KR20240042592A - Semiconductor devices and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20240042592A
KR20240042592A KR1020240036389A KR20240036389A KR20240042592A KR 20240042592 A KR20240042592 A KR 20240042592A KR 1020240036389 A KR1020240036389 A KR 1020240036389A KR 20240036389 A KR20240036389 A KR 20240036389A KR 20240042592 A KR20240042592 A KR 20240042592A
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김동영
전현욱
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한재선
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삼성전자주식회사
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Abstract

예시적인 실시예의 반도체 장치는, 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 플레이트층; 상기 제1 영역 상에서 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되고, 상기 제2 영역 상에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되며, 상기 제2 영역에서 상면이 상부로 노출되는 패드 영역 및 상기 패드 영역 외의 적층 영역을 각각 포함하는 게이트 전극들; 상기 게이트 전극들과 교대로 적층되는 층간 절연층들; 상기 제1 영역 상에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들; 및 상기 게이트 전극들 중 하나인 제1 게이트 전극의 상기 패드 영역을 관통하면서 상기 제1 게이트 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 게이트 전극의 아래에 배치된 제2 게이트 전극의 상기 적층 영역을 관통하고 상기 제2 게이트 전극과 이격되는 콘택 플러그를 포함하며, 상기 패드 영역은 상기 적층 영역으로부터 연장되어 제1 두께를 가지는 베이스 부분 및 상기 베이스 부분 위에 상기 제1 방향으로 돌출되어, 상기 패드 영역을 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께로 확장시키는 돌출 부분을 포함하며, 상기 돌출 부분은 상기 패드 영역을 관통하는 상기 콘택 플러그를 향해 오목하게 함몰되는 측면을 포함할 수 있다. A semiconductor device of an exemplary embodiment includes a plate layer having a first region and a second region; They are stacked and spaced apart from each other along a first direction on the first area, extend to different lengths along a second direction perpendicular to the first direction on the second area, and have a top surface exposed upwardly in the second area. gate electrodes each including a pad area and a stacked area other than the pad area; interlayer insulating layers alternately stacked with the gate electrodes; Channel structures extending along the first direction and penetrating the gate electrodes on the first region and each including a channel layer; and electrically connected to the first gate electrode while penetrating the pad area of a first gate electrode, which is one of the gate electrodes, and penetrating the stacked area of a second gate electrode disposed below the first gate electrode. and a contact plug spaced apart from the second gate electrode, wherein the pad area extends from the stacked area and has a first thickness, and protrudes in the first direction over the base part, forming the pad area into the first direction. It may include a protruding portion extending to a second thickness greater than the first thickness, and the protruding portion may include a side surface that is concavely recessed toward the contact plug penetrating the pad area.

Description

반도체 장치 및 그의 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Semiconductor device and manufacturing method thereof {SEMICONDUCTOR DEVICES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices and methods for manufacturing the same.

데이터 저장을 필요로 하는 데이터 저장 시스템에서 고용량의 데이터를 저장할 수 있는 반도체 장치가 요구되고 있다. 이에 따라, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시킬 수 있는 방안이 연구되고 있다. 예를 들어, 반도체 장치의 데이터 저장 용량을 증가시키기 위한 방법 중 하나로써, 2차원적으로 배열되는 메모리 셀들 대신에 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 포함하는 반도체 장치가 제안되고 있다.In data storage systems that require data storage, semiconductor devices capable of storing high-capacity data are required. 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 memory cells arranged three-dimensionally instead of memory cells arranged two-dimensionally has been proposed.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 제조 공정이 용이하고 전기적 특성 및 신뢰성이 향상된 반도체 장치를 제공하는 것이다.One of the technical tasks to be achieved by the present invention is to provide a semiconductor device that is easy to manufacture and has improved electrical characteristics and reliability.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 플레이트층; 상기 제1 영역 상에서 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되고, 상기 제2 영역 상에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되며, 상기 제2 영역에서 상면이 상부로 노출되는 패드 영역 및 상기 패드 영역 외의 적층 영역을 각각 포함하는 게이트 전극들; 상기 게이트 전극들과 교대로 적층되는 층간 절연층들; 상기 제1 영역 상에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들; 및 상기 게이트 전극들 중 하나인 제1 게이트 전극의 상기 패드 영역을 관통하면서 상기 제1 게이트 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 게이트 전극의 아래에 배치된 제2 게이트 전극의 상기 적층 영역을 관통하고 상기 제2 게이트 전극과 이격되는 콘택 플러그를 포함하며, 상기 패드 영역은 상기 적층 영역으로부터 연장되어 제1 두께를 가지는 베이스 부분 및 상기 베이스 부분 위에 상기 제1 방향으로 돌출되어, 상기 패드 영역을 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께로 확장시키는 돌출 부분을 포함하며, 상기 돌출 부분은 상기 패드 영역을 관통하는 상기 콘택 플러그를 향해 오목하게 함몰되는 측면을 포함할 수 있다. A semiconductor device according to example embodiments includes a plate layer having a first region and a second region; They are stacked and spaced apart from each other along a first direction on the first area, extend to different lengths along a second direction perpendicular to the first direction on the second area, and have a top surface exposed upwardly in the second area. gate electrodes each including a pad area and a stacked area other than the pad area; interlayer insulating layers alternately stacked with the gate electrodes; Channel structures extending along the first direction and penetrating the gate electrodes on the first region and each including a channel layer; and electrically connected to the first gate electrode while penetrating the pad area of a first gate electrode, which is one of the gate electrodes, and penetrating the stacked area of a second gate electrode disposed below the first gate electrode. and a contact plug spaced apart from the second gate electrode, wherein the pad area extends from the stacked area and has a first thickness, and protrudes in the first direction over the base part, forming the pad area into the first direction. It may include a protruding portion extending to a second thickness greater than the first thickness, and the protruding portion may include a side surface that is concavely recessed toward the contact plug penetrating the pad area.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 플레이트층 상에 복수의 층간 절연층들과 복수의 희생 절연층들을 교대로 포함하는 몰드 구조물을 형성하는 단계; 상기 몰드 구조물을 순차적으로 식각하여 상기 복수의 희생 절연층들에 계단 형태를 가지는 복수의 단차 구조를 형성하는 단계; 상기 몰드 구조물의 상기 복수의 단차 구조 상에 제1 예비 희생층 및 제2 예비 희생층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 단차 구조의 측면의 상기 제1 예비 희생층 및 상기 제2 예비 희생층을 식각하고, 상기 복수의 희생 절연층들의 상면에만 잔류시켜, 상기 제1 희생층 및 제2 희생층을 포함하는 예비 패드 영역을 형성하는 단계; 및 상기 예비 패드 영역 및 상기 복수의 희생 절연층들을 제거하고 상기 제거된 공간 내에 도전층을 채워 패드 영역을 포함하는 복수의 게이트 전극들을 형성하는 단계; 를 포함하며, 상기 예비 패드 영역을 형성하는 단계는, 상기 제1 희생층의 상면이 상기 제2 희생층의 상면보다 작은 면적을 갖도록 식각할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments includes forming a mold structure alternately including a plurality of interlayer insulating layers and a plurality of sacrificial insulating layers on a plate layer; sequentially etching the mold structure to form a plurality of stepped structures in the plurality of sacrificial insulating layers; sequentially forming a first preliminary sacrificial layer and a second preliminary sacrificial layer on the plurality of step structures of the mold structure; The first preliminary sacrificial layer and the second preliminary sacrificial layer on the side surfaces of the stepped structure are etched, and only the upper surfaces of the plurality of sacrificial insulating layers are left to remain, so that the preliminary pad including the first sacrificial layer and the second sacrificial layer forming a region; and removing the preliminary pad area and the plurality of sacrificial insulating layers and filling the removed space with a conductive layer to form a plurality of gate electrodes including a pad area. The step of forming the preliminary pad area may include etching the upper surface of the first sacrificial layer to have a smaller area than the upper surface of the second sacrificial layer.

본 발명에 따르면, 게이트 전극들의 패드 영역을 형성하는 희생층을 다층으로 형성할 때, 실리콘 질화물 위에 최외부 희생층으로 실리콘 붕질화물을 포함함으로써, 패드 영역 형성 시에 식각액에 대한 표면 손상을 방지하여 신뢰성이 향상된 반도체 장치가 제공될 수 있다.According to the present invention, when forming the sacrificial layer forming the pad area of the gate electrodes in multiple layers, silicon boronitride is included as the outermost sacrificial layer on the silicon nitride to prevent surface damage from the etchant when forming the pad area. A semiconductor device with improved reliability can be provided.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The various and beneficial advantages and effects of the present invention are not limited to the above-described content, and may be more easily understood through description of specific embodiments of the present invention.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a 내지 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2a의 일 부분의 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5는 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6k는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to example embodiments.
2A to 2B are schematic cross-sectional views of semiconductor devices according to example embodiments.
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion of Figure 2A.
4 and 5 are cross-sectional views of semiconductor devices according to example embodiments.
6A to 6K are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a data storage system including a semiconductor device according to example embodiments.
8 is a perspective view schematically showing a data storage system including a semiconductor device according to an example embodiment.
9 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to an exemplary embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다. 이하에서, '상', '상부', '상면', '위' '하', '하부', '하면', '아래', '측면' 등의 용어는 도면부호로 표기되어 별도로 지칭되는 경우를 제외하고, 도면을 기준으로 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. Hereinafter, terms such as 'upper', 'top', 'upper surface', 'top', 'lower', 'lower', 'lower surface', 'bottom', 'side', etc. are indicated with reference numerals and are referred to separately. Except, it may be understood that the reference is made based on the drawings.

도 1은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 평면도이다.1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to example embodiments.

도 2a 및 도 2b는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 개략적인 단면도들이다. 도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ'를 따른 단면을 도시한다.2A and 2B are schematic cross-sectional views of semiconductor devices according to example embodiments. Figures 2a and 2b show cross-sections along section lines I-I' and II-II' of Figure 1, respectively.

도 3은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 일부 영역들을 확대하여 도시하는 부분 확대도이다. 도 3은 도 2a의 'A' 영역을 확대하여 도시한다.FIG. 3 is a partially enlarged view illustrating some areas of a semiconductor device according to example embodiments. FIG. 3 shows an enlarged view of area 'A' in FIG. 2A.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 반도체 장치(100)는 기판(201)을 포함하는 제1 반도체 구조물인 주변 회로 영역(PERI) 및 플레이트층(101)을 포함하는 제2 반도체 구조물인 셀 영역(CELL)을 포함할 수 있다. 메모리 셀 영역(CELL)은 주변 회로 영역(PERI) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 이와 반대로 셀 영역(CELL)이 주변 회로 영역(PERI)의 아래에 배치될 수도 있다. 1 to 3, the semiconductor device 100 includes a peripheral circuit region (PERI), which is a first semiconductor structure including a substrate 201, and a cell region (PERI), which is a second semiconductor structure including a plate layer 101. CELL) may be included. The memory cell area CELL may be disposed on the peripheral circuit area PERI. In example embodiments, on the contrary, the cell area CELL may be disposed below the peripheral circuit area PERI.

주변 회로 영역(PERI)은, 기판(201), 기판(201) 내의 불순물 영역들(205) 및 소자 분리층들(210), 기판(201) 상에 배치된 회로 소자들(220), 주변 영역 절연층(290), 하부 보호층(298), 하부 콘택 플러그들(270), 하부 배선 라인들(280)을 포함할 수 있다.The peripheral circuit region (PERI) includes the substrate 201, the impurity regions 205 and device isolation layers 210 within the substrate 201, the circuit elements 220 disposed on the substrate 201, and the peripheral region. It may include an insulating layer 290, a lower protective layer 298, lower contact plugs 270, and lower wiring lines 280.

기판(201)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 기판(201)에는 소자 분리층들(210)에 의해 활성 영역이 정의될 수 있다. 상기 활성 영역의 일부에는 불순물을 포함하는 불순물 영역들(205)이 배치될 수 있다. 기판(201)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 기판(201)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층으로 제공될 수도 있다. The substrate 201 may have an upper surface extending in the x and y directions. An active area may be defined on the substrate 201 by device isolation layers 210 . Impurity regions 205 containing impurities may be disposed in a portion of the active region. The substrate 201 may include a semiconductor material, such as a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI compound semiconductor. Substrate 201 may be provided as a bulk wafer or an epitaxial layer.

회로 소자들(220)은 수평(planar) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 각각의 회로 소자들(220)은 회로 게이트 유전층(222), 스페이서층(224) 및 회로 게이트 전극(225)을 포함할 수 있다. 회로 게이트 전극(225)의 양 측에서 기판(201) 내에는 소스/드레인 영역으로서 불순물 영역들(205)이 배치될 수 있다.Circuit elements 220 may include planar transistors. Each circuit element 220 may include a circuit gate dielectric layer 222, a spacer layer 224, and a circuit gate electrode 225. Impurity regions 205 may be disposed as source/drain regions in the substrate 201 on both sides of the circuit gate electrode 225.

주변 영역 절연층(290)은 기판(201) 상에서 회로 소자(220) 상에 배치될 수 있다. 주변 영역 절연층(290)은 제1 및 제2 주변 영역 절연층들(292, 294)을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 주변 영역 절연층들(292, 294)도 각각 복수의 절연층들을 포함할 수 있다. 주변 영역 절연층(290)은 절연성 물질로 이루어질 수 있다.The peripheral area insulating layer 290 may be disposed on the circuit element 220 on the substrate 201. The peripheral area insulating layer 290 may include first and second peripheral area insulating layers 292 and 294, and the first and second peripheral area insulating layers 292 and 294 may each include a plurality of insulating layers. may include. The peripheral area insulating layer 290 may be made of an insulating material.

하부 보호층(298)은 제1 및 제2 주변 영역 절연층들(292, 294)의 사이에서, 최상부의 제3 하부 배선 라인들(286)의 상면 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하부 보호층(298)은 제1 및 제2 하부 배선 라인들(282, 284)의 상면 상에 더 배치될 수 있다. 하부 보호층(298)은 하부에 배치된 하부 배선 라인들(280)의 금속 물질로 인한 오염을 방지하기 위한 층일 수 있다. 하부 보호층(298)은 주변 영역 절연층(290)과 다른 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.The lower protective layer 298 may be disposed on the upper surface of the uppermost third lower wiring lines 286 between the first and second peripheral area insulating layers 292 and 294. In example embodiments, the lower protective layer 298 may be further disposed on the top surfaces of the first and second lower wiring lines 282 and 284. The lower protective layer 298 may be a layer to prevent contamination of the lower wiring lines 280 disposed below by metal materials. The lower protective layer 298 may be made of an insulating material different from the surrounding area insulating layer 290 and may include, for example, silicon nitride.

하부 콘택 플러그들(270) 및 하부 배선 라인들(280)은, 회로 소자들(220) 및 불순물 영역들(205)과 전기적으로 연결되는 하부 배선 구조물을 이룰 수 있다. 하부 콘택 플러그들(270)은 원기둥 형상을 갖고, 하부 배선 라인들(280)은 라인 형태를 가질 수 있다. 하부 콘택 플러그들(270)은 제1 내지 제3 하부 콘택 플러그들(272, 274, 276)을 포함할 수 있다. 제1 하부 콘택 플러그들(272)은 회로 소자들(220) 및 불순물 영역들(205) 상에 배치되고, 제2 하부 콘택 플러그들(274)은 제1 하부 배선 라인들(282) 상에 배치되며, 제3 하부 콘택 플러그들(276)은 제2 하부 배선 라인들(284) 상에 배치될 수 있다. 하부 배선 라인들(280)은 제1 내지 제3 하부 배선 라인들(282, 284, 286)을 포함할 수 있다. 제1 하부 배선 라인들(282)은 제1 하부 콘택 플러그들(272) 상에 배치되고, 제2 하부 배선 라인들(284)은 제2 하부 콘택 플러그들(274) 상에 배치되고, 제3 하부 배선 라인들(286)은 제3 하부 콘택 플러그들(276) 상에 배치될 수 있다. 하부 콘택 플러그들(270) 및 하부 배선 라인들(280)은 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있으며, 각각의 구성들은 확산 방지층(diffusion barrier)을 더 포함할 수도 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서, 하부 콘택 플러그들(270) 및 하부 배선 라인들(280)의 층 수 및 배치 형태는 다양하게 변경될 수 있다.The lower contact plugs 270 and lower wiring lines 280 may form a lower wiring structure electrically connected to the circuit elements 220 and the impurity regions 205. The lower contact plugs 270 may have a cylindrical shape, and the lower wiring lines 280 may have a line shape. The lower contact plugs 270 may include first to third lower contact plugs 272, 274, and 276. The first lower contact plugs 272 are disposed on the circuit elements 220 and the impurity regions 205, and the second lower contact plugs 274 are disposed on the first lower wiring lines 282. And the third lower contact plugs 276 may be disposed on the second lower wiring lines 284. The lower wiring lines 280 may include first to third lower wiring lines 282, 284, and 286. The first lower wiring lines 282 are disposed on the first lower contact plugs 272, the second lower wiring lines 284 are disposed on the second lower contact plugs 274, and the third lower wiring lines 282 are disposed on the first lower contact plugs 272. Lower wiring lines 286 may be disposed on the third lower contact plugs 276 . The lower contact plugs 270 and lower wiring lines 280 may include a conductive material, for example, tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), etc., respectively. The configurations may further include a diffusion barrier. However, in example embodiments, the number of layers and arrangement of the lower contact plugs 270 and lower wiring lines 280 may vary.

메모리 셀 영역(CELL)은 제1 내지 제3 영역들(R1, R2, R3)을 가지며, 소스 구조물(SS), 소스 구조물(SS) 상에 적층된 게이트 전극들(130), 게이트 전극들(130)과 교대로 적층되는 층간 절연층들(120), 제1 영역(R1)에서 게이트 전극들(130)의 적층 구조물을 관통하도록 배치되는 채널 구조물들(CH), 게이트 전극들(130)의 상기 적층 구조물을 관통하며 연장되는 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b), 제2 영역(R2)에서 게이트 전극들(130)의 패드 영역들(130P)과 연결되며 수직하게 연장되는 콘택 플러그들(170)을 포함할 수 있다. The memory cell region CELL has first to third regions R1, R2, and R3, and includes a source structure SS, gate electrodes 130 stacked on the source structure SS, and gate electrodes ( 130), interlayer insulating layers 120 alternately stacked, channel structures CH arranged to penetrate the stacked structure of the gate electrodes 130 in the first region R1, and the gate electrodes 130. First and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b extend through the stacked structure, and are connected to the pad regions 130P of the gate electrodes 130 in the second region R2 and extend vertically. may include contact plugs 170.

메모리 셀 영역(CELL)은, 소스 구조물(SS) 외측에 배치되는 외측 절연층(150E), 기판 절연층(121), 제1 영역(R1)에서 게이트 전극들(130)의 아래에 배치되는 제1 및 제2 수평 도전층들(102, 104), 제2 영역(R2)에서 제2 수평 도전층(104)과 함께 게이트 전극들(130)의 아래에 배치되는 수평 절연층(110), 게이트 전극들(130)의 일부를 관통하는 상부 분리 영역들(US), 제2 영역(R2)에서 게이트 전극들(130)의 상기 적층 구조물을 관통하도록 배치되는 서포트 구조물들(DCH), 메모리 셀 영역(CELL)으로부터 주변 회로 영역(PERI)으로 연장되는 관통 비아들(175), 채널 구조물들(CH) 및 콘택 플러그들(170) 상의 상부 콘택 플러그들(180), 및 게이트 전극들(130)을 덮는 셀 영역 절연층(190)을 더 포함할 수 있다.The memory cell region CELL includes the outer insulating layer 150E disposed outside the source structure SS, the substrate insulating layer 121, and the first region disposed below the gate electrodes 130 in the first region R1. The first and second horizontal conductive layers 102 and 104, the horizontal insulating layer 110 disposed below the gate electrodes 130 together with the second horizontal conductive layer 104 in the second region R2, and the gate Upper separation regions US penetrating a portion of the electrodes 130, support structures DCH disposed to penetrate the stacked structure of the gate electrodes 130 in the second region R2, and a memory cell region. through vias 175 extending from the (CELL) to the peripheral circuit area (PERI), upper contact plugs 180 on the channel structures (CH) and contact plugs 170, and gate electrodes 130. It may further include a covering cell region insulating layer 190.

메모리 셀 영역(CELL)에서, 제1 영역(R1)은 게이트 전극들(130)이 수직하게 적층되며 채널 구조물들(CH)이 배치되는 영역으로 메모리 셀들이 배치되는 영역일 수 있다. 제2 영역(R2)은 게이트 전극들(130)이 서로 다른 길이로 연장되는 영역으로, 제3 영역(R3)과 함께 상기 메모리 셀들을 주변 회로 영역(PERI)과 전기적으로 연결하기 위한 영역에 해당할 수 있다. 제2 영역(R2)은 적어도 일 방향, 예를 들어 x 방향에서 제1 영역(R1)의 적어도 일 단에 배치될 수 있다. 제3 영역(R3)은 제2 영역(R2)의 외측에 위치하며 소스 구조물(SS)이 배치되지 않는 영역일 수 있다. In the memory cell region CELL, the first region R1 is an area where the gate electrodes 130 are vertically stacked and the channel structures CH are disposed, and may be an area where memory cells are disposed. The second region R2 is an area where the gate electrodes 130 extend to different lengths, and together with the third area R3, it corresponds to an area for electrically connecting the memory cells to the peripheral circuit area PERI. can do. The second region R2 may be disposed at at least one end of the first region R1 in at least one direction, for example, the x direction. The third area R3 is located outside the second area R2 and may be an area where the source structure SS is not disposed.

소스 구조물(SS)은 제1 영역(R1)에서 순차적으로 적층된 플레이트층(101), 제1 수평 도전층(102), 및 제2 수평 도전층(104)을 포함할 수 있다. 소스 구조물(SS)은 제2 영역(R2)에서 플레이트층(101) 및 제2 수평 도전층(104)으로 이루어질 수 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서, 소스 구조물(SS)을 이루는 도전층들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. The source structure SS may include a plate layer 101, a first horizontal conductive layer 102, and a second horizontal conductive layer 104 sequentially stacked in the first region R1. The source structure SS may include a plate layer 101 and a second horizontal conductive layer 104 in the second region R2. However, in example embodiments, the number of conductive layers forming the source structure SS may vary.

플레이트층(101)은 플레이트의 형태를 가지며, 반도체 장치(100)의 공통 소스 라인의 적어도 일부로 기능할 수 있다. 플레이트층(101)은 x 방향과 y 방향으로 연장되는 상면을 가질 수 있다. 플레이트층(101)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플레이트층(101)은 반도체 물질, 예컨대 Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 또는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함할 수 있다. 플레이트층(101)은 불순물들을 더 포함할 수 있다. 플레이트층(101)은 다결정 실리콘층과 같은 다결정 반도체층 또는 에피택셜층으로 제공될 수 있다.The plate layer 101 has the shape of a plate and may function as at least part of the common source line of the semiconductor device 100. The plate layer 101 may have an upper surface extending in the x and y directions. The plate layer 101 may include a conductive material. For example, the plate layer 101 may include a semiconductor material, such as a group IV semiconductor, a group III-V compound semiconductor, or a group II-VI compound semiconductor. For example, Group IV semiconductors may include silicon, germanium, or silicon-germanium. The plate layer 101 may further include impurities. The plate layer 101 may be provided as a polycrystalline semiconductor layer such as a polycrystalline silicon layer or an epitaxial layer.

제1 및 제2 수평 도전층들(102, 104)은 제1 영역(R1)에서 플레이트층(101)의 상면 상에 순차적으로 적층되어 배치될 수 있다. 제1 수평 도전층(102)은 제2 영역(R2)으로 연장되지 않고, 제2 수평 도전층(104)은 제2 영역(R2)으로 연장될 수 있다. 제1 수평 도전층(102)은 반도체 장치(100)의 공통 소스 라인의 일부로 기능할 수 있으며, 예를 들어, 플레이트층(101)과 함께 공통 소스 라인으로 기능할 수 있다. 도 2b 내의 확대도에 도시된 것과 같이, 제1 수평 도전층(102)은 채널층(140)의 둘레에서, 채널층(140)과 직접 연결될 수 있다. 제2 수평 도전층(104)은, 제1 수평 도전층(102) 및 수평 절연층(110)이 배치되지 않는 제2 영역(R2)의 일부 영역들에서 플레이트층(101)과 접촉할 수 있다. The first and second horizontal conductive layers 102 and 104 may be sequentially stacked and disposed on the upper surface of the plate layer 101 in the first region R1. The first horizontal conductive layer 102 may not extend into the second region R2, and the second horizontal conductive layer 104 may extend into the second region R2. The first horizontal conductive layer 102 may function as part of a common source line of the semiconductor device 100, for example, may function as a common source line together with the plate layer 101. As shown in the enlarged view in FIG. 2B, the first horizontal conductive layer 102 may be directly connected to the channel layer 140 around the channel layer 140. The second horizontal conductive layer 104 may contact the plate layer 101 in some areas of the second region R2 where the first horizontal conductive layer 102 and the horizontal insulating layer 110 are not disposed. .

제1 및 제2 수평 도전층들(102, 104)은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 적어도 제1 수평 도전층(102)은 플레이트층(101)과 동일한 도전형의 불순물들로 도핑된 층일 수 있으며, 제2 수평 도전층(104)은 도핑된 층이거나 제1 수평 도전층(102)으로부터 확산된 불순물을 포함하는 층일 수 있다. 다만, 제2 수평 도전층(104)의 물질은 반도체 물질에 한정되지는 않으며, 절연층으로 대체되는 것도 가능하다. The first and second horizontal conductive layers 102 and 104 may include a semiconductor material, for example, polycrystalline silicon. In this case, at least the first horizontal conductive layer 102 may be a layer doped with impurities of the same conductivity type as the plate layer 101, and the second horizontal conductive layer 104 may be a doped layer or a first horizontal conductive layer. It may be a layer containing impurities diffused from (102). However, the material of the second horizontal conductive layer 104 is not limited to semiconductor material, and may be replaced with an insulating layer.

수평 절연층(110)은 제2 영역(R2)의 적어도 일부에서 제1 수평 도전층(102)과 동일 레벨로 플레이트층(101) 상에 배치될 수 있다. 수평 절연층(110)은, 플레이트층(101)의 제2 영역(R2) 상에 교대로 적층된 제1 및 제2 수평 절연층들(111, 112)을 포함할 수 있다. 수평 절연층(110)은 반도체 장치(100)의 제조 공정에서 일부가 제1 수평 도전층(102)으로 교체(replacement)된 후 잔존하는 층들일 수 있다. The horizontal insulating layer 110 may be disposed on the plate layer 101 at the same level as the first horizontal conductive layer 102 in at least a portion of the second region R2. The horizontal insulating layer 110 may include first and second horizontal insulating layers 111 and 112 alternately stacked on the second region R2 of the plate layer 101 . The horizontal insulating layer 110 may be layers that remain after a portion of the horizontal insulating layer 110 is replaced with the first horizontal conductive layer 102 during the manufacturing process of the semiconductor device 100.

수평 절연층(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. 제1 수평 절연층들(111)과 제2 수평 절연층(112)은 서로 다른 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 절연층들(111)은 층간 절연층들(120)과 동일한 물질로 이루어지고, 제2 수평 절연층(112)은 층간 절연층들(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. The horizontal insulating layer 110 may include silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or silicon oxynitride. The first horizontal insulating layers 111 and the second horizontal insulating layers 112 may include different insulating materials. For example, the first horizontal insulating layers 111 may be made of the same material as the interlayer insulating layers 120, and the second horizontal insulating layer 112 may be made of a different material from the interlayer insulating layers 120. there is.

기판 절연층(121)은, 제3 영역(R3)에서, 플레이트층(101), 수평 절연층(110), 및 제2 수평 도전층(104)을 관통하도록 배치될 수 있으며, 외측 절연층(150E) 상에 배치될 수 있다. 기판 절연층(121)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에도 더 배치될 수 있으며, 예를 들어, 관통 비아들(175)이 추가로 배치되는 영역에 배치될 수 있다. 기판 절연층(121)의 상면은 소스 구조물(SS)의 상면과 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 기판 절연층(121)은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다. The substrate insulating layer 121 may be disposed to penetrate the plate layer 101, the horizontal insulating layer 110, and the second horizontal conductive layer 104 in the third region R3, and the outer insulating layer ( 150E) can be placed on. The substrate insulating layer 121 may be further disposed in the first region R1 and the second region R2, for example, in a region where through vias 175 are additionally disposed. The top surface of the substrate insulating layer 121 may be coplanar with the top surface of the source structure SS. The substrate insulating layer 121 may include an insulating material, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or silicon oxynitride.

게이트 전극들(130)은 플레이트층(101) 상에 수직으로 이격되어 적층되어 층간 절연층들(120)과 함께 적층 구조물을 이룰 수 있다. 상기 적층 구조물은 수직하게 적층된 하부 및 상부 적층 구조물들을 포함할 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, 상기 적층 구조물은 단일 적층 구조물로 이루어질 수도 있을 것이다.The gate electrodes 130 may be stacked on the plate layer 101 while being vertically spaced apart to form a stacked structure together with the interlayer insulating layers 120 . The stacked structure may include vertically stacked lower and upper stacked structures. However, depending on embodiments, the laminated structure may be composed of a single laminated structure.

게이트 전극들(130)은, 게이트 전극들(130)은 접지 선택 트랜지스터의 게이트를 이루는 하부 게이트 전극들(130L), 복수의 메모리 셀들을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M), 및 스트링 선택 트랜지스터들의 게이트들을 이루는 상부 게이트 전극들(130U)을 포함할 수 있다. 반도체 장치(100)의 용량에 따라서 메모리 셀들을 이루는 메모리 게이트 전극들(130M)의 개수가 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 상부 및 하부 게이트 전극들(130U, 130L)은 각각 1개 내지 4개 또는 그 이상일 수 있으며, 메모리 게이트 전극들(130M)과 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 전극들(130)은 상부 게이트 전극들(130U)의 상부 및/또는 하부 게이트 전극들(130L)의 하부에 배치되며 게이트 유도 누설 전류(Gate Induced Drain Leakage, GIDL) 현상을 이용한 소거 동작에 이용되는 소거 트랜지스터를 이루는 게이트 전극(130)을 더 포함할 수 있다. 또한, 일부 게이트 전극들(130), 예를 들어, 상부 또는 하부 게이트 전극들(130U, 130L)에 인접한 메모리 게이트 전극들(130M)은 더미 게이트 전극들일 수 있다. The gate electrodes 130 include lower gate electrodes 130L forming the gate of the ground selection transistor, memory gate electrodes 130M forming a plurality of memory cells, and gates of the string selection transistors. It may include upper gate electrodes 130U forming the gate electrodes 130U. The number of memory gate electrodes 130M forming memory cells may be determined depending on the capacity of the semiconductor device 100. Depending on the embodiment, the number of upper and lower gate electrodes 130U and 130L may be one to four or more, respectively, and may have the same or different structure as the memory gate electrodes 130M. In example embodiments, the gate electrodes 130 are disposed above the upper gate electrodes 130U and/or below the lower gate electrodes 130L and generate a gate induced leakage current (GIDL). It may further include a gate electrode 130 forming an erase transistor used in an erase operation using a phenomenon. Additionally, some of the gate electrodes 130, for example, the memory gate electrodes 130M adjacent to the upper or lower gate electrodes 130U and 130L, may be dummy gate electrodes.

도 1에 도시된 것과 같이, 게이트 전극들(130)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에서 연속적으로 연장되는 제1 분리 영역들(MS1)에 의하여, y 방향에서 서로 분리되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 분리 영역들(MS1) 사이의 게이트 전극들(130)은 하나의 메모리 블록을 이룰 수 있으나, 메모리 블록의 범위는 이에 한정되지는 않는다. 게이트 전극들(130) 중 일부, 예를 들어, 메모리 게이트 전극들(130M)은 하나의 메모리 블록 내에서 각각 하나의 층을 이룰 수 있다.As shown in FIG. 1, the gate electrodes 130 are separated from each other in the y direction by first separation regions MS1 extending continuously from the first region R1 and the second region R2. can be placed. The gate electrodes 130 between the pair of first separation regions MS1 may form one memory block, but the scope of the memory block is not limited thereto. Some of the gate electrodes 130, for example, the memory gate electrodes 130M, may each form one layer within one memory block.

게이트 전극들(130)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2) 상에 수직하게 서로 이격되어 적층되어 적층 영역을 이루며, 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)으로 서로 다른 길이로 연장되어 제2 영역(R2)의 일부에서 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 게이트 전극들(130)은 y 방향에서도 서로 단차 구조를 가지도록 배치될 수 있다. 상기 단차 구조에 의해, 게이트 전극들(130)은 하부의 게이트 전극(130)이 상부의 게이트 전극(130)보다 길게 연장되어, 층간 절연층들(120) 및 다른 게이트 전극들(130)로부터 상부로 상면들이 노출되는 영역들을 각각 가질 수 있으며, 상기 영역들은 패드 영역들(130P)로 지칭될 수 있다. 각각의 게이트 전극(130)에서, 패드 영역(130P)은 x 방향을 따른 게이트 전극(130)의 단부를 포함하는 영역일 수 있다. 게이트 전극들(130)은 패드 영역들(130P)에서 콘택 플러그들(170)과 각각 연결될 수 있다. 게이트 전극들(130)은 패드 영역들(130P)에서 증가된 두께를 가질 수 있다. The gate electrodes 130 are vertically spaced apart from each other and stacked on the first region (R1) and the second region (R2) to form a stacked region, and are formed in different directions from the first region (R1) to the second region (R2). It may be extended in length to form a stepped structure in the form of steps in a portion of the second region R2. The gate electrodes 130 may be arranged to have a stepped structure in the y direction. Due to the step structure, the lower gate electrode 130 extends longer than the upper gate electrode 130, so that the upper gate electrode 130 extends from the interlayer insulating layers 120 and other gate electrodes 130. Each of the upper surfaces may have exposed areas, and these areas may be referred to as pad areas 130P. In each gate electrode 130, the pad area 130P may be an area including an end of the gate electrode 130 along the x-direction. The gate electrodes 130 may be respectively connected to the contact plugs 170 in the pad areas 130P. The gate electrodes 130 may have an increased thickness in the pad areas 130P.

구체적으로, 도 3을 참고하면, 게이트 전극(130)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)의 적층 영역에서는 제1 두께(t1)를 가지며, 패드 영역(130P)에서 제1 두께(t1)보다 더 큰 제2 두께(t2)를 가질 수 있다. 이를 위해, 패드 영역(130P)이 게이트 전극(130)의 적층 영역과 연장되며, 동일한 제1 두께(t1)를 가지는 베이스 부분(130B)과 베이스 부분(130B)으로부터 z 방향으로 돌출되는 돌출 부분(130PP)을 포함하는 것으로 정의할 수 있다. 패드 영역(130P)의 제2 두께(t2)는 제1 두께(t1)를 가지는 베이스 부분(130B)의 상면인 기준면(ls)으로부터 z 방향으로 위로 확장되어 이루어질 수 있다. 따라서, 기준면(ls)으로부터 제3 길이(t3)만큼 패드 영역(130P)이 돌출되어 돌출 부분(130PP)을 이룰 수 있다. Specifically, referring to FIG. 3, the gate electrode 130 has a first thickness t1 in the stacked region of the first region R1 and the second region R2, and has a first thickness t1 in the pad region 130P. It may have a second thickness (t2) greater than (t1). To this end, the pad area 130P extends from the stacked area of the gate electrode 130, and includes a base portion 130B having the same first thickness t1 and a protruding portion protruding in the z direction from the base portion 130B ( It can be defined as including 130PP). The second thickness t2 of the pad area 130P may be extended upward in the z direction from the reference surface ls, which is the upper surface of the base portion 130B having the first thickness t1. Accordingly, the pad area 130P may protrude from the reference surface ls by a third length t3 to form a protruding portion 130PP.

제3 길이(t3)는 제1 두께(t1)의 1/2 내지 4/5을 충족할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 게이트 전극(130)의 제1 두께(t1)가 150Å 일 때, 제3 길이(t3)는 75Å 내지 120Å 정도를 충족할 수 있다. 따라서, 패드 영역(130P)의 총 두께인 제2 두께(t2)는 225Å 내지 270Å를 충족할 수 있다. The third length t3 may satisfy 1/2 to 4/5 of the first thickness t1, but is not limited thereto. For example, when the first thickness t1 of the gate electrode 130 is 150 Å, the third length t3 may be approximately 75 Å to 120 Å. Accordingly, the second thickness t2, which is the total thickness of the pad area 130P, may satisfy 225 Å to 270 Å.

상부 게이트 전극(130)의 측면, 즉 단차 구조의 측벽과 현재 게이트 전극(130)의 패드 영역(130P) 사이에 게이트 그루브(gg)가 형성되어 있을 수 있으며, 게이트 그루브(gg)는 게이트 전극들(130)의 계단 형태의 단차 구조를 형성하는 에칭 공정 이후 패드 영역(130P)을 형성하기 위한 희생층들을 형성한 후, 측면 식각을 진행하면서 형성될 수 있다. 게이트 그루브(gg)는 현재 게이트 전극(130)의 베이스 부분(130B)의 상면, 즉, 기준면(ls)으로부터 일부 함몰되도록 형성될 수 있으나, 이와 달리 제3 길이(t3)의 깊이를 충족하도록 형성될 수도 있다.A gate groove gg may be formed between the side wall of the upper gate electrode 130, that is, the side wall of the stepped structure, and the pad area 130P of the current gate electrode 130, and the gate groove gg may be formed between the gate electrodes 130. After the etching process to form the step-shaped step structure of (130), sacrificial layers for forming the pad area 130P may be formed, and then side etching may be performed. The gate groove gg may be formed to be partially recessed from the upper surface of the base portion 130B of the gate electrode 130, that is, the reference surface ls, but otherwise, it is formed to satisfy the depth of the third length t3. It could be.

패드 영역(130P)은 기준면(ls)으로부터 제3 길이(t3)만큼 z 방향으로 위로 돌출되어 있으며, 게이트 그루브(gg)로부터 패드 영역(130P)의 상단(n2)까지 연결되는 내부 측면(S1)과 단차 구조의 측벽에 노출되는 외부 측면(S2)를 포함할 수 있다. 내부 측면(S1)과 외부 측면(S2)은 각각 곡면을 포함할 수 있다.The pad area 130P protrudes upward in the z direction by a third length t3 from the reference surface ls, and has an inner side S1 connected from the gate groove gg to the top n2 of the pad area 130P. It may include an external side (S2) exposed to the side wall of the step structure. The inner side (S1) and the outer side (S2) may each include a curved surface.

내부 측면(S1)의 곡면은 기준면(ls)으로부터 패드 영역(130P)의 상단(n2)까지 내부 측면(S1) 전체에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기준면(ls)으로부터 소정 레벨까지는 직경이 감소하는 경사면을 가질 수 있으며, 소정 레벨에서 변곡점(n3)을 가지며, 상기 경사면으로부터 절곡되어 상단(n2)까지 직경이 커지는 곡면을 이룰 수 있다. 소정 레벨, 즉 변곡점(n3)은 기준면(ls)과 패드 영역(130P)의 상면 사이에서 상면에 더 근접할 수 있다. 내부 측면(S1)의 상단(n2)은 변곡점(n3)보다 더 상부 게이트 전극(130)과 근접하도록 배치될 수 있다. 따라서, 내부 측면(S1)은 내부를 관통하는 콘택 플러그(170)를 향해 오목하게 함몰되어 있는 곡면을 포함할 수 있다. The curved surface of the inner side S1 may be disposed throughout the inner side S1 from the reference surface ls to the top n2 of the pad area 130P, but is not limited thereto. For example, it may have an inclined surface whose diameter decreases from the reference surface ls to a predetermined level, have an inflection point n3 at the predetermined level, and be bent from the inclined surface to form a curved surface whose diameter increases up to the top n2. The predetermined level, that is, the inflection point n3, may be closer to the upper surface between the reference surface ls and the upper surface of the pad area 130P. The top n2 of the inner side S1 may be disposed to be closer to the upper gate electrode 130 than the inflection point n3. Accordingly, the inner side surface S1 may include a curved surface that is concavely recessed toward the contact plug 170 penetrating the inside.

하부의 층간 절연층(120)에 대하여 패드 영역(130P)의 베이스 부분(130B)은 z 방향으로 중첩되도록 하부의 층간 절연층(120)과 동일한 면적을 가지며, 베이스 부분(130B)의 외부 측면(S2)과 하부의 층간 절연층(120)의 측면이 일직선 상에 배치될 수 있다. 돌출 부분(130PP)에서는 외부 측면(S2)이 베이스 부분(130B)의 외부 측면(S2)보다 내부를 관통하는 콘택 플러그(170)에 근접하도록 배치될 수 있다. 따라서, 패드 영역(130P)의 돌출 부분(130PP)이 베이스 부분(130B)보다 더 짧은 길이를 갖도록 외부 측면(S2)이 절곡부를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 패드 영역(130P)의 외부 측면(S2) 역시 곡면을 포함할 수 있다. 돌출 부분(130PP)의 외부 측면(S2)은 기준면(ls)으로부터 소정 레벨까지는 직경이 감소하는 경사면을 가질 수 있으며, 소정 레벨에서 변곡점(n3)을 가지며, 상기 경사면으로부터 절곡되어 상단(n1)까지 직경이 커지는 곡면을 이룰 수 있다. 외부 측면(S2)의 상단(n1)은 하부의 베이스 부분(130B)의 측면과 z 방향으로 중첩되거나, 그 외부로 돌출되지 않을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. With respect to the lower interlayer insulating layer 120, the base portion 130B of the pad area 130P has the same area as the lower interlayer insulating layer 120 so as to overlap in the z direction, and the outer side of the base portion 130B ( S2) and the side surfaces of the lower interlayer insulating layer 120 may be arranged in a straight line. In the protruding portion 130PP, the outer side S2 may be disposed to be closer to the contact plug 170 penetrating the inside than the outer side S2 of the base portion 130B. Accordingly, the outer side S2 may have a bent portion so that the protruding portion 130PP of the pad area 130P has a shorter length than the base portion 130B, but is not limited thereto. The outer side S2 of the pad area 130P may also include a curved surface. The outer side S2 of the protruding portion 130PP may have an inclined surface whose diameter decreases from the reference surface ls to a predetermined level, has an inflection point n3 at a predetermined level, and is bent from the inclined surface to the upper end n1. A curved surface with a larger diameter can be formed. The top n1 of the outer side S2 may overlap the side of the lower base portion 130B in the z-direction or may not protrude outward, but is not limited thereto.

이와 같이, 패드 영역(130P)의 내부 측면(S1)의 상단(n2) 및 외부 측면(S2)의 상단(n1)은 첨단을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 수직한 부분을 포함할 수 있다. 이는, 공정 중 희생층들의 식각 속도에 따라 형성되는 것으로서, 최외부에 식각액에 대한 강한 저항성을 가지는 실리콘 붕질화물의 잔류 두께에 따라 변경될 수 있다. As such, the top n2 of the inner side S1 and the top n1 of the outer side S2 of the pad area 130P may have a tip, but are not limited thereto, and may include a vertical portion. . This is formed depending on the etching speed of the sacrificial layers during the process, and can be changed depending on the residual thickness of silicon bonitride, which has strong resistance to etchant in the outermost layer.

이와 같은 패드 영역(130P)의 돌출 부분(130PP)이 양측면(S1, S2)의 상단(n1, n2), 즉 상면에서 z 방향으로 갈수록 직경이 감소하다가 변곡점(n3)을 지나면서 기준면(ls)까지 직경이 증가할 수 있으나, 돌출 부분(130PP)의 상면이 패드 영역(130P)과 수직하게 중첩되면서, 돌출 부분(130PP)의 상면의 면적이 패드 영역(130P)의 면적을 내를 충족할 수 있다. 따라서, 패드 영역(130P)은 내부로 오목한 곡면의 측면들을 포함함으로써, 이웃한 게이트 전극들(130)과의 쇼트를 방지할 수 있다. 또한, 패드 영역(130P)의 두께 확장을 위한 희생층들의 적층 시에, 최외부에 실리콘 붕질화물(SiBN)을 배치함으로써, 게이트 그루브(gg) 형성을 위한 식각 시에 밀도가 큰 실리콘 붕질화물의 결합력에 의해 표면의 피트(pit)에 의한 불량을 획기적으로 줄일 수 있다. The diameter of the protruding portion 130PP of the pad area 130P decreases in the z direction from the top (n1, n2) of both sides (S1, S2), that is, the upper surface, and then passes the inflection point (n3) and returns to the reference surface (ls). However, as the upper surface of the protruding part (130PP) overlaps perpendicularly with the pad area (130P), the area of the upper surface of the protruding part (130PP) can meet the area of the pad area (130P). there is. Accordingly, the pad area 130P includes curved sides that are concave inside, thereby preventing short circuits with neighboring gate electrodes 130. In addition, when stacking sacrificial layers to expand the thickness of the pad area 130P, silicon boronitride (SiBN) is placed on the outermost layer, thereby forming a high density of silicon bonitride during etching to form the gate groove gg. The bonding force can dramatically reduce defects caused by pits on the surface.

게이트 전극들(130)은 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 게이트 전극들(130)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 전극들(130)은 확산 방지막(diffusion barrier)을 더 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 확산 방지막은 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The gate electrodes 130 may include a metal material, for example, tungsten (W). Depending on the embodiment, the gate electrodes 130 may include polycrystalline silicon or metal silicide material. In example embodiments, the gate electrodes 130 may further include a diffusion barrier, for example, the diffusion barrier may include tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), or titanium nitride (TiN). , or a combination thereof.

층간 절연층들(120)은 게이트 전극들(130)의 사이에 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)도 게이트 전극들(130)과 마찬가지로 플레이트층(101)의 상면에 수직한 방향에서 서로 이격되고 x 방향으로 연장되도록 배치될 수 있다. 층간 절연층들(120)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다.Interlayer insulating layers 120 may be disposed between the gate electrodes 130 . Like the gate electrodes 130, the interlayer insulating layers 120 may be arranged to be spaced apart from each other in a direction perpendicular to the upper surface of the plate layer 101 and extend in the x-direction. The interlayer insulating layers 120 may include an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride.

채널 구조물들(CH)은 각각 하나의 메모리 셀 스트링을 이루며, 제1 영역(R1)에서 플레이트층(101) 상에 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은, x-y 평면에서, 격자 무늬를 형성하도록 배치되거나 일 방향에서 지그재그 형태로 배치될 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 기둥 형상을 가지며, 종횡비에 따라 플레이트층(101)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가질 수 있다. 실시예들에 따라, 제1 영역(R1)의 단부에 배치된 채널 구조물들(CH)은 적어도 일부가 더미 채널들일 수 있다. The channel structures CH each form one memory cell string, and may be arranged to be spaced apart from each other in rows and columns on the plate layer 101 in the first region R1. The channel structures CH may be arranged to form a grid pattern in the x-y plane or may be arranged in a zigzag shape in one direction. The channel structures CH have a pillar shape and may have inclined side surfaces that become narrower as they approach the plate layer 101 depending on the aspect ratio. Depending on embodiments, at least some of the channel structures CH disposed at the end of the first region R1 may be dummy channels.

채널 구조물들(CH)은 수직하게 적층된 제1 및 제2 채널 구조물들(CH1, CH2)을 포함할 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 하부의 제1 채널 구조물들(CH1)과 상부의 제2 채널 구조물들(CH2)이 연결된 형태를 가질 수 있으며, 연결 영역에서 폭의 차이에 의한 절곡부를 가질 수 있다. 다만, 실시예들에 따라, z 방향을 따라 적층되는 채널 구조물들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.The channel structures CH may include first and second channel structures CH1 and CH2 that are vertically stacked. The channel structures CH may have a shape in which the lower first channel structures CH1 and the upper second channel structures CH2 are connected, and may have a bent portion due to a difference in width in the connection area. However, depending on embodiments, the number of channel structures stacked along the z-direction may vary.

채널 구조물들(CH) 각각은 채널 홀 내에 배치된 채널층(140), 게이트 유전층(145), 채널 매립 절연층(147), 및 채널 패드(149)를 포함할 수 있다. 도 2b 내의 확대도에 도시된 것과 같이, 채널층(140)은 내부의 채널 매립 절연층(147)을 둘러싸는 환형(annular)으로 형성될 수 있으나, 실시예에 따라 채널 매립 절연층(147)이 없이 원기둥 또는 각기둥과 같은 기둥 형상을 가질 수도 있다. 채널층(140)은 하부에서 제1 수평 도전층(102)과 연결될 수 있다. 채널층(140)은 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있다. Each of the channel structures CH may include a channel layer 140, a gate dielectric layer 145, a channel buried insulating layer 147, and a channel pad 149 disposed within the channel hole. As shown in the enlarged view in FIG. 2B, the channel layer 140 may be formed in an annular shape surrounding the internal channel-filled insulating layer 147, but depending on the embodiment, the channel-filled insulating layer 147 Without this, it may have a pillar shape such as a cylinder or a prism. The channel layer 140 may be connected to the first horizontal conductive layer 102 at the bottom. The channel layer 140 may include a semiconductor material such as polycrystalline silicon or single crystalline silicon.

게이트 유전층(145)은 게이트 전극들(130)과 채널층(140)의 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 도시하지는 않았으나, 게이트 유전층(145)은 채널층(140)으로부터 순차적으로 적층된 터널링층, 전하 저장층 및 블록킹층을 포함할 수 있다. 상기 터널링층은 전하를 상기 전하 저장층으로 터널링시킬 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장층은 전하 트랩층 또는 플로팅 게이트 도전층일 수 있다. 상기 블록킹층은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 고유전율(high-k) 유전 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 유전층(145)의 적어도 일부는 게이트 전극들(130)을 따라 수평 방향으로 연장될 수 있다.The gate dielectric layer 145 may be disposed between the gate electrodes 130 and the channel layer 140. Although not specifically shown, the gate dielectric layer 145 may include a tunneling layer, a charge storage layer, and a blocking layer sequentially stacked from the channel layer 140. The tunneling layer may tunnel charges into the charge storage layer and may include, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiON), or a combination thereof. there is. The charge storage layer may be a charge trap layer or a floating gate conductive layer. The blocking layer may include silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (SiON), a high-k dielectric material, or a combination thereof. In example embodiments, at least a portion of the gate dielectric layer 145 may extend in a horizontal direction along the gate electrodes 130 .

채널 패드(149)는 상부의 제2 채널 구조물(CH2)의 상단에만 배치될 수 있다. 채널 패드(149)는 예컨대, 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. The channel pad 149 may be disposed only on the top of the upper second channel structure CH2. The channel pad 149 may include, for example, doped polycrystalline silicon.

제1 채널 구조물(CH1)과 제2 채널 구조물(CH2)의 사이에서 채널층(140), 게이트 유전층(145), 및 채널 매립 절연층(147)이 서로 연결된 상태일 수 있다. 제1 채널 구조물(CH1)과 제2 채널 구조물(CH2)의 사이에는 상대적으로 두께가 두꺼운 상부 층간 절연층(125)이 배치될 수 있다. 다만, 층간 절연층들(120) 및 상부 층간 절연층(125)의 두께 및 형태는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. The channel layer 140, the gate dielectric layer 145, and the channel buried insulating layer 147 may be connected to each other between the first channel structure CH1 and the second channel structure CH2. A relatively thick upper interlayer insulating layer 125 may be disposed between the first channel structure CH1 and the second channel structure CH2. However, the thickness and shape of the interlayer insulating layers 120 and the upper interlayer insulating layer 125 may vary in various embodiments.

서포트 구조물들(DCH)은 제2 영역(R2)에서 플레이트층(101) 상에 행과 열을 이루면서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 서포트 구조물들(DCH)은 각각의 콘택 플러그들(170)을 네 방향에서 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다만, 실시예들에서 서포트 구조물들(DCH)의 배열 형태는 다양하게 변경될 수 있다. 서포트 구조물들(DCH)은 기둥 형상을 가지며, 종횡비에 따라 플레이트층(101)에 가까울수록 좁아지는 경사진 측면을 가질 수 있다. The support structures DCH may be arranged to be spaced apart from each other in rows and columns on the plate layer 101 in the second region R2. As shown in FIG. 1, support structures DCH may be arranged to surround each contact plug 170 in four directions. However, in embodiments, the arrangement form of the support structures (DCH) may be changed in various ways. The support structures DCH have a pillar shape and may have inclined sides that become narrower as they approach the plate layer 101 depending on the aspect ratio.

서포트 구조물들(DCH)은 x-y 평면에서 원형, 타원형, 또는 이와 유사한 형상을 가질 수 있다. 서포트 구조물들(DCH)의 직경 또는 최대 폭은 채널 구조물들(CH)보다 클 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 서포트 구조물들(DCH)은 채널 구조물들(CH)과 동일하거나 다른 내부 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 서포트 구조물들(DCH)은 도전층을 포함하지 않을 수 있으며, 절연 물질, 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.The support structures (DCH) may have a circular, oval, or similar shape in the x-y plane. The diameter or maximum width of the support structures (DCH) may be larger than that of the channel structures (CH), but is not limited thereto. The support structures (DCH) may have the same or different internal structure as the channel structures (CH). For example, the support structures DCH may not include a conductive layer and may include an insulating material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.

제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)은 게이트 전극들(130)을 관통하여 x 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 분리 영역(MS1, MS2a, MS2b)은 플레이트층(101) 상에 적층된 게이트 전극들(130) 전체를 관통하고, 아래의 제1 및 제2 수평 도전층들(102, 104) 및 수평 절연층(110)을 더 관통하여, 플레이트층(101)과 연결될 수 있다. 제1 분리 영역들(MS1)은 x 방향을 따라 하나로 연장되고, 제2 분리 영역들(MS2a, MS2b)은 한 쌍의 제1 분리 영역들(MS1)의 사이에서 단속적으로 연장되거나, 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 중앙 분리 영역들(MS2a)은 제1 영역(R1)에서 하나로 연장되며, 제2 영역(R2)에서 x 방향을 따라 단속적으로 연장될 수 있다. 제2 보조 분리 영역들(MS2b)은 제2 영역(R2)에만 배치될 수 있으며, x 방향을 따라 단속적으로 연장될 수 있다. 다만, 실시예들에서, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)의 배치 순서, 개수 등은 도 1에 도시된 것에 한정되지는 않는다. The first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b may be arranged to extend along the x-direction through the gate electrodes 130. The first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b may be arranged parallel to each other. The first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b penetrate the entire gate electrodes 130 stacked on the plate layer 101, and the first and second horizontal conductive layers 102 and 104 below. ) and further penetrate the horizontal insulating layer 110, and may be connected to the plate layer 101. The first separation regions MS1 extend as one along the x-direction, and the second separation regions MS2a and MS2b extend intermittently between the pair of first separation regions MS1 or only in some regions. can be placed. For example, the second central separation regions MS2a may extend as one in the first region R1 and may extend intermittently along the x-direction in the second region R2. The second auxiliary separation regions MS2b may be disposed only in the second region R2 and may extend intermittently along the x-direction. However, in embodiments, the arrangement order and number of the first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b are not limited to those shown in FIG. 1.

제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)에는 분리 절연층(105)이 배치될 수 있다. 분리 절연층(105)은 높은 종횡비로 인하여 플레이트층(101)을 향하면서 폭이 감소되는 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 플레이트층(101)의 상면에 수직한 측면을 가질 수도 있다. 분리 절연층(105)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.A separation insulating layer 105 may be disposed in the first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b. The isolation insulating layer 105 may have a shape whose width decreases toward the plate layer 101 due to its high aspect ratio, but is not limited to this and may have a side surface perpendicular to the upper surface of the plate layer 101. The isolation insulating layer 105 may include an insulating material, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.

상부 분리 영역들(US)은, 도 1에 도시된 것과 같이, 제1 영역(R1)에서, 제1 분리 영역들(MS1)과 제2 중앙 분리 영역(MS2a)의 사이 및 제2 중앙 분리 영역들(MS2a)의 사이에서 x 방향으로 연장될 수 있다. 상부 분리 영역들(US)은 게이트 전극들(130) 중 최상부 상부 게이트 전극(130U)을 포함한 일부의 게이트 전극들(130)을 관통하도록, 제2 영역(R2)의 일부 및 제1 영역(R1)에 배치될 수 있다. 상부 분리 영역들(US)은, 도 2b에 도시된 것과 같이, 예를 들어, 총 세 개의 게이트 전극들(130)을 y 방향에서 서로 분리시킬 수 있다. 다만, 상부 분리 영역들(US)에 의해 분리되는 게이트 전극들(130)의 개수는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 상부 분리 영역들(US)은 상부 분리 절연층(103)을 포함할 수 있다. 상부 분리 절연층(103)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the upper separation areas US are between the first separation areas MS1 and the second central separation area MS2a and the second central separation area in the first area R1. It may extend in the x direction between the fields MS2a. The upper separation regions US are formed through a portion of the second region R2 and the first region R1 so as to penetrate some of the gate electrodes 130 including the uppermost upper gate electrode 130U among the gate electrodes 130. ) can be placed in. The upper separation regions US may, for example, separate a total of three gate electrodes 130 from each other in the y direction, as shown in FIG. 2B. However, the number of gate electrodes 130 separated by the upper isolation regions US may vary in various embodiments. The upper separation regions US may include an upper separation insulating layer 103. The upper isolation insulating layer 103 may include an insulating material, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.

콘택 플러그들(170)은 제2 영역(R2)에서 최상부의 게이트 전극들(130)의 패드 영역들(130P)과 연결될 수 있다. 콘택 플러그들(170)은 셀 영역 절연층(190)의 적어도 일부를 관통하고, 상부로 노출된 게이트 전극들(130)의 패드 영역들(130P) 각각과 연결될 수 있다. 콘택 플러그들(170)은 패드 영역들(130P)의 아래에서 게이트 전극들(130)을 관통하고, 수평 절연층(110), 제2 수평 도전층(104), 및 플레이트층(101)을 관통하여, 주변 회로 영역(PERI) 내의 하부 배선 라인들(280)과 연결될 수 있다. 콘택 플러그들(170)은, 콘택 절연층들(160)에 의해 패드 영역들(130P) 아래의 게이트 전극들(130)과 이격될 수 있다. 콘택 플러그들(170)은, 기판 절연층(121)에 의해 플레이트층(101), 수평 절연층(110), 및 제2 수평 도전층(104)과 이격될 수 있다.The contact plugs 170 may be connected to the pad regions 130P of the uppermost gate electrodes 130 in the second region R2. The contact plugs 170 may penetrate at least a portion of the cell region insulating layer 190 and be connected to each of the pad regions 130P of the gate electrodes 130 exposed above. The contact plugs 170 penetrate the gate electrodes 130 below the pad regions 130P, and penetrate the horizontal insulating layer 110, the second horizontal conductive layer 104, and the plate layer 101. Thus, it can be connected to the lower wiring lines 280 in the peripheral circuit area (PERI). The contact plugs 170 may be spaced apart from the gate electrodes 130 below the pad regions 130P by the contact insulating layers 160 . The contact plugs 170 may be spaced apart from the plate layer 101, the horizontal insulating layer 110, and the second horizontal conductive layer 104 by the substrate insulating layer 121.

도 2a에 도시된 것과 같이, 콘택 플러그들(170) 각각은 z 방향을 따라 연장되는 수직 연장부(170V) 및 수직 연장부(170V)로부터 수평하게 연장되어 패드 영역들(130P)과 접하는 수평 연장부(170H)를 포함할 수 있다. 수평 연장부(170H)는 수직 연장부(170V)의 둘레를 따라 배치되며, 수직 연장부(170V)의 측면으로부터 타 단부까지의 길이는 하부의 콘택 절연층들(160)의 길이보다 짧을 수 있다. 게이트 전극(130)은 제1 영역(R1)으로부터 제2 영역(R2)을 향하여 제1 두께(t1)로 연장되며, 도 3에 도시된 기준면(ls)으로부터 패드 영역들(130P)에서 제1 두께(t1)보다 큰 제2 두께(t2)를 갖도록 z 방향으로 돌출 부분(130PP)을 가질 수 있다. 수평 연장부(170H)는 게이트 전극(130)이 제2 두께(t2)를 갖는 패드 영역(130P)과 접촉할 수 있다.As shown in FIG. 2A, each of the contact plugs 170 has a vertical extension portion 170V extending along the z direction and a horizontal extension extending horizontally from the vertical extension portion 170V to contact the pad regions 130P. It may include part 170H. The horizontal extension part 170H is disposed along the circumference of the vertical extension part 170V, and the length from the side of the vertical extension part 170V to the other end may be shorter than the length of the lower contact insulating layers 160. . The gate electrode 130 extends to a first thickness t1 from the first region R1 toward the second region R2, and has a first thickness t1 in the pad regions 130P from the reference surface ls shown in FIG. 3. It may have a protruding portion 130PP in the z-direction to have a second thickness t2 greater than the thickness t1. The horizontal extension 170H may contact the pad area 130P where the gate electrode 130 has a second thickness t2.

콘택 플러그들(170)은 도전성 물질, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 콘택 플러그들(170)은 측면 및 바닥면을 따라 연장되는 배리어층을 포함하거나, 내부에 에어 갭을 가질 수도 있다. The contact plugs 170 may include a conductive material, for example, at least one of tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), and an alloy thereof. In some embodiments, the contact plugs 170 may include a barrier layer extending along the side and bottom surfaces, or may have an air gap therein.

관통 비아(175)는 소스 구조물(SS), 예컨대 플레이트층(101)의 외측에 배치되며, 메모리 셀 영역(CELL)을 관통하여 주변 회로 영역(PERI)으로 연장될 수 있다. 관통 비아(175)는 메모리 셀 영역(CELL)의 상부 콘택 플러그들(180)과 주변 회로 영역(PERI)의 하부 배선 라인들(280)을 연결하도록 배치될 수 있다. 관통 비아(175)는 셀 영역 절연층(190), 기판 절연층(121) 및 제2 주변 영역 절연층(294)을 관통할 수 있다. 다만, 일부 실시예들에서, 관통 비아(175)는 게이트 전극들(130)로 교체되지 않은 희생 절연층들(118)이 잔존하는 영역에서, 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)의 적층 구조물을 관통하도록 배치될 수도 있다. 관통 비아(175)는 콘택 플러그들(170)과 실질적으로 동일한 레벨에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 관통 비아(175)는 상기 하부 영역 없이 상기 상부 영역이 제3 하부 배선 라인(286)까지 연장되도록 배치될 수도 있다.The through via 175 is disposed outside the source structure SS, for example, the plate layer 101, and may extend through the memory cell region CELL into the peripheral circuit region PERI. The through via 175 may be arranged to connect the upper contact plugs 180 of the memory cell area (CELL) and the lower wiring lines 280 of the peripheral circuit area (PERI). The through via 175 may penetrate the cell region insulating layer 190, the substrate insulating layer 121, and the second peripheral region insulating layer 294. However, in some embodiments, the through via 175 forms sacrificial insulating layers 118 and interlayer insulating layers ( It may be arranged to penetrate the laminated structure of 120). The through via 175 may be disposed at substantially the same level as the contact plugs 170, but is not limited thereto. In some embodiments, the through via 175 may be arranged so that the upper area extends to the third lower wiring line 286 without the lower area.

관통 비아(175)는 콘택 플러그들(170)과 동일한 공정에서 증착되어 콘택 플러그들(170)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 관통 비아(175)는 도전성 물질, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The through via 175 may be deposited in the same process as the contact plugs 170 and may include the same material as the contact plugs 170 . The through via 175 may include a conductive material, for example, at least one of tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), and alloys thereof.

상부 콘택 플러그들(180)은 메모리 셀 영역(CELL) 내의 메모리 셀들과 전기적으로 연결되는 셀 배선 구조물을 구성할 수 있다. 상부 콘택 플러그들(180)은 채널 구조물들(CH), 콘택 플러그들(170), 및 관통 비아(175)와 연결되며, 채널 구조물들(CH) 및 게이트 전극들(130)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상부 콘택 플러그들(180)은 플러그 형태로 도시되었으나, 이에 한정되지는 않으며, 라인 형태를 가질 수도 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 셀 배선 구조물을 구성하는 플러그들 및 배선 라인들의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 상부 콘택 플러그들(180)은 금속을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있다.The upper contact plugs 180 may form a cell wiring structure electrically connected to memory cells in the memory cell area CELL. The upper contact plugs 180 are connected to the channel structures (CH), contact plugs 170, and through vias 175, and may be electrically connected to the channel structures (CH) and the gate electrodes 130. there is. The upper contact plugs 180 are shown in a plug shape, but are not limited thereto and may have a line shape. In example embodiments, the number of plugs and wiring lines constituting the cell wiring structure may vary. The upper contact plugs 180 may include metal, for example, tungsten (W), copper (Cu), aluminum (Al), etc.

셀 영역 절연층(190)은 게이트 전극들(130)의 적층 구조물, 콘택 플러그들(170), 및 기판 절연층(121) 등을 덮도록 배치될 수 있다. 셀 영역 절연층(190)은 절연성 물질로 이루어질 수 있으며, 복수의 절연층들로 이루어질 수도 있다.The cell region insulating layer 190 may be disposed to cover the stacked structure of the gate electrodes 130, the contact plugs 170, and the substrate insulating layer 121. The cell region insulating layer 190 may be made of an insulating material or may be made of a plurality of insulating layers.

도 4는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치(100a)의 개략적인 단면도이다. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 100a according to example embodiments.

도 4의 반도체 장치는 제3 영역(R3)에 제1 더미 구조물(DS1) 및 제2 더미 구조물(DS2)이 더 형성되어 있는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 3의 반도체 장치(100)와 동일하다. The semiconductor device of FIG. 4 is the same as the semiconductor device 100 of FIGS. 1 to 3 except that a first dummy structure DS1 and a second dummy structure DS2 are further formed in the third region R3. do.

더미 구조물들(DS1, DS2)은 플레이트층(101) 상에서 중간 절연층(125) 하부에 배치되며, 하부의 적층 구조물(GS)과 이격되어 배치되는 제1 더미 구조물(DS1) 및 플레이트층(101) 상에서 중간 절연층(125) 상부에 배치되며, 상부의 적층 구조물(GS)과 이격되어 배치되는 제2 더미 구조물(DS2)을 포함할 수 있다. 제1 더미 구조물(DS1)은 '제1 절연성 구조물'로, 제2 더미 구조물(DS2)은 '제2 절연성 구조물'로 지칭될 수 있다.The dummy structures DS1 and DS2 are disposed below the intermediate insulating layer 125 on the plate layer 101, and the first dummy structure DS1 and the plate layer 101 are disposed to be spaced apart from the lower laminated structure GS. ) and may include a second dummy structure DS2 disposed on the middle insulating layer 125 and spaced apart from the upper layered structure GS. The first dummy structure DS1 may be referred to as a 'first insulating structure', and the second dummy structure DS2 may be referred to as a 'second insulating structure'.

제1 더미 구조물(DS1)은 플레이트층(101) 상에 교대로 적층된 제1 절연층들(120) 및 제2 절연층들(118)을 포함할 수 있다. 제1 더미 구조물(DS1)은 계단 형태의 단차들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 절연층들(118)은 서로 다른 길이로 연장되어 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 제2 절연층들(118)은 상기 단차 구조에 의해 하부의 제2 절연층들(118)이 상부의 제2 절연층들(118)보다 길게 연장되는 계단 형태를 이룰 수 있다. 제1 절연층들(120)은 제2 절연층들(118)과 마찬가지로 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 제1 더미 구조물(DS1)은 상기 계단 형태로 인해 상부의 폭이 하부의 폭보다 작은 형상을 가질 수 있다.The first dummy structure DS1 may include first insulating layers 120 and second insulating layers 118 alternately stacked on the plate layer 101 . The first dummy structure DS1 may have steps in the form of steps. For example, the second insulating layers 118 may extend to different lengths to form a stepped structure. The second insulating layers 118 may form a step shape in which the lower second insulating layers 118 extend longer than the upper second insulating layers 118 due to the step structure. Like the second insulating layers 118, the first insulating layers 120 may have a stepped structure in the form of steps. The first dummy structure DS1 may have a shape where the upper width is smaller than the lower width due to the step shape.

제1 더미 구조물(DS1)은 하부의 적층 구조물(GS)과 함께 셀 영역 절연층(190)에 의해 덮일 수 있다. 제1 더미 구조물(DS1)은 플레이트층(101) 상에서 하나 또는 복수개로 배치될 수 있다.The first dummy structure DS1 may be covered by the cell region insulating layer 190 together with the lower stacked structure GS. The first dummy structure DS1 may be arranged one or multiple times on the plate layer 101 .

제2 더미 구조물(DS2)은 제1 더미 구조물(DS1) 상에서 교대로 적층된 제1 절연층들(120) 및 제2 절연층들(118)을 포함할 수 있다. 제2 더미 구조물(DS2)은 계단 형태의 단차들을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 절연층들(118)은 서로 다른 길이로 연장되어 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 제2 절연층들(118)은 상기 단차 구조에 의해 하부의 제2 절연층들(118)이 상부의 제2 절연층들(118)보다 길게 연장되는 계단 형태를 이룰 수 있다. 제1 절연층들(120)은 제2 절연층들(118)과 마찬가지로 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. 제2 더미 구조물(DS2)은 상기 계단 형태로 인해 상부의 폭이 하부의 폭보다 작은 형상을 가질 수 있다.The second dummy structure DS2 may include first insulating layers 120 and second insulating layers 118 alternately stacked on the first dummy structure DS1. The second dummy structure DS2 may have steps in the form of steps. For example, the second insulating layers 118 may extend to different lengths to form a stepped structure. The second insulating layers 118 may form a step shape in which the lower second insulating layers 118 extend longer than the upper second insulating layers 118 due to the step structure. Like the second insulating layers 118, the first insulating layers 120 may have a stepped structure in the form of steps. The second dummy structure DS2 may have a shape where the upper width is smaller than the lower width due to the step shape.

제2 더미 구조물(DS2)은 상부의 적층 구조물(GS2) 및 하부의 적층 구조물(GS1)과 이격되며, 제1 더미 구조물(DS1)과 이격되어 배치될 수 있다. 제2 더미 구조물(DS2)은 제1 더미 구조물(DS1) 상에서 하나 또는 복수개로 배치될 수 있다.The second dummy structure DS2 is spaced apart from the upper stacked structure GS2 and the lower stacked structure GS1, and may be arranged spaced apart from the first dummy structure DS1. The second dummy structure DS2 may be arranged one or multiple times on the first dummy structure DS1.

제1 절연층들(120)은 제1 층간 절연층들(120)과 대응되는 높이 레벨에 위치하며, 제1 층간 절연층들(120)과 실질적으로 동일한 두께 및 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다.The first insulating layers 120 are located at a height level corresponding to the first interlayer insulating layers 120, and may be formed simultaneously with substantially the same thickness and the same material as the first interlayer insulating layers 120. .

제2 절연층들(118)은 게이트 전극들(130)과 대응되는 높이 레벨에 위치할 수 있다. 제2 절연층들(118)은 게이트 전극들(130)과 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있다. 제2 절연층들(118)은 게이트 전극들(130)과 다른 물질로 형성될 수 있으며, 게이트 전극들(130)을 형성하기 위한 공정 중, 게이트 전극들(130)로 치환되는 희생 절연층(118)과 동일한 물질일 수 있다. The second insulating layers 118 may be located at a height level corresponding to the gate electrodes 130 . The second insulating layers 118 may have substantially the same thickness as the gate electrodes 130 . The second insulating layers 118 may be formed of a different material from the gate electrodes 130, and a sacrificial insulating layer ( It may be the same material as 118).

제1 더미 구조물(DS1) 및 제2 더미 구조물(DS2)의 단차 구조에는 도 3의 게이트 전극(130)의 패드 영역(130P)과 같이, 제2 절연층(118) 상의 돌출 부분을 포함할 수 있다. The step structure of the first dummy structure DS1 and the second dummy structure DS2 may include a protruding portion on the second insulating layer 118, such as the pad area 130P of the gate electrode 130 in FIG. 3. there is.

단차 구조에서 노출된 제2 절연층(118) 위에 제1 희생층(131) 및 제2 희생층(132)을 포함하는 돌출 부분이 배치될 수 있다.A protruding portion including the first sacrificial layer 131 and the second sacrificial layer 132 may be disposed on the second insulating layer 118 exposed in the step structure.

제1 희생층(131) 및 제2 희생층(132)은 제2 절연층들(118)이 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물을 포함할 때, 제1 희생층(131)은 희생 절연층들(118)과 동일한 물질을 포함하여, 희생 절연층들(118)과 식각선택비를 갖지 않을 수 있다. 반면, 제2 희생층(132)은 실리콘 붕질화물, 실리콘 탄질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 희생층(132)은 실리콘 붕질화물을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 절연층들(118) 및 제1 희생층(131)은 실리콘 질화물을 포함하고, 제1 희생층(131)도 실리콘 질화물을 포함하고, 제2 희생층(132)은 실리콘 붕질화물을 포함할 수 있다. When the second insulating layers 118 include silicon nitride and silicon oxynitride, the first sacrificial layer 131 and the second sacrificial layer 132 are sacrificial insulating layers 118. ) and may not have an etch selectivity with the sacrificial insulating layers 118. On the other hand, the second sacrificial layer 132 may include at least one of silicon boronitride and silicon carbonitride. Preferably, the second sacrificial layer 132 may include silicon bonitride. In an exemplary embodiment, the second insulating layers 118 and the first sacrificial layer 131 include silicon nitride, the first sacrificial layer 131 also includes silicon nitride, and the second sacrificial layer 132 It may include silicon bonitride.

제1 희생층(131)의 밀도는 제2 희생층(132)의 밀도보다 작을 수 있고, 이에 따라, 제1 희생층(131)의 불산(HF)에 대한 식각율(etch rate)의 범위는 제2 희생층(132)의 불산(HF)에 대한 식각율(etch rate)의 범위보다 클 수 있다. 따라서, 최외면에 노출되어 있는 제2 희생층(132)의 식각율이 더 작아 하부의 제1 희생층(131)이 잔류하면서 식각되어 패드 영역(130P)의 형태를 가질 수 있다. 즉, 각 돌출 부분은 제1 희생층(131)이 제2 절연층(118) 상에서 양 측면이 내측으로 오목하게 함몰되도록 식각될 수 있으며, 제1 희생층(131) 상에 잔류하는 제2 희생층(132)의 상면의 면적이 제1 희생층(131)의 상면의 면적보다 클 수 있다.The density of the first sacrificial layer 131 may be less than the density of the second sacrificial layer 132, and accordingly, the range of the etch rate for hydrofluoric acid (HF) of the first sacrificial layer 131 is It may be greater than the range of the etch rate for hydrofluoric acid (HF) of the second sacrificial layer 132. Accordingly, the etch rate of the second sacrificial layer 132 exposed on the outermost surface is smaller, so that the lower first sacrificial layer 131 remains and is etched to form a pad area 130P. That is, each protruding portion may be etched so that both sides of the first sacrificial layer 131 are recessed inward on the second insulating layer 118, and the second sacrificial layer remaining on the first sacrificial layer 131 may be etched. The area of the top surface of the layer 132 may be larger than the area of the top surface of the first sacrificial layer 131.

패드 영역(130P)의 측면에서는 제1 희생층(131) 및 제2 희생층(132)이 배치되지 않고, 이웃한 패드 영역(130P)과 제1 및 제2 희생층(131, 132)이 절단되어, 한 패드 영역(130P)과 이웃한 제1 절연층(120) 사이에 게이트 그루브(gg)가 형성될 수 있다. 게이트 그루브(gg)는 노출된 제2 절연층(118)의 상면을 일부 함몰하면서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이 제2 절연층(118)의 단부에 제1 희생층(131)이 배치되고, 그 위에 제2 희생층(132)이 배치될 수 있다. 제2 희생층(132)은 제1 희생층(131)의 10 내지 20%의 두께를 충족할 수 있다. On the side of the pad area 130P, the first sacrificial layer 131 and the second sacrificial layer 132 are not disposed, and the adjacent pad area 130P and the first and second sacrificial layers 131 and 132 are cut. Thus, a gate groove gg may be formed between one pad area 130P and the adjacent first insulating layer 120. The gate groove gg may be formed by partially recessing the exposed upper surface of the second insulating layer 118, but is not limited thereto. In this way, the first sacrificial layer 131 may be disposed at the end of the second insulating layer 118, and the second sacrificial layer 132 may be disposed thereon. The second sacrificial layer 132 may satisfy a thickness of 10 to 20% of the first sacrificial layer 131 .

제1 더미 구조물(DS1)은 제2 더미 구조물(DS2)과 수직 방향(예를 들어, z 방향)에서 중첩하지 않을 수 있다. 제2 더미 구조물(DS2)은 제1 더미 구조물(DS1)과 상기 수직 방향에서 중첩하지 않을 수 있다.The first dummy structure DS1 may not overlap the second dummy structure DS2 in the vertical direction (eg, z-direction). The second dummy structure DS2 may not overlap the first dummy structure DS1 in the vertical direction.

제1 및 제2 더미 구조물들(DS1, DS2)을 배치함으로써, 제1 및 제2 적층 구조물들(GS1, GS2)의 x 방향을 따른 양 측에서 계단 구조의 공정 산포를 최소화할 수 있다. 셀 영역 절연층(190)의 평탄화 공정시 셀 영역 절연층(190)의 상부가 플레이트층(101)을 향하여 아래로 국부적으로 함몰되는 디싱(dishing) 현상을 최소화할 수 있다.By arranging the first and second dummy structures DS1 and DS2, process dispersion of the staircase structure can be minimized on both sides of the first and second stacked structures GS1 and GS2 along the x-direction. During the planarization process of the cell region insulating layer 190, a dishing phenomenon in which the upper part of the cell region insulating layer 190 is locally depressed downward toward the plate layer 101 can be minimized.

도 5는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치(100b)의 개략적인 단면도이다. 도 5는 도 2a에 대응되는 단면을 도시한다.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 100b according to example embodiments. Figure 5 shows a cross section corresponding to Figure 2a.

도 5를 참조하면, 반도체 장치(100b)는 웨이퍼 본딩 방식으로 접합된 제1 반도체 구조물(S1) 및 제2 반도체 구조물(S2)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the semiconductor device 100b may include a first semiconductor structure S1 and a second semiconductor structure S2 bonded using a wafer bonding method.

제1 반도체 구조물(S1)에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 주변 회로 영역(PERI)에 대한 설명이 적용될 수 있다. 다만, 제1 반도체 구조물(S1)은, 본딩 구조물인, 제1 본딩 비아들(298), 제1 본딩 금속층들(299)을 더 포함할 수 있다. 제1 본딩 비아들(298)은 최상부의 회로 배선 라인들(280)의 상부에 배치되어, 회로 배선 라인들(280)과 연결될 수 있다. 제1 본딩 금속층들(299)은 적어도 일부가 제1 본딩 비아들(298) 상에서 제1 본딩 비아들(298)과 연결될 수 있다. 제1 본딩 금속층들(299)은 제2 반도체 구조물(S2)의 제2 본딩 금속층들(199)과 연결될 수 있다. 본딩 금속층들(299)은 제2 본딩 금속층들(199)과 함께 제1 반도체 구조물(S1)과 제2 반도체 구조물(S2)의 접합에 따른 전기적 연결 경로를 제공할 수 있다. 제1 본딩 금속층들(299) 중 일부는 하부의 회로 배선 라인들(280)과 연결되지 않고 본딩을 위해서만 배치될 수 있다. 제1 본딩 비아들(298) 및 제1 본딩 금속층들(299)은 도전성 물질, 예를 들어, 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 제1 본딩 절연층은 제1 본딩 금속층들(299)의 둘레에 배치될 수 있다. 제1 본딩 절연층은 제1 본딩 금속층들(299)의 확산 방지층으로도 기능할 수 있으며, 예를 들어, SiN, SiON, SiCN, SiOC, SiOCN, 및 SiO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The description of the peripheral circuit area PERI described above with reference to FIGS. 1 to 3 may be applied to the first semiconductor structure S1. However, the first semiconductor structure S1 may further include first bonding vias 298 and first bonding metal layers 299, which are bonding structures. The first bonding vias 298 may be disposed on top of the uppermost circuit wiring lines 280 and connected to the circuit wiring lines 280 . At least a portion of the first bonding metal layers 299 may be connected to the first bonding vias 298 on the first bonding vias 298 . The first bonding metal layers 299 may be connected to the second bonding metal layers 199 of the second semiconductor structure S2. The bonding metal layers 299, together with the second bonding metal layers 199, may provide an electrical connection path for bonding the first semiconductor structure S1 and the second semiconductor structure S2. Some of the first bonding metal layers 299 may not be connected to the lower circuit wiring lines 280 and may be disposed only for bonding. The first bonding vias 298 and the first bonding metal layers 299 may include a conductive material, for example, copper (Cu). The first bonding insulating layer may be disposed around the first bonding metal layers 299 . The first bonding insulating layer may also function as a diffusion prevention layer of the first bonding metal layers 299 and may include, for example, at least one of SiN, SiON, SiCN, SiOC, SiOCN, and SiO.

제2 반도체 구조물(S2)에 대해서는, 다른 설명이 없는 경우, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 메모리 셀 영역(CELL)에 대한 설명이 적용될 수 있다. 제2 반도체 구조물(S2)은 셀 배선 구조물인, 배선 라인들을 포함할 수 있으며, 본딩 구조물인 제2 본딩 비아들(198), 제2 본딩 금속층들(199)을 더 포함할 수 있다. 제2 반도체 구조물(S2)은 제2 기판(103) 및 기판 절연층(123)의 상면을 덮는 패시베이션층을 더 포함할 수 있다. For the second semiconductor structure S2, unless otherwise specified, the description of the memory cell area CELL described above with reference to FIGS. 1 to 3 may be applied. The second semiconductor structure S2 may include wiring lines, which are cell wiring structures, and may further include second bonding vias 198 and second bonding metal layers 199, which are bonding structures. The second semiconductor structure S2 may further include a passivation layer covering the upper surfaces of the second substrate 103 and the substrate insulating layer 123.

제2 본딩 비아들(198) 및 제2 본딩 금속층들(199)은 플러그들(180)과 연결될 수 있으며, 다층의 셀 배선 구조물(도시하지 않음)에 의해 연결될 수 있다. 제2 본딩 비아들(198)은 셀 배선 라인들과 제2 본딩 금속층들(199)을 연결하고, 제2 본딩 금속층들(199)은 제1 반도체 구조물(S1)의 제1 본딩 금속층들(299)과 접합될 수 있다. 제2 본딩 절연층은 제1 반도체 구조물(S1)의 제1 본딩 절연층과 본딩되어 연결될 수 있다. 제2 본딩 비아들(198) 및 제2 본딩 금속층들(199)은 도전성 물질, 예를 들어, 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 제2 본딩 절연층은 예를 들어, SiO, SiN, SiCN, SiOC, SiON, 및 SiOCN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The second bonding vias 198 and the second bonding metal layers 199 may be connected to the plugs 180 and may be connected by a multilayer cell wiring structure (not shown). The second bonding vias 198 connect the cell wiring lines and the second bonding metal layers 199, and the second bonding metal layers 199 are connected to the first bonding metal layers 299 of the first semiconductor structure S1. ) can be combined with. The second bonding insulating layer may be connected to the first bonding insulating layer of the first semiconductor structure S1 by bonding. The second bonding vias 198 and the second bonding metal layers 199 may include a conductive material, for example, copper (Cu). For example, the second bonding insulating layer may include at least one of SiO, SiN, SiCN, SiOC, SiON, and SiOCN.

제1 및 제2 반도체 구조물들(S1, S2)은, 제1 본딩 금속층들(299)과 제2 본딩 금속층들(199)의 접합 및 제1 본딩 절연층과 제2 본딩 절연층의 접합에 의해 본딩될 수 있다. 제1 본딩 금속층들(299)과 제2 본딩 금속층들(199)의 접합은, 예를 들어 구리(Cu)-구리(Cu) 본딩일 수 있으며, 제1 본딩 절연층과 제2 본딩 절연층의 접합은, 예를 들어 SiCN-SiCN 본딩과 같은 유전체-유전체 본딩일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 구조물들(S1, S2)은 구리(Cu)-구리(Cu) 본딩 및 유전체-유전체 본딩을 포함하는 하이브리드 본딩에 의해 접합될 수 있다. The first and second semiconductor structures S1 and S2 are formed by bonding the first bonding metal layers 299 and the second bonding metal layers 199 and bonding the first bonding insulating layer and the second bonding insulating layer. Can be bonded. The bonding of the first bonding metal layers 299 and the second bonding metal layers 199 may be, for example, copper (Cu)-copper (Cu) bonding, and the bonding of the first bonding insulating layer and the second bonding insulating layer may be, for example, copper (Cu)-copper (Cu) bonding. The bond may be a dielectric-dielectric bond, for example a SiCN-SiCN bond. The first and second semiconductor structures S1 and S2 may be bonded by hybrid bonding including copper (Cu)-copper (Cu) bonding and dielectric-dielectric bonding.

패시베이션층은 제2 기판(103)의 상면 상에 배치될 수 있으며 반도체 장치(100b)를 보호할 수 있다. 패시베이션층은 절연 물질, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 및 실리콘 탄화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 기판 절연층(123)은 콘택 플러그들(170)의 상단을 덮도록 제2 영역(R2) 및 제3 영역(R3)에 넓게 배치될 수 있다. 다만, 예시적인 실시예들에서 기판 절연층(122)은, 콘택 플러그들(170)을 제2 기판(103)과 전기적으로 분리하는 범위 내에서, 배치 형태가 다양하게 변경될 수 있다. The passivation layer may be disposed on the upper surface of the second substrate 103 and may protect the semiconductor device 100b. The passivation layer may include at least one of insulating materials, such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon carbide. The substrate insulating layer 123 may be widely disposed in the second region R2 and the third region R3 to cover the tops of the contact plugs 170 . However, in exemplary embodiments, the substrate insulating layer 122 may be arranged in various ways within the range of electrically separating the contact plugs 170 from the second substrate 103 .

본 실시예에서, 제2 반도체 구조물(S2)은 제1 및 제2 수평 도전층들(102, 104)(도 2b 참조)을 포함하지 않을 수 있다. 채널 구조물들(CH)은 상단을 통해 채널층들(140)이 노출된 상태로 제2 기판(103)과 직접 연결될 수 있다. 다만, 채널 구조물들(CH)과 공통 소스 라인의 전기적 연결 형태는 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있으며, 채널 구조물들 및 소스 구조물이 도 2b의 실시예와 같은 구조를 갖는 것도 가능할 것이다.In this embodiment, the second semiconductor structure S2 may not include the first and second horizontal conductive layers 102 and 104 (see FIG. 2B). The channel structures CH may be directly connected to the second substrate 103 with the channel layers 140 exposed through the top. However, the electrical connection form of the channel structures CH and the common source line may be changed in various embodiments, and it may be possible for the channel structures and the source structure to have the same structure as the embodiment of FIG. 2B.

도 6a 내지 도 6k은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다. 도 6a 내지 도 6k는 도 2a에 대응되는 단면을 도시한 것이다.6A to 6K are schematic cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. FIGS. 6A to 6K show cross sections corresponding to FIG. 2A.

도 6a를 참조하면, 기판(201) 상에 주변 회로 영역(PERI)을 이루는 회로 소자들(220), 하부 배선 구조물, 및 주변 영역 절연층(290)을 형성하고, 제2 주변 영역 절연층(294)에 개구부들을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6A, circuit elements 220, a lower wiring structure, and a peripheral region insulating layer 290 forming a peripheral circuit region (PERI) are formed on the substrate 201, and a second peripheral region insulating layer ( 294), openings may be formed.

먼저, 기판(201) 내에 소자 분리층들(210)을 형성하고, 기판(201) 상에 회로 게이트 유전층(222) 및 회로 게이트 전극(225)을 순차적으로 형성할 수 있다. 소자 분리층들(210)은 예를 들어, 쉘로우 트랜치 소자 분리(shallow trench isolation, STI) 공정에 의하여 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극(225)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 형성될 수 있다. 회로 게이트 유전층(222)은 실리콘 산화물로 형성되고, 회로 게이트 전극(225)은 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다음으로, 회로 게이트 유전층(222)과 회로 게이트 전극(225)의 양 측벽에 스페이서층(224), 및 불순물 영역들(205)을 형성할 수 있다. 실시예들에 따라, 스페이서층(224)은 복수의 층들로 이루어질 수도 있다. 불순물 영역들(205)은 이온 주입 공정을 수행하여 형성할 수 있다. First, device isolation layers 210 may be formed within the substrate 201, and a circuit gate dielectric layer 222 and a circuit gate electrode 225 may be sequentially formed on the substrate 201. The device isolation layers 210 may be formed by, for example, a shallow trench isolation (STI) process. The circuit gate dielectric layer 222 and the circuit gate electrode 225 may be formed using atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). The circuit gate dielectric layer 222 may be formed of silicon oxide, and the circuit gate electrode 225 may be formed of at least one of polycrystalline silicon or a metal silicide layer, but is not limited thereto. Next, a spacer layer 224 and impurity regions 205 may be formed on both sidewalls of the circuit gate dielectric layer 222 and the circuit gate electrode 225. Depending on embodiments, the spacer layer 224 may be composed of multiple layers. The impurity regions 205 may be formed by performing an ion implantation process.

상기 하부 배선 구조물 중 하부 콘택 플러그들(270)은 제1 주변 영역 절연층(292)을 일부 형성한 후, 일부를 식각하여 제거하고 도전성 물질을 매립함으로써 형성할 수 있다. 하부 배선 라인들(280)은, 예를 들어, 도전성 물질을 증착한 후 이를 패터닝함으로써 형성할 수 있다. The lower contact plugs 270 of the lower wiring structure can be formed by forming a portion of the first peripheral area insulating layer 292, then removing a portion by etching, and then burying the first peripheral region insulating layer 292 with a conductive material. The lower wiring lines 280 can be formed, for example, by depositing a conductive material and then patterning it.

제1 주변 영역 절연층(292)은 복수 개의 절연층들로 이루어질 수 있다. 제1 주변 영역 절연층(292)은 상기 하부 배선 구조물을 형성하는 각 단계들에서 일부가 될 수 있다. 제1 주변 영역 절연층(292) 상에는 제3 하부 배선 라인(286)의 상면을 덮는 하부 보호층(298)이 형성될 수 있다. 하부 보호층(298) 상에는 제2 주변 영역 절연층(294)이 형성될 수 있다. 이에 의해, 주변 회로 영역(PERI)이 모두 형성될 수 있다. 다음으로, 제2 주변 영역 절연층(294)을 일부 제거하여 개구부들을 형성할 수 있다. 개구부들은 도 2a의 콘택 플러그들(170), 및 관통 비아(175)가 형성될 영역에 형성될 수 있다. The first peripheral area insulating layer 292 may be composed of a plurality of insulating layers. The first peripheral area insulating layer 292 may be part of each step of forming the lower wiring structure. A lower protective layer 298 may be formed on the first peripheral area insulating layer 292 to cover the upper surface of the third lower wiring line 286. A second peripheral area insulating layer 294 may be formed on the lower protective layer 298. As a result, the entire peripheral circuit area (PERI) can be formed. Next, openings may be formed by partially removing the second peripheral area insulating layer 294. Openings may be formed in areas where the contact plugs 170 and through vias 175 of FIG. 2A are to be formed.

도 6b를 참조하면, 플레이트층(101)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6B, the plate layer 101 can be formed.

개구부들을 플레이트층(101)을 이루는 물질로 채우고 상부에 플레이트층(101)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 패드들(CP)이 형성될 수 있다. 패드들(CP)은 후속 공정을 통해, 도 2a의 콘택 플러그들(170) 및 관통 비아(175)의 하부 영역으로 교체되는 층일 수 있다. 플레이트층(101)은 예를 들어, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으며, CVD 공정에 의해 형성할 수 있다.The openings may be filled with a material forming the plate layer 101 and the plate layer 101 may be formed on the top. As a result, pads CP may be formed. The pads CP may be a layer that is replaced with the lower region of the contact plugs 170 and the through via 175 of FIG. 2A through a subsequent process. The plate layer 101 may be made of, for example, polycrystalline silicon and may be formed through a CVD process.

플레이트층(101) 상에 수평 절연층(110) 및 제2 수평 도전층(104)을 형성하고, 플레이트층(101), 수평 절연층(110), 및 제2 수평 도전층(104)을 관통하는 개구부들을 형성할 수 있다.A horizontal insulating layer 110 and a second horizontal conductive layer 104 are formed on the plate layer 101 and penetrate through the plate layer 101, the horizontal insulating layer 110, and the second horizontal conductive layer 104. Openings can be formed.

수평 절연층(110)을 이루는 제1 및 제2 수평 절연층들(111, 112)은 교대로 플레이트층(101) 상에 적층될 수 있다. 수평 절연층(110)은 후속 공정을 통해 일부가 제1 수평 도전층(102)(도 2a 참조)으로 교체되는 층일 수 있다. 제1 수평 절연층들(111)은 제2 수평 절연층(112)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 절연층들(111)은 층간 절연층들(120)과 동일한 물질로 이루어지고, 제2 수평 절연층(112)은 후속의 희생 절연층들(118)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 수평 절연층(110)은 일부 영역들, 예를 들어 제2 영역(R2)에서 일부가 패터닝 공정에 의해 제거될 수 있다. The first and second horizontal insulating layers 111 and 112 forming the horizontal insulating layer 110 may be alternately stacked on the plate layer 101. The horizontal insulating layer 110 may be a layer that is partially replaced with the first horizontal conductive layer 102 (see FIG. 2A) through a subsequent process. The first horizontal insulating layers 111 may include a material different from that of the second horizontal insulating layer 112 . For example, the first horizontal insulating layers 111 are made of the same material as the interlayer insulating layers 120, and the second horizontal insulating layers 112 are made of the same material as the subsequent sacrificial insulating layers 118. It can be done. The horizontal insulating layer 110 may be partially removed from some regions, for example, the second region R2, through a patterning process.

제2 수평 도전층(104)은 수평 절연층(110) 상에 형성되며, 수평 절연층(110)이 제거된 영역에서 플레이트층(101)과 접촉될 수 있다. 이에 따라, 제2 수평 도전층(104)은 수평 절연층(110)의 단부들을 따라 절곡되며, 상기 단부들을 덮고 플레이트층(101) 상으로 연장될 수 있다. 개구부들은 제2 영역(R2)에서 패드들이 노출되도록, 플레이트층(101), 수평 절연층(110), 및 제2 수평 도전층(104)을 일부 제거하여 형성할 수 있다. The second horizontal conductive layer 104 is formed on the horizontal insulating layer 110 and may be in contact with the plate layer 101 in the area where the horizontal insulating layer 110 has been removed. Accordingly, the second horizontal conductive layer 104 may be bent along the ends of the horizontal insulating layer 110, cover the ends, and extend onto the plate layer 101. The openings may be formed by partially removing the plate layer 101, the horizontal insulating layer 110, and the second horizontal conductive layer 104 so that the pads are exposed in the second region R2.

개구부들 내에 기판 절연층(121)을 형성할 수 있다. 기판 절연층(121)은 개구부들 및 제3 영역(R3)의 플레이트층(101), 수평 절연층(110), 및 제2 수평 도전층(104)이 제거된 영역을 채우는 절연 물질을 증착한 후, 물리적 화학적 연마(Chemical Mechanical Planarization, CMP)와 같은 평탄화 공정을 수행하여 형성할 수 있다.A substrate insulating layer 121 may be formed within the openings. The substrate insulating layer 121 is formed by depositing an insulating material that fills the openings and the area from which the plate layer 101, the horizontal insulating layer 110, and the second horizontal conductive layer 104 of the third region R3 were removed. Afterwards, it can be formed by performing a planarization process such as physical and chemical polishing (Chemical Mechanical Planarization, CMP).

도 6c를 참조하면, 제2 수평 도전층(104) 상에 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)을 교대로 적층하여 하부 몰드 구조물을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6C, the lower mold structure may be formed by alternately stacking sacrificial insulating layers 118 and interlayer insulating layers 120 on the second horizontal conductive layer 104.

희생 절연층들(118)은 후속 공정을 통해 적어도 일부가 게이트 전극들(130)(도 2a 참조)로 교체되는 층일 수 있다. 희생 절연층들(118)은 층간 절연층들(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있으며, 층간 절연층들(120)에 대해 특정 식각 조건에서 식각 선택성을 가지고 식각될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(120)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 한가지로 이루어질 수 있고, 희생 절연층들(118)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드 및 실리콘 질화물 중에서 선택되는 층간 절연층(120)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. 실시예들에서, 층간 절연층들(120)의 두께는 모두 동일하지 않을 수 있다. 다음으로, 제2 영역(R2)에서 상부의 희생 절연층들(118)이 하부의 희생 절연층들(118)보다 짧게 연장되도록, 마스크층을 이용하여 희생 절연층들(118)에 대한 포토 리소그래피 공정 및 식각 공정을 반복하여 수행할 수 있다. 이에 의해, 희생 절연층들(118)은 소정 단위로 계단 형태의 단차 구조를 이룰 수 있다. The sacrificial insulating layers 118 may be a layer that is at least partially replaced with the gate electrodes 130 (see FIG. 2A) through a subsequent process. The sacrificial insulating layers 118 may be made of a material different from the interlayer insulating layers 120, and may be formed of a material that can be etched with etch selectivity under specific etching conditions with respect to the interlayer insulating layers 120. . For example, the interlayer insulating layer 120 may be made of at least one of silicon oxide and silicon nitride, and the sacrificial insulating layers 118 may be made of an interlayer insulating layer 120 selected from silicon, silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride. ) and may be made of other materials. In embodiments, the thicknesses of the interlayer insulating layers 120 may not all be the same. Next, photolithography is performed on the sacrificial insulating layers 118 using a mask layer so that the upper sacrificial insulating layers 118 extend shorter than the lower sacrificial insulating layers 118 in the second region R2. The process and etching process can be performed repeatedly. As a result, the sacrificial insulating layers 118 can form a stepped structure in the form of steps in predetermined units.

도 6d를 참고하면, 연장 영역(R2) 내에서 희생 절연층들(118)의 계단 형태의 단차 구조 상에 제1 예비 희생층(131P)과 제2 예비 희생층(132P)이 순차적으로 형성될 수 있다. 단차 구조에서 노출된 희생 절연층들(118) 상에 제1 예비 희생층(131P)과 제2 예비 희생층(132P)이 순차적으로 적층될 수 있다.Referring to FIG. 6D, a first preliminary sacrificial layer 131P and a second preliminary sacrificial layer 132P are sequentially formed on the stepped structure of the sacrificial insulating layers 118 in the extended region R2. You can. A first preliminary sacrificial layer 131P and a second preliminary sacrificial layer 132P may be sequentially stacked on the sacrificial insulating layers 118 exposed in the step structure.

예시적인 실시예들에서, 제1 예비 희생층(131P) 또는 제2 예비 희생층(132P)은 희생 절연층들(118)과 동일한 절연 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 예비 희생층(131P) 또는 제2 예비 희생층(132P)은 희생 절연층들(118)에 대하여 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 희생 절연층들(118)이 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물을 포함할 때, 제1 희생층(131)은 희생 절연층들(118)과 동일한 물질을 포함하여, 희생 절연층들(118)과 식각선택비를 갖지 않을 수 있다. 반면, 제2 예비 희생층(132P)은 실리콘 붕질화물(SiBN), 실리콘 탄질화물(SiCN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 예비 희생층(132P)는 실리콘 붕질화물을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 희생 절연층들(118)은 실리콘 질화물을 포함하고, 제1 예비 희생층(131P)도 실리콘 질화물을 포함하고, 제2 예비 희생층(132P)은 실리콘 붕질화물을 포함할 수 있다. In example embodiments, the first preliminary sacrificial layer 131P or the second preliminary sacrificial layer 132P may include the same insulating material as the sacrificial insulating layers 118 . In other embodiments, the first preliminary sacrificial layer 131P or the second preliminary sacrificial layer 132P may include a material having an etch selectivity with respect to the sacrificial insulating layers 118 . For example, when the sacrificial insulating layers 118 include silicon nitride and silicon oxynitride, the first sacrificial layer 131 includes the same material as the sacrificial insulating layers 118, and the sacrificial insulating layers ( 118) and may not have an etch selectivity. On the other hand, the second preliminary sacrificial layer 132P may include at least one of silicon boronitride (SiBN) and silicon carbonitride (SiCN). Preferably, the second preliminary sacrificial layer 132P may include silicon boronitride. In an exemplary embodiment, the sacrificial insulating layers 118 may include silicon nitride, the first preliminary sacrificial layer 131P may also include silicon nitride, and the second preliminary sacrificial layer 132P may include silicon boronitride. You can.

제1 예비 희생층(131P)의 밀도는 제2 예비 희생층(132P)의 밀도보다 작을 수 있고, 이에 따라, 제1 예비 희생층(131P)의 불산(HF)에 대한 식각율(etch rate)의 범위는 제2 예비 희생층(132P)의 불산(HF)에 대한 식각율(etch rate)의 범위보다 클 수 있다. The density of the first preliminary sacrificial layer 131P may be less than the density of the second preliminary sacrificial layer 132P, and accordingly, the etch rate of the first preliminary sacrificial layer 131P with respect to hydrofluoric acid (HF) The range of may be greater than the range of the etch rate for hydrofluoric acid (HF) of the second preliminary sacrificial layer 132P.

이때, 제1 예비 희생층(131P) 및 제2 예비 희생층(132P)은 계단 형태의 단차 구조에서 증착 방향에 의해 수평 희생층(118)의 상면에 배치되는 영역과 측면에 배치되는 영역의 두께가 서로 상이하게 적층될 수 있다.At this time, the first preliminary sacrificial layer 131P and the second preliminary sacrificial layer 132P have a thickness of the area disposed on the upper surface and the area disposed on the side of the horizontal sacrificial layer 118 according to the deposition direction in a stepped structure. may be stacked differently from each other.

구체적으로, 제1 예비 희생층(131P)은 희생 절연층들(118)의 상면 위에 제4 두께(t4)를 가지며, 희생 절연층들(118)의 측면에서는 제4 두께(t4)보다 작은 제5 두께(t5)를 갖도록 증착될 수 있다. 제4 두께(t4)는 희생 절연층들(118)의 두께인 제1 두께(t1)보다 작을 수 있으며, 제1 두께(t1)에 대하여 1/2 이상 2/3 이하의 두께를 충족할 수 있다. 또한, 제5 두께(t5)는 제4 두께(t4)의 40 내지 60%를 충족할 수 있으며, 바람직하게는 1/2 정도를 충족할 수 있다. 일 예로, 희생 절연층들(118)의 제1 두께(t1)가 약 150Å인 경우, 제4 두께(t4)는 약 100Å일 수 있으며, 제5 두께(t5)는 약 50Å일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제2 예비 희생층(132P)은 제1 예비 희생층(131P)의 상면 위에 제6 두께(t6)를 가지며, 제1 예비 희생층(131P)의 측면에서는 제6 두께(t6)보다 작은 제7 두께(t7)를 갖도록 증착될 수 있다. 제6 두께(t6)는 제4 두께(t4)와 실질적으로 동일할 수 있고, 희생 절연층들(118)의 두께인 제1 두께(t1)보다 작을 수 있으며, 제1 두께(t1)에 대하여 1/2 이상 4/5 이하의 두께를 충족할 수 있다. 또한, 제7 두께(t7)는 실질적으로 제5 두께(t5)와 동일할 수 있고, 제6 두께(t6)의 40 내지 60%를 충족할 수 있으며, 바람직하게는 1/2 정도를 충족할 수 있다. 따라서, 제6 두께(t6)는 약 100Å일 수 있으며, 제7 두께(t7)는 약 50Å일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 희생 절연층들(118)의 상면에는 약 200Å 정도의 예비 희생층들(131P, 132P)이 적층될 수 있고, 측면에는 100Å 정도의 예비 희생층들(131P, 132P)이 적층될 수 있다. Specifically, the first preliminary sacrificial layer 131P has a fourth thickness t4 on the upper surface of the sacrificial insulating layers 118, and has a fourth thickness t4 on the side of the sacrificial insulating layers 118. 5 It can be deposited to have a thickness (t5). The fourth thickness t4 may be smaller than the first thickness t1, which is the thickness of the sacrificial insulating layers 118, and may satisfy a thickness of 1/2 to 2/3 of the first thickness t1. there is. Additionally, the fifth thickness t5 may satisfy 40 to 60% of the fourth thickness t4, and may preferably satisfy approximately 1/2. For example, when the first thickness t1 of the sacrificial insulating layers 118 is about 150 Å, the fourth thickness t4 may be about 100 Å, and the fifth thickness t5 may be about 50 Å. It is not limited. Meanwhile, the second preliminary sacrificial layer 132P has a sixth thickness t6 on the top surface of the first preliminary sacrificial layer 131P, and has a thickness smaller than the sixth thickness t6 on the side of the first preliminary sacrificial layer 131P. It may be deposited to have a seventh thickness t7. The sixth thickness t6 may be substantially equal to the fourth thickness t4 and may be smaller than the first thickness t1, which is the thickness of the sacrificial insulating layers 118, with respect to the first thickness t1. It can meet thicknesses of 1/2 to 4/5. In addition, the seventh thickness t7 may be substantially the same as the fifth thickness t5, and may satisfy 40 to 60% of the sixth thickness t6, preferably about 1/2. You can. Accordingly, the sixth thickness t6 may be about 100 Å, and the seventh thickness t7 may be about 50 Å, but are not limited thereto. Accordingly, preliminary sacrificial layers 131P and 132P of approximately 200 Å may be stacked on the upper surface of the sacrificial insulating layers 118, and preliminary sacrificial layers 131P and 132P of approximately 100 Å may be stacked on the side surfaces of the sacrificial insulating layers 118. .

도 6e를 참고하면, 예비 희생층들(131P, 132P)이 적층된 상태로 식각을 진행하여, 계단 형태의 단차 구조의 측면에 배치되어 있는 예비 희생층들(131P, 132P)을 제거하여 게이트 그루브(gg)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6E, etching is performed with the preliminary sacrificial layers 131P and 132P stacked, thereby removing the preliminary sacrificial layers 131P and 132P disposed on the sides of the step-shaped step structure to form a gate groove. (gg) can be formed.

구체적으로, 특정한 식각액, 일 예로, 불산(HF) 액에 대하여, 전체적으로 식각을 진행하면, 비교적 얇은 두께를 가지는 측면의 예비 희생층들(131P, 132P)이 먼저 식각될 수 있다.Specifically, when overall etching is performed with a specific etchant, for example, hydrofluoric acid (HF) solution, the preliminary sacrificial layers 131P and 132P on the side having a relatively thin thickness may be etched first.

이때, 희생 절연층(118)의 상면에는 측면보다 2배 이상의 두께를 가지는 예비 희생층들(131P, 132P)이 배치되어 있으며, 외면에 배치되는 제2 예비 희생층(132P)이 제1 예비 희생층(131P)보다 불산에 대한 식각율이 더 낮으므로, 측면의 제2 예비 희생층(132P)이 모두 제거될 동안 상면의 제2 예비 희생층(132P)이 측면에서 식각된 두께만큼 제거되더라도 일부가 잔류하게 된다. 또한, 측면에서는 노출된 제1 예비 희생층(131P)이 모두 제거될 동안 상면에 잔류하는 제2 예비 희생층(132P)의 일부가 식각될 수 있다. 따라서, 측면에서 제1 및 제2 예비 희생층(131P, 132P)이 모두 제거될 동안, 상면에서는 제2 예비 희생층(132P)이 전부 제거되지 않고 일부 잔류할 수 있다. 이 때, 잔류하는 제2 예비 희생층(132P)의 제8 두께(t8)는 제6 두께(t6)에 대하여 10 내지 20%를 충족할 수 있다. 따라서, 계단 형태의 단차 구조에서 노출된 희생 절연층(118)의 끝단에 패드 영역(130P)의 돌출 부분(130PP)과 동일한 형상을 가지는 이루는 예비 패드 영역이 형성될 수 있다. 예비 패드 영역은 도 3에 설명한 바와 같이, 제1 예비 희생층(131P)이 희생 절연층(118)의 측면으로부터 내측으로 함몰되도록 식각되어 제1 희생층(131)을 형성하고, 제1 희생층(131) 상에 잔류하는 제2 희생층(132)의 상단(n1, n2)이 외부로 돌출되는 첨단을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 예비 희생층(132P)보다 제1 예비 희생층(131P)의 식각율이 더 높으므로, 제2 희생층(132)의 하부에서 제1 희생층(131)이 더 식각되어 외측으로부터 오목하게 함몰되는 곡면을 갖는 측면이 형성될 수 있다.At this time, preliminary sacrificial layers 131P and 132P having a thickness more than twice that of the side surface are disposed on the upper surface of the sacrificial insulating layer 118, and the second preliminary sacrificial layer 132P disposed on the outer surface is the first preliminary sacrificial layer. Since the etching rate for hydrofluoric acid is lower than that of the layer 131P, even if the second preliminary sacrificial layer 132P on the upper surface is removed by the thickness etched from the side while all of the second preliminary sacrificial layer 132P on the side is removed, a portion of the second preliminary sacrificial layer 132P on the side is removed. will remain. Additionally, while all of the exposed first preliminary sacrificial layer 131P is removed from the side surface, a portion of the second preliminary sacrificial layer 132P remaining on the upper surface may be etched. Accordingly, while all of the first and second preliminary sacrificial layers 131P and 132P are removed from the side, some of the second preliminary sacrificial layer 132P may not be completely removed but may remain on the top. At this time, the eighth thickness t8 of the remaining second preliminary sacrificial layer 132P may satisfy 10 to 20% of the sixth thickness t6. Accordingly, a preliminary pad area having the same shape as the protruding portion 130PP of the pad area 130P may be formed at the end of the sacrificial insulating layer 118 exposed in the stepped structure. As described in FIG. 3, the preliminary pad area is etched so that the first preliminary sacrificial layer 131P is recessed inward from the side of the sacrificial insulating layer 118 to form the first sacrificial layer 131, and the first sacrificial layer 131P is etched to form the first sacrificial layer 131. The upper ends (n1, n2) of the second sacrificial layer 132 remaining on (131) may be formed to have tips protruding outward. That is, since the etch rate of the first preliminary sacrificial layer 131P is higher than that of the second preliminary sacrificial layer 132P, the first sacrificial layer 131 is further etched from the lower part of the second sacrificial layer 132 from the outside. A side surface having a concavely depressed curved surface may be formed.

이와 같은 식각에 의해 계단 형태의 단차 구조의 측벽에서 제2 예비 희생층(132P)과 제1 예비 희생층(131P)이 모두 제거되며, 이웃한 패드 영역(130P)과 제1 및 제2 희생층(131, 132)이 절단되어, 한 패드 영역(130P)의 내부 측면(S1)과 이웃한 단차 구조의 측벽 사이에 게이트 그루브(gg)가 형성될 수 있다. 게이트 그루브(gg)는 노출된 희생 절연층(118)의 상면을 일부 함몰하면서 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예비 패드 영역이 모두 형성되면, 제1 영역(R1)의 채널 구조물(CH)이 배치되는 영역에 채널 희생층(116)을 형성할 수 있다. 채널 희생층(116)은 실리콘 등과 같은 물질로 형성할 수 있다. 하부 몰드 구조물을 덮도록 하부의 셀 영역 절연층(190)이 형성될 수 있다.By this etching, both the second preliminary sacrificial layer 132P and the first preliminary sacrificial layer 131P are removed from the sidewall of the stepped structure, and the adjacent pad area 130P and the first and second sacrificial layers are removed. (131, 132) may be cut to form a gate groove (gg) between the inner side (S1) of one pad area (130P) and the side wall of the adjacent step structure. The gate groove gg may be formed by partially recessing the exposed upper surface of the sacrificial insulating layer 118, but is not limited thereto. When all of the preliminary pad areas are formed, the channel sacrificial layer 116 may be formed in the area where the channel structure CH of the first area R1 is disposed. The channel sacrificial layer 116 may be formed of a material such as silicon. A lower cell region insulating layer 190 may be formed to cover the lower mold structure.

도 6f를 참고하면, 하부 몰드 구조물 위에 동일한 공정으로 상부 몰드 구조물을 형성하고, 채널 구조물(CH)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6F, the upper mold structure can be formed on the lower mold structure through the same process, and the channel structure (CH) can be formed.

도 6b 내지 도 6e의 공정을 반복하여 상부 몰드 구조물의 계단 형태의 단차 구조에 제1 희생층(131) 및 제2 희생층(132)으로 다른 희생 절연층들(118)보다 더 큰 두께를 가지는 예비 패드 영역을 각각 형성할 수 있다.The process of FIGS. 6B to 6E is repeated to form a first sacrificial layer 131 and a second sacrificial layer 132 in the stepped structure of the upper mold structure, which have a greater thickness than the other sacrificial insulating layers 118. Each spare pad area can be formed.

이와 같이, 제1 및 제2 희생층(131, 132)을 밀도가 상이하고, 동일한 식각액에 대한 식각율이 상이한 물질을 적용함으로써, 패드 영역(130P)의 형상이 특정되며, 별도의 플라즈마 처리 없이 측면만의 선택적 제거가 가능할 수 있다. 다만, 제2 희생층(132)의 증착 두께를 더 얇게 형성하는 경우, 플라즈마 처리에 의해 상면을 선택적으로 구조 변경하여 식각 선택성을 더욱 강화할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In this way, by applying materials with different densities and different etch rates for the same etchant to the first and second sacrificial layers 131 and 132, the shape of the pad area 130P is specified, and the shape of the pad area 130P is specified without separate plasma treatment. Selective removal of only the side may be possible. However, when the deposition thickness of the second sacrificial layer 132 is formed thinner, etch selectivity can be further enhanced by selectively changing the structure of the upper surface through plasma treatment, but the etch selectivity is not limited to this.

다음으로, 상부 몰드 구조물을 덮는 상부의 셀 영역 절연층(190)을 형성하고, 상부 분리 영역들(US)(도 2b 참조)을 형성할 수 있다. 상부 분리 영역들(US)은, 최상부로부터 소정 개수의 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)을 제거하거 한 후, 절연 물질을 증착하여 상부 분리 절연층(103)(도 2b 참조)을 형성함으로써 형성할 수 있다.Next, an upper cell region insulating layer 190 covering the upper mold structure may be formed, and upper separation regions US (see FIG. 2B) may be formed. The upper separation regions US are formed by removing a predetermined number of sacrificial insulating layers 118 and interlayer insulating layers 120 from the top, and then depositing an insulating material to form the upper separation insulating layer 103 (FIG. 2b). It can be formed by forming (reference).

채널 구조물들(CH)은 마스크층을 이용하여 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)을 이방성 식각하여 형성할 수 있으며, 홀 형태의 채널홀들을 형성한 후 이를 매립함으로써 형성될 수 있다. 상기 채널홀들은 플레이트층(101)의 일부를 리세스하도록 형성될 수 있다. 상기 채널홀들 내에 게이트 유전층(145)의 적어도 일부, 채널층(140), 채널 매립 절연층(147) 및 채널 패드(149)를 순차적으로 형성하여 채널 구조물들(CH)을 형성할 수 있다. 게이트 유전층(145)은 ALD 또는 CVD 공정을 이용하여 균일한 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 본 단계에서 게이트 유전층(145)은 전부 또는 일부가 형성될 수 있으며, 채널 구조물들(CH)을 따라 플레이트층(101)에 수직하게 연장되는 부분이 본 단계에서 형성될 수 있다. 채널층(140)은 상기 채널홀들 내에서 게이트 유전층(145) 상에 형성될 수 있다. 채널 매립 절연층(147)은 상기 채널홀들을 충전하도록 형성되며, 절연 물질일 수 있다. 채널 패드(149)는 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.The channel structures (CH) can be formed by anisotropically etching the sacrificial insulating layers 118 and the interlayer insulating layers 120 using a mask layer, and can be formed by forming hole-shaped channel holes and then filling them. You can. The channel holes may be formed to recess a portion of the plate layer 101. Channel structures CH may be formed by sequentially forming at least a portion of the gate dielectric layer 145, the channel layer 140, the channel buried insulating layer 147, and the channel pad 149 in the channel holes. The gate dielectric layer 145 may be formed to have a uniform thickness using an ALD or CVD process. In this step, the gate dielectric layer 145 may be formed in whole or in part, and a portion extending perpendicular to the plate layer 101 along the channel structures CH may be formed in this step. A channel layer 140 may be formed on the gate dielectric layer 145 within the channel holes. The channel filling insulating layer 147 is formed to fill the channel holes and may be made of an insulating material. The channel pad 149 may be made of a conductive material, for example, polycrystalline silicon.

채널 구조물들(CH)을 형성한 후, 서포트 구조물들(DCH)(도 1 참조)도, 유사한 방식으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 서포트 구조물들(DCH)은, 상기 적층 구조물을 관통하는 서포트 홀들을 형성한 후, 상기 서포트 홀들을 절연 물질로 매립함으로써 형성될 수 있다. After forming the channel structures (CH), the support structures (DCH) (see FIG. 1) can also be formed in a similar manner. For example, the support structures DCH may be formed by forming support holes penetrating the laminated structure and then filling the support holes with an insulating material.

도 6g를 참조하면, 제1 콘택홀들(OH1)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 6g, first contact holes OH1 may be formed.

제1 콘택홀들(OH1)은 도 2a의 콘택 플러그들(170) 및 관통 비아(175)에 대응되는 영역들에 형성될 수 있다. 제1 콘택홀들(OH1)은, 콘택 플러그들(170)에 대응하는 영역들에서, 셀 영역 절연층(190), 희생 절연층들(118), 및 층간 절연층들(120)을 관통하고, 하부에서 기판 절연층(121)을 관통하도록 형성될 수 있다. 제1 콘택홀들(OH1)은, 관통 비아(175)에 대응하는 영역에서, 셀 영역 절연층(190), 기판 절연층(121)을 관통할 수 있다. 제1 콘택홀들(OH1)의 바닥면들을 통해 패드들(CP)이 노출될 수 있다. The first contact holes OH1 may be formed in areas corresponding to the contact plugs 170 and through vias 175 of FIG. 2A. The first contact holes OH1 penetrate the cell region insulating layer 190, the sacrificial insulating layers 118, and the interlayer insulating layers 120 in areas corresponding to the contact plugs 170. , may be formed to penetrate the substrate insulating layer 121 from the bottom. The first contact holes OH1 may penetrate the cell region insulating layer 190 and the substrate insulating layer 121 in the area corresponding to the through via 175 . Pads CP may be exposed through bottom surfaces of the first contact holes OH1.

도 6h를 참조하면, 제1 콘택홀들(OH1)에 예비 콘택 절연층들(160p)을 형성하고, 수직 희생층들(119)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6H , preliminary contact insulating layers 160p may be formed in the first contact holes OH1 and vertical sacrificial layers 119 may be formed.

제1 콘택홀들(OH1)을 통해 노출된 희생 절연층들(118)을 일부 제거할 수 있다. 희생 절연층들(118)을 제1 콘택홀들(OH1)의 둘레에서 소정 길이로 제거하여 터널부들을 형성할 수 있다. 상기 터널부들은 최상부의 희생 절연층들(118)에서는 상대적으로 짧은 길이로 형성되고, 그 하부의 희생 절연층들(118)에서는 상대적으로 긴 길이로 형성될 수 있다. Some of the sacrificial insulating layers 118 exposed through the first contact holes OH1 may be removed. Tunnel portions may be formed by removing the sacrificial insulating layers 118 to a predetermined length around the first contact holes OH1. The tunnel portions may be formed to have a relatively short length in the uppermost sacrificial insulating layers 118, and may be formed to have a relatively long length in the sacrificial insulating layers 118 below them.

구체적으로, 처음에는, 반대로 터널부들이 최상부의 희생 절연층들(118)에서 상대적으로 길게 형성될 수 있다. 이는 최상부의 희생 절연층들(118)이 아래의 희생 절연층들(118)보다 상대적으로 식각 속도가 빠른 영역을 포함하는 데에 따른 것일 수 있다. 다음으로, 별도의 희생층을 제1 콘택홀들(OH1) 및 상기 터널부들 내에 형성할 수 있다. 상기 희생층은 식각 속도가 희생 절연층들(118)보다 느린 물질로 이루어질 수 있다. 다음으로, 상기 희생층 및 희생 절연층들(118)의 일부를 제거할 수 있으며, 이 때, 최상부에서는 상기 희생층이 잔존하고, 하부에서는 상기 희생층이 제거된 후 희생 절연층들(118)이 일부 제거될 수 있다. 이에 의해, 최종적으로 상기 터널부들은 최상부의 희생 절연층들(118)에서 상대적으로 짧은 길이로 형성될 수 있다.Specifically, initially, the tunnel portions may be formed to be relatively long in the uppermost sacrificial insulating layers 118 . This may be due to the fact that the uppermost sacrificial insulating layers 118 include a region where the etching rate is relatively faster than that of the sacrificial insulating layers 118 below. Next, a separate sacrificial layer may be formed in the first contact holes OH1 and the tunnel portions. The sacrificial layer may be made of a material whose etch rate is slower than that of the sacrificial insulating layers 118. Next, the sacrificial layer and a portion of the sacrificial insulating layers 118 may be removed. At this time, the sacrificial layer remains at the uppermost part, and the sacrificial insulating layers 118 remain at the lower part after the sacrificial layer is removed. Some of this can be removed. As a result, the tunnel portions can ultimately be formed to have a relatively short length in the uppermost sacrificial insulating layers 118.

제1 콘택홀들(OH1) 및 상기 터널부들 내에 절연 물질을 증착하여, 예비 콘택 절연층들(160p)을 형성할 수 있다. 예비 콘택 절연층들(160p)은 제1 콘택홀들(OH1)의 측벽 상에 형성되고, 상기 터널부들을 채울 수 있다. 최상부의 희생 절연층들(118)에서, 제1 콘택홀들(OH1)은 상기 터널부들을 완전히 채우지 않을 수 있다. An insulating material may be deposited in the first contact holes OH1 and the tunnel portions to form preliminary contact insulating layers 160p. The preliminary contact insulating layers 160p may be formed on the sidewalls of the first contact holes OH1 and fill the tunnel portions. In the uppermost sacrificial insulating layers 118, the first contact holes OH1 may not completely fill the tunnel portions.

수직 희생층들(119)은 제1 콘택홀들(OH1)을 채우고, 최상부의 상기 터널부들을 채울 수 있다. 수직 희생층들(119)은 예비 콘택 절연층들(160p)과 다른 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 다결정 실리콘을 포함할 수 있다.The vertical sacrificial layers 119 may fill the first contact holes OH1 and the uppermost tunnel portions. The vertical sacrificial layers 119 may include a material different from that of the preliminary contact insulating layers 160p, for example, polycrystalline silicon.

도 6i를 참조하면, 제1 수평 도전층(102)을 형성하고, 희생 절연층들(118)을 제거한 후, 게이트 전극들(130)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6I, after forming the first horizontal conductive layer 102 and removing the sacrificial insulating layers 118, gate electrodes 130 may be formed.

먼저, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)(도 1 참조)의 위치에 희생 절연층들(118) 및 층간 절연층들(120)을 관통하여 플레이트층(101)으로 연장되는 개구부들을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 개구부들 내에 별도의 희생 스페이서층들을 형성하면서 에치-백 공정을 수행하여, 제1 영역(R1)에서, 수평 절연층(110)을 선택적으로 제거하고, 노출된 게이트 유전층(145)의 일부도 함께 제거할 수 있다. 수평 절연층(110)이 제거된 영역에 도전성 물질을 증착하여 제1 수평 도전층(102)을 형성한 후, 상기 개구부들 내에서 상기 희생 스페이서층들을 제거할 수 있다. 본 공정에 의해, 제1 영역(R1)에는 제1 수평 도전층(102)이 형성될 수 있다.First, it extends to the plate layer 101 through the sacrificial insulating layers 118 and the interlayer insulating layers 120 at the positions of the first and second separation regions MS1, MS2a, and MS2b (see FIG. 1). Openings can be formed. Next, an etch-back process is performed while forming separate sacrificial spacer layers in the openings to selectively remove the horizontal insulating layer 110 in the first region R1 and expose the gate dielectric layer 145. Parts of can also be removed together. After forming the first horizontal conductive layer 102 by depositing a conductive material in the area where the horizontal insulating layer 110 was removed, the sacrificial spacer layers may be removed from the openings. Through this process, the first horizontal conductive layer 102 may be formed in the first region R1.

다음으로, 희생 절연층들(118), 제1 희생층(131) 및 제2 희생층(132)은 예를 들어, 습식 식각을 이용하여, 층간 절연층들(120), 제2 수평 도전층(104), 및 예비 콘택 절연층들(160p)에 대하여 선택적으로 제거될 수 있다. 게이트 전극들(130)은 희생 절연층들(118)이 제거된 영역들에 도전성 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 도전성 물질은 금속, 다결정 실리콘 또는 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다. Next, the sacrificial insulating layers 118, the first sacrificial layer 131, and the second sacrificial layer 132 are formed into the interlayer insulating layers 120 and the second horizontal conductive layer using, for example, wet etching. 104, and the preliminary contact insulating layers 160p may be selectively removed. The gate electrodes 130 may be formed by depositing a conductive material in areas where the sacrificial insulating layers 118 have been removed. The conductive material may include metal, polycrystalline silicon, or metal silicide material.

따라서, 제1 및 제2 희생층들(131, 132)의 형상을 따라 도전성 물질로 이루어진 패드 영역(130P)이 형성될 수 있으며, 패드 영역(130P)에서 도전성 물질이 내부의 콘택 플러그(170)를 향해 오목하게 함몰되는 곡면을 가지는 측면을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 게이트 전극들(130)의 형성 전에 게이트 유전층(145)의 일부를 먼저 형성할 수도 있다. 게이트 전극들(130)을 형성한 후, 제1 및 제2 분리 영역들(MS1, MS2a, MS2b)의 영역들에 형성된 상기 개구부들 내에 분리 절연층들(105)을 형성할 수 있다. Accordingly, a pad area 130P made of a conductive material may be formed along the shape of the first and second sacrificial layers 131 and 132, and the conductive material in the pad area 130P may be formed in the inner contact plug 170. A side surface having a curved surface that is concavely depressed toward can be formed. In some embodiments, a portion of the gate dielectric layer 145 may be formed first before forming the gate electrodes 130 . After forming the gate electrodes 130, isolation insulating layers 105 may be formed in the openings formed in the first and second isolation regions MS1, MS2a, and MS2b.

도 6j를 참조하면, 수직 희생층들(119)을 제거하고, 노출된 패드들(CP)을 제거하여 제2 콘택홀들(OH2)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6J , the vertical sacrificial layers 119 may be removed and the exposed pads CP may be removed to form second contact holes OH2.

제1 콘택홀들(OH1) 내의 수직 희생층들(119)은 층간 절연층들(120) 및 게이트 전극들(130)에 대하여 선택적으로 제거할 수 있다. 수직 희생층들(119)이 제거된 후 노출된 예비 콘택 절연층들(160p)도 일부 제거할 수 있다. 이 때, 패드 영역들(130P)에서는 예비 콘택 절연층들(160p)이 모두 제거될 수 있으며, 그 아래에서는 잔존하여 콘택 절연층들(160)을 이룰 수 있다. 패드 영역들(130P)에서는, 예비 콘택 절연층들(160p)이 제거된 후 게이트 유전층(145)이 노출되는 경우 게이트 유전층(145)도 제거하여, 게이트 전극들(130)의 측면을 노출시킬 수 있다.The vertical sacrificial layers 119 in the first contact holes OH1 can be selectively removed with respect to the interlayer insulating layers 120 and the gate electrodes 130. After the vertical sacrificial layers 119 are removed, some of the exposed preliminary contact insulating layers 160p may also be removed. At this time, all of the preliminary contact insulating layers 160p may be removed from the pad areas 130P, and may remain below them to form contact insulating layers 160. In the pad areas 130P, when the gate dielectric layer 145 is exposed after the preliminary contact insulating layers 160p are removed, the gate dielectric layer 145 may also be removed to expose the side surfaces of the gate electrodes 130. there is.

수직 희생층들(119)을 제거함으로써 아래의 패드들(CP)이 노출될 수 있다. 패드들(CP)은 플레이트층(101), 기판 절연층(121), 및 주변 영역 절연층(290) 등에 대하여 선택적으로 제거될 수 있다. 패드들(CP)은, 예를 들어, 습식 식각에 의해 제거될 수 있다. 이에 의해, 제1 콘택홀들(OH1)로부터 아래로 연장된 형태의 제2 콘택홀들(OH2)이 형성될 수 있다. By removing the vertical sacrificial layers 119, the pads CP below may be exposed. The pads CP may be selectively removed with respect to the plate layer 101, the substrate insulating layer 121, and the peripheral area insulating layer 290. The pads CP may be removed by, for example, wet etching. As a result, second contact holes OH2 extending downward from the first contact holes OH1 may be formed.

도 6k를 참조하면, 제2 콘택홀들(OH2) 내에 도전성 물질을 증착하여, 콘택 플러그들(170) 및 관통 비아(175)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6K, contact plugs 170 and through vias 175 may be formed by depositing a conductive material in the second contact holes OH2.

콘택 플러그들(170) 및 관통 비아(175)는 동일한 공정 단계에서 함께 형성되므로, 동일한 구조를 가질 수 있다. 콘택 플러그들(170)은 패드 영역들(130P)에서 수평 연장부(170H)(도 3 참조)를 갖도록 형성될 수 있으며, 패드 영역들(130P)의 곡면 내에서 수직한 형상으로 형성될 수 있으며, 확장된 두께의 패드 영역들(130P) 내에 도전성 물질이 매립되어 게이트 전극(130)과 물리적 전기적으로 연결될 수 있다.Since the contact plugs 170 and the through via 175 are formed together in the same process step, they may have the same structure. The contact plugs 170 may be formed to have a horizontal extension portion 170H (see FIG. 3) in the pad areas 130P and may be formed in a vertical shape within the curved surface of the pad areas 130P. , a conductive material may be buried in the pad areas 130P of expanded thickness and may be physically and electrically connected to the gate electrode 130.

다음으로, 도 2a를 함께 참조하면, 채널 구조물들(CH), 콘택 플러그들(170), 및 관통 비아(175)의 상단과 연결되는 상부 콘택 플러그들(180)을 형성하여 반도체 장치(100)가 제조될 수 있다.Next, referring to FIG. 2A together, the semiconductor device 100 is formed by forming the channel structures CH, contact plugs 170, and upper contact plugs 180 connected to the top of the through via 175. can be manufactured.

도 7은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a diagram schematically showing a data storage system including a semiconductor device according to example embodiments.

도 7을 참조하면, 데이터 저장 시스템(1000)은 반도체 장치(1100) 및 반도체 장치(1100)와 전기적으로 연결되는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다. 데이터 저장 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 반도체 장치(1100)를 포함하는 스토리지 장치(storage device) 또는 스토리지 장치를 포함하는 전자 장치(electronic device)일 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 반도체 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. 7 , the data storage system 1000 may include a semiconductor device 1100 and a controller 1200 electrically connected to the semiconductor device 1100. The data storage system 1000 may be a storage device including one or a plurality of semiconductor devices 1100 or an electronic device including a storage device. For example, the data storage 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 semiconductor devices 1100. .

반도체 장치(1100)는 비휘발성 메모리 장치일 수 있으며, 예를 들어, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 NAND 플래쉬 메모리 장치일 수 있다. 반도체 장치(1100)는 제1 구조물(1100F) 및 제1 구조물(1100F) 상의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 구조물(1100F)은 제2 구조물(1100S)의 옆에 배치될 수도 있다. 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 비트라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 워드라인들(WL), 제1 및 제2 게이트 상부 라인들(UL1, UL2), 제1 및 제2 게이트 하부 라인들(LL1, LL2), 및 비트라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이의 메모리 셀 스트링들(CSTR)을 포함하는 메모리 셀 구조물일 수 있다.The semiconductor device 1100 may be a non-volatile memory device, for example, the NAND flash memory device described above with reference to FIGS. 1 to 5 . The semiconductor device 1100 may include a first structure 1100F and a second structure 1100S on the first structure 1100F. In example embodiments, the first structure 1100F may be placed next to the second structure 1100S. 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), 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 lines LL1 and LL2, and memory cell strings CSTR between the bit line BL and the common source line CSL.

제2 구조물(1100S)에서, 각각의 메모리 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 하부 트랜지스터들(LT1, LT2), 비트라인(BL)에 인접하는 상부 트랜지스터들(UT1, UT2), 및 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)과 상부 트랜지스터들(UT1, UT2) 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)을 포함할 수 있다. 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)의 개수와 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다. In the second structure 1100S, each memory cell string CSTR includes lower transistors LT1 and LT2 adjacent to the common source line CSL and upper transistors UT1 and UT1 adjacent to the bit line BL. UT2), 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.

예시적인 실시예들에서, 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)은 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있고, 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)은 접지 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 게이트 하부 라인들(LL1, LL2)은 각각 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)의 게이트 전극일 수 있다. 워드라인들(WL)은 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들일 수 있고, 게이트 상부 라인들(UL1, UL2)은 각각 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)의 게이트 전극일 수 있다. In example embodiments, the upper transistors UT1 and UT2 may include a string select transistor, and the lower transistors LT1 and LT2 may include a ground select transistor. The gate lower lines LL1 and LL2 may be gate electrodes of the lower transistors LT1 and LT2, respectively. The word lines WL may be gate electrodes of the memory cell transistors MCT, and the upper gate lines UL1 and UL2 may be gate electrodes of the upper transistors UT1 and UT2, respectively.

예시적인 실시예들에서, 하부 트랜지스터들(LT1, LT2)은 직렬 연결된 하부 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 접지 선택 트랜지스터(LT2)를 포함할 수 있다. 상부 트랜지스터들(UT1, UT2)은 직렬 연결된 스트링 선택 트랜지스터(UT1) 및 상부 소거 제어 트랜지스터(UT2)를 포함할 수 있다. 하부 소거 제어 트랜지스터(LT1) 및 상부 소거 제어 트랜지스터(UT2) 중 적어도 하나는 GIDL 현상을 이용하여 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 저장된 데이터를 삭제하는 소거 동작에 이용될 수 있다.In example embodiments, the lower transistors LT1 and LT2 may include a lower erase control transistor LT1 and a ground selection transistor LT2 connected in series. The upper transistors UT1 and UT2 may include a string select transistor UT1 and an upper erase control transistor UT2 connected in series. At least one of the lower erase control transistor LT1 and the upper erase control transistor UT2 may be used in an erase operation to erase data stored in the memory cell transistors MCT using the GIDL phenomenon.

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

컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), NAND 컨트롤러(1220), 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 데이터 저장 시스템(1000)은 복수의 반도체 장치들(1100)을 포함할 수 있으며, 이 경우, 컨트롤러(1200)는 복수의 반도체 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 data storage 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 데이터 저장 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, NAND 컨트롤러(1220)를 제어하여 반도체 장치(1100)에 억세스할 수 있다. NAND 컨트롤러(1220)는 반도체 장치(1100)와의 통신을 처리하는 컨트롤러 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. 컨트롤러 인터페이스(1221)를 통해, 반도체 장치(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 반도체 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 반도체 장치(1100)의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로부터 읽어오고자 하는 데이터 등이 전송될 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)는 데이터 저장 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 data storage 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 controller interface 1221 that processes communication with the semiconductor device 1100. Through the controller interface 1221, control commands for controlling the semiconductor device 1100, data to be written to the memory cell transistors (MCT) of the semiconductor device 1100, and memory cell transistors (MCT) of the semiconductor device 1100. Data to be read from MCT) may be transmitted. The host interface 1230 may provide a communication function between the data storage 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 예시적인 실시예에 따른 반도체 장치를 포함하는 데이터 저장 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.8 is a perspective view schematically showing a data storage system including a semiconductor device according to an example embodiment.

도 8을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 데이터 저장 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 형성되는 배선 패턴들(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 8, a data storage system 2000 according to an exemplary 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). The semiconductor package 2003 and the DRAM 2004 may be connected to the controller 2002 through wiring patterns 2005 formed on the main substrate 2001.

메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 복수의 상기 핀들의 개수와 배치는, 데이터 저장 시스템(2000)과 상기 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 데이터 저장 시스템(2000)은 USB(Universal Serial Bus), PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 데이터 저장 시스템(2000)은 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 데이터 저장 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. 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 data storage system 2000 and the external host. In example embodiments, the data storage system 2000 may include Universal Serial Bus (USB), Peripheral Component Interconnect Express (PCI-Express), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), M-Phy for Universal Flash Storage (UFS), etc. It can communicate with an external host according to any one of the interfaces. In example embodiments, the data storage system 2000 may operate with power supplied from an external host through the connector 2006. The data storage 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.

컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(2003)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 데이터 저장 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 data storage system 2000.

DRAM(2004)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(2003)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 데이터 저장 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. 데이터 저장 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 data storage system 2000 may operate as a type of cache memory and may provide space for temporarily storing data during control operations for the semiconductor package 2003. When the data storage 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 구조물(2400), 및 패키지 기판(2100) 상에서 반도체 칩들(2200) 및 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. 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. ), a connection structure 2400 that electrically connects the semiconductor chips 2200 and the package substrate 2100, and a molding layer 2500 that covers the semiconductor chips 2200 and the connection structure 2400 on the package substrate 2100. It can be included.

패키지 기판(2100)은 패키지 상부 패드들(2130)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩(2200)은 입출력 패드(2210)를 포함할 수 있다. 입출력 패드(2210)는 도 7의 입출력 패드(1101)에 해당할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 게이트 적층 구조물들(3210) 및 채널 구조물들(3220)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 반도체 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 an input/output pad 2210. The input/output pad 2210 may correspond to the input/output pad 1101 of FIG. 7 . Each of the semiconductor chips 2200 may include gate stacked structures 3210 and channel structures 3220. Each of the semiconductor chips 2200 may include the semiconductor device described above with reference to FIGS. 1 to 5 .

예시적인 실시예들에서, 연결 구조물(2400)은 입출력 패드(2210)와 패키지 상부 패드들(2130)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어일 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 구조물(2400) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via, TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. In example embodiments, the connection structure 2400 may be a bonding wire that electrically connects the input/output pad 2210 and the top pads 2130 of the package. 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 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 including a.

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

도 9는 예시적인 실시예에 따른 반도체 패키지를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 9는 도 8의 반도체 패키지(2003)의 예시적인 실시예를 설명하며, 도 8의 반도체 패키지(2003)를 절단선 Ⅲ-Ⅲ'를 따라 절단한 영역을 개념적으로 나타낸다.9 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor package according to an exemplary embodiment. FIG. 9 illustrates an exemplary embodiment of the semiconductor package 2003 of FIG. 8 and conceptually shows a region where the semiconductor package 2003 of FIG. 8 is cut along the cutting line III-III'.

도 9를 참조하면, 반도체 패키지(2003)에서, 패키지 기판(2100)은 인쇄회로 기판일 수 있다. 패키지 기판(2100)은 패키지 기판 바디부(2120), 패키지 기판 바디부(2120)의 상면에 배치되는 패키지 상부 패드들(2130)(도 8 참조), 패키지 기판 바디부(2120)의 하면에 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. 하부 패드들(2125)은 도전성 연결부들(2800)을 통해 도 8과 같이 데이터 저장 시스템(2000)의 메인 기판(2001)의 배선 패턴들(2005)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 9, in the semiconductor package 2003, the package substrate 2100 may be a printed circuit board. The package substrate 2100 includes a package substrate body 2120, package upper pads 2130 disposed on the upper surface of the package substrate body 2120 (see FIG. 8), and disposed on the lower surface of the package substrate body 2120. It may include lower pads 2125 exposed through or 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 lower pads 2125 may be connected to the wiring patterns 2005 of the main board 2001 of the data storage system 2000 as shown in FIG. 8 through conductive connectors 2800.

반도체 칩들(2200) 각각은 반도체 기판(3010) 및 반도체 기판(3010) 상에 차례로 적층되는 제1 구조물(3100) 및 제2 구조물(3200)을 포함할 수 있다. 제1 구조물(3100)은 주변 배선들(3110)을 포함하는 주변 회로 영역을 포함할 수 있다. 제2 구조물(3200)은 공통 소스 라인(3205), 공통 소스 라인(3205) 상의 게이트 적층 구조물(3210), 게이트 적층 구조물(3210)을 관통하는 채널 구조물들(3220), 채널 구조물들(3220)과 전기적으로 연결되는 비트 라인들(3240), 및 게이트 적층 구조물(3210)의 워드라인들(WL)(도 7 참조)과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그들(3235)을 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하여 상술한 것과 같이, 반도체 칩들(2200) 각각에서 게이트 전극들(130) 중 복수개는 하나의 콘택 플러그(170)와 공통으로 연결될 수 있다.Each of the semiconductor chips 2200 may include a semiconductor substrate 3010 and a first structure 3100 and a second structure 3200 that are sequentially stacked on the semiconductor substrate 3010. The first structure 3100 may include a peripheral circuit area including peripheral wires 3110. The second structure 3200 includes a common source line 3205, a gate stacked structure 3210 on the common source line 3205, channel structures 3220 penetrating the gate stacked structure 3210, and channel structures 3220. It may include bit lines 3240 electrically connected to and contact plugs 3235 electrically connected to word lines WL of the gate stacked structure 3210 (see FIG. 7 ). As described above with reference to FIGS. 1 to 5 , a plurality of gate electrodes 130 in each of the semiconductor chips 2200 may be commonly connected to one contact plug 170 .

반도체 칩들(2200) 각각은, 제1 구조물(3100)의 주변 배선들(3110)과 전기적으로 연결되며 제2 구조물(3200) 내로 연장되는 관통 배선(3245)을 포함할 수 있다. 관통 배선(3245)은 게이트 적층 구조물(3210)의 외측에 배치될 수 있으며, 게이트 적층 구조물(3210)을 관통하도록 더 배치될 수 있다. 반도체 칩들(2200) 각각은, 제1 구조물(3100)의 주변 배선들(3110)과 전기적으로 연결되는 입출력 패드(2210)(도 7 참조)를 더 포함할 수 있다.Each of the semiconductor chips 2200 may include a through wiring 3245 that is electrically connected to the peripheral wirings 3110 of the first structure 3100 and extends into the second structure 3200. The through wiring 3245 may be disposed outside the gate stacked structure 3210 and may be further disposed to penetrate the gate stacked structure 3210. Each of the semiconductor chips 2200 may further include an input/output pad 2210 (see FIG. 7 ) that is electrically connected to the peripheral wires 3110 of the first structure 3100 .

CH: 채널 구조물 MS: 분리 영역
DSH: 서포트 구조물 170: 콘택 플러그
R1: 제1 영역 R2: 제2 영역
R3: 제3 영역 101: 플레이트층
120: 층간 절연층 130: 게이트 전극
130P: 패드 영역 140: 채널층
145: 게이트 유전층 150: 매립 절연층
147: 채널 패드 118: 층간 희생층
131: 제1 희생층 132: 제2 희생층
CH: channel structure MS: separation zone
DSH: Support structure 170: Contact plug
R1: first area R2: second area
R3: Third region 101: Plate layer
120: interlayer insulating layer 130: gate electrode
130P: Pad area 140: Channel layer
145: Gate dielectric layer 150: Buried insulating layer
147: Channel pad 118: Interlayer sacrificial layer
131: first sacrificial layer 132: second sacrificial layer

Claims (10)

제1 영역 및 제2 영역을 갖는 플레이트층;
상기 제1 영역 상에서 제1 방향을 따라 서로 이격되어 적층되고, 상기 제2 영역 상에서 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 따라 서로 다른 길이로 연장되며, 상기 제2 영역에서 상면이 상부로 노출되는 패드 영역 및 상기 패드 영역 외의 적층 영역을 각각 포함하는 게이트 전극들;
상기 게이트 전극들과 교대로 적층되는 층간 절연층들;
상기 제1 영역 상에서 상기 게이트 전극들을 관통하며 상기 제1 방향을 따라 연장되고 채널층을 각각 포함하는 채널 구조물들; 및
상기 게이트 전극들 중 하나인 제1 게이트 전극의 상기 패드 영역을 관통하면서 상기 제1 게이트 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 게이트 전극의 아래에 배치된 제2 게이트 전극의 상기 적층 영역을 관통하고 상기 제2 게이트 전극과 이격되는 콘택 플러그
를 포함하며,
상기 패드 영역은 상기 적층 영역으로부터 연장되어 제1 두께를 가지는 베이스 부분 및 상기 베이스 부분 위에 상기 제1 방향으로 돌출되어, 상기 패드 영역을 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께로 확장시키는 돌출 부분을 포함하며,
상기 돌출 부분은 상기 패드 영역을 관통하는 상기 콘택 플러그를 향해 오목하게 함몰되는 측면을 포함하는
반도체 장치.
a plate layer having a first region and a second region;
They are stacked and spaced apart from each other along a first direction on the first area, extend to different lengths along a second direction perpendicular to the first direction on the second area, and have a top surface exposed upwardly in the second area. Gate electrodes each including a pad area and a stacked area other than the pad area;
interlayer insulating layers alternately stacked with the gate electrodes;
Channel structures extending along the first direction and penetrating the gate electrodes on the first region and each including a channel layer; and
It penetrates the pad area of a first gate electrode, which is one of the gate electrodes, and is electrically connected to the first gate electrode, and penetrates the stacked area of a second gate electrode disposed below the first gate electrode. Contact plug spaced apart from the second gate electrode
Includes,
The pad region includes a base portion extending from the stacked region and having a first thickness, and a protruding portion that protrudes above the base portion in the first direction to expand the pad region to a second thickness greater than the first thickness. And
The protruding portion includes a side that is concavely recessed toward the contact plug penetrating the pad area.
semiconductor device.
제1항에 있어서,
상기 돌출 부분의 두께는 상기 베이스 부분의 상기 제1 두께보다 작은 반도체 장치.
According to paragraph 1,
A semiconductor device wherein the thickness of the protruding portion is smaller than the first thickness of the base portion.
제1항에 있어서,
상기 제1 방향으로, 상기 돌출 부분의 상면은 상기 베이스 부분의 상면 내에 배치되는 반도체 장치.
According to paragraph 1,
A semiconductor device wherein, in the first direction, an upper surface of the protruding portion is disposed within an upper surface of the base portion.
제1항에 있어서,
상기 돌출 부분의 측면은 상기 콘택 플러그와 최단 거리에 위치하는 변곡점을 포함하며, 상기 변곡점은 상기 돌출 부분의 상면과 상기 베이스 부분의 상면 사이에서 상기 돌출 부분의 상면에 더 근접하여 위치하는 반도체 장치.
According to paragraph 1,
A side surface of the protruding portion includes an inflection point located at the shortest distance from the contact plug, and the inflection point is located closer to the upper surface of the protruding portion between the upper surface of the protruding portion and the upper surface of the base portion.
플레이트층 상에 복수의 층간 절연층들과 복수의 희생 절연층들을 교대로 포함하는 몰드 구조물을 형성하는 단계;
상기 몰드 구조물을 순차적으로 식각하여 상기 복수의 희생 절연층들에 계단 형태를 가지는 복수의 단차 구조를 형성하는 단계;
상기 몰드 구조물의 상기 복수의 단차 구조 상에 제1 예비 희생층 및 제2 예비 희생층을 순차적으로 형성하는 단계;
상기 단차 구조의 측면의 상기 제1 예비 희생층 및 상기 제2 예비 희생층을 식각하고, 상기 복수의 희생 절연층들의 상면에만 잔류시켜, 제1 희생층 및 제2 희생층을 포함하는 예비 패드 영역을 형성하는 단계; 및
상기 예비 패드 영역 및 상기 복수의 희생 절연층들을 제거하고 상기 제거된 공간 내에 도전층을 채워 패드 영역을 포함하는 복수의 게이트 전극들을 형성하는 단계; 를 포함하며,
상기 예비 패드 영역을 형성하는 단계는,
상기 제1 희생층의 상면이 상기 제2 희생층의 상면보다 작은 면적을 갖도록 식각하는 반도체 장치의 제조 방법.
forming a mold structure alternately including a plurality of interlayer insulating layers and a plurality of sacrificial insulating layers on a plate layer;
sequentially etching the mold structure to form a plurality of stepped structures in the plurality of sacrificial insulating layers;
sequentially forming a first preliminary sacrificial layer and a second preliminary sacrificial layer on the plurality of step structures of the mold structure;
The first preliminary sacrificial layer and the second preliminary sacrificial layer on the side surfaces of the step structure are etched, and only the upper surfaces of the plurality of sacrificial insulating layers are left to remain, so that the preliminary pad area includes the first sacrificial layer and the second sacrificial layer. forming a; and
forming a plurality of gate electrodes including a pad region by removing the preliminary pad region and the plurality of sacrificial insulating layers and filling the removed space with a conductive layer; Includes,
The step of forming the preliminary pad area is,
A method of manufacturing a semiconductor device in which the upper surface of the first sacrificial layer is etched to have a smaller area than the upper surface of the second sacrificial layer.
제5항에 있어서,
상기 제2 예비 희생층은 상기 제1 예비 희생층보다 밀도가 높고, 상기 예비 패드 영역을 형성하는 단계에서, 상기 제1 예비 희생층보다 식각율이 낮은 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
According to clause 5,
The second preliminary sacrificial layer has a higher density than the first preliminary sacrificial layer and, in forming the preliminary pad region, includes a material having a lower etch rate than the first preliminary sacrificial layer.
제5항에 있어서,
상기 제2 예비 희생층은 상기 제1 예비 희생층과 동일한 두께로 적층하는 반도체 장치의 제조 방법.
According to clause 5,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second preliminary sacrificial layer is laminated to the same thickness as the first preliminary sacrificial layer.
제5항에 있어서,
상기 제2 예비 희생층은 실리콘 붕질화물을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
According to clause 5,
A method of manufacturing a semiconductor device wherein the second preliminary sacrificial layer includes silicon bonitride.
제8항에 있어서,
상기 제1 예비 희생층과 상기 희생 절연층은 동일한 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
According to clause 8,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first preliminary sacrificial layer and the sacrificial insulating layer include the same material.
제5항에 있어서,
상기 예비 패드 영역을 형성하는 단계는,
상기 제2 예비 희생층이 상기 제1 예비 희생층보다 얇은 두께를 갖도록 표면으로부터 식각하되,
상기 단차 구조의 측면과 상기 예비 패드 영역 사이에 게이트 그루브를 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.
According to clause 5,
The step of forming the preliminary pad area is,
Etching from the surface so that the second preliminary sacrificial layer has a thinner thickness than the first preliminary sacrificial layer,
A method of manufacturing a semiconductor device wherein a gate groove is formed between a side of the step structure and the preliminary pad area.
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