KR20230163317A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 개시는 반도체 장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 반도체 장치는 기판, 상기 기판에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체, 및 상기 적층 구조체의 일측에 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 비트 라인을 포함하고, 상기 복수의 층들은, 상기 기판과 나란한 제1 방향으로 연장되는 워드 라인, 채널막, 및 상기 채널막과 전기적으로 연결되는 데이터 저장 요소를 포함하고, 상기 채널막은, 상기 기판에 수직한 방향으로 인접한 워드 라인들의 마주보는 면들을 덮고, 상기 인접한 워드 라인들 사이에서 상기 비트 라인과 접촉하고, 상기 워드 라인의 측면과, 상기 데이터 저장 요소의 상기 비트 라인으로부터 멀어지는 제2 방향으로 연장되는 면을 따라 연장된다.The present disclosure relates to a semiconductor device, and the semiconductor device according to one embodiment includes a substrate, a stacked structure including a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the substrate, and on one side of the stacked structure in a direction perpendicular to the substrate. and a bit line extending to, wherein the plurality of layers include a word line extending in a first direction parallel to the substrate, a channel layer, and a data storage element electrically connected to the channel layer, and the channel layer includes , covering opposing sides of adjacent word lines in a direction perpendicular to the substrate, contacting the bit line between the adjacent word lines, and facing a side of the word line and away from the bit line of the data storage element. It extends along a surface extending in two directions.
Description
본 개시는 반도체 장치에 관한 것이다.This disclosure relates to semiconductor devices.
반도체 장치의 집적도를 증가시키기 위한 기술이 요구되고 있다. 2차원 반도체 장치의 경우, 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 집적도가 결정되며, 이러한 측면의 집적도는 미세 패턴 형성 기술의 수준에 좌우될 수 있다.Technology to increase the integration of semiconductor devices is required. In the case of two-dimensional semiconductor devices, the degree of integration is mainly determined by the area occupied by a unit memory cell, and the degree of integration in this aspect may depend on the level of fine pattern formation technology.
그러나, 미세 패턴 형성 기술의 경우 고가의 장비들을 필요로 하므로, 2차원 반도체 장치의 집적도가 증가하고 있긴 하나 여전히 제한적이다. 이에 따라, 3차원으로 배열된 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 메모리 장치들이 제안되고 있다.However, fine pattern formation technology requires expensive equipment, so although the integration of two-dimensional semiconductor devices is increasing, it is still limited. Accordingly, three-dimensional semiconductor memory devices including memory cells arranged in three dimensions have been proposed.
실시예들은 누설 전류를 감소시켜 동작 특성을 개선할 수 있는 반도체 장치를 제공하기 위한 것이다.Embodiments are intended to provide a semiconductor device that can improve operating characteristics by reducing leakage current.
일 실시예에 따른 반도체 장치는 기판, 상기 기판에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체, 및 상기 적층 구조체의 일측에 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 비트 라인을 포함하고, 상기 복수의 층들은, 상기 기판과 나란한 제1 방향으로 연장되는 워드 라인, 채널막, 및 상기 채널막과 전기적으로 연결되는 데이터 저장 요소를 포함하고, 상기 채널막은, 상기 기판에 수직한 방향으로 인접한 워드 라인들의 마주보는 면들을 덮고, 상기 인접한 워드 라인들 사이에서 상기 비트 라인과 접촉하고, 상기 워드 라인의 측면과, 상기 데이터 저장 요소의 상기 비트 라인으로부터 멀어지는 제2 방향으로 연장되는 면을 따라 연장된다.A semiconductor device according to an embodiment includes a substrate, a stacked structure including a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the substrate, and a bit line extending in a direction perpendicular to the substrate on one side of the stacked structure, The plurality of layers include a word line extending in a first direction parallel to the substrate, a channel layer, and a data storage element electrically connected to the channel layer, and the channel layer is adjacent to the substrate in a direction perpendicular to the substrate. covering opposing sides of word lines, contacting the bit line between adjacent word lines, and extending along a side of the word line and a side extending in a second direction away from the bit line of the data storage element. do.
일 실시예에 따른 반도체 장치는 기판, 상기 기판에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체, 및 상기 적층 구조체의 일측에 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 비트 라인을 포함하고, 상기 복수의 층들 각각은, 상기 기판과 나란한 제1 방향으로 연장되는 제1 워드 라인 및 제2 워드 라인, 상기 제1 워드 라인을 둘러싸는 제1 게이트 절연막 및 상기 제2 워드 라인을 둘러싸는 제2 게이트 절연막, 상기 제1 워드 라인 및 상기 제2 워드 라인 사이에 위치하며 상기 비트 라인과 접촉하는 채널막, 및 상기 채널막과 전기적으로 연결되는 데이터 저장 요소를 포함하고, 상기 채널막은, 2차원 물질을 포함하며, 상기 제1 게이트 절연막의 상부면, 상기 제2 게이트 절연막의 하부면, 및 상기 비트 라인의 측면을 컨포멀(conformal)하게 덮는다.A semiconductor device according to an embodiment includes a substrate, a stacked structure including a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the substrate, and a bit line extending in a direction perpendicular to the substrate on one side of the stacked structure, Each of the plurality of layers includes a first word line and a second word line extending in a first direction parallel to the substrate, a first gate insulating film surrounding the first word line, and a second word line surrounding the second word line. It includes a gate insulating layer, a channel layer positioned between the first word line and the second word line and in contact with the bit line, and a data storage element electrically connected to the channel layer, wherein the channel layer is a two-dimensional material. and conformally covers the upper surface of the first gate insulating film, the lower surface of the second gate insulating film, and the side surface of the bit line.
실시예들에 따르면, 누설 전류가 감소하여 반도체 장치의 동작 특성이 개선될 수 있다.According to embodiments, leakage current can be reduced and the operating characteristics of the semiconductor device can be improved.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 6 내지 도 14는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 15 내지 도 23은 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.1 is a perspective view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment.
Figure 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment.
3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment.
Figure 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment.
Figure 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment.
6 to 14 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
15 to 23 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, so the present invention is not necessarily limited to what is shown. In the drawing, the thickness is enlarged to clearly express various layers and regions. And in the drawings, for convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Additionally, when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between. In addition, being “on” or “on” a reference part means being located above or below the reference part, and does not necessarily mean being located “above” or “on” the direction opposite to gravity. .
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when referring to “on a plane,” this means when the target portion is viewed from above, and when referring to “in cross section,” this means when a cross section of the target portion is cut vertically and viewed from the side.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 반도체 장치에 대하여 설명한다. 일 실시예에 따른 반도체 장치는 3차원으로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 메모리 셀들은 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제3 방향(DR3)으로 배열될 수 있다. 메모리 셀들은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 적층될 수 있다. 각 메모리 셀은 하나의 비트 라인(BL) 및 2개의 워드 라인(WL)에 연결될 수 있다.Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 . A semiconductor device according to an embodiment may include memory cells arranged in three dimensions. Memory cells may be arranged in the first direction DR1, the second direction DR2, and the third direction DR3. Memory cells may be stacked in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 . Each memory cell may be connected to one bit line (BL) and two word lines (WL).
비트 라인(BL)은 제3 방향(DR3)을 따라 연장될 수 있다. 하나의 비트 라인(BL)에는 제3 방향(DR3)으로 적층된 메모리 셀들이 공통으로 연결될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)들은 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다. 또한, 복수의 비트 라인(BL)들은 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다.The bit line BL may extend along the third direction DR3. Memory cells stacked in the third direction DR3 may be commonly connected to one bit line BL. The plurality of bit lines BL may be arranged along the first direction DR1. Additionally, the plurality of bit lines BL may be arranged along the second direction DR2.
워드 라인(WL)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장될 수 있다. 하나의 워드 라인(WL)에는 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 메모리 셀들이 공통으로 연결될 수 있다. 복수의 워드 라인(WL)들은 제3 방향(DR3)을 따라 배열될 수 있다. 각 메모리 셀은 제3 방향(DR3)으로 배열된 인접한 2개의 워드 라인(WL)과 연결될 수 있다. 또한, 복수의 워드 라인(WL)들은 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다.The word line WL may extend along the first direction DR1. Memory cells arranged along the first direction DR1 may be commonly connected to one word line WL. The plurality of word lines WL may be arranged along the third direction DR3. Each memory cell may be connected to two adjacent word lines WL arranged in the third direction DR3. Additionally, the plurality of word lines WL may be arranged along the second direction DR2.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1은 하나의 메모리 셀 및 상기 하나의 메모리 셀에 연결된 하나의 비트 라인(BL) 및 2개의 워드 라인(WL)을 나타낸 것이며, 편의상 다른 메모리 셀들은 생략하였다. 도 1에는 후술될 도 2의 적층 구조체(SS)의 한 층의 하나의 셀만이 도시되고 있다.1 is a perspective view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment. Figure 1 shows one memory cell and one bit line (BL) and two word lines (WL) connected to the one memory cell, and other memory cells are omitted for convenience. In FIG. 1, only one cell of one layer of the laminate structure SS of FIG. 2, which will be described later, is shown.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 실시예에 따른 반도체 장치를 제2 방향(DR2) 및 제3 방향(DR3)을 따라 자른 단면도이다. 도 2는 도 1의 실시예에 따른 반도체 장치의 하나의 비트 라인(BL)에 공통으로 연결되며 제3 방향(DR3)으로 적층된 3개의 메모리 셀들을 나타낸다. 도 2는 도 1에서 생략된 제3 방향(DR3)으로 배열된 메모리 셀들을 더 도시하고 있다. 도 2에 도시된 적층 구조체(SS)는, 예를 들어, 3개의 층을 포함하며, 각 층은 하나의 메모리 셀을 포함할 수 있다.Figure 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the embodiment of FIG. 1 taken along the second direction DR2 and the third direction DR3. FIG. 2 shows three memory cells stacked in the third direction DR3 and commonly connected to one bit line BL of the semiconductor device according to the embodiment of FIG. 1 . FIG. 2 further illustrates memory cells arranged in the third direction DR3 omitted in FIG. 1 . The stacked structure SS shown in FIG. 2 includes, for example, three layers, and each layer may include one memory cell.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 반도체 장치는 기판(110), 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체(SS), 및 적층 구조체(SS)의 일측에 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 비트 라인(BL)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적층 구조체(SS)의 복수의 층들은 기판(110)과 나란한 제1 방향(DR1)으로 연장되는 워드 라인(WL), 채널막(210), 및 채널막(210)과 전기적으로 연결되어 있는 데이터 저장 요소(DS)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , a semiconductor device according to an embodiment includes a substrate 110, a stacked structure SS including a plurality of layers stacked in a third direction DR3 perpendicular to the substrate 110, and a bit line BL extending in a third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 on one side of the stacked structure SS. According to one embodiment, the plurality of layers of the stacked structure SS include a word line WL, a channel film 210, and a channel film 210 extending in the first direction DR1 parallel to the substrate 110. It may include an electrically connected data storage element (DS).
도 1에는 하나의 비트 라인(BL) 및 이에 연결된 적층 구조체(SS)의 한 층의 일부를 도시하였으며, 편의상 절연층들 일부를 생략하였다. 도 1에서는 반도체 장치의 하나의 메모리 셀을 도시하고 있으나, 반도체 장치는 복수의 메모리 셀들이 배열 및 적층된 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 기판(110) 위에는 복수의 비트 라인(BL)들이 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)으로 이격되며 배열될 수 있다. 제2 방향(DR2)은 기판(110)과 나란하며 제1 방향(DR1)에 교차할 수 있다. 또한, 기판(110) 위에 복수의 워드 라인(WL)들이 제3 방향(DR3)으로 이격되며 적층될 수 있다.Figure 1 shows one bit line (BL) and a portion of one layer of the stacked structure (SS) connected thereto, and some of the insulating layers are omitted for convenience. Although FIG. 1 shows one memory cell of the semiconductor device, the semiconductor device may include a memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged and stacked. Although not shown, a plurality of bit lines BL may be arranged on the substrate 110 and spaced apart in the first direction DR1 and the second direction DR2. The second direction DR2 may be parallel to the substrate 110 and intersect the first direction DR1. Additionally, a plurality of word lines WL may be stacked on the substrate 110 and spaced apart in the third direction DR3.
도 2를 참조하면, 기판(110) 위에 적층 구조체(SS)가 제공될 수 있다. 기판(110)은, 예를 들면, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 또는 실리콘-게르마늄 기판일 수 있다. 적층 구조체(SS)는 반도체 장치의 메모리 셀 어레이를 구성할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 기판(110) 위에는 메모리 셀 어레이를 동작시키기 위한 주변 회로가 더 제공될 수 있다.Referring to FIG. 2 , a stacked structure SS may be provided on the substrate 110 . The substrate 110 may be, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon-germanium substrate. The stacked structure SS may form a memory cell array of a semiconductor device. Although not shown, peripheral circuitry for operating the memory cell array may be further provided on the substrate 110.
적층 구조체(SS)의 일측에 비트 라인(BL) 및 제1 층간 절연막(120)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 비트 라인(BL)은 제3 방향(DR3)으로 연장되는 라인 형태 또는 기둥 형태를 가질 수 있다. 비트 라인(BL)들은 제1 방향(DR1)을 따라 배열될 수 있다.A bit line BL and a first interlayer insulating film 120 may be provided on one side of the stacked structure SS. The bit line BL may extend in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 . The bit line BL may have a line shape or a pillar shape extending in the third direction DR3. The bit lines BL may be arranged along the first direction DR1.
비트 라인(BL)은 채널막(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 비트 라인(BL)은 채널막(210)과 접촉할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the channel film 210. The bit line BL may contact the channel film 210 .
비트 라인(BL)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 도전 물질은, 예를 들면, 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질, 질화티타늄 또는 질화탄탈륨과 같은 도전성 금속 질화물, 텅스텐, 티타늄, 또는 탄탈륨과 같은 금속, 또는 텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드, 또는 티타늄 실리사이드와 같은 금속-반도체 화합물 중 어느 하나일 수 있다.The bit line BL may include a conductive material. The conductive material may be, for example, a doped semiconductor material such as doped silicon or doped germanium, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, a metal such as tungsten, titanium, or tantalum, or tungsten silicide, cobalt silicide, Alternatively, it may be any one of metal-semiconductor compounds such as titanium silicide.
제1 층간 절연막(120)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 층간 절연막(120)은 기판(110)과 나란한 제1 방향(DR1)을 따라 연장될 수 있다. 제1 층간 절연막(120)은 비트 라인(BL)을 덮을 수 있다. 제1 층간 절연막(120)은 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 비트 라인(BL)들 사이의 공간으로 연장될 수 있다. 제1 층간 절연막(120)에 의해, 제1 방향(DR1)을 따라 배열된 비트 라인(BL)들이 서로 절연될 수 있다.The first interlayer insulating film 120 may extend in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 . Additionally, the first interlayer insulating film 120 may extend along the first direction DR1 parallel to the substrate 110 . The first interlayer insulating film 120 may cover the bit line BL. The first interlayer insulating film 120 may extend into the space between the bit lines BL arranged along the first direction DR1. By the first interlayer insulating film 120, bit lines BL arranged along the first direction DR1 may be insulated from each other.
제1 층간 절연막(120)은, 예를 들면, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 탄소 함유 실리콘 산화막, 탄소 함유 실리콘 질화막, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first interlayer insulating film 120 may include, for example, at least one of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a carbon-containing silicon oxide film, a carbon-containing silicon nitride film, or a carbon-containing silicon oxynitride film.
적층 구조체(SS)는 복수의 층들을 포함할 수 있다. 기판(110) 위에 순차적으로 적층된 제1 층(L1), 제2 층(L2), 및 제3 층(L3)을 포함할 수 있다. 도 2에는 3개의 층을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 적층 구조체(SS)는 더 많은 층을 포함할 수 있다.The layered structure SS may include a plurality of layers. It may include a first layer (L1), a second layer (L2), and a third layer (L3) sequentially stacked on the substrate 110. Although three layers are shown in FIG. 2, the present invention is not limited thereto, and the stacked structure SS may include more layers.
제1 층(L1), 제2 층(L2), 및 제3 층(L3)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 서로 이격되며 적층될 수 있다. 제1 층(L1), 제2 층(L2), 및 제3 층(L3) 각각은 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2), 채널막(210), 및 데이터 저장 요소(DS)를 포함할 수 있다.The first layer (L1), the second layer (L2), and the third layer (L3) may be stacked and spaced apart from each other in the third direction (DR3) perpendicular to the substrate 110. The first layer (L1), the second layer (L2), and the third layer (L3) each include a first word line (WL1) and a second word line (WL2), a channel film 210, and a data storage element ( DS) may be included.
복수의 층들 각각은 제2 층간 절연막(150)에 의해 이격될 수 있다. 제1 층(L1), 제2 층(L2), 및 제3 층(L3)은 각각 제2 층간 절연막(150)에 의해 이격될 수 있다. 각 층의 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2), 채널막(210), 및 데이터 저장 요소(DS)는 제2 층간 절연막(150) 위에 제공될 수 있다. 제2 층간 절연막(150)은 위 층의 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)과 아래 층의 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)을 제3 방향(DR3)으로 이격시킬 수 있다. 제2 층간 절연막(150)은 위 층의 채널막(210)과 아래 층의 채널막(210)을 제3 방향(DR3)으로 이격시킬 수 있다.Each of the plurality of layers may be spaced apart from each other by a second interlayer insulating film 150 . The first layer (L1), the second layer (L2), and the third layer (L3) may be spaced apart from each other by a second interlayer insulating film 150. The first and second word lines WL1 and WL2 of each layer, the channel layer 210, and the data storage element DS may be provided on the second interlayer insulating layer 150. The second interlayer insulating film 150 connects the first word line (WL1) and second word line (WL2) of the upper layer and the first word line (WL1) and second word line (WL2) of the lower layer in the third direction ( It can be separated by DR3). The second interlayer insulating layer 150 may separate the channel layer 210 of the upper layer from the channel layer 210 of the lower layer in the third direction DR3.
제2 층간 절연막(150)은, 예를 들면, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 탄소 함유 실리콘 산화막, 탄소 함유 실리콘 질화막, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The second interlayer insulating film 150 may include, for example, at least one of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a carbon-containing silicon oxide film, a carbon-containing silicon nitride film, or a carbon-containing silicon oxynitride film.
각 층의 워드 라인(WL)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장될 수 있다. 워드 라인(WL)은 제1 방향(DR1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 각 층은 2개의 워드 라인(WL)을 포함할 수 있다. 각 층에는 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)이 제3 방향(DR3)으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 워드 라인(WL1)이 제2 워드 라인(WL2)보다 기판(110)과 인접할 수 있다.The word line WL of each layer may extend along the first direction DR1. The word line WL may have a line shape extending in the first direction DR1. Each layer may include two word lines (WL). In each layer, the first word line WL1 and the second word line WL2 may be arranged to be spaced apart in the third direction DR3. The first word line WL1 may be closer to the substrate 110 than the second word line WL2.
워드 라인(WL)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도전 물질은 반도체 물질, 도전성 금속 질화물, 금속, 또는 금속-반도체 화합물 중 어느 하나일 수 있다.The word line (WL) may include a conductive material. For example, the conductive material may be any of a semiconductor material, a conductive metal nitride, a metal, or a metal-semiconductor compound.
워드 라인(WL)과 비트 라인(BL) 사이에 스페이서(140)가 위치할 수 있다. 스페이서(140)는 절연 물질을 포함하며, 비트 라인(BL)과 워드 라인(WL)을 서로 절연시킬 수 있다.A spacer 140 may be located between the word line (WL) and the bit line (BL). The spacer 140 includes an insulating material and can insulate the bit line BL and the word line WL from each other.
게이트 절연막(Gox)은 워드 라인(WL)의 표면을 둘러쌀 수 있다. 게이트 절연막(Gox)은 워드 라인(WL)을 컨포멀(conformal)하게 덮을 수 있다. 게이트 절연막(Gox)은 워드 라인(WL)의 상부면, 측면, 및 하부면을 덮을 수 있다.The gate insulating layer Gox may surround the surface of the word line WL. The gate insulating layer (Gox) may conformally cover the word line (WL). The gate insulating layer Gox may cover the top, side, and bottom surfaces of the word line WL.
또한, 게이트 절연막(Gox)은 스페이서(140)의 표면을 둘러쌀 수 있다. 게이트 절연막(Gox)은 스페이서(140)의 상부면 및 하부면을 덮을 수 있다.Additionally, the gate insulating layer Gox may surround the surface of the spacer 140. The gate insulating film Gox may cover the upper and lower surfaces of the spacer 140.
게이트 절연막(Gox)은 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 스페이서(140)의 상부면을 덮는 게이트 절연막(Gox)의 부분과 스페이서(140)의 하부면을 덮는 게이트 절연막(Gox)의 부분은 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다.The gate insulating layer (Gox) may be in contact with the bit line (BL). A portion of the gate insulating film Gox covering the upper surface of the spacer 140 and a portion of the gate insulating film Gox covering the lower surface of the spacer 140 may contact the bit line BL.
게이트 절연막(Gox)은 제1 워드 라인(WL1)을 둘러싸는 제1 게이트 절연막(Gox1) 및 제2 워드 라인(WL2)을 둘러싸는 제2 게이트 절연막(Gox2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 절연막(Gox1)은 제1 워드 라인(WL1)과, 제1 워드 라인(WL1) 및 비트 라인(BL) 사이에 위치한 스페이서(140)를 둘러쌀 수 있다. 제2 게이트 절연막(Gox2)은 제2 워드 라인(WL2)과, 제2 워드 라인(WL2) 및 비트 라인(BL) 사이에 위치한 스페이서(140)를 둘러쌀 수 있다. 제1 게이트 절연막(Gox1) 및 제2 게이트 절연막(Gox2)은 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다.The gate insulating layer Gox may include a first gate insulating layer Gox1 surrounding the first word line WL1 and a second gate insulating layer Gox2 surrounding the second word line WL2. The first gate insulating layer Gox1 may surround the first word line WL1 and the spacer 140 located between the first word line WL1 and the bit line BL. The second gate insulating layer Gox2 may surround the second word line WL2 and the spacer 140 located between the second word line WL2 and the bit line BL. The first gate insulating layer Gox1 and the second gate insulating layer Gox2 may contact the bit line BL.
게이트 절연막(Gox)은 고유전막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고유전막은, 예를 들면, 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 또는 납 아연 니오브산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate insulating layer Gox may include at least one of a high-k dielectric layer, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer. High dielectric films include, for example, hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, aluminum oxide, It may include at least one of lead scandium tantalum oxide, or lead zinc niobate.
도시되지는 않았으나, 복수의 층들 각각은 제1 방향(DR1)으로 이격되며 배열된 복수의 채널막(210)들을 포함할 수 있다. 제1 방향(DR1)으로 배열된 채널막(210)들은 층간 절연막(미도시)에 의해 절연될 수 있다.Although not shown, each of the plurality of layers may include a plurality of channel films 210 arranged and spaced apart in the first direction DR1. Channel films 210 arranged in the first direction DR1 may be insulated by an interlayer insulating film (not shown).
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 인접한 워드 라인(WL)들의 마주보는 면들을 덮을 수 있다. 채널막(210)은 제3 방향(DR3)으로 인접한 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)의 마주보는 면들을 덮을 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 상부면 및 제2 워드 라인(WL2)의 하부면을 덮을 수 있다.According to one embodiment, the channel film 210 may cover opposing surfaces of adjacent word lines WL in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 . The channel film 210 may cover opposing surfaces of the first word line (WL1) and the second word line (WL2) adjacent to each other in the third direction (DR3). The channel film 210 may cover the upper surface of the first word line (WL1) and the lower surface of the second word line (WL2).
채널막(210)은 게이트 절연막(Gox)에 의해 워드 라인(WL)들로부터 이격될 수 있다. 채널막(210)과 제1 워드 라인(WL1) 사이에 제1 게이트 절연막(Gox1)이 위치할 수 있고, 채널막(210)과 제2 워드 라인(WL2) 사이에 제2 게이트 절연막(Gox2)이 위치할 수 있다.The channel layer 210 may be separated from the word lines (WL) by the gate insulating layer (Gox). A first gate insulating layer (Gox1) may be located between the channel layer 210 and the first word line (WL1), and a second gate insulating layer (Gox2) may be located between the channel layer 210 and the second word line (WL2). This location can be
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 인접한 워드 라인(WL)들 사이에서 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에서 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 채널막(210)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 채널막(210)의 부분은 비트 라인(BL)의 측면을 덮는 채널막(210)의 부분에 의해 연결될 수 있다. 채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면, 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면, 및 비트 라인(BL)의 측면을 컨포멀하게 덮을 수 있다.According to one embodiment, the channel film 210 may contact the bit line BL between adjacent word lines WL in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110. The channel film 210 may contact the bit line BL between the first word line WL1 and the second word line WL2. The portion of the channel film 210 that covers the upper surface of the first gate insulating film (Gox1) and the portion of the channel film 210 that covers the lower surface of the second gate insulating film (Gox2) are channels that cover the side surfaces of the bit line (BL). It may be connected by portions of the membrane 210. The channel film 210 may conformally cover the top surface of the first gate insulating film Gox1, the bottom surface of the second gate insulating film Gox2, and the side surfaces of the bit line BL.
일 실시예에 따르면, 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 채널막(210)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 채널막(210)의 부분 사이에 절연막(220)이 위치할 수 있다. 달리 말해, 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 자른 단면상에서 인접한 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 제1 게이트 절연막(Gox1), 채널막(210), 절연막(220), 채널막(210), 및 제2 게이트 절연막(Gox2)이 순차적으로 위치할 수 있다. 기판(110)에 나란한 제2 방향(DR2)으로 자른 단면상에서 절연막(220)과 비트 라인(BL) 사이에 채널막(210)이 위치할 수 있다.According to one embodiment, an insulating film 220 is formed between a portion of the channel film 210 covering the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and a portion of the channel film 210 covering the lower surface of the second gate insulating film Gox2. ) can be located. In other words, on a cross-section cut in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110, a first gate insulating layer Gox1 and a channel layer 210 are formed between the adjacent first word line WL1 and second word line WL2. ), the insulating film 220, the channel film 210, and the second gate insulating film (Gox2) may be positioned sequentially. The channel film 210 may be located between the insulating film 220 and the bit line BL on a cross-section cut in the second direction DR2 parallel to the substrate 110.
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 워드 라인(WL)의 측면을 따라 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 측면 및 제2 워드 라인(WL2)의 측면을 따라 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 측면 및 제2 워드 라인(WL2)의 측면을 따라 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 측면을 따라 올라가는 방향으로 연장될 수 있으며, 제2 워드 라인(WL2)의 측면을 내려가는 방향으로 연장될 수 있다. 여기서, 올라가는 방향은 기판(110)으로부터 멀어지는 방향을 의미할 수 있고, 내려가는 방향은 기판(110)과 가까워지는 방향을 의미할 수 있다.According to one embodiment, the channel film 210 may extend along the side of the word line (WL). The channel film 210 may extend along the side of the first word line (WL1) and the side of the second word line (WL2). The channel film 210 may extend in the third direction DR3 along the side surfaces of the first word line WL1 and the second word line WL2. The channel film 210 may extend in an upward direction along the side of the first word line (WL1) and may extend in a downward direction along the side of the second word line (WL2). Here, the upward direction may mean a direction away from the substrate 110, and the downward direction may mean a direction closer to the substrate 110.
채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1) 및 식각 저지막(130)에 의해 제1 워드 라인(WL1)의 측면으로부터 이격될 수 있다. 채널막(210)은 제2 게이트 절연막(Gox2) 및 식각 저지막(130)에 의해 제2 워드 라인(WL2)의 측면으로부터 이격될 수 있다.The channel layer 210 may be spaced apart from the side of the first word line WL1 by the first gate insulating layer Gox1 and the etch stop layer 130. The channel layer 210 may be spaced apart from the side of the second word line WL2 by the second gate insulating layer Gox2 and the etch stop layer 130.
식각 저지막(130)은 워드 라인(WL)들의 일측에 위치할 수 있다. 식각 저지막(130)과 워드 라인(WL)들의 사이에 게이트 절연막(Gox)이 위치할 수 있다. 식각 저지막(130)은 제1 워드 라인(WL1)의 측면을 덮는 제1 게이트 절연막(Gox1)의 측면을 덮을 수 있다. 식각 저지막(130)은 제2 워드 라인(WL2)의 측면을 덮는 제2 게이트 절연막(Gox2)의 측면을 덮을 수 있다. 식각 저지막(130)은 제3 방향(DR3)으로 연장되는 형상을 가질 수 있다.The etch stop layer 130 may be located on one side of the word lines WL. A gate insulating layer (Gox) may be positioned between the etch stop layer 130 and the word lines (WL). The etch stop layer 130 may cover a side surface of the first gate insulating layer Gox1, which covers a side surface of the first word line WL1. The etch stop layer 130 may cover a side surface of the second gate insulating layer Gox2, which covers a side surface of the second word line WL2. The etch stop layer 130 may have a shape extending in the third direction DR3.
채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1) 및 식각 저지막(130)의 상부면을 덮으며, 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제2 게이트 절연막(Gox2) 및 식각 저지막(130)의 하부면을 덮으며, 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다.The channel film 210 covers the top surface of the first gate insulating film Gox1 and the etch stop film 130, and may extend over the side surface of the etch stop film 130. The channel film 210 covers the second gate insulating film Gox2 and the lower surface of the etch stop film 130, and may extend over the side surface of the etch stop film 130.
채널막(210)은 식각 저지막(130)의 측면을 덮으며, 제2 층간 절연막(150) 위로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 채널막(210)이 포함된 층의 아래에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 상부면을 덮을 수 있다. 채널막(210)은 채널막(210)이 포함된 층의 위에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 하부면을 덮을 수 있다. 채널막(210)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The channel film 210 covers the side surface of the etch stop film 130 and may extend over the second interlayer insulating film 150 . The channel film 210 may cover the upper surface of the second interlayer insulating film 150 located below the layer including the channel film 210. The channel film 210 may cover the lower surface of the second interlayer insulating film 150 located on the layer including the channel film 210. The channel film 210 may extend along the top or bottom surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL.
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 제1 부분 및 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 제2 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분은 제1 워드 라인(WL1)의 측면과 데이터 저장 요소(DS) 사이로 기판(110)에 수직하게 연장되고, 제1 워드 라인(WL1) 아래에 위치하는 제2 층간 절연막(150)과 데이터 저장 요소(DS) 사이로 기판(110)과 나란하게 연장될 수 있다. 상기 제2 부분은 제2 워드 라인(WL2)의 측면과 데이터 저장 요소(DS) 사이로 기판(110)에 수직하게 연장되고, 제2 워드 라인(WL2) 위에 위치하는 제2 층간 절연막(150)과 데이터 저장 요소(DS) 사이로 기판(110)과 나란하게 연장될 수 있다. 데이터 저장 요소(DS)에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.According to one embodiment, the channel film 210 may include a first part covering the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and a second part covering the lower surface of the second gate insulating film Gox2. The first portion extends perpendicularly to the substrate 110 between the side of the first word line WL1 and the data storage element DS, and includes a second interlayer insulating film 150 located below the first word line WL1. and may extend parallel to the substrate 110 between the data storage element DS. The second portion extends perpendicularly to the substrate 110 between the side of the second word line WL2 and the data storage element DS, and includes a second interlayer insulating film 150 located on the second word line WL2. It may extend parallel to the substrate 110 between the data storage elements DS. A detailed description of the data storage element (DS) will be described later.
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 2차원 물질을 포함할 수 있다. 2차원 물질은, 예를 들면, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 또는 흑린(BP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment, the channel film 210 may include a two-dimensional material. The two-dimensional material is, for example, at least one of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), or black phosphorus (BP). It may include, but is not limited to this.
일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 데이터 저장 요소(DS)와 전기적으로 연결될 수 있다. 데이터 저장 요소(DS)는 데이터를 저장할 수 있는 메모리 요소로서, 예를 들면, 커패시터를 이용한 메모리 요소, 자기터널접합 패턴(magnetic tunnel junction pattern)을 이용한 메모리 요소, 또는 상 변화 물질을 포함하는 가변 저항체를 이용한 메모리 요소일 수 있다.According to one embodiment, the channel film 210 may be electrically connected to the data storage element DS. A data storage element (DS) is a memory element capable of storing data, for example, a memory element using a capacitor, a memory element using a magnetic tunnel junction pattern, or a variable resistor containing a phase change material. It may be a memory element using .
일 실시예에 따르면, 데이터 저장 요소(DS)는 커패시터일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 저장 요소(DS)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)과 제1 전극(310) 및 제2 전극(330) 사이에 게재되는 유전막(320)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the data storage element DS may be a capacitor. According to one embodiment, the data storage element DS includes a first electrode 310 and a second electrode 330 and a dielectric film 320 disposed between the first electrode 310 and the second electrode 330. can do.
도시되지는 않았으나, 복수의 층들 각각은 제1 방향(DR1)으로 이격되며 배열된 복수의 제1 전극(310)들을 포함할 수 있다. 제1 방향(DR1)으로 배열된 복수의 제1 전극(310)들은 층간 절연막(미도시)에 의해 절연될 수 있다.Although not shown, each of the plurality of layers may include a plurality of first electrodes 310 arranged and spaced apart in the first direction DR1. The plurality of first electrodes 310 arranged in the first direction DR1 may be insulated by an interlayer insulating film (not shown).
일 실시예에 따르면, 제1 전극(310)은 수직부 및 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)의 수직부는 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 인접한 워드 라인(WL)들의 측면을 덮으며 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)의 수평부는 제1 전극(310)의 수직부로부터, 기판(110)과 나란하며 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)은 제1 워드 라인(WL1)과 제2 방향(DR2)으로 중첩하는 수평부와 제2 워드 라인(WL2)과 제2 방향(DR2)으로 중첩하는 수평부를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(310)은 제3 방향(DR3)으로 이격된 2개의 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)은 제2 방향(DR2)으로 연장되며 속이 빈 실린더 형태를 가질 수 있다.According to one embodiment, the first electrode 310 may include a vertical portion and a horizontal portion. The vertical portion of the first electrode 310 covers the side surfaces of adjacent word lines WL in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 and may extend in the third direction DR3. The horizontal portion of the first electrode 310 may extend from the vertical portion of the first electrode 310 in the second direction DR2 parallel to the substrate 110 and away from the bit line BL. The first electrode 310 may include a horizontal portion that overlaps the first word line (WL1) in the second direction (DR2) and a horizontal portion that overlaps the second word line (WL2) in the second direction (DR2). . That is, the first electrode 310 may include two horizontal portions spaced apart in the third direction DR3. The first electrode 310 extends in the second direction DR2 and may have the shape of a hollow cylinder.
일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 제1 전극(310)에 삽입될 수 있다. 제2 전극(330)은 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간에 삽입된 형태를 가질 수 있다. 제2 전극(330)은 실린더 형태의 제1 전극(310)들의 외부에서 제3 방향(DR3)으로 연결될 수 있다. 제3 방향(DR3)으로 적층된 복수의 층들의 데이터 저장 요소(DS)들은 하나의 제2 전극(330)을 공유할 수 있다.According to one embodiment, the second electrode 330 may be inserted into the first electrode 310. The second electrode 330 may be inserted into the inner space of the cylindrical first electrode 310. The second electrode 330 may be connected to the outside of the cylindrical first electrodes 310 in the third direction DR3. The data storage elements DS of a plurality of layers stacked in the third direction DR3 may share one second electrode 330.
제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 각각, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속 물질, 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물과 같은 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first electrode 310 and the second electrode 330 are each made of a metal material such as titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, or doped silicon or doped germanium. It may include at least one of doped semiconductor materials such as.
유전막(320)은 제1 전극(310)과 제2 전극(330) 사이에 위치할 수 있다. 유전막(320)은 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전막(320)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 납 아연 니오브산염, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The dielectric layer 320 may be positioned between the first electrode 310 and the second electrode 330. The dielectric layer 320 may include a high dielectric constant material. For example, the dielectric film 320 may be formed of hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, and aluminum oxide. , lead scandium tantalum oxide, lead zinc niobate, or combinations thereof.
일 실시예에 따르면, 데이터 저장 요소(DS)는 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장되는 면을 포함할 수 있다. 상술한 바에 따르면, 제1 전극(310)의 수평부는 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 데이터 저장 요소(DS)의 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장되는 면을 따라 연장될 수 있다. 달리 말해, 채널막(210)은 제1 전극(310)의 수평부의 상부면 및 하부면을 따라 연장될 수 있다.According to one embodiment, the data storage element DS may include a surface extending in the second direction DR2 away from the bit line BL. According to the above description, the horizontal portion of the first electrode 310 may extend in the second direction DR2 away from the bit line BL. According to one embodiment, the channel film 210 may extend along a surface extending in the second direction DR2 away from the bit line BL of the data storage element DS. In other words, the channel film 210 may extend along the upper and lower surfaces of the horizontal portion of the first electrode 310.
일 실시예에 따르면, 데이터 저장 요소(DS)는 채널막(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(310)이 채널막(210)과 연결될 수 있다. 제1 전극(310)은 채널막(210)과 접촉할 수 있다. 제1 전극(310)의 수직부 및 수평부는 채널막(210)과 접촉할 수 있다.According to one embodiment, the data storage element DS may be electrically connected to the channel film 210. Specifically, the first electrode 310 may be connected to the channel film 210. The first electrode 310 may contact the channel film 210 . The vertical and horizontal portions of the first electrode 310 may contact the channel film 210 .
상술한 바에 따르면, 채널막(210)은 워드 라인(WL)들의 측면을 따라 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)의 수직부는 워드 라인(WL)들의 측면을 따라 제3 방향(DR3)으로 연장되는 채널막(210)의 부분과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 제1 전극(310)의 수직부와 워드 라인(WL)들의 측면 사이에 위치할 수 있다.According to the above description, the channel film 210 may extend in the third direction DR3 along the side surfaces of the word lines WL. The vertical portion of the first electrode 310 may contact a portion of the channel film 210 extending in the third direction DR3 along the side surfaces of the word lines WL. According to one embodiment, the channel film 210 may be positioned between the vertical portion of the first electrode 310 and the side surfaces of the word lines (WL).
상술한 바에 따르면, 채널막(210)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)의 수평부는 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장되는 채널막(210)의 부분과 접촉할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 채널막(210)은 제1 전극(310)의 수평부와 제2 층간 절연막(150)의 사이에 위치할 수 있다.As described above, the channel film 210 may extend along the top or bottom surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL. The horizontal portion of the first electrode 310 may be in contact with a portion of the channel layer 210 extending in the second direction DR2 away from the bit line BL along the upper or lower surface of the second interlayer insulating layer 150. You can. According to one embodiment, the channel film 210 may be positioned between the horizontal portion of the first electrode 310 and the second interlayer insulating film 150.
일 실시예에 따르면, 제1 전극(310)의 수직부는 절연막(220)과 접촉할 수 있다. 도 2에서는 제1 전극(310)의 수직부가 비트 라인(BL) 방향으로 일부 돌출된 부분을 포함하며 상기 돌출된 부분이 절연막(220)과 접촉하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 절연막(220)과 접촉하는 제1 전극(310)의 수직부의 측면은 평평할 수 있다.According to one embodiment, the vertical portion of the first electrode 310 may contact the insulating film 220. In FIG. 2 , the vertical portion of the first electrode 310 includes a partially protruding portion in the bit line BL direction, and the protruding portion is shown as being in contact with the insulating film 220, but the present invention is not limited thereto. For example, the side surface of the vertical portion of the first electrode 310 that contacts the insulating film 220 may be flat.
일 실시예에 따르면, 제2 층간 절연막(150)과 유전막(320) 사이에 절연체(340)가 게재될 수 있다. 절연체(340)는 채널막(210) 및 제1 전극(310)을 제2 전극(330)과 절연시킬 수 있다. 절연체(340)는, 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 탄소 함유 실리콘 산화물, 탄소 함유 실리콘 질화물, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to one embodiment, an insulator 340 may be disposed between the second interlayer insulating film 150 and the dielectric film 320. The insulator 340 may insulate the channel film 210 and the first electrode 310 from the second electrode 330. The insulator 340 may include, for example, at least one of silicon nitride, silicon oxynitride, carbon-containing silicon oxide, carbon-containing silicon nitride, or carbon-containing silicon oxynitride.
도시되지는 않았으나, 적층 구조체(SS)의 위에 비트 라인(BL)들 및 워드 라인(WL)들과 전기적으로 연결되는 배선들이 제공될 수 있다.Although not shown, wirings electrically connected to the bit lines BL and word lines WL may be provided on the stacked structure SS.
도시되지는 않았으나, 기판(110) 위에 제2 방향(DR2)으로 적층 구조체(SS)와 거울 대칭인 적층 구조체가 제공될 수 있다. 적층 구조체(SS)와 거울 대칭인 적층 구조체는 데이터 저장 요소(DS)의 제2 전극(330)을 공유할 수 있다. 적층 구조체(SS) 및 적층 구조체(SS)와 거울 대칭인 적층 구조체는 한 쌍을 이룰 수 있다.Although not shown, a stacked structure mirror-symmetrical with the stacked structure SS may be provided in the second direction DR2 on the substrate 110 . The stacked structure SS and the mirror-symmetrical stacked structure may share the second electrode 330 of the data storage element DS. A layered structure (SS) and a layered structure that is mirror symmetrical to the layered structure (SS) may form a pair.
상술한 실시예들에 따르면, 채널막(210)이 2차원 물질을 포함함으로써, 채널막(210)이 폴리 실리콘을 포함하는 경우보다 게이트 유도 드레인 누설 전류(gate-induced drain leakage, GIDL)가 감소하여 반도체 장치의 동작 특성이 개선될 수 있다. 또한, 채널막(210)이 2차원 물질을 포함함으로써, 채널막(210)이 IGZO(indium gallium zinc oxide)를 포함하는 경우보다 캐리어(carrier)의 이동도 및 동작 신뢰성이 개선될 수 있다.According to the above-described embodiments, since the channel film 210 includes a two-dimensional material, the gate-induced drain leakage (GIDL) is reduced compared to the case where the channel film 210 includes polysilicon. As a result, the operating characteristics of the semiconductor device can be improved. Additionally, because the channel film 210 includes a two-dimensional material, carrier mobility and operational reliability can be improved compared to the case where the channel film 210 includes indium gallium zinc oxide (IGZO).
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 다양한 실시예에 따른 반도체 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, semiconductor devices according to various embodiments will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 3의 실시예에 따른 반도체 장치는 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 반도체 장치와 채널막(210)의 구조만 일부 다를 뿐, 다른 구성요소들은 동일하다. 이에, 편의상 차이점을 위주로 설명하고, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 한다.3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment. The semiconductor device according to the embodiment of FIG. 3 is different from the semiconductor device according to the embodiment of FIGS. 1 and 2 only in part in the structure of the channel film 210, but other components are the same. Accordingly, for convenience, the description will focus on the differences, and descriptions that overlap with those described above with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted or simplified.
이하에서는, 적층 구조체(SS)의 복수의 층들 중 하나의 층에 포함된 채널막(210)에 대하여, 상기 채널막(210)과 동일한 층에 포함된 다른 구성요소들과의 관계를 중심으로 설명한다.Hereinafter, the channel film 210 included in one of the plurality of layers of the stacked structure SS will be described, focusing on the relationship between the channel film 210 and other components included in the same layer. do.
도 3을 참조하면, 채널막(210)은 제3 방향(DR3)으로 인접한 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이의 공간을 채울 수 있다. 제1 워드 라인(WL1)은 제1 게이트 절연막(Gox1)에 의해 둘러싸여 있고, 제2 워드 라인(WL2)은 제2 게이트 절연막(Gox2)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 사이의 공간을 채울 수 있다.Referring to FIG. 3 , the channel film 210 may fill the space between the first word line (WL1) and the second word line (WL2) adjacent to each other in the third direction (DR3). The first word line WL1 may be surrounded by a first gate insulating layer Gox1, and the second word line WL2 may be surrounded by a second gate insulating layer Gox2. The channel film 210 may fill the space between the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and the lower surface of the second gate insulating film Gox2.
일 실시예에 따르면, 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 자른 단면상에서 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 제1 게이트 절연막(Gox1), 채널막(210), 및 제2 게이트 절연막(Gox2)이 순차적으로 위치할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 절연막(도 1 및 도 2의 220)이 위치하지 않을 수 있다.According to one embodiment, a first gate insulating layer (Gox1) and a channel layer are formed between the first word line (WL1) and the second word line (WL2) on a cross-section cut in the third direction (DR3) perpendicular to the substrate 110. (210) and the second gate insulating layer (Gox2) may be located sequentially. In the embodiment shown in FIG. 3, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, an insulating film (220 in FIGS. 1 and 2) is located between the first word line (WL1) and the second word line (WL2). You may not.
채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)의 사이에서 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)의 사이에 위치한 채널막(210)의 일측은 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다.The channel film 210 may contact the bit line BL between the first word line WL1 and the second word line WL2. One side of the channel film 210 located between the first word line WL1 and the second word line WL2 may be in contact with the bit line BL.
일 실시예에 따르면, 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)의 사이에 위치한 채널막(210)의 타측은 데이터 저장 요소(DS)와 접촉할 수 있다. 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)의 사이에 위치한 채널막(210)의 타측은 데이터 저장 요소(DS)의 제1 전극(310)과 접촉할 수 있다.According to one embodiment, the other side of the channel film 210 located between the first word line WL1 and the second word line WL2 may contact the data storage element DS. The other side of the channel film 210 located between the first word line WL1 and the second word line WL2 may contact the first electrode 310 of the data storage element DS.
일 실시예에 따르면, 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 자른 단면상에서 비트 라인(BL)과 제1 전극(310) 사이에 채널막(210)이 위치할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 비트 라인(BL)과 제1 전극(310) 사이에 절연막(도 1 및 도 2의 220)이 위치하지 않을 수 있다.According to one embodiment, the channel film 210 may be positioned between the bit line BL and the first electrode 310 on a cross-section cut in the second direction DR2 parallel to the substrate 110. According to the embodiment shown in FIG. 3, unlike the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, an insulating film (220 in FIGS. 1 and 2) is not positioned between the bit line BL and the first electrode 310. It may not be possible.
도 3에서는, 채널막(210)과 제1 전극(310) 사이의 계면이 식각 저지막(130)과 채널막(210) 사이의 계면과 제3 방향(DR3)에서 일직선 상에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 채널막(210)과 제1 전극(310) 사이의 계면은 식각 저지막(130)과 채널막(210) 사이의 계면보다 비트 라인(BL)으로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다.In FIG. 3, the interface between the channel film 210 and the first electrode 310 is shown to be located on a straight line with the interface between the etch stop film 130 and the channel film 210 in the third direction DR3. However, it is not limited to this. The interface between the channel film 210 and the first electrode 310 may be further away from the bit line BL than the interface between the etch stop film 130 and the channel film 210.
채널막(210)은 워드 라인(WL)들의 측면을 따라 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 워드 라인(WL)들의 측면과 제1 전극(310)의 제3 방향(DR3)으로 연장되는 수직부 사이에 위치할 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 측면을 따라 기판(110)과 가까워지는 방향으로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제2 워드 라인(WL2)의 측면을 따라 기판(110)으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.The channel film 210 may extend in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 along the side surfaces of the word lines WL. The channel film 210 may be positioned between the side surfaces of the word lines WL and the vertical portion of the first electrode 310 extending in the third direction DR3. The channel film 210 may extend along the side of the first word line WL1 in a direction closer to the substrate 110 . The channel film 210 may extend in a direction away from the substrate 110 along the side of the second word line WL2.
채널막(210)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 따라 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면과 제1 전극(310)의 제2 방향(DR2)으로 연장되는 수평부 사이에 위치할 수 있다. 채널막(210)은 제1 워드 라인(WL1)의 아래에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 상부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다. 채널막(210)은 제2 워드 라인(WL2)의 위에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 방향으로 연장될 수 있다.The channel film 210 may extend along the top or bottom surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 parallel to the substrate 110 . The channel film 210 may be positioned between the upper or lower surface of the second interlayer insulating film 150 and the horizontal portion of the first electrode 310 extending in the second direction DR2. The channel film 210 may extend in a direction away from the bit line BL along the upper surface of the second interlayer insulating film 150 located below the first word line WL1. The channel film 210 may extend in a direction away from the bit line BL along the lower surface of the second interlayer insulating film 150 located on the second word line WL2.
도 3에 도시된 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 같이, 채널막(210)이 2차원 물질을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예는 채널막(210)이 폴리 실리콘을 포함하는 비교예보다 GIDL이 감소하여 반도체 장치의 동작 특성이 개선될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 실시예는 채널막(210)이 IGZO를 포함하는 비교예보다 캐리어의 이동도 및 동작 신뢰성이 개선될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 3 , like the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 , the channel film 210 may include a two-dimensional material. In the embodiment shown in FIG. 3, the GIDL is reduced compared to the comparative example in which the channel film 210 includes polysilicon, so the operating characteristics of the semiconductor device can be improved. Additionally, the embodiment shown in FIG. 3 may have improved carrier mobility and operational reliability compared to the comparative example in which the channel film 210 includes IGZO.
도 4는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 4의 실시예에 따른 반도체 장치는 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 반도체 장치와 채널막(210)의 구조만 일부 다를 뿐, 다른 구성요소들은 동일하다. 이에, 편의상 차이점을 위주로 설명하고, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 한다.Figure 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment. The semiconductor device according to the embodiment of FIG. 4 is different from the semiconductor device according to the embodiment of FIGS. 1 and 2 only in part in the structure of the channel film 210, but other components are the same. Accordingly, for convenience, the description will focus on the differences, and descriptions that overlap with those described above with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted or simplified.
이하에서는, 적층 구조체(SS)의 복수의 층들 중 하나의 층에 포함된 채널막(210)에 대하여, 상기 채널막(210)과 동일한 층에 포함된 다른 구성요소들과의 관계를 중심으로 설명한다.Hereinafter, the channel film 210 included in one of the plurality of layers of the stacked structure SS will be described, focusing on the relationship between the channel film 210 and other components included in the same layer. do.
도 4를 참조하면, 채널막(210)은 2차원 물질을 포함하는 채널층(212) 및 쌍극자 물질을 포함하는 쌍극자층(211)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 채널막(210)이 채널층(212) 및 쌍극자층(211)을 포함하는 다층막으로 형성될 수 있다. 도 4에서는 채널막(210)이 2개의 층으로 이루어진 경우를 도시하였으나 이에 한정되지 않으며, 도시된 층 외에 2차원 물질을 포함하거나 쌍극자 물질을 포함하는 층이 추가될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the channel film 210 may include a channel layer 212 including a two-dimensional material and a dipole layer 211 including a dipole material. In the embodiment shown in FIG. 4 , unlike the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 , the channel film 210 may be formed as a multilayer film including a channel layer 212 and a dipole layer 211 . In FIG. 4 , the case where the channel film 210 is composed of two layers is shown, but the present invention is not limited to this, and a layer containing a two-dimensional material or a dipole material may be added in addition to the layers shown.
2차원 물질은, 예를 들면, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 또는 흑린(BP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The two-dimensional material is, for example, at least one of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), or black phosphorus (BP). It may include, but is not limited to this.
쌍극자 물질은, 예를 들면, 플루오린화리튬(LiF)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Dipolar materials may include, but are not limited to, lithium fluoride (LiF), for example.
일 실시예에 따르면, 채널층(212)은 쌍극자층(211) 위에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 쌍극자층(211)이 채널층(212) 위에 위치할 수도 있다.According to one embodiment, the channel layer 212 may be located on the dipole layer 211, but is not limited thereto. For example, the dipole layer 211 may be located on the channel layer 212.
도 4에 도시된 실시예의 채널막(210)의 다른 구성 요소와의 관계는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 채널막(210)의 다른 구성 요소와의 관계와 전반적으로 동일할 수 있다.The relationship with other components of the channel film 210 of the embodiment shown in FIG. 4 may be generally the same as the relationship with other components of the channel film 210 of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 .
일 실시예에 따르면, 채널층(212)과 제1 워드 라인(WL1)의 상부면 사이에 쌍극자층(211)이 위치할 수 있다. 채널층(212)과 제2 워드 라인(WL2)의 하부면 사이에 쌍극자층(211)이 위치할 수 있다. 쌍극자층(211)은 제1 게이트 절연막(Gox1)에 의해 제1 워드 라인(WL1)으로부터 이격될 수 있다. 쌍극자층(211)은 제2 게이트 절연막(Gox2)에 의해 제2 워드 라인(WL2)으로부터 이격될 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 may be located between the channel layer 212 and the upper surface of the first word line (WL1). A dipole layer 211 may be located between the channel layer 212 and the lower surface of the second word line WL2. The dipole layer 211 may be separated from the first word line (WL1) by the first gate insulating layer (Gox1). The dipole layer 211 may be separated from the second word line (WL2) by the second gate insulating layer (Gox2).
일 실시예에 따르면, 채널층(212)과 비트 라인(BL) 사이에 쌍극자층(211)이 위치할 수 있다. 쌍극자층(211)은 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에서 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 쌍극자층(211)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 쌍극자층(211)의 부분은 비트 라인(BL)의 측면을 덮는 쌍극자층(211)의 부분에 의해 연결될 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 may be located between the channel layer 212 and the bit line BL. The dipole layer 211 may contact the bit line BL between the first word line WL1 and the second word line WL2. The portion of the dipole layer 211 covering the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and the portion of the dipole layer 211 covering the lower surface of the second gate insulating film Gox2 are dipoles covering the side of the bit line BL. It may be connected by portions of layer 211.
일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면, 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면, 및 비트 라인(BL)의 측면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 채널층(212)은 쌍극자층(211)을 컨포멀하게 덮을 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 may conformally cover the upper surface of the first gate insulating film Gox1, the lower surface of the second gate insulating film Gox2, and the side surface of the bit line BL. The channel layer 212 may conformally cover the dipole layer 211.
일 실시예에 따르면, 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 쌍극자층(211)의 부분을 덮는 채널층(212)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 쌍극자층(211)의 부분을 덮는 채널층(212)의 부분 사이에 절연막(220)이 위치할 수 있다.According to one embodiment, a dipole layer ( An insulating film 220 may be positioned between portions of the channel layer 212 that cover portions of the channel layer 211).
일 실시예에 따르면, 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 자른 단면상에서 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 제1 게이트 절연막(Gox1), 쌍극자층(211), 채널층(212), 절연막(220), 채널층(212), 쌍극자층(211), 및 제2 게이트 절연막(Gox2)이 순차적으로 위치할 수 있다.According to one embodiment, a first gate insulating layer (Gox1) and a dipole layer are formed between the first word line (WL1) and the second word line (WL2) on a cross-section cut in the third direction (DR3) perpendicular to the substrate 110. (211), the channel layer 212, the insulating layer 220, the channel layer 212, the dipole layer 211, and the second gate insulating layer (Gox2) may be located sequentially.
일 실시예에 따르면, 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 자른 단면상에서 비트 라인(BL)과 제1 전극(310) 사이에 쌍극자층(211), 채널층(212), 및 절연막(220)이 순차적으로 위치할 수 있다.According to one embodiment, a dipole layer 211, a channel layer 212, and an insulating layer are formed between the bit line BL and the first electrode 310 on a cross-section cut in the second direction DR2 parallel to the substrate 110. (220) may be located sequentially.
일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면 및 식각 저지막(130)의 상부면을 덮으며 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자층(211)은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 및 식각 저지막(130)의 상부면을 덮으며 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)은 식각 저지막(130)의 측면을 따라 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 covers the top surface of the first gate insulating layer Gox1 and the top surface of the etch stop layer 130 and may extend over the side of the etch stop layer 130. The dipole layer 211 covers the lower surface of the second gate insulating layer Gox2 and the upper surface of the etch stop layer 130 and may extend over the side of the etch stop layer 130. According to one embodiment, the dipole layer 211 may extend along the side of the etch stop layer 130 in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110.
일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)은 식각 저지막(130)의 측면을 덮으며 제1 워드 라인(WL1)의 아래에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자층(211)은 제1 워드 라인(WL1)의 아래에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 상부면을 따라 기판(110)과 나란하며 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 covers the side surface of the etch stop layer 130 and may extend over the upper surface of the second interlayer insulating layer 150 located below the first word line WL1. The dipole layer 211 is parallel to the substrate 110 along the upper surface of the second interlayer insulating film 150 located below the first word line WL1 and extends in a second direction DR2 away from the bit line BL. It may be extended.
일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)은 식각 저지막(130)의 측면을 덮으며 제2 워드 라인(WL2)의 위에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자층(211)은 제2 워드 라인(WL2)의 위에 위치한 제2 층간 절연막(150)의 하부면을 따라 기판(110)과 나란하며 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 covers the side surface of the etch stop layer 130 and may extend over the lower surface of the second interlayer insulating layer 150 located on the second word line WL2. The dipole layer 211 is parallel to the substrate 110 along the lower surface of the second interlayer insulating film 150 located on the second word line WL2 and extends in the second direction DR2 away from the bit line BL. It can be.
상술한 바와 같이, 채널층(212)은 쌍극자층(211)을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 쌍극자층(211)과 제1 전극(310) 사이에 채널층(212)이 위치할 수 있다. 채널층(212)이 제1 전극(310)과 접촉할 수 있다.As described above, the channel layer 212 may conformally cover the dipole layer 211. According to one embodiment, the channel layer 212 may be located between the dipole layer 211 and the first electrode 310. The channel layer 212 may contact the first electrode 310.
도 4에 도시된 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 채널막(210)이 쌍극자 물질을 더 포함할 수 있다. 채널막(210)이 쌍극자 물질을 더 포함함에 따라, 문턱 전압이 낮아지고 소비 전력이 절감될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 4 , unlike the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 , the channel film 210 may further include a dipole material. As the channel film 210 further includes a dipole material, the threshold voltage can be lowered and power consumption can be reduced.
도 5는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 5의 실시예에 따른 반도체 장치는 도 4의 실시예에 따른 반도체 장치와 채널막(210)의 구조만 일부 다를 뿐, 다른 구성요소들은 동일하다. 이에, 편의상 차이점을 위주로 설명하고, 도 4를 참조하여 상술한 설명과 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 한다.Figure 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment. The semiconductor device according to the embodiment of FIG. 5 is only partially different from the semiconductor device according to the embodiment of FIG. 4 only in the structure of the channel layer 210, and other components are the same. Accordingly, for convenience, the description will focus on the differences, and descriptions that overlap with those described above with reference to FIG. 4 will be omitted or simplified.
이하에서는, 적층 구조체(SS)의 복수의 층들 중 하나의 층에 포함된 채널막(210)에 대하여, 상기 채널막(210)과 동일한 층에 포함된 다른 구성요소들과의 관계를 중심으로 설명한다.Hereinafter, the channel film 210 included in one of the plurality of layers of the stacked structure SS will be described, focusing on the relationship between the channel film 210 and other components included in the same layer. do.
도 5를 참조하면, 채널막(210)은 제3 방향(DR3)으로 인접한 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이의 공간을 채울 수 있다. 제1 워드 라인(WL1)은 제1 게이트 절연막(Gox1)에 의해 둘러싸여 있고, 제2 워드 라인(WL2)은 제2 게이트 절연막(Gox2)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 채널막(210)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 사이의 공간을 채울 수 있다.Referring to FIG. 5 , the channel film 210 may fill the space between the first word line (WL1) and the second word line (WL2) adjacent to each other in the third direction (DR3). The first word line WL1 may be surrounded by a first gate insulating layer Gox1, and the second word line WL2 may be surrounded by a second gate insulating layer Gox2. The channel film 210 may fill the space between the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and the lower surface of the second gate insulating film Gox2.
도 5에 도시된 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 실시예와 같이, 쌍극자층(211)이 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면, 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면, 및 비트 라인(BL)의 측면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 도 4에 도시된 실시예와 달리, 채널층(212)이 쌍극자층(211)이 덮이고 남은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 사이의 공간을 채울 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 5, like the embodiment shown in FIG. 4, the dipole layer 211 is formed on the upper surface of the first gate insulating film Gox1, the lower surface of the second gate insulating film Gox2, and the bit. The side of the line (BL) can be conformally covered. In the embodiment shown in FIG. 5, unlike the embodiment shown in FIG. 4, the channel layer 212 is covered with the dipole layer 211 and the remaining upper surface of the first gate insulating layer Gox1 and the second gate insulating layer Gox2. The space between the lower surfaces of can be filled.
일 실시예에 따르면, 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 자른 단면상에서 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 제1 게이트 절연막(Gox1), 쌍극자층(211), 채널층(212), 쌍극자층(211), 및 제2 게이트 절연막(Gox2)이 순차적으로 위치할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 도 4에 도시된 실시예와 달리, 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2) 사이에 절연막(도 4의 220)이 위치하지 않을 수 있다.According to one embodiment, a first gate insulating layer (Gox1) and a dipole layer are formed between the first word line (WL1) and the second word line (WL2) on a cross-section cut in the third direction (DR3) perpendicular to the substrate 110. (211), the channel layer 212, the dipole layer 211, and the second gate insulating layer (Gox2) may be located sequentially. In the embodiment shown in FIG. 5 , unlike the embodiment shown in FIG. 4 , the insulating film 220 in FIG. 4 may not be located between the first word line WL1 and the second word line WL2.
일 실시예에 따르면, 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 자른 단면상에서 비트 라인(BL)과 제1 전극(310) 사이에 쌍극자층(211) 및 채널층(212)이 순차적으로 위치할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 도 4에 도시된 실시예와 달리, 비트 라인(BL)과 제1 전극(310) 사이에 절연막(도 4의 220)이 위치하지 않을 수 있다.According to one embodiment, the dipole layer 211 and the channel layer 212 are sequentially formed between the bit line BL and the first electrode 310 on a cross-section cut in the second direction DR2 parallel to the substrate 110. can be located In the embodiment shown in FIG. 5 , unlike the embodiment shown in FIG. 4 , the insulating film 220 in FIG. 4 may not be located between the bit line BL and the first electrode 310 .
도 5에 도시된 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 실시예와 같이, 쌍극자층(211)은 식각 저지막(130) 및 제2 층간 절연막(150)을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 채널층(212)은 식각 저지막(130) 및 제2 층간 절연막(150)을 덮는 쌍극자층(211)의 부분을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 채널층(212)은 쌍극자층(211)과 제1 전극(310) 사이에 위치할 수 있다. 채널층(212)은 제1 전극(310)과 접촉할 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 5 , like the embodiment shown in FIG. 4 , the dipole layer 211 may conformally cover the etch stop layer 130 and the second interlayer insulating layer 150. The channel layer 212 may conformally cover a portion of the dipole layer 211 that covers the etch stop layer 130 and the second interlayer insulating layer 150. The channel layer 212 may be located between the dipole layer 211 and the first electrode 310. The channel layer 212 may be in contact with the first electrode 310.
도 5에 도시된 실시예는 도 4에 도시된 실시예와 같이, 채널막(210)이 2차원 물질 및 쌍극자 물질을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 채널막(210)이 2차원 물질을 포함함에 따라, GIDL이 감소하고, 캐리어의 이동도가 증가하고, 동작 신뢰성이 개선될 수 있다. 또한, 채널막(210)이 쌍극자 물질을 더 포함함에 따라, 문턱 전압이 낮아지고 소비 전력이 절감될 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 5 , like the embodiment shown in FIG. 4 , the channel film 210 may include a two-dimensional material and a dipole material. In the embodiment shown in FIG. 5, as the channel film 210 includes a two-dimensional material, GIDL can be reduced, carrier mobility can be increased, and operational reliability can be improved. Additionally, as the channel film 210 further includes a dipole material, the threshold voltage can be lowered and power consumption can be reduced.
이하, 도 6 내지 도 14를 참조하여 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6 내지 도 14는 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 도 6 내지 도 14는 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 14. 6 to 14 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment. 6 to 14 show a method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of FIGS. 1 and 2.
도 6을 참조하면, 기판(110) 위에 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 제1 층간 절연막(120) 및 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 복수의 비트 라인(BL)들이 제1 방향(DR1)으로 이격되며 배열될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a first interlayer insulating film 120 and a bit line BL extending in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 may be provided on the substrate 110 . Although not shown, a plurality of bit lines BL may be arranged to be spaced apart in the first direction DR1.
비트 라인(BL)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 도전 물질은, 예를 들면, 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질, 질화티타늄 또는 질화탄탈륨과 같은 도전성 금속 질화물, 텅스텐, 티타늄, 또는 탄탈륨과 같은 금속, 또는 텅스텐 실리사이드, 코발트 실리사이드, 또는 티타늄 실리사이드와 같은 금속-반도체 화합물 중 어느 하나일 수 있다.The bit line BL may include a conductive material. The conductive material may be, for example, a doped semiconductor material such as doped silicon or doped germanium, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, a metal such as tungsten, titanium, or tantalum, or tungsten silicide, cobalt silicide, Alternatively, it may be any one of metal-semiconductor compounds such as titanium silicide.
도시되지는 않았으나, 제1 층간 절연막(120)은 기판(110)과 나란한 제1 방향(DR1)으로 연장될 수 있다. 제1 층간 절연막(120)은 제1 방향(DR1)으로 배열된 비트 라인(BL)들 사이의 공간으로 연장되어 상기 비트 라인(BL)들을 절연시킬 수 있다.Although not shown, the first interlayer insulating film 120 may extend in the first direction DR1 parallel to the substrate 110 . The first interlayer insulating film 120 may extend into the space between the bit lines BL arranged in the first direction DR1 to insulate the bit lines BL.
비트 라인(BL)의 일측에 제2 층간 절연막(150), 제1 희생막(160), 및 제2 희생막(170)이 기판(110) 위에 교대로 적층될 수 있다. 제2 층간 절연막(150), 제1 희생막(160), 및 제2 희생막(170)은 제3 방향(DR3)을 따라 교대로 적층될 수 있다. 제2 층간 절연막(150)들 및 제2 희생막(170)들은 비트 라인(BL)과 접촉할 수 있다. 제1 희생막(160)들은 비트 라인(BL)으로부터 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 이격될 수 있다.A second interlayer insulating film 150, a first sacrificial film 160, and a second sacrificial film 170 may be alternately stacked on one side of the bit line BL on the substrate 110. The second interlayer insulating film 150, the first sacrificial film 160, and the second sacrificial film 170 may be alternately stacked along the third direction DR3. The second interlayer insulating films 150 and the second sacrificial films 170 may contact the bit line BL. The first sacrificial layers 160 may be spaced apart from the bit line BL in the second direction DR2 parallel to the substrate 110 .
제1 층간 절연막(120) 및 제2 층간 절연막(150)은 각각, 예를 들면, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 탄소 함유 실리콘 산화막, 탄소 함유 실리콘 질화막, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first interlayer insulating film 120 and the second interlayer insulating film 150 each include, for example, at least one of a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a carbon-containing silicon oxide film, a carbon-containing silicon nitride film, or a carbon-containing silicon oxynitride film. can do.
몇몇 실시예에서, 제1 희생막(160)은 실리콘 질화물을 포함하고, 제2 희생막(170)은 폴리 실리콘을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In some embodiments, the first sacrificial layer 160 may include silicon nitride, and the second sacrificial layer 170 may include polysilicon, but are not limited thereto.
제1 희생막(160)들의 비트 라인(BL)과 마주보는 면 위에 식각 저지막(130)이 위치할 수 있다. 식각 저지막(130)은 제3 방향(DR3)으로 연장되는 형상을 가질 수 있다. 식각 저지막(130)은, 예를 들어, 제1 희생막(160)과 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다.The etch stop layer 130 may be positioned on the side of the first sacrificial layer 160 facing the bit line BL. The etch stop layer 130 may have a shape extending in the third direction DR3. For example, the etch stop layer 130 may include a material that has an etch selectivity with that of the first sacrificial layer 160 .
제2 층간 절연막(150), 식각 저지막(130), 및 제2 희생막(170) 사이의 공간에 게이트 절연막(Gox)이 제공될 수 있다. 게이트 절연막(Gox)은 고유전막, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고유전막은, 예를 들면, 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 또는 납 아연 니오브산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A gate insulating layer (Gox) may be provided in the space between the second interlayer insulating layer 150, the etch stop layer 130, and the second sacrificial layer 170. The gate insulating layer Gox may include at least one of a high-k dielectric layer, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a silicon oxynitride layer. High dielectric films include, for example, hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, aluminum oxide, It may include at least one of lead scandium tantalum oxide, or lead zinc niobate.
제1 게이트 절연막(Gox1)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면, 제2 희생막(170)의 하부면, 및 상기 제2 층간 절연막(150)과 상기 제2 희생막(170)의 사이에 위치한 식각 저지막(130)의 일측면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 일측면은 비트 라인(BL)과 마주보는 면일 수 있다.The first gate insulating film Gox1 is formed on the upper surface of the second interlayer insulating film 150, the lower surface of the second sacrificial film 170, and between the second interlayer insulating film 150 and the second sacrificial film 170. One side of the etch stop film 130 located at can be conformally covered. One side of the etch stop layer 130 may be a side facing the bit line BL.
제2 게이트 절연막(Gox2)은 제2 희생막(170)의 상부면, 제2 층간 절연막(150)의 상부면, 및 상기 제2 희생막(170)과 상기 제2 층간 절연막(150)의 사이에 위치한 식각 저지막(130)의 일측면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 일측면은 비트 라인(BL)과 마주보는 면일 수 있다.The second gate insulating layer Gox2 is formed on the top surface of the second sacrificial layer 170, the top surface of the second interlayer insulating layer 150, and between the second sacrificial layer 170 and the second interlayer insulating layer 150. One side of the etch stop film 130 located at can be conformally covered. One side of the etch stop layer 130 may be a side facing the bit line BL.
제2 층간 절연막(150)들 사이에 2개의 워드 라인(WL)들이 제공될 수 있다. 도시되지 않았으나, 워드 라인(WL)들은 제1 방향(DR1)을 따라 연장될 수 있다. 제2 층간 절연막(150)들 사이에 위치하는 워드 라인(WL)들은 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)을 포함할 수 있다. 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)은 제2 희생막(170)에 의해 제3 방향(DR3)으로 이격될 수 있다. 제1 워드 라인(WL1)이 제2 워드 라인(WL2)보다 기판(110)과 인접할 수 있다.Two word lines (WL) may be provided between the second interlayer insulating films 150. Although not shown, the word lines WL may extend along the first direction DR1. The word lines WL located between the second interlayer insulating films 150 may include a first word line WL1 and a second word line WL2. The first word line WL1 and the second word line WL2 may be spaced apart in the third direction DR3 by the second sacrificial layer 170 . The first word line WL1 may be closer to the substrate 110 than the second word line WL2.
워드 라인(WL)들은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도전 물질은 반도체 물질, 도전성 금속 질화물, 금속, 또는 금속-반도체 화합물 중 어느 하나일 수 있다.Word lines (WL) may include conductive material. For example, the conductive material may be any of a semiconductor material, a conductive metal nitride, a metal, or a metal-semiconductor compound.
워드 라인(WL)들은 각각 게이트 절연막(Gox)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 제1 워드 라인(WL1)은 제1 게이트 절연막(Gox1)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 제2 워드 라인(WL2)은 제2 게이트 절연막(Gox2)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다.Each of the word lines (WL) may be surrounded by a gate insulating layer (Gox). The first word line WL1 may be surrounded by the first gate insulating layer Gox1. The second word line WL2 may be surrounded by the second gate insulating layer Gox2.
제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)과 비트 라인(BL) 사이에 절연 물질을 포함하는 스페이서(140)가 제공될 수 있다. 스페이서(140)는 비트 라인(BL)으로부터 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)을 제2 방향(DR2)으로 이격시킬 수 있다. 스페이서(140)에 의해 제1 워드 라인(WL1) 및 제2 워드 라인(WL2)은 비트 라인(BL)과 절연될 수 있다. 스페이서(140)는 제1 게이트 절연막(Gox1) 또는 제2 게이트 절연막(Gox2)에 의해 둘러싸여 있을 수 있다.A spacer 140 including an insulating material may be provided between the first and second word lines WL1 and WL2 and the bit line BL. The spacer 140 may space the first word line WL1 and the second word line WL2 from the bit line BL in the second direction DR2. The first word line (WL1) and the second word line (WL2) may be insulated from the bit line (BL) by the spacer 140. The spacer 140 may be surrounded by a first gate insulating layer (Gox1) or a second gate insulating layer (Gox2).
도 7을 참조하면, 제2 층간 절연막(150)을 측벽으로 하고, 식각 저지막(130) 및 제1 희생막 패턴(160P)을 바닥면으로 하는 제1 리세스(R1)들이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , first recesses R1 may be formed with the second interlayer insulating film 150 as the sidewall and the etch stop film 130 and the first sacrificial film pattern 160P as the bottom surface. .
예를 들면, 제2 층간 절연막(150), 제1 희생막(160), 및 제2 희생막(170)을 제3 방향(DR3)으로 관통하는 트렌치가 형성되고, 트렌치를 통해 제1 희생막(160) 및 제2 희생막(170)이 선택적으로 식각될 수 있다. 식각 공정은 식각 저지막(130)이 노출될 때까지 수행될 수 있다.For example, a trench penetrating the second interlayer insulating layer 150, the first sacrificial layer 160, and the second sacrificial layer 170 in the third direction DR3 is formed, and the first sacrificial layer is formed through the trench. (160) and the second sacrificial layer 170 may be selectively etched. The etching process may be performed until the etch stop layer 130 is exposed.
식각 공정에 의해 제2 희생막(170)은 전부 제거될 수 있다. 식각 공정에 의해 제1 희생막(160)은 부분적으로 제거되어 제1 희생막 패턴(160P)이 형성될 수 있다. 식각 공정에 의해 식각 저지막(130)의 측면이 노출될 수 있다.The second sacrificial layer 170 may be entirely removed through an etching process. The first sacrificial layer 160 may be partially removed through an etching process to form the first sacrificial layer pattern 160P. The side surface of the etch-stop film 130 may be exposed through an etching process.
제1 리세스(R1)의 바닥면은 식각 저지막(130)의 측면 및 제1 희생막 패턴(160P)의 측면으로 정의될 수 있다. 제1 리세스(R1)의 일측벽은 제3 방향(DR3)으로 인접한 제2 층간 절연막(150)들 중 기판(110)과 상대적으로 가까운 제2 층간 절연막(150)의 상부면으로 정의될 수 있다. 제1 리세스(R1)의 타측벽은 상기 제3 방향(DR3)으로 인접한 제2 층간 절연막(150)들 중 기판(110)으로부터 상대적으로 먼 제2 층간 절연막(150)의 하부면으로 정의될 수 있다.The bottom surface of the first recess R1 may be defined as the side surface of the etch stop layer 130 and the side surface of the first sacrificial layer pattern 160P. One side wall of the first recess R1 may be defined as the upper surface of the second interlayer insulating film 150 that is relatively close to the substrate 110 among the second interlayer insulating films 150 adjacent in the third direction DR3. there is. The other side wall of the first recess (R1) will be defined as the lower surface of the second interlayer insulating film 150 that is relatively distant from the substrate 110 among the second interlayer insulating films 150 adjacent in the third direction DR3. You can.
도 8을 참조하면, 게이트 절연막(Gox) 및 식각 저지막(130)을 측벽으로 하고, 비트 라인(BL)을 바닥면으로 하는 제2 리세스(R2)들이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8 , second recesses R2 may be formed with the gate insulating layer Gox and the etch stop layer 130 as sidewalls and the bit line BL as the bottom surface.
예를 들면, 제1 희생막 패턴(160P)이 선택적으로 식각될 수 있다. 식각 공정에 의해 제1 희생막 패턴(160P)이 제거될 수 있다. 식각 공정에 의해 비트 라인(BL)의 측면이 노출될 수 있다.For example, the first sacrificial layer pattern 160P may be selectively etched. The first sacrificial layer pattern 160P may be removed through an etching process. A side surface of the bit line BL may be exposed through an etching process.
제2 리세스(R2)의 바닥면은 비트 라인(BL)의 측면으로 정의될 수 있다. 제2 리세스(R2)의 일측벽은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면 및 제1 게이트 절연막(Gox1)의 측면을 덮는 식각 저지막(130)의 상부면으로 정의될 수 있다. 제2 리세스(R2)의 타측벽은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 및 제2 게이트 절연막(Gox2)의 측면을 덮는 식각 저지막(130)의 하부면으로 정의될 수 있다.The bottom surface of the second recess R2 may be defined as the side surface of the bit line BL. One side wall of the second recess R2 may be defined as the top surface of the first gate insulating film Gox1 and the top surface of the etch stop film 130 covering the side surface of the first gate insulating film Gox1. The other side wall of the second recess R2 may be defined as the lower surface of the second gate insulating film Gox2 and the lower surface of the etch stop film 130 covering the side surface of the second gate insulating film Gox2.
도 9를 참조하면, 채널막 물질층(210_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 채널막 물질층(210_L)은 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 9, a channel film material layer 210_L may be formed. For example, the channel film material layer 210_L may be formed by an atomic layer deposition process, but is not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 채널막 물질층(210_L)은 제2 층간 절연막(150), 식각 저지막(130), 게이트 절연막(Gox), 및 비트 라인(BL)을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면, 측면, 및 하부면을 덮을 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 식각 저지막(130)의 상부면, 측면, 및 하부면을 덮을 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮을 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮을 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 비트 라인(BL)의 측면을 덮을 수 있다.According to one embodiment, the channel material layer 210_L may conformally cover the second interlayer insulating layer 150, the etch stop layer 130, the gate insulating layer (Gox), and the bit line (BL). The channel film material layer 210_L may cover the top, side, and bottom surfaces of the second interlayer insulating film 150 . The channel film material layer 210_L may cover the top, side, and bottom surfaces of the etch stop film 130 . The channel film material layer 210_L may cover the upper surface of the first gate insulating film Gox1. The channel film material layer 210_L may cover the lower surface of the second gate insulating film Gox2. The channel film material layer 210_L may cover the side surface of the bit line BL.
비트 라인(BL)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 상기 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 식각 저지막(130)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 상부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면을 따라 기판(110)과 가까워지는 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 상기 제2 층간 절연막(150)의 상부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The channel film material layer 210_L covering the side surface of the bit line BL may extend over the top surface of the first gate insulating film Gox1. The channel film material layer 210_L covering the upper surface of the first gate insulating film Gox1 may extend over the upper surface of the etch stop film 130. The channel film material layer 210_L covering the upper surface of the etch stop film 130 may extend over the side surface of the etch stop film 130. The channel film material layer 210_L may extend along the side surface of the etch stop film 130 in the third direction DR3 closer to the substrate 110 . The channel film material layer 210_L covering the side surface of the etch stop film 130 may extend over the upper surface of the second interlayer insulating film 150. The channel film material layer 210_L may extend along the upper surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL.
비트 라인(BL)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 상기 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 식각 저지막(130)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 하부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 따라 기판(110)으로부터 멀어지는 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)은 제2 층간 절연막(150)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 채널막 물질층(210_L)은 상기 제2 층간 절연막(150)의 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The channel film material layer 210_L covering the side surface of the bit line BL may extend over the lower surface of the second gate insulating film Gox2. The channel film material layer 210_L covering the lower surface of the second gate insulating film Gox2 may extend over the lower surface of the etch stop film 130. The channel film material layer 210_L covering the lower surface of the etch stop film 130 may extend over the side surface of the etch stop film 130. It may extend along the side of the etch stop layer 130 in a third direction DR3 away from the substrate 110 . The channel film material layer 210_L covering the side surface of the etch stop film 130 may extend over the lower surface of the second interlayer insulating film 150. The channel film material layer 210_L may extend along the lower surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL.
일 실시예에 따르면, 채널막 물질층(210_L)은 2차원 물질을 포함할 수 있다. 2차원 물질은, 예를 들면, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 또는 흑린(BP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment, the channel film material layer 210_L may include a two-dimensional material. The two-dimensional material is, for example, at least one of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), or black phosphorus (BP). It may include, but is not limited to this.
도 10을 참조하면, 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분 사이에 절연막(220)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10, between the portion of the channel film material layer 210_L covering the upper surface of the first gate insulating film Gox1 and the portion of the channel film material layer 210_L covering the lower surface of the second gate insulating film Gox2. An insulating film 220 may be formed.
예를 들면, 절연막(220)은 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 물리적 기상 증착(physical vapor deposition, PVD), 또는 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the insulating film 220 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or ALD process, but is not limited thereto.
절연막(220)은 채널막 물질층(210_L)이 도 8의 제2 리세스(R2) 내에 컨포멀하게 형성되고 남은 공간을 채울 수 있다. 예를 들면, 절연막(220)은 증착 공정에서 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분을 덮도록 형성된 이후에, 부분적으로 식각될 수 있다. 절연막(220)의 부분적 식각에 의해 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분이 노출될 수 있다.The insulating film 220 may fill the space remaining after the channel film material layer 210_L is conformally formed in the second recess R2 of FIG. 8 . For example, the insulating film 220 may be formed to cover a portion of the channel film material layer 210_L that covers the side surface of the etch-stop film 130 in a deposition process, and then may be partially etched. A portion of the channel film material layer 210_L covering the side surface of the etch-stop film 130 may be exposed by partially etching the insulating film 220 .
도 10에 도시된 바와 같이, 절연막(220)의 노출된 측면이 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 노출된 측면보다 비트 라인(BL)과 가까울 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 절연막(220)의 노출된 측면이 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 노출된 측면과 제3 방향(DR3)에서 일직선 상에 위치할 수 있다.As shown in FIG. 10, the exposed side of the insulating film 220 may be closer to the bit line BL than the exposed side of the channel film material layer 210_L covering the side of the etch stop film 130. It is not limited. As another example, the exposed side of the insulating film 220 may be positioned on a straight line with the exposed side of the channel film material layer 210_L covering the side of the etch stop film 130 in the third direction DR3.
도 11을 참조하면, 제1 전극 물질층(310_L) 및 유전막 물질층(320_L)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 11 , a first electrode material layer 310_L and a dielectric material layer 320_L may be formed.
먼저, 제1 전극 물질층(310_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 물질층(310_L) 및 유전막 물질층(320_L)은 각각 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.First, a first electrode material layer 310_L may be formed. For example, the first electrode material layer 310_L and the dielectric material layer 320_L may each be formed through an ALD process, but are not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 제1 전극 물질층(310_L)은 채널막 물질층(210_L) 및 절연막(220)의 노출된 표면을 컨포멀하게 덮을 수 있다.According to one embodiment, the first electrode material layer 310_L may conformally cover the exposed surfaces of the channel film material layer 210_L and the insulating film 220.
일 실시예에 따르면, 제1 전극 물질층(310_L)은 채널막 물질층(210_L)의 프로파일을 따라, 기판(110)과 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 부분 및 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장되는 부분을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first electrode material layer 310_L has a portion extending in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 and the substrate 110 along the profile of the channel film material layer 210_L. It may include a portion extending in a parallel second direction DR2.
인접한 제2 층간 절연막(150)들의 사이에서 제3 방향(DR3)으로 연장되는 제1 전극 물질층(310_L)의 부분은 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분들을 덮을 수 있다.The portion of the first electrode material layer 310_L extending in the third direction DR3 between adjacent second interlayer insulating layers 150 is a portion of the channel material layer 210_L covering the side surface of the etch stop layer 130. can cover them.
제2 방향(DR2)으로 연장되는 제1 전극 물질층(310_L)의 부분은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 덮는 채널막 물질층(210_L)의 부분을 덮을 수 있다.The portion of the first electrode material layer 310_L extending in the second direction DR2 may cover the portion of the channel film material layer 210_L that covers the upper or lower surface of the second interlayer insulating layer 150.
제1 전극 물질층(310_L)은, 예를 들면, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속 물질, 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물과 같은 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first electrode material layer 310_L is, for example, a metal material such as titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, or a doped silicon or doped germanium. It may include at least one of doped semiconductor materials.
이어, 유전막 물질층(320_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전막 물질층(320_L)은 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, a dielectric material layer 320_L may be formed. For example, the dielectric material layer 320_L may be formed through an ALD process, but is not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 유전막 물질층(320_L)은 제1 전극 물질층(310_L)의 노출된 표면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전막 물질층(320_L)은 제1 전극 물질층(310_L)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.According to one embodiment, the dielectric material layer 320_L may conformally cover the exposed surface of the first electrode material layer 310_L. According to one embodiment, the dielectric material layer 320_L may extend along the profile of the first electrode material layer 310_L.
유전막 물질층(320_L)은 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전막 물질층(320_L)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 납 아연 니오브산염, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The dielectric material layer 320_L may include a high dielectric constant material. For example, the dielectric material layer 320_L may be formed of hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, It may include aluminum oxide, lead scandium tantalum oxide, lead zinc niobate, or combinations thereof.
도 12를 참조하면, 유전막 물질층(320_L)이 형성되고 남은 빈 공간을 희생막 물질로 채운 이후, 제1 전극(310)들을 분리하기 위한 트렌치를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 층간 절연막(150), 채널막 물질층(210_L), 제1 전극 물질층(310_L), 유전막 물질층(320_L) 및 희생막 물질층을 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 관통하는 트렌치를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12 , after the dielectric material layer 320_L is formed and the remaining empty space is filled with a sacrificial layer material, a trench may be formed to separate the first electrodes 310. For example, the second interlayer insulating film 150, the channel film material layer 210_L, the first electrode material layer 310_L, the dielectric film material layer 320_L, and the sacrificial film material layer are placed in a third layer perpendicular to the substrate 110. A trench penetrating in the direction DR3 can be formed.
트렌치를 형성함에 따라 제2 층간 절연막(150)의 측면을 따라 연결된 채널막 물질층(210_L), 제1 전극 물질층(310_L), 유전막 물질층(320_L), 및 희생막 물질층이 각각 절단될 수 있다. 제2 층간 절연막(150)에 의해 층이 구분될 수 있다. 각 층에는 채널막(210), 제1 전극(310), 유전막(320), 및 희생막 패턴(SP)이 형성될 수 있다.As the trench is formed, the channel film material layer 210_L, the first electrode material layer 310_L, the dielectric film material layer 320_L, and the sacrificial film material layer connected along the side of the second interlayer insulating film 150 are cut, respectively. You can. The layers may be divided by the second interlayer insulating film 150. A channel film 210, a first electrode 310, a dielectric film 320, and a sacrificial film pattern (SP) may be formed in each layer.
일 실시예에 따르면, 제1 전극(310)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 수직부 및 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장되는 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)의 수평부는 제1 전극(310)의 수직부로부터, 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)은 제3 방향(DR3)으로 이격된 2개의 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)은 제2 방향(DR2)으로 연장되며 속이 빈 실린더 형태를 가질 수 있다.According to one embodiment, the first electrode 310 includes a vertical portion extending in a third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 and a horizontal portion extending in a second direction DR2 parallel to the substrate 110. can do. The horizontal portion of the first electrode 310 may extend from the vertical portion of the first electrode 310 in the second direction DR2 away from the bit line BL. The first electrode 310 may include two horizontal portions spaced apart in the third direction DR3. The first electrode 310 extends in the second direction DR2 and may have the shape of a hollow cylinder.
일 실시예에 따르면, 유전막(320)은 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내벽을 덮는 형상을 가질 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 유전막(320)이 형성되고 남은, 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간을 채울 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 유전막(320)에 의해 둘러싸인 형상을 가질 수 있다.According to one embodiment, the dielectric layer 320 may have a shape that covers the inner wall of the cylindrical first electrode 310. The sacrificial layer pattern SP may fill the inner space of the cylindrical first electrode 310 remaining after the dielectric layer 320 is formed. The sacrificial layer pattern SP may have a shape surrounded by the dielectric layer 320 .
도 13을 참조하면, 채널막(210) 및 제1 전극(310)의 일부를 식각하고, 식각된 부분에 절연체(340)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, a portion of the channel film 210 and the first electrode 310 may be etched, and an insulator 340 may be formed on the etched portion.
예를 들면, 도 12에서 형성된 트렌치에 의해 노출되는 채널막(210) 및 제1 전극(310)을 선택적으로 식각할 수 있다. 채널막(210) 및 제1 전극(310)의 일부가 제거됨으로써, 제2 층간 절연막(150)과 유전막(320)을 측벽으로 하고 채널막(210) 및 제1 전극(310)을 바닥면으로 하는 리세스가 형성될 수 있다. 상기 리세스 내에 절연체(340)가 형성될 수 있다.For example, the channel film 210 and the first electrode 310 exposed by the trench formed in FIG. 12 may be selectively etched. By removing part of the channel film 210 and the first electrode 310, the second interlayer insulating film 150 and the dielectric film 320 are used as the sidewalls, and the channel film 210 and the first electrode 310 are used as the bottom surface. A recess may be formed. An insulator 340 may be formed within the recess.
절연체(340)는, 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 탄소 함유 실리콘 산화물, 탄소 함유 실리콘 질화물, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The insulator 340 may include, for example, at least one of silicon nitride, silicon oxynitride, carbon-containing silicon oxide, carbon-containing silicon nitride, or carbon-containing silicon oxynitride.
도 14를 참조하면, 희생막 패턴(SP)이 제거되고, 제2 전극(330)이 형성될 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 희생막 패턴(SP)을 제거한 이후, 제2 전극(330)을 증착할 수 있다. 제2 전극(330)은, 예를 들면, PVD 또는 CVD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 14 , the sacrificial layer pattern SP may be removed and the second electrode 330 may be formed. The sacrificial layer pattern (SP) may be removed by an etching process. After removing the sacrificial layer pattern (SP), the second electrode 330 may be deposited. The second electrode 330 may be formed by, for example, a PVD or CVD process, but is not limited thereto.
제2 전극(330)은, 예를 들면, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속 물질, 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물과 같은 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The second electrode 330 may be, for example, a metal material such as titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, or a doped material such as doped silicon or doped germanium. It may contain at least one semiconductor material.
제2 전극(330)은 희생막 패턴(SP)을 대신하여, 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간을 채울 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간에 삽입된 형태를 가질 수 있다. 제2 전극(330)은 유전막(320)에 의해 둘러싸일 수 있다. 유전막(320)에 의해 둘러싸인 제2 전극(330)의 부분은 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The second electrode 330 may replace the sacrificial layer pattern SP and fill the internal space of the first electrode 310 having a cylindrical shape. According to one embodiment, the second electrode 330 may be inserted into the inner space of the cylindrical first electrode 310. The second electrode 330 may be surrounded by a dielectric layer 320. The portion of the second electrode 330 surrounded by the dielectric layer 320 may extend in the second direction DR2 parallel to the substrate 110.
제1 전극(310), 실린더 형태의 제1 전극(310)에 삽입된 제2 전극(330)의 부분, 및 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(330) 사이에 게재되는 유전막(320)은 각 층의 데이터 저장 요소(DS)를 구성할 수 있다.A first electrode 310, a portion of the second electrode 330 inserted into the cylindrical first electrode 310, and a dielectric film disposed between the first electrode 310 and the second electrode 330 ( 320) may configure the data storage element (DS) of each layer.
일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 유전막(320)의 측면, 절연체(340)의 측면, 제2 층간 절연막(150)의 측면을 덮으며 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 제3 방향(DR3)으로 적층되는 복수의 층들에 각각 포함되는 데이터 저장 요소(DS)들은 하나의 제2 전극(330)을 공유할 수 있다.According to one embodiment, the second electrode 330 covers the side of the dielectric film 320, the side of the insulator 340, and the side of the second interlayer insulating film 150, and is formed in a third direction perpendicular to the substrate 110 ( It can be extended to DR3). The data storage elements DS included in each of the plurality of layers stacked in the third direction DR3 may share one second electrode 330.
일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 유전막(320) 및 절연체(340)에 의해 각 층의 채널막(210) 및 제1 전극(310)으로부터 이격될 수 있다. 유전막(320) 및 절연체(340)는 제2 전극(330)을 각 층의 채널막(210) 및 제1 전극(310)과 절연시킬 수 있다.According to one embodiment, the second electrode 330 may be spaced apart from the channel film 210 and the first electrode 310 of each layer by the dielectric film 320 and the insulator 340. The dielectric layer 320 and the insulator 340 may insulate the second electrode 330 from the channel layer 210 and the first electrode 310 of each layer.
한편, 데이터 저장 요소(DS)는 제1 전극(310)이 채널막(210)과 접촉함에 따라 채널막(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the data storage element DS may be electrically connected to the channel film 210 as the first electrode 310 contacts the channel film 210.
이하, 도 15 내지 도 23을 참조하여 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 15 내지 도 23은 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 도 15 내지 도 23은 도 4의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 23. 15 to 23 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment. 15 to 23 show a method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of FIG. 4.
도 15 내지 도 17에 도시된 공정들은 도 6 내지 도 8에 도시된 공정들과 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.Since the processes shown in FIGS. 15 to 17 are the same as the processes shown in FIGS. 6 to 8, duplicate descriptions will be omitted.
도 18을 참조하면, 쌍극자 물질층(211_L) 및 2차원 물질층(212_L)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a dipole material layer 211_L and a two-dimensional material layer 212_L may be formed.
일 실시예에 따르면, 쌍극자 물질층(211_L)이 형성된 이후, 2차원 물질층(212_L)이 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 2차원 물질층(212_L)이 형성된 이후, 쌍극자 물질층(211_L)이 형성될 수도 있다.According to one embodiment, after the dipole material layer 211_L is formed, the two-dimensional material layer 212_L may be formed, but the present invention is not limited thereto. In another embodiment, the dipole material layer 211_L may be formed after the two-dimensional material layer 212_L is formed.
일 실시예에 따르면, 먼저 쌍극자 물질층(211_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 쌍극자 물질층(211_L)은 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, a dipole material layer 211_L may be formed first. For example, the dipole material layer 211_L may be formed through an ALD process, but is not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 층간 절연막(150), 식각 저지막(130), 게이트 절연막(Gox), 및 비트 라인(BL)을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면, 측면, 및 하부면을 덮을 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 식각 저지막(130)의 상부면, 측면, 및 하부면을 덮을 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮을 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮을 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 비트 라인(BL)의 측면을 덮을 수 있다.According to one embodiment, the dipole material layer 211_L may conformally cover the second interlayer insulating layer 150, the etch stop layer 130, the gate insulating layer (Gox), and the bit line (BL). The dipole material layer 211_L may cover the top, side, and bottom surfaces of the second interlayer insulating film 150. The dipole material layer 211_L may cover the top, side, and bottom surfaces of the etch stop layer 130 . The dipole material layer 211_L may cover the upper surface of the first gate insulating layer Gox1. The dipole material layer 211_L may cover the lower surface of the second gate insulating layer Gox2. The dipole material layer 211_L may cover the side of the bit line BL.
비트 라인(BL)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 상기 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 식각 저지막(130)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 상부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면을 따라 기판(110)과 가까워지는 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 상기 제2 층간 절연막(150)의 상부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The dipole material layer 211_L covering the side surface of the bit line BL may extend over the top surface of the first gate insulating layer Gox1. The dipole material layer 211_L covering the upper surface of the first gate insulating layer Gox1 may extend over the upper surface of the etch stop layer 130. The dipole material layer 211_L covering the upper surface of the etch stop layer 130 may extend over the side surface of the etch stop layer 130. The dipole material layer 211_L may extend along the side of the etch stop layer 130 in the third direction DR3 closer to the substrate 110 . The dipole material layer 211_L covering the side surface of the etch stop layer 130 may extend over the upper surface of the second interlayer insulating layer 150. The dipole material layer 211_L may extend along the upper surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL.
비트 라인(BL)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 상기 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 식각 저지막(130)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 하부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 상기 식각 저지막(130)의 측면 위로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 따라 기판(110)으로부터 멀어지는 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 상기 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)은 제2 층간 절연막(150)의 하부면 위로 연장될 수 있다. 쌍극자 물질층(211_L)은 상기 제2 층간 절연막(150)의 하부면을 따라 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The dipole material layer 211_L covering the side surface of the bit line BL may extend over the lower surface of the second gate insulating layer Gox2. The dipole material layer 211_L covering the lower surface of the second gate insulating layer Gox2 may extend over the lower surface of the etch stop layer 130. The dipole material layer 211_L covering the lower surface of the etch stop layer 130 may extend over the side of the etch stop layer 130. It may extend along the side of the etch stop layer 130 in a third direction DR3 away from the substrate 110 . The dipole material layer 211_L covering the side surface of the etch stop layer 130 may extend over the lower surface of the second interlayer insulating layer 150. The dipole material layer 211_L may extend along the lower surface of the second interlayer insulating film 150 in the second direction DR2 away from the bit line BL.
일 실시예에 따르면, 쌍극자 물질층(211_L)은 쌍극자 물질을 포함할 수 있다. 쌍극자 물질은, 예를 들면, 플루오린화리튬(LiF)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment, the dipole material layer 211_L may include a dipole material. Dipolar materials may include, but are not limited to, lithium fluoride (LiF), for example.
이어, 2차원 물질층(212_L)이 쌍극자 물질층(211_L) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 2차원 물질층(212_L)은 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 2차원 물질층(212_L)은 쌍극자 물질층(211_L)을 컨포멀하게 덮을 수 있다.Subsequently, a two-dimensional material layer 212_L may be formed on the dipole material layer 211_L. For example, the two-dimensional material layer 212_L may be formed by an ALD process, but is not limited thereto. The two-dimensional material layer 212_L may conformally cover the dipole material layer 211_L.
일 실시예에 따르면, 2차원 물질층(212_L)은 2차원 물질을 포함할 수 있다. 2차원 물질은, 예를 들면, 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 또는 흑린(BP) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.According to one embodiment, the two-dimensional material layer 212_L may include a two-dimensional material. The two-dimensional material is, for example, at least one of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), or black phosphorus (BP). It may include, but is not limited to this.
도 19를 참조하면, 제1 게이트 절연막(Gox1)의 상부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)의 부분 및 2차원 물질층(212_L)의 부분과 제2 게이트 절연막(Gox2)의 하부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)의 부분 및 2차원 물질층(212_L)의 부분 사이에 절연막(220)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 19, a portion of the dipole material layer 211_L covering the upper surface of the first gate insulating layer Gox1, a portion of the two-dimensional material layer 212_L, and a dipole covering the lower surface of the second gate insulating layer Gox2. An insulating film 220 may be formed between a portion of the material layer 211_L and a portion of the two-dimensional material layer 212_L.
예를 들면, 절연막(220)은 CVD, PVD, 또는 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the insulating film 220 may be formed by a CVD, PVD, or ALD process, but is not limited thereto.
절연막(220)은 쌍극자 물질층(211_L) 및 2차원 물질층(212_L)이 도 17의 제2 리세스(R2) 내에 컨포멀하게 형성되고 남은 공간을 채울 수 있다. 예를 들면, 절연막(220)은 증착 공정에서, 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)의 부분 및 2차원 물질층(212_L)의 부분을 덮도록 형성된 이후에, 부분적으로 식각될 수 있다. 절연막(220)의 부분적 식각에 의해, 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 2차원 물질층(212_L)의 부분이 노출될 수 있다.The insulating film 220 may fill the space remaining after the dipole material layer 211_L and the two-dimensional material layer 212_L are conformally formed in the second recess R2 of FIG. 17 . For example, in the deposition process, the insulating film 220 is formed to cover a portion of the dipole material layer 211_L and a portion of the two-dimensional material layer 212_L that covers the side of the etch stop layer 130, and then is partially formed. Can be etched. By partially etching the insulating layer 220, a portion of the two-dimensional material layer 212_L covering the side surface of the etch-stop layer 130 may be exposed.
도 19에 도시된 바와 같이, 절연막(220)의 노출된 측면이 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 2차원 물질층(212_L)의 노출된 측면보다 비트 라인(BL)과 가까울 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 절연막(220)의 노출된 측면이 상기 2차원 물질층(212_L)의 노출된 측면과 제3 방향(DR3)에서 일직선 상에 위치할 수 있다.As shown in FIG. 19, the exposed side of the insulating film 220 may be closer to the bit line BL than the exposed side of the two-dimensional material layer 212_L covering the side of the etch stop film 130. It is not limited. As another example, the exposed side of the insulating film 220 may be positioned on a straight line with the exposed side of the two-dimensional material layer 212_L in the third direction DR3.
도 20을 참조하면, 제1 전극 물질층(310_L) 및 유전막 물질층(320_L)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 20 , a first electrode material layer 310_L and a dielectric material layer 320_L may be formed.
먼저, 제1 전극 물질층(310_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극 물질층(310_L) 및 유전막 물질층(320_L)은 각각 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.First, a first electrode material layer 310_L may be formed. For example, the first electrode material layer 310_L and the dielectric material layer 320_L may each be formed through an ALD process, but are not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 제1 전극 물질층(310_L)은 2차원 물질층(212_L) 및 절연막(220)의 노출된 표면을 컨포멀하게 덮을 수 있다.According to one embodiment, the first electrode material layer 310_L may conformally cover the exposed surfaces of the two-dimensional material layer 212_L and the insulating film 220.
일 실시예에 따르면, 제1 전극 물질층(310_L)은 2차원 물질층(212_L)의 프로파일을 따라, 기판(110)과 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 부분 및 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장되는 부분을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first electrode material layer 310_L has a portion extending in the third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 and the substrate 110 along the profile of the two-dimensional material layer 212_L. It may include a portion extending in a parallel second direction DR2.
인접한 제2 층간 절연막(150)들의 사이에서 제3 방향(DR3)으로 연장되는 제1 전극 물질층(310_L)의 부분은 식각 저지막(130)의 측면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)의 부분들 및 2차원 물질층(212_L)의 부분들을 덮을 수 있다.The portion of the first electrode material layer 310_L extending in the third direction DR3 between the adjacent second interlayer insulating layers 150 is the portion of the dipole material layer 211_L covering the side surface of the etch stop layer 130. and parts of the two-dimensional material layer 212_L.
제2 방향(DR2)으로 연장되는 제1 전극 물질층(310_L)의 부분은 제2 층간 절연막(150)의 상부면 또는 하부면을 덮는 쌍극자 물질층(211_L)의 부분 및 2차원 물질층(212_L)의 부분을 덮을 수 있다.The portion of the first electrode material layer 310_L extending in the second direction DR2 is the portion of the dipole material layer 211_L that covers the upper or lower surface of the second interlayer insulating film 150 and the two-dimensional material layer 212_L. ) can cover the part.
제1 전극 물질층(310_L)은, 예를 들면, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속 물질, 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물과 같은 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first electrode material layer 310_L is, for example, a metal material such as titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, or a doped silicon or doped germanium. It may include at least one of doped semiconductor materials.
이어, 유전막 물질층(320_L)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전막 물질층(320_L)은 ALD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Subsequently, a dielectric material layer 320_L may be formed. For example, the dielectric material layer 320_L may be formed through an ALD process, but is not limited thereto.
일 실시예에 따르면, 유전막 물질층(320_L)은 제1 전극 물질층(310_L)의 노출된 표면을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전막 물질층(320_L)은 제1 전극 물질층(310_L)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다.According to one embodiment, the dielectric material layer 320_L may conformally cover the exposed surface of the first electrode material layer 310_L. According to one embodiment, the dielectric material layer 320_L may extend along the profile of the first electrode material layer 310_L.
유전막 물질층(320_L)은 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전막 물질층(320_L)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 납 아연 니오브산염, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The dielectric material layer 320_L may include a high dielectric constant material. For example, the dielectric material layer 320_L may be formed of hafnium oxide, hafnium silicon oxide, lanthanum oxide, zirconium oxide, zirconium silicon oxide, tantalum oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, strontium titanium oxide, lithium oxide, It may include aluminum oxide, lead scandium tantalum oxide, lead zinc niobate, or combinations thereof.
도 21을 참조하면, 유전막 물질층(320_L)이 형성되고 남은 빈 공간을 희생막 물질로 채운 이후, 제1 전극(310)들을 분리하기 위한 트렌치를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제2 층간 절연막(150), 쌍극자 물질층(211_L), 2차원 물질층(212_L), 제1 전극 물질층(310_L), 유전막 물질층(320_L) 및 희생막 물질층을 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 관통하는 트렌치를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 21 , after the dielectric material layer 320_L is formed and the remaining empty space is filled with a sacrificial material, a trench may be formed to separate the first electrodes 310. For example, the second interlayer insulating film 150, the dipole material layer 211_L, the two-dimensional material layer 212_L, the first electrode material layer 310_L, the dielectric material layer 320_L, and the sacrificial material layer are placed on the substrate ( A trench penetrating in the third direction DR3 perpendicular to 110) may be formed.
트렌치를 형성함에 따라 제2 층간 절연막(150)의 측면을 따라 연결된 쌍극자 물질층(211_L), 2차원 물질층(212_L), 제1 전극 물질층(310_L), 유전막 물질층(320_L), 및 희생막 물질층이 각각 절단될 수 있다. 제2 층간 절연막(150)에 의해 층이 구분될 수 있다. 각 층에는 쌍극자층(211), 채널층(212), 제1 전극(310), 유전막(320), 및 희생막 패턴(SP)이 형성될 수 있다. 쌍극자층(211) 및 채널층(212)은 각 층의 채널막(210)을 구성할 수 있다.As the trench is formed, the dipole material layer 211_L, the two-dimensional material layer 212_L, the first electrode material layer 310_L, the dielectric material layer 320_L, and the sacrificial material layer are connected along the sides of the second interlayer insulating film 150. Each layer of membrane material may be cut. The layers may be divided by the second interlayer insulating film 150. A dipole layer 211, a channel layer 212, a first electrode 310, a dielectric layer 320, and a sacrificial layer pattern (SP) may be formed in each layer. The dipole layer 211 and the channel layer 212 may constitute the channel film 210 of each layer.
일 실시예에 따르면, 제1 전극(310)은 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장되는 수직부 및 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장되는 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)의 수평부는 제1 전극(310)의 수직부로부터, 비트 라인(BL)으로부터 멀어지는 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다. 제1 전극(310)은 제3 방향(DR3)으로 이격된 2개의 수평부를 포함할 수 있다. 제1 전극(310)은 제2 방향(DR2)으로 연장되며 속이 빈 실린더 형태를 가질 수 있다.According to one embodiment, the first electrode 310 includes a vertical portion extending in a third direction DR3 perpendicular to the substrate 110 and a horizontal portion extending in a second direction DR2 parallel to the substrate 110. can do. The horizontal portion of the first electrode 310 may extend from the vertical portion of the first electrode 310 in the second direction DR2 away from the bit line BL. The first electrode 310 may include two horizontal portions spaced apart in the third direction DR3. The first electrode 310 extends in the second direction DR2 and may have the shape of a hollow cylinder.
일 실시예에 따르면, 유전막(320)은 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내벽을 덮는 형상을 가질 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 유전막(320)이 형성되고 남은, 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간을 채울 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 유전막(320)에 의해 둘러싸인 형상을 가질 수 있다.According to one embodiment, the dielectric layer 320 may have a shape that covers the inner wall of the cylindrical first electrode 310. The sacrificial layer pattern SP may fill the inner space of the cylindrical first electrode 310 remaining after the dielectric layer 320 is formed. The sacrificial layer pattern SP may have a shape surrounded by the dielectric layer 320 .
도 22를 참조하면, 채널막(210) 및 제1 전극(310)의 일부를 식각하고, 식각된 부분에 절연체(340)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 22, a portion of the channel film 210 and the first electrode 310 may be etched, and an insulator 340 may be formed on the etched portion.
예를 들면, 도 21에서 형성된 트렌치에 의해 노출되는 채널막(210) 및 제1 전극(310)을 선택적으로 식각할 수 있다. 채널막(210) 및 제1 전극(310)의 일부가 제거됨으로써, 제2 층간 절연막(150)과 유전막(320)을 측벽으로 하고 채널막(210) 및 제1 전극(310)을 바닥면으로 하는 리세스가 형성될 수 있다. 상기 리세스 내에 절연체(340)가 형성될 수 있다.For example, the channel film 210 and the first electrode 310 exposed by the trench formed in FIG. 21 may be selectively etched. By removing part of the channel film 210 and the first electrode 310, the second interlayer insulating film 150 and the dielectric film 320 are used as the sidewalls, and the channel film 210 and the first electrode 310 are used as the bottom surface. A recess may be formed. An insulator 340 may be formed within the recess.
절연체(340)는, 예를 들면, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 탄소 함유 실리콘 산화물, 탄소 함유 실리콘 질화물, 또는 탄소 함유 실리콘 산화질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The insulator 340 may include, for example, at least one of silicon nitride, silicon oxynitride, carbon-containing silicon oxide, carbon-containing silicon nitride, or carbon-containing silicon oxynitride.
도 23을 참조하면, 희생막 패턴(SP)이 제거되고, 제2 전극(330)이 형성될 수 있다. 희생막 패턴(SP)은 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 희생막 패턴(SP)을 제거한 이후, 제2 전극(330)을 증착할 수 있다. 제2 전극(330)은, 예를 들면, PVD 또는 CVD 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 23 , the sacrificial layer pattern SP may be removed and the second electrode 330 may be formed. The sacrificial layer pattern (SP) may be removed by an etching process. After removing the sacrificial layer pattern (SP), the second electrode 330 may be deposited. The second electrode 330 may be formed by, for example, a PVD or CVD process, but is not limited thereto.
제2 전극(330)은, 예를 들면, 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 또는 알루미늄과 같은 금속 물질, 티타늄 질화물 또는 탄탈륨 질화물과 같은 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 실리콘 또는 도핑된 게르마늄과 같은 도핑된 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The second electrode 330 may be, for example, a metal material such as titanium, tantalum, tungsten, copper, or aluminum, a conductive metal nitride such as titanium nitride or tantalum nitride, or a doped material such as doped silicon or doped germanium. It may contain at least one semiconductor material.
제2 전극(330)은 희생막 패턴(SP)을 대신하여, 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간을 채울 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 실린더 형태의 제1 전극(310)의 내부 공간에 삽입된 형태를 가질 수 있다. 제2 전극(330)은 유전막(320)에 의해 둘러싸일 수 있다. 유전막(320)에 의해 둘러싸인 제2 전극(330)의 부분은 기판(110)과 나란한 제2 방향(DR2)으로 연장될 수 있다.The second electrode 330 may replace the sacrificial layer pattern SP and fill the internal space of the first electrode 310 having a cylindrical shape. According to one embodiment, the second electrode 330 may be inserted into the inner space of the cylindrical first electrode 310. The second electrode 330 may be surrounded by a dielectric layer 320. The portion of the second electrode 330 surrounded by the dielectric layer 320 may extend in the second direction DR2 parallel to the substrate 110.
제1 전극(310), 실린더 형태의 제1 전극(310)에 삽입된 제2 전극(330)의 부분, 및 상기 제1 전극(310)과 상기 제2 전극(330) 사이에 게재되는 유전막(320)은 각 층의 데이터 저장 요소(DS)를 구성할 수 있다.A first electrode 310, a portion of the second electrode 330 inserted into the cylindrical first electrode 310, and a dielectric film disposed between the first electrode 310 and the second electrode 330 ( 320) may configure the data storage element (DS) of each layer.
일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 유전막(320)의 측면, 절연체(340)의 측면, 제2 층간 절연막(150)의 측면을 덮으며 기판(110)에 수직한 제3 방향(DR3)으로 연장될 수 있다. 제3 방향(DR3)으로 적층되는 복수의 층들에 각각 포함되는 데이터 저장 요소(DS)들은 하나의 제2 전극(330)을 공유할 수 있다.According to one embodiment, the second electrode 330 covers the side of the dielectric film 320, the side of the insulator 340, and the side of the second interlayer insulating film 150, and is formed in a third direction perpendicular to the substrate 110 ( It can be extended to DR3). The data storage elements DS included in each of the plurality of layers stacked in the third direction DR3 may share one second electrode 330.
일 실시예에 따르면, 제2 전극(330)은 유전막(320) 및 절연체(340)에 의해 각 층의 채널막(210) 및 제1 전극(310)으로부터 이격될 수 있다. 유전막(320) 및 절연체(340)는 제2 전극(330)을 각 층의 채널막(210) 및 제1 전극(310)과 절연시킬 수 있다.According to one embodiment, the second electrode 330 may be spaced apart from the channel film 210 and the first electrode 310 of each layer by the dielectric film 320 and the insulator 340. The dielectric layer 320 and the insulator 340 may insulate the second electrode 330 from the channel layer 210 and the first electrode 310 of each layer.
한편, 데이터 저장 요소(DS)는 제1 전극(310)이 채널막(210)과 접촉함에 따라 채널막(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.Meanwhile, the data storage element DS may be electrically connected to the channel film 210 as the first electrode 310 contacts the channel film 210.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.
110: 기판
130: 식각 저지막
140: 스페이서
210: 채널막
220: 절연막
310: 제1 전극
320: 유전막
330: 제2 전극
340: 절연체
BL: 비트 라인
DS: 데이터 저장 요소
Gox: 게이트 절연막
WL: 워드 라인110: substrate
130: Etch stop film
140: spacer
210: Channel membrane
220: insulating film
310: first electrode
320: dielectric film
330: second electrode
340: insulator
BL: bit line
DS: data storage element
Gox: Gate insulating film
WL: word line
Claims (10)
상기 기판에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체, 및
상기 적층 구조체의 일측에 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 비트 라인을 포함하고,
상기 복수의 층들 각각은,
상기 기판과 나란한 제1 방향으로 연장되는 워드 라인, 채널막, 및 상기 채널막과 전기적으로 연결되는 데이터 저장 요소를 포함하고,
상기 채널막은,
상기 기판에 수직한 방향으로 인접한 워드 라인들의 마주보는 면들을 덮고, 상기 인접한 워드 라인들 사이에서 상기 비트 라인과 접촉하고,
상기 워드 라인의 측면과, 상기 데이터 저장 요소의 상기 비트 라인으로부터 멀어지는 제2 방향으로 연장되는 면을 따라 연장되는 반도체 장치.Board,
A laminated structure including a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the substrate, and
Includes a bit line extending in a direction perpendicular to the substrate on one side of the stacked structure,
Each of the plurality of layers,
Comprising a word line extending in a first direction parallel to the substrate, a channel film, and a data storage element electrically connected to the channel film,
The channel membrane is,
covering opposing surfaces of adjacent word lines in a direction perpendicular to the substrate and contacting the bit line between the adjacent word lines;
A semiconductor device extending along a side of the word line and a side extending in a second direction away from the bit line of the data storage element.
상기 채널막은 2차원 물질을 포함하며,
상기 2차원 물질은 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 또는 흑린(BP) 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 장치.According to paragraph 1,
The channel film includes a two-dimensional material,
The two-dimensional material is a semiconductor device containing at least one of molybdenum disulfide (MoS 2 ), molybdenum diselenide (MoSe 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), tungsten diselenide (WSe 2 ), or black phosphorus (BP). .
상기 채널막은,
2차원 물질을 포함하는 채널층, 및
쌍극자 물질을 포함하는 쌍극자층을 포함하고,
상기 채널층은 상기 쌍극자층 위에 위치하는 반도체 장치.According to paragraph 1,
The channel membrane is,
a channel layer comprising a two-dimensional material, and
comprising a dipole layer comprising a dipole material,
A semiconductor device wherein the channel layer is located on the dipole layer.
상기 기판에 수직한 방향으로 자른 단면상에서 상기 인접한 워드 라인들 사이에 제1 게이트 절연막, 상기 채널막, 절연막, 상기 채널막, 및 제2 게이트 절연막이 순차적으로 위치하는 반도체 장치.According to paragraph 1,
A semiconductor device in which a first gate insulating layer, the channel layer, an insulating layer, the channel layer, and a second gate insulating layer are sequentially positioned between the adjacent word lines on a cross-section cut in a direction perpendicular to the substrate.
상기 기판에 수직한 방향으로 자른 단면상에서 상기 인접한 워드 라인들 사이에 제1 게이트 절연막, 상기 채널막, 및 제2 게이트 절연막이 순차적으로 위치하는 반도체 장치.According to paragraph 1,
A semiconductor device in which a first gate insulating layer, the channel layer, and a second gate insulating layer are sequentially positioned between the adjacent word lines on a cross-section cut in a direction perpendicular to the substrate.
상기 데이터 저장 요소는,
상기 인접한 워드 라인들의 측면을 덮으며 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 수직부 및 상기 수직부로부터 상기 기판과 나란하며 상기 비트 라인으로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 수평부를 포함하는 제1 전극,
상기 제1 전극에 삽입되는 제2 전극, 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유전막을 포함하는 반도체 장치.According to paragraph 1,
The data storage element is,
a first electrode including a vertical portion covering side surfaces of the adjacent word lines and extending in a direction perpendicular to the substrate, and a horizontal portion extending from the vertical portion in a direction parallel to the substrate and away from the bit line;
a second electrode inserted into the first electrode, and
A semiconductor device including a dielectric layer positioned between the first electrode and the second electrode.
상기 복수의 층들은 제1 층 및 제2 층을 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제2 층 각각은 상기 인접한 워드 라인들, 상기 채널막, 및 상기 데이터 저장 요소를 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제2 층은 층간 절연막에 의해 이격되고,
상기 채널막은,
상기 제1 전극의 상기 수직부와 상기 워드 라인의 측면 사이에 위치하고,
상기 제1 전극의 상기 수평부와 상기 층간 절연막 사이에 위치하는 반도체 장치.According to clause 6,
The plurality of layers includes a first layer and a second layer,
Each of the first layer and the second layer includes the adjacent word lines, the channel film, and the data storage element,
The first layer and the second layer are spaced apart by an interlayer insulating film,
The channel membrane is,
Located between the vertical portion of the first electrode and the side of the word line,
A semiconductor device positioned between the horizontal portion of the first electrode and the interlayer insulating film.
상기 기판에 수직한 방향으로 적층된 복수의 층들을 포함하는 적층 구조체, 및
상기 적층 구조체의 일측에 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 비트 라인을 포함하고,
상기 복수의 층들 각각은,
상기 기판과 나란한 제1 방향으로 연장되는 제1 워드 라인 및 제2 워드 라인,
상기 제1 워드 라인을 둘러싸는 제1 게이트 절연막 및 상기 제2 워드 라인을 둘러싸는 제2 게이트 절연막,
상기 제1 워드 라인 및 상기 제2 워드 라인 사이에 위치하며 상기 비트 라인과 접촉하는 채널막, 및
상기 채널막과 전기적으로 연결되는 데이터 저장 요소를 포함하고,
상기 채널막은, 2차원 물질을 포함하며, 상기 제1 게이트 절연막의 상부면, 상기 제2 게이트 절연막의 하부면, 및 상기 비트 라인의 측면을 컨포멀(conformal)하게 덮는 반도체 장치.Board,
A laminated structure including a plurality of layers stacked in a direction perpendicular to the substrate, and
Includes a bit line extending in a direction perpendicular to the substrate on one side of the stacked structure,
Each of the plurality of layers,
A first word line and a second word line extending in a first direction parallel to the substrate,
a first gate insulating film surrounding the first word line and a second gate insulating film surrounding the second word line;
a channel film located between the first word line and the second word line and in contact with the bit line, and
Includes a data storage element electrically connected to the channel film,
The channel film includes a two-dimensional material and conformally covers an upper surface of the first gate insulating film, a lower surface of the second gate insulating film, and a side surface of the bit line.
상기 제1 게이트 절연막의 상부면을 덮는 상기 채널막의 제1 부분과 상기 제2 게이트 절연막의 하부면을 덮는 상기 채널막의 제2 부분 사이에 절연막이 더 위치하는 반도체 장치.According to clause 8,
A semiconductor device wherein an insulating film is further positioned between a first part of the channel film covering an upper surface of the first gate insulating film and a second part of the channel film covering a lower surface of the second gate insulating film.
상기 복수의 층들 각각은 층간 절연막에 의해 이격되며,
상기 제1 부분은,
상기 제1 워드 라인의 측면과 상기 데이터 저장 요소 사이로 상기 기판에 수직하게 연장되고, 상기 제1 워드 라인 아래에 위치하는 층간 절연막과 상기 데이터 저장 요소 사이로 상기 기판과 나란하게 연장되고,
상기 제2 부분은,
상기 제2 워드 라인의 측면과 상기 데이터 저장 요소 사이로 상기 기판에 수직하게 연장되고, 상기 제2 워드 라인 위에 위치하는 층간 절연막과 상기 데이터 저장 요소 사이로 상기 기판과 나란하게 연장되는 반도체 장치.
According to clause 9,
Each of the plurality of layers is spaced apart by an interlayer insulating film,
The first part is,
extending perpendicular to the substrate between a side of the first word line and the data storage element, and extending parallel to the substrate between the data storage element and an interlayer insulating film located below the first word line,
The second part is,
A semiconductor device extending perpendicularly to the substrate between a side of the second word line and the data storage element, and extending parallel to the substrate between the data storage element and an interlayer insulating layer located above the second word line.
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