KR20240041880A - Semiconductor device and electronic system including the same - Google Patents

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KR20240041880A
KR20240041880A KR1020240035190A KR20240035190A KR20240041880A KR 20240041880 A KR20240041880 A KR 20240041880A KR 1020240035190 A KR1020240035190 A KR 1020240035190A KR 20240035190 A KR20240035190 A KR 20240035190A KR 20240041880 A KR20240041880 A KR 20240041880A
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박주미
강상민
박경욱
윤경희
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 교대로 적층되는 도전 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하는 게이트 적층 구조체, 상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 메모리 채널 구조체, 상기 게이트 적층 구조체 상의 소스 구조체를 포함한다. 상기 소스 구조체는 제1 소스막 및 상기 제1 소스막 상에서 상기 제1 소스막 상면의 일부를 덮는 제2 소스막을 포함한다. 상기 제1 소스막은 n형 산화물 반도체를 포함한다. 상기 제2 소스막은 p형 산화물 반도체를 포함한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a gate stacked structure including conductive patterns and insulating patterns alternately stacked with each other, a memory channel structure penetrating the gate stacked structure, and a source structure on the gate stacked structure. . The source structure includes a first source layer and a second source layer covering a portion of the upper surface of the first source layer. The first source layer includes an n-type oxide semiconductor. The second source layer includes a p-type oxide semiconductor.

Description

반도체 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템{SEMICONDUCTOR DEVICE AND ELECTRONIC SYSTEM INCLUDING THE SAME}Semiconductor device and electronic system including the same {SEMICONDUCTOR DEVICE AND ELECTRONIC SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명 개념의 실시예들은 반도체 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소스막을 포함하는 반도체 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a semiconductor device and an electronic system including the same, and more specifically, to a semiconductor device including a source layer and an electronic system including the same.

소형화, 다기능화 및/또는 낮은 제조 단가 등의 특성들로 인하여 반도체 소자는 전자 산업에서 중요한 요소로 각광받고 있다. 반도체 소자들은 논리 데이터를 저장하는 반도체 기억 소자, 논리 데이터를 연산 처리하는 반도체 논리 소자, 및 기억 요소와 논리 요소를 포함하는 하이브리드(hybrid) 반도체 소자 등으로 구분될 수 있다.Semiconductor devices are attracting attention as important elements in the electronics industry due to characteristics such as miniaturization, multi-functionality, and/or low manufacturing cost. Semiconductor devices can be divided into semiconductor memory devices that store logical data, semiconductor logic devices that operate and process logical data, and hybrid semiconductor devices that include memory elements and logic elements.

최근, 전자 기기의 고속화, 저 소비전력화에 따라, 이에 내장되는 반도체 소자 역시 빠른 동작 속도 및/또는 낮은 동작 전압 등이 요구되고 있고, 이를 충족시키기 위해서는 보다 고집적화된 반도체 소자가 필요하다. 다만, 반도체 소자의 고집적화가 심화될수록, 반도체 소자의 전기적 특성 및 생산 수율이 감소할 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 전기적 특성 및 생산 수율을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.Recently, as electronic devices become faster and consume less power, semiconductor devices embedded in them are also required to have faster operating speeds and/or lower operating voltages, and more highly integrated semiconductor devices are needed to meet these requirements. However, as the high integration of semiconductor devices becomes more severe, the electrical characteristics and production yield of semiconductor devices may decrease. Accordingly, much research is being conducted to improve the electrical characteristics and production yield of semiconductor devices.

본 발명 개념의 실시예들은 전기적 특성 및 신뢰성이 향상된 반도체 장치 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Embodiments of the present invention aim to provide a semiconductor device with improved electrical characteristics and reliability and an electronic system including the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명에 따른 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 교대로 적층되는 도전 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하는 게이트 적층 구조체, 상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 메모리 채널 구조체, 상기 게이트 적층 구조체 상의 소스 구조체를 포함하고, 상기 소스 구조체는 제1 소스막 및 상기 제1 소스막 상에서 상기 제1 소스막 상면의 일부를 덮는 제2 소스막을 포함하고, 상기 제1 소스막은 n형 산화물 반도체를 포함하고, 상기 제2 소스막은 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a gate stacked structure including conductive patterns and insulating patterns alternately stacked with each other, a memory channel structure penetrating the gate stacked structure, and a source structure on the gate stacked structure, , the source structure includes a first source layer and a second source layer covering a portion of the upper surface of the first source layer on the first source layer, the first source layer includes an n-type oxide semiconductor, and the second source layer The film may include a p-type oxide semiconductor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 시스템은 메인 기판, 상기 메인 기판 상의 반도체 장치 및 상기 메인 기판 상에서 상기 반도체 장치와 전기적으로 연결되는 컨트롤러를 포함하고, 상기 반도체 장치는 주변 회로 구조체 및 상기 주변 회로 구조체 상의 메모리 셀 구조체를 포함하고, 상기 메모리 셀 구조체는 서로 교대로 적층되는 도전 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하는 게이트 적층 구조체, 상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 메모리 채널 구조체, 상기 게이트 적층 구조체 상의 소스 구조체 및 상기 소스 구조체와 전기적으로 연결되는 제1 비아 및 제2 비아를 포함하고, 상기 소스 구조체는 제1 소스막 및 상기 제1 소스막 상면의 일부를 덮는 제2 소스막을 포함하고, 상기 제1 소스막은 상기 제2 소스막이 덮는 제1 구간 및 상기 제2 소스막으로부터 노출되는 제2 구간을 포함하고, 상기 제1 비아는 상기 제1 구간 상에 제공되고, 상기 제2 비아는 상기 제2 구간 상에 제공되고, 상기 제1 소스막 및 상기 제2 소스막은 각각 서로 다른 비정질 산화물을 포함할 수 있다.An electronic system according to another embodiment of the present invention includes a main board, a semiconductor device on the main board, and a controller electrically connected to the semiconductor device on the main board, wherein the semiconductor device includes a peripheral circuit structure and a peripheral circuit structure. A memory cell structure comprising a gate stacked structure including conductive patterns and insulating patterns alternately stacked with each other, a memory channel structure penetrating the gate stacked structure, a source structure on the gate stacked structure, and Includes a first via and a second via electrically connected to the source structure, the source structure includes a first source layer and a second source layer covering a portion of the upper surface of the first source layer, the first source layer It includes a first section covered by the second source layer and a second section exposed from the second source layer, the first via is provided on the first section, and the second via is on the second section. Provided, the first source layer and the second source layer may each include different amorphous oxides.

본 발명에 따른 반도체 장치는 게이트 적층 구조체 상의 제1 소스막 및 제2 소스막을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 소스막 및 제2 소스막은 각각 n 형 및 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 이로 인해, 소스막 내에 공핍 영역(depletion region)이 형성되는 것이 방지되므로, 반도체 장치의 프로그램 동작시 상기 제1 소스막과 접촉하는 비아를 통해 채널막으로 전자를 공급함으로써 누설 전류가 생기는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 반도체 장치의 전기적 특성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.A semiconductor device according to the present invention may include a first source layer and a second source layer on a gate stacked structure. At this time, the first source layer and the second source layer may include n-type and p-type oxide semiconductors, respectively. As a result, formation of a depletion region in the source film is prevented, thereby preventing leakage current from occurring by supplying electrons to the channel film through a via in contact with the first source film during a program operation of the semiconductor device. You can. As a result, the electrical characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved.

도 1a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1c 및 도 1d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 패키지들을 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 장치의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 4a는 도 3의 CU 부분을 확대한 확대도이다.
도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 3의 CU 부분을 확대한 확대도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일부 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 과정을 도시한 단면도들이다.
FIG. 1A is a diagram schematically showing an electronic system including a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
FIG. 1B is a perspective view schematically showing an electronic system including a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
1C and 1D are cross-sectional views schematically showing semiconductor packages according to some embodiments of the present invention.
2 is a plan view of a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 2.
Figure 4a is an enlarged view of the CU portion of Figure 3.
Figure 4b is an enlarged view of the CU portion of Figure 3, according to some embodiments of the present invention.
5A to 5F are cross-sectional views showing the manufacturing process of a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1a은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1A is a diagram schematically showing an electronic system including a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(1000)은 3차원 반도체 메모리 장치(1100) 및 3차원 반도체 메모리 장치(1100)와 전기적으로 연결되는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다. 전자 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 3차원 반도체 메모리 장치(1100)를 포함하는 스토리지 장치(storage device) 또는 스토리지 장치를 포함하는 전자 장치(electronic device)일 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 3차원 반도체 메모리 장치(1100)를 포함하는 SSD 장치(solid state drive device), USB(Universal Serial Bus), 컴퓨팅 시스템, 의료 장치 또는 통신 장치일 수 있다. Referring to FIG. 1A, the electronic system 1000 according to an embodiment of the present invention may include a 3D semiconductor memory device 1100 and a controller 1200 electrically connected to the 3D semiconductor memory device 1100. . The electronic system 1000 may be a storage device including one or a plurality of three-dimensional semiconductor memory 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 one or a plurality of three-dimensional semiconductor memory devices 1100. You can.

3차원 반도체 메모리 장치(1100)는 비휘발성 메모리 장치일 수 있으며, 예를 들어, 후술하는 바와 같은 3차원 낸드(NAND) 플래쉬 메모리 장치일 수 있다. 3차원 반도체 메모리 장치(1100)는 제1 영역(1100F) 및 제1 영역(1100F) 상의 제2 영역(1100S)을 포함할 수 있다. 다만, 도시된 바와 달리 제1 영역(1100F)은 제2 영역(1100S)의 옆에 배치될 수도 있다. 제1 영역(1100F)은 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120) 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 영역일 수 있다. 제2 영역(1100S)은 비트 라인들(BL), 공통 소스 라인(CSL), 워드 라인들(WL), 제1 라인들(LL1, LL2), 제2 라인들(UL1, UL2) 및 비트 라인들(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이의 메모리 셀 스트링들(CSTR)을 포함하는 메모리 셀 영역일 수 있다.The 3D semiconductor memory device 1100 may be a non-volatile memory device, for example, a 3D NAND flash memory device as will be described later. The three-dimensional semiconductor memory device 1100 may include a first area 1100F and a second area 1100S on the first area 1100F. However, unlike shown, the first area 1100F may be placed next to the second area 1100S. The first area 1100F may be a peripheral circuit area including a decoder circuit 1110, a page buffer 1120, and a logic circuit 1130. The second area 1100S includes bit lines BL, common source line CSL, word lines WL, first lines LL1 and LL2, second lines UL1 and UL2, and bit lines. It may be a memory cell area including memory cell strings (CSTR) between the fields (BL) and the common source line (CSL).

제2 영역(1100S)에서, 각각의 메모리 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 제1 트랜지스터들(LT1, LT2), 비트 라인들(BL)에 인접하는 제2 트랜지스터들(UT1, UT2) 및 제1 트랜지스터들(LT1, LT2)과 제2 트랜지스터들(UT1, UT2) 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)을 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터들(LT1, LT2)의 개수와 제2 트랜지스터들(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 메모리 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)과 제1 영역(1100F) 사이에 위치할 수 있다.In the second area 1100S, each memory cell string CSTR includes first transistors LT1 and LT2 adjacent to the common source line CSL and second transistors adjacent to the bit lines BL. (UT1, UT2) and a plurality of memory cell transistors (MCT) disposed between the first transistors (LT1, LT2) and the second transistors (UT1, UT2). The number of first transistors LT1 and LT2 and the number of second transistors UT1 and UT2 may vary depending on embodiments. The memory cell strings CSTR may be located between the common source line CSL and the first area 1100F.

예를 들어, 제2 트랜지스터들(UT1, UT2)은 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있고, 제1 트랜지스터들(LT1, LT2)은 접지 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 제1 라인들(LL1, LL2)은 제1 트랜지스터들(LT1, LT2)의 게이트 전극들일 수 있다. 워드 라인들(WL)은 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들일 수 있고, 제2 라인들(UL1, UL2)은 제2 트랜지스터들(UT1, UT2)의 게이트 전극들일 수 있다. For example, the second transistors UT1 and UT2 may include a string selection transistor, and the first transistors LT1 and LT2 may include a ground selection transistor. The first lines LL1 and LL2 may be gate electrodes of the first transistors LT1 and LT2. The word lines WL may be gate electrodes of the memory cell transistors MCT, and the second lines UL1 and UL2 may be gate electrodes of the second transistors UT1 and UT2.

예를 들어, 제1 트랜지스터들(LT1, LT2)은 직렬 연결된 제1 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 접지 선택 트랜지스터(LT2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 트랜지스터들(UT1, UT2)은 직렬 연결된 스트링 선택 트랜지스터(UT1) 및 제2 소거 제어 트랜지스터(UT2)를 포함할 수 있다. 제1 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 제2 소거 제어 트랜지스터(UT2) 중 적어도 하나는 게이트 유도 누설 전류(Gate Induce Drain Leakage, GIDL) 현상을 이용하여 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 저장된 데이터를 삭제하는 소거 동작에 이용될 수 있다.For example, the first transistors LT1 and LT2 may include a first erase control transistor LT1 and a ground selection transistor LT2 connected in series. For example, the second transistors UT1 and UT2 may include a string select transistor UT1 and a second erase control transistor UT2 connected in series. At least one of the first erase control transistor LT1 and the second erase control transistor UT2 erases data stored in the memory cell transistors (MCT) using a gate induced leakage current (Gate Induce Drain Leakage, GIDL) phenomenon. It can be used in an erase operation.

공통 소스 라인(CSL), 제1 라인들(LL1, LL2), 워드 라인들(WL) 및 제2 라인들(UL1, UL2)은 제1 영역(1100F) 내에서 제2 영역(1100S)까지 연장되는 제1 연결 배선들(1115)을 통해 디코더 회로(1110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 비트 라인들(BL)은 제1 영역(1100F) 내에서 제2 영역(1100S)까지 연장되는 제2 연결 배선들(1125)을 통해 페이지 버퍼(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다.The common source line (CSL), first lines (LL1, LL2), word lines (WL), and second lines (UL1, UL2) extend from the first area (1100F) to the second area (1100S) It may be electrically connected to the decoder circuit 1110 through first connection wires 1115. The bit lines BL may be electrically connected to the page buffer 1120 through second connection wires 1125 extending from the first area 1100F to the second area 1100S.

제1 영역(1100F)에서, 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 적어도 하나의 선택 메모리 셀 트랜지스터에 대한 제어 동작을 실행할 수 있다. 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 로직 회로(1130)에 의해 제어될 수 있다. 3차원 반도체 메모리 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 영역(1100F) 내에서 제2 영역(1100S)까지 연장되는 입출력 연결 배선(1135)을 통해 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결될 수 있다.In the first area 1100F, the decoder circuit 1110 and the page buffer 1120 may perform a control operation on at least one selected memory cell transistor among the plurality of memory cell transistors (MCT). The decoder circuit 1110 and page buffer 1120 may be controlled by the logic circuit 1130. The 3D semiconductor memory device 1100 can communicate with the controller 1200 through the 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 area 1100F to the second area 1100S.

컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), NAND 컨트롤러(1220) 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 전자 시스템(1000)은 복수의 3차원 반도체 메모리 장치들(1100)을 포함할 수 있으며, 이 경우, 컨트롤러(1200)는 복수의 3차원 반도체 메모리 장치들(1100)을 제어할 수 있다.The controller 1200 may include a processor 1210, a NAND controller 1220, and a host interface 1230. Depending on embodiments, the electronic system 1000 may include a plurality of 3D semiconductor memory devices 1100, in which case the controller 1200 controls the plurality of 3D semiconductor memory devices 1100. can do.

프로세서(1210)는 컨트롤러(1200)를 포함한 전자 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, NAND 컨트롤러(1220)를 제어하여 3차원 반도체 메모리 장치(1100)에 억세스할 수 있다. NAND 컨트롤러(1220)는 3차원 반도체 메모리 장치(1100)와의 통신을 처리하는 NAND 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. NAND 인터페이스(1221)를 통해, 3차원 반도체 메모리 장치(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 3차원 반도체 메모리 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 3차원 반도체 메모리 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(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 3차원 반도체 메모리 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 3D semiconductor memory device 1100. The NAND controller 1220 may include a NAND interface 1221 that processes communication with the 3D semiconductor memory device 1100. Through the NAND interface 1221, control commands for controlling the 3D semiconductor memory device 1100, data to be written to the memory cell transistors (MCT) of the 3D semiconductor memory device 1100, and 3D semiconductor memory device 1100. Data to be read from the memory cell transistors (MCT) of 1100 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 can control the 3D semiconductor memory device 1100 in response to the control command.

도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.FIG. 1B is a perspective view schematically showing an electronic system including a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(2000)은 메인 기판(2001)과, 메인 기판(2001)에 실장되는 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)을 포함할 수 있다. 반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)은 메인 기판(2001)에 제공되는 배선 패턴들(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 1B, 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. The semiconductor package 2003 and the DRAM 2004 may be connected to the controller 2002 through wiring patterns 2005 provided on the main board 2001.

메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 복수의 핀들의 개수와 배치는, 전자 시스템(2000)과 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 전자 시스템(2000)은, 예를 들어, USB(Universal Serial Bus), PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 전자 시스템(2000)은, 예를 들어, 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 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 a plurality of pins in the connector 2006 may vary depending on the communication interface between the electronic system 2000 and an external host. The electronic system 2000 includes interfaces such as, for example, Universal Serial Bus (USB), Peripheral Component Interconnect Express (PCI-Express), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), and M-Phy for Universal Flash Storage (UFS). You can communicate with an external host according to any one of the following. The electronic system 2000 may operate, for example, 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 an external host to the controller 2002 and the semiconductor package 2003.

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.

DRAM(2004)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(2003)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 전자 시스템(2000)에 포함되는 DRAM(2004)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(2003)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 전자 시스템(2000)에 DRAM(2004)이 포함되는 경우, 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)를 제어하기 위한 NAND 컨트롤러 외에 DRAM(2004)을 제어하기 위한 DRAM 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.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 패키지들(2003a, 2003b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)은 각각 복수의 반도체 칩들(2200)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b) 각각은, 패키지 기판(2100), 패키지 기판(2100) 상의 반도체 칩들(2200), 반도체 칩들(2200) 각각의 하부면에 배치되는 접착층들(2300), 반도체 칩들(2200)과 패키지 기판(2100)을 전기적으로 연결하는 연결 구조체들(2400) 및 패키지 기판(2100) 상에서 반도체 칩들(2200) 및 연결 구조체들(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. The first and second semiconductor packages 2003a and 2003b may each include a plurality of semiconductor chips 2200. Each of the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b includes a package substrate 2100, semiconductor chips 2200 on the package substrate 2100, and adhesive layers 2300 disposed on the lower surfaces of each of the semiconductor chips 2200. ), connection structures 2400 that electrically connect the semiconductor chips 2200 and the package substrate 2100, and a molding layer 2500 that covers the semiconductor chips 2200 and the connection structures 2400 on the package substrate 2100. may include.

패키지 기판(2100)은 패키지 상부 패드들(2130)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩들(2200)은 입출력 패드들(2210)을 포함할 수 있다. 입출력 패드들(2210) 각각은 도 1의 입출력 패드(1101)에 해당할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 게이트 적층 구조체들(3210) 및 메모리 채널 구조체들(3220)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 후술하는 바와 같은 3차원 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다.The package substrate 2100 may be a printed circuit board including upper package pads 2130. Each semiconductor chip 2200 may include input/output pads 2210. Each of the input/output pads 2210 may correspond to the input/output pad 1101 of FIG. 1 . Each of the semiconductor chips 2200 may include gate stacked structures 3210 and memory channel structures 3220. Each of the semiconductor chips 2200 may include a three-dimensional semiconductor memory device as will be described later.

연결 구조체들(2400)은, 예를 들어, 입출력 패드들(2210)과 패키지 상부 패드들(2130)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들일 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)에서, 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2100)의 패키지 상부 패드들(2130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 2003b)에서, 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조체들(2400) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The connection structures 2400 may be, for example, bonding wires that electrically connect the input/output pads 2210 and the top pads of the package 2130. Accordingly, in each of the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b, the semiconductor chips 2200 may be electrically connected to each other using a bonding wire method, and the package upper pads 2130 of the package substrate 2100 and Can be electrically connected. According to embodiments, in each of the first and second semiconductor packages 2003a and 2003b, the semiconductor chips 2200 are connected to through electrodes (Through Silicon Via) instead of bonding wire-type connection structures 2400. They may be electrically connected to each other.

도시된 바와 달리, 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 실장되고, 인터포저 기판에 제공되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2200)이 서로 연결될 수도 있다.Unlike shown, the controller 2002 and the semiconductor chips 2200 may be included in one package. The controller 2002 and the semiconductor chips 2200 may be mounted on a separate interposer board different from the main board 2001, and the controller 2002 and the semiconductor chips 2200 may be connected to each other through wiring provided on the interposer board. there is.

도 1c 및 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 반도체 메모리 장치를 포함하는 반도체 패키지를 설명하기 위한 단면도들로, 도 1b를 Ⅰ-Ⅰ' 선 및 Ⅱ-Ⅱ' 선으로 자른 단면들에 각각 대응된다.FIGS. 1C and 1D are cross-sectional views illustrating a semiconductor package including a three-dimensional semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIGS. 1C and 1D are cross-sectional views taken along lines I-I' and II-II' of FIG. 1B, respectively. Each corresponds to

도 1c 및 도 1d를 참조하면, 반도체 패키지(2003)는 패키지 기판(2100) 및 패키지 기판(2100) 상의 복수의 반도체 칩들(2200) 및 패키지 기판(2100)과 반도체 칩들(2200)을 덮는 몰딩층(2500)을 포함할 수 있다.1C and 1D, the semiconductor package 2003 includes a package substrate 2100, a plurality of semiconductor chips 2200 on the package substrate 2100, and a molding layer covering the package substrate 2100 and the semiconductor chips 2200. It may include (2500).

패키지 기판(2100)은 패키지 기판 바디부(2120), 패키지 기판 바디부(2120)의 상면 상에 배치되거나 상면을 통해 노출되는 상부 패드들(2130), 패키지 기판 바디부(2120)의 하면 상에 배치되거나 하면을 통해 노출되는 하부 패드들(2125) 및 패키지 기판 바디부(2120) 내부에서 상부 패드들(2130)과 하부 패드들(2125)을 전기적으로 연결하는 내부 배선들(2135)을 포함할 수 있다. 상부 패드들(2130)은 연결 구조체들(2400)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 패드들(2125)은 도전성 연결부들(2800)을 통해 도 2에 도시된 전자 시스템(2000)의 메인 기판(2001)의 배선 패턴들(2005)에 연결될 수 있다.The package substrate 2100 includes a package substrate body 2120, upper pads 2130 disposed on or exposed through the upper surface of the package substrate body 2120, and a lower surface of the package substrate body 2120. It may include lower pads 2125 disposed or exposed through the lower surface and internal wires 2135 electrically connecting the upper pads 2130 and the lower pads 2125 inside the package substrate body 2120. You can. The upper pads 2130 may be electrically connected to the connection structures 2400. The lower pads 2125 may be connected to the wiring patterns 2005 of the main board 2001 of the electronic system 2000 shown in FIG. 2 through conductive connectors 2800.

도 1b 및 도 1c를 참조하면, 반도체 칩들(2200)의 일 측벽들은 서로 정렬되지 않을 수 있고, 반도체 칩들(2200)의 다른 측벽들은 서로 정렬될 수 있다. 반도체 칩들(2200)은 본딩 와이어 형태의 연결 구조체들(2400)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 실질적으로 동일한 구성들을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1B and 1C , one sidewall of the semiconductor chips 2200 may not be aligned with each other, and other sidewalls of the semiconductor chips 2200 may be aligned with each other. The semiconductor chips 2200 may be electrically connected to each other by connection structures 2400 in the form of bonding wires. Each of the semiconductor chips 2200 may include substantially the same components.

반도체 칩들(2200) 각각은 반도체 기판(4010), 반도체 기판(4010) 상의 제1 구조체(4100) 및 제1 구조체(4100) 상의 제2 구조체(4200)를 포함할 수 있다. 제2 구조체(4200)는 웨이퍼 본딩 방식으로 제1 구조체(4100)와 결합될 수 있다.Each of the semiconductor chips 2200 may include a semiconductor substrate 4010, a first structure 4100 on the semiconductor substrate 4010, and a second structure 4200 on the first structure 4100. The second structure 4200 may be coupled to the first structure 4100 using a wafer bonding method.

제1 구조체(4100)는 주변 회로 배선들(4110) 및 제1 본딩 패드들(4150)을 포함할 수 있다. 제2 구조체(4200)는 공통 소스 라인(4205), 공통 소스 라인(4205)과 제1 구조체(4100) 사이의 게이트 적층 구조체(4210), 게이트 적층 구조체(4210)를 관통하는 메모리 채널 구조체들(4220)과 분리 구조체들(4230), 및 메모리 채널 구조체들(4220) 및 게이트 적층 구조체(4210)의 워드 라인들(도 1의 WL)과 각각 전기적으로 연결되는 제2 본딩 패드들(4250)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 본딩 패드들(4250)은, 메모리 채널 구조체들(4220)과 전기적으로 연결되는 비트 라인들(4240) 및 워드 라인들(도 1의 WL)과 전기적으로 연결되는 게이트 연결 배선들(4235)을 통하여, 각각 메모리 채널 구조체들(4220) 및 워드 라인들(도 1의 WL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 구조체(4100)의 제1 본딩 패드들(4150) 및 제2 구조체(4200)의 제2 본딩 패드들(4250)은 서로 접촉하면서 결합될 수 있다. 제1 본딩 패드들(4150) 및 제2 본딩 패드들(4250)의 결합되는 부분들은, 예를 들어, 구리(Cu)를 포함할 수 있다.The first structure 4100 may include peripheral circuit wires 4110 and first bonding pads 4150. The second structure 4200 includes a common source line 4205, a gate stacked structure 4210 between the common source line 4205 and the first structure 4100, and a memory channel structure penetrating the gate stacked structure 4210 ( 4220, the isolation structures 4230, and second bonding pads 4250 that are electrically connected to the word lines (WL in FIG. 1) of the memory channel structures 4220 and the gate stacked structure 4210, respectively. It can be included. For example, the second bonding pads 4250 are gate connection lines electrically connected to the bit lines 4240 and word lines (WL in FIG. 1) electrically connected to the memory channel structures 4220. They may be electrically connected to the memory channel structures 4220 and word lines (WL in FIG. 1), respectively, through s 4235. The first bonding pads 4150 of the first structure 4100 and the second bonding pads 4250 of the second structure 4200 may be coupled while contacting each other. The joined portions of the first bonding pads 4150 and the second bonding pads 4250 may include, for example, copper (Cu).

반도체 칩들(2200) 각각은, 입출력 패드(2210) 및 입출력 패드(2210) 하부의 입출력 연결 배선(4265)을 더 포함할 수 있다. 입출력 연결 배선(4265)은 제2 본딩 패드들(4250) 중 일부 및 주변 회로 배선들(4110) 중 일부와 전기적으로 연결될 수 있다.Each of the semiconductor chips 2200 may further include an input/output pad 2210 and an input/output connection wire 4265 below the input/output pad 2210. The input/output connection wire 4265 may be electrically connected to some of the second bonding pads 4250 and some of the peripheral circuit wires 4110.

도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 장치의 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 4a는 도 3의 CU 부분을 확대한 확대도이다.2 is a plan view of a semiconductor device according to some embodiments of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 2. Figure 4a is an enlarged view of the CU portion of Figure 3.

도 2 내지 도 4a를 참조하면, 반도체 장치는 주변 회로 구조체(PST) 및 주변 회로 구조체(PST) 상의 메모리 셀 구조체(CST)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 2 to 4A , the semiconductor device may include a peripheral circuit structure (PST) and a memory cell structure (CST) on the peripheral circuit structure (PST).

주변 회로 구조체(PST)는 기판(100)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)에 의해 정의되는 평면을 따라 확장하는 플레이트의 형태를 가질 수 있다. The peripheral circuit structure (PST) may include the substrate 100 . The substrate 100 may have the shape of a plate extending along a plane defined by the first direction D1 and the second direction D2.

본 명세서에서 제1 방향(D1)은 기판(SUB)의 상면과 평행한 일 방향으로 정의된다. 제2 방향(D2)은 기판(SUB)의 상면과 평행하고, 제1 방향(D1)과 수직한 일 방향으로 정의된다. 제3 방향(D3)은 기판(SUB)의 상면과 수직한 일 방향으로 정의된다.In this specification, the first direction D1 is defined as a direction parallel to the top surface of the substrate SUB. The second direction D2 is parallel to the top surface of the substrate SUB and is defined as a direction perpendicular to the first direction D1. The third direction D3 is defined as a direction perpendicular to the top surface of the substrate SUB.

기판(100)은 예를 들어 반도체 기판, 절연체 기판, 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 기판 또는 게르마늄-온-인슐레이터(GOI) 기판일 수 있다. 반도체 기판은 예를 들어 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄, GaP 또는 GaAs을 포함할 수 있다. The substrate 100 may be, for example, a semiconductor substrate, an insulator substrate, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, or a germanium-on-insulator (GOI) substrate. The semiconductor substrate may include, for example, silicon, germanium, silicon-germanium, GaP or GaAs.

주변 회로 구조체(PST)는 기판(100) 상의 주변 회로 절연막(110)을 더 포함할 수 있다. 주변 회로 절연막(110)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 주변 회로 절연막(110)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The peripheral circuit structure (PST) may further include a peripheral circuit insulating layer 110 on the substrate 100. The peripheral circuit insulating film 110 may include an insulating material. In some embodiments, the peripheral circuit insulating layer 110 may be a multilayer including a plurality of insulating layers.

주변 회로 구조체(PST)는 주변 트랜지스터들(101)을 더 포함할 수 있다. 주변 트랜지스터들(101)은 기판(100)과 주변 회로 절연막(110) 사이에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 주변 트랜지스터(101)는 소스/드레인 영역들, 게이트 전극 및 게이트 절연막을 포함할 수 있다. 기판(100) 내에 소자 분리막들(103)이 제공될 수 있다. 소자 분리막들(103) 사이에 주변 트랜지스터들(101)이 배치될 수 있다. 소자 분리막(103)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 소자 분리막(103)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다. The peripheral circuit structure (PST) may further include peripheral transistors 101. Peripheral transistors 101 may be provided between the substrate 100 and the peripheral circuit insulating layer 110. In some embodiments, the peripheral transistor 101 may include source/drain regions, a gate electrode, and a gate insulating film. Device isolation films 103 may be provided within the substrate 100. Peripheral transistors 101 may be disposed between the device isolation films 103. The device isolation film 103 may include an insulating material. In some embodiments, the device isolation layer 103 may be a multilayer including a plurality of insulating layers.

주변 회로 구조체(PST)는 주변 컨택들(105) 및 주변 도전 라인들(106)을 더 포함할 수 있다. 주변 컨택들(105) 및 주변 도전 라인들(106)은 주변 트랜지스터(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 주변 컨택들(105) 및 주변 도전 라인들(106)은 주변 회로 절연막(110) 내에 제공될 수 있다. 주변 컨택들(105) 및 주변 도전 라인들(106)은 도전 물질을 포함할 수 있다. The peripheral circuit structure (PST) may further include peripheral contacts 105 and peripheral conductive lines 106. The peripheral contacts 105 and peripheral conductive lines 106 may be electrically connected to the peripheral transistor 101. Peripheral contacts 105 and peripheral conductive lines 106 may be provided within the peripheral circuit insulating layer 110 . The peripheral contacts 105 and peripheral conductive lines 106 may include a conductive material.

주변 회로 구조체(PST)는 제1 본딩 절연막(121)을 더 포함할 수 있다. 제1 본딩 절연막(121)은 주변 회로 절연막(110) 상에 제공될 수 있다. 제1 본딩 절연막(121)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 본딩 절연막(121)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The peripheral circuit structure (PST) may further include a first bonding insulating layer 121. The first bonding insulating layer 121 may be provided on the peripheral circuit insulating layer 110 . The first bonding insulating film 121 may include an insulating material. In some embodiments, the first bonding insulating layer 121 may be a multilayer including a plurality of insulating layers.

주변 회로 구조체(PST)는 제1 본딩 패드들(122)을 더 포함할 수 있다. 제1 본딩 패드(122)는 주변 컨택(105) 상에 제공될 수 있다. 제1 본딩 패드(122)는 주변 컨택(105) 및 주변 도전 라인(106)을 통해 주변 트랜지스터(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 본딩 패드들(122)은 제1 본딩 절연막(121) 내에 제공될 수 있다. 제1 본딩 패드들(122)은 도전 물질을 포함할 수 있다.The peripheral circuit structure PST may further include first bonding pads 122. The first bonding pad 122 may be provided on the peripheral contact 105. The first bonding pad 122 may be electrically connected to the peripheral transistor 101 through the peripheral contact 105 and the peripheral conductive line 106. First bonding pads 122 may be provided in the first bonding insulating layer 121 . The first bonding pads 122 may include a conductive material.

메모리 셀 구조체(CST)는 하부 배선 구조체(LST), 제1 게이트 적층 구조체(GST1), 제2 게이트 적층 구조체(GST2), 제3 게이트 적층 구조체(GST3), 메모리 채널 구조체들(CS), 분리 구조체들(DS), 소스 구조체(SST), 배리어막(BM), 비아 구조체들(VST), 상부 비아들(UV) 및 커버 절연막(150)을 포함할 수 있다. The memory cell structure (CST) includes a lower wiring structure (LST), a first gate stacked structure (GST1), a second gate stacked structure (GST2), a third gate stacked structure (GST3), memory channel structures (CS), and a separate It may include structures DS, source structures SST, barrier film BM, via structures VST, upper vias UV, and cover insulating film 150.

하부 배선 구조체(LST)는 제1 본딩 절연막(121) 상에 제공될 수 있다. 하부 배선 구조체(LST)는 제2 본딩 절연막(131), 제2 본딩 패드들(132), 제1 층간 절연막(133), 연결 컨택들(134), 제2 층간 절연막(135), 비트 라인들(136), 제3 층간 절연막(137) 및 비트 라인 컨택들(138)을 포함할 수 있다.The lower wiring structure LST may be provided on the first bonding insulating layer 121 . The lower interconnection structure (LST) includes a second bonding insulating film 131, second bonding pads 132, a first interlayer insulating film 133, connection contacts 134, a second interlayer insulating film 135, and bit lines. 136 , a third interlayer insulating film 137 and bit line contacts 138 .

제2 본딩 절연막(131)은 제1 본딩 절연막(121) 상에 제공될 수 있다. 제2 본딩 절연막(131)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 본딩 절연막(131)은 제1 본딩 절연막(121)과 동일한 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 본딩 절연막(131)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The second bonding insulating layer 131 may be provided on the first bonding insulating layer 121. The second bonding insulating film 131 may include an insulating material. In some embodiments, the second bonding insulating layer 131 may include the same insulating material as the first bonding insulating layer 121. In some embodiments, the second bonding insulating layer 131 may be a multilayer including a plurality of insulating layers.

제2 본딩 패드(132)는 제1 본딩 패드(122) 상에 제공될 수 있다. 제2 본딩 패드들(132)은 제2 본딩 절연막(131) 내에 제공될 수 있다. 제2 본딩 패드들(132)은 도전 물질을 포함할 수 있다. The second bonding pad 132 may be provided on the first bonding pad 122. Second bonding pads 132 may be provided in the second bonding insulating layer 131 . The second bonding pads 132 may include a conductive material.

제2 본딩 절연막(131)은 웨이퍼 본딩 공정을 통해 제1 본딩 절연막(121)에 본딩될 수 있다. 제2 본딩 패드(132)는 웨이퍼 본딩 공정을 통해 제1 본딩 패드(122)에 본딩될 수 있다. 주변 회로 구조체(PST) 및 메모리 셀 구조체(CST)는 하이브리드 본딩될 수 있다. The second bonding insulating layer 131 may be bonded to the first bonding insulating layer 121 through a wafer bonding process. The second bonding pad 132 may be bonded to the first bonding pad 122 through a wafer bonding process. The peripheral circuit structure (PST) and the memory cell structure (CST) may be hybrid bonded.

제1 층간 절연막(133)은 제2 본딩 절연막(131) 상에 제공될 수 있다. 제1 층간 절연막(133)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제1 층간 절연막(133)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The first interlayer insulating film 133 may be provided on the second bonding insulating film 131. The first interlayer insulating film 133 may include an insulating material. In some embodiments, the first interlayer insulating film 133 may be a multilayer including a plurality of insulating films.

연결 컨택(134)은 제2 본딩 패드(132) 상에 제공될 수 있다. 연결 컨택(134)은 제1 층간 절연막(133) 내에 제공될 수 있다. 연결 컨택(134)은 도전 물질을 포함할 수 있다.The connection contact 134 may be provided on the second bonding pad 132. The connection contact 134 may be provided in the first interlayer insulating film 133. The connection contact 134 may include a conductive material.

제2 층간 절연막(135)은 제1 층간 절연막(133) 상에 제공될 수 있다. 제2 층간 절연막(135)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제2 층간 절연막(135)은 복수개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The second interlayer insulating film 135 may be provided on the first interlayer insulating film 133. The second interlayer insulating film 135 may include an insulating material. In some embodiments, the second interlayer insulating layer 135 may be a multilayer including a plurality of insulating layers.

비트 라인(136)은 연결 컨택(134) 상에 제공될 수 있다. 비트 라인들(136)은 제2 층간 절연막(135) 내에 제공될 수 있다. 비트 라인들(136)은 제1 방향(D1)으로 연장할 수 있다. 비트 라인들(136)은 제2 방향(D2)으로 배열될 수 있다. 비트 라인들(136)은 도전 물질을 포함할 수 있다.A bit line 136 may be provided on the connection contact 134. Bit lines 136 may be provided within the second interlayer insulating film 135 . The bit lines 136 may extend in the first direction D1. The bit lines 136 may be arranged in the second direction D2. The bit lines 136 may include a conductive material.

제3 층간 절연막(137)은 제2 층간 절연막(135) 상에 제공될 수 있다. 제3 층간 절연막(137)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제3 층간 절연막(137)은 복수 개의 절연막들을 포함하는 다중막일 수 있다.The third interlayer insulating film 137 may be provided on the second interlayer insulating film 135 . The third interlayer insulating film 137 may include an insulating material. In some embodiments, the third interlayer insulating film 137 may be a multilayer including a plurality of insulating films.

비트 라인 컨택(138)은 비트 라인(136) 상에 제공될 수 있다. 비트 라인 컨택들(138)은 제3 층간 절연막(137) 내에 제공될 수 있다. 비트 라인 컨택들(138)은 도전 물질을 포함할 수 있다.Bit line contact 138 may be provided on bit line 136. Bit line contacts 138 may be provided within the third interlayer insulating film 137 . Bit line contacts 138 may include a conductive material.

층간 절연막들(133, 135, 137)의 개수는 도시된 것에 제한되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 층간 절연막들(133, 135, 137)의 개수는 2개 이하 또는 4개 이상일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 비트 라인(136)과 제2 본딩 패드(132)를 전기적으로 연결하는 연결 컨택(134)을 대신하여, 비트 라인(136)과 제2 본딩 패드(132)를 전기적으로 연결하는 복수 개의 도전 구조체들이 제공될 수 있다. The number of interlayer insulating films 133, 135, and 137 may not be limited to that shown. In some embodiments, the number of interlayer insulating films 133, 135, and 137 may be 2 or less or 4 or more. In some embodiments, instead of the connection contact 134 electrically connecting the bit line 136 and the second bonding pad 132, the bit line 136 and the second bonding pad 132 are electrically connected. A plurality of connecting conductive structures may be provided.

제3 층간 절연막(137) 상에 제1 게이트 적층 구조체(GST1)가 제공될 수 있다. 제2 게이트 적층 구조체(GST2)는 제1 게이트 적층 구조체(GST1) 상에 제공될 수 있다. 제3 게이트 적층 구조체(GST3)는 제2 게이트 적층 구조체(GST2) 상에 제공될 수 있다. 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3)의 개수는 도시된 것에 제한되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3)의 개수는 2개 이하일 수도 있고, 4개 이상일 수도 있다.A first gate stacked structure (GST1) may be provided on the third interlayer insulating film 137. The second gate stacked structure GST2 may be provided on the first gate stacked structure GST1. The third gate stacked structure (GST3) may be provided on the second gate stacked structure (GST2). The number of gate stacked structures (GST1, GST2, GST3) may not be limited to that shown. In some embodiments, the number of gate stacked structures GST1, GST2, and GST3 may be 2 or less or 4 or more.

제1 내지 제3 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3) 각각은 제3 방향(D3)을 따라 서로 교대로 적층되는 절연 패턴들(IP) 및 도전 패턴들(CP)을 포함할 수 있다. 절연 패턴들(IP)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 절연 패턴들(IP)은 산화물 또는 저유전 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 도전 패턴들(CP)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 도전 패턴들(CP)은 도핑된 반도체, 금속, 도전성 금속 질화물 또는 전이금속 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Each of the first to third gate stacked structures GST1, GST2, and GST3 may include insulating patterns IP and conductive patterns CP that are alternately stacked along the third direction D3. The insulating patterns (IP) may include an insulating material. As an example, the insulating patterns IP may include, but are not limited to, oxide or a low dielectric material. Conductive patterns CP may include a conductive material. As an example, the conductive patterns CP may include at least one of a doped semiconductor, metal, conductive metal nitride, or transition metal, but may not be limited thereto.

제3 게이트 적층 구조체(GST3)의 절연 패턴들(IP) 중 최상부에 배치되는 절연 패턴(IP)이 상부 절연 패턴(UIP)으로 정의될 수 있다. 상부 절연 패턴(UIP)은 소스 구조체(SST)와 접촉할 수 있다. The insulating pattern IP disposed at the top of the insulating patterns IP of the third gate stacked structure GST3 may be defined as the upper insulating pattern UIP. The upper insulating pattern (UIP) may contact the source structure (SST).

메모리 채널 구조체들(CS)은 제3 방향(D3)으로 연장하여 제1 게이트 적층 구조체(GST1), 제2 게이트 적층 구조체(GST2) 및 제3 게이트 적층 구조체(GST3)를 관통할 수 있다. 메모리 채널 구조체들(CS) 각각은 절연 캐핑막(189), 절연 캐핑막(189)을 둘러싸는 채널막(187) 및 채널막(187)을 둘러싸는 메모리막(183)을 포함할 수 있다. 절연 캐핑막(189) 및 채널막(187)은 제1 게이트 적층 구조체(GST1), 제2 게이트 적층 구조체(GST2) 및 제3 게이트 적층 구조체(GST3)를 관통할 수 있다. 절연 캐핑막(189), 채널막(187) 및 메모리막(183)은 제1 내지 제3 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3)에 의해 둘러싸일 수 있다.The memory channel structures CS may extend in the third direction D3 and penetrate the first gate stacked structure GST1, the second gate stacked structure GST2, and the third gate stacked structure GST3. Each of the memory channel structures CS may include an insulating capping layer 189, a channel layer 187 surrounding the insulating capping layer 189, and a memory layer 183 surrounding the channel layer 187. The insulating capping layer 189 and the channel layer 187 may penetrate the first gate stacked structure (GST1), the second gate stacked structure (GST2), and the third gate stacked structure (GST3). The insulating capping layer 189, the channel layer 187, and the memory layer 183 may be surrounded by first to third gate stacked structures GST1, GST2, and GST3.

절연 캐핑막(189)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 절연 캐핑막(189)은 산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 채널막들(187)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 채널막(187)은 도핑되지 않은 폴리 실리콘을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.The insulating capping film 189 may include an insulating material. As an example, the insulating capping film 189 may include oxide, but may not be limited thereto. The channel films 187 may include a conductive material. As an example, the channel film 187 may include undoped polysilicon, but may not be limited thereto.

메모리막(183)은 데이터를 저장할 수 있다. 메모리막(183)은 채널막(187)을 둘러싸는 터널 절연막(TL), 터널 절연막(TL)을 둘러싸는 데이터 저장막(DL) 및 데이터 저장막(DL)을 둘러싸는 블로킹막(BO)을 포함할 수 있다. The memory layer 183 can store data. The memory layer 183 includes a tunnel insulating layer (TL) surrounding the channel layer 187, a data storage layer (DL) surrounding the tunnel insulating layer (TL), and a blocking layer (BO) surrounding the data storage layer (DL). It can be included.

터널 절연막(TL)은 예를 들어, 산화물(예를 들어, SiO, AlO 또는 HfO)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 저장막(DL)은 전하를 트랩할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 데이터 저장막(DL)은 질화물(예를 들어, SiN)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 데이터 저장막(DL)은 강유전 물질, 부유 게이트 전극 또는 도전성 나노 도트들(conductive nano dots)을 포함할 수 있다. 블로킹막(BO)은 예를 들어 산화물(예를 들어, SiO, AlO 또는 HfO)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. The tunnel insulating layer TL may include, for example, an oxide (eg, SiO, AlO, or HfO), but may not be limited thereto. In some embodiments, the data storage layer DL may include a material capable of trapping charges. As an example, the data storage layer DL may include nitride (eg, SiN), but may not be limited thereto. In some embodiments, the data storage layer DL may include a ferroelectric material, a floating gate electrode, or conductive nano dots. The blocking film BO may include, for example, an oxide (eg, SiO, AlO, or HfO), but may not be limited thereto.

각각의 메모리 채널 구조체들(CS)은 비트 라인 패드(185)를 더 포함할 수 있다. 비트 라인 패드(185)는 비트 라인 컨택(138), 비트 라인(136), 연결 컨택(134), 제2 본딩 패드(132), 제1 본딩 패드(122), 주변 도전 라인(106) 및 주변 컨택(105)을 통해 주변 트랜지스터(101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 비트 라인 패드(185)는 도전 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 비트 라인 패드(185)는 폴리 실리콘 또는 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.Each memory channel structure CS may further include a bit line pad 185. The bit line pad 185 includes the bit line contact 138, the bit line 136, the connection contact 134, the second bonding pad 132, the first bonding pad 122, the peripheral conductive line 106, and the peripheral conductive line 106. It can be electrically connected to the peripheral transistor 101 through the contact 105. The bit line pad 185 may include a conductive material. As an example, the bit line pad 185 may include polysilicon or metal, but may not be limited thereto.

분리 구조체들(DS)은 제3 방향(D3)으로 연장하여 제1 내지 제3 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3)을 관통할 수 있다. 분리 구조체들(DS)은 제1 방향(D1)으로 연장할 수 있다. 분리 구조체(DS)는 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 분리 구조체(DS)는 절연 물질에 의해 둘러싸이는 도전 물질을 더 포함할 수 있다. The separation structures DS may extend in the third direction D3 and penetrate the first to third gate stacked structures GST1, GST2, and GST3. The separation structures DS may extend in the first direction D1. The separation structure DS may include an insulating material. In some embodiments, the separation structure DS may further include a conductive material surrounded by an insulating material.

제3 게이트 적층 구조체(GST3), 메모리막(183) 및 채널막(187) 상에 소스 구조체(SST)가 제공될 수 있다.A source structure (SST) may be provided on the third gate stacked structure (GST3), the memory layer 183, and the channel layer 187.

상기 소스 구조체(SST)는 제1 소스막(401) 및 상기 제1 소스막(401) 상의 제2 소스막(402)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 메모리막(183)의 상면은 제1 소스막과 접촉할 수 있다. 채널막(187)의 상부 및 절연 캐핑막(189)의 상부는 제1 소스막(401) 및 제2 소스막(402)의 일부를 관통할 수 있다. 분리 구조체(DS)의 상면은 제1 소스막(401)과 접촉할 수 있다.The source structure (SST) may include a first source layer 401 and a second source layer 402 on the first source layer 401. Specifically, the top surface of the memory layer 183 may contact the first source layer. The top of the channel layer 187 and the top of the insulating capping layer 189 may penetrate a portion of the first source layer 401 and the second source layer 402. The top surface of the separation structure DS may be in contact with the first source layer 401.

이때 도 4a와 같이, 제1 소스막(401)은 제1 구간(RE1) 및 제2 구간(RE)을 포함할 수 있다. 상기 제1 구간(RE1)은 제2 소스막(402)으로부터 노출된 영역일 수 있다. 구체적으로, 제1 구간(RE1)은 제1 소스막(401)의 영역 중 후술할 커버 절연막(150)과 직접적으로 접촉하는 영역일 수 있다. 상기 제2 구간(RE2)은 제2 소스막(402)이 덮는 영역일 수 있다. 상기 제1 구간(RE1) 및 상기 제2 구간(RE2)의 배치 및 개수는 도시된 것에 제한되지 않고, 다양하게 변경 및 조합될 수 있다.At this time, as shown in FIG. 4A, the first source layer 401 may include a first section RE1 and a second section RE. The first section RE1 may be an area exposed from the second source layer 402. Specifically, the first section RE1 may be an area of the first source layer 401 that directly contacts the cover insulating layer 150, which will be described later. The second section RE2 may be an area covered by the second source layer 402. The arrangement and number of the first section RE1 and the second section RE2 are not limited to those shown and may be changed and combined in various ways.

상기 제1 소스막(401) 및 제2 소스막(402)은 서로 다른 비정질 산화물을 포함할 수 있다. 즉, 제1 소스막(401) 및 제2 소스막(402)은 각각 n형 산화물 반도체 및 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 소스막(401)은 인듐-갈륨-아연 산화물(Indium Gallium Zinc Oxide, IGZO), 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide, IZO) 및 인듐-텅스텐 산화물(Indium Tungsten Oxide, IWO) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제2 소스막(402)은 구리 산화물(CuO), 주석 산화물(SnO) 및 니켈 산화물(NiO) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The first source layer 401 and the second source layer 402 may include different amorphous oxides. That is, the first source layer 401 and the second source layer 402 may include an n-type oxide semiconductor and a p-type oxide semiconductor, respectively. As an example, the first source film 401 is made of indium gallium zinc oxide (IGZO), indium zinc oxide (IZO), and indium tungsten oxide (IWO). It may contain at least one or more. The second source layer 402 may include at least one of copper oxide (CuO), tin oxide (SnO), and nickel oxide (NiO).

제1 소스막(401)은 제1 두께(TH1)를 가질 수 있다. 제2 소스막(402)은 제2 두께(TH2)를 가질 수 있다. 상기 제1 두께(TH1) 및 제2 두께(TH2)는 50 nm 내지 100 nm 일 수 있다.The first source layer 401 may have a first thickness TH1. The second source layer 402 may have a second thickness TH2. The first thickness (TH1) and the second thickness (TH2) may be 50 nm to 100 nm.

커버 절연막(150)이 소스 구조체(SST) 상에 제공될 수 있다. 상기 커버 절연막(150)은 절연 물질을 포함할 수 있다.A cover insulating layer 150 may be provided on the source structure (SST). The cover insulating film 150 may include an insulating material.

커버 절연막(150)을 관통하는 제1 비아(VST1) 및 제2 비아(VST2)가 제3 게이트 적층 구조체(GST3) 상에 제공될 수 있다.A first via (VST1) and a second via (VST2) penetrating the cover insulating layer 150 may be provided on the third gate stacked structure (GST3).

제1 비아(VST1)는 제1 구간(RE1) 상에 제공되어, 제1 소스막(401)과 접촉할 수 있다. 제2 비아(VST2)는 제2 구간(RE2) 상에 제공되어, 제2 소스막(402)과 접촉할 수 있다. 상기 제1 비아(VST1) 및 제2 비아(VST2)는 도전 물질을 포함할 수 있다.The first via (VST1) is provided on the first section (RE1) and may contact the first source layer 401. The second via VST2 may be provided on the second section RE2 and may contact the second source layer 402 . The first via (VST1) and the second via (VST2) may include a conductive material.

도 4b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 도 3의 CU 부분을 확대한 확대도이다. 도 4a와 중복되는 부분은 설명을 생략하도록 한다.Figure 4b is an enlarged view of the CU portion of Figure 3, according to some embodiments of the present invention. Description of parts overlapping with FIG. 4A will be omitted.

도 4b를 참조하면, 분리 구조체(DS) 및 제1 비아(VST1)가 제3 방향(D3)으로 중첩할 수 있다. 즉, 제1 소스막(401) 일부 영역의 하면 및 상면은 각각 분리 구조체(DS) 및 제1 비아(VST1)와 접촉할 수 있다.Referring to FIG. 4B , the separation structure DS and the first via VST1 may overlap in the third direction D3. That is, the lower and upper surfaces of a partial region of the first source layer 401 may contact the separation structure DS and the first via VST1, respectively.

비교예에 따른 반도체 장치의 소스막은 n형 및 p형 불순물들이 도핑된 영역들을 가지는 폴리 실리콘으로 구성되었다. 그 결과, 반도체 장치의 프로그램 동작시, 소스막 내에 공핍 영역(depletion region)이 확장되어 정공들이 폴리 실리콘의 결정립계를 따라 n형 폴리 실리콘 영역에서 p형 폴리 실리콘 영역으로 이동함으로써 누설 전류가 발생하는 문제가 있었다.The source layer of the semiconductor device according to the comparative example was composed of polysilicon having regions doped with n-type and p-type impurities. As a result, during the program operation of the semiconductor device, the depletion region in the source film expands and holes move from the n-type polysilicon region to the p-type polysilicon region along the grain boundaries of polysilicon, causing a leakage current. There was.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는 게이트 적층 구조체 상의 제1 소스막 및 제2 소스막을 포함할 수 있다. 제1 소스막은 n형 산화물 반도체를 포함할 수 있으며, 제2 소스막은 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 반도체 장치는 프로그램 및 읽기 동작시, 제1 소스막과 접촉하는 제1 비아를 통해 채널막으로 전자를 공급할 수 있다. 상기 반도체 장치는 소거 동작시 제2 소스막과 접촉하는 제2 비아를 통해 채널막으로 정공을 공급함으로써 Bulk Erase를 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치는 프로그램 동작시 공핍 영역이 형성되지 않으므로, 누설 전류 현상이 방지되어 전기적 신뢰성 및 특성이 향상될 수 있다.On the other hand, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include a first source layer and a second source layer on the gate stacked structure. The first source layer may include an n-type oxide semiconductor, and the second source layer may include a p-type oxide semiconductor. At this time, the semiconductor device may supply electrons to the channel layer through the first via in contact with the first source layer during program and read operations. The semiconductor device can implement bulk erase by supplying holes to the channel layer through a second via that contacts the second source layer during an erase operation. That is, since a depletion region is not formed during a program operation in the semiconductor device according to an embodiment of the present invention, leakage current phenomenon can be prevented and electrical reliability and characteristics can be improved.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 과정을 도시한 단면도들이다.5A to 5F are cross-sectional views showing the manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 제1 게이트 적층 구조체(GST1), 제2 게이트 적층 구조체(GST2), 제3 게이트 적층 구조체(GST3), 하부 배선 구조체(LST) 및 주변 회로 구조체(PST)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5A, the first gate stacked structure (GST1), the second gate stacked structure (GST2), the third gate stacked structure (GST3), the lower wiring structure (LST), and the peripheral circuit structure (PST) can be formed. there is.

제1 내지 제3 게이트 적층 구조체들(GST1, GST2, GST3)을 관통하는 메모리 채널 구조체들(CS) 및 분리 구조체(DS)를 형성할 수 있다. 메모리 채널 구조체(CS)를 형성하는 것은, 블로킹막(BO), 데이터 저장막(DL), 터널 절연막(TL), 채널막(187), 절연 캐핑막(189) 및 비트 라인 패드(185)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.Memory channel structures CS and separation structures DS may be formed penetrating the first to third gate stacked structures GST1, GST2, and GST3. Forming the memory channel structure (CS) includes a blocking layer (BO), a data storage layer (DL), a tunnel insulating layer (TL), a channel layer 187, an insulating capping layer 189, and a bit line pad 185. It may include forming.

이후, 희생 기판(301)을 형성할 수 있다. 희생 기판(301)은 제3 게이트 적층 구조체(GST3), 메모리 채널 구조체(CS) 및 분리 구조체(DS) 상에 제공될 수 있다. 희생 기판(301)은 예를 들어 반도체 기판, 절연체 기판, 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 기판 또는 게르마늄-온-인슐레이터(GOI) 기판일 수 있다.Afterwards, the sacrificial substrate 301 can be formed. The sacrificial substrate 301 may be provided on the third gate stacked structure (GST3), the memory channel structure (CS), and the separation structure (DS). The sacrificial substrate 301 may be, for example, a semiconductor substrate, an insulator substrate, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, or a germanium-on-insulator (GOI) substrate.

도 5b를 참조하면, 희생 기판(301)이 제거될 수 있다. 희생 기판(301)이 제거되어, 메모리 채널 구조체(CS)의 상부, 분리 구조체(DS)의 상부 및 제3 게이트 적층 구조체(GST3)의 상면이 노출될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 희생 기판(301)은 그라인딩(Grinding) 공정을 통해 제거될 수 있다.Referring to FIG. 5B, the sacrificial substrate 301 may be removed. The sacrificial substrate 301 may be removed to expose the top of the memory channel structure (CS), the top of the separation structure (DS), and the top of the third gate stacked structure (GST3). In some embodiments, the sacrificial substrate 301 may be removed through a grinding process.

메모리 채널 구조체(CS)의 메모리막(183)을 식각할 수 있다. 메모리막(183)이 식각되어, 채널막(187)이 노출될 수 있다. 메모리막(183)을 식각하는 것은, 블로킹막(BO)을 식각하는 것, 데이터 저장막(DL)을 식각하는 것, 및 터널 절연막(TL)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 메모리막(183)의 식각 공정이 수행됨에 따라, 상부 절연 패턴(UIP)의 상면, 메모리막(183)의 상면, 분리 구조체(DS)의 상면, 채널막(187)의 상부 및 절연 캐핑막(189)의 상부가 노출될 수 있다.The memory layer 183 of the memory channel structure CS may be etched. The memory layer 183 may be etched to expose the channel layer 187. Etching the memory layer 183 may include etching the blocking layer BO, etching the data storage layer DL, and etching the tunnel insulating layer TL. As the etching process of the memory layer 183 is performed, the top surface of the upper insulating pattern (UIP), the top surface of the memory layer 183, the top surface of the separation structure (DS), the top surface of the channel layer 187, and the insulating capping layer The upper part of (189) may be exposed.

도 5c를 참조하면, 제1 소스막(401)이 제3 게이트 적층 구조체(GST3) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 소스막(401)은 상부 절연 패턴(UIP), 메모리막(183)의 상면 및 채널막(187)의 상부 영역을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 상기 제1 소스막(401)을 형성하는 것은 물리 기상 증착 공정을 통해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5C, the first source layer 401 may be formed on the third gate stacked structure GST3. The first source layer 401 may conformally cover the upper insulating pattern (UIP), the top surface of the memory layer 183, and the upper region of the channel layer 187. Forming the first source layer 401 may be performed through a physical vapor deposition process.

도 5d를 참조하면, 제1 소스막(401)에서 채널막(187)의 상부 영역을 덮는 부분이 제거될수 있다. 상기 제1 소스막(401)의 일부가 제거됨에 따라, 채널막(187)의 상부 영역이 노출될 수 있다.Referring to FIG. 5D, a portion of the first source layer 401 covering the upper area of the channel layer 187 may be removed. As a portion of the first source layer 401 is removed, the upper region of the channel layer 187 may be exposed.

도 5e를 참조하면, 제2 소스막(402)이 제1 소스막(401) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 소스막(402)은 제1 소스막(401) 및 채널막(187)의 상부 영역을 컨포멀하게 덮을 수 있다. 상기 제2 소스막(402)을 형성하는 것은 물리 기상 증착 공정을 통해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5E, a second source layer 402 may be formed on the first source layer 401. The second source layer 402 may conformally cover the upper area of the first source layer 401 and the channel layer 187. Forming the second source layer 402 may be performed through a physical vapor deposition process.

도 4a 및 도 5f를 참조하면, 제2 소스막(402)의 일부가 제거될 수 있다. 상기 제2 소스막(402)의 일부를 제거하는 것은 제1 구간(RE1)이 형성될 영역을 정의하는 마스크 패턴을 형성하는 것, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 제2 소스막(402)을 식각하는 것 및 마스크 패턴을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 제2 소스막(402)의 일부가 제거되어 제1 소스막(401)의 일부 영역이 노출됨에 따라, 도 4a와 같이 제1 소스막(401)의 제1 구간(RE1)이 정의될 수 있다. 상기 제1 구간(RE1)이 정의됨에 따라, 제2 소스막(402)으로 덮이는 제1 소스막(401)의 제2 구간(RE2)이 정의될 수 있다. 그 결과, 제1 소스막(401) 및 제2 소스막(402)을 포함하는 소스 구조체(SST)가 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 5F , a portion of the second source layer 402 may be removed. Removing part of the second source layer 402 involves forming a mask pattern that defines the area where the first section RE1 will be formed, and using the mask pattern as an etch mask to form the second source layer 402. This may include etching and removing the mask pattern. As a portion of the second source layer 402 is removed and a portion of the first source layer 401 is exposed, the first section RE1 of the first source layer 401 may be defined as shown in FIG. 4A. . As the first section RE1 is defined, a second section RE2 of the first source layer 401 covered with the second source layer 402 may be defined. As a result, a source structure (SST) including the first source layer 401 and the second source layer 402 may be formed.

이후, 도시하진 않았지만 소스 구조체(SST) 상에 커버 절연막(150)을 형성할 수 있다. 상기 커버 절연막(150)을 관통하여 제1 소스막(401)에 접촉하는 제1 비아(VST1) 및 제2 소스막(402)에 접촉하는 제2 비아(VST2)를 형성함으로써 도 3에 도시된 반도체 장치를 완성할 수 있다.Thereafter, although not shown, a cover insulating layer 150 may be formed on the source structure (SST). 3 by forming a first via (VST1) that penetrates the cover insulating layer (150) and contacts the first source layer (401) and a second via (VST2) that contacts the second source layer (402). Semiconductor devices can be completed.

비교예에 따른 반도체 장치의 제조 공정은 폴리 실리콘을 사용하여 소스막을 형성한 뒤 상기 소스막에 불순물들을 주입하였다. 이후, 상기 불순물들의 활성화 및 폴리 실리콘의 결정화를 위해 소스막 상에 레이저 어닐 공정과 같은 열처리 공정을 수행하였다. 그 결과, 상기 열처리 공정에서 발생하는 열로 인해, 소스막 하부에 형성되는 배선 구조체들이 열화되는 문제가 있었다.In the manufacturing process of the semiconductor device according to the comparative example, a source layer was formed using polysilicon and then impurities were injected into the source layer. Afterwards, a heat treatment process such as a laser annealing process was performed on the source film to activate the impurities and crystallize polysilicon. As a result, there was a problem in that the interconnection structures formed under the source layer were deteriorated due to the heat generated in the heat treatment process.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 공정은 소스막을 높은 이동도를 가지는 산화물 반도체를 이용해 형성함으써 열처리 공정을 생략하였다. 그 결과, 소스막 하부에 형성되는 배선 구조체들의 열화를 방지함으로써 반도체 장치의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있으며, 반도체 장치 제조 공정이 단순화될 수 있다.On the other hand, in the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the heat treatment process was omitted by forming the source layer using an oxide semiconductor with high mobility. As a result, the electrical reliability of the semiconductor device can be improved by preventing deterioration of the interconnection structures formed under the source layer, and the semiconductor device manufacturing process can be simplified.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

100: 기판 PST: 주변 회로 구조체
CST: 메모리 셀 구조체 401: 제1 소스막
402: 제2 소스막
100: Substrate PST: Peripheral circuit structure
CST: memory cell structure 401: first source film
402: Second source act

Claims (10)

서로 교대로 적층되는 도전 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하는 게이트 적층 구조체;
상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 메모리 채널 구조체;
상기 게이트 적층 구조체 상의 소스 구조체를 포함하고,
상기 소스 구조체는 제1 소스막 및 상기 제1 소스막 상에서 상기 제1 소스막 상면의 일부를 덮는 제2 소스막을 포함하고,
상기 제1 소스막은 n형 산화물 반도체를 포함하고,
상기 제2 소스막은 p형 산화물 반도체를 포함하는 반도체 장치.
A gate stacked structure including conductive patterns and insulating patterns alternately stacked with each other;
a memory channel structure penetrating the gate stacked structure;
Comprising a source structure on the gate stacked structure,
The source structure includes a first source layer and a second source layer covering a portion of the upper surface of the first source layer on the first source layer,
The first source layer includes an n-type oxide semiconductor,
A semiconductor device wherein the second source layer includes a p-type oxide semiconductor.
제 1항에 있어서,
상기 제1 소스막은 인듐-갈륨-아연 산화물, 인듐-아연 산화물 및 인듐-텅스텐 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 제2 소스막은 구리 산화물, 주석 산화물 및 니켈 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 반도체 장치.
According to clause 1,
The first source layer includes at least one of indium-gallium-zinc oxide, indium-zinc oxide, and indium-tungsten oxide,
The semiconductor device wherein the second source layer includes at least one of copper oxide, tin oxide, and nickel oxide.
제 1항에 있어서,
상기 메모리 채널 구조체는:
절연 캐핑막;
상기 절연 캐핑막을 둘러싸는 채널막 및
상기 채널막 상의 메모리막을 포함하고,
상기 메모리막은 데이터 저장막을 포함하고,
상기 메모리막의 상면은 상기 제1 소스막과 접촉하는 반도체 장치.
According to clause 1,
The memory channel structure is:
insulating capping film;
a channel film surrounding the insulating capping film; and
Includes a memory film on the channel film,
The memory layer includes a data storage layer,
A semiconductor device wherein the upper surface of the memory layer is in contact with the first source layer.
제 1항에 있어서,
상기 게이트 적층 구조체 상의 제1 비아 및 제2 비아를 포함하고,
상기 제1 비아는 제1 소스막과 접촉하고,
상기 제2 비아는 제2 소스막과 접촉하는 반도체 장치.
According to clause 1,
Comprising a first via and a second via on the gate stacked structure,
The first via contacts the first source layer,
The second via is in contact with a second source layer.
제 4항에 있어서,
상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 분리 구조체를 더 포함하고,
상기 분리 구조체는 상기 제1 비아와 수직으로 중첩하는 반도체 장치.
According to clause 4,
Further comprising a separation structure penetrating the gate stacked structure,
A semiconductor device wherein the separation structure vertically overlaps the first via.
제 1항에 있어서,
상기 제1 소스막 및 상기 제2 소스막의 두께는 50 nm 내지 100 nm 인 반도체 장치.
According to clause 1,
A semiconductor device wherein the first source layer and the second source layer have a thickness of 50 nm to 100 nm.
메인 기판;
상기 메인 기판 상의 반도체 장치; 및
상기 메인 기판 상에서 상기 반도체 장치와 전기적으로 연결되는 컨트롤러를 포함하고,
상기 반도체 장치는:
주변 회로 구조체; 및
상기 주변 회로 구조체 상의 메모리 셀 구조체를 포함하고,
상기 메모리 셀 구조체는:
서로 교대로 적층되는 도전 패턴들 및 절연 패턴들을 포함하는 게이트 적층 구조체;
상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 메모리 채널 구조체;
상기 게이트 적층 구조체 상의 소스 구조체; 및
상기 소스 구조체와 전기적으로 연결되는 제1 비아 및 제2 비아를 포함하고,
상기 소스 구조체는 제1 소스막 및 상기 제1 소스막 상면의 일부를 덮는 제2 소스막을 포함하고,
상기 제1 소스막은:
상기 제2 소스막이 덮는 제1 구간 및
상기 제2 소스막으로부터 노출되는 제2 구간을 포함하고,
상기 제1 비아는 상기 제1 구간 상에 제공되고,
상기 제2 비아는 상기 제2 구간 상에 제공되고,
상기 제1 소스막 및 상기 제2 소스막은 각각 서로 다른 비정질 산화물을 포함하는 전자 시스템.
main board;
a semiconductor device on the main substrate; and
A controller electrically connected to the semiconductor device on the main board,
The semiconductor device is:
Peripheral circuit structure; and
Comprising a memory cell structure on the peripheral circuit structure,
The memory cell structure is:
A gate stacked structure including conductive patterns and insulating patterns alternately stacked with each other;
a memory channel structure penetrating the gate stacked structure;
a source structure on the gate stacked structure; and
Includes a first via and a second via electrically connected to the source structure,
The source structure includes a first source layer and a second source layer covering a portion of the upper surface of the first source layer,
The first source film is:
A first section covered by the second source layer, and
Includes a second section exposed from the second source layer,
The first via is provided on the first section,
The second via is provided on the second section,
The first source layer and the second source layer each include different amorphous oxides.
제 7항에 있어서,
상기 게이트 적층 구조체의 상기 절연 패턴들 중 최상단에 배치되는 절연 패턴은 상기 제1 소스막과 접촉하는 전자 시스템.
According to clause 7,
An electronic system wherein an insulating pattern disposed at the top of the insulating patterns of the gate stacked structure is in contact with the first source layer.
제 7항에 있어서,
상기 게이트 적층 구조체를 관통하는 분리 구조체를 더 포함하고,
상기 분리 구조체의 상면은 상기 제1 소스막과 접촉하는 전자 시스템.
According to clause 7,
Further comprising a separation structure penetrating the gate stacked structure,
An electronic system wherein an upper surface of the separation structure is in contact with the first source layer.
제 7항에 있어서,
상기 제1 소스막은 인듐-갈륨-아연 산화물, 인듐-아연 산화물 및 인듐-텅스텐 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 제2 소스막은 구리 산화물, 주석 산화물 및 니켈 산화물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 전자 시스템.

According to clause 7,
The first source layer includes at least one of indium-gallium-zinc oxide, indium-zinc oxide, and indium-tungsten oxide,
The second source layer is an electronic system comprising at least one of copper oxide, tin oxide, and nickel oxide.

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