) 내의 복수의 제2 배선 패드(238) 는 W, Co, Cu, Al, 실리사이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. On the opposite side of the
제2 배선 층(236) 내의 제2 패드 절연체(237)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, low-k 유전체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.The
제2 반도체 구조체(230)는 제2 배선 층(236) 위에 제2 접합 층(231)을 더 포함할 수 있다. 제2 접합 층(231)은 제2 접합 절연체(232), 복수의 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)을 포함할 수 있다. 제2 접합 라인(233)은 도 4의 제1 본딩 패드(BP1) 또는 제2 본딩 패드(BP2)를 포함할 수 있다. 복수의 제2 접합 라인(233)은 제2 접합 절연체(232)를 제1 방향(D1)으로 관통하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 접합 층(231)은 적어도 하나 이상의 제2 더미 접합 라인(234)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 더미 접합 라인(234)은 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 나란히 형성될 수 있다. The
제2 접합 층(231)은 제1 접합 층과 마찬가지로 단일 패터닝 공정(예: 단 하나의 포토리소그래피 및 현상 공정을 포함함)에 의해 형성될 수 있다. 그 결과, 일부 실시예에서, 각각의 제2 접합 라인(233)은 실질적으로 동일한 수평 폭 (예: 비아 콘택트의 직경)을 갖는다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 접합 라인(233)의 수평 폭과 제2 더미 접합 라인(234)의 수평 폭은 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)은 이중 다마신 라인이 아니라 싱글 다마신 라인이다. Like the first bonding layer, the
복수의 제2 접합 라인(233)은 접합 계면(220)을 가로질러 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부인 기능적 접합 콘택트이다. 제2 더미 접합 라인(234)은 접합 계면(220)을 가로지르고 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부가 아닌 더미 접합 콘택트이다. 제2 접합 층(231) 내의 복수의 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)은 W, Co, Cu, Al 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)은 하이브리드 접합을 위해 Cu로 만들어진다.The plurality of
전술한 바와 같이, 제2 더미 접합 라인(234)은 접합 계면(220)에서 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이의 전기적 연결의 일부인 기능적 접합 콘택트의 국부 밀도를 증가시켜 접합 수율 및 강도를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 이는 접합 계면(220)에서 대응하는 제1 더미 접합 라인(214)과 Cu-Cu 융합 접합을 형성할 수 있다. 상기 접합 콘택트의 밀도는 하이브리드 접합에 영향을 미칠 수 있다. 전기적 상호 연결에 필요한 기능적 접합 콘택트인 제2 접합 라인(233)에 더하여, 제2 접합 층(231)에 제2 더미 접합 라인(234)을 추가함으로써 하이브리드 접합 수율 및 강도를 개선하기 위해 상기 접합 콘택트의 밀도를 증가시킬 수 있다. As described above, the second
제2 접합 층(231) 내의 제2 접합 절연체(232)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, low-k 유전체 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 접합 절연체(232)는 하이브리드 접합을 위해 실리콘 산화물로 만들어진다.The
제2 접합 층(231)과 제2 배선 층(236) 사이에는 제2 라이너 막(235)이 존재할 수 있다. 제2 라이너 막(235)과 제2 접합 층(231) 사이에는 경계면이 존재할 수 있다. 즉, 제2 라이너 막(235)은 제2 접합 층(231)과 별개의 층일 수 있다. 즉, 제2 라이너 막(235)은 제2 접합 층(231)과 동시에 형성되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 라이너 막(235)은 SiN 일 수 있다. A
복수의 제2 접합 라인(233)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제2 접합 층(231)과 제2 라이너 막(235)을 관통할 수 있다. 복수의 제2 접합 라인(233)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제2 접합 층(231)과 제2 배선 층(236) 사이의 제2 라이너 막(235)을 완전히 관통하여, 제2 배선 층(236)의 복수의 제2 배선 패드(238)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 배선 패드(238)에 접촉하는 복수의 제2 접합 라인(233)의 단면은 제1 면(233a)일 수 있다. 제2 접합 라인(233)의 제1 면(233a)은 제2 접합 라인(233)의 상면일 수 있다. 복수의 제2 접합 라인(233)은 복수의 제2 배선 패드(238)와 접촉하여 전기적으로 연결되고, 전기적 접합 콘택을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 반도체 구조체(230)에서 서로 접촉하는 복수의 제2 접합 라인(233)과 복수의 제2 배선 패드(238)는 일대일 대응 관계가 아닐 수 있다. 즉, 하나의 제2 배선 패드(238)에 접촉하는 제2 접합 라인(233)은 2개 이상일 수 있다. 하나의 제2 배선 패드(238)에 접촉하는 제2 접합 라인(233)의 개수는 서로 다를 수 있다. 다른 실시예에서, 서로 접촉하는 복수의 제2 접합 라인(233)과 복수의 제2 배선 패드(238)는 일대일 대응 관계일 수 있다. 즉, 하나의 제2 배선 패드(238)에는 하나의 제2 접합 라인(233)이 접촉할 수 있다. The plurality of
적어도 하나의 제2 더미 접합 라인(234)은 복수의 제2 접합 라인(233)과 평행하게 제1 방향(D1)으로 연장되어 제2 접합 층(231)과 제2 라이너 막(235)을 관통할 수 있다. 복수의 제2 접합 라인(233)과 달리, 제2 더미 접합 라인(234)은 제2 배선 층(236)의 복수의 제2 배선 패드(238)와 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(234)은 제2 라이너 막(235)을 완전히 관통하여 제2 배선 층(236)의 제2 패드 절연체(237)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 패드 절연체(237)에 접촉하는 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인(234)의 단면은 제1 면(234a)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 도면에 도시된 것과 달리, 제2 더미 접합 라인(234)은 제2 라이너 막(235)을 완전히 관통하지 못할 수 있다. 즉, 제2 더미 접합 라인(234)은 제2 배선 층(236)의 제2 패드 절연체(237)에 접촉하지 못할 수 있다. 이 경우 제2 더미 접합 라인(234)의 제1 면(234a)은 제2 라이너 막(235) 내에 존재하게 된다. 다른 실시예들에서, 제2 더미 접합 라인(234)은 제2 라이너 막(235)을 완전히 관통하고, 제1 방향(D1)으로 더 연장되어 제2 배선 층(236)의 제2 패드 절연체(237) 내부까지 연장될 수 있다. 즉, 제2 더미 접합 라인(234)의 제1 면(234a)은 제2 패드 절연체(237) 내에 존재할 수 있다. 즉 일부 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(234)은 복수의 제2 접합 라인(233)보다 접합 계면(220)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 깊게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(234)은 복수의 제2 접합 라인(233)보다 접합 계면(220)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 얕게 형성될 수 있다. At least one second
제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230)는 접합 계면(220)에서 접촉하여 접합될 수 있다. 접합 계면(220)에서 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제2 접합 라인(233)은 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제2 접합 라인(233)과 접촉하는 복수의 제1 접합 라인(213)의 단면은 제2 면(213b)일 수 있다. 제1 접합 라인(213)의 제2 면(213b)은 제1 접합 라인(213)의 상면일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 접합 라인(213)과 접촉하는 복수의 제2 접합 라인(233)의 단면은 제2 면(233b)일 수 있다. 제2 접합 라인(233)의 제2 면(233b)은 제2 접합 라인(233)의 하면일 수 있다. 즉, 접합 계면(220)에서 복수의 제1 접합 라인(213)의 제2 면(213b)과 복수의 제2 접합 라인(233)의 제2 면(233b)은 접촉할 수 있다. 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제2 접합 라인(233)은 일 대 일 대응 관계를 형성할 수 있다. 즉, 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제2 접합 라인(233)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제2 접합 라인(233)은 접합 계면(220)을 사이에 두고 서로 대칭일 수 있다. 즉, 평면적 관점에서 복수의 제1 접합 라인(213)과 복수의 제2 접합 라인(233)은 서로 오버랩 될 수 있다. The
접합 계면(220)에서 제1 더미 접합 라인(214)은 제2 더미 접합 라인(234)은 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(234)과 접촉하는 제1 더미 접합 라인(214)의 단면은 제2 면(214b)일 수 있다. 일부 실시예에서, 복 제1 더미 접합 라인(214)과 접촉하는 제2 더미 접합 라인(234)의 단면은 제2 면(234b)일 수 있다. 즉, 접합 계면(220)에서 제1 더미 접합 라인(214)의 제2 면(214b)과 제2 더미 접합 라인(234)의 제2 면(234b)은 접촉할 수 있다. 제1 더미 접합 라인(214)과 제2 더미 접합 라인(234)은 일 대 일 대응 관계를 형성할 수 있다. 즉, 제1 더미 접합 라인(214)과 제2 더미 접합 라인(234)의 개수는 서로 동일할 수 있다. 즉, 평면적 관점에서 제1 더미 접합 라인(214)과 제2 더미 접합 라인(234)은 서로 오버랩 될 수 있다. At the
접합 계면(220)에서 접촉하는 복수의 제1 및 제2 접합 라인(213, 214)이 접합 계면(220)을 기준으로 서로 대칭이고, 제1 및 제2 더미 접합 라인(214, 234)이 접합 계면(220)을 기준으로 서로 대칭인 것과 달리, 제1 배선 층(216)의 제1 배선 패드(218)는 제2 배선 층(236)의 제2 배선 패드(238)는 서로 대칭이 아닐 수 있다. 즉, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(218)와 제2 배선 패드(238)는 서로 오버랩되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(218)의 개수는 제2 배선 패드(238)의 개수와 다를 수 있다. 또는 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(218) 각각에 접촉하는 제1 접합 라인(213)의 개수는 제2 배선 패드(238) 각각에 접촉하는 제2 접합 라인(233)의 개수와 서로 다를 수 있다. 제1 배선 패드(218)와 제2 배선 패드(238)에 각각 접촉하는 제1 및 제2 접합 라인(213, 233)의 개수가 서로 다른 경우, 제1 및 제2 접합 라인(213, 233)은 접합 계면(220)을 사이에 두고 서로 대칭이므로 제1 배선 패드(218)와 제2 배선 패드(238)는 접합 계면(220)을 사이에 두고 서로 대칭이 아닐 수 있다. A plurality of first and
제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230) 사이에는 접합 계면(220)이 형성될 수 있다. 접합 계면(220)에서는 제1 반도체 구조체(210)와 제2 반도체 구조체(230)가 수직으로 접합할 수 있다. 접합 계면(220)은 두께를 가지지 않는 면(surface)일 수 있고, 두께를 가지는 층(layer)일 수 있다. 접합 계면이 두께를 가지는 층인 경우, 이는 SiCN을 포함할 수 있다. A
이하 도 6내지 도 12에서는 도 5와의 차이점을 중점으로 설명하겠다. 설명하지 않은 구성요소는 도 5를 참고하여 설명한 것과 유사하다. Hereinafter, in FIGS. 6 to 12, the differences from FIG. 5 will be explained with emphasis. Components not described are similar to those described with reference to FIG. 5 .
도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 것과 달리 제1 배선 층(316)의 제1 배선 패드(318)와 제2 배선 층(336)의 제2 배선 패드(338)는 접합 계면(320)을 사이에 두고 서로 대칭일 수 있다. 즉, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(318)와 제2 배선 패드(338)는 서로 오버랩될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(318)의 개수는 제2 배선 패드(338)의 개수와 같을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(318) 각각에 접촉하는 제1 접합 라인(313)의 개수는 제2 배선 패드(338) 각각에 접촉하는 제2 접합 라인(314)의 개수와 같을 수 있다. Referring to FIG. 6 , unlike what is shown in FIG. 5 , the
도 7을 참조하면 도 5와 달리, 제1 더미 접합 라인(414)은 제1 배선 패드(418)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(414)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 접합 층(411)과 제1 라이너 막(415)을 관통할 수 있다. 제1 더미 접합 라인(414)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 제1 접합 층(411)과 제1 배선 층(416) 사이의 제1 라이너 막(415)을 완전히 관통하여, 제1 배선 층(416)의 제1 배선 패드(418)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(418)에 접촉하는 제1 더미 접합 라인(414)의 단면은 제2 면(414a)일 수 있다. 제1 더미 접합 라인(414)이 물리적으로 제1 배선 패드(418)에 연결될 수 있지만, 전기적으로는 연결되지 않을 수 있다. 즉, 제1 더미 접합 라인(414)은 제1 배선 패드(418)에 연결되더라도 전기적 콘택의 역할은 하지 못한다. Referring to FIG. 7 , unlike FIG. 5 , the first
제2 더미 접합 라인(434)은 복수의 제2 접합 라인(433)과 평행하게 제1 방향(D1)으로 연장되어 제2 배선 층(431)과 제2 라이너 막(435)을 관통할 수 있다. 제1 더미 접합 라인(414)이 제1 배선 층(416)의 제1 배선 패드(418)에 접촉한 것과 달리, 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 배선 층(436)의 제2 배선 패드(438)와 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 라이너 막(435)을 완전히 관통하여 제2 배선 층(436)의 제2 패드 절연체(437)와 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 패드 절연체(437)에 접촉하는 제2 더미 접합 라인(434)의 단면은 제1 면(434a)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 도면에 도시된 것과 달리, 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 라이너 막(435)을 완전히 관통하지 못할 수 있다. 즉, 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 배선 층(436)의 제2 패드 절연체(437)에 접촉하지 못할 수 있다. 이 경우 제2 더미 접합 라인(434)의 제1 면(434a)은 제2 라이너 막(435) 내에 존재하게 된다. 다른 실시예들에서, 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 라이너 막(435)을 완전히 관통하고, 제1 방향(D1)으로 더 연장되어 제2 배선 층(436)의 제2 패드 절연체(437) 내부까지 연장될 수 있다. 즉, 제2 더미 접합 라인(434)의 제1 면(434a)은 제2 패드 절연체(437) 내에 존재할 수 있다. 즉 일부 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(434)은 복수의 제2 접합 라인(433)보다 접합 계면(420)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 깊게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 더미 접합 라인(434)은 복수의 제2 접합 라인(433)보다 접합 계면(420)을 기준으로 제1 방향(D1)으로의 깊이가 더 얕게 형성될 수 있다. The second
제1 더미 접합 라인(414)은 제1 배선 패드(418)와 접촉하는 반면 제2 더미 접합 라인(434)은 제2 배선 패드(438)는 접촉하지 않을 수 있다. 따라서 제1 배선 층(416)의 제1 배선 패드(418)와 제2 배선 층(436)의 제2 배선 패드(438)는 서로 대칭적이지 않은 모양으로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 패드(418)와 제2 배선 패드(438)의 개수가 같을 수 있지만, 이는 제1 배선 패드(418)와 제2 배선 패드(438)에 연결된 제1 및 제2 접합 라인(413, 433)의 개수와 접합 라인의 종류, 즉 제1 및 제2 접합 라인인지 또는 제1 및 제2 더미 접합 라인인지가 같은 것을 의미하지는 않는다. 일부 실시예에서, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(418)와 제2 배선 패드(438)는 서로 오버랩되지 않을 수 있다. The first
도 8을 참조하면, 제1 및 제2 더미 접합 라인(514, 534)은 하나 이상일 수 있다. 하나 이상의 제1 및 제2 더미 접합 라인(514, 534) 중 일부는 제1 및 제2 배선 패드(518, 538)에 연결된 더미 접합 라인일 수 있고, 나머지 일부는 제1 및 제2 배선 패드(518, 538)에 연결되지 않은 더미 접합 라인일 수 있다. 즉 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(514)의 제1 면(514a)은 제1 배선 패드(518)에 물리적으로 연결될 수 있고, 다른 제1 더미 접합 라인(514)의 제1 면(514a)은 제1 패드 절연체(517)에 물리적으로 연결될 수 있다. 제1 또는 제2 더미 접합 라인(514, 534)이 제1 또는 제2 배선 패드(518, 538)에 물리적으로 연결되어 있어도 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(514)의 제1 면(514a)이 제1 배선 패드(518)에 물리적으로 연결되어 있다면, 그 제1 더미 접합 라인(514)과 제 2면(534b)을 통해 접촉하는 제2 더미 접합 라인(534)의 제1 면(534a)은 제2 배선 패드(538)에 물리적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 어떤 제2 더미 접합 라인(534)의 제1 면(534a)이 제2 배선 패드(538)에 물리적으로 연결되어 있다면, 그 제2 더미 접합 라인(534)과 제2 면(514b)을 통해 접촉하는 제1 더미 접합 라인(514)의 제1 면(514a)은 제1 배선 패드(518)에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(514)의 제1 면(514a)이 제1 배선 패드(518)에 물리적으로 연결되어 있지 않다면, 그 제1 더미 접합 라인(514)과 제 2면(534b)을 통해 접촉하는 제2 더미 접합 라인(534)의 제1 면(534a)은 제2 배선 패드(538)에 물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 마찬가지로 어떤 제2 더미 접합 라인(534)의 제1 면(534a)이 제2 배선 패드(538)에 물리적으로 연결되어 있다면, 그 제2 더미 접합 라인(534)과 제2 면(514b)을 통해 접촉하는 제1 더미 접합 라인(514)의 제 1면(514a)은 제1 배선 패드에 물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 이 경우 제1 배선 패드(518)와 제2 배선 패드(538)는 접합 계면(520)을 기준으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 즉, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(518)와 제2 배선 패드(538)는 서로 오버랩 될 수 있다. Referring to FIG. 8, there may be one or more first and second
도 9를 참조하면, 제1 및 제2 더미 접합 라인(614, 634)은 하나 이상일 수 있다. 하나 이상의 제1 및 제2 더미 접합 라인(614, 634) 중 일부는 제1 및 제2 배선 패드(618, 638)에 연결된 더미 접합 라인일 수 있고, 나머지 일부는 제1 및 제2 배선 패드(618, 638)에 연결되지 않은 더미 접합 라인일 수 있다. 즉 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(614)의 제1 면(614a)은 제1 배선 패드(618)에 물리적으로 연결될 수 있고, 제1 더미 접합 라인(614)의 제1 면(614a)은 제1 패드 절연체(617)에 물리적으로 연결될 수 있다. 다만 도 8과 달리 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(614)의 제1 면(614a)이 제1 배선 패드(618)에 물리적으로 연결되어 있더라도, 그 제1 더미 접합 라인(614)과 제 2면(634b)을 통해 접촉하는 제2 더미 접합 라인(634)의 제1 면(634a)은 제2 배선 패드(638)에 물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 마찬가지로, 어떤 제2 더미 접합 라인(634)의 제1 면(634a)이 제2 배선 패드(638)에 물리적으로 연결되어 있지 않더라도, 그 제2 더미 접합 라인(634)과 제 2면(614b)을 통해 접촉하는 제1 더미 접합 라인(614)의 제1 면(614a)은 제1 배선 패드(618)에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 제1 더미 접합 라인(614)의 제1 면(614a)이 제1 배선 패드(618)에 물리적으로 연결되어 있지 않다면, 그 제1 더미 접합 라인(614)과 제 2면(634b)을 통해 접촉하는 제2 더미 접합 라인(634)의 제1 면(634a)은 제2 배선 패드(638)에 물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 이 경우 제1 배선 패드(618)와 제2 배선 패드(638)는 접합 계면(620)을 기준으로 서로 대칭되지 않게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(618)와 제2 배선 패드(638)는 서로 오버랩되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 9, there may be one or more first and second
도 10을 참조하면, 도 8을 참조하여 설명한 것과 유사하게 어떤 제1 더미 접합 라인(714)의 제1 면(714a)이 제1 배선 패드(718)에 물리적으로 연결되어 있다면, 그 제1 더미 접합 라인(714)과 제 2면(734b)을 통해 맞닿는 제2 더미 접합 라인(734)의 제1 면(734a)은 제2 배선 패드(738)에 물리적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 어떤 제1 더미 접합 라인(714)의 제1 면(714a)이 제1 배선 패드(718)에 물리적으로 연결되어 있지 않다면, 그 제1 더미 접합 라인(714)과 제 2면(734b)을 통해 접촉하는 제2 더미 접합 라인(734)의 제1 면(734a)은 제2 배선 패드(738)에 물리적으로 연결되지 않을 수 있다. 이 경우 제1 배선 패드(718)와 제2 배선 패드(738)는 접합 계면(720)을 기준으로 서로 대칭되지 않게 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 평면적 관점에서 제1 배선 패드(718)와 제2 배선 패드(738)는 서로 오버랩되지 않을 수 있다.Referring to FIG. 10, if the
도 11 및 도 12를 참조하면, 접합 계면(820)에서 제1 반도체 구조체(810)와 제2 반도체 구조체(830)는 서로 미스얼라인(misaligned)될 수 있다. 특히, 제1 접합 라인(813)이 접합 계면(820)에서 제2 접합 라인(833)과 미스얼라인 될 수 있다. 다시 말해, 제1 접합 라인(813)의 제2 면(813b)과 제2 접합 라인(833)의 제2 면(833b)이 접합 계면(820)에서 접촉할 때에 서로 어긋난 부분이 있을 수 있다. 즉, 제1 접합 라인(813)의 제2 면(813b)의 모든 면적이 제2 접합 라인(833)의 제2 면(833b)의 모든 면적과 접촉하는 것이 아니라, 제1 접합 라인(813)의 제2 면(813b)의 일부 면적은 제2 접합 라인(833)의 제2 면(833b)의 일부 면적과 접촉하지 않을 수 있다. 마찬가지로, 제2 접합 라인(833)의 제2 면(833b)의 일부 면적은 제1 접합 라인(813)의 제2 면(813b)의 일부 면적과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 접합 라인(813)과 제2 접합 라인(833)은 평면적 관점에서 오버랩되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 접합 라인(813)의 중심선은 제2 접합 라인(833)의 중심선과 일치하지 않을 수 있다. Referring to FIGS. 11 and 12 , the
일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(814)이 접합 계면(820)에서 제2 더미 접합 라인(834)과 미스얼라인 될 수 있다. 다시 말해, 제1 더미 접합 라인(814)의 제2 면(814b)과 제2 더미 접합 라인(834)의 제2 면(834b)이 접합 계면(820)에서 접촉할 때에 서로 어긋난 부분이 있을 수 있다. 즉, 제1 더미 접합 라인(814)의 제2 면(814b)의 모든 면적이 제2 더미 접합 라인(834)의 제2 면(834b)의 모든 면적과 접촉하는 것이 아니라, 제1 더미 접합 라인(814)의 제2 면(814b)의 일부 면적은 제2 더미 접합 라인(834)의 제2 면(834b)의 일부 면적과 접촉하지 않을 수 있다. 마찬가지로, 제2 더미 접합 라인(834)의 제2 면(834b)의 일부 면적은 제1 더미 접합 라인(814)의 제2 면(814b)의 일부 면적과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(814)과 제2 더미 접합 라인(834)은 평면적 관점에서 오버랩되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 더미 접합 라인(814)의 중심선은 제2 더미 접합 라인(834)의 중심선과 일치하지 않을 수 있다. In some embodiments, the first
한편, 도 11에 도시된 것과 같이 제1 배선 층(816)의 제1 배선 패드(818)와 제2 배선 층(836)의 제2 배선 패드(838)는 접합 계면(820)을 중심으로 서로 대칭되지 않게 형성될 수 있다. 즉, 제1 배선 패드(818)와 제2 배선 패드(838)는 평면적 관점에서 서로 오버랩되지 않을 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 11, the
다른 실시예들에서, 도 12에 도시된 것과 같이, 제1 배선 층(816)의 제1 배선 패드(818)와 제2 배선 층(836)의 제2 배선 패드(838)는 접합 계면(820)을 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 즉, 제1 배선 패드(818)와 제2 배선 패드(838)는 평면적 관점에서 서로 오버랩 될 수 있다. In other embodiments, as shown in FIG. 12, the
도 13a 내지 도 13d는 도 5에 따른 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자의 일부분의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. FIGS. 13A to 13D are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a portion of a non-volatile memory device according to an exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 5 . 14A to 14D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a portion of a non-volatile memory device according to exemplary embodiments of the present invention.
도 13a 내지 도 13d에 의해 제조되는 비휘발성 메모리 소자의 일 실시예는 도 5에 도시된 비휘발성 메모리 소자(200)일 수 있다. 이하에서 이의 제조 방법을 설명하겠다. An example of the non-volatile memory device manufactured according to FIGS. 13A to 13D may be the
도 13a를 참조하면, 제1 소자 층(219)은 기판(미도시) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 소자 층(219)은, 포토리소그래피, 건식/습식 에칭, 박막 증착, 열 성장, 이온 주입, CMP 및 기타 적합한 공정을 포함하지만 이에 한정되지 않는 복수의 공정에 의해 기판 상에 형성된 복수의 트랜지스터(도시되지 않음)를 포함하는 주변 소자 층일 수 있다. Referring to FIG. 13A, the
일부 실시예에서, 제1 소자 층(219)은 각각 기판 상에 형성된 메모리 스택(도시되지 않음)을 통해 수직으로 연장되는 복수의 NAND 메모리 스트링(도시되지 않음)을 포함하는 메모리 어레이 소자 층일 수 있다. 메모리 스택을 형성하기 위해, 희생 층(예: 실리콘 질화물) 및 유전층(예: 실리콘 산화물)의 교번 스택(alternating stack)을 포함하는 유전체 스택은 CVD, 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD), 원자 층 증착(atomic layer deposition, ALD) 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 기판 상에 형성될 수 있다. 그 다음, 메모리 스택은 게이트 교체 공정, 즉 유전체 스택 내의 희생 층을 도체 층으로 교체함으로써 기판 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, NAND 메모리 스트링을 형성하기 위한 제조 공정은 유전체 스택을 통해 수직으로 연장되는 반도체 채널을 형성하는 것과, 반도체 채널과 유전체 스택 사이에 터널링 계층, 저장 계층 및 차단 계층을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 복합 유전체 층(메모리 필름)을 형성하는 것을 포함한다. 반도체 채널 및 메모리 필름은 ALD, CVD, PVD, 기타 적합한 공정 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 될 수 있다.In some embodiments, the
다음으로, 제1 배선 층(216)은 제1 소자 층(219) 상에 형성된다. 제1 배선 층(216)은 제1 패드 절연체(217) 및 복수의 제1 배선 패드(218)를 포함하여, 제1 소자 층(219)과 전기적 연결을 할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 층(216)은 다수의 공정에 의해 내부에 형성되는 제1 패드 절연체(217) 및 복수의 제1 배선 패드(218)를 포함한다. 예를 들어, 복수의 제1 배선 패드(218)는 CVD, PVD, ALD, 전기화학적 증착 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 증착되는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 제1 패드 절연체(217)는 CVD, PVD, ALD 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 증착되는 유전체 재료를 포함할 수 있다.Next, the
도 13b 및 도 13c를 참조하여, 제1 라이너 막(215)을 제1 배선 층(216) 상에 형성한다. 제1 라이너 막(215) 상에 제1 접합 층(211)을 형성한다. 13B and 13C, a
우선 제1 라이너 막(215) 상에 제1 접합 절연체(212)를 도포(deposition)한다. 제1 접합 절연체(212)는 CVD, PVD, ALD, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 박막 증착 공정에 의해 제1 라이너 막(215)의 상단 표면 상에 증착된다. 이후 접착제의 역할을 할 수 있도록 접합 계면 층(222)을 형성한다. 일부 실시예에서, 접합 계면 층(222)은 SiCN을 포함할 수 있다. First, the
제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 제1 접합 절연체(212)내에 형성되어 제1 배선 층(216) 및 제1 소자 층(219) 위에 제1 접합 층(211)을 형성한다. 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 단 하나의 포토리소그래피 공정을 포함하는 단일 패터닝 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 마스크(포토 레지스트 및/또는 하드 마스크)는 단일 패터닝 공정에 의해 패터닝되어 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)이 형성될 영역에서 접합 계면 층(222)을 노출시킨다. 그 후, 건식 에칭 및/또는 습식 에칭을 사용해 접합 계면 층(222), 제1 접합 절연체(212), 제1 라이너 막(215)을 한번에 식각하여 제1 접합 라인 트렌치(213T) 및 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)를 형성한다. 제1 접합 라인 트렌치(213T)에 의해 제1 배선 층(216)의 제1 배선 패드(218)가 노출될 수 있다. 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)에 의해 제1 배선 층(216)의 제1 패드 절연체(217)가 노출될 수 있다. 전술한 것처럼, 제1 배선 패드(218)와 제1 패드 절연체(217)를 이루는 물질의 식각비 차이에 따라서 제1 접합 라인 트렌치(213T) 및 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)의 제1 방향(D1)으로의 깊이는 달라질 수 있다. The
도 13c를 참조하면, 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 각각 제1 접합 라인 트렌치(213T) 및 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)를 채우기 위해, CVD, PVD, ALD, 전기 화학적 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 차례로 후속하여 증착되는 장벽/접착 층(barrier/adhesion layer) 및 도체(예: 금속)를 포함할 수 있다. 과잉 도체(excess conductor)는 CMP에 의해 제거될 수 있고, 제1 접합 층(211)의 상단 표면은 접합을 위해 평탄화될 수 있다. Referring to Figure 13c, the
제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 싱글 다마신 공정, 즉 하나의 패터닝 공정, 하나의 에칭 공정 등을 통해 형성되기 때문에 실질적으로 동일한 수평 폭을 가질 수 있다. 또한, 제1 방향(D1)을 따라 일정한 수평 폭을 가질 수 있다. 하지만 공정 상 문제로 완전히 동일하지 않은 수평 폭을 가지거나 수평 폭이 제 1방향을 따라 변화할 수 있다. 수평 폭이 제 1방향을 따라 변화하는 경우에 그 변화는 연속적으로 일어날 수 있다. 즉, 수평 폭이 비연속적으로 변화하지 않을 수 있다. 일부 실시예에서 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)의 단면의 옆면은 굴곡부를 가지지 않는다. Since the
제1 접합 층(211)이 형성된 후에는, 같은 과정을 반복하여 제2 반도체 구조체(230)를 형성한다. 즉, 기판 상에 제2 소자 층(239)을 형성하고, 제2 소자 층(239) 상에 제2 배선 층(236)을 형성한다. 제2 배선 층(236)은 제2 패드 절연체(237) 및 제2 배선 패드(238)를 포함할 수 있다. 제2 배선 층(236) 상에는 제2 라이너 막(235)을 형성한다. 제2 라이너 막(235) 상에는 제2 접합 층(231)을 형성하기 위해, 제2 접합 절연체(232)를 도포하고, 제2 접합 절연체(232) 상에는 접착제의 역할을 할 수 있는 접합 계면 층(222)을 형성한다. 이후, 싱글 다마신 공정을 통하여 제2 접합 라인 트렌치 및 제2 더미 접합 라인 트렌치를 형성하고, 이를 CVD, PVD, ALD, 전기 화학적 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 차례로 후속하여 증착되는 장벽/접착 층(barrier/adhesion layer) 및 도체(예: 금속) 등의 물질로 채워 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)을 형성한다. After the
도 13d를 참조하면, 제2 반도체 구조체(230)는 거꾸로 뒤집힌다. 아래를 향하는 제2 접합 층(231)이 위를 향하는 제1 접합 층(211)이 대면한다. 일부 실시예에서, 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 하이브리드 접합 전에 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)과 정렬되어, 각각의 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 하이브리드 접합 후 접합 계면(220)에서 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)각각과 접촉한다. 일부 실시예에 따르면, 처리 공정(treatment process), 예컨대, 플라즈마 처리, 습식 처리 및/또는 열 처리가 하이브리드 접합 전에 접합 표면에 적용된다. 하이브리드 접합의 결과로서, 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)은 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)과 상호 혼합(inter-mixed)될 수 있으며, 접합 계면 층(222)이 형성될 수 있다. 접합 계면 층(222)은 서로 같은 물질로 구성된 제1 반도체 구조체(210)의 접합 계면 층의 일부와, 제2 반도체 구조체(230)의 접합 계면 층의 일부가 공유 결합되어 형성할 수 있으며, 이에 따라 제1 접합 층(211)과 제2 접합 층(231) 사이에 접합 계면을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13D, the
도 14a 내지 도 14d에 따라 비휘발성 메모리 소자의 다른 실시예를 제조할 수 있다. Another embodiment of a non-volatile memory device can be manufactured according to FIGS. 14A to 14D.
도 14a를 참조하면, 제1 소자 층(219)은 기판(미도시) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 소자 층(219)은 주변 소자 층일 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 소자 층(219)은 NAND 메모리 스트링(도시되지 않음)을 포함하는 메모리 어레이 소자 층일 수 있다. Referring to FIG. 14A, the
다음으로, 제1 배선 층(216)은 제1 소자 층(219) 위에 형성된다. 제1 배선 층(216)은 제1 패드 절연체(217) 및 복수의 제1 배선 패드(218)를 포함하여, 제1 소자 층(219)과 전기적 연결을 할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 배선 층(216)은 다수의 공정에 의해 내부에 형성되는 제1 패드 절연체(217) 및 복수의 제1 배선 패드(218)를 포함한다.Next, the
도 13a 내지 도 13d를 통해 설명한 것과 달리, 도 14a 내지 도 14d를 통해 제조되는 비휘발성 메모리 소자에서는 제1 배선 층(216) 상에 제1 접합 층(211)을 형성하기 위해 제1 접합 계면 층(222a)을 형성한다. 제1 접합 계면 층(222a)은 전술된 접합 계면 층(222)을 구성하는 SiCN을 포함할 수 있다. 즉, 제1 라이너 막(215, 도 13a), 제1 접합 절연체(212, 도 13a) 및 제1 접합 계면 층(222, 도 13a)를 차례로 도포하는 것 대신 단일 층인 제1 접합 계면 층(222a)을 형성해 공정 과정을 단순화 한 것이다.Unlike what is explained with FIGS. 13A to 13D, in the non-volatile memory device manufactured with FIGS. 14A to 14D, a first bonding interface layer is used to form the
도 14b 내지 도 14d의 과정은 도 13b 내지 도 13d를 통해 설명한 바와 유사하다. 도 13b에서 제1 라이너 막(215, 도 13a), 제1 접합 절연체(212, 도 13a) 및 제1 접합 계면 층(222, 도 13a)를 한 번에 식각하여 제1 접합 라인 트렌치(213T) 및 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)를 형성한 것 대신, 도 14b에서는 단일 층인 제1 접합 계면 층(222a)을 식각하여 제1 접합 라인 트렌치(213T) 및 제1 더미 접합 라인 트렌치(214T)를 형성할 수 있다. 이후에 CVD, PVD, ALD, 전기 화학적 증착, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는 하나 이상의 박막 증착 공정에 의해 차례로 후속하여 증착되는 장벽/접착 층(barrier/adhesion layer) 및 도체(예: 금속) 등의 물질로 채워 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)을 형성한다. The process of FIGS. 14B to 14D is similar to that described in FIGS. 13B to 13D. In FIG. 13B, the first liner film 215 (FIG. 13A), the first bond insulator 212 (FIG. 13A), and the first bond interface layer 222 (FIG. 13A) are etched at once to form a first
같은 방법으로 제2 반도체 구조체(230)를 형성하고, 제1 접합 라인(213) 및 제1 더미 접합 라인(214)을 제2 접합 라인(233) 및 제2 더미 접합 라인(234)과 정렬시키고, 접합하여 접합 계면(220)을 형성한다. Forming the
도 15는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 메모리 시스템을 개략적으로 나타나는 도면이다. 도 16은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함하는 메모리 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 17은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다. Figure 15 is a diagram schematically showing a memory system including non-volatile memory elements according to example embodiments of the present invention. Figure 16 is a perspective view schematically showing a memory system including non-volatile memory elements according to example embodiments of the present invention. 17 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to example embodiments of the present invention.
도 15를 참조하면, 메모리 시스템(1000)은 하나 이상의 메모리 소자(1100), 및 메모리 소자(1100)와 전기적으로 연결되는 메모리 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다. 메모리 시스템(1000)은 예를 들어 적어도 하나의 메모리 소자(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. 15 , the
메모리 소자(1100)는 비휘발성 메모리 소자일 수 있다. 예를 들어, 메모리 소자(1100)는 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 비휘발성 메모리 소자(100 내지 900) 중 하나, 또는 이들의 조합을 포함하는 NAND 플래시 메모리 소자일 수 있다. 메모리 소자(1100)는 제1 구조체(1100F) 및 제1 구조체(1100F) 상의 제2 구조체(1100S)를 포함할 수 있다. 제1 구조체(1100F)는 도 4에 도시된 제1 구조체(S1)에 대응할 수 있다. 도 4에 도시된 주변 회로(PC)는 로우 디코더(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함할 수 있다. The
제2 구조체(1100S)는 도 4에 도시된 제2 구조체(S2)에 대응할 수 있다. 제2 구조체(1100S)는 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 복수의 워드 라인(WL), 제1 및 제2 스트링 선택 라인(UL1, UL2), 제1 및 제2 접지 선택 라인(LL1, LL2), 및 비트 라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 있는 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)을 포함할 수 있다. The
제2 구조체(1100S)에서, 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)은 각각 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 접지 선택 트랜지스터(LT1, LT2), 비트 라인(BL)에 인접하는 스트링 선택 트랜지스터(UT1, UT2), 및 접지 선택 트랜지스터(LT1, LT2)와 스트링 선택 트랜지스터(UT1, UT2)와의 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)를 포함할 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(LT1, LT2)의 개수와 스트링 선택 트랜지스터(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. In the
예시적인 실시예들에서, 복수의 접지 선택 라인(LL1, LL2)은 각각 하부 트랜지스터(LT1, LT2)의 게이트 전극에 연결될 수 있다. 워드 라인(WL)은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)의 게이트 전극에 연결될 수 있다. 복수의 스트링 선택 라인(UL1, UL2)은 각각 스트링 선택 트랜지스터(UT1, UT2)의 게이트 전극에 연결될 수 있다. In example embodiments, the plurality of ground selection lines LL1 and LL2 may be connected to gate electrodes of the lower transistors LT1 and LT2, respectively. The word line (WL) may be connected to the gate electrode of the memory cell transistor (MCT). The plurality of string selection lines UL1 and UL2 may be connected to the gate electrodes of the string selection transistors UT1 and UT2, respectively.
공통 소스 라인(CSL), 복수의 접지 선택 라인(LL1, LL2), 복수의 워드 라인(WL), 및 복수의 스트링 선택 라인(UL1, UL2)은 로우 디코더(1110)에 연결될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)은 페이지 버퍼(1120)에 전기적으로 연결될 수 있다.A common source line (CSL), a plurality of ground selection lines (LL1 and LL2), a plurality of word lines (WL), and a plurality of string selection lines (UL1 and UL2) may be connected to the
메모리 소자(1100)는 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결되는 외부 연결 패드(1101)를 통해, 메모리 컨트롤러(1200)와 통신할 수 있다. 외부 연결 패드(1101)는 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결될 수 있다. The
메모리 컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), NAND 컨트롤러(1220), 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 시스템(1000)은 복수의 메모리 소자(1100)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 메모리 컨트롤러(1200)는 복수의 메모리 소자(1100)를 제어할 수 있다.The
프로세서(1210)는 메모리 컨트롤러(1200)를 포함한 메모리 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, NAND 컨트롤러(1220)를 제어하여 메모리 소자(1100)에 엑세스할 수 있다. NAND 컨트롤러(1220)는 메모리 소자(1100)와의 통신을 처리하는 NAND 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. NAND 인터페이스(1221)를 통해, 메모리 소자(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 메모리 소자(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 메모리 소자(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)로부터 읽어오고자 하는 데이터 등이 전송될 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)는 메모리 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 메모리 소자(1100)를 제어할 수 있다. The
도 16을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 메모리 시스템(2000)은 메인 기판(2001), 메인 기판(2001)에 실장되는 메모리 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003), 및 DRAM(2004)을 포함할 수 있다. 반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)은 메인 기판(2001) 상에 형성되는 복수의 배선 패턴(2005)에 의해 메모리 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 16, 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, 메모리 시스템(2000)과 상기 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 메모리 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, 메모리 시스템(2000)은 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 메모리 시스템(2000)은 상기 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 메모리 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다. The
메모리 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(2003)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 메모리 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. 메모리 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. 메모리 시스템(2000)에 DRAM(2004)이 포함되는 경우, 메모리 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)를 제어하기 위한 NAND 컨트롤러 외에 DRAM(2004)을 제어하기 위한 DRAM 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.DRAM (2004) may be a buffer memory to alleviate the speed difference between the semiconductor package (2003), which is a data storage space, and an external host. The
반도체 패키지(2003)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)는 각각 복수의 반도체 칩(2200)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b) 각각은, 패키지 기판(2100), 패키지 기판(2100) 상의 복수의 반도체 칩(2200), 복수의 반도체 칩(2200) 각각의 하면에 배치되는 접착층(2300), 복수의 반도체 칩(2200)과 패키지 기판(2100)을 전기적으로 연결하는 연결 구조체(2400), 및 패키지 기판(2100) 상에서 복수의 반도체 칩(2200) 및 연결 구조체(2400)를 덮는 몰딩층(2500)을 포함할 수 있다. The
패키지 기판(2100)은 복수의 패키지 상부 패드(2130)를 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 각각 입출력 패드(2210)를 포함할 수 있다. 입출력 패드(2210)는 도 4a 및 도 5b의 입출력 패드(294) 또는 외부 연결 패드(296)에 해당할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200) 각각은 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 비휘발성 메모리 소자(100 내지 900) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
예시적인 실시예들에서, 연결 구조체(2400)는 입출력 패드(2210)와 패키지 상부 패드(2130)를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어일 수 있다. 따라서 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2100)의 패키지 상부 패드(2130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조체(2400) 대신에, TSV(through silicon via)를 을 포함하는 연결 구조체에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. In example embodiments, the
예시적인 실시예들에서, 메모리 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 메모리 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 실장되고, 상기 인터포저 기판 상에 형성되는 배선에 의해 메모리 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 서로 연결될 수도 있다.In example embodiments, the
도 17을 참조하면, 반도체 패키지(2003)에서, 패키지 기판(2100)은 인쇄회로 기판일 수 있다. 패키지 기판(2100)은 패키지 기판 바디부(2120), 패키지 기판 바디부(2120)의 상면에 배치되는 복수의 패키지 상부 패드(2130), 패키지 기판 바디부(2120)의 하면에 배치되거나 하면을 통해 노출되는 복수의 하부 패드(2125), 및 패키지 기판 바디부(2120) 내부에서 복수의 상부 패드(2130, 도 10 참조)와 복수의 하부 패드(2125)를 전기적으로 연결하는 복수의 내부 배선(2135)을 포함할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 복수의 상부 패드(2130)는 복수의 연결 구조체(2400)와 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 하부 패드(2125)는 복수의 도전성 범프(2800)를 통해 도 16에 도시된 메모리 시스템(2000)의 메인 기판(2001) 상의 복수의 배선 패턴(2005)에 연결될 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200) 각각은 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한 비휘발성 메모리 소자(100 내지 900) 를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 17, in the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.Above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention. Change is possible.
100 내지 900: 비휘발성 메모리 소자, 210 내지 910: 제1 반도체 구조체, 230 내지 930: 제2 반도체 구조체, 211 내지 911: 제1 접합 층, 231 내지 913: 제2 접합 층, 212 내지 912: 제1 접합 절연체, 232 내지 932: 제2 접합 절연체, 213 내지 913: 제1 접합 라인, 233 내지 933: 제2 접합 라인, 214 내지 914: 제1 더미 접합 라인, 234 내지 934: 제2 더미 접합 라인, 215 내지 915: 제1 라이너 막, 235 내지 935: 제2 라이너 막, 216 내지 916: 제1 배선 층, 217 내지 917: 제1 패드 절연체, 218 내지 918: 제1 배선 패드, 238 내지 938: 제2 배선 패드, 219 내지 919: 제1 소자 층, 239 내지 939: 제2 소자 층, 220: 접합 계면100 to 900: non-volatile memory element, 210 to 910: first semiconductor structure, 230 to 930: second semiconductor structure, 211 to 911: first bonding layer, 231 to 913: second bonding layer, 212 to 912: first 1 junction insulator, 232 to 932: second junction insulator, 213 to 913: first junction line, 233 to 933: second junction line, 214 to 914: first dummy junction line, 234 to 934: second dummy junction line , 215 to 915: first liner film, 235 to 935: second liner film, 216 to 916: first wiring layer, 217 to 917: first pad insulator, 218 to 918: first wiring pad, 238 to 938: Second wiring pad, 219 to 919: first device layer, 239 to 939: second device layer, 220: junction interface
Claims (10)
상기 제1 반도체 구조체에 수직으로 적층되는 제2 반도체 구조체; 및
상기 제1 반도체 구조체와 상기 제2 반도체 구조체 사이의 접합 계면을 포함하고,
상기 제1 반도체 구조체는,
제1 접합 절연체, 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제1 접합 라인 및 상기 제1 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제1 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인을 포함하는 제1 접합 층;
복수의 제1 배선 패드가 배치된 제1 패드 절연체를 포함하고, 상기 제1 접합 층에 수직으로 적층되는 제1 배선 층; 및
상기 제1 접합 층과 상기 제1 배선 층 사이의 제1 라이너 막을 포함하고,
상기 복수의 제1 접합 라인은 상기 제1 배선 층과 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제1 접합 라인의 하면이 상기 복수의 제1 배선 패드와 접촉하고,
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인은 상기 제1 라이너 막을 수직으로 관통하고,
상기 제2 반도체 구조체는,
제2 접합 절연체, 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하는 복수의 제2 접합 라인 및 상기 제2 접합 절연체를 수직으로 관통하고 상기 복수의 제2 접합 라인과 수평으로 나란한 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인을 포함하며, 상기 제1 접합 층과 마주보는 제2 접합 층;
복수의 제2 배선 패드가 배치된 제2 패드 절연체를 포함하고, 상기 제2 접합 층에 수직으로 적층되는 제2 배선 층; 및
상기 제2 접합 층과 상기 제2 배선 층 사이의 제2 라이너 막을 포함하고,
상기 복수의 제2 접합 라인은 상기 제2 배선 층과 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고, 상기 복수의 제2 접합 라인의 상면이 상기 복수의 제2 배선 패드와 접촉하고,
상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인은 상기 제2 라이너 막을 수직으로 관통하고,
상기 복수의 제1 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 복수의 제2 접합 라인의 하면과 접촉하고,
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 상면은 상기 접합 계면에서 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 하면과 접촉하는 비휘발성 메모리 소자. a first semiconductor structure;
a second semiconductor structure vertically stacked on the first semiconductor structure; and
Comprising a junction interface between the first semiconductor structure and the second semiconductor structure,
The first semiconductor structure is,
A first bond insulator, a plurality of first bond lines vertically penetrating the first bond insulator, and at least one first dummy bond vertically penetrating the first bond insulator and horizontally parallel with the plurality of first bond lines. a first bonding layer comprising lines;
a first wiring layer including a first pad insulator on which a plurality of first wiring pads are disposed and vertically stacked on the first bonding layer; and
a first liner film between the first bonding layer and the first wiring layer,
The plurality of first bonding lines vertically penetrate the first wiring layer and the first liner film, and lower surfaces of the plurality of first bonding lines are in contact with the plurality of first wiring pads,
the at least one first dummy bond line passes vertically through the first liner membrane,
The second semiconductor structure is,
A second bond insulator, a plurality of second bond lines vertically penetrating the second bond insulator, and at least one second dummy bond vertically penetrating the second bond insulator and horizontally parallel with the plurality of second bond lines. a second bonding layer comprising a line and facing the first bonding layer;
a second wiring layer including a second pad insulator on which a plurality of second wiring pads are disposed and vertically stacked on the second bonding layer; and
a second liner film between the second bonding layer and the second wiring layer,
The plurality of second bonding lines vertically penetrate the second wiring layer and the second liner film, and the upper surface of the plurality of second bonding lines contacts the plurality of second wiring pads,
the at least one second dummy bond line vertically penetrating the second liner membrane,
The upper surface of the plurality of first bonding lines contacts the lower surface of the plurality of second bonding lines at the bonding interface,
A non-volatile memory device wherein an upper surface of the at least one first dummy bond line is in contact with a lower surface of the at least one second dummy bond line at the bonding interface.
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인 중 일부는 상기 복수의 제1 배선 패드와 접촉하지 않고,
상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인 중 일부는 상기 복수의 제2 배선 패드와 접촉하지 않는 비휘발성 메모리 소자. According to claim 1,
Some of the at least one first dummy bond line do not contact the plurality of first wiring pads,
A non-volatile memory device in which a portion of the at least one second dummy junction line does not contact the plurality of second wiring pads.
상기 복수의 제1 접합 라인의 수평 폭과 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 수평 폭은 실질적으로 동일하고,
상기 복수의 제2 접합 라인의 수평 폭과 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 수평 폭은 실질적으로 동일한 비휘발성 메모리 소자. According to claim 1,
The horizontal width of the plurality of first bonding lines and the horizontal width of the at least one first dummy bonding line are substantially the same,
A non-volatile memory device wherein the horizontal width of the plurality of second bond lines and the horizontal width of the at least one second dummy bond line are substantially equal.
상기 복수의 제1 접합 라인 및 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인은 제1 싱글 다마신 공정으로 형성되고,
상기 복수의 제2 접합 라인 및 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인은 제2 싱글 다마신 공정으로 형성되는 비휘발성 메모리 소자.According to claim 1,
The plurality of first bond lines and the at least one first dummy bond line are formed through a first single damascene process,
The plurality of second bond lines and the at least one second dummy bond line are formed through a second single damascene process.
상기 복수의 제1 접합 라인 및 상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 수평 폭은 테이퍼지고,
상기 복수의 제2 접합 라인 및 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 수평 폭은 역테이퍼지는 비휘발성 메모리 소자. According to claim 1,
A horizontal width of the plurality of first bond lines and the at least one first dummy bond line is tapered,
A non-volatile memory device wherein the horizontal width of the plurality of second bond lines and the at least one second dummy bond line is reverse tapered.
상기 복수의 제1 접합 라인의 상기 상면의 일부는 상기 접합 계면에서 상기 복수의 제2 접합 라인의 상기 하면과 접촉하지 않는 비휘발성 메모리 소자.According to claim 1,
A non-volatile memory device wherein a portion of the upper surface of the plurality of first bonding lines does not contact the lower surface of the plurality of second bonding lines at the bonding interface.
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 제2 면의 일부분은 상기 접합 계면에서 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 제2 면과 접촉하지 않는 메모리 소자.According to claim 1,
A memory device wherein a portion of a second surface of the at least one first dummy bond line does not contact a second surface of the at least one second dummy bond line at the bonding interface.
상기 비휘발성 메모리 소자는 NAND 메모리 스트링(memory string)을 갖고 상기 제1 배선 층에 수직으로 적층되는 제1 소자 층; 및
주변 소자를 갖고 상기 제2 배선 층에 수직으로 적층되는 제2 소자 층을 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인은 상기 NAND 메모리 스트링에 전기적으로 연결되지 않고,
상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인은 상기 주변 소자에 전기적으로 연결되지 않는 비휘발성 메모리 소자. According to claim 1,
The non-volatile memory device includes: a first device layer having a NAND memory string and vertically stacked on the first wiring layer; and
It further includes a second element layer having peripheral elements and being stacked perpendicularly to the second wiring layer,
the at least one first dummy junction line is not electrically connected to the NAND memory string,
A non-volatile memory device wherein the at least one second dummy junction line is not electrically connected to the peripheral device.
상기 제1 접합 층과 상기 제1 라이너 막 사이의 경계면 및 상기 제2 접합 층과 상기 제2 라이너 막 사이의 경계면을 포함하는 비휘발성 메모리 소자. According to claim 1,
A non-volatile memory device comprising an interface between the first bonding layer and the first liner film and an interface between the second bonding layer and the second liner film.
상기 복수의 제1 접합 라인의 개수는 상기 복수의 제2 접합 라인의 개수와 동일하고,
상기 적어도 하나의 제1 더미 접합 라인의 개수는 상기 적어도 하나의 제2 더미 접합 라인의 개수와 동일한 비휘발성 메모리 소자.According to claim 1,
The number of the plurality of first bonding lines is equal to the number of the plurality of second bonding lines,
A non-volatile memory device wherein the number of the at least one first dummy junction line is equal to the number of the at least one second dummy junction line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220041911A KR20230143067A (en) | 2022-04-04 | 2022-04-04 | Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220041911A KR20230143067A (en) | 2022-04-04 | 2022-04-04 | Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230143067A true KR20230143067A (en) | 2023-10-11 |
Family
ID=88295451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220041911A KR20230143067A (en) | 2022-04-04 | 2022-04-04 | Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230143067A (en) |
-
2022
- 2022-04-04 KR KR1020220041911A patent/KR20230143067A/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11784178B2 (en) | Semiconductor memory device and manufacturing method of semiconductor memory device | |
KR20220042932A (en) | Semiconductor device and electronic system | |
US11956965B2 (en) | Memory device and electronic system including the same | |
US11967574B2 (en) | Memory device and data storage system including the same | |
US20220181284A1 (en) | Integrated circuit device and electronic system including same | |
US20230171964A1 (en) | Nonvolatile memory device | |
US20220344361A1 (en) | Semiconductor devices and electronic systems including the same | |
KR20230143067A (en) | Nonvolatile memory device and Method for Manufacturing the same | |
KR20220162471A (en) | Semiconductor device and electronic system | |
KR20220040846A (en) | Integrated circuit device and electronic system having the same | |
US20240090240A1 (en) | Integrated circuit device | |
KR20230055284A (en) | Nonvolatile memory device, method of manufacturing the same, and memory system comprising the same | |
US20240038660A1 (en) | Semiconductor device and electronic system including the same | |
US20240079323A1 (en) | Semiconductor devices and data storage systems including the same | |
US11935597B2 (en) | Semiconductor device and data storage system including the same | |
US20240099012A1 (en) | Semiconductor device and electronic system including the same | |
US20240170067A1 (en) | Semiconductor device and electronic system including the same | |
US20230240076A1 (en) | Semiconductor device and semiconductor package including the same | |
US20220173060A1 (en) | Nonvolatile memory devices and data storage systems including the same | |
US20230422527A1 (en) | Integrated circuit device and electronic system including the same | |
US20230369212A1 (en) | Nonvolatile memory device and system comprising the same | |
US20240081062A1 (en) | Semiconductor memory device and electronic system including the same | |
KR20220143789A (en) | Three-dimensional semiconductor memory device and electronic system including the same | |
KR20240022910A (en) | Semiconductor device and electronica system including the same | |
KR20220013949A (en) | Semiconductor devices and data storage systems including the same |