KR20160112074A - 3차원 반도체 메모리 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160112074A
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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 수직으로 적층된 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 수직으로 관통하며, 상기 적층 구조체의 일 측벽에 배치되는 수직 절연 구조체, 상기 수직 절연 구조체의 측벽 상에 배치된 수직 채널부, 및 상기 적층 구조체의 타측에 배치되며, 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역을 포함하되, 상기 수직 채널부의 하부영역의 측벽은 돌출되어, 상기 수직 절연 구조체와 접촉할 수 있다.

Description

3차원 반도체 메모리 장치 및 이의 제조 방법{Three dimension semiconductor device and method of fabricating the same}
본 발명은 반도체 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 반도체 메모리 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 반도체 장치의 집적도를 증가시키는 것이 요구되고 있다. 반도체 장치의 경우, 그 집적도는 제품의 가격을 결정하는 중요한 요인이기 때문에, 특히 증가된 집적도가 요구되고 있다. 종래의 2차원 또는 평면적 반도체 장치의 경우, 그 집적도는 단위 메모리 셀이 점유하는 면적에 의해 주로 결정되기 때문에, 미세 패턴 형성 기술의 수준에 크게 영향을 받는다. 하지만, 패턴의 미세화를 위해서는 초고가의 장비들이 필요하기 때문에, 2차원 반도체 장치의 집적도는 증가하고는 있지만 여전히 제한적이다.
이러한 한계를 극복하기 위한, 3차원적으로 배열되는 메모리 셀들을 구비하는 3차원 반도체 메모리 장치들이 제안되고 있다. 그러나, 3차원 반도체 메모리 장치의 대량 생산을 위해서는, 비트당 제조 비용을 2차원 반도체 장치의 그것보다 줄일 수 있으면서 신뢰성 있는 제품 특성을 구현할 수 있는 공정 기술이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 보다 향상된 반도체 메모리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 장치는 기판 상에 수직으로 적층된 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 수직으로 관통하며, 상기 적층 구조체의 일 측벽에 배치되는 수직 절연 구조체, 상기 수직 절연 구조체의 측벽 상에 배치된 수직 채널부, 및 상기 적층 구조체의 타측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역을 포함하되,상기 수직 채널부의 하부영역의 측벽은 돌출되어, 상기 수직 절연 구조체와 접촉할 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽은 곡면을 가질 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽은 수직 벽 형태를 가질 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽과 상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 하부면으로 구성되는 상기 수직 채널부의 가장자리 영역은 각이 진 형태를 가질 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽과 상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 하부면으로 구성되는 상기 수직 채널부의 가장자리 영역은 굴곡이 진 형태를 가질 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역은 상기 수직 채널부의 상부영역보다 넓은 폭을 가질 수 있다.
상기 수직 채널부의 상기 하부영역과 상기 적층 구조체 사이에 개재된 상기 수직 절연 구조체는 상기 수직 채널부의 상부영역과 상기 적층 구조체 사이에 개재된 상기 수직 절연 구조체 보다 좁은 폭을 가질 수 있다.
상기 수직 채널부는 제 1 채널패턴 및 제 2 채널패턴을 포함하되, 상기 수직 채널부의 상부영역은 상기 제 1 채널패턴 및 상기 제 2 채널패턴의 일부분을 포함하고, 상기 수직 채널부의 상기 하부영역은 상기 제 2 채널패턴의 다른 일부분을 포함할 수 있다.
상기 기판으로부터 수직으로 돌출되고, 상기 수직 채널부와 접촉하는 하부채널을 더 포함하되, 상기 하부채널의 상부면의 일부분은 상기 수직 채널부의 하부면과 접촉하고, 상기 하부채널의 상기 상부면의 다른 일부분은 상기 수직 절연 구조체의 하부면과 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치는 기판 상에 수직으로 적층된 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체, 상기 적층 구조체를 수직으로 관통하며, 상기 적층 구조체의 일 측벽에 배치되는 수직 절연 구조체,상기 수직 절연 구조체의 일 측벽 상에 배치된 수직 채널부, 및 상기 적층 구조체의 타측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역을 포함하되,상기 수직 채널부는 제 1 채널패턴 및 제 2 채널패턴을 포함하고, 상기 제 1 채널패턴은 상기 수직 절연 구조체의 일부 측벽을 덮으며, 상기 제 2 채널패턴의 상부 제 2 채널패턴은 상기 제 1 채널패턴의 측벽을 덮고, 상기 제 2 채널패턴의 하부 제 2 채널패턴은 상기 제 1 채널패턴의 아래에 배치되되,상기 하부 제 2 채널패턴의 측벽은 돌출되어, 상기 제 1 채널패턴에 의해 노출된 상기 수직 절연 구조체와 접촉할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 접지 선택 트랜지스터에 인접하는 채널에 메모리 셀 트렌지스터이 인접하는 채널보다 더 두꺼울 수 있다. 따라서, 반도체 메모리 장치의 신뢰성이 보다 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 장치의 셀 어레이를 나타내는 간략 회로도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 A 부분의 확대도들이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다.
도 6은 B 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다.
도 8은 C 부분의 확대도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 D 부분의 확대도들이다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 E 부분의 확대도들이다.
도 13 내지 16, 도 19, 도 20, 도 22 내지 도 27은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 17, 도 18, 도 21 및 도 23은 A 부분의 확대도들이다.
도 28, 도 30, 도 32, 도 34 및 도 35는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 29, 도 31 및 도 33은 B 부분의 확대도들이다.
도 36은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 메모리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 장치의 셀 어레이를 나타내는 간략 회로도이다.
도 1을 참조하면, 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치는 공통 소오스 라인(CSL), 복수개의 비트라인들(BL0-BL2) 및 상기 공통 소오스 라인(CSL)과 상기 비트라인들(BL0-BL2) 사이에 배치되는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다.
공통 소오스 라인(CSL)은 반도체 기판 상에 배치되는 도전성 박막 또는 기판 내에 형성되는 불순물 영역일 수 있다. 비트라인들(BL0-BL2)은 반도체 기판으로부터 이격되어 그 상부에 배치되는 도전성 패턴들(예를 들면, 금속 라인)일 수 있다. 비트라인들(BL0-BL2)은 2차원적으로 배열되고, 그 각각에는 복수개의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라 셀 스트링들(CSTR)은 공통 소오스 라인(CSL) 또는 기판 상에 2차원적으로 배열될 수 있다.
셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소오스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트라인들(BL0-BL2)에 접속하는 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 사이에 배치되는 복수개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST), 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 직렬로 연결될 수 있다. 이에 더하여, 공통 소오스 라인(CSL)과 비트라인들(BL0-BL2) 사이에 배치되는, 접지 선택 라인(GSL), 복수개의 워드라인들(WL0-WL3) 및 복수개의 스트링 선택 라인들(SSL0-SSL2)이 접지 선택 트랜지스터(GST), 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 스트링 선택 트랜지스터들(SST)의 게이트 전극들로서 각각 사용될 수 있다.
접지 선택 트랜지스터들(GST)은 반도체 기판으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치될 수 있고, 이들의 게이트 전극들은 접지 선택 라인(GSL)에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 이를 위해, 접지 선택 라인(GSL)은 공통 소오스 라인(CSL) 및 이에 가장 인접하는 메모리 셀 트랜지스터(MCT) 사이에 배치되는, 평판(plate) 모양 또는 빗(comb) 모양의 도전 패턴일 수 있다. 유사하게, 공통 소오스 라인(CSL)으로부터 실질적으로 동일한 거리에 배치되는, 복수의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들 역시 워드라인들(WL0-WL3) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 이를 위해, 워드라인들(WL0-WL3) 각각은 기판의 상부면에 평행한 평판 모양 또는 빗 모양의 도전 패턴일 수 있다. 한편, 하나의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소오스 라인(CSL)으로부터의 거리가 서로 다른 복수개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성되기 때문에, 공통 소오스 라인(CSL)과 비트라인들(BL0-BL2) 사이에는 다층의 워드라인들(WL0-WL3)이 배치된다.
셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소오스 라인(CSL)으로부터 수직하게 연장되어 비트 라인(BL0-BL2)에 접속하는 채널 구조체들을 포함할 수 있다. 채널 구조체들은 접지 선택 라인(GSL) 및 워드라인들(WL0-WL3)을 관통하도록 형성될 수 있다. 이에 더하여, 채널 구조체들은 몸체부 및 몸체부의 일단 또는 양단에 형성되는 불순물 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 드레인 영역이 반도체 패턴의 상단에 형성될 수 있다.
한편, 워드라인들(WL0-WL3)과 채널 구조체 사이에는 정보저장막이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 정보저장막은 전하저장막일 수 있다.
접지 선택 라인(GSL)과 채널 구조체 사이 또는 스트링 선택 라인들(SSL)과 채널 구조체 사이에는, 접지 선택 트랜지스터(GST) 또는 스트링 선택 트랜지스터(SST)의 게이트 절연막으로 사용되는 유전막이 배치될 수 있다. 접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 중의 적어도 하나의 게이트 절연막은 메모리 셀 트랜지스터(MCT)의 정보저장막과 동일한 물질로 형성될 수 있지만, 통상적인 트랜지스터(MOSFET)을 위한 게이트 절연막(예를 들면, 실리콘 산화막)일 수도 있다.
접지 및 스트링 선택 트랜지스터들(GST, SST) 그리고 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 채널 구조체를 채널 영역으로 사용하는 모오스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 채널 구조체는, 접지 선택 라인(GSL), 워드라인들(WL0-WL3) 및 스트링 선택 라인들(SSL)과 함께, 모오스 커패시터(MOS capacitor)를 구성할 수 있다. 이 경우, 접지 선택 트랜지스터(GST), 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 스트링 선택 트랜지스터(SST)은 접지 선택 라인(GSL), 워드라인들(WL0-WL3) 및 스트링 선택 라인들(SSL)으로부터의 기생 전계(fringe field)에 의해 형성되는 반전 영역들(inversion layer)을 공유함으로써 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 A 부분의 확대도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 적층 구조체(ST)가 배치된다. 적층 구조체(ST)는 기판(100) 상에 제 1 방향(X)으로 배열될 수 있다. 기판(100)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼층(epitaxial layer)일 수 있다. 복수 개의 적층 구조체들(ST) 사이에 기판(100)에 불순물 영역(102)이 제공될 수 있다. 불순물 영역(102)은 기판(100) 내에 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 불순물 영역(102)은 공통 소오스 라인일 수 있다. 이 경우, 기판(100)과 공통 소오스 라인으로 사용되는 불순물 영역(102)은 서로 다른 도전형을 가질 수 있다.
적층 구조체(ST)는 기판(100)의 상에 적층된 절연 패턴들(111a~117a)과 절연 패턴들(111a~117a) 사이에 개재된 게이트 전극들(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(100) 상에 절연 패턴들(111a~117a) 및 게이트 전극들(120)이 교대로, 그리고 반복적으로 적층될 수 있다. 게이트 전극들(120)은 기판(100)에 수직인 제 3 방향(Z)으로 적층될 수 있다. 게이트 전극들(120)은 기판(100) 상에 적층된 순서대로 접지 선택 라인(GSL), 워드 라인들(WL0-WL3), 및 스트링 선택 라인(SSL)으로 사용될 수 있다. 절연 패턴들(111a~117a)의 두께는 반도체 메모리 소자의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 최하부 게이트 전극(120)과 이것의 바로 위에 배치되는 게이트 전극(220) 사이에 배치되는 하부 절연패턴(112a) 및 최상부 게이트 전극(120)과 이것의 바로 아래에 배치되는 게이트 전극(220) 사이에 배치되는 상부 절연패턴(116a)의 두께는 다른 절연 패턴들(111a, 113a, 114a, 115a, 117a)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 게이트 전극들(120)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극들(120)은 도핑된 반도체(예를 들어, 도핑된 실리콘 등), 금속(예를 들어, 텅스텐, 구리, 알루미늄 등), 도전성 금속질화물(예를 들어, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등), 또는 전이금속(예를 들어, 티타늄, 탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 절연 패턴들(111a~117a)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
기판(100)의 상부면 상에 배치되며, 적층 구조체(ST)의 하부 일부분을 관통하는 하부채널(SP)이 배치될 수 있다. 하부채널(SP)의 상부면은 기판(100)의 상부면 보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 일 예로, 하부채널(SP)의 상부면은 최하부 게이트 전극(120)의 상부면과 이것의 바로 위에 배치되는 게이트 전극(220)의 하부면 사이에 배치될 수 있다. 도 4a를 같이 참조하면, 하부채널(SP)은 상부면들과 최상부면을 포함할 수 있다. 하부채널(SP)의 상부면들 중의 하나는 하부채널(SP)의 최상부면의 일측에 배치될 수 있고, 하부채널(SP)의 상부면들 중의 다른 하나는 하부채널(SP)의 최상부면의 타측에 배치될 수 있다. 하부채널(SP)의 최상부면과 하부채널(SP)의 상부면들 각각의 사이에는 소정의 각을 가질 수 있다. 소정의 각은 90도 이상 내지 180도 이하일 수 있다. 이와 달리, 도 4b를 참조하면, 하부채널(SP)의 상부면은 평평할 수 있다. 하부채널(SP)은 기판(100)이 갖는 동일한 물성 및 동일한 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부채널(SP)은 진성 반도체(intrinsic semiconductor) 또는 P형 도전형을 갖는 반도체일 수 있다.
적층 구조체(ST)을 관통하며, 하부채널(SP)과 접촉하는 채널 구조체(VS)가 배치될 수 있다. 평면적 관점에서, 복수 개의 채널 구조체(VS)들이 제 1 방향(X)을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 이와 달리, 평면적 관점에서, 복수 개의 채널 구조체(VS)들은 제 1 방향(X)으로 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 채널 구조체(VS)는 수직 채널부(CP) 및 캐핑패턴(181)을 포함할 수 있다. 수직 채널부(CP)는 제 1 채널패턴(CP1) 및 제 2 채널패턴(CP2)을 포함할 수 있다. 제 2 채널패턴(CP2)은 제 1 채널패턴(CP1)과 캐핑패턴(181) 사이에 배치될 수 있다. 상세하게, 제 1 채널패턴(CP1)은 수직 벽 형태로, 제 2 채널패턴(CP2)의 일 측벽 상에 배치될 수 있다. 제 1 채널패턴(CP1)은 하부채널(SP)과 이격될 수 있다. 제 2 채널패턴(CP2)의 최하부면은 하부채널(SP)과 접촉할 수 있다. 제 2 채널패턴(CP2)은 속이 빈 파이프 형태(pipe-shape), 실린더 형태(cylindrical shape), 또는 컵(cup) 형태일 수 있다. 이와 달리, 제 2 채널패턴(CP2)은 원 기둥(pillar) 형태일 수 있다. 제 2 채널패턴(CP2)의 하단은 닫힌 상태(closed state)일 수 있다. 캐핑패턴(181)은 제 2 채널패턴(CP2)의 내부에 배치되어, 제 2 채널패턴(CP2)의 내면들과 접촉할 수 있다. 수직 채널부(CP)의 구조에 대한 보다 구체적인 설명은 후술되도록 한다.
적층 구조체(ST)를 관통하는 수직 절연 구조체(VIS)가 배치될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 절연 구조체(VIS)는 채널 구조체(VS)의 외벽을 둘러쌓을 수 있다. 단면적 관점에서, 수직 절연 구조체(VIS)는 수직 벽 형태로, 제 1 채널패턴(CP1)의 일 측벽 상에 배치되며, 제 1 채널패턴(CP1)과 게이트 전극들(120) 사이에 개재될 수 있다. 수직 절연 구조체(VIS)의 하부는 하부채널(SP)의 상부면 및 제 2 채널패턴(CP2)의 일부분과 접촉될 수 있다. 수직 절연 구조체(VIS)와 게이트 전극들(120) 사이에 수평 절연막(PL)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 수평 절연막(PL)은 게이트 전극들(120)의 내 측벽들 상에 배치될 수 있다. 수평 절연막(PL)은 게이트 전극들(120)의 상부면들과 하부면들 상으로 연장될 수 있다. 수직 절연 구조체(VIS)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 실리콘 산화질화막 중 적어도 어느 하나를 포함한 단일막 또는 복수 개의 막들로 구성될 수 있다. 수평 절연막(PL)은 예를 들어, 실리콘 산화막일 수 있다. 데이터 저장막(DS)은 수직 절연 구조체(VIS)와 수평 절연막(PL)을 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 수직 절연 구조체(VIS)은 블로킹 절연막(BLL), 트랩 절연막(TTL) 및 터널 절연막(TL)을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 블로킹 절연막(BLL)은 게이트 전극들(120)과 트랩 절연막(TTL) 사이에 배치될 수 있고, 트랩 절연막(TTL)은 블로킹 절연막(BLL)과 터널 절연막(TL) 사이에 배치될 수 있고, 터널 절연막(TL)은 트랩 절연막(TTL)과 제 1 채널패턴(CP1) 사이에 배치될 수 있다. 블로킹 절연막(BLL)의 최하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉될 수 있다.
제 2 채널패턴(CP2)은 하부 제 2 채널패턴(LP)과 상부 제 2 채널패턴(UP)을 포함할 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 아래에 배치된 제 2 채널패턴(CP2)의 일부분일 수 있고, 상부 제 2 채널패턴(UP)은 하부 제 2 채널패턴(LP) 상에 배치된 제 2 채널패턴(CP2)의 다른 일부분일 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)은 하부채널(SP)의 최상부면 및/또는 상부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 캐핑패턴(181)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면보다 낮거나 또는 동일한 레벨 상에 위치할 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS)와 접촉될 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 블로킹 절연막(BLL), 트랩 절연막(TTL) 및 터널 절연막(TL)과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)의 일부분은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 곡면형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS) 쪽으로 돌출된 곡면을 가질 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 트랩 절연막(TTL)과 접촉하는 터널 절연막(TL)의 측벽을 넘지 않을 수 있다. 상부 제 2 채널패턴(UP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 측벽을 따라 덮어, 수직 벽 형태를 가질 수 있다. 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면은 하부 제 2 채널패턴(LP)과 이격될 수 있다. 상세하게, 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면과 하부 제 2 채널패턴(LP) 사이에 수직 절연 구조체(VIS)가 개재될 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면과 하부 제 2 채널패턴(LP) 사이에 터널 절연막(TL)의 일부분이 개재될 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 폭은(W1)는 제 1 채널패턴(CP1)의 폭(W2)과 상부 제 2 채널패턴(UP)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 클 수 있다.
반도체 메모리 셀들에 인접하는 채널패턴은 문턱전압의 신뢰성을 위해 얇게 형성되는 것이 요구된다. 그러나, 채널패턴의 두께가 얇아지면서 접지 선택 트랜지스터와 채널패턴 간의 결합이 작아질 수 있다. 또한, 접지 선택 트랜지스터와 인접하는 채널패턴이 국부적으로 끊어질 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극들의 문턱전압이 높아져, 제품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 접지 선택 트랜지스터와 인접하는 채널패턴만이 국부적으로 두껍게 형성되어 제품의 신뢰성이 향상될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 수직 절연 구조체(VIS)과 채널 구조체(VS)의 상에 도전 패드(190)가 배치될 수 있다. 도전 패드(190)는 기판(100)에 도핑된 불순물(예를 들어, P형 불순물)과 다른 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. 일 예로, 도전 패드(190)는 N형의 불순물이 도핑될 수 있다. 도전 패드(190)는 드레인 역할을 할 수 있다. 기판(100) 상에 적층 구조체(ST)를 덮는 층간 절연막(230)이 배치될 수 있다. 층간 절연막(230)은 절연물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화질화물 중 적어도 한가지를 포함할 수 있다.
층간 절연막(230)을 관통하며 도전 패드(190)과 접촉하는 콘택 플러그(193)가 배치될 수 있다. 콘택 플러그(193)는 도핑된 실리콘 또는 금속성 물질들 중의 하나를 포함할 수 있다. 층간 절연막(230) 상에 비트라인(BL)이 배치될 수 있다. 비트라인(BL)은 제 1 방향(X)으로 연장되어, 적층 구조체(ST)를 가로지르도록 배치될 수 있다. 비트라인(BL)은 도전 패드(190)를 통해 수직 채널부(CP)에 전기적으로 연결될 수 있다. 비트라인(BL)은 도전물질을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 단면도이다. 도 6은 B 부분의 확대도이다. 설명의 간결함을 위해, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제 1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)은 하부채널(SP)의 최상부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 캐핑패턴(181)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면보다 낮거나 또는 동일한 레벨 상에 위치할 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS)와 접촉될 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 블로킹 절연막(BLL), 트랩 절연막(TTL) 및 터널 절연막(TL)과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)의 일부분은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 곡면형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS) 쪽으로 돌출된 곡면을 가질 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 블로킹 절연막(BLL)과 접촉하는 하부 절연패턴(112a)의 내 측벽을 넘지 않을 수 있다. 상부 제 2 채널패턴(UP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 측벽을 따라 덮어, 수직 벽 형태를 가질 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 폭은(W1)는 제 1 채널패턴(CP1)의 폭(W2)과 상부 제 2 채널패턴(UP)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 두꺼울 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 단면도이다. 도 8은 C 부분의 확대도이다. 설명의 간결함을 위해, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제 1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 수직 절연 구조체(VIS) 및 채널 구조체(VS)는 경사진 측벽들을 가질 수 있다. 그리고, 캐핑패턴(181)은 하부채널(SP)으로부터의 높이에 따라 다른 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 캐핑패턴(181)의 하부면은 캐핑패턴(181)의 상부면보다 좁은 폭을 가질 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)은 하부채널(SP)의 최상부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 캐핑패턴(181)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부제 2 채널패턴(LP)의 상부면(173)은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면보다 높은 레벨 상에 위치할 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS)과 접촉될 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 블로킹 절연막(BLL), 트랩 절연막(TTL) 및 터널 절연막(TL)과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 일부분은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면과 접촉될 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 곡면형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 수직 절연 구조체(VIS) 쪽으로 돌출된 곡면을 가질 수 있다. 상부 제 2 채널패턴(UP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 측벽을 따라 덮어, 수직 벽 형태를 가질 수 있다.
하부 제 2 채널패턴(LP)의 폭(W1)은 제 1 채널패턴(CP1)의 폭(W2)과 상부 제 2 채널패턴(UP)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 클 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다. 도 10a 및 도 10b는 D 부분의 확대도들이다. 설명의 간결함을 위해, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제 1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9, 도 10a 및 도 10b을 참조하면, 하부채널(SP)의 상부면은 평평할 수 있다. 수직 절연 구조체(VIS)의 하부면의 일부분은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉할 수 있고, 수직 절연 구조체(VIS)의 하부면의 다른 일부분은 하부채널(SP)의 상부면과 이격될 수 있다. 상세하게, 블로킹 절연막(BLL)의 하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉될 수 있다. 이에 따라, 블로킹 절연막(BLL)의 하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 동일한 레벨 상에 위치할 수 있다. 트랩 절연막(TTL)의 하부면은 블로킹 절연막(BLL)의 상부면과 접촉될 수 있고, 터널 절연막(TL)의 하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 이격될 수 있다. 이에 따라, 블로킹 절연막(BLL) 및 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분은 터널 절연막(TL)에 노출될 수 있다.
보다 상세하게, 도 10a와 같이, 터널 절연막(TL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분 및 터널 절연막(TL)에 노출된 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분은 동일한 수직선 상에 위치할 수 있다. 이와 달리, 도 10b를 참조하면, 터널 절연막(TL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분 및 터널 절연막(TL)에 노출된 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분은 동일한 수직선 상에 위치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 터널 절연막(TL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분은 수직 벽 형태를 가질 수 있다. 반면에, 터널 절연막(TL)에 노출된 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분은 오목한 곡선 형태를 가질 수 있다.
상부 제 2 채널패턴(UP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 측벽을 컨포말하게 덮을 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면, 터널 절연막(TL)의 하부면 및 터널 절연막(TL)에 노출된 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분, 터널 절연막(TL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분, 및 하부채널(SP)의 상부면을 덮을 수 있다. 이에 따라, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉할 수 있고, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 터널 절연막(TL)에 노출된 트랩 절연막(TTL)의 측벽 일부분, 터널 절연막(TL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분과 접촉할 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면은 캐핑패턴(181)의 하부면과 접촉할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)과 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)으로 구성된 하부 제 2 채널패턴(LP)의 가장자리 영역은 각이 진 형태일 수 있다. 이와 달리, 도 10b를 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)과 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)으로 구성된 하부 제 2 채널패턴(LP)의 가장자리 영역은 굴곡이 진 형태를 가질 수 있다.
도 9, 도 10a 및 도 10b를 다시 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 폭(W1)은 제 1 채널패턴(CP1)의 폭(W2)과 상부 제 2 채널패턴(UP)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 클 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반도체 메모리 장치로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선 방향으로 자른 단면도이다. 도 12a 및 도 12b는 E 부분의 확대도들이다. 설명의 간결함을 위해, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제 1 실시예 및 제 4 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 하부채널(SP)의 상부면은 평평할 수 있다. 블로킹 절연막(BLL)의 하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉될 수 있다. 트랩 절연막(TTL)의 하부면 및 터널 절연막(TL)의 하부면은 하부채널(SP)의 상부면과 이격될 수 있다. 트랩 절연막(TTL)의 하부면은 터널 절연막(TL)의 하부면과 동일한 레벨 상에 위치할 수 있다. 이에 따라, 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분은 터널 절연막(TL) 및 트랩 절연막(TTL)에 노출될 수 있다.
보다 상세하게, 도 12a와 같이, 터널 절연막(TL) 및 트랩 절연막(TTL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분은 수직 벽 형태를 가질 수 있다. 반면에, 트랩 절연막(TTL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분은 오목한 곡선 형태를 가질 수 있다.
다시 도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상부 제 2 채널패턴(UP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 측벽을 컨포말하게 덮을 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)은 제 1 채널패턴(CP1)의 하부면, 터널 절연막(TL) 및 트랩 절연막(TTL)의 하부면들, 터널 절연막(TL) 및 트랩 절연막(TTL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분 및 하부채널(SP)의 상부면을 덮을 수 있다. 이에 따라, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)은 하부채널(SP)의 상부면과 접촉할 수 있고, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)은 터널 절연막(TL) 및 트랩 절연막(TTL)에 노출된 블로킹 절연막(BLL)의 측벽 일부분 과 접촉할 수 있다. 하부 제 2 채널패턴(LP)의 상부면은 캐핑패턴(181)의 하부면과 접촉할 수 있다.
도 12a를 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)과 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)으로 구성된 하부 제 2 채널패턴(LP)의 가장자리 영역은 각이 진 형태를 가질 수 있다. 반면에, 도 12b를 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 하부면(171)과 하부 제 2 채널패턴(LP)의 측벽(175)으로 구성된 하부 제 2 채널패턴(LP)의 가장자리 영역은 굴곡이 진 형태를 가질 수 있다.
다시 도 11, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 하부 제 2 채널패턴(LP)의 폭(W1)은 제 1 채널패턴(CP1)의 폭(W2)과 상부 제 2 채널패턴(UP)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 클 수 있다.
도 13 내지 16, 도 19, 도 20, 도 22 내지 도 27은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 도 17, 도 18, 도 21 및 도 23은 A 부분의 확대도들이다.
도 13을 참조하면, 기판(100) 상에 몰드 구조체를 형성한다.
기판(100)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼층(epitaxial layer)일 수 있다.
몰드 구조체는 절연막들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117) 및 희생막들(121, 122, 123, 124, 125, 126)을 포함할 수 있다. 기판(100) 상에 절연막들(111~117) 및 희생막들(121~126)이 교대로, 그리고 반복적으로 적층될 수 있다. 절연막들(111~117) 및 희생막들(121~126)은 서로 다른 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연막들(111~117)이 실리콘 산화물로 형성될 경우, 희생막들(121~126)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물로 형성될 수 있다. 절연막들(111~117)은 서로 동일한 물질로 형성될 수 있고, 희생막들(121~126)은 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만, 기판(100)과 몰드 구조체 사이에 버퍼절연막(미도시)이 제공될 수 있다.
도 14를 참조하면, 몰드 구조체를 이방성 식각하여 개구부(50)를 형성할 수 있다. 상세하게, 최상부 절연막(117) 상에 마스크 패턴(미도시)를 형성한 후, 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 몰드 구조체를 이방성 식각할 수 있다. 개구부(50)는 이방성 식각에 의하여 기판(100)으로부터의 높이에 따라 같은 폭을 가질 수 있다. 이와 달리, 도 7과 같이, 개구부(50)는 이방성 식각에 의하여 기판(100)으로부터의 높이에 따라 다른 폭을 가질 수 있다. 즉, 개구부(50)는 기판(100)에 대해 경사진 측벽을 가질 수 있다. 식각 동안에, 과식각에 의해 기판(100)의 상부면이 리세스될 수 있다. 개구부(50)는 평면적 관점에서, 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
도 15를 참조하면, 개구부(50)에 노출된 기판(100)의 상부면 상에 하부채널(SP)을 형성할 수 있다. 상세하게, 하부채널(SP)은 개구부(50)에 노출된 기판(100)을 씨드로 사용하여, 선택적인 에피텍시얼 성장(selective epitaxial growing)을 진행하여 기판(100)으로부터 성장하여 형성될 수 있다. 하부채널(SP)은 기판(100)과 동일한 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부채널(SP)은 진성 반도체(intrinsic semiconductor) 또는 p형 도전형을 갖는 반도체일 수 있다.
도 16을 참조하면, 개구부(50)의 내벽들을 덮도록 수직 절연막(130), 제 1 채널막(140), 및 버퍼막(150)을 차례로 형성할 수 있다. 수직 절연막(130)은 개구부(50)의 측벽들, 개구부(50)에 노출된 하부채널(SP)의 상부면들 및 몰드 구조체의 상부면을 컨포말하게 덮을 수 있다. 제 1 채널막(140)은 수직 절연막(130)의 측벽들, 하부면 및 상부면을 컨포말하게 덮을 수 있다. 버퍼막(150)은 제 1 채널막(140)의 측벽들, 하부면 및 상부면을 컨포말하게 덮을 수 있다. 수직 절연막(130), 제 1 채널막(140) 및 버퍼막(150)은 원자 층 증착(ALD) 또는 화학적 기상 증착(CVD)을 사용하여 형성될 수 있다. 수직 절연막(130)은 단일막 또는 복수의 막들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수직 절연막(130)은 전하트랩형 비휘발성 메모리 트랜지스터의 메모리 요소로서 사용되는 박막들(예를 들어, 데이터 저장막) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 도 17을 참조하면, 수직 절연막(130)은 개구부(50) 내에 차례로 적층된 제 1 수직 절연막(131), 제 2 수직 절연막(133) 및 제 3 수직 절연막(135)을 포함할 수 있다. 제 1 수직 절연막(131)은 블로킹 절연막(BLL)일 수 있고, 제 2 수직 절연막(133)은 트랩 절연막(TTL)일 수 있고, 제 3 수직 절연막(135)은 터널 절연막(TL)일 수 있다. 예를 들어, 제 1 수직 절연막(131)은 실리콘 산화막일 수 있고, 제 2 수직 절연막(133)은 실리콘 질화막일 수 있고, 제 3 수직 절연막(135)은 실리콘 산화질화막일 수 있다. 제 1 채널막(140)은 예를 들어, 다결정 실리콘막일 수 있다. 이와 달리, 제 1 채널막(140)은 유기 반도체막 및 탄소 나노 구조체들 중의 한가지일 수 있다. 버퍼막(150)은 절연물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 개구부(50) 내에 건식 식각(dry-etch)을 수행할 수 있다. 건식 식각으로, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 적층된 버퍼막(150)의 일부분, 제 1 채널막(140)의 일부분 및 수직 절연막(130)의 일부분이 차례로 식각될 수 있다. 수직 절연막(130)은 식각 정지막의 역할을 하여, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 적층된 수직 절연막(130)의 상부 일부분에만 식각될 수 있다. 이에 따라, 하부채널(SP)의 최상부면이 노출되지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 19를 참조하면, 제 1 수직 절연막(131)은 식각 정지막 기능을 가질 수 있다. 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 버퍼막(150)의 일부분, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 1 채널막(140)의 일부분, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 3 수직 절연막(135)의 일부분 및 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 2 수직 절연막(133)의 일부분이 제거될 수 있다. 이에 따라, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 1 수직 절연막(131)의 일부분의 상부면이 노출될 수 있다. 과식각으로, 하부채널(SP)의 최상부면이 노출되지 않을 정도로 제 1 수직 절연막(131)의 상부면이 리세스될 수도 있다.
건식 식각 공정으로 식각된 버퍼막(150), 제 1 채널막(140), 제 3 수직 절연막(135) 및 제 2 수직 절연막(133)의 내 측벽들은 수직한 프로파일을 가질 수 있다.
도 20 및 도 21을 동시에 참조하면, 개구부(50) 내에 습식 식각(wet-etch)을 수행할 수 있다. 습식 식각으로, 하부채널(SP)의 최상부면을 노출시키는 확장홀(EH)을 형성할 수 있다. 확장홀(EH)은 습식 식각으로, 개구부(50) 내에 제 1 채널막(140)에 노출된 수직 절연막(130)을 선택적으로 제거하여 형성될 수 있다. 버퍼막(150)은 습식 식각 공정 동안에 제거되어, 개구부(50) 내에 형성된 제 1 채널막(140)의 측벽이 노출될 수 있다. 습식 식각 공정은 예를 들어, 염소이온이 포함된 산 계열의 식각액, 인산, 불산 계열의 식각액, 및 SC1(standard chemical 1) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 사용할 수 있다.
확장홀(EH)은 개구부(50)의 일부분이며, 개구부(50)의 하부영역일 수 있다. 확장홀(EH)을 제외한 개구부(50)의 다른 일부영역은 수직홀(VH)일 수 있다. 확장홀(EH)의 하부면에는 하부채널(SP)의 최상부면이 노출될 수 있고, 확장홀(EH)의 측벽에는 수직 절연막(130)이 노출될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 확장홀(EH)의 측벽에는 제 1 내지 제 3 수직 절연막들(131, 135, 155)의 일부분들이 노출될 수 있다. 그리고, 확장홀(EH)의 측벽은 제 2 수직 절연막(133)의 일 측벽과 접촉하는 제 3 수직 절연막(135)의 일 측벽을 넘지 않을 수 있다. 확장홀(EH)의 측벽은 곡선형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 확장홀(EH)의 측벽은 오목할 수 있다.
수직홀(VH)의 측벽에는 제 1 채널막(140)이 노출될 수 있다. 그리고, 수직홀(VH)의 측벽은 수직할 수 있다. 수직홀(VH)의 폭(HW2)은 확장홀(EH)의 폭(HW1) 보다 좁을 수 있다. 확장홀(EH)의 폭과 수직홀(VH)의 폭의 차(HW1-HW2/2)는 실질적으로 습식 식각 공정에서 수직 절연막(130)이 식각된 폭일 수 있다. 수직 절연막(130)이 식각된 폭은 수직 절연막(130)의 폭보다 얇을 수 있다.
다른 예로, 도 10a를 참조하면, 확장홀(EH)의 측벽은 수직 벽 형태를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 도 10b를 참조하면, 확장홀(EH)의 측벽의 일부는 수직 벽 형태를 가질 수 있고, 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부는 곡선형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부는 오목할 수 있다. 수직 벽 형태를 갖는 확장홀(EH)의 측벽의 일부에는 후속공정에서 형성되는 트랩 절연막(TTL)을 구성하는 제 2 수직 절연막(135)의 일부분이 노출될 수 있고, 곡선형태의 프로파일을 갖는 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부에는 후속공정에서 형성되는 터널 절연막(TL)을 구성하는 제 1 수직 절연막(131)의 일부분이 노출될 수 있다.
도 22 및 도 23을 동시에 참조하면, 제 1 채널막(140) 상에 제 2 채널막(160)이 형성될 수 있다. 제 2 채널막(160)은 확장홀(EH)을 채울 수 있다. 상세하게, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성되는 제 2 채널막(160)의 일부분과, 확장홀(EH)의 측벽에 노출된 수직 절연막(130)의 일부분 상에 형성되는 제 2 채널막(160)의 일부분 및 제 1 채널막(140)의 하부면 상에 형성되는 제 2 채널막(160)의 일부분이 서로 만나 확장홀(EH) 내를 갭-필(gap fill)할 수 있다. 제 2 채널막(160)은 확장홀(EH)을 채울 수 있도록 제 1 채널막(140) 상에 두껍게 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 채널막(140)의 측벽 상에 형성된 제 2 채널막(160)의 두께를 얇게 형성하기 위하여 트리밍 공정(trimming process)을 추가로 진행할 수 있다. 이에 따라, 제 1 채널막(140) 상에는 제 2 채널막(160)을 얇게 형성할 수 있고, 확장홀(EH) 내에는 제 2 채널막(160)이 충분히 채워져 제 2 채널막(160)의 하부는 두껍게 형성될 수 있다.
제 2 채널막(160)은 하부 제 2 채널패턴(LP) 및 상부 제 2 채널패턴(UP)을 포함할 수 있다. 하부 제 2 채널막(LPL)은 확장홀(EH)을 채운 제 2 채널막(160)의 일부분일 수 있다. 하부 제 2 채널막(LPL)은 확장홀(EH)의 측벽에 노출된 수직 절연막(130)의 일부분과 접촉할 수 있다. 상세하게, 확장홀(EH)의 측벽에 노출된 제 1 내지 제 3 수직 절연막들(131, 133, 135)의 일부분들은 하부 제 2 채널막(LPL)의 측벽(175)과 접촉할 수 있다. 하부채널(SP)의 최상부면은 하부 제 2 채널막(LPL)의 하부면(171)과 접촉할 수 있다. 하부 제 2 채널막(LPL)의 상부면(173)은 제 1 채널막(140)의 하부면과 동일한 레벨 또는 더 낮은 레벨 상에 위치할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 8 및 도 9를 동시에 참조하면, 제 2 채널막(160)의 상부면(173)은 제 1 채널막(140)의 하부면보다 높은 레벨 상에 위치할 수 있다. 상부 제 2 채널막(UPL)은 수직홀(VH)내에 형성되고, 제 1 채널막(140)의 측벽을 컨포말하게 덮을 수 있다.
하부 제 2 채널막(LPL)의 폭(W1)은 상부 제 2 채널막(UPL)의 폭(W3) 보다 더 클 수 있다. 더불어, 하부 제 2 채널막(LPL)의 폭(W1)은 수직홀(VH)에 형성된 제 1 채널막(140)의 폭(W2) 및 상부 제 2 채널막(UPL)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 더 클 수 있다.
제 2 채널막(160)은 원자 층 증착(ALD) 또는 화학적 기상 증착(CVD)을 사용하여 형성될 수 있다. 제 2 채널막(160)은 예를 들어, 다결정 실리콘막일 수 있다. 이와 달리, 제 2 채널막(160)은 유기 반도체막 및 탄소 나노 구조체들 중의 한가지일 수 있다.
반도체 메모리 장치의 신뢰성 확보를 위해서는 메모리 셀들에 인접하는 채널패턴은 얇게 형성되어야 하고, 접지 선택 트랜지스터에 인접하는 채널패턴은 두껍게 형성되어야 한다. 이때, 접지 선택 트랜지스터에 인접하는 채널패턴이 두껍게 형성하기 위하여, 접지 선택 트랜지스터에 인접하는 수직 절연막의 하부 일부를 선택적으로 수평으로 식각하는 2차 식각 공정을 수행한다. 그러나, 1차 식각 공정 때 건식 식각 공정으로 식각된 하부채널의 식각 프로파일과 2차 식각 공정 때 습식 식각 공정으로 식각된 수직 절연막의 식각 프로파일이 상이하게 된다. 예를 들어, 1차 식각 공정에서 형성된 최하부 개구부의 폭은 2차 식각 공정에서 형성된 하부 개구부의 폭보다 더 좁을 수 있다. 따라서, 개구부의 하부는 불균일한 프로파일을 갖도록 형성되어, 개구부의 하부에 형성되는 제 2 채널막은 균일하게 형성되지 않아, 제 2 채널막 사이에 끊김이 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 1차 식각 공정에서 하부채널의 상부가 식각되지 않도록 수직 절연막을 식각 정지막으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 1차 식각 공정 후에 하부채널의 상부면 상에 수직 절연막의 일부가 존재할 수 있다. 2차 식각 공정으로, 접지 선택 트랜지스터에 인접하는 수직 절연막의 하부 일부와 하부채널의 상부면 상에 남아있는 수직 절연막의 일부가 같이 식각될 수 있다. 따라서, 개구부의 하부는 균일한 프로파일을 갖도록 형성되어, 제 2 채널막이 균일하게 형성될 수 있다.
도 24를 참조하면, 개구부(50) 내에 캐핑패턴(181)을 채울 수 있다. 상세하게, 빈 개구부(50)를 채우는 캐핑막(미도시)를 몰드 구조체 상에 형성할 수 있다. 몰드 구조체 상에 최상부 절연막(117)의 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행하여, 몰드 구조체의 상부면 상에 적층된 캐핑막, 제 2 채널막(160), 제 1 채널막(140), 수직 절연막(130)의 일부분들이 차례로 제거될 수 있다. 이에 따라, 개구부(50) 내에 수직 절연 구조체(VIS), 제 1 채널패턴(CP1), 제 2 채널패턴(CP2) 및 캐핑패턴(181)을 형성할 수 있다. 수직 절연 구조체(VIS)는 제 1 내지 제 3 절연막들(131, 133, 135)이 식각되어 형성된 터널 절연막(TL; 도 3 참조), 트랩 절연막(TTL; 도 3 참조) 및 블로킹 절연막(BLL; 도 3 참조) 일 수 있다.
캐핑패턴(181)을 형성하기 전에, 제 1 및 제 2 채널패턴들(CP1, CP2)을 수소 또는 중수소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 수소 어닐링 단계가 더 실시될 수 있다. 이 공정은 제 1 및 제 2 채널패턴들(CP1, CP2) 내에 존재하는 결정 결함들이 수소 어닐링 단계에 의해 치유될 수 있다. 캐핑패턴(181)은 에스오지(SOG) 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 평탄화 공정은 예를 들어, 에치백 공정 또는 CMP 공정일 수 있다. 캐핑패턴(181)은 절연 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 어느 하나일 수 있다. 후술되는 설명에서, 제 1 채널패턴(CP1), 제 2 채널패턴(CP2) 및 캐핑패턴(181)은 채널 구조체(VS)로 설명하도록 한다.
수직 절연 구조체(VIS) 및 채널 구조체(VS)의 상에 도전 패드(190)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(190)는 수직 절연 구조체(VIS) 및 채널 구조체(VS)의 상부 영역을 리세스한 후, 리세스된 영역 내에 도전 물질을 채워 형성될 수 있다. 다른 예로, 도전 패드(190)는 수직 절연 구조체(VIS) 및 채널 구조체(VS)의 상부 영역에 제 1 및 제 2 채널패턴들(CP1, CP2)과 다른 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.
도 25를 참조하면, 몰드 구조체를 패터닝하여 트렌치(180)를 형성할 수 있다. 패터닝 공정으로 기판(100) 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 절연 패턴들(111a~117a) 및 희생 패턴들(121a~126a)이 형성될 수 있다. 트렌치(180)는 절연 패턴들(111a~117a) 및 희생 패턴들(121a~126a)을 정의할 수 있다. 한 쌍의 트렌치들(180)은 채널 구조체(VS)의 양측에 형성될 수 있다. 트렌치(180)의 측벽에는 절연 패턴들(111a~117a) 및 희생 패턴들(121a~126a)이 노출될 수 있다. 트렌치(180)의 하부면에 기판(100)이 노출될 수 있다. 수평적 모양에 있어서, 트렌치(180)는 라인 형태 또는 직사각형 형태로 형성될 수 있다. 트렌치(180)는 몰드 구조체를 이방성 식각 공정으로 형성될 수 있다.
도 26을 참조하면, 트렌치(180)에 노출된 희생 패턴들(121a~126a)을 제거하여 절연 패턴들(111a~117a) 사이에 리세스 영역들(RR)을 형성할 수 있다. 리세스 영역들(RR)은 희생 패턴들(121a~126a)을 선택적으로 제거하여 형성될 수 있다. 희생 패턴들(121a~126a)은 절연 패턴들(111a~117a)과 식각 선택성을 갖는 물질을 포함하기 때문에, 희생 패턴들(121a~126a)이 제거될 때 절연 패턴들(111a~117a)은 제거되지 않는다. 선택적 식각은 습식 식각 및/또는 등방성 건식 식각일 수 있다. 예를 들면, 상기 희생 패턴들(121a~126a)이 실리콘 질화막이고 상기 절연 패턴들(111a~117a)이 실리콘 산화막인 경우, 상기 식각은 인산을 포함하는 식각액을 사용하여 수행될 수 있다.
리세스 영역들(RR)을 통해 절연 패턴들(111a~117a)의 상부면들, 하부면들 및 수직 절연 구조체(VIS)의 외 측벽의 일부분들이 노출될 수 있다. 리세스 영역들(RR) 중의 기판(100)과 가장 인접하는 최하부 리세스 영역에는 하부채널(SP)의 외 측벽의 일부분들이 노출될 수 있다. 리세스 영역들(RR)은 트렌치(180)로부터 절연 패턴들(111a~117a) 사이로 수평적으로 연장된 갭 영역들일 수 있다.
도 27을 참조하면, 리세스 영역들(RR)에 노출된 막들의 표면들을 덮는 수평 절연막(PL)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 수평 절연막(PL)은 리세스 영역들(RR)에 노출된 절연 패턴들(111a~117a)의 상부면들, 하부면들, 수직 절연 구조체(VIS)의 외 측벽들의 일부분들 및 하부채널(SP)의 외 측벽들의 일부분들 상에 컨포말하게 덮을 수 있다. 수평 절연막(PL)은 트렌치(180)에 노출된 기판(100)의 상부면, 트렌치(180)에 노출된 절연 패턴들(111a~117a)의 측벽들, 최상부 절연패턴(117a)의 상부면 및 도전 패드(190)의 상부면 상에도 형성될 수 있다.
수평 절연막(PL)은 수직 절연막(130)과 유사하게, 하나의 박막 또는 복수의 박막들로 구성될 수 있다. 수평 절연막(PL)은 전하트랩형 비휘발성 메모리 트랜지스터의 블록킹 절연막일 수 있다. 이 경우, 수평 절연막(PL)은 실리콘 산화막일 수 있다. 이와 달리, 수평 절연막(PL)은 트랩 절연막 또는 터널 절연막을 더 포함할 수도 있다. 수평 절연막(PL)은 스텝 커버리지가 좋은 증착 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 수평 절연막(PL)은 화학 기상 증착(CVD) 또는 원자층 증착(ALD)을 사용하여 형성될 수 있다.
리세스 영역들(RR)에 도전 물질을 채워 게이트 전극들(120)을 형성할 수 있다. 게이트 전극들(120)을 형성하는 단계는 리세스 영역들(RR)을 채우는 도전막(미도시)을 형성한 후, 트렌치(180) 내에 형성된 도전막을 제거하여 리세스 영역들(RR) 내에만 국부적으로 도전막을 남기는 단계를 포함할 수 있다. 도전막은 트렌치들(180)의 내벽들을 콘포말하게 덮도록 형성될 수 있으며, 이 경우, 게이트 전극들(120)을 형성하는 단계는 트렌치(180) 내에서 도전막을 등방적 식각의 방법으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도전막은 트렌치(180)을 채우도록 형성될 수 있으며, 이 경우 게이트 전극들(120)을 형성하는 단계는 트렌치(180) 내에서 도전막을 이방성 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
게이트 전극들(120)을 형성한 후, 불순물 영역(102)을 형성하는 단계가 더 포함될 수 있다. 불순물 영역(102)은 이온 주입 공정을 통해 형성될 수 있으며, 트렌치(180)를 통하여 노출된 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 불순물 영역 (102)은 기판(100)과 다른 도전형을 가질 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 트렌치(180)를 채우는 층간 절연막(230)을 형성하고, 도전 패드(190)에 접속하는 콘택 플러그(193) 및 층간 절연막(230) 상에 콘택 플러그(193)를 연결하는 비트라인(BL)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(230)은 예를 들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막으로 형성될 수 있다. 콘택 플러그(193)는 도핑된 실리콘 또는 금속성 물질들 중의 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 비트라인(BL)은 콘택 플러그(193)를 제 1 및 제 2 채널패턴들(CP1, CP2)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 게이트 전극들(120) 또는 트렌치(180)를 가로질러 형성될 수 있다.
도 28, 도 30, 도 32, 도 34 및 도 35는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 도 29, 도 31 및 도 33은 B 부분의 확대도들이다.
설명의 간결함을 위해, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제 1 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 동일한 제조 방법에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 기판(100) 상에 형성된 몰드 구조체를 이방성 식각하여 개구부(50)를 형성할 수 있다. 그리고 개구부(50)에 노출된 기판(100)의 상부면 상에 하부채널(SP)을 형성할 수 있다. 개구부(50)의 내벽들을 컨포말하게 덮도록 수직 절연막(130), 제 1 채널막(140) 및 버퍼막(150)을 차례로 형성할 수 있다. 수직 절연막(130)은 제 1 수직 절연막(131), 제 2 수직 절연막(133) 및 제 3 수직 절연막(135)을 포함할 수 있다.
개구부(50) 내에 건식 식각(dry-etch)을 수행할 수 있다. 건식 식각으로, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 버퍼막(150)의 일부분, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 1 채널막(140)의 일부분 및 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 수직 절연막(130)의 일부분이 차례로 식각될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 28을 참조하면, 제 2 수직 절연막(133)은 식각 정지막 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 3 수직 절연막(135)의 일부분은 습식 식각으로 제거되고, 하부채널(SP)의 최상부면 상에 형성된 제 2 수직 절연막(133) 및 제 1 수직 절연막(131)의 일부분들은 제거되지 않을 수 있다. 한편, 과식각으로, 제 2 수직 절연막(133)의 상부면이 리세스될 수 있다.
건식 식각 공정으로 식각된 버퍼막(150), 제 1 채널막(140) 및 제 3 수직 절연막(135)의 내 측벽들은 수직한 프로파일을 가질수 있다.
도 30 및 도 31을 동시에 참조하면, 개구부(50) 내에 습식 식각(wet-etch)을 수행할 수 있다. 습식 식각으로, 하부채널(SP)의 최상부면을 노출시키는 확장홀(EH)을 형성할 수 있다. 확장홀(EH)은 개구부(50)의 하부영역일 수 있다. 확장홀(EH)을 제외한 개구부(50)의 다른 일부영역은 수직홀(VH)일 수 있다. 확장홀(EH)의 하부면에는 하부채널(SP)의 최상부면이 노출될 수 있고, 확장홀(EH)의 측벽에는 수직 절연막(130)이 노출될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 확장홀(EH)의 측벽에는 제 1 내지 제 3 수직 절연막들(131, 135, 155)의 일부분들이 노출될 수 있다. 그리고, 확장홀(EH)의 측벽은 제 1 수직 절연막(131)의 일 측벽과 접촉하는 하부 절연막(112)의 내 측벽을 넘지 않을 수 있다. 확장홀(EH)의 측벽은 곡선형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 확장홀(EH)의 측벽은 오목할 수 있다.
습식 식각으로 버퍼막(150)이 제거되어, 수직홀(VH)의 측벽에는 제 1 채널막(140)이 노출될 수 있다. 확장홀(EH)의 폭과 수직홀(VH)의 폭의 차(HW1-HW2/2)는 실질적으로 습식 식각 공정에서 수직 절연막(130)이 식각된 폭일 수 있다. 수직 절연막(130)이 식각된 폭은 수직 절연막(130)의 폭보다 얇을 수 있다.
다른 예로, 도 12a를 참조하면, 확장홀(EH)의 측벽은 수직 벽 형태를 가질 수 있다. 또 다른 예로, 도 12b를 참조하면, 확장홀(EH)의 측벽의 일부는 수직 벽 형태를 가질 수 있고, 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부는 곡선형태의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부는 오목할 수 있다. 수직 벽 형태를 갖는 확장홀(EH)의 측벽의 일부에는 후속공정에서 형성되는 트랩 절연막(TTL)을 구성하는 제 2 수직 절연막(135)의 일부분이 노출될 수 있고, 곡선형태의 프로파일을 갖는 확장홀(EH)의 측벽의 다른 일부에는 후속공정에서 형성되는 터널 절연막(TL)을 구성하는 제 1 수직 절연막(131)의 일부분이 노출될 수 있다.
도 32 및 도 33을 동시에 참조하면, 제 1 채널막(140) 상에 제 2 채널막(160)이 형성될 수 있다. 제 2 채널막(160)은 확장홀(EH)을 채울 수 있다. 제 2 채널막(160)은 하부 제 2 채널패턴(LP) 및 상부 제 2 채널패턴(UP)을 포함할 수 있다. 하부 제 2 채널막(LPL)은 확장홀(EH)을 채우는 제 2 채널막(160)의 일부분일 수 있다. 하부 제 2 채널막(LPL)의 측벽(175)은 확장홀(EH)의 측벽에 노출된 수직 절연막(130)의 일부분과 접촉할 수 있다. 상세하게, 확장홀(EH)의 측벽에 노출된 제 1 내지 제 3 수직 절연막들(131, 133, 135)의 일부분들은 하부 제 2 채널막(LPL)의 측벽(175) 접촉할 수 있다. 하부채널(SP)의 최상부면은 하부 제 2 채널막(LPL)의 하부면(171)과 접촉할 수 있다. 상부 제 2 채널막(UPL)은 수직홀(VH)내에 형성되고, 제 1 채널막(140)의 측벽을 컨포말하게 덮을 수 있다.
하부 제 2 채널막(LPL)의 폭(W1)는 상부 제 2 채널막(UPL)의 폭(W3) 보다 더 클 수 있다. 더불어, 하부 제 2 채널막(LPL)의 폭(W1)는 수직홀(VH)에 형성된 제 1 채널막(140)의 폭(W2) 및 상부 제 2 채널막(UPL)의 폭(W3)의 합(W4) 보다 더 클 수 있다.
도 34를 참조하면, 개구부(50)를 채우는 캐핑막(미도시)을 형성하고, 몰드 구조체 상에 최상부 절연막(117)의 상부면을 노출시키는 평탄화 공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 몰드 구조체의 상부면 상에 적층된 캐핑막, 제 2 채널막(160), 제 1 채널막(140), 수직 절연막(130)의 일부분들이 차례로 제거될 수 있다. 이에 따라, 개구부(50) 내에 수직 절연 구조체(VIS), 제 1 채널패턴(CP1), 제 2
도 36은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 포함하는 메모리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 36을 참조하면, 메모리 시스템(1100)은 PDA, 포터블(portable) 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 소자에 적용될 수 있다.
메모리 시스템(1100)은 컨트롤러(1110), 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이와 같은 입출력 장치(1120), 메모리(1130), 인터페이스(1140), 및 버스(1150)를 포함한다. 메모리(1130)와 인터페이스(1140)는 버스(1150)를 통해 상호 소통된다.
컨트롤러(1110)는 적어도 하나의 마이크로 프로세서, 디지털 시그널 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 또는 그와 유사한 다른 프로세스 장치들을 포함한다. 메모리(1130)는 컨트롤러에 의해 수행된 명령을 저장하는 데에 사용될 수 있다. 입출력 장치(1120)는 시스템(1100) 외부로부터 데이터 또는 신호를 입력받거나 또는 시스템(1100) 외부로 데이터 또는 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 입출력 장치(1120)는 키보드, 키패드 또는 디스플레이 소자를 포함할 수 있다.
메모리(1130)는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 소자를 포함한다. 메모리(1130)는 또한 다른 종류의 메모리, 임의의 수시 접근이 가능한 휘발성 메모리, 기타 다양한 종류의 메모리를 더 포함할 수 있다.
인터페이스(1140)는 데이터를 통신 네트워크로 송출하거나, 네트워크로부터 데이터를 받는 역할을 한다.
도 37은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 구비하는 메모리 카드의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 37을 참조하면, 고용량의 데이터 저장 능력을 지원하기 위한 메모리 카드(1200)는 본 발명에 따른 플래시 메모리 장치(1120)를 장착한다. 본 발명에 따른 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와 플래시 메모리 장치(1120) 간의 제반 데이터 교환을 제어하는 메모리 컨트롤러(1220)를 포함한다.
SRAM(1221)은 프로세싱 유닛(1222)의 동작 메모리로써 사용된다. 호스트 인터페이스(1223)는 메모리 카드(1200)와 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비한다. 에러 정정 블록(1224)은 플래시 메모리 장치(1120)로부터 독출된 데이터에 포함되는 에러를 검출 및 정정한다. 메모리 인터페이스(1225)는 본 발명의 플래시 메모리 장치(1120)와 인터페이싱 한다.
프로세싱 유닛(1222)은 메모리 컨트롤러(1220)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행한다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 메모리 카드(1200)는 호스트(Host)와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 ROM(미도시됨) 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.
도 38은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 메모리 장치를 장착하는 정보 처리 시스템의 일 예를 나타내는 개략 블록도이다.
도 38을 참조하면, 모바일 기기나 데스크 톱 컴퓨터와 같은 정보 처리 시스템에 본 발명의 메모리 시스템(1310)이 장착된다. 본 발명에 따른 정보 처리 시스템(1300)은 메모리 시스템(1310)과 각각 시스템 버스(1360)에 전기적으로 연결된 모뎀(1320), 중앙처리장치(1330), 램(1340), 유저 인터페이스(1350)를 포함한다. 메모리 시스템(1310)은 앞서 언급된 메모리 시스템과 실질적으로 동일하게 구성될 것이다. 메모리 시스템(1310)에는 중앙처리장치(1330)에 의해서 처리된 데이터 또는 외부에서 입력된 데이터가 저장된다. 여기서, 상술한 메모리 시스템(1310)이 반도체 디스크 장치(SSD)로 구성될 수 있으며, 이 경우 정보 처리 시스템(1300)은 대용량의 데이터를 메모리 시스템(1310)에 안정적으로 저장할 수 있다. 그리고 신뢰성의 증대에 따라, 메모리 시스템(1310)은 에러 정정에 소요되는 자원을 절감할 수 있어 고속의 데이터 교환 기능을 정보 처리 시스템(1300)에 제공할 것이다. 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 정보 처리 시스템(1300)에는 응용 칩셋(Application Chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 입출력 장치 등이 더 제공될 수 있음은 이 분야의 통상적인 지식을 습득한 자들에게 자명하다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 장치 또는 메모리 시스템은 다양한 형태들의 패키지로 실장 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 메모리 장치 또는 메모리 시스템은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 방식으로 패키지화되어 실장될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판
102: 불순물 영역
120: 게이트 전극
LP: 하부 제 2 채널패턴
UP: 상부 제 2 채널패턴
CP1: 제 1 채널패턴
CP2: 제 2 채널패턴
181: 캐핑패턴
VS: 채널 구조체
BL: 비트라인

Claims (10)

  1. 기판 상에 수직으로 적층된 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체;
    상기 적층 구조체를 수직으로 관통하며, 상기 적층 구조체의 일 측벽에 배치되는 수직 절연 구조체;
    상기 수직 절연 구조체의 측벽 상에 배치된 수직 채널부; 및
    상기 적층 구조체의 타측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역을 포함하되,
    상기 수직 채널부의 하부영역의 측벽은 돌출되어, 상기 수직 절연 구조체와 접촉하는 반도체 메모리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽은 곡면을 갖는 반도체 메모리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽은 수직 벽 형태를 갖는 반도체 메모리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽과 상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 하부면으로 구성되는 상기 수직 채널부의 가장자리 영역은 각이 진 형태를 갖는 반도체 메모리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 상기 측벽과 상기 수직 채널부의 상기 하부영역의 하부면으로 구성되는 상기 수직 채널부의 가장자리 영역은 굴곡이 진 형태를 갖는 반도체 메모리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역은 상기 수직 채널부의 상부영역보다 넓은 폭을 갖는 반도체 메모리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 채널부의 상기 하부영역과 상기 적층 구조체 사이에 개재된 상기 수직 절연 구조체는 상기 수직 채널부의 상부영역과 상기 적층 구조체 사이에 개재된 상기 수직 절연 구조체 보다 좁은 폭을 갖는 반도체 메모리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 채널부는 제 1 채널패턴 및 제 2 채널패턴을 포함하되,
    상기 수직 채널부의 상부영역은 상기 제 1 채널패턴 및 상기 제 2 채널패턴의 일부분을 포함하고, 상기 수직 채널부의 상기 하부영역은 상기 제 2 채널패턴의 다른 일부분을 포함하는 반도체 메모리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 수직으로 돌출되고, 상기 수직 채널부와 접촉하는 하부채널을 더 포함하되,
    상기 하부채널의 상부면의 일부분은 상기 수직 채널부의 하부면과 접촉하고, 상기 하부채널의 상기 상부면의 다른 일부분은 상기 수직 절연 구조체의 하부면과 접촉하는 반도체 메모리 장치.
  10. 기판 상에 수직으로 적층된 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체;
    상기 적층 구조체를 수직으로 관통하며, 상기 적층 구조체의 일 측벽에 배치되는 수직 절연 구조체;
    상기 수직 절연 구조체의 일 측벽 상에 배치된 수직 채널부; 및
    상기 적층 구조체의 타측의 상기 기판 내에 형성된 공통 소오스 영역을 포함하되,
    상기 수직 채널부는 제 1 채널패턴 및 제 2 채널패턴을 포함하고, 상기 제 1 채널패턴은 상기 수직 절연 구조체의 일부 측벽을 덮으며, 상기 제 2 채널패턴의 상부 제 2 채널패턴은 상기 제 1 채널패턴의 측벽을 덮고, 상기 제 2 채널패턴의 하부 제 2 채널패턴은 상기 제 1 채널패턴의 아래에 배치되되,
    상기 하부 제 2 채널패턴의 측벽은 돌출되어, 상기 제 1 채널패턴에 의해 노출된 상기 수직 절연 구조체와 접촉하는 반도체 메모리 장치.

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