KR20240025999A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20240025999A
KR20240025999A KR1020220104310A KR20220104310A KR20240025999A KR 20240025999 A KR20240025999 A KR 20240025999A KR 1020220104310 A KR1020220104310 A KR 1020220104310A KR 20220104310 A KR20220104310 A KR 20220104310A KR 20240025999 A KR20240025999 A KR 20240025999A
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insulating layer
semiconductor device
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gate
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서지수
김현호
박경훈
한명훈
한지훈
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 기술적 사상은 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 교번적으로 적층되는 복수의 게이트층 및 복수의 절연층을 포함하는 게이트 스택; 상기 게이트 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 복수의 제1 채널 구조물; 상기 게이트 스택 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 스트링 선택 라인 스택; 상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 워드 라인 컷; 을 포함하고, 상기 워드 라인 컷은 상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택의 일부를 관통하는 제1 부분과 상기 스트링 선택 라인 스택의 나머지 일부를 관통하는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분의 수평 폭은 상기 제2 부분의 수평 폭보다 더 작은 반도체 장치를 제공한다. The technical idea of the present invention is to include a semiconductor substrate; A gate stack including a plurality of gate layers and a plurality of insulating layers alternately stacked on the semiconductor substrate; a plurality of first channel structures extending vertically through the gate stack; a first insulating layer disposed on the gate stack; a string selection line stack disposed on the first insulating layer; a word line cut extending vertically through the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack; wherein the word line cut includes a first portion penetrating a portion of the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack, and a second portion penetrating a remaining portion of the string select line stack. and the horizontal width of the first portion is smaller than the horizontal width of the second portion.

Description

반도체 장치{Semiconductor device}Semiconductor device

본 발명의 기술적 사상은 반도체 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 비휘발성 수직형 메모리 소자를 구비한 반도체 장치에 관한 것이다. The technical idea of the present invention relates to semiconductor devices. More specifically, it relates to a semiconductor device having a non-volatile vertical memory element.

데이터 저장을 필요로 하는 전자 시스템에서 고용량의 데이터를 저장할 수 있는 반도체 장치가 요구되고 있으며, 이에 따라 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시킬 수 있는 방안이 연구되고 있다. 예를 들면, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시키기 위한 방법 중 하나로서, 2 차원적으로 배열되는 메모리 셀들 대신 3 차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비한 수직형 메모리 소자를 포함하는 반도체 장치가 제안되고 있다. Semiconductor devices capable of storing high-capacity data are required in electronic systems that require data storage, and accordingly, ways to increase the data storage capacity of semiconductor devices are being studied. For example, as one of the methods for increasing the data storage capacity of a semiconductor device, a semiconductor device including a vertical memory element with three-dimensionally arranged memory cells instead of two-dimensionally arranged memory cells has been proposed. It is becoming.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 반도체 장치를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the technical idea of the present invention is to provide a semiconductor device with improved reliability.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상은 반도체 기판;In order to solve the above-described problems, the technical idea of the present invention is to provide a semiconductor substrate;

상기 반도체 기판 상에 교번적으로 적층되는 복수의 게이트층 및 복수의 절연층을 포함하는 게이트 스택; 상기 게이트 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 복수의 제1 채널 구조물; 상기 게이트 스택 상에 배치되는 제1 절연층; 상기 제1 절연층 상에 배치되는 스트링 선택 라인 스택; 상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 워드 라인 컷; 을 포함하고, 상기 워드 라인 컷은 상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택의 일부를 관통하는 제1 부분과 상기 스트링 선택 라인 스택의 나머지 일부를 관통하는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분의 수평 폭은 상기 제2 부분의 수평 폭보다 더 작은 반도체 장치를 제공한다.A gate stack including a plurality of gate layers and a plurality of insulating layers alternately stacked on the semiconductor substrate; a plurality of first channel structures extending vertically through the gate stack; a first insulating layer disposed on the gate stack; a string selection line stack disposed on the first insulating layer; a word line cut extending vertically through the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack; wherein the word line cut includes a first portion penetrating a portion of the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack, and a second portion penetrating a remaining portion of the string select line stack. and the horizontal width of the first portion is smaller than the horizontal width of the second portion.

본 발명의 예시적인 실시예들에 의하면, 반도체 장치에서 스트링 선택 라인 스택이 형성된 후 워드 라인 컷이 형성되어, 워드 라인 컷 내에 배치된 심(Seam) 내에 CMP 슬러리 등의 이물질이 끼는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 구조적 신뢰성이 개선될 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, a word line cut is formed after a string selection line stack is formed in a semiconductor device, thereby preventing foreign substances such as CMP slurry from being trapped in a seam disposed within the word line cut. there is. Accordingly, the structural reliability of the semiconductor device can be improved.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 EX 부분을 확대한 확대 단면도이다.
도 6a 내지 도 6j는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치 제조방법의 각 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자시스템을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자시스템을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.
1 is a block diagram showing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of the EX portion of Figure 4.
6A to 6J are cross-sectional views showing each step of the semiconductor device manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an electronic system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a perspective view showing an electronic system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a semiconductor package including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 반도체 장치(10)는 메모리 셀 어레이(20) 및 주변 회로(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the semiconductor device 10 may include a memory cell array 20 and a peripheral circuit 30.

메모리 셀 어레이(20)는 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)을 포함한다. 상기 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)은 각각 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다. 상기 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)은 비트 라인(BL), 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 주변 회로(30)에 연결될 수 있다.The memory cell array 20 includes a plurality of memory cell blocks BLK1, BLK2,..., BLKn. Each of the plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2, ..., BLKn) may include a plurality of memory cells. The plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2, ..., BLKn) are connected to the peripheral circuit 30 through the bit line (BL), word line (WL), string select line (SSL), and ground select line (GSL). can be connected

상기 메모리 셀 어레이(20)는 비트 라인(BL)을 통해 페이지 버퍼(34)에 연결될 수 있고, 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 로우 디코더(32)에 연결될 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(20)에서, 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)에 포함된 복수의 메모리 셀은 각각 플래시 메모리 셀일 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(20)는 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 3차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드(NAND) 스트링을 포함할 수 있으며, 복수의 낸드 스트링은 각각 수직으로 적층된 복수의 워드 라인(WL)에 연결된 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다.The memory cell array 20 may be connected to the page buffer 34 through a bit line (BL), and a row decoder ( 32). In the memory cell array 20, each of the memory cells included in the memory cell blocks BLK1, BLK2,..., BLKn may be a flash memory cell. The memory cell array 20 may include a three-dimensional memory cell array. The three-dimensional memory cell array may include a plurality of NAND strings, and the plurality of NAND strings may each include a plurality of memory cells connected to a plurality of vertically stacked word lines (WL).

주변 회로(30)는 로우 디코더(32), 페이지 버퍼(34), 데이터 입출력 회로(36), 및 제어 로직(38)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 주변 회로(30)는 반도체 장치(10)의 동작에 필요한 다양한 전압들을 생성하는 전압 생성 회로, 메모리 셀 어레이(20)로부터 독출된 데이터의 오류를 정정하기 위한 오류 정정 회로, 입출력 인터페이스 등의 다양한 회로들을 더 포함할 수도 있다.The peripheral circuit 30 may include a row decoder 32, a page buffer 34, a data input/output circuit 36, and control logic 38. Although not shown, the peripheral circuit 30 includes a voltage generation circuit for generating various voltages required for the operation of the semiconductor device 10, an error correction circuit for correcting errors in data read from the memory cell array 20, It may further include various circuits such as input/output interfaces.

상기 주변 회로(30)는 반도체 장치(10)의 외부로부터 어드레스(ADDR), 커맨드(CMD), 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있고, 반도체 장치(10)의 외부에 있는 장치와 데이터(DATA)를 송수신할 수 있다. 상기 주변 회로(30)의 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The peripheral circuit 30 can receive an address (ADDR), a command (CMD), and a control signal (CTRL) from the outside of the semiconductor device 10, and can receive devices and data outside of the semiconductor device 10 ( DATA) can be sent and received. A detailed look at the configuration of the peripheral circuit 30 is as follows.

로우 디코더(32)는 외부로부터의 어드레스(ADDR)에 응답하여 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn) 중 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 선택할 수 있다. 상기 로우 디코더(32)는 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL)에 메모리 동작 수행을 위한 전압을 전달할 수 있다.The row decoder 32 may select at least one of a plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2, ..., BLKn) in response to an external address (ADDR), and the word line (WL) and string of the selected memory cell block A select line (SSL) and a ground select line (GSL) can be selected. The row decoder 32 may transmit a voltage for performing a memory operation to the word line (WL) of the selected memory cell block.

페이지 버퍼(34)는 비트 라인(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(20)에 연결될 수 있다. 상기 페이지 버퍼(34)는 프로그램 동작 시에는 기입 드라이버로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장하고자 하는 데이터(DATA)에 따른 전압을 비트 라인(BL)에 인가할 수 있으며, 독출 동작 시에는 감지 증폭기로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장된 데이터(DATA)를 감지할 수 있다. 상기 페이지 버퍼(34)는 제어 로직(38)으로부터 제공되는 제어 신호(PCTL)에 따라 동작할 수 있다.The page buffer 34 may be connected to the memory cell array 20 through a bit line BL. The page buffer 34 operates as a write driver during a program operation to apply a voltage to the bit line BL according to the data (DATA) to be stored in the memory cell array 20, and detects it during a read operation. By operating as an amplifier, data (DATA) stored in the memory cell array 20 can be detected. The page buffer 34 may operate according to a control signal (PCTL) provided from the control logic 38.

데이터 입출력 회로(36)는 데이터 라인들(DLs)을 통해 페이지 버퍼(34)와 연결될 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 프로그램 동작 시 메모리 컨트롤러(미도시)로부터 데이터(DATA)를 수신하고, 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 프로그램 데이터(DATA)를 페이지 버퍼(34)에 제공할 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 독출 동작 시 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 페이지 버퍼(34)에 저장된 독출 데이터(DATA)를 상기 메모리 컨트롤러에 제공할 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 입력되는 어드레스 또는 명령어를 제어 로직(38) 또는 로우 디코더(32)에 전달할 수 있다.The data input/output circuit 36 may be connected to the page buffer 34 through data lines DLs. The data input/output circuit 36 receives data (DATA) from a memory controller (not shown) during a program operation, and stores the program data (DATA) in a page buffer based on the column address (C_ADDR) provided from the control logic 38. It can be provided in (34). The data input/output circuit 36 may provide read data DATA stored in the page buffer 34 to the memory controller based on the column address C_ADDR provided from the control logic 38 during a read operation. The data input/output circuit 36 may transmit an input address or command to the control logic 38 or the row decoder 32.

제어 로직(38)은 상기 메모리 컨트롤러로부터 커맨드(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 상기 제어 로직(38)은 로우 어드레스(R_ADDR)를 로우 디코더(32)에 제공하고, 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 데이터 입출력 회로(36)에 제공할 수 있다. 상기 제어 로직(38)은 제어 신호(CTRL)에 응답하여 반도체 장치(10) 내에서 사용되는 각종 내부 제어 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 로직(38)은 프로그램 동작 또는 소거 동작 등의 메모리 동작 수행 시, 워드 라인(WL) 및 비트 라인(BL)으로 제공되는 전압 레벨을 조절할 수 있다.The control logic 38 may receive a command (CMD) and a control signal (CTRL) from the memory controller. The control logic 38 may provide a row address (R_ADDR) to the row decoder 32 and a column address (C_ADDR) to the data input/output circuit 36. The control logic 38 may generate various internal control signals used within the semiconductor device 10 in response to the control signal CTRL. For example, the control logic 38 may adjust the voltage level provided to the word line (WL) and the bit line (BL) when performing a memory operation such as a program operation or an erase operation.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.Figure 2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 수직 채널 구조를 갖는 수직형 낸드 플래시 메모리 소자의 등가 회로도가 예시되어 있다.Referring to FIG. 2, an equivalent circuit diagram of a vertical NAND flash memory device having a vertical channel structure is illustrated.

메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)을 포함할 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 비트 라인(BL), 복수의 워드 라인(WL), 적어도 하나의 스트링 선택 라인(SSL), 적어도 하나의 접지 선택 라인(GSL), 및 공통 소스 라인(CSL)을 포함할 수 있다.The memory cell array (MCA) may include a plurality of memory cell strings (MS). The memory cell array (MCA) includes a plurality of bit lines (BL), a plurality of word lines (WL), at least one string select line (SSL), at least one ground select line (GSL), and a common source line (CSL). ) may include.

복수의 비트 라인(BL) 및 공통 소스 라인(CSL)의 사이에 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 형성될 수 있다. 도면에는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 각각 2개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 1개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함할 수도 있다.A plurality of memory cell strings (MS) may be formed between the plurality of bit lines (BL) and the common source line (CSL). Although the drawing illustrates a case where a plurality of memory cell strings (MS) each include two string selection lines (SSL), the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, each of the plurality of memory cell strings MS may include one string select line SSL.

복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 스트링 선택 트랜지스터(SST), 접지 선택 트랜지스터(GST), 및 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)를 포함할 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인 영역은 비트 라인(BL)과 연결되며, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역은 공통 소스 라인(CSL)과 연결될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 복수의 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역이 공통으로 연결된 영역일 수 있다.Each of the plurality of memory cell strings (MS) may include a string select transistor (SST), a ground select transistor (GST), and a plurality of memory cell transistors (MC1, MC2, ..., MCn-1, MCn). The drain region of the string select transistor (SST) may be connected to the bit line (BL), and the source region of the ground select transistor (GST) may be connected to the common source line (CSL). The common source line (CSL) may be an area where the source regions of a plurality of ground selection transistors (GST) are commonly connected.

스트링 선택 트랜지스터(SST)는 스트링 선택 라인(SSL)과 연결될 수 있고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인(GSL)과 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)는 각각 복수의 워드 라인(WL)에 연결될 수 있다.The string select transistor (SST) may be connected to the string select line (SSL), and the ground select transistor (GST) may be connected to the ground select line (GSL). A plurality of memory cell transistors (MC1, MC2, ..., MCn-1, MCn) may each be connected to a plurality of word lines (WL).

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 개략적인 사시도이다.3 is a schematic perspective view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 반도체 장치(10)는 수직 방향으로 서로 오버랩 되어 있는 메모리 셀 어레이 구조물(CS) 및 주변 회로 구조물(PS)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the semiconductor device 10 may include a memory cell array structure (CS) and a peripheral circuit structure (PS) that overlap each other in the vertical direction.

메모리 셀 어레이 구조물(CS)은 도 1을 참조하여 설명한 메모리 셀 어레이(20)를 포함할 수 있다. 주변 회로 구조물(PS)은 도 1을 참조하여 설명한 주변 회로(30)를 포함할 수 있다.The memory cell array structure CS may include the memory cell array 20 described with reference to FIG. 1 . The peripheral circuit structure PS may include the peripheral circuit 30 described with reference to FIG. 1 .

메모리 셀 어레이 구조물(CS)은 복수의 타일(tile)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 타일은 각각 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)은 각각 3차원적으로 배열된 메모리 셀들을 포함할 수 있다.The memory cell array structure CS may include a plurality of tiles. The plurality of tiles may each include a plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2,..., BLKn). Each of the plurality of memory cell blocks (BLK1, BLK2, ..., BLKn) may include memory cells arranged three-dimensionally.

일부 실시예들에서, 2개의 타일은 1개의 매트(mat)를 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명한 메모리 셀 어레이(20)는 복수의 매트를 포함할 수 있다.In some embodiments, two tiles may constitute one mat, but the present invention is not limited thereto. For example, the memory cell array 20 described with reference to FIG. 1 may include a plurality of mats.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 4의 EX 부분을 확대한 확대 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. Figure 5 is an enlarged cross-sectional view of the EX portion of Figure 4.

도 4 및 도 5를 참조하면, 반도체 장치(100)는 주변 회로 구조물(PS)과, 상기 주변 회로 구조물(PS) 상에 배치되는 셀 어레이 구조물(CS)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 4 and 5 , the semiconductor device 100 may include a peripheral circuit structure (PS) and a cell array structure (CS) disposed on the peripheral circuit structure (PS).

주변 회로 구조물(PS)은 하부 기판(101)과, 하부 기판(101) 상에 배치되는 복수의 트랜지스터(TR)와, 배선 구조(60)를 포함할 수 있다. The peripheral circuit structure PS may include a lower substrate 101, a plurality of transistors TR disposed on the lower substrate 101, and a wiring structure 60.

하부 기판(101)은 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 하부 기판(101)은 예를 들어, Si, Ge, 또는 SiGe를 포함할 수 있다. 하부 기판(101)에는 소자 분리막(102)에 의해 활성 영역(AC)이 정의될 수 있다.The lower substrate 101 may be made of a semiconductor substrate. The lower substrate 101 may include, for example, Si, Ge, or SiGe. An active area AC may be defined on the lower substrate 101 by a device isolation layer 102 .

활성 영역(AC) 상에는 복수의 트랜지스터(TR)가 형성될 수 있다. 복수의 트랜지스터(TR)는 각각 게이트(PG)와 게이트(PG)의 양측에서 활성 영역(AC) 내에 형성된 복수의 이온 주입 영역(PSD)을 포함할 수 있다. 복수의 이온 주입 영역(PSD)은 각각 트랜지스터(TR)의 소스 영역 또는 드레인 영역을 구성할 수 있다.A plurality of transistors TR may be formed on the active area AC. The plurality of transistors TR may each include a gate PG and a plurality of ion implantation regions PSD formed in the active region AC on both sides of the gate PG. The plurality of ion implantation regions (PSD) may each form a source region or a drain region of the transistor (TR).

배선 구조(60)는 복수의 컨택(62)과 복수의 배선층(64)을 포함할 수 있다. 복수의 배선층(64)은 서로 다른 수직 레벨에 배치되는 복수의 층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 복수의 배선층(64) 중 적어도 일부는 트랜지스터(TR)에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 복수의 컨택(62)은 복수의 트랜지스터(TR)와 복수의 배선층(64) 중에서 선택되는 일부를 상호 연결하도록 구성될 수 있다. The wiring structure 60 may include a plurality of contacts 62 and a plurality of wiring layers 64. The plurality of wiring layers 64 may have a multi-layer structure including a plurality of layers arranged at different vertical levels. At least some of the plurality of wiring layers 64 may be configured to be electrically connected to the transistor TR. The plurality of contacts 62 may be configured to interconnect portions selected from the plurality of transistors TR and the plurality of wiring layers 64.

하부 기판(101) 상에는 복수의 트랜지스터(TR)와 배선 구조(60)를 둘러싸는 층간 절연막(70)이 배치될 수 있다. 층간 절연막(70)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, SiON 막, SiOCN 막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.An interlayer insulating film 70 surrounding a plurality of transistors TR and the wiring structure 60 may be disposed on the lower substrate 101 . The interlayer insulating film 70 may include a silicon oxide film, a silicon nitride film, a SiON film, a SiOCN film, or a combination thereof.

셀 어레이 구조물(CS)은 주변 회로 구조물(PS) 상에 배치될 수 있다. 셀 어레이 구조물(CS)은 셀 어레이 영역(MCR)과 연결 영역(CON)을 포함할 수 있다. The cell array structure (CS) may be disposed on the peripheral circuit structure (PS). The cell array structure (CS) may include a cell array region (MCR) and a connection region (CON).

상부 기판(110)은 반도체 기판으로 이루어질 수 있다. 상부 기판(110)은 예를 들어, Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다.The upper substrate 110 may be made of a semiconductor substrate. The upper substrate 110 may include, for example, a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI oxide semiconductor.

게이트 스택(GS)은 상부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 게이트 스택(GS)은 상부 기판(110)의 상면에 평행하게 연장될 수 있다. 게이트 스택(GS)은 복수의 게이트층(120)과 복수의 절연층(130)을 포함할 수 있다. 복수의 게이트층(120)과 복수의 절연층(130)은 상부 기판(110) 상에서 수직 방향으로 교번적으로 적층될 수 있다.The gate stack GS may be disposed on the upper substrate 110 . The gate stack GS may extend parallel to the top surface of the upper substrate 110 . The gate stack GS may include a plurality of gate layers 120 and a plurality of insulating layers 130. A plurality of gate layers 120 and a plurality of insulating layers 130 may be alternately stacked in the vertical direction on the upper substrate 110.

게이트층(120)은 도전층(미도시)과 상기 도전층을 둘러싸는 절연 라이너(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 도전층은 예를 들어, 텅스텐과 같은 금속, 텅스텐 실리사이드와 같은 금속 실리사이드, 도핑된 폴리실리콘, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 절연 라이너는 예를 들어, 알루미늄 산화물과 같은 고유전체 물질을 포함할 수 있다. The gate layer 120 may include a conductive layer (not shown) and an insulating liner (not shown) surrounding the conductive layer. For example, the conductive layer may include a metal such as tungsten, a metal silicide such as tungsten silicide, doped polysilicon, or a combination thereof. The insulating liner may include a high dielectric material such as aluminum oxide, for example.

게이트층(120)은 도 2를 참조하여 설명한 메모리 셀 스트링(MS)을 구성하는 접지 선택 라인(GSL)과 워드 라인(WL)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 최하층의 게이트층(120)은 접지 선택 라인(GSL)으로 기능하고, 나머지 게이트층(120)은 워드 라인(WL)으로 기능할 수 있다.The gate layer 120 may correspond to the ground select line (GSL) and word line (WL) that constitute the memory cell string (MS) described with reference to FIG. 2 . For example, the lowest gate layer 120 may function as a ground selection line (GSL), and the remaining gate layers 120 may function as word lines (WL).

복수의 제1 채널 구조물(140)은 셀 어레이 영역(MCR)에서 상부 기판(110)의 상면으로부터 게이트 스택(GS)을 관통하여, 수직 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 제1 채널 구조물(140)은 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 제1 채널 구조물(140)은 지그재그 형상 또는 엇갈린(staggered) 형상으로 배열될 수 있다.The plurality of first channel structures 140 may extend in the vertical direction from the top surface of the upper substrate 110 in the cell array region MCR through the gate stack GS. The plurality of first channel structures 140 may be arranged to be spaced apart at predetermined intervals along the first horizontal direction and the second horizontal direction. The plurality of first channel structures 140 may be arranged in a zigzag shape or a staggered shape.

복수의 제1 채널 구조물(140)은 제1 채널홀(140H)의 내부에 형성될 수 있다. 복수의 제1 채널 구조물(140) 각각은 도전성 플러그(142), 매립 절연층(144), 채널층(146), 및 게이트 절연층(148)을 포함할 수 있다. 제1 채널홀(140H)의 측벽 상에 게이트 절연층(148)과 채널층(146)이 순차적으로 배치될 수 있다. 채널층(146) 상에서 제1 채널홀(140H)의 잔류 공간을 채우는 매립 절연층(144)이 배치될 수 있다. 제1 채널홀(140H)의 상측에는 채널층(146)과 접촉하며 제1 채널홀(140H)의 최상단을 막는 도전성 플러그(142)가 배치될 수 있다.A plurality of first channel structures 140 may be formed inside the first channel hole 140H. Each of the plurality of first channel structures 140 may include a conductive plug 142, a buried insulating layer 144, a channel layer 146, and a gate insulating layer 148. A gate insulating layer 148 and a channel layer 146 may be sequentially disposed on the sidewall of the first channel hole 140H. A buried insulating layer 144 may be disposed on the channel layer 146 to fill the remaining space of the first channel hole 140H. A conductive plug 142 may be disposed on the upper side of the first channel hole 140H, which contacts the channel layer 146 and blocks the uppermost end of the first channel hole 140H.

게이트 절연층(148)은 채널층(146)의 외측벽 상에 순차적으로 배치되는 터널링 유전막(미도시), 전하 저장막(미도시), 및 블로킹 유전막(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 터널링 유전막은 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈륨 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막은 채널층(146)으로부터 상기 터널링 유전막을 통과한 전자들이 저장될 수 있는 영역으로서, 실리콘 질화물, 보론 질화물, 실리콘 보론 질화물, 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 상기 블로킹 유전막은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산화물보다 유전율이 더 큰 금속 산화물로 이루어질 수 있다.The gate insulating layer 148 may include a tunneling dielectric layer (not shown), a charge storage layer (not shown), and a blocking dielectric layer (not shown) sequentially disposed on the outer wall of the channel layer 146. The tunneling dielectric layer may include silicon oxide, hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, etc. The charge storage layer is a region in which electrons passing through the tunneling dielectric layer from the channel layer 146 can be stored, and may include silicon nitride, boron nitride, silicon boron nitride, or polysilicon doped with impurities. The blocking dielectric layer may be made of silicon oxide, silicon nitride, or a metal oxide with a higher dielectric constant than silicon oxide.

게이트 스택(GS) 상에는 제1 절연층(170)이 배치될 수 있다. 제1 절연층(170)은 예를 들어, 실리콘 질화물일 수 있다.A first insulating layer 170 may be disposed on the gate stack GS. The first insulating layer 170 may be, for example, silicon nitride.

스트링 선택 라인 스택(SS)은 제1 절연층(170) 상에 배치될 수 있다. 스트링 선택 라인 스택(SS)은 제1 스트링 선택 라인 절연층(210), 스트링 선택 라인 게이트층(220), 및 제2 스트링 선택 라인 절연층(230)을 포함할 수 있다. 제1 스트링 선택 라인 절연층(210), 스트링 선택 라인 게이트층(220), 및 제2 스트링 선택 라인 절연층(230)은 제1 절연층(170)의 상면으로부터 수직 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다.The string selection line stack SS may be disposed on the first insulating layer 170 . The string select line stack SS may include a first string select line insulating layer 210, a string select line gate layer 220, and a second string select line insulating layer 230. The first string selection line insulating layer 210, the string selection line gate layer 220, and the second string selection line insulating layer 230 may be sequentially stacked in a vertical direction from the top surface of the first insulating layer 170. there is.

제1 스트링 선택 라인 절연층(210) 및 제2 스트링 선택 라인 절연층(230)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The first string selection line insulating layer 210 and the second string selection line insulating layer 230 may include, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a combination thereof.

스트링 선택 라인 게이트층(220)은 스트링 선택 라인 매립 도전층(미도시)과 상기 스트링 선택 라인 매립 도전층을 둘러싸는 스트링 선택 라인 절연 라이너(미도시)를 포함할 수 있다. 스트링 선택 라인 게이트층(220)은 폴리실리콘의 단층 구조, 산화물/폴리실리콘의 적층 구조, 또는 산화물/금속의 적층 구조로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The string select line gate layer 220 may include a string select line buried conductive layer (not shown) and a string select line insulating liner (not shown) surrounding the string select line buried conductive layer. The string selection line gate layer 220 may have a single-layer structure of polysilicon, a stacked structure of oxide/polysilicon, or a stacked structure of oxide/metal, but is not limited thereto.

워드 라인 컷(WLC)은 상부 기판(110)으로부터 수직 방향으로 게이트 스택(GS), 제1 절연층(170), 및 스트링 선택 라인 스택(SS)을 관통하며 연장될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 워드 라인 컷(WLC)은 게이트 스택(GS), 제1 절연층(170), 및 스트링 선택 라인 스택(SS)의 일부를 관통하는 제1 부분(WLCa)과 스트링 선택 라인 스택(SS)의 나머지 일부를 관통하는 제2 부분(WLCb)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 부분(WLCa)과 제2 부분(WLCb)은 상부 기판(110)의 상면으로부터 멀어질수록 수평 폭이 커지는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 부분(WLCa)의 수평 폭은 제2 부분(WLCb)의 수평 폭보다 작을 수 있다.The word line cut (WLC) may extend vertically from the upper substrate 110 through the gate stack (GS), the first insulating layer 170, and the string select line stack (SS). In an exemplary embodiment, the word line cut (WLC) includes a first portion (WLCa) penetrating a portion of the gate stack (GS), the first insulating layer 170, and the string select line stack (SS) and a string select line. It may include a second part (WLCb) penetrating the remaining part of the stack (SS). In an exemplary embodiment, the first portion WLCa and the second portion WLCb may have a tapered shape whose horizontal width increases as the distance from the top surface of the upper substrate 110 increases. In an exemplary embodiment, the horizontal width of the first portion (WLCa) may be smaller than the horizontal width of the second portion (WLCb).

제1 부분(WLCa)은 제1 절연 분리층(180) 및 상기 제1 절연 분리층(180) 내부의 빈 공간인 제1 심(Seam)(180S)을 포함하고, 제2 부분(WLCb)은 제2 절연 분리층(280) 및 상기 제2 절연 분리층(280) 내부의 빈 공간인 제2 심(280S)을 포함할 수 있다. 제1 절연 분리층(180) 및 제2 절연 분리층(280)은 예를 들어, 실리콘 산화물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 제1 절연 분리층(180) 및 제2 절연 분리층(280)은 SFO(Seam-free oxide)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 심(180S)은 수직 방향으로 게이트 스택(GS)의 상면보다 더 높은 수직 레벨까지 연장될 수 있다. The first part (WLCa) includes a first insulating separation layer 180 and a first seam (180S) that is an empty space inside the first insulating separation layer 180, and the second part (WLCb) It may include a second insulating separation layer 280 and a second shim 280S that is an empty space inside the second insulating separation layer 280. The first insulating separation layer 180 and the second insulating separation layer 280 may be, for example, silicon oxide, but are not limited thereto. In an exemplary embodiment, the first insulating separation layer 180 and the second insulating separation layer 280 may include seam-free oxide (SFO). In an example embodiment, the first shim 180S may extend in the vertical direction to a vertical level higher than the top surface of the gate stack GS.

워드 라인 스페이서(WLS)는 워드 라인 컷(WLC)의 일부를 둘러쌀 수 있다. 워드 라인 스페이서(WLS)는 워드 라인 컷(WLC)의 제1 부분(WLCa)을 둘러싸는 제1 스페이서 부분(WLSa)과 상기 제1 부분(WLSa) 상에 위치하며, 워드 라인 컷(WLC)의 제2 부분(WLCb)을 둘러싸는 제2 스페이서 부분(WLSb)을 포함할 수 있다. 워드 라인 스페이서(WLS)는 워드 라인 컷(WLC)과 동일한 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.A word line spacer (WLS) may surround a portion of a word line cut (WLC). The word line spacer (WLS) is located on the first part (WLSa) and a first spacer part (WLSa) surrounding the first part (WLCa) of the word line cut (WLC). It may include a second spacer portion (WLSb) surrounding the second portion (WLCb). The word line spacer (WLS) may include the same material as the word line cut (WLC), but is not limited thereto.

예시적인 실시예에서, 제1 스페이서 부분(WLSa)의 상면은 스트링 선택 라인 스택(SS)의 상면보다 더 낮은 수직 레벨에 위치하고, 스트링 선택 라인 스택(SS)의 하면보다 더 높은 수직 레벨에 위치할 수 있다.In an exemplary embodiment, the top surface of the first spacer portion (WLSa) is located at a lower vertical level than the top surface of the string selection line stack (SS) and is located at a higher vertical level than the bottom surface of the string selection line stack (SS). You can.

예시적인 실시예에서, 워드 라인 스페이서(WLS)의 하면은 제1 절연층(170)의 하면과 동일한 수직 레벨에 위치할 수 있다. 구체적으로, 워드 라인 스페이서(WLS)의 제1 스페이서 부분(WLSa)의 하면은 제1 절연층(170)의 하면과 동일한 수직 레벨에 위치할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 달리, 다른 실시예에서, 워드 라인 스페이서(WLS)의 하면은 제1 절연층(170)의 하면보다 더 낮은 수직 레벨에 위치할 수 있다. 구체적으로, 워드 라인 스페이서(WLS)의 제1 스페이서 부분(WLSa)의 하면은 제1 절연층(170)의 하면보다 더 낮은 수직 레벨에 위치할 수 있다.In an exemplary embodiment, the lower surface of the word line spacer (WLS) may be positioned at the same vertical level as the lower surface of the first insulating layer 170. Specifically, the lower surface of the first spacer portion (WLSa) of the word line spacer (WLS) may be positioned at the same vertical level as the lower surface of the first insulating layer 170 . Unlike shown in FIGS. 4 and 5 , in another embodiment, the lower surface of the word line spacer (WLS) may be located at a lower vertical level than the lower surface of the first insulating layer 170 . Specifically, the lower surface of the first spacer portion (WLSa) of the word line spacer (WLS) may be located at a lower vertical level than the lower surface of the first insulating layer 170 .

예시적인 실시예에서, 제1 스페이서 부분(WLSa)의 두께(d1)는 제2 스페이서 부분(WLSb)의 두께(d2)보다 더 클 수 있다. In an exemplary embodiment, the thickness d1 of the first spacer portion WLSa may be greater than the thickness d2 of the second spacer portion WLSb.

복수의 제2 채널 구조물(240)은 제1 절연층(170) 상에 배치되며, 스트링 선택 라인 스택(SS)을 수직 방향으로 관통하며 연장될 수 있다. 복수의 제2 채널 구조물(240)은 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 상기 복수의 제2 채널 구조물(240)은 지그재그 형상 또는 엇갈린 형상으로 배열될 수 있다.The plurality of second channel structures 240 are disposed on the first insulating layer 170 and may extend vertically through the string selection line stack SS. The plurality of second channel structures 240 may be arranged to be spaced apart at predetermined intervals along the first horizontal direction and the second horizontal direction. The plurality of second channel structures 240 may be arranged in a zigzag shape or a staggered shape.

복수의 제2 채널 구조물(240)은 제2 채널홀(240H)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 복수의 제2 채널 구조물(240) 각각은 도전성 플러그(242), 매립 절연층(244), 채널층(246), 및 게이트 절연층(248)을 포함할 수 있다. 제2 채널 구조물(240)의 각 구성은 제1 채널 구조물(140)의 대응하는 각 구성과 유사할 수 있다.A plurality of second channel structures 240 may be formed inside the second channel hole 240H. Each of the plurality of second channel structures 240 may include a conductive plug 242, a buried insulating layer 244, a channel layer 246, and a gate insulating layer 248. Each configuration of the second channel structure 240 may be similar to each corresponding configuration of the first channel structure 140.

예시적인 실시예에서, 복수의 제1 채널 구조물(140)의 중심축과 복수의 제2 채널 구조물(240)의 중심축은 서로 어긋나게 배치될 수 있다. In an exemplary embodiment, the central axes of the first plurality of channel structures 140 and the central axes of the plurality of second channel structures 240 may be arranged to be offset from each other.

연결 비아(240V)는 제1 절연층(170)을 관통하며, 게이트 스택(GS)과 스트링 선택 라인 스택(SS) 사이에 개재될 수 있다. 연결 비아(240V)의 상면은 제2 채널 구조물(240)과 접하며, 연결 비아(240V)의 하면은 제1 채널 구조물(140)과 접할 수 있다. 따라서, 제1 채널 구조물(140)의 중심축 및 이에 대응하는 제2 채널 구조물(240)의 중심축이 서로 어긋나게 배치된 경우에도, 연결 비아(240V)를 통해, 복수의 제1 채널 구조물(140)과 복수의 제2 채널 구조물(240)은 전기적으로 연결될 수 있다.The connection via 240V penetrates the first insulating layer 170 and may be interposed between the gate stack GS and the string select line stack SS. The upper surface of the connection via 240V may be in contact with the second channel structure 240, and the lower surface of the connection via 240V may be in contact with the first channel structure 140. Accordingly, even when the central axis of the first channel structure 140 and the central axis of the corresponding second channel structures 240 are arranged to be offset from each other, the plurality of first channel structures 140 are connected through the connection via 240V. ) and the plurality of second channel structures 240 may be electrically connected.

스트링 선택 라인 컷(SLC)은 셀 어레이 영역(MCR)에서, 스트링 선택 라인 스택(SS)을 수직 방향으로 관통하며 연장될 수 있다. 스트링 선택 라인 컷(SLC)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 스트링 선택 라인 컷(SLC)은 상부 기판(110)의 상면으로부터 멀어질수록 수평 폭이 커지는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.The string selection line cut (SLC) may extend vertically through the string selection line stack (SS) in the cell array region (MCR). The string selection line cut (SLC) may include an insulating material. In an exemplary embodiment, the string selection line cut (SLC) may have a tapered shape whose horizontal width increases as the distance from the top surface of the upper substrate 110 increases.

제2 절연층(250)은 스트링 선택 라인 스택(SS) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(250)은 예를 들어, 실리콘 산화물일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 워드 라인 컷(WLC)의 제2 부분(WLCb)은 제2 절연층(250)을 수직 방향으로 관통하며 연장될 수 있다. 이 경우, 제2 부분(WLCb)의 상면은 제2 절연층(250)의 상면과 동일한 수직 레벨에 위치할 수 있다. 제3 절연층(270)은 제2 절연층(250) 상에 배치될 수 있다.The second insulating layer 250 may be disposed on the string select line stack SS. The second insulating layer 250 may be, for example, silicon oxide, but is not limited thereto. In an exemplary embodiment, the second portion (WLCb) of the word line cut (WLC) may extend through the second insulating layer 250 in the vertical direction. In this case, the top surface of the second portion (WLCb) may be located at the same vertical level as the top surface of the second insulating layer 250. The third insulating layer 270 may be disposed on the second insulating layer 250 .

복수의 제1 비트 라인 컨택 플러그(BLCa)는 제2 채널 구조물(240)과 연결되며, 제2 절연층(250) 및 제3 절연층(270)을 수직 방향으로 관통할 수 있다. 복수의 제1 비트 라인 컨택 플러그(BLCa)를 통해, 제2 채널 구조물(240)은 제3 절연층(270) 상에 배치되는 비트 라인(미도시)에 연결될 수 있다. 제1 비트 라인 컨택 플러그(BLCa)는 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 구리, 알루미늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The plurality of first bit line contact plugs BLCa are connected to the second channel structure 240 and may penetrate the second insulating layer 250 and the third insulating layer 270 in the vertical direction. The second channel structure 240 may be connected to a bit line (not shown) disposed on the third insulating layer 270 through a plurality of first bit line contact plugs (BLCa). The first bit line contact plug (BLCa) may be made of tungsten, titanium, tantalum, copper, aluminum, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, or a combination thereof.

연결 영역(CON)에서, 게이트층(120)이 연장되어 게이트층(120) 단부에 패드부(미도시)를 구성할 수 있고, 상기 패드부를 덮는 커버 절연층(150)이 배치될 수 있다. 연결 영역(CON)에서 복수의 게이트층(120)은 상부 기판(110)의 상면으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라, 제1 수평 방향으로 더욱 짧은 길이를 갖도록 연장될 수 있다. 즉 연결 영역(CON)에서 복수의 게이트층(120)은 계단 구조를 가질 수 있다.In the connection area CON, the gate layer 120 may be extended to form a pad portion (not shown) at an end of the gate layer 120, and a cover insulating layer 150 may be disposed to cover the pad portion. In the connection area CON, the plurality of gate layers 120 may extend to have a shorter length in the first horizontal direction as they move away from the top surface of the upper substrate 110 in the vertical direction. That is, the plurality of gate layers 120 in the connection area CON may have a staircase structure.

연결 영역(CON)에서, 제1 절연층(170)은 제1 수평 방향으로 연장될 수 있다. 연결 영역(CON)에서, 제1 절연층(170) 상에는 제2 커버 절연층(SLP)이 배치될 수 있다. 제2 커버 절연층(SLP)은 스트랭 선택 라인 컷(SLC)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 또한 제2 커버 절연층(SLP)의 상면은 스트랭 선택 라인 컷(SLC)의 상면과 동일한 수직 레벨에 위치하고, 제2 커버 절연층(SLP)의 하면은 스트랭 선택 라인 컷(SLC)의 하면과 동일한 수직 레벨에 위치할 수 있다. 연결 영역(CON)에서, 제2 절연층(250)은 제1 수평 방향으로 연장되며, 제2 커버 절연층(SLP) 상에 배치될 수 있다.In the connection area CON, the first insulating layer 170 may extend in the first horizontal direction. In the connection area CON, a second cover insulating layer SLP may be disposed on the first insulating layer 170. The second cover insulating layer (SLP) may include the same material as the string selection line cut (SLC). In addition, the upper surface of the second cover insulating layer (SLP) is located at the same vertical level as the upper surface of the Strang selection line cut (SLC), and the lower surface of the second cover insulating layer (SLP) is located at the lower surface of the Strang selection line cut (SLC). It can be located at the same vertical level as. In the connection area CON, the second insulating layer 250 extends in the first horizontal direction and may be disposed on the second cover insulating layer SLP.

연결 영역(CON)에서, 커버 절연층(150), 제1 절연층(170), 제2 커버 절연층(SLP), 및 제2 절연층(250)을 수직 방향으로 관통하여, 게이트층(120)의 상기 패드부에 연결되는 컨택 플러그(CNT)가 배치될 수 있다. 컨택 플러그(CNT)는 커버 절연층(150)을 관통하는 제1 플러그 부분(160ㅔ)과 제1 절연층(170), 제2 커버 절연층(SLP), 및 제2 절연층(250)을 관통하는 제2 플러그 부분(260)을 포함할 수 있다. 제1 플러그 부분(160) 및 제2 플러그 부분(260)은 상부 기판(110)의 상면으로부터 멀어질수록 수평 폭이 커지는 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.In the connection area CON, the gate layer 120 penetrates the cover insulating layer 150, the first insulating layer 170, the second cover insulating layer (SLP), and the second insulating layer 250 in the vertical direction. ) A contact plug (CNT) connected to the pad portion may be disposed. The contact plug (CNT) includes a first plug portion (160ㅔ) penetrating the cover insulating layer 150, a first insulating layer 170, a second cover insulating layer (SLP), and a second insulating layer 250. It may include a penetrating second plug portion 260. The first plug portion 160 and the second plug portion 260 may have a tapered shape whose horizontal width increases as the distance from the upper surface of the upper substrate 110 increases.

연결 영역(CON)에서, 제3 절연층(270)은 제1 수평 방향으로 연장되며, 제2 절연층(250) 상에 배치될 수 있다. 제2 비트 라인 컨택 플러그(BLCb)는 제3 절연층(270)을 수직 방향으로 관통하며, 컨택 플러그(CNT)와 연결될 수 있다. 컨택 플러그(CNT)는 제2 비트 라인 컨택 플러그(BLCb)를 통해 비트 라인(미도시)과 연결될 수 있다.In the connection area CON, the third insulating layer 270 extends in the first horizontal direction and may be disposed on the second insulating layer 250. The second bit line contact plug (BLCb) penetrates the third insulating layer 270 in the vertical direction and may be connected to the contact plug (CNT). The contact plug (CNT) may be connected to a bit line (not shown) through the second bit line contact plug (BLCb).

컨택 플러그(CNT)와 제2 비트 라인 컨택 플러그(BLCb)는 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨, 구리, 알루미늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.The contact plug (CNT) and the second bit line contact plug (BLCb) may be made of tungsten, titanium, tantalum, copper, aluminum, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, or a combination thereof.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치(100)는 스트링 선택 라인 스택(SS)을 형성한 후 워드 라인 컷(WLC)을 형성하기 때문에, 워드 라인 컷(WLC) 내에 배치된 심에 CMP 슬러리 등의 이물질이 끼는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 반도체 장치(100)의 구조적 신뢰성이 개선될 수 있다. 또한 반도체 장치(100)는 워드 라인 컷(WLC)을 둘러싸는 워드 라인 스페이서(WLS)를 포함하여 게이트층(120)의 치환 공정을 수행할 때, 스트링 선택 라인 스택(SS)의 하면 상에 배치된 제1 절연층(170)이 도전성 물질로 치환되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 제1 절연층(170)이 도전성 물질로 치환됨에 따라 발생하는 브릿지 현상을 방지할 수 있다.Since the semiconductor device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention forms the word line cut (WLC) after forming the string select line stack (SS), CMP slurry is applied to the shim disposed in the word line cut (WLC). This can prevent foreign substances such as getting stuck. Accordingly, the structural reliability of the semiconductor device 100 may be improved. In addition, the semiconductor device 100 includes a word line spacer (WLS) surrounding the word line cut (WLC) and is disposed on the lower surface of the string select line stack (SS) when performing the replacement process of the gate layer 120. The first insulating layer 170 can be prevented from being replaced with a conductive material. Accordingly, the bridging phenomenon that occurs when the first insulating layer 170 is replaced with a conductive material can be prevented.

도 6a 내지 도 6j는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치 제조방법의 각 단계를 나타내는 단면도들이다. 구체적으로, 도 6a 내지 도 6j는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 셀 어레이 구조물(CS) 제조 방법의 각 단계를 나타내는 단면도들이다.6A to 6J are cross-sectional views showing each step of the semiconductor device manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, FIGS. 6A to 6J are cross-sectional views showing each step of a method for manufacturing a cell array structure (CS) of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6a를 참조하면, 먼저, 교번적으로 적층된 복수의 희생층(120M) 및 복수의 절연층(130)을 관통하는 제1 채널 구조물(140)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상부 기판(110, 도 4 참조) 상에 복수의 희생층(120M) 및 복수의 절연층(130)을 교번적으로 적층할 수 있다. 다음으로, 연결 영역(CON)에서 포토리소그래피 공정을 수행해 상기 복수의 희생층(120M) 및 상기 복수의 절연층(130) 각각의 일부를 제거하여, 상부 기판(110)의 상면으로부터 수직 방향으로 멀어짐에 따라 상기 복수의 희생층(120M)의 제1 수평 방향 길이 및 상기 복수의 절연층(130)의 제1 수평 방향 길이가 더 짧아지는 구조, 즉 계단 구조를 형성할 수 있다. 다음으로, 연결 영역(CON)에서, 상기 복수의 희생층(120M) 및 상기 복수의 절연층(130)을 덮는 커버 절연층(150)을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 복수의 희생층(120M) 및 상기 복수의 절연층(130)을 관통하는 제1 채널홀(140H) 및 제1 컨택 플러그 홀(160H)을 형성할 수 있다. 이후, 상기 제1 채널홀(140H)에는 게이트 절연층(148), 채널층(146), 매립 절연층(144), 및 도전성 플러그(142)를 포함하는 제1 채널 구조물(140)이 형성되고, 제1 컨택 플러그 홀(160H)에는 제1 컨택 플러그층(160M)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 컨택 플러그층(160M)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6A , first, a first channel structure 140 penetrating a plurality of alternatingly stacked sacrificial layers 120M and a plurality of insulating layers 130 may be formed. Specifically, a plurality of sacrificial layers 120M and a plurality of insulating layers 130 may be alternately stacked on the upper substrate 110 (see FIG. 4). Next, a photolithography process is performed in the connection region CON to remove a portion of each of the plurality of sacrificial layers 120M and the plurality of insulating layers 130, thereby vertically moving away from the top surface of the upper substrate 110. Accordingly, a structure in which the first horizontal length of the plurality of sacrificial layers 120M and the first horizontal length of the plurality of insulating layers 130 are shorter, that is, a step structure can be formed. Next, in the connection area CON, a cover insulating layer 150 may be formed to cover the plurality of sacrificial layers 120M and the plurality of insulating layers 130. Next, a first channel hole 140H and a first contact plug hole 160H that penetrate the plurality of sacrificial layers 120M and the plurality of insulating layers 130 may be formed. Thereafter, a first channel structure 140 including a gate insulating layer 148, a channel layer 146, a buried insulating layer 144, and a conductive plug 142 is formed in the first channel hole 140H. , a first contact plug layer 160M may be formed in the first contact plug hole 160H. In an example embodiment, the first contact plug layer 160M may include polysilicon.

도 6b를 참조하면, 도 6a의 결과물에서, 최상단의 절연층(130), 제1 채널 구조물(140), 및 제1 컨택 플러그층(160M) 상에 제1 절연층(170)을 형성할 수 있다. 제1 절연층(170)은 예를 들어, 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 다음으로, 제1 절연층(170) 상에 스트링 선택 라인 스택(SS)을 형성할 수 있다. 이 때, 제1 스트링 선택 라인 절연층(210), 제1 스트링 선택 라인 게이트층(220), 및 제2 스트링 선택 라인 절연층(230)은 증착 공정에 의해 순차적으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6B, in the result of FIG. 6A, the first insulating layer 170 can be formed on the uppermost insulating layer 130, the first channel structure 140, and the first contact plug layer 160M. there is. The first insulating layer 170 may be formed, for example, through a deposition process. Next, a string selection line stack (SS) may be formed on the first insulating layer 170. At this time, the first string selection line insulating layer 210, the first string selection line gate layer 220, and the second string selection line insulating layer 230 may be sequentially formed through a deposition process.

도 6c를 참조하면, 도 6b의 결과물에서, 워드 라인 오픈 트렌치(WLOT), 스트링 선택 라인 컷 트렌치(SLT), 및 제2 커버 절연층 트렌치(SLPT)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 포토리소그래피 공정을 수행해 스트링 선택 라인 스택(SS) 및 제1 절연층(170)을 관통하는 워드 라인 오픈 트렌치(WLOT)와, 스트링 선택 라인 스택(SS)을 관통하는 스트링 선택 라인 컷 트렌치(SLT) 및 제2 커버 절연층 트렌치(SLPT)를 동시에 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6C, in the result of FIG. 6B, a word line open trench (WLOT), a string select line cut trench (SLT), and a second cover insulating layer trench (SLPT) can be formed. Specifically, a word line open trench (WLOT) penetrating the string selection line stack (SS) and the first insulating layer 170 by performing a photolithography process, and a string selection line cut trench penetrating the string selection line stack (SS). (SLT) and the second cover insulating layer trench (SLPT) can be formed simultaneously.

도 6d를 참조하면, 도 6c의 결과물에서, 워드 라인 오픈 트렌치(WLOT), 스트링 선택 라인 컷 트렌치(SLT), 및 제2 커버 절연층 트렌치(SLPT) 각각을 절연 물질들로 채울 수 있다. 이에 따라, 워드 라인 오픈 트렌치(WLOT)에는 제1 절연 물질층(Ox1)이, 제2 커버 절연층 트렌치(SLPT)에는 제2 절연 물질층(Ox2)이, 스트링 선택 라인 컷 트렌치(SLT)에는 스트링 선택 라인 컷(SLC)이 동시에 형성될 수 있다. 따라서, 제1 절연 물질층(Ox1), 제2 절연 물질층(Ox2), 및 스트링 선택 라인 컷(SLC)은 동일한 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 절연 물질은 예를 들어, 실리콘 산화물일 수 있다. Referring to FIG. 6D, in the result of FIG. 6C, each of the word line open trench (WLOT), string select line cut trench (SLT), and second cover insulating layer trench (SLPT) may be filled with insulating materials. Accordingly, the first insulating material layer (Ox1) is in the word line open trench (WLOT), the second insulating material layer (Ox2) in the second cover insulating layer trench (SLPT), and the string selection line cut trench (SLT). A string selection line cut (SLC) may be formed simultaneously. Accordingly, the first insulating material layer Ox1, the second insulating material layer Ox2, and the string selection line cut SLC may include the same insulating material. The insulating material may be, for example, silicon oxide.

도 6e를 참조하면, 도 6d의 결과물에서, 연결 비아(240V) 및 연결 비아(240V)에 연결되는 제2 채널 구조물(240)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 포토리소그래피 공정을 수행해 제1 절연층(170)을 관통하는 연결 비아(240V)를 형성한 후, 스트링 선택 라인 스택(SS)을 관통하는 제2 채널홀(240H)을 형성할 수 있다. 다음으로, 제2 채널홀(240H)에 게이트 절연층(248), 채널층(246), 매립 절연층(244), 및 도전성 플러그(242)를 포함하는 채널 구조물(240)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6E, in the result of FIG. 6D, a connection via 240V and a second channel structure 240 connected to the connection via 240V may be formed. Specifically, after performing a photolithography process to form a connection via (240V) penetrating the first insulating layer 170, a second channel hole (240H) can be formed through the string selection line stack (SS). . Next, a channel structure 240 including a gate insulating layer 248, a channel layer 246, a buried insulating layer 244, and a conductive plug 242 may be formed in the second channel hole 240H. .

도 6f를 참조하면, 도 6e의 결과물에서, 복수의 희생층(120M), 복수의 절연층(130), 제1 절연층(170), 및 워드 라인 오픈 트렌치(WLOT)에 형성된 제1 절연 물질층(Ox1)을 관통하는 제1 워드 라인 컷 트렌치(WLTa)가 형성될 수 있다. 이 때 잔류하는 제1 절연 물질층(Ox1)은 워드 라인 스페이서(WLS)로 기능할 수 있다.Referring to FIG. 6F, in the result of FIG. 6E, a plurality of sacrificial layers 120M, a plurality of insulating layers 130, a first insulating layer 170, and a first insulating material formed in the word line open trench (WLOT) A first word line cut trench (WLTa) penetrating the layer (Ox1) may be formed. At this time, the remaining first insulating material layer (Ox1) may function as a word line spacer (WLS).

도 6g를 참조하면, 도 6f의 결과물에서, 복수의 희생층(120M, 도 6f 참조)을 치환하여 복수의 게이트층(120)을 형성하고, 제1 컨택 플러그층(160M)을 치환하여 제1 플러그 부분(160)을 형성할 수 있다. 즉 복수의 희생층(120M) 및 제1 컨택 플러그층(160M)을 도전 물질로 치환하여 복수의 게이트층(120) 및 제1 플러그 부분(160)을 형성하는 치환(replacement) 공정을 수행할 수 있다. 상기 치환 공정을 통해, 복수의 게이트층(120) 및 복수의 절연층(130)을 포함하는 게이트 스택(GS)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6G, in the result of FIG. 6F, a plurality of gate layers 120 are formed by replacing a plurality of sacrificial layers (120M, see FIG. 6F), and the first contact plug layer (160M) is replaced to form a first contact plug layer (160M). A plug portion 160 may be formed. That is, a replacement process can be performed to form the plurality of gate layers 120 and the first plug portion 160 by replacing the plurality of sacrificial layers 120M and the first contact plug layer 160M with a conductive material. there is. Through the substitution process, a gate stack GS including a plurality of gate layers 120 and a plurality of insulating layers 130 may be formed.

도 6h를 참조하면, 도 6g의 결과물에서, 제1 워드 라인 컷 트렌치(WLTa)를 절연 물질로 채워 워드 라인 컷(WLC, 도 4 참조)의 제1 부분(WLCa)을 형성할 수 있다. 제1 부분(WLCa)은 제1 절연 분리층(180)으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 절연 분리층(180)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 저유전 물질로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 절연 분리층(180) 내부에는 빈 공간인 심(180S)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6H, in the result of FIG. 6G, the first word line cut trench (WLTa) may be filled with an insulating material to form the first portion (WLCa) of the word line cut (WLC, see FIG. 4). The first part (WLCa) may be made of a first insulating separation layer 180. In an exemplary embodiment, the first insulating isolation layer 180 may be made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low dielectric material. At this time, the insulating separation layer 180 may include a seam 180S, which is an empty space.

도 6i를 참조하면, 도 6h의 결과물에서, 스트랭 선택 라인 스택(SS)의 일부 및 제2 절연층(250)을 관통하는 제2 워드 라인 컷 트렌치(WLTb) 및 제1 절연층(170), 스트링 선택 라인 스택(SS), 및 제2 절연층(250)을 관통하는 제2 컨택 플러그 홀(260H)을 형성할 수 있다. 상기 제2 워드 라인 컷 트렌치(WLTb) 및 상기 제2 컨택 플러그 홀(260H)은 포토리소그래프 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 제2 워드 라인 컷 트렌치(WLTb)가 형성되면서, 제1 부분(WLCa)의 상측 및 워드 라인 스페이서(WLS)의 상측 일부는 제거될 수 있다. 이로 인해, 상기 제2 워드 라인 컷 트렌치(WLTb)에 의해 일부가 제거된 워드 라인 스페이서(WLS)의 부분은 제2 스페이서 부분(WLSb)이 되고, 워드 라인 스페이서(WLS)의 나머지 부분은 제1 스페이서 부분(WLSa)이 될 수 있다.Referring to FIG. 6i, in the result of FIG. 6h, the second word line cut trench (WLTb) and the first insulating layer 170 penetrating a portion of the Strang select line stack (SS) and the second insulating layer 250. , the string selection line stack SS, and the second contact plug hole 260H penetrating the second insulating layer 250 may be formed. The second word line cut trench (WLTb) and the second contact plug hole (260H) may be formed through a photolithography process. As the second word line cut trench WLTb is formed, the upper portion of the first portion WLCa and a portion of the upper portion of the word line spacer WLS may be removed. As a result, the portion of the word line spacer (WLS) partially removed by the second word line cut trench (WLTb) becomes the second spacer portion (WLSb), and the remaining portion of the word line spacer (WLS) becomes the first spacer (WLSb). It may be a spacer portion (WLSa).

도 6j를 참조하면, 도 6i의 결과물에서, 제2 워드 라인 컷 트렌치(WLTb)에는 워드 라인 컷(WLC)의 제2 부분(WLCb)을 형성하고, 제2 컨택 플러그 홀(260H)에는 제2 플러그 부분(260)을 형성할 수 있다. 제2 부분(WLCb)은 제2 절연 분리층(280)으로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제2 절연 분리층(280)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 저유전 물질로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 제2 절연 분리층(280) 내부에는 빈 공간인 심(280S)을 포함할 수 있다. 제2 플러그 부분(260)은 제1 플러그 부분(160)과 연결되며, 컨택 플러그(CNT)를 구성할 수 있다. 다음으로, 제2 절연층(250), 제2 플러그 부분(260), 및 제2 부분(WLCb) 상에 제3 절연층(270)을 형성하고, 도전성 플러그(242)의 일부, 제2 절연층(250), 및 제3 절연층(270)을 관통하는 제1 비트 라인 컨택 트렌치(BCTa)와 제3 절연층(270)을 관통하는 제2 비트 라인 컨택 트렌치(BCTb)를 형성할 수 있다. 상기 제1 비트 라인 컨택 트렌치(BCTa)는 제2 채널 구조물(240)과 수직 방향으로 중첩되도록 형성되며, 상기 제2 비트 라인 컨택 트렌치(BCTb)는 컨택 플러그(CNT)와 수직 방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6J, in the result of FIG. 6I, the second portion (WLCb) of the word line cut (WLC) is formed in the second word line cut trench (WLTb), and the second portion (WLCb) is formed in the second contact plug hole (260H). A plug portion 260 may be formed. The second part (WLCb) may be made of a second insulating separation layer 280. In an exemplary embodiment, the second insulating isolation layer 280 may be made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low dielectric material. At this time, the second insulating separation layer 280 may include a seam 280S, which is an empty space. The second plug portion 260 is connected to the first plug portion 160 and may form a contact plug (CNT). Next, a third insulating layer 270 is formed on the second insulating layer 250, the second plug portion 260, and the second portion (WLCb), and a portion of the conductive plug 242 and the second insulating layer are formed on the second insulating layer 250, the second plug portion 260, and the second portion WLCb. A first bit line contact trench (BCTa) penetrating the layer 250 and the third insulating layer 270 and a second bit line contact trench (BCTb) penetrating the third insulating layer 270 may be formed. . The first bit line contact trench (BCTa) is formed to vertically overlap the second channel structure 240, and the second bit line contact trench (BCTb) is formed to vertically overlap the contact plug (CNT). It can be.

다음으로, 도 6j의 결과물에서, 제1 비트 라인 컨택 트렌치(BCTa)와 제2 비트 라인 컨택 트렌치(BCTb)에 도전성 물질을 채워 제1 비트 라인 컨택 플러그(BLCa)와 제2 비트 라인 컨택 플러그(BLCb)를 형성하여, 도 4에 도시된 반도체 장치(100)의 셀 어레이 구조물(CS)이 완성될 수 있다.Next, in the result of FIG. 6J, the first bit line contact trench (BCTa) and the second bit line contact trench (BCTb) are filled with a conductive material to form the first bit line contact plug (BLCa) and the second bit line contact plug ( By forming BLCb), the cell array structure (CS) of the semiconductor device 100 shown in FIG. 4 can be completed.

도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자시스템을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an electronic system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전자 시스템(1000)은 반도체 장치(1100) 및 반도체 장치(1100)와 전기적으로 연결되는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the electronic system 1000 according to the present invention may include a semiconductor device 1100 and a controller 1200 electrically connected to the semiconductor device 1100.

전자 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 반도체 장치(1100)를 포함하는 스토리지 장치 또는 스토리지 장치를 포함하는 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템(1000)은 적어도 하나의 반도체 장치(1100)를 포함하는 SSD 장치(solid state drive device), USB(Universal Serial Bus), 컴퓨팅 시스템, 의료 장치, 또는 통신 장치일 수 있다.The electronic system 1000 may be a storage device including one or more semiconductor devices 1100 or an electronic device including a storage device. For example, the electronic system 1000 may be a solid state drive device (SSD) device, a universal serial bus (USB) device, a computing system, a medical device, or a communication device including at least one semiconductor device 1100 .

반도체 장치(1100)는 비휘발성 수직형 메모리 소자일 수 있다. 예를 들어, 반도체 장치(1100)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 반도체 장치(10)를 포함하는 낸드 플래시 메모리 소자일 수 있다. 반도체 장치(1100)는 제1 구조물(1100F) 및 제1 구조물(1100F) 상의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구조물(1100F)은 제2 구조물(1100S)의 옆에 배치될 수도 있다.The semiconductor device 1100 may be a non-volatile vertical memory device. For example, the semiconductor device 1100 may be a NAND flash memory device including the semiconductor device 10 described with reference to FIGS. 4 and 5 . The semiconductor device 1100 may include a first structure 1100F and a second structure 1100S on the first structure 1100F. In some embodiments, the first structure 1100F may be placed next to the second structure 1100S.

제1 구조물(1100F)은 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 구조물일 수 있다. 제2 구조물(1100S)은 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 복수의 워드 라인(WL), 제1 및 제2 게이트 상부 라인(UL1, UL2), 제1 및 제2 게이트 하부 라인(LL1, LL2), 및 비트 라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 있는 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)을 포함하는 메모리 셀 구조물일 수 있다.The first structure 1100F may be a peripheral circuit structure including a decoder circuit 1110, a page buffer 1120, and a logic circuit 1130. The second structure 1100S includes a bit line (BL), a common source line (CSL), a plurality of word lines (WL), first and second gate upper lines (UL1, UL2), and first and second gate lower lines. It may be a memory cell structure including (LL1, LL2), and a plurality of memory cell strings (CSTR) between the bit line (BL) and the common source line (CSL).

제2 구조물(1100S)에서 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)은 각각 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 하부 트랜지스터(LT1, LT2), 비트 라인(BL)에 인접하는 상부 트랜지스터(UT1, UT2), 및 하부 트랜지스터(LT1, LT2)와 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)를 포함할 수 있다. 하부 트랜지스터(LT1, LT2)의 개수와 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다.In the second structure 1100S, the plurality of memory cell strings (CSTR) include lower transistors (LT1, LT2) adjacent to the common source line (CSL), upper transistors (UT1, UT2) adjacent to the bit line (BL), and and a plurality of memory cell transistors (MCT) disposed between the lower transistors LT1 and LT2 and the upper transistors UT1 and UT2. The number of lower transistors LT1 and LT2 and the number of upper transistors UT1 and UT2 may vary depending on embodiments.

일부 실시예들에서, 상부 트랜지스터(UT1, UT2)는 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있고, 하부 트랜지스터(LT1, LT2)는 접지 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 복수의 게이트 하부 라인(LL1, LL2)은 각각 하부 트랜지스터(LT1, LT2)의 게이트층일 수 있다. 워드 라인(WL)은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)의 게이트층일 수 있고, 게이트 상부 라인(UL1, UL2)은 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 게이트층일 수 있다.In some embodiments, the top transistors UT1 and UT2 may include string select transistors, and the bottom transistors LT1 and LT2 may include ground select transistors. The plurality of gate lower lines LL1 and LL2 may be gate layers of the lower transistors LT1 and LT2, respectively. The word line WL may be a gate layer of the memory cell transistor MCT, and the upper gate lines UL1 and UL2 may be the gate layers of the upper transistors UT1 and UT2.

공통 소스 라인(CSL), 복수의 게이트 하부 라인(LL1, LL2), 복수의 워드 라인(WL), 및 복수의 게이트 상부 라인(UL1, UL2)은 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 복수의 제1 연결 배선(1115)을 통해 디코더 회로(1110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)은 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 복수의 제2 연결 배선(1125)을 통해 페이지 버퍼(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다.The common source line (CSL), the plurality of gate lower lines (LL1, LL2), the plurality of word lines (WL), and the plurality of gate upper lines (UL1, UL2) are formed within the first structure (1100F) and the second structure ( It can be electrically connected to the decoder circuit 1110 through a plurality of first connection wires 1115 extending up to 1100S. The plurality of bit lines BL may be electrically connected to the page buffer 1120 through a plurality of second connection wires 1125 extending from the first structure 1100F to the second structure 1100S.

제1 구조물(1100F)에서 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT) 중 적어도 하나에 대한 제어 동작을 실행할 수 있다. 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 로직 회로(1130)에 의해 제어될 수 있다.In the first structure 1100F, the decoder circuit 1110 and the page buffer 1120 may perform a control operation on at least one of a plurality of memory cell transistors (MCT). The decoder circuit 1110 and page buffer 1120 may be controlled by the logic circuit 1130.

반도체 장치(1100)는 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결되는 입출력 패드(1101)를 통해 컨트롤러(1200)와 통신할 수 있다. 입출력 패드(1101)는 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 입출력 연결 배선(1135)을 통해 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결될 수 있다.The semiconductor device 1100 may communicate with the controller 1200 through an input/output pad 1101 that is electrically connected to the logic circuit 1130. The input/output pad 1101 may be electrically connected to the logic circuit 1130 through an input/output connection wire 1135 extending from the first structure 1100F to the second structure 1100S.

컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), 낸드 컨트롤러(1220), 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(1000)은 복수의 반도체 장치(1100)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 컨트롤러(1200)는 복수의 반도체 장치(1100)를 제어할 수 있다.The controller 1200 may include a processor 1210, a NAND controller 1220, and a host interface 1230. In some embodiments, the electronic system 1000 may include a plurality of semiconductor devices 1100, and in this case, the controller 1200 may control the plurality of semiconductor devices 1100.

프로세서(1210)는 컨트롤러(1200)를 포함한 전자 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, 낸드 컨트롤러(1220)를 제어하여 반도체 장치(1100)에 억세스할 수 있다. 낸드 컨트롤러(1220)는 반도체 장치(1100)와의 통신을 처리하는 낸드 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. 낸드 인터페이스(1221)를 통해, 반도체 장치(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 반도체 장치(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 반도체 장치(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)로부터 읽어오고자 하는 데이터 등이 전송될 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)는 전자 시스템(1000)과 외부 호스트 사이의 통신 기능을 제공할 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)를 통해 외부 호스트로부터 제어 명령을 수신하면, 프로세서(1210)는 제어 명령에 응답하여 반도체 장치(1100)를 제어할 수 있다.The processor 1210 may control the overall operation of the electronic system 1000, including the controller 1200. The processor 1210 may operate according to predetermined firmware and may control the NAND controller 1220 to access the semiconductor device 1100. The NAND controller 1220 may include a NAND interface 1221 that processes communication with the semiconductor device 1100. Through the NAND interface 1221, control commands for controlling the semiconductor device 1100, data to be written to a plurality of memory cell transistors (MCTs) of the semiconductor device 1100, and a plurality of memory cells of the semiconductor device 1100. Data to be read from the transistor (MCT) may be transmitted. The host interface 1230 may provide a communication function between the electronic system 1000 and an external host. When receiving a control command from an external host through the host interface 1230, the processor 1210 may control the semiconductor device 1100 in response to the control command.

도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자시스템을 나타내는 사시도이다.8 is a perspective view showing an electronic system including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(2000)은 메인 기판(2001), 메인 기판(2001)에 실장되는 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003), 및 디램(2004)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the electronic system 2000 according to an embodiment of the present invention includes a main board 2001, a controller 2002 mounted on the main board 2001, one or more semiconductor packages 2003, and DRAM 2004. ) may include.

메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 상기 복수의 핀의 개수와 배치는 전자 시스템(2000)과 상기 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(2000)은 USB, PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(2000)은 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 상기 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다. 반도체 패키지(2003) 및 디램(2004)은 메인 기판(2001)에 형성되는 복수의 배선 패턴(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다.The main board 2001 may include a connector 2006 including a plurality of pins coupled to an external host. The number and arrangement of the plurality of pins in the connector 2006 may vary depending on the communication interface between the electronic system 2000 and the external host. In some embodiments, the electronic system 2000 is connected to any one of the following interfaces: USB, Peripheral Component Interconnect Express (PCI-Express), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), and M-Phy for Universal Flash Storage (UFS). Accordingly, it is possible to communicate with an external host. In some embodiments, the electronic system 2000 may operate with power supplied from an external host through the connector 2006. The electronic system 2000 may further include a Power Management Integrated Circuit (PMIC) that distributes power supplied from the external host to the controller 2002 and the semiconductor package 2003. The semiconductor package 2003 and the DRAM 2004 may be connected to the controller 2002 through a plurality of wiring patterns 2005 formed on the main board 2001.

컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(2003)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 전자 시스템(2000)의 동작 속도를 개선할 수 있다.The controller 2002 can write data to the semiconductor package 2003 or read data from the semiconductor package 2003, and can improve the operating speed of the electronic system 2000.

디램(2004)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(2003)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 전자 시스템(2000)에 포함되는 디램(2004)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(2003)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 전자 시스템(2000)에 디램(2004)이 포함되는 경우, 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)를 제어하기 위한 낸드 컨트롤러 외에 디램(2004)을 제어하기 위한 디램 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.DRAM (2004) may be a buffer memory to alleviate the speed difference between the semiconductor package (2003), which is a data storage space, and an external host. The DRAM 2004 included in the electronic system 2000 may operate as a type of cache memory and may provide a space for temporarily storing data during control operations for the semiconductor package 2003. When the electronic system 2000 includes the DRAM 2004, the controller 2002 may further include a DRAM controller for controlling the DRAM 2004 in addition to a NAND controller for controlling the semiconductor package 2003.

반도체 패키지(2003)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b) 각각은 복수의 반도체 칩(2200)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b) 각각은 패키지 기판(2100), 패키지 기판(2100) 상의 복수의 반도체 칩(2200), 복수의 반도체 칩(2200) 각각의 하부면에 배치되는 접착층(2300), 복수의 반도체 칩(2200)과 패키지 기판(2100)을 전기적으로 연결하는 연결 구조물(2400), 및 패키지 기판(2100) 상에서 복수의 반도체 칩(2200)과 연결 구조물(2400)을 덮는 몰딩층(2500)을 포함할 수 있다.The semiconductor package 2003 may include first and second semiconductor packages 2003a and 2003b that are spaced apart from each other. Each of the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b may be a semiconductor package including a plurality of semiconductor chips 2200. Each of the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b includes a package substrate 2100, a plurality of semiconductor chips 2200 on the package substrate 2100, and an adhesive layer disposed on the lower surface of each of the plurality of semiconductor chips 2200. 2300), a connection structure 2400 that electrically connects the plurality of semiconductor chips 2200 and the package substrate 2100, and a molding that covers the plurality of semiconductor chips 2200 and the connection structure 2400 on the package substrate 2100. It may include a layer 2500.

패키지 기판(2100)은 복수의 패키지 상부 패드(2130)를 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 각각 입출력 패드(2201)를 포함할 수 있다. 입출력 패드(2201)는 도 7의 입출력 패드(1101)에 해당할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200) 각각은 복수의 게이트 스택(3210) 및 복수의 채널 구조물(3220)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 반도체 장치(10)를 포함할 수 있다. The package substrate 2100 may be a printed circuit board including a plurality of package upper pads 2130. Each of the plurality of semiconductor chips 2200 may include an input/output pad 2201. The input/output pad 2201 may correspond to the input/output pad 1101 of FIG. 7 . Each of the plurality of semiconductor chips 2200 may include a plurality of gate stacks 3210 and a plurality of channel structures 3220. The plurality of semiconductor chips 2200 may include the semiconductor device 10 described with reference to FIGS. 4 and 5 .

일부 실시예들에서, 연결 구조물(2400)은 입출력 패드(2201)와 패키지 상부 패드(2130)를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어일 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2100)의 패키지 상부 패드(2130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조물(2400) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via, TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.In some embodiments, the connection structure 2400 may be a bonding wire that electrically connects the input/output pad 2201 and the top pad of the package 2130. Accordingly, in the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b, the plurality of semiconductor chips 2200 may be electrically connected to each other using a bonding wire method and may be electrically connected to the package upper pad 2130 of the package substrate 2100. can be connected In some embodiments, in the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b, the plurality of semiconductor chips 2200 use a through electrode (Through Silicon Via, TSV) instead of the bonding wire-type connection structure 2400. They may be electrically connected to each other by a connection structure that includes a connection structure.

일부 실시예들에서, 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 실장되고, 상기 인터포저 기판에 형성되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 서로 연결될 수도 있다.In some embodiments, the controller 2002 and the plurality of semiconductor chips 2200 may be included in one package. In some embodiments, the controller 2002 and a plurality of semiconductor chips 2200 are mounted on a separate interposer board different from the main board 2001, and the controller 2002 and the controller 2002 are connected by wiring formed on the interposer board. A plurality of semiconductor chips 2200 may be connected to each other.

도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 9에는 도 8의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도의 구성이 상세하게 도시되어 있다.9 is a cross-sectional view showing a semiconductor package including a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 9 shows the configuration of a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 8 in detail.

도 9를 참조하면, 반도체 패키지(3003)에서, 패키지 기판(2100)은 인쇄회로 기판일 수 있다.Referring to FIG. 9, in the semiconductor package 3003, the package substrate 2100 may be a printed circuit board.

패키지 기판(2100)은 바디부(2120), 바디부(2120)의 상면에 배치되는 복수의 패키지 상부 패드(2130, 도 8 참조), 바디부(2120)의 하면에 배치되거나 하면을 통해 노출되는 복수의 하부 패드(2125), 및 바디부(2120) 내부에서 복수의 상부 패드(2130)와 복수의 하부 패드(2125)를 전기적으로 연결하는 복수의 내부 배선(2135)을 포함할 수 있다. 복수의 상부 패드(2130)는 복수의 연결 구조물(2400, 도 8 참조)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 하부 패드(2125)는 복수의 도전성 연결부(2800)를 통해 도 8에 예시한 전자 시스템(2000)의 메인 기판(2001) 상의 복수의 배선 패턴(2005)에 연결될 수 있다.The package substrate 2100 includes a body portion 2120, a plurality of package upper pads 2130 (see FIG. 8) disposed on the upper surface of the body portion 2120, and disposed on the lower surface of the body portion 2120 or exposed through the lower surface. It may include a plurality of lower pads 2125 and a plurality of internal wirings 2135 that electrically connect the plurality of upper pads 2130 and the plurality of lower pads 2125 within the body portion 2120. The plurality of upper pads 2130 may be electrically connected to the plurality of connection structures 2400 (see FIG. 8). The plurality of lower pads 2125 may be connected to the plurality of wiring patterns 2005 on the main board 2001 of the electronic system 2000 illustrated in FIG. 8 through the plurality of conductive connectors 2800.

복수의 반도체 칩(2200) 각각은 반도체 기판(3010), 반도체 기판(3010) 상에 차례로 적층되는 제1 구조물(3100) 및 제2 구조물(3200)을 포함할 수 있다. 제1 구조물(3100)은 복수의 주변 배선(3110)을 포함하는 주변 회로 영역을 포함할 수 있다. 제2 구조물(3200)은 공통 소스 라인(3205), 공통 소스 라인(3205) 상의 게이트 스택(3210), 게이트 스택(3210)을 관통하는 채널 구조물(3220), 및 채널 구조물(3220)과 전기적으로 연결되는 비트 라인(3240)을 포함할 수 있다.Each of the plurality of semiconductor chips 2200 may include a semiconductor substrate 3010 and a first structure 3100 and a second structure 3200 sequentially stacked on the semiconductor substrate 3010. The first structure 3100 may include a peripheral circuit area including a plurality of peripheral wires 3110. The second structure 3200 is electrically connected to the common source line 3205, the gate stack 3210 on the common source line 3205, the channel structure 3220 penetrating the gate stack 3210, and the channel structure 3220. It may include a connected bit line 3240.

복수의 반도체 칩(2200) 각각은 제1 구조물(3100)의 복수의 주변 배선(3110)과 전기적으로 연결되며, 제2 구조물(3200) 내로 연장되는 관통 배선(3245)을 포함할 수 있다. 관통 배선(3245)은 게이트 스택(3210)의 외측에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 반도체 패키지(3003)는 게이트 스택(3210)을 관통하는 관통 배선을 더 포함할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200) 각각은 제1 구조물(3100)의 복수의 주변 배선(3110)과 전기적으로 연결되는 입출력 패드(2201, 도 8 참조)를 더 포함할 수 있다.Each of the plurality of semiconductor chips 2200 is electrically connected to the plurality of peripheral wirings 3110 of the first structure 3100 and may include a through wiring 3245 extending into the second structure 3200. The through wiring 3245 may be disposed outside the gate stack 3210. In other embodiments, the semiconductor package 3003 may further include a through wiring that penetrates the gate stack 3210. Each of the plurality of semiconductor chips 2200 may further include an input/output pad 2201 (see FIG. 8 ) that is electrically connected to the plurality of peripheral wirings 3110 of the first structure 3100.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As above, exemplary embodiments have been disclosed in the drawings and specification. In this specification, embodiments have been described using specific terms, but this is only used for the purpose of explaining the technical idea of the present disclosure and is not used to limit the meaning or scope of the present disclosure described in the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present disclosure should be determined by the technical spirit of the attached claims.

10: 반도체 장치, 20: 메모리 셀 어레이, 30: 주변 회로, 60: 배선 구조, 70: 층간 절연막, 100: 반도체 장치, 110: 상부 기판, 120: 게이트층, 130: 절연층, 140: 제1 채널 구조물, 150: 커버 절연층, 160: 제1 플러그 부분, 170: 제1 절연층, 180: 제1 절연 분리층, 210: 제1 스트링 선택 라인 절연층, 220: 스트링 선택 라인 게이트층, 230: 제2 스트링 선택 라인 절연층, 240: 제2 채널 구조물, 250: 제2 절연층, 260: 제2 플러그 부분, 270: 제3 절연층, GS: 게이트 스택, SS: 스트링 선택 라인 스택, WLC: 워드 라인 컷, WLS: 워드 라인 스페이서, CNT: 컨택 플러그, SLC: 스트링 선택 라인 컷, BLCa, BLCb: 비트 라인 컨택 플러그10: semiconductor device, 20: memory cell array, 30: peripheral circuit, 60: wiring structure, 70: interlayer insulating film, 100: semiconductor device, 110: upper substrate, 120: gate layer, 130: insulating layer, 140: first Channel structure, 150: cover insulating layer, 160: first plug portion, 170: first insulating layer, 180: first insulating separation layer, 210: first string selection line insulating layer, 220: string selection line gate layer, 230 : second string selection line insulating layer, 240: second channel structure, 250: second insulating layer, 260: second plug portion, 270: third insulating layer, GS: gate stack, SS: string selection line stack, WLC : word line cut, WLS: word line spacer, CNT: contact plug, SLC: string selection line cut, BLCa, BLCb: bit line contact plug.

Claims (10)

반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 교번적으로 적층되는 복수의 게이트층 및 복수의 절연층을 포함하는 게이트 스택;
상기 게이트 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 복수의 제1 채널 구조물;
상기 게이트 스택 상에 배치되는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 상에 배치되는 스트링 선택 라인 스택;
상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 워드 라인 컷;
을 포함하고,
상기 워드 라인 컷은 상기 게이트 스택, 상기 제1 절연층, 및 상기 스트링 선택 라인 스택의 일부를 관통하는 제1 부분과 상기 스트링 선택 라인 스택의 나머지 일부를 관통하는 제2 부분을 포함하며, 상기 제1 부분의 수평 폭은 상기 제2 부분의 수평 폭보다 더 작은 반도체 장치.
semiconductor substrate;
A gate stack including a plurality of gate layers and a plurality of insulating layers alternately stacked on the semiconductor substrate;
a plurality of first channel structures extending vertically through the gate stack;
a first insulating layer disposed on the gate stack;
a string selection line stack disposed on the first insulating layer;
a word line cut extending vertically through the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack;
Including,
The word line cut includes a first portion penetrating a portion of the gate stack, the first insulating layer, and the string select line stack, and a second portion penetrating a remaining portion of the string select line stack. A semiconductor device wherein the horizontal width of the first portion is smaller than the horizontal width of the second portion.
제1 항에 있어서,
상기 제1 부분의 내부에 빈 공간인 심(Seam)이 배치되고, 상기 심은 상기 게이트 스택의 상면보다 더 높은 수직 레벨까지 수직 방향으로 연장되는 반도체 장치.
According to claim 1,
A semiconductor device wherein a seam, which is an empty space, is disposed inside the first portion, and the seam extends vertically to a vertical level higher than the top surface of the gate stack.
제1 항에 있어서,
상기 워드 라인 컷을 둘러싸는 워드 라인 스페이서를 더 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
A semiconductor device further comprising a word line spacer surrounding the word line cut.
제3 항에 있어서,
상기 워드 라인 스페이서는 상기 워드 라인 컷의 상기 제1 부분을 둘러싸는 제1 스페이서 부분 및 상기 워드 라인 컷의 상기 제2 부분을 둘러싸는 제2 스페이서 부분을 포함하고, 상기 제1 스페이서 부분의 두께는 상기 제2 스페이서 부분의 두께보다 더 큰 반도체 장치.
According to clause 3,
The word line spacer includes a first spacer portion surrounding the first portion of the word line cut and a second spacer portion surrounding the second portion of the word line cut, the thickness of the first spacer portion being: A semiconductor device having a thickness greater than the thickness of the second spacer portion.
제3 항에 있어서,
상기 워드 라인 스페이서의 하면은 상기 제1 절연층의 하면과 동일하거나더 낮은 수직 레벨에 위치하는 반도체 장치.
According to clause 3,
A semiconductor device wherein the lower surface of the word line spacer is located at the same or lower vertical level than the lower surface of the first insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 스트링 선택 라인 스택 상에 배치되는 제2 절연층을 더 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
A semiconductor device further comprising a second insulating layer disposed on the string select line stack.
제6 항에 있어서,
상기 제2 부분은 상기 제2 절연층을 수직 방향으로 관통하며 연장되는 반도체 장치.
According to clause 6,
The second portion extends vertically through the second insulating layer.
제7 항에 있어서,
상기 제2 부분의 상면은 상기 제2 절연층의 상면과 동일한 수직 레벨에 위치하는 반도체 장치.
According to clause 7,
A semiconductor device wherein the top surface of the second portion is located at the same vertical level as the top surface of the second insulating layer.
제1 항에 있어서,
상기 스트링 선택 라인 스택을 관통하며 연장되는 복수의 제2 채널 구조물; 및 상기 복수의 제1 채널 구조물과 상기 복수의 제2 채널 구조물을 전기적으로 연결하도록 구성된 연결 비아를 포함하고,
상기 제1 채널 구조물의 중심축 및 상기 제2 채널 구조물의 중심축이 서로 어긋나게 배치되는 반도체 장치.
According to claim 1,
a plurality of second channel structures extending through the string selection line stack; and a connection via configured to electrically connect the plurality of first channel structures and the plurality of second channel structures,
A semiconductor device in which the central axis of the first channel structure and the central axis of the second channel structure are arranged to be offset from each other.
제1 항에 있어서,
상기 워드 라인 컷은 SFO(Seam-Free Oxide)를 포함하는 반도체 장치.
According to claim 1,
The word line cut is a semiconductor device including SFO (Seam-Free Oxide).
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