KR20220056023A - Integrated circuit device and electronic system having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 기술분야는 집적회로 소자 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 비휘발성 수직형 메모리 소자를 구비하는 집적회로 소자 및 이를 포함하는 전자 시스템에 관한 것이다.The technical field of the present invention relates to an integrated circuit device and an electronic system including the same, and more particularly, to an integrated circuit device including a nonvolatile vertical memory device and an electronic system including the same.
우수한 성능 및 경제성을 충족시키기 위해, 집적회로 소자의 집적도를 증가시키는 것이 요구되고 있다. 특히, 메모리 소자의 집적도는 제품의 경제성을 결정하는 중요한 요인이다. 2차원 메모리 소자의 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 미세 패턴 형성을 위해서는 고가의 장비들이 필요하고, 칩 다이(die)의 면적은 제한적이기 때문에, 2차원 메모리 소자의 집적도가 증가하고는 있지만 여전히 제한적이다. 이에 따라, 3차원 구조를 가지는 수직형 메모리 소자가 요구되고 있다.In order to satisfy excellent performance and economy, it is required to increase the degree of integration of integrated circuit devices. In particular, the degree of integration of a memory device is an important factor determining the economic feasibility of a product. Since the degree of integration of a two-dimensional memory device is mainly determined by an area occupied by a unit memory cell, it is greatly affected by the level of a fine pattern forming technique. However, expensive equipment is required to form a fine pattern and the area of a chip die is limited, so although the degree of integration of the 2D memory device is increasing, it is still limited. Accordingly, there is a demand for a vertical type memory device having a three-dimensional structure.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 수직형 메모리 소자에서 일부 게이트 스택에 제1 채널홀을 형성하고, 반대 방향으로 나머지 게이트 스택에 제2 채널홀을 형성하는 공정으로 제조되는 집적회로 소자 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the technical idea of the present invention is an integrated circuit device manufactured by forming a first channel hole in some gate stacks in a vertical memory device and forming a second channel hole in the remaining gate stacks in the opposite direction and to provide an electronic system including the same.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the technical spirit of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치되는 본딩 절연층; 상기 본딩 절연층 상에, 상기 반도체 기판의 주면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되고, 상기 주면에 수직인 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제1 게이트 전극 및 복수의 제1 절연층을 포함하는 제1 게이트 스택; 상기 제1 게이트 스택 상에, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제2 게이트 전극 및 복수의 제2 절연층을 포함하는 제2 게이트 스택; 상기 본딩 절연층을 상기 제3 방향으로 관통하며 연장되는 하부 채널홀; 상기 제1 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 하부 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제1 채널홀; 상기 제2 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 제1 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제2 채널홀; 및 상기 하부 채널홀, 상기 제1 채널홀, 및 상기 제2 채널홀을 채우는 채널 구조물;을 포함하고, 상기 하부 채널홀 및 상기 제2 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 커지고, 상기 제1 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 작아진다.An integrated circuit device according to the technical concept of the present invention, a semiconductor substrate; a bonding insulating layer disposed on the semiconductor substrate; a plurality of first gate electrodes extending in first and second directions parallel to and intersecting with each other on the main surface of the semiconductor substrate on the bonding insulating layer and alternately stacked along a third direction perpendicular to the main surface; a first gate stack comprising a plurality of first insulating layers; a second gate on the first gate stack, including a plurality of second gate electrodes and a plurality of second insulating layers extending in the first direction and the second direction and alternately stacked in the third direction stack; a lower channel hole extending through the bonding insulating layer in the third direction; a first channel hole passing through the first gate stack in the third direction and extending to be disposed on the lower channel hole; a second channel hole passing through the second gate stack in the third direction and extending to be disposed on the first channel hole; and a channel structure filling the lower channel hole, the first channel hole, and the second channel hole, wherein the lower channel hole and the second channel hole are further away from the semiconductor substrate in the third direction. The width of the first channel hole becomes larger, and the width of the first channel hole becomes smaller as it moves away from the semiconductor substrate in the third direction.
본 발명의 기술적 사상에 따른 전자 시스템은, 메인 기판; 상기 메인 기판 상의 집적회로 소자; 및 상기 메인 기판 상에서 상기 집적회로 소자와 전기적으로 연결되는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 집적회로 소자는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치되는 본딩 절연층; 상기 본딩 절연층 상에, 상기 반도체 기판의 주면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되고, 상기 주면에 수직인 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제1 게이트 전극 및 복수의 제1 절연층을 포함하는 제1 게이트 스택; 상기 제1 게이트 스택 상에, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제2 게이트 전극 및 복수의 제2 절연층을 포함하는 제2 게이트 스택; 상기 본딩 절연층을 상기 제3 방향으로 관통하며 연장되는 하부 채널홀; 상기 제1 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 하부 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제1 채널홀; 상기 제2 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 제1 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제2 채널홀; 및 상기 하부 채널홀, 상기 제1 채널홀, 및 상기 제2 채널홀을 채우는 채널 구조물;을 포함하고, 상기 하부 채널홀 및 상기 제2 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 커지고, 상기 제1 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 작아진다.An electronic system according to a technical concept of the present invention includes: a main board; an integrated circuit device on the main board; and a controller electrically connected to the integrated circuit device on the main board, wherein the integrated circuit device includes: a semiconductor substrate; a bonding insulating layer disposed on the semiconductor substrate; a plurality of first gate electrodes extending in first and second directions parallel to and intersecting with each other on the main surface of the semiconductor substrate on the bonding insulating layer and alternately stacked along a third direction perpendicular to the main surface; a first gate stack comprising a plurality of first insulating layers; a second gate on the first gate stack, including a plurality of second gate electrodes and a plurality of second insulating layers extending in the first direction and the second direction and alternately stacked in the third direction stack; a lower channel hole extending through the bonding insulating layer in the third direction; a first channel hole passing through the first gate stack in the third direction and extending to be disposed on the lower channel hole; a second channel hole passing through the second gate stack in the third direction and extending to be disposed on the first channel hole; and a channel structure filling the lower channel hole, the first channel hole, and the second channel hole, wherein the lower channel hole and the second channel hole are further away from the semiconductor substrate in the third direction. The width of the first channel hole becomes larger, and the width of the first channel hole becomes smaller as it moves away from the semiconductor substrate in the third direction.
본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자는, 수직형 메모리 소자에서 일부 게이트 스택에 제1 채널홀을 형성하고, 반대 방향으로 나머지 게이트 스택에 제2 채널홀을 형성하는 공정으로 제조하여, 제조 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.The integrated circuit device according to the technical idea of the present invention is manufactured by a process of forming a first channel hole in some gate stacks in a vertical memory device and forming a second channel hole in the remaining gate stacks in the opposite direction, and manufacturing cost can have the effect of reducing
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 구성 요소들을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 BB 부분을 나타내는 확대도이고, 도 3c는 도 3a의 CC 부분을 나타내는 확대도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타내는 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 사시도이다.1 is a block diagram illustrating an integrated circuit device according to an embodiment of the technical idea of the present invention.
2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
3A is a cross-sectional view showing components of an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept, FIG. 3B is an enlarged view showing a portion BB of FIG. 3A, and FIG. am.
4 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept according to a process sequence.
11 is a diagram illustrating an electronic system including an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
12 is a perspective view illustrating an electronic system including an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an integrated circuit device according to an embodiment of the technical idea of the present invention.
도 1을 참조하면, 집적회로 소자(10)는 메모리 셀 어레이(20) 및 주변 회로(30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
메모리 셀 어레이(20)는 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)을 포함한다. 상기 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)은 각각 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다. 상기 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)은 비트 라인(BL), 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 주변 회로(30)에 연결될 수 있다.The
상기 메모리 셀 어레이(20)는 비트 라인(BL)을 통해 페이지 버퍼(34)에 연결될 수 있고, 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 로우 디코더(32)에 연결될 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(20)에서, 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn)에 포함된 복수의 메모리 셀은 각각 플래시 메모리 셀일 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(20)는 3차원 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 상기 3차원 메모리 셀 어레이는 복수의 낸드(NAND) 스트링을 포함할 수 있으며, 복수의 낸드 스트링은 각각 수직으로 적층된 복수의 워드 라인(WL)에 연결된 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있다.The
주변 회로(30)는 로우 디코더(32), 페이지 버퍼(34), 데이터 입출력 회로(36), 및 제어 로직(38)을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 상기 주변 회로(30)는 집적회로 소자(10)의 동작에 필요한 다양한 전압들을 생성하는 전압 생성 회로, 메모리 셀 어레이(20)로부터 독출된 데이터의 오류를 정정하기 위한 오류 정정 회로, 입출력 인터페이스 등의 다양한 회로들을 더 포함할 수도 있다.The
상기 주변 회로(30)는 집적회로 소자(10)의 외부로부터 어드레스(ADDR), 커맨드(CMD), 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있고, 집적회로 소자(10)의 외부에 있는 장치와 데이터(DATA)를 송수신할 수 있다.The
상기 주변 회로(30)의 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The configuration of the
로우 디코더(32)는 외부로부터의 어드레스(ADDR)에 응답하여 복수의 메모리 셀 블록(BLK1, BLK2, …, BLKn) 중 적어도 하나를 선택할 수 있으며, 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL), 스트링 선택 라인(SSL), 및 접지 선택 라인(GSL)을 선택할 수 있다. 상기 로우 디코더(32)는 선택된 메모리 셀 블록의 워드 라인(WL)에 메모리 동작 수행을 위한 전압을 전달할 수 있다.The
페이지 버퍼(34)는 비트 라인(BL)을 통해 메모리 셀 어레이(20)에 연결될 수 있다. 상기 페이지 버퍼(34)는 프로그램 동작 시에는 기입 드라이버로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장하고자 하는 데이터(DATA)에 따른 전압을 비트 라인(BL)에 인가할 수 있으며, 독출 동작 시에는 감지 증폭기로 동작하여 메모리 셀 어레이(20)에 저장된 데이터(DATA)를 감지할 수 있다. 상기 페이지 버퍼(34)는 제어 로직(38)으로부터 제공되는 제어 신호(PCTL)에 따라 동작할 수 있다.The
데이터 입출력 회로(36)는 데이터 라인들(DLs)을 통해 페이지 버퍼(34)와 연결될 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 프로그램 동작 시 메모리 컨트롤러(미도시)로부터 데이터(DATA)를 수신하고, 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 프로그램 데이터(DATA)를 페이지 버퍼(34)에 제공할 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 독출 동작 시 제어 로직(38)으로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 페이지 버퍼(34)에 저장된 독출 데이터(DATA)를 상기 메모리 컨트롤러에 제공할 수 있다. 상기 데이터 입출력 회로(36)는 입력되는 어드레스 또는 명령어를 제어 로직(38) 또는 로우 디코더(32)에 전달할 수 있다.The data input/
제어 로직(38)은 상기 메모리 컨트롤러로부터 커맨드(CMD) 및 제어 신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 상기 제어 로직(38)은 로우 어드레스(R_ADDR)를 로우 디코더(32)에 제공하고, 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 데이터 입출력 회로(36)에 제공할 수 있다. 상기 제어 로직(38)은 제어 신호(CTRL)에 응답하여 집적회로 소자(10) 내에서 사용되는 각종 내부 제어 신호들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 로직(38)은 프로그램 동작 또는 소거 동작 등의 메모리 동작 수행 시 워드 라인(WL) 및 비트 라인(BL)으로 제공되는 전압 레벨을 조절할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 메모리 셀 어레이의 등가 회로도이다.2 is an equivalent circuit diagram of a memory cell array of an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
도 2를 참조하면, 수직 채널 구조를 갖는 수직형 낸드 플래시 메모리 소자의 등가 회로도가 예시되어 있다.Referring to FIG. 2 , an equivalent circuit diagram of a vertical NAND flash memory device having a vertical channel structure is illustrated.
메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)을 포함할 수 있다. 상기 메모리 셀 어레이(MCA)는 복수의 비트 라인(BL), 복수의 워드 라인(WL), 적어도 하나의 스트링 선택 라인(SSL), 적어도 하나의 접지 선택 라인(GSL), 및 공통 소스 라인(CSL)을 포함할 수 있다.The memory cell array MCA may include a plurality of memory cell strings MS. The memory cell array MCA includes a plurality of bit lines BL, a plurality of word lines WL, at least one string select line SSL, at least one ground select line GSL, and a common source line CSL. ) may be included.
복수의 비트 라인(BL) 및 공통 소스 라인(CSL)의 사이에 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 형성될 수 있다. 도면에는 복수의 메모리 셀 스트링(MS)이 각각 2개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 1개의 스트링 선택 라인(SSL)을 포함할 수도 있다.A plurality of memory cell strings MS may be formed between the plurality of bit lines BL and the common source line CSL. Although the drawing illustrates a case in which each of the plurality of memory cell strings MS includes two string selection lines SSL, the technical spirit of the present invention is not limited thereto. For example, each of the plurality of memory cell strings MS may include one string selection line SSL.
복수의 메모리 셀 스트링(MS)은 각각 스트링 선택 트랜지스터(SST), 접지 선택 트랜지스터(GST), 및 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)를 포함할 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 드레인 영역은 비트 라인(BL)과 연결되며, 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역은 공통 소스 라인(CSL)과 연결될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 복수의 접지 선택 트랜지스터(GST)의 소스 영역이 공통으로 연결된 영역일 수 있다.Each of the plurality of memory cell strings MS may include a string select transistor SST, a ground select transistor GST, and a plurality of memory cell transistors MC1, MC2, ..., MCn-1, MCn. A drain region of the string select transistor SST may be connected to the bit line BL, and a source region of the ground select transistor GST may be connected to a common source line CSL. The common source line CSL may be a region in which the source regions of the plurality of ground selection transistors GST are commonly connected.
스트링 선택 트랜지스터(SST)는 스트링 선택 라인(SSL)과 연결될 수 있고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인(GSL)과 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)는 각각 복수의 워드 라인(WL)에 연결될 수 있다.The string select transistor SST may be connected to the string select line SSL, and the ground select transistor GST may be connected to the ground select line GSL. The plurality of memory cell transistors MC1 , MC2 , ..., MCn-1 , MCn may be respectively connected to a plurality of word lines WL.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 구성 요소들을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 BB 부분을 나타내는 확대도이고, 도 3c는 도 3a의 CC 부분을 나타내는 확대도이다.3A is a cross-sectional view illustrating components of an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept, FIG. 3B is an enlarged view illustrating a portion BB of FIG. 3A, and FIG. am.
도 3a 내지 도 3c를 함께 참조하면, 집적회로 소자(100)는 반도체 기판(101), 본딩 절연층(110), 게이트 스택(GS), 및 채널 구조물(160)을 포함할 수 있다.3A to 3C , the
반도체 기판(101)은 반도체 물질, 예를 들어, Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘(Si) 또는 저머늄(Ge)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 기판(101)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택셜층이 형성된 웨이퍼로 제공될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 상기 반도체 기판(101)은 SOI(silicon on insulator) 기판 또는 GeOI(germanium on insulator) 기판을 포함할 수도 있다.The
본딩 절연층(110)이 반도체 기판(101) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 본딩 절연층(110)은 실리콘 산화물과 같은 옥사이드 계열의 물질로 형성될 수 있다. 상기 본딩 절연층(110)은 게이트 스택(GS)에 상기 반도체 기판(101)을 접합시키기 위한 역할을 수행할 수 있다.The bonding insulating
게이트 스택(GS)이 본딩 절연층(110) 상에서 상기 본딩 절연층(110)의 상면에 평행한 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다. 상기 게이트 스택(GS)은 하단의 제1 게이트 스택(GS1) 및 상단의 제2 게이트 스택(GS2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 스택(GS1) 및 상기 제2 게이트 스택(GS2)은 게이트 경계면(GSM)에서 만날 수 있다.The gate stack GS may extend on the bonding insulating
제1 게이트 스택(GS1)은 복수의 제1 게이트 전극(130) 및 복수의 제1 절연층(140)을 포함할 수 있고, 복수의 제1 게이트 전극(130)과 복수의 제1 절연층(140)은 본딩 절연층(110)의 상면에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 게이트 스택(GS1)의 최하부에는 제1 산화층(120)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 산화층(120)은 상기 복수의 제1 절연층(140)의 일부 층일 수 있다.The first gate stack GS1 may include a plurality of
제2 게이트 스택(GS2)은 복수의 제2 게이트 전극(230) 및 복수의 제2 절연층(240)을 포함할 수 있고, 복수의 제2 게이트 전극(230)과 복수의 제2 절연층(240)은 제1 게이트 스택(GS1)의 상부에 제3 방향(Z 방향)을 따라 교대로 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 게이트 스택(GS2)의 최상부에는 제2 산화층(220)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 산화층(220)은 상기 복수의 제2 절연층(240)의 일부 층일 수 있다.The second gate stack GS2 may include a plurality of
제1 게이트 전극(130) 및 제2 게이트 전극(230)은 각각 매립 도전층과 상기 매립 도전층을 둘러싸는 절연 라이너를 포함할 수 있다. 상기 매립 도전층은 예를 들어, 텅스텐, 니켈, 코발트, 탄탈륨 등과 같은 금속, 텅스텐 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드 등과 같은 금속 실리사이드, 도핑된 폴리실리콘, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 절연 라이너는 예를 들어, 알루미늄 산화물과 같은 고유전체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 매립 도전층의 상면 및 측면을 둘러싸는 도전 배리어층이 더 형성될 수 있다. 상기 도전 배리어층은 예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 텅스텐 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The
복수의 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230)은 앞서 도 2를 참조하여 설명한 메모리 셀 스트링(MS)을 구성하는 접지 선택 라인(GSL), 워드 라인(WL), 및 적어도 하나의 스트링 선택 라인(SSL)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 최하부의 제1 게이트 전극(130)은 접지 선택 라인(GSL)으로 기능하고, 최상부의 제2 게이트 전극(230)은 스트링 선택 라인(SSL)으로 기능하며, 나머지 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230)은 워드 라인(WL)으로 기능할 수 있다. 이에 따라 접지 선택 트랜지스터(GST), 선택 트랜지스터(SST), 및 이들 사이의 메모리 셀 트랜지스터(MC1, MC2, …, MCn-1, MCn)가 직렬 연결된 메모리 셀 스트링(MS)이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230) 중 적어도 하나는 더미 워드 라인으로 기능할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of first and
최상부의 제2 게이트 전극(230)은 스트링 분리 절연층(미도시)에 의해 평면적으로 두 개의 부분들로 분리될 수 있다. 상기 두 개의 부분들은 앞서 도 2를 참조하여 설명한 스트링 선택 라인(SSL)을 구성할 수 있다.The uppermost
복수의 채널홀(160H)은 각각 하부 채널홀(160HL), 제1 채널홀(160H1), 및 제2 채널홀(160H2)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 하부 채널홀(160HL)은 본딩 절연층(110)을 제3 방향(Z 방향)으로 관통하며 연장되고, 상기 제1 채널홀(160H1)은 제1 게이트 스택(GS1)을 제3 방향(Z 방향)으로 관통하며 상기 하부 채널홀(160HL) 상에 배치되도록 연장되고, 상기 제2 채널홀(160H2)은 제2 게이트 스택(GS2)을 제3 방향(Z 방향)으로 관통하며 상기 제1 채널홀(160H1) 상에 배치되도록 연장된다.The plurality of
여기서, 상기 하부 채널홀(160HL) 및 상기 제2 채널홀(160H2)은 상기 반도체 기판(101)에서 제3 방향(Z 방향)으로 멀어질수록 폭이 더 커지고, 상기 제1 채널홀(160H1)은 상기 반도체 기판(101)에서 제3 방향(Z 방향)으로 멀어질수록 폭이 더 작아질 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 채널홀(160H1)과 상기 제2 채널홀(160H2)이 만나는 제1 경계(M1)에서 멀어질수록, 제1 경계(M1)의 제1 폭(W1)보다 상기 제1 채널홀(160H1)의 폭(160W1) 및 상기 제2 채널홀(160H2)의 폭(160W2)은 점점 커진다. 또한, 상기 제1 채널홀(160H1)과 상기 하부 채널홀(160HL)이 만나는 제2 경계(M2)에서 멀어질수록, 제2 경계(M2)의 제2 폭(W2)보다 상기 제1 채널홀(160H1)의 폭(160W1) 및 상기 하부 채널홀(160HL)의 폭(160WL)은 점점 작아진다.Here, the lower channel hole 160HL and the second channel hole 160H2 have a greater width as they move away from the
즉, 하부 채널홀(160HL), 제1 채널홀(160H1), 및 제2 채널홀(160H2)은 각각 테이퍼진(tapered) 측벽을 가질 수 있고, 상기 채널홀(160H)은 서로 다른 기울기를 가지는 경사 측벽이 연속되는 구조를 가질 수 있다.That is, the lower channel hole 160HL, the first channel hole 160H1, and the second channel hole 160H2 may each have tapered sidewalls, and the
이와 같이 채널홀(160H)의 구조가 형성되는 것은, 본 발명의 집적회로 소자(100)의 제조 방법에 따른 것일 수 있다. 본 발명의 집적회로 소자(100)의 제조 방법에 대하여는 후술하도록 한다.The structure of the
복수의 채널 구조물(160)이 상기 복수의 채널홀(160H) 내에 형성될 수 있다. 상기 복수의 채널 구조물(160)이 반도체 기판(101)의 상면(101S)으로부터 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230)을 관통하여 제3 방향(Z 방향)으로 연장될 수 있다. 복수의 채널 구조물(160)은 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)을 따라 소정의 간격으로 이격되어 배열될 수 있다.A plurality of
상기 복수의 채널 구조물(160)은 각각 게이트 절연층(162), 채널층(164), 매립 절연층(166), 및 도전 플러그(168)를 포함할 수 있다. 하부 채널홀(160HL)과 제1 및 제2 채널홀(160H1, 160H2)의 측벽 상에 게이트 절연층(162)과 채널층(164)이 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(162)은 하부 채널홀(160HL)과 제1 및 제2 채널홀(160H1, 160H2)의 측벽과 바닥부 상에 컨포멀하게 배치되고, 채널층(164)은 하부 채널홀(160HL)과 제1 및 제2 채널홀(160H1, 160H2)의 측벽 상에 컨포멀하게 배치될 수 있다. 채널층(164) 상에서 하부 채널홀(160HL)과 제1 및 제2 채널홀(160H1, 160H2)의 잔류 공간을 채우는 매립 절연층(166)이 배치될 수 있다. 제2 채널홀(160H2)의 상측에는 채널층(164)과 접촉하며 제2 채널홀(160H2)의 입구(예를 들어, 최상단)를 막는 도전 플러그(168)가 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 매립 절연층(166)이 생략되고, 채널층(164)이 하부 채널홀(160HL)과 제1 및 제2 채널홀(160H1, 160H2)의 잔류 부분을 채우는 필라 형상으로 형성될 수도 있다.Each of the plurality of
상기 복수의 채널 구조물(160)은 반도체 기판(101)의 상면(101S)과 접촉할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 일부분이 리세스(101R)되어, 상기 복수의 채널 구조물(160)의 최하면의 레벨은 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 레벨보다 더 낮을 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 일부분이 리세스되지 않고, 상기 복수의 채널 구조물(160)의 최하면의 레벨은 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 레벨과 실질적으로 동일할 수 있다.The plurality of
게이트 절연층(162)은 채널층(164) 외측벽 상에 순차적으로 터널링 유전막, 전하 저장막, 및 블로킹 유전막을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 상기 터널링 유전막은 예를 들어, 실리콘 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 탄탈륨 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 전하 저장막은 채널층(164)으로부터 상기 터널링 유전막을 통과한 전자들이 저장될 수 있는 영역으로서, 예를 들어, 실리콘 질화물, 보론 질화물, 실리콘 보론 질화물, 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 상기 블로킹 유전막은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산화물보다 유전율이 더 큰 금속 산화물로 이루어질 수 있다.The
상부 지지층(TS)은 채널 구조물(160)의 최상면 및 제2 산화층(220)의 상면과 맞닿도록 형성될 수 있다. 비트 라인 컨택(BLC)은 상기 상부 지지층(TS)을 관통하여 채널 구조물(160)의 도전 플러그(168)와 접촉할 수 있고, 상부 지지층(TS) 상에는 비트 라인 컨택(BLC)과 접촉하는 비트 라인(BL)이 제2 방향(Y 방향)으로 연장될 수 있다.The upper support layer TS may be formed to contact the top surface of the
일반적으로, 2단의 게이트 스택을 구비하는 수직형 메모리 소자에서, 제1 게이트 스택에 제1 채널홀을 형성하고 상기 제1 채널홀을 희생막으로 채운 후, 제2 게이트 스택을 형성한다. 다음으로, 상기 제2 게이트 스택에 제2 채널홀을 형성하고, 상기 제1 채널홀을 채우는 희생막을 제거한다. 이에 따라, 희생막의 형성 및 제거 공정에서 불량이 발생할 수 있고, 이는 생산성을 저하시켜 제조 비용의 상승을 야기할 수 있다.In general, in a vertical memory device having two gate stacks, a first channel hole is formed in a first gate stack, the first channel hole is filled with a sacrificial layer, and a second gate stack is formed. Next, a second channel hole is formed in the second gate stack, and a sacrificial layer filling the first channel hole is removed. Accordingly, defects may occur in the process of forming and removing the sacrificial layer, which may decrease productivity and increase manufacturing cost.
이를 해결하기 위하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자(100)는, 수직형 메모리 소자에서 제1 게이트 스택(GS1)에 제1 채널홀(160H1)을 먼저 형성하고, 이를 뒤집어 반대 방향으로 제2 게이트 스택(GS2)에 제2 채널홀(160H2)을 형성하는 공정으로 제조한다.In order to solve this problem, in the
궁극적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자(100)는, 희생막이 필요치 않은 공정으로 채널홀(160H)을 제조할 수 있으므로, 희생막의 형성 및 제거 공정에서 발생하는 불량을 방지하여 생산성을 향상할 수 있고, 제조 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.Ultimately, since the
도 4 내지 도 10은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 공정 순서에 따라 나타내는 단면도들이다.4 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept according to a process sequence.
도 4를 참조하면, 형성 기판(101P) 상에 제2 희생 게이트 스택(SGS2) 및 제1 희생 게이트 스택(SGS1)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4 , a second sacrificial gate stack SGS2 and a first sacrificial gate stack SGS1 may be formed on the forming
형성 기판(101P)은 반도체 물질, 예를 들어, Ⅳ족 반도체, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, 또는 Ⅱ-Ⅵ족 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ⅳ족 반도체는 실리콘(Si) 또는 저머늄(Ge)을 포함할 수 있다.The forming
상기 형성 기판(101P) 상에 제2 산화층(220)을 먼저 형성하고, 복수의 제2 몰드층(231)과 복수의 제2 절연층(240)을 교대로 형성함에 의해 제2 희생 게이트 스택(SGS2)을 형성할 수 있다.A second sacrificial gate stack ( SGS2) can be formed.
상기 제2 희생 게이트 스택(SGS2) 상에 복수의 제1 몰드층(131)과 복수의 제1 절연층(140)을 교대로 형성하고, 제1 산화층(120)을 형성함에 의해 제1 희생 게이트 스택(SGS1)을 형성할 수 있다.A first sacrificial gate is formed by alternately forming a plurality of first mold layers 131 and a plurality of first insulating
이에 의해, 상기 제1 희생 게이트 스택(SGS1)과 상기 제2 희생 게이트 스택(SGS2)의 사이에 희생 경계면(SGSM)이 형성될 수 있다.Accordingly, a sacrificial interface SGSM may be formed between the first sacrificial gate stack SGS1 and the second sacrificial gate stack SGS2 .
복수의 제1 몰드층(131), 복수의 제2 몰드층(231), 복수의 제1 절연층(140), 및 복수의 제2 절연층(240)은 각각 CVD(chemical vapor deposition), PECVD(plasma enhanced CVD), 또는 ALD(atomic layer deposition) 공정으로 형성될 수 있다.The plurality of first mold layers 131 , the plurality of second mold layers 231 , the plurality of first insulating
도 5를 참조하면, 제1 희생 게이트 스택(SGS1)을 관통하는 제1 채널홀(160H1)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5 , a first channel hole 160H1 passing through the first sacrificial gate stack SGS1 may be formed.
제1 희생 게이트 스택(SGS1) 중 최상층에 위치하는 제1 산화층(120) 상에 포토리소그래피 공정으로 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이 후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 제1 희생 게이트 스택(SGS1)을 식각함으로써 희생 경계면(SGSM)을 노출하는 제1 채널홀(160H1)을 형성할 수 있다. 이 후, 상기 포토레지스트 패턴을 애싱 및 스트립 공정으로 제거할 수 있다.A photoresist pattern (not shown) is formed on the
도 6을 참조하면, 형성 기판(101P)과 서로 마주보도록 제1 희생 게이트 스택(SGS1) 상에 반도체 기판(101)을 부착하고, 상기 형성 기판(101P)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
제1 희생 게이트 스택(SGS1) 상에 반도체 기판(101)의 부착을 용이하게 하기 위하여, 상기 반도체 기판(101)과 상기 제1 희생 게이트 스택(SGS1)의 사이에 본딩 절연층(110)이 형성될 수 있다. 상기 본딩 절연층(110)은 제1 산화층(120)과 동일한 옥사이드 계열의 물질로 형성되어, 상기 반도체 기판(101)이 상기 제1 희생 게이트 스택(SGS1)에 우수하게 접합될 수 있도록 한다.In order to facilitate attachment of the
도 7을 참조하면, 제2 희생 게이트 스택(SGS2)을 관통하는 제2 채널홀(160H2) 및 본딩 절연층(110)을 관통하는 하부 채널홀(160HL)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7 , a second channel hole 160H2 passing through the second sacrificial gate stack SGS2 and a lower channel hole 160HL passing through the bonding insulating
제2 희생 게이트 스택(SGS2) 중 최상층에 위치하는 제2 산화층(220) 상에 포토리소그래피 공정으로 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이 후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 제2 희생 게이트 스택(SGS2)을 식각함으로써 제1 채널홀(160H1)을 노출하는 제2 채널홀(160H2)을 형성할 수 있다.A photoresist pattern (not shown) is formed on the
또한, 상기 제1 채널홀(160H1) 및 상기 제2 채널홀(160H2)을 통해 식각 가스가 주입됨으로써, 본딩 절연층(110)을 관통하여 반도체 기판(101)의 상면(101S)을 노출하는 하부 채널홀(160HL)이 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하부 채널홀(160HL)이 과식각되어 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 일부분이 리세스될 수 있다. 이 후, 상기 포토레지스트 패턴을 애싱 및 스트립 공정으로 제거할 수 있다.In addition, by injecting an etching gas through the first channel hole 160H1 and the second channel hole 160H2 , the lower portion exposing the
도 8을 참조하면, 복수의 채널홀(160H)을 채우는 복수의 채널 구조물(160)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8 , a plurality of
복수의 채널 구조물(160)은 각각 게이트 절연층(162), 채널층(164), 매립 절연층(166), 및 도전 플러그(168)를 포함할 수 있다.Each of the plurality of
일부 실시예들에서, 반도체 기판(101)의 상면(101S)에 리세스가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 복수의 채널 구조물(160)의 최하면의 레벨은 상기 반도체 기판(101)의 상면(101S)의 레벨보다 더 낮을 수 있다.In some embodiments, a recess may be formed in the
도 9를 참조하면, 복수의 채널홀(160H)의 측벽에 노출된 복수의 제1 및 제2 몰드층(131, 231, 도 8 참조)을 모두 제거할 수 있다.Referring to FIG. 9 , all of the plurality of first and second mold layers 131 and 231 (refer to FIG. 8 ) exposed on the sidewalls of the plurality of
복수의 제1 및 제2 몰드층(131, 231, 도 8 참조)이 습식 식각 공정에 의해 선택적으로 제거됨에 따라, 복수의 제1 및 제2 절연층(140, 240) 사이에 복수의 제1 및 제2 게이트 공간(130S, 230S)이 마련될 수 있다. 상기 복수의 제1 및 제2 게이트 공간(130S, 230S)을 통해 게이트 절연층(162)의 일부가 노출될 수 있다.As the plurality of first and second mold layers 131 and 231 (refer to FIG. 8 ) are selectively removed by a wet etching process, the plurality of first and second insulating
상기 복수의 제1 및 제2 게이트 공간(130S, 230S)을 형성하는 공정은 복수의 제1 및 제2 절연층(140, 240)에 대해 식각 선택비를 갖는 식각 레시피를 사용하여 복수의 제1 및 제2 몰드층(131, 231, 도 8 참조)을 수평적으로 식각하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 및 제2 몰드층(131, 231, 도 8 참조)이 실리콘 질화물이고 복수의 제1 및 제2 절연층(140, 240)이 실리콘 산화물인 경우, 상기 수평적 식각 단계는 인산을 포함하는 식각 용액을 사용하여 수행될 수 있다.The process of forming the plurality of first and
도 10을 참조하면, 복수의 제1 및 제2 게이트 공간(130S, 230S, 도 9 참조)에 복수의 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 10 , a plurality of first and
복수의 제1 및 제2 게이트 전극(130, 230)은 각각 매립 도전층과 상기 매립 도전층을 둘러싸는 절연 라이너를 포함할 수 있다.Each of the first and
다시 도 3a를 함께 참조하면, 상부 지지층(TS) 및 상기 상부 지지층(TS)을 관통하여 채널 구조물(160)의 도전 플러그(168)와 접촉하는 비트 라인 컨택(BLC)을 형성하고, 상기 상부 지지층(TS) 상에는 상기 비트 라인 컨택(BLC)과 접촉하는 비트 라인(BL) 형성하여, 집적회로 소자(100)를 제조할 수 있다.Referring again to FIG. 3A , the upper support layer TS and the bit line contact BLC passing through the upper support layer TS to contact the
이와 같이, 본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자(100)의 제조 방법은, 수직형 메모리 소자에서 제1 게이트 스택(GS1)에 제1 채널홀(160H1)을 먼저 형성하고, 이를 뒤집어 반대 방향으로 제2 게이트 스택(GS2)에 제2 채널홀(160H2)을 형성하는 공정으로 제조한다.As described above, in the method of manufacturing the
궁극적으로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자(100)의 제조 방법은, 희생막이 필요치 않은 공정으로 집적회로 소자(100)를 제조할 수 있으므로, 희생막의 형성 및 제거 공정에서 발생하는 불량을 방지하여 생산성을 향상할 수 있고, 제조 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.Ultimately, the method for manufacturing the
도 11은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 도면이다.11 is a diagram illustrating an electronic system including an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
도 11을 참조하면, 전자 시스템(1000)은 집적회로 소자(1100) 및 상기 집적회로 소자(1100)와 전기적으로 연결되는 컨트롤러(1200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
전자 시스템(1000)은 하나 또는 복수의 집적회로 소자(1100)를 포함하는 스토리지 장치 또는 스토리지 장치를 포함하는 전자 장치일 수 있다. 예를 들어, 전자 시스템(1000)은 적어도 하나의 집적회로 소자(1100)를 포함하는 SSD 장치(solid state drive device), USB(Universal Serial Bus), 컴퓨팅 시스템, 의료 장치, 또는 통신 장치일 수 있다.The
집적회로 소자(1100)는 비휘발성 수직형 메모리 소자일 수 있다. 예를 들어, 집적회로 소자(1100)는 앞서 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한 집적회로 소자(100)를 포함하는 낸드 플래시 메모리 소자일 수 있다. 집적회로 소자(1100)는 제1 구조물(1100F) 및 제1 구조물(1100F) 상의 제2 구조물(1100S)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 구조물(1100F)은 제2 구조물(1100S)의 옆에 배치될 수도 있다. 제1 구조물(1100F)은 디코더 회로(1110), 페이지 버퍼(1120), 및 로직 회로(1130)를 포함하는 주변 회로 구조물일 수 있다. 제2 구조물(1100S)은 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL), 복수의 워드 라인(WL), 제1 및 제2 게이트 상부 라인(UL1, UL2), 제1 및 제2 게이트 하부 라인(LL1, LL2), 및 비트 라인(BL)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 있는 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)을 포함하는 메모리 셀 구조물일 수 있다.The
제2 구조물(1100S)에서 복수의 메모리 셀 스트링(CSTR)은 각각 공통 소스 라인(CSL)에 인접하는 하부 트랜지스터(LT1, LT2), 비트 라인(BL)에 인접하는 상부 트랜지스터(UT1, UT2), 및 하부 트랜지스터(LT1, LT2)와 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 사이에 배치되는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)를 포함할 수 있다. 하부 트랜지스터(LT1, LT2)의 개수와 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 개수는 실시예들에 따라 다양하게 변형될 수 있다.In the
일부 실시예들에서, 상부 트랜지스터(UT1, UT2)는 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수 있고, 하부 트랜지스터(LT1, LT2)는 접지 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 복수의 게이트 하부 라인(LL1, LL2)은 각각 하부 트랜지스터(LT1, LT2)의 게이트 전극일 수 있다. 워드 라인(WL)은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)의 게이트 전극일 수 있고, 게이트 상부 라인(UL1, UL2)은 상부 트랜지스터(UT1, UT2)의 게이트 전극일 수 있다.In some 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 plurality of gate lower lines LL1 and LL2 may be gate electrodes of the lower transistors LT1 and LT2, respectively. The word line WL may be a gate electrode of the memory cell transistor MCT, and the gate upper lines UL1 and UL2 may be gate electrodes of the upper transistors UT1 and UT2.
공통 소스 라인(CSL), 복수의 게이트 하부 라인(LL1, LL2), 복수의 워드 라인(WL), 및 복수의 게이트 상부 라인(UL1, UL2)은 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 복수의 제1 연결 배선(1115)을 통해 디코더 회로(1110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 비트 라인(BL)은 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 복수의 제2 연결 배선(1125)을 통해 페이지 버퍼(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다.The common source line CSL, the plurality of gate lower lines LL1 and LL2, the plurality of word lines WL, and the plurality of gate upper lines UL1 and UL2 are connected to the
제1 구조물(1100F)에서 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT) 중 적어도 하나에 대한 제어 동작을 실행할 수 있다. 디코더 회로(1110) 및 페이지 버퍼(1120)는 로직 회로(1130)에 의해 제어될 수 있다.In the
집적회로 소자(1100)는 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결되는 입출력 패드(1101)를 통해 컨트롤러(1200)와 통신할 수 있다. 입출력 패드(1101)는 제1 구조물(1100F) 내에서 제2 구조물(1100S)까지 연장되는 입출력 연결 배선(1135)을 통해 로직 회로(1130)와 전기적으로 연결될 수 있다.The
컨트롤러(1200)는 프로세서(1210), 낸드 컨트롤러(1220), 및 호스트 인터페이스(1230)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(1000)은 복수의 집적회로 소자(1100)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 컨트롤러(1200)는 복수의 집적회로 소자(1100)를 제어할 수 있다.The
프로세서(1210)는 컨트롤러(1200)를 포함한 전자 시스템(1000) 전반의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(1210)는 소정의 펌웨어에 따라 동작할 수 있으며, 낸드 컨트롤러(1220)를 제어하여 집적회로 소자(1100)에 억세스할 수 있다. 낸드 컨트롤러(1220)는 집적회로 소자(1100)와의 통신을 처리하는 낸드 인터페이스(1221)를 포함할 수 있다. 낸드 인터페이스(1221)를 통해, 집적회로 소자(1100)를 제어하기 위한 제어 명령, 집적회로 소자(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)에 기록하고자 하는 데이터, 집적회로 소자(1100)의 복수의 메모리 셀 트랜지스터(MCT)로부터 읽어오고자 하는 데이터 등이 전송될 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)는 전자 시스템(1000)과 외부 호스트 사이의 통신 기능을 제공할 수 있다. 호스트 인터페이스(1230)를 통해 외부 호스트로부터 제어 명령을 수신하면, 프로세서(1210)는 제어 명령에 응답하여 집적회로 소자(1100)를 제어할 수 있다.The
도 12는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 집적회로 소자를 포함하는 전자 시스템을 나타내는 사시도이다.12 is a perspective view illustrating an electronic system including an integrated circuit device according to an embodiment of the inventive concept.
도 12를 참조하면, 전자 시스템(2000)은 메인 기판(2001), 상기 메인 기판(2001)에 실장되는 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003), 및 디램(2004)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12 , the
메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 상기 복수의 핀의 개수와 배치는 전자 시스템(2000)과 상기 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(2000)은 USB, PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 시스템(2000)은 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 상기 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다.The
컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)에 데이터를 기록하거나, 반도체 패키지(2003)로부터 데이터를 읽어올 수 있으며, 전자 시스템(2000)의 동작 속도를 개선할 수 있다. 반도체 패키지(2003) 및 디램(2004)은 메인 기판(2001)에 형성되는 복수의 배선 패턴(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다.The
디램(2004)은 데이터 저장 공간인 반도체 패키지(2003)와 외부 호스트의 속도 차이를 완화하기 위한 버퍼 메모리일 수 있다. 전자 시스템(2000)에 포함되는 디램(2004)은 일종의 캐시 메모리로도 동작할 수 있으며, 반도체 패키지(2003)에 대한 제어 동작에서 임시로 데이터를 저장하기 위한 공간을 제공할 수도 있다. 전자 시스템(2000)에 디램(2004)이 포함되는 경우, 컨트롤러(2002)는 반도체 패키지(2003)를 제어하기 위한 낸드 컨트롤러 외에 디램(2004)을 제어하기 위한 디램 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.The
반도체 패키지(2003)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)는 각각 복수의 반도체 칩(2200)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)는 각각 패키지 기판(2100), 패키지 기판(2100) 상의 복수의 반도체 칩(2200), 복수의 반도체 칩(2200) 각각의 하부면에 배치되는 접착층(2300), 복수의 반도체 칩(2200)과 패키지 기판(2100)을 전기적으로 연결하는 연결 구조물(2400), 및 패키지 기판(2100) 상에서 복수의 반도체 칩(2200)과 연결 구조물(2400)을 덮는 몰딩층(2500)을 포함할 수 있다.The
패키지 기판(2100)은 복수의 패키지 상부 패드(2130)를 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 각각 입출력 패드(2201)를 포함할 수 있다. 입출력 패드(2201)는 도 11의 입출력 패드(1101)에 해당할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 각각 복수의 게이트 스택(3210) 및 복수의 채널 구조물(3220)을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 칩(2200)은 각각 앞서 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한 집적회로 소자(100)를 포함할 수 있다.The
일부 실시예들에서, 연결 구조물(2400)은 입출력 패드(2201)와 패키지 상부 패드(2130)를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어일 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2100)의 패키지 상부 패드(2130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 반도체 패키지(2003a, 2003b)에서, 복수의 반도체 칩(2200)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조물(2400) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via, TSV)을 포함하는 연결 구조물에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.In some embodiments, the
일부 실시예들에서, 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 실장되고, 상기 인터포저 기판에 형성되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 복수의 반도체 칩(2200)이 서로 연결될 수도 있다.In some embodiments, the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형상으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, embodiments of the technical idea of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can express the present invention into other specific shapes without changing the technical spirit or essential features. It will be appreciated that this may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10, 100: 집적회로 소자
1000, 2000: 전자 시스템
101: 반도체 기판
110: 본딩 절연층
120: 하부 절연층
130: 제1 게이트 전극
140: 제1 절연층
160: 채널 구조물
220: 상부 절연층
230: 제2 게이트 전극
240: 제2 절연층10, 100: integrated circuit device
1000, 2000: electronic system
101: semiconductor substrate 110: bonding insulating layer
120: lower insulating layer 130: first gate electrode
140: first insulating layer 160: channel structure
220: upper insulating layer 230: second gate electrode
240: second insulating layer
Claims (10)
상기 반도체 기판 상에 배치되는 본딩 절연층;
상기 본딩 절연층 상에, 상기 반도체 기판의 주면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되고, 상기 주면에 수직인 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제1 게이트 전극 및 복수의 제1 절연층을 포함하는 제1 게이트 스택;
상기 제1 게이트 스택 상에, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제2 게이트 전극 및 복수의 제2 절연층을 포함하는 제2 게이트 스택;
상기 본딩 절연층을 상기 제3 방향으로 관통하며 연장되는 하부 채널홀;
상기 제1 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 하부 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제1 채널홀;
상기 제2 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 제1 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제2 채널홀; 및
상기 하부 채널홀, 상기 제1 채널홀, 및 상기 제2 채널홀을 채우는 채널 구조물;을 포함하고,
상기 하부 채널홀 및 상기 제2 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 커지고,
상기 제1 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 작아지는,
집적회로 소자.semiconductor substrate;
a bonding insulating layer disposed on the semiconductor substrate;
a plurality of first gate electrodes extending in first and second directions parallel to and intersecting with each other on the bonding insulating layer and alternately stacked in a third direction perpendicular to the main surface; and a first gate stack comprising a plurality of first insulating layers;
a second gate on the first gate stack, extending in the first direction and the second direction, and including a plurality of second gate electrodes and a plurality of second insulating layers alternately stacked in the third direction stack;
a lower channel hole extending through the bonding insulating layer in the third direction;
a first channel hole passing through the first gate stack in the third direction and extending to be disposed on the lower channel hole;
a second channel hole passing through the second gate stack in the third direction and extending to be disposed on the first channel hole; and
a channel structure filling the lower channel hole, the first channel hole, and the second channel hole;
The lower channel hole and the second channel hole have a greater width as they move away from the semiconductor substrate in the third direction;
The width of the first channel hole becomes smaller as it moves away from the semiconductor substrate in the third direction.
integrated circuit device.
상기 제1 게이트 스택의 최하부에는 상기 본딩 절연층과 접합되는 제1 산화층이 배치되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
A first oxide layer bonded to the bonding insulating layer is disposed on a lowermost portion of the first gate stack.
상기 하부 채널홀의 최하면의 레벨은 상기 반도체 기판의 상면의 레벨보다 낮은 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
The integrated circuit device, characterized in that the level of the lowermost surface of the lower channel hole is lower than the level of the upper surface of the semiconductor substrate.
상기 채널 구조물에 의해, 상기 반도체 기판의 상면의 일부분이 리세스되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.4. The method of claim 3,
A portion of the upper surface of the semiconductor substrate is recessed by the channel structure.
상기 하부 채널홀, 상기 제1 채널홀, 및 상기 제2 채널홀은 하나의 채널홀을 형성하고,
상기 채널홀은 서로 다른 기울기를 가지는 경사 측벽이 연속하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
The lower channel hole, the first channel hole, and the second channel hole form one channel hole,
The channel hole is an integrated circuit device, characterized in that the inclined sidewalls having different slopes are continuous.
상기 채널 구조물은,
채널홀;
상기 채널홀의 측벽에 순차적으로 배치되는 게이트 절연층 및 채널층;
상기 채널홀의 잔류 공간을 채우는 매립 절연층; 및
상기 채널홀의 입구를 막는 도전 플러그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
The channel structure is
channel hole;
a gate insulating layer and a channel layer sequentially disposed on sidewalls of the channel hole;
a buried insulating layer filling the remaining space of the channel hole; and
and a conductive plug blocking the entrance of the channel hole.
상기 채널 구조물은 상기 본딩 절연층을 관통하여 상기 반도체 기판에 접촉하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
The channel structure penetrates the bonding insulating layer and contacts the semiconductor substrate.
상기 하부 채널홀 및 상기 제2 채널홀은 하나의 식각 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자.According to claim 1,
The integrated circuit device, wherein the lower channel hole and the second channel hole are formed by a single etching process.
상기 메인 기판 상의 집적회로 소자; 및
상기 메인 기판 상에서 상기 집적회로 소자와 전기적으로 연결되는 컨트롤러;를 포함하고,
상기 집적회로 소자는,
반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 배치되는 본딩 절연층;
상기 본딩 절연층 상에, 상기 반도체 기판의 주면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되고, 상기 주면에 수직인 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제1 게이트 전극 및 복수의 제1 절연층을 포함하는 제1 게이트 스택;
상기 제1 게이트 스택 상에, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제3 방향을 따라 교대로 적층되는 복수의 제2 게이트 전극 및 복수의 제2 절연층을 포함하는 제2 게이트 스택;
상기 본딩 절연층을 상기 제3 방향으로 관통하며 연장되는 하부 채널홀;
상기 제1 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 하부 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제1 채널홀;
상기 제2 게이트 스택을 상기 제3 방향으로 관통하며, 상기 제1 채널홀 상에 배치되도록 연장되는 제2 채널홀; 및
상기 하부 채널홀, 상기 제1 채널홀, 및 상기 제2 채널홀을 채우는 채널 구조물;을 포함하고,
상기 하부 채널홀 및 상기 제2 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 커지고,
상기 제1 채널홀은 상기 반도체 기판에서 상기 제3 방향으로 멀어질수록 폭이 더 작아지는,
전자 시스템.main board;
an integrated circuit device on the main board; and
a controller electrically connected to the integrated circuit element on the main board;
The integrated circuit device comprises:
semiconductor substrate;
a bonding insulating layer disposed on the semiconductor substrate;
a plurality of first gate electrodes extending in first and second directions parallel to and intersecting with each other on the bonding insulating layer and alternately stacked in a third direction perpendicular to the main surface; and a first gate stack comprising a plurality of first insulating layers;
a second gate on the first gate stack, extending in the first direction and the second direction, and including a plurality of second gate electrodes and a plurality of second insulating layers alternately stacked in the third direction stack;
a lower channel hole extending through the bonding insulating layer in the third direction;
a first channel hole passing through the first gate stack in the third direction and extending to be disposed on the lower channel hole;
a second channel hole passing through the second gate stack in the third direction and extending to be disposed on the first channel hole; and
a channel structure filling the lower channel hole, the first channel hole, and the second channel hole;
The lower channel hole and the second channel hole have a greater width as they move away from the semiconductor substrate in the third direction;
The width of the first channel hole becomes smaller as it moves away from the semiconductor substrate in the third direction.
electronic system.
상기 메인 기판은 상기 집적회로 소자와 상기 컨트롤러를 전기적으로 연결하는 배선 패턴들을 더 포함하고,
상기 집적회로 소자에서, 상기 제1 게이트 스택의 최하부에는 상기 본딩 절연층과 접합되는 제1 산화층이 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템.10. The method of claim 9,
The main board further includes wiring patterns electrically connecting the integrated circuit device and the controller,
In the integrated circuit device, a first oxide layer bonded to the bonding insulating layer is disposed on a lowermost portion of the first gate stack.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200140698A KR20220056023A (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Integrated circuit device and electronic system having the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200140698A KR20220056023A (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Integrated circuit device and electronic system having the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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KR20220056023A true KR20220056023A (en) | 2022-05-04 |
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ID=81583793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020200140698A KR20220056023A (en) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | Integrated circuit device and electronic system having the same |
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KR (1) | KR20220056023A (en) |
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2020
- 2020-10-27 KR KR1020200140698A patent/KR20220056023A/en unknown
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