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KR20220158425A - 3d flash memory manufactured through gate first process - Google Patents

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KR20220158425A
KR20220158425A KR1020210066214A KR20210066214A KR20220158425A KR 20220158425 A KR20220158425 A KR 20220158425A KR 1020210066214 A KR1020210066214 A KR 1020210066214A KR 20210066214 A KR20210066214 A KR 20210066214A KR 20220158425 A KR20220158425 A KR 20220158425A
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South Korea
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interlayer insulating
vertical channel
pattern
vertical
insulating films
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KR1020210066214A
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송윤흡
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

게이트 퍼스트 공정을 통해 제조되는 3차원 플래시 메모리가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체들; 및 상기 적층 구조체들 각각을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하고, 상기 층간 절연막들 각각은, 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.A three-dimensional flash memory manufactured through a gate first process is disclosed. According to one embodiment, a 3D flash memory includes stacked structures extending in a horizontal direction on a substrate and including interlayer insulating films and gate electrodes alternately stacked in a vertical direction; and vertical channel structures penetrating each of the stacked structures and extending in the vertical direction, each of the vertical channel structures covering a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern, and and a vertical channel pattern extending in a vertical direction, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern configure memory cells corresponding to the word lines, and each of the interlayer insulating films is formed of a metal oxide. formation can be characterized.

Description

게이트 퍼스트 공정을 통해 제조되는 3차원 플래시 메모리{3D FLASH MEMORY MANUFACTURED THROUGH GATE FIRST PROCESS}3D flash memory manufactured through gate first process {3D FLASH MEMORY MANUFACTURED THROUGH GATE FIRST PROCESS}

아래의 실시예들은 3차원 플래시 메모리에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 게이트 퍼스트 공정을 통해 제조되는 3차원 플래시 메모리에 대한 기술이다.The following embodiments relate to a 3D flash memory, and more specifically, a technology for a 3D flash memory manufactured through a gate first process.

플래시 메모리 소자는 F-N 터널링(Fowler-Nordheimtunneling) 또는 열전자 주입(Hot electron injection)에 의해 전기적으로 데이터의 입출력을 제어하여 전기적으로 프로그램 및 소거가 가능한 판독 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory; EEPROM)로서, 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어, 게임 시스템, 메모리 스틱(Memory stick) 등에 공통적으로 이용될 수 있다.A flash memory device is an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) by electrically controlling input and output of data by Fowler-Nordheimtunneling or hot electron injection. , can be commonly used in computers, digital cameras, MP3 players, game systems, memory sticks, and the like.

이러한 플래시 메모리 소자에서는 소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해 집적도를 증가시키는 것이 요구된 바, 메모리 셀 트랜지스터들이 수직 방향으로 배열되어 셀 스트링을 구성하는 3차원 구조가 제안되었다.In such a flash memory device, a three-dimensional structure in which memory cell transistors are arranged in a vertical direction to form a cell string has been proposed to increase the degree of integration in order to meet the excellent performance and low price demanded by consumers.

3차원 플래시 메모리는 최근 집적화를 위해 수직 셀의 피치가 극단적으로 작아지고 있는 추세로, 워드 라인을 제조함에 있어 희생층을 이용하는 WL replacement 공정이 적용되기 어려운 문제를 갖는다.3D flash memory has a problem in that the WL replacement process using a sacrificial layer is difficult to apply in manufacturing a word line, as the pitch of vertical cells has recently become extremely small for integration.

이에, 희생층을 이용하지 않고 워드 라인을 형성하는 게이트 퍼스트(Gate first) 공정이 제안되었으나, 게이트 퍼스트 공정 시 채널 홀들의 프로파일이 균일하지 못한 문제가 발생된다.Accordingly, a gate first process for forming a word line without using a sacrificial layer has been proposed, but a problem in that the profile of channel holes is not uniform occurs during the gate first process.

따라서, 아래의 실시예들은 설명된 문제를 해결하는 기술을 제안하고자 한다.Accordingly, the embodiments below seek to propose a technique to solve the described problem.

일 실시예들은 게이트 퍼스트 공정을 적용함에 있어 채널 홀들의 프로파일이 균일하지 못한 문제점을 해결하고자, 층간 절연층들 각각을 금속 산화물로 형성하는 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.Embodiments provide a three-dimensional flash memory in which interlayer insulating layers are formed of metal oxide, a manufacturing method thereof, and an electronic system including the same, in order to solve the problem that the profile of channel holes is not uniform in applying the gate first process. Suggest.

또한, 일 실시예들은 층간 절연층들 각각을 금속 산화물로 형성하더라도, 절연 특성을 보장하는 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안한다.In addition, embodiments of the present invention propose a three-dimensional flash memory, a manufacturing method thereof, and an electronic system including the same, which ensure insulation properties even when each of the interlayer insulation layers is formed of metal oxide.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 상기 과제로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and can be variously expanded without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리는, 기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체들; 및 상기 적층 구조체들 각각을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-을 포함하고, 상기 층간 절연막들 각각은, 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, a 3D flash memory may include stacked structures extending in a horizontal direction on a substrate and including interlayer insulating films and gate electrodes alternately stacked in a vertical direction; and vertical channel structures penetrating each of the stacked structures and extending in the vertical direction, each of the vertical channel structures covering a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern, and and a vertical channel pattern extending in a vertical direction, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern configure memory cells corresponding to the word lines, and each of the interlayer insulating films is formed of a metal oxide. formation can be characterized.

일 측면에 따르면, 상기 층간 절연막들 각각은, 상기 게이트 전극들을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.According to one aspect, each of the interlayer insulating films is formed of an oxide of a metal material constituting the gate electrodes.

다른 일 측면에 따르면, 상기 층간 절연막들 각각에는, 상기 층간 절연막들 각각의 두께보다 얇은 절연 차단막이 내재되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, each of the interlayer insulating films may be characterized in that an insulation blocking film thinner than a thickness of each of the interlayer insulating films is embedded.

일 실시예에 따르면, 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은, 기판 상에서 수평 방향으로 연장 형성된 채 수직 방향을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들을 포함하는 반도체 구조체를 준비하는 단계; 상기 반도체 구조체를 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들을 형성하는 단계; 및 상기 채널 홀들의 내부에 수직 채널 구조체들을 상기 수직 방향으로 연장 형성하는 단계를 포함하고, 상기 층간 절연막들 각각은, 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, a method of manufacturing a three-dimensional flash memory includes preparing a semiconductor structure including interlayer insulating films and gate electrodes that are alternately stacked along a vertical direction while extending in a horizontal direction on a substrate; forming channel holes penetrating the semiconductor structure in the vertical direction; and forming vertical channel structures extending in the vertical direction inside the channel holes, wherein each of the interlayer insulating films is formed of a metal oxide.

일 측면에 따르면, 상기 층간 절연막들 각각에는, 상기 층간 절연막들 각각의 두께보다 얇은 절연 차단막이 내재되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to one aspect, each of the interlayer insulating films may be characterized in that an insulation blocking film thinner than a thickness of each of the interlayer insulating films is embedded.

일 실시예들은 게이트 퍼스트 공정을 적용함에 있어 채널 홀들의 프로파일이 균일하지 못한 문제점을 해결하고자, 층간 절연층들 각각을 금속 산화물로 형성하는 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.Embodiments provide a three-dimensional flash memory in which interlayer insulating layers are formed of metal oxide, a manufacturing method thereof, and an electronic system including the same, in order to solve the problem that the profile of channel holes is not uniform in applying the gate first process. can suggest

따라서, 일 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리는 식각된 채널 홀들의 프로파일을 균일하게 하는 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the 3D flash memory according to the exemplary embodiments may achieve an effect of uniformizing the profile of etched channel holes.

또한, 일 실시예들은 층간 절연층들 각각을 금속 산화물로 형성하더라도, 절연 특성을 보장하는 3차원 플래시 메모리, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템을 제안할 수 있다.In addition, one embodiment may propose a 3D flash memory, a method of manufacturing the same, and an electronic system including the same, even if each of the interlayer insulating layers is formed of a metal oxide to ensure an insulating property.

다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and can be variously extended without departing from the technical spirit and scope of the present invention.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 4는 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 층간 절연막들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 5는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 6은 도 5에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 층간 절연막들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.
도 7은 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 8a 내지 13은 도 3 내지 4에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위해 수행되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14a 내지 19는 도 5 내지 6에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위해 수행되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 22는 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
1 is a simplified circuit diagram illustrating an array of three-dimensional flash memories according to one embodiment.
2 is a plan view illustrating the structure of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another implementation example of interlayer insulating films included in the 3D flash memory shown in FIG. 3, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a 3D flash memory according to another embodiment, corresponding to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another implementation example of interlayer insulating films included in the 3D flash memory shown in FIG. 5, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a 3D flash memory according to embodiments.
8A to 13 are cross-sectional views for explaining a manufacturing method performed to manufacture a 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 3 to 4 .
14A to 19 are cross-sectional views illustrating a manufacturing method performed to manufacture a 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 5 to 6 .
22 is a perspective view schematically illustrating an electronic system including a 3D flash memory according to embodiments.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Also, like reference numerals in each figure denote like members.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(Terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 예컨대, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 본 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 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 방향, 형상 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 방향, 형상이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 방향 또는 형상을 다른 영역, 방향 또는 형상과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다.In addition, terms used in this specification (terminology) are terms used to appropriately express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to the intention of a viewer or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification. For example, in this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. Also, as used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a referenced component, step, operation, and/or element is one or more other components, steps, operations, and/or elements. The presence or addition of elements is not excluded. In addition, although terms such as first and second are used in this specification to describe various regions, directions, shapes, etc., these regions, directions, and shapes should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one area, direction or shape from another area, direction or shape. Accordingly, a portion referred to as a first portion in one embodiment may be referred to as a second portion in another embodiment.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 제시된 각각의 실시예 범주에서 개별 구성요소의 위치, 배치, 또는 구성은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.Also, it should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, it should be understood that the location, arrangement, or configuration of individual components in the scope of each embodiment presented may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention.

이하, 도면들을 참조하여 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리, 이의 동작 방법 및 이를 포함하는 전자 시스템에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a 3D flash memory according to embodiments, an operating method thereof, and an electronic system including the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이를 도시한 간략 회로도이다.1 is a simplified circuit diagram illustrating an array of three-dimensional flash memories according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 어레이는 공통 소스 라인(CSL), 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 사이에 배치되는 복수의 셀 스트링들(CSTR)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a three-dimensional flash memory array according to an embodiment includes a common source line CSL, a plurality of bit lines BL0, BL1, and BL2, and the common source line CSL and bit lines BL0. , BL1, and BL2) may include a plurality of cell strings CSTR.

비트 라인들(BL0, BL1, BL2)은 제2 방향(D2)으로 연장 형성된 채 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 여기서, 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3) 각각은 서로 직교하며 X, Y, Z축으로 정의되는 직각 좌표계를 형성할 수 있다.The bit lines BL0 , BL1 , and BL2 may be two-dimensionally arranged while being spaced apart from each other along the first direction D1 while extending in the second direction D2 . Here, each of the first direction D1 , the second direction D2 , and the third direction D3 are orthogonal to each other and may form a rectangular coordinate system defined by X, Y, and Z axes.

비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 각각에는 복수의 셀 스트링들(CSTR)이 병렬로 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR)은 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)과 하나의 공통 소스 라인(CSL) 사이에 제공된 채 공통 소스 라인(CSL)에 공통으로 연결될 수 있다. 이 때, 공통 소스 라인(CSL)은 복수 개로 제공될 수 있으며, 복수의 공통 소스 라인들(CSL)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 복수의 공통 소스 라인들(CSL)에는 전기적으로 동일한 전압이 인가될 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 복수의 공통 소스 라인들(CSL) 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수도 있다.A plurality of cell strings CSTR may be connected in parallel to each of the bit lines BL0 , BL1 , and BL2 . The cell strings CSTR may be connected in common to the common source line CSL while being provided between the bit lines BL0 , BL1 , and BL2 and one common source line CSL. In this case, a plurality of common source lines CSL may be provided, and the plurality of common source lines CSL are spaced apart from each other along the second direction D2 while extending in the first direction D1 and have a two-dimensional can be arranged sequentially. The same voltage may be electrically applied to the plurality of common source lines CSL, but different voltages may be applied as each of the plurality of common source lines CSL is electrically independently controlled without being limited or limited thereto. have.

셀 스트링들(CSTR)은 제3 방향(D3)으로 연장 형성된 채 비트 라인별로 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되며 배열될 수 있다. 실시예에 따르면, 셀 스트링들(CSTR) 각각은 공통 소스 라인(CSL)에 접속하는 접지 선택 트랜지스터(GST), 비트 라인들(BL0, BL1, BL2)에 접속하며 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2), 접지 선택 트랜지스터(GST)와 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 사이에 배치된 채 직렬 연결된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 및 소거 제어 트랜지스터(ECT)로 구성될 수 있다. 또한, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 각각은 데이터 저장 요소(Data storage element)를 포함할 수 있다.The cell strings CSTR may be spaced apart from each other along the second direction D2 for each bit line while extending in the third direction D3 and may be arranged. According to an embodiment, each of the cell strings CSTR includes a ground select transistor GST connected to the common source line CSL and first and second strings connected in series to bit lines BL0, BL1, and BL2. Select transistors SST1 and SST2, memory cell transistors MCT connected in series while being disposed between the ground select transistor GST and the first and second string select transistors SST1 and SST2, and an erase control transistor ECT ) can be configured. Also, each of the memory cell transistors MCT may include a data storage element.

일 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 직렬 연결된 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)을 포함할 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 하나에 접속될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 각각의 셀 스트링들(CSTR)은 하나의 스트링 선택 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 다른 예로, 각각의 셀 스트링들(CSTR)에서 접지 선택 트랜지스터(GST)는, 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2)와 유사하게, 직렬 연결된 복수 개의 모스 트랜지스터들로 구성될 수도 있다.For example, each of the cell strings CSTR may include first and second string select transistors SST1 and SST2 connected in series, and the second string select transistor SST2 may include bit lines BL0 and BL1 , BL2). However, without being limited thereto, each of the cell strings CSTR may include one string select transistor. As another example, the ground select transistor GST in each of the cell strings CSTR may be composed of a plurality of MOS transistors connected in series similarly to the first and second string select transistors SST1 and SST2. .

하나의 셀 스트링(CSTR)은 공통 소스 라인들(CSL)로부터의 거리가 서로 다른 복수 개의 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)로 구성될 수 있다. 즉, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 접지 선택 트랜지스터(GST) 사이에서 제3 방향(D3)을 따라 배치된 채 직렬 연결될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 접지 선택 트랜지스터(GST)와 공통 소스 라인들(CSL) 사이에 연결될 수 있다. 셀 스트링들(CSTR) 각각은 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최상위의 것 사이 및 접지 선택 트랜지스터(GST)와 메모리 셀 트랜지스터들(MCT) 중 최하위의 것 사이에 각각 연결된 더미 셀 트랜지스터들(DMC)을 더 포함할 수 있다.One cell string CSTR may include a plurality of memory cell transistors MCT having different distances from the common source lines CSL. That is, the memory cell transistors MCT may be connected in series while being disposed along the third direction D3 between the first string select transistor SST1 and the ground select transistor GST. The erase control transistor ECT may be connected between the ground select transistor GST and the common source lines CSL. Each of the cell strings CSTR is formed between the first string select transistor SST1 and the uppermost one of the memory cell transistors MCT and between the ground select transistor GST and the lowermost one of the memory cell transistors MCT. Dummy cell transistors DMC connected to each other may be further included.

실시예에 따르면, 제1 스트링 선택 트랜지스터(SST1)는 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3)에 의해 제어될 수 있으며, 제2 스트링 선택 트랜지스터(SST2)는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)에 의해 제어될 수 있다. 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)은 복수의 워드 라인들(WL0-WLn)에 의해 각각 제어 될 수 있으며, 더미 셀 트랜지스터들(DMC)은 더미 워드 라인(DWL)에 의해 각각 제어될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2)에 의해 제어될 수 있으며, 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터(ECT)는 복수 개로 제공될 수 있다. 공통 소스 라인들(CSL)은 소거 제어 트랜지스터들(ECT)의 소스들에 공통으로 연결될 수 있다.According to an embodiment, the first string select transistor SST1 may be controlled by the first string select lines SSL1-1, SSL1-2, and SSL1-3, and the second string select transistor SST2 may be It can be controlled by 2 string select lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3). The memory cell transistors MCT may be respectively controlled by a plurality of word lines WL0 - WLn, and the dummy cell transistors DMC may be respectively controlled by a dummy word line DWL. The ground select transistor GST may be controlled by the ground select lines GSL0 , GSL1 , and GSL2 , and the erase control transistor ECT may be controlled by the erase control line ECL. A plurality of erasure control transistors ECT may be provided. Common source lines CSL may be commonly connected to sources of erase control transistors ECT.

공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 거리에 제공되는, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들은 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중의 하나에 공통으로 연결되어 등전위 상태에 있을 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 게이트 전극들이 공통 소스 라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되더라도, 서로 다른 행 또는 열에 제공되는 게이트 전극들이 독립적으로 제어될 수도 있다.Gate electrodes of the memory cell transistors MCT, which are provided at substantially the same distance from the common source lines CSL, may be connected in common to one of the word lines WL0 - WLn and DWL to be in an equipotential state. . However, without being limited thereto, even if the gate electrodes of the memory cell transistors MCT are provided at substantially the same level from the common source lines CSL, the gate electrodes provided in different rows or columns may be independently controlled. have.

접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 제1 방향(D1)을 따라 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격되며 2차원적으로 배열될 수 있다. 공통 소스라인들(CSL)로부터 실질적으로 동일한 레벨에 제공되는 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3)은 전기적으로 서로 분리될 수 있다. 또한, 서로 다른 셀 스트링들(CSTR)의 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 공통의 소거 제어 라인(ECL)에 의해 제어될 수 있다. 소거 제어 트랜지스터들(ECT)은 메모리 셀 어레이의 소거 동작 시 게이트 유도 드레인 누설(Gate Induced Drain Leakage; 이하 GIDL)을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 메모리 셀 어레이의 소거 동작시 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 및/또는 공통 소스 라인들(CSL)에 소거 전압이 인가될 수 있으며, 스트링 선택 트랜지스터(SST) 및/또는 소거 제어 트랜지스터들(ECT)에서 게이트 유도 누설 전류가 발생될 수 있다.Ground select lines (GSL0, GSL1, GSL2), first string select lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and second string select lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) ) may extend along the first direction D1, be spaced apart from each other in the second direction D2, and be two-dimensionally arranged. ground selection lines GSL0, GSL1, and GSL2 provided at substantially the same level from the common source lines CSL, first string selection lines SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3, and a second string The selection lines SSL2-1, SSL2-2, and SSL2-3 may be electrically separated from each other. Also, erase control transistors ECT of different cell strings CSTR may be controlled by a common erase control line ECL. The erase control transistors ECT may generate gate induced drain leakage (GIDL) during an erase operation of the memory cell array. In some embodiments, an erase voltage may be applied to the bit lines BL0 , BL1 , and BL2 and/or the common source lines CSL during an erase operation of the memory cell array, and the string select transistor SST and/or Alternatively, gate induced leakage current may be generated in the erasure control transistors ECT.

이상 설명된 스트링 선택 라인(SSL)은 상부 선택 라인(USL)으로 표현될 수 있으며, 접지 선택 라인(GSL)은 하부 선택 라인으로 표현될 수도 있다.The above-described string selection line SSL may be expressed as an upper selection line USL, and the ground selection line GSL may be expressed as a lower selection line.

도 2는 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 평면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.2 is a plan view illustrating the structure of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a 3D flash memory according to an exemplary embodiment, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.

도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , the substrate SUB may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a monocrystalline epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. . The substrate SUB may be doped with first conductivity-type impurities (eg, P-type impurities).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures ST may be disposed on the substrate SUB. The stacked structures ST may be two-dimensionally disposed along the second direction D2 while extending in the first direction D1. In addition, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the upper surface of the substrate SUB (eg, in the third direction D3 ), and interlayer insulating films ILD. can include The stacked structures ST may have substantially flat upper surfaces. That is, top surfaces of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or a direction opposite to the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring back to FIG. 1 , each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 includes an erase control line ECL, ground select lines GSL0 , GSL1 , and GSL2 sequentially stacked on the substrate SUB, and a word line. (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) can be

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may have substantially the same thickness in the third direction D3 while extending in the first direction D1 . Hereinafter, the thickness means the thickness in the third direction D3. Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1 , EL2 , EL3 may be a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), a metal (ex, W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal material described above.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 include a lowermost first gate electrode EL1 , an uppermost third gate electrode EL3 , and the first and third gate electrodes EL1 and EL3 . A plurality of second gate electrodes EL2 may be included therebetween. Although each of the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 is shown and described in the singular number, this is exemplary and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0 , GSL1 , and GLS2 shown in FIG. 1 . The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0 - WLn and DWL shown in FIG. 1 . The third gate electrode EL3 includes any one of the first string select lines SSL1-1, SSL1-2 and SSL1-3 of FIG. 1 shown in FIG. 1 or the second string select lines SSL2-1 and SSL2-1. SSL2-2, SSL2-3) may correspond to any one.

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the lengths of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 of the stack structures ST in the first direction D1 may decrease as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the largest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the longest length in the first direction D1 and the shortest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures ST may decrease as the distance from the outermost one of the vertical channel structures VS described later increases, and the gate electrodes EL1, Sidewalls of EL2 and EL3 may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 when viewed in plan.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다.Each of the interlayer insulating layers ILD may have different thicknesses. For example, the lowermost and uppermost interlayer insulating layers ILD may have a smaller thickness than other interlayer insulating layers ILD. However, this is illustrative and not limited thereto, and the thickness of each of the interlayer insulating layers ILD may be different from each other according to the characteristics of the semiconductor device or all may be set to be the same.

이와 같은 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 특히, 층간 절연막들(ILD) 각각은, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 절연 특성을 갖는 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 상세하게, 층간 절연막들(ILD) 각각은 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물로 형성됨으로써, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일을 균일하게 할 수 있다.Such interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material for insulation between the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . In particular, each of the interlayer insulating films ILD is a metal oxide having an insulating property such that the profile of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the channel holes CH penetrating the interlayer insulating films ILD in a vertical direction are uniform. It can be characterized in that it is formed as. In more detail, each of the interlayer insulating films ILD is formed of the same oxide as the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 formed of a metal material, so that the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the interlayer insulating films ( Profiles of the channel holes CH penetrating the ILD in the vertical direction may be uniform.

예를 들어, 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)이 전술된 바와 같이 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다(예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각이 Mo(몰리브덴)으로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 Mo(몰리브덴)의 산화물인 MoOx(산화 몰리브덴)으로 형성됨).For example, each of the interlayer insulating layers ILD may be formed of an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . For a more specific example, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 are formed of W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), and Mo (molybdenum) as described above. , Ru (ruthenium) or Au (gold), when formed of at least one metal material, each of the interlayer insulating films (ILD) is W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), or Au (gold). When formed, each of the interlayer insulating films ILD is formed of MoOx (molybdenum oxide), which is an oxide of Mo (molybdenum).

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH penetrating portions of the stacked structures ST and the substrate SUB may be provided. Vertical channel structures VS may be provided in the channel holes CH. The vertical channel structures VS are the plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 , and may extend in the third direction D3 while being connected to the substrate SUB. The connection of the vertical channel structures VS with the substrate SUB may be achieved by partially burying a portion of each of the vertical channel structures VS in the substrate SUB, but is not limited thereto, and the vertical channel structures VS are not limited thereto. The lower surface of (VS) may be made by contacting the upper surface of the substrate (SUB). When portions of each of the vertical channel structures VS are buried in the substrate SUB, lower surfaces of the vertical channel structures VS may be positioned at a lower level than the upper surface of the substrate SUB.

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of columns of vertical channel structures VS passing through any one of the stacked structures ST may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , columns of two vertical channel structures VS may pass through one of the stacked structures ST. However, without being limited thereto, three or more columns of vertical channel structures VS may pass through one of the stacked structures ST. In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures VS corresponding to one column may be shifted in the first direction D1 from the vertical channel structures VS corresponding to the other adjacent column. have. When viewed from a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited thereto, the vertical channel structures VS may form an array arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 식각될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures VS is shown as having a column shape having the same width at the top and bottom, but is not limited thereto, and is not limited thereto. It may have a shape in which the width to (D2) is increased. This is due to the limitation that, when the channel holes CH are etched, the widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease toward the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures VS may have a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP) 및 도전 패드(PAD)로 둘러싸인 공간을 채울 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may include a data storage pattern DSP, a vertical channel pattern VCP, a vertical semiconductor pattern VSP, and a conductive pad PAD. In each of the vertical channel structures VS, the data storage pattern DSP may have a pipe shape or macaroni shape with an open bottom, and the vertical channel pattern VCP may have a pipe shape or macaroni shape with a closed bottom. can have a shape. The vertical semiconductor pattern VSP may fill a space surrounded by the vertical channel pattern VCP and the conductive pad PAD.

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern DSP covers the inner walls of each of the channel holes CH and contacts the vertical channel pattern VCP inwardly and contacts the sidewalls of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 outwardly. can Accordingly, the regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the data storage pattern DSP are the second gate electrodes along with the regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by a voltage applied through EL2 may be configured. The memory cells correspond to the memory cell transistors MCT shown in FIG. 1 . That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains a state of charges (eg, a polarization state of charges) in a 3D flash memory. It can act as a data repository. For example, an ONO (tunnel oxide-charge storage layer (Nitride)-blocking oxide layer) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern DSP. Such a data storage pattern DSP may represent binary data values or multi-valued data values with changes in trapped charges or holes, or represent binary data values or multi-valued data values with changes in states of charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 제1 부분(VCP1) 및 제1 부분(VCP1) 상의 제2 부분(VCP2)을 포함할 수 있다.The vertical channel pattern VCP may cover an inner wall of the data storage pattern DSP. The vertical channel pattern VCP may include a first portion VCP1 and a second portion VCP2 on the first portion VCP1.

수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 채널 홀들(CH) 각각의 하부에 제공될 수 있고, 기판(SUB)과 접촉할 수 있다. 이러한 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)은 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화하는 용도 및/또는 에피택시얼 패턴의 용도로 사용될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 두께는, 예를 들어, 제1 게이트 전극(EL1)의 두께보다 클 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 상면은 제1 게이트 전극(EL1)의 상면과 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최하부의 것의 하면 사이에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)의 일부는 제1 게이트 전극(EL1)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다. 이하에서, 수평 방향은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 나란한 평면 상에서 연장되는 임의의 방향을 의미한다.The first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be provided under each of the channel holes CH and may contact the substrate SUB. The first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be used to block, suppress, or minimize leakage current in each of the vertical channel structures VS and/or to form an epitaxial pattern. A thickness of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be greater than, for example, a thickness of the first gate electrode EL1. A sidewall of the first part VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be surrounded by the data storage pattern DSP. A top surface of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be positioned at a higher level than a top surface of the first gate electrode EL1. More specifically, the top surface of the first part VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be positioned between the top surface of the first gate electrode EL1 and the bottom surface of the lowermost one of the second gate electrodes EL2. A lower surface of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may be positioned at a lower level than an uppermost surface of the substrate SUB (ie, a lower surface of a lowermost one of the interlayer insulating layers ILD). A portion of the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP may overlap the first gate electrode EL1 in a horizontal direction. Hereinafter, the horizontal direction refers to an arbitrary direction extending on a plane parallel to the first and second directions D1 and D2.

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 제1 부분(VCP1)의 상면으로부터 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 수직 반도체 패턴(VSP) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP may extend in the third direction D3 from the upper surface of the first portion VCP1. The second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP may be provided between the data storage pattern DSP and the vertical semiconductor pattern VSP, and may correspond to the second gate electrodes EL2. Accordingly, the second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP may form memory cells together with regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the data storage pattern DSP, as described above. .

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.A top surface of the second part VCP2 of the vertical channel pattern VCP may be substantially coplanar with a top surface of the vertical semiconductor pattern VSP. A top surface of the second part VCP2 of the vertical channel pattern VCP may be positioned at a level higher than a top surface of an uppermost one of the second gate electrodes EL2 . More specifically, the upper surface of the second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3 .

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern VCP is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern DSP, and may be formed of monocrystalline silicon or polysilicon to form a channel or to be boosted by an applied voltage. However, without being limited thereto, the vertical channel pattern VCP may be formed of an oxide semiconductor material capable of blocking, suppressing, or minimizing leakage current. For example, the vertical channel pattern VCP may be formed of an oxide semiconductor material including at least one of In, Zn, and Ga having excellent leakage current characteristics, or a Group 4 semiconductor material. The vertical channel pattern VCP may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern VCP may block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 or the substrate SUB, and at least one of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 Any one transistor characteristic (eg, threshold voltage distribution and program/read speed) may be improved, and consequently, electrical characteristics of the 3D flash memory may be improved.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)으로 둘러싸일 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면은 도전 패드(PAD)와 접촉할 수 있고, 수직 반도체 패턴(VSP)의 하면은 수직 채널 패턴(VCP)의 제1 부분(VCP1)과 접촉할 수 있다. 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격될 수 있다. 다시 말하면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)으로부터 전기적으로 플로팅될 수 있다.The vertical semiconductor pattern VSP may be surrounded by the second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP. An upper surface of the vertical semiconductor pattern VSP may contact the conductive pad PAD, and a lower surface of the vertical semiconductor pattern VSP may contact the first portion VCP1 of the vertical channel pattern VCP. The vertical semiconductor pattern VSP may be spaced apart from the substrate SUB in the third direction D3. In other words, the vertical semiconductor pattern VSP may be electrically floated from the substrate SUB.

수직 반도체 패턴(VSP)은 수직 채널 패턴(VCP)에서의 전하 또는 홀의 확산을 돕는 물질로 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 수직 반도체 패턴(VSP)은 전하, 홀 이동도(Hole mobility)가 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직 반도체 패턴(VSP)은 불순물이 도핑된 반도체 물질, 불순물이 도핑되지 않은 상태의 진성 반도체(Intrinsic semiconductor) 물질 또는 다결정(Polycrystalline) 반도체 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 수직 반도체 패턴(VSP)은 기판(SUB)과 동일한 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑된 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 즉, 수직 반도체 패턴(VSP)은 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 개선시켜 메모리 동작의 속도를 향상시킬 수 있다.The vertical semiconductor pattern VSP may be formed of a material that helps diffusion of charges or holes in the vertical channel pattern VCP. More specifically, the vertical semiconductor pattern VSP may be formed of a material having excellent charge and hole mobility. For example, the vertical semiconductor pattern VSP may be formed of a semiconductor material doped with impurities, an intrinsic semiconductor material not doped with impurities, or a polycrystalline semiconductor material. For a more specific example, the vertical semiconductor pattern VSP may be formed of polysilicon doped with impurities of the same first conductivity type as the substrate SUB (eg, P-type impurities). That is, the vertical semiconductor pattern VSP can improve the electrical characteristics of the 3D flash memory to increase the speed of memory operation.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the vertical channel structures VS include an erase control transistor ECT, first and second string select transistors SST1 and SST2 , a ground select transistor GST, and memory cell transistors MCT. ) may correspond to channels of

수직 채널 패턴(VCP)의 제2 부분(VCP2)의 상면 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면 상에 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.Conductive pads PAD may be provided on top surfaces of the second portion VCP2 of the vertical channel pattern VCP and on top surfaces of the vertical semiconductor pattern VSP. The conductive pad PAD may be connected to an upper portion of the vertical channel pattern VCP and an upper portion of the vertical semiconductor pattern VSP. A sidewall of the conductive pad PAD may be surrounded by the data storage pattern DSP. A top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with a top surface of each of the stack structures ST (ie, a top surface of an uppermost one of the interlayer insulating layers ILD). A lower surface of the conductive pad PAD may be positioned at a lower level than an upper surface of the third gate electrode EL3 . More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3 . That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in a horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 수직 반도체 패턴(VSP)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad PAD may be formed of a semiconductor doped with impurities or a conductive material. For example, the conductive pad PAD is doped with an impurity different from that of the vertical semiconductor pattern VSP (more precisely, an impurity of a second conductivity type (eg, N-type) different from the first conductivity type (eg, P-type)). It may be formed of a semiconductor material.

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP)(또는 수직 반도체 패턴(VSP)) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad PAD may reduce contact resistance between the bit line BL and the vertical channel pattern VCP (or vertical semiconductor pattern VSP), which will be described later.

이상, 수직 채널 구조체들(VS)이 도전 패드(PAD)를 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 도전 패드(PAD)를 생략한 구조를 가질 수도 있다. 이러한 경우, 수직 채널 구조체들(VS)에서 도전 패드(PAD)가 생략됨에 따라, 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각의 상면이 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이루도록 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각이 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 또한, 이러한 경우, 후술되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 도전 패드(PAD)를 통해 수직 채널 패턴(VCP)과 간접적으로 전기적으로 연결되는 대신에, 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 접촉하며 전기적으로 연결될 수 있다.Although the vertical channel structures VS have been described as having a structure including the conductive pad PAD, it is not limited thereto and may have a structure in which the conductive pad PAD is omitted. In this case, as the conductive pad PAD is omitted from the vertical channel structures VS, the upper surfaces of each of the vertical channel pattern VCP and the vertical semiconductor pattern VSP are the upper surfaces of each of the stacked structures ST (ie, Each of the vertical channel pattern VCP and the vertical semiconductor pattern VSP may extend in the third direction D3 so as to be substantially coplanar with the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers ILD. Also, in this case, the bit line contact plug BLPG, which will be described later, directly contacts the vertical channel pattern VCP instead of being indirectly electrically connected to the vertical channel pattern VCP through the conductive pad PAD. can be electrically connected.

또한, 이상 수직 채널 구조체들(VS)에 수직 반도체 패턴(VSP)이 포함되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 반도체 패턴(VSP)이 생략될 수도 있다.Also, although it has been described that the vertical channel structures VS include the vertical semiconductor pattern VSP, the vertical semiconductor pattern VSP may be omitted without being limited or limited thereto.

또한, 이상 수직 채널 패턴(VCP)가 제1 부분(VCP1) 및 제2 부분(VCP2)을 포함하는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제1 부분(VCP1)이 배제된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 수직 채널 패턴(VCP)은 기판(SUB)까지 연장 형성된 수직 반도체 패턴(VSP) 및 데이터 저장 패턴(DSP) 사이에 제공되며 기판(SUB)과 접촉하도록 기판(SUB)까지 연장 형성될 수 있다. 이러한 경우 수직 채널 패턴(VCP)의 하면은 기판(SUB)의 최상면(층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것의 하면)보다 낮은 레벨에 위치할 수 있으며, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.In addition, although the vertical channel pattern VCP has been described as having a structure including the first part VCP1 and the second part VCP2, it is not limited thereto and may have a structure excluding the first part VCP1. can For example, the vertical channel pattern VCP is provided between the vertical semiconductor pattern VSP and the data storage pattern DSP and extends to the substrate SUB to contact the substrate SUB. can In this case, the lower surface of the vertical channel pattern VCP may be positioned at a lower level than the uppermost surface of the substrate SUB (the lower surface of the lowermost one of the interlayer insulating films ILD), and the upper surface of the vertical channel pattern VCP may be located at a level lower than that of the upper surface of the substrate SUB. A top surface of the pattern VSP may be substantially coplanar.

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.An isolation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between the stacked structures ST adjacent to each other. The common source region CSR may be provided inside the substrate SUB exposed by the isolation trench TR. The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with impurities of the second conductivity type (eg, N-type impurities). The common source region CSR may correspond to the common source line CSL of FIG. 1 .

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug CSP may be provided in the isolation trench TR. The common source plug CSP may be connected to the common source region CSR. A top surface of the common source plug CSP may be substantially coplanar with a top surface of each of the stacked structures ST (ie, a top surface of an uppermost one of the interlayer insulating layers ILD). The common source plug CSP may have a plate shape extending in the first and third directions D1 and D3. In this case, the common source plug CSP may have a shape in which a width in the second direction D2 increases toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulation spacers SP may be interposed between the common source plug CSP and the stacked structures ST. Insulation spacers SP may be provided to face each other between adjacent stacked structures ST. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material having a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer CAP may be provided on the stacked structures ST, the vertical channel structures VS, and the common source plug CSP. The capping insulating layer CAP may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers ILD, the top surface of the conductive pad PAD, and the top surface of the common source plug CSP. The capping insulating layer CAP may be formed of an insulating material different from that of the interlayer insulating layers ILD. A bit line contact plug BLPG electrically connected to the conductive pad PAD may be provided inside the capping insulating layer CAP. The bit line contact plug BLPG may have a shape in which widths in the first and second directions D1 and D2 increase in the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line BL may be provided on the capping insulating layer CAP and the bit line contact plug BLPG. The bit line BL corresponds to any one of the plurality of bit lines BL0 , BL1 , and BL2 shown in FIG. 1 , and may be formed of a conductive material to extend along the second direction D2 . The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through the bit line contact plug BLPG. Here, that the bit line BL is connected to the vertical channel structures VS may mean that it is connected to the vertical channel pattern VCP included in the vertical channel structures VS.

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압 및 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다.The three-dimensional flash memory having such a structure includes a voltage applied to each of the cell strings CSTR, a voltage applied to the string selection line SSL, a voltage applied to each of the word lines WL0-WLn, and a ground selection line. A program operation, a read operation, and an erase operation may be performed based on the voltage applied to the GSL and the voltage applied to the common source line CSL. For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings CSTR, a voltage applied to the string select line SSL, a voltage applied to each of the word lines WL0 to WLn, and a ground select line GSL. ) and the voltage applied to the common source line (CSL), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data storage pattern (DSP) of the target memory cell, thereby program operation. can be performed.

또한, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the 3D flash memory according to an embodiment is not limited or not limited to the structure described above, and may include a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), and gate electrodes EL1, EL2, and EL3 according to implementation examples. , a bit line (BL), and a common source line (CSL) may be implemented in various structures.

도 4는 도 3에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 층간 절연막들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another implementation example of interlayer insulating films included in the 3D flash memory shown in FIG. 3, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.

이하 도 4를 참조하여 설명되는 3차원 플래시 메모리는 도 3을 참조하여 전술된 3차원 플래시 메모리와 모든 구성부들이 동일하나, 층간 절연막들(ILD)의 구조만이 상이한 것을 특징으로 한다. 이에, 이하에서는 상이한 구조의 층간 절연막들(ILD)에 대해서만 설명한다.The 3D flash memory described below with reference to FIG. 4 has all components identical to the 3D flash memory described above with reference to FIG. 3 , but is characterized in that only structures of interlayer insulating films (ILD) are different. Accordingly, only interlayer insulating films ILD having different structures will be described below.

도 4를 참조하면, 층간 절연막들(ILD) 각각은 전술된 바와 같이, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물(게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물)로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , as described above, each of the interlayer insulating layers ILD has a profile of channel holes CH penetrating the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the interlayer insulating layers ILD in a vertical direction. The gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be uniformly formed of a metal material and the same oxide (an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 ).

다만, 도 4에 도시된 층간 절연막들(ILD) 각각은 절연 차단막(IB)을 내재하고 있다는 점에서 도 3에 도시된 층간 절연막들(ILD)과 상이하다. 즉, 층간 절연막들(ILD)에 절연 차단막(IB)이 내재됨으로써, 층간 절연막들(ILD) 각각의 절연 특성이 개선될 수 있다.However, each of the interlayer insulating films ILD shown in FIG. 4 is different from the interlayer insulating films ILD shown in FIG. 3 in that each of them has an insulation blocking film IB. That is, as the insulating barrier layer IB is embedded in the interlayer insulating layers ILD, the insulation characteristics of each of the interlayer insulating layers ILD may be improved.

여기서, 절연 차단막(IB)은 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께보다 얇은 두께로 층간 절연막들(ILD) 각각 내에서 수평 방향으로 연장 형성될 수 있다. 절연 차단막(IB)이 층간 절연막들(ILD) 각각에 형성되는 위치는 층간 절연막들(ILD) 각각에서 수직 방향 상 중간 지점일 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지는 않는다.Here, the insulating blocking layer IB may be formed to extend in the horizontal direction within each of the interlayer insulating layers ILD to a thickness smaller than that of each of the interlayer insulating layers ILD. A position where the insulating blocking film IB is formed on each of the interlayer insulating films ILD may be a midpoint in a vertical direction in each of the interlayer insulating films ILD. However, it is not limited or limited thereto.

이상 도면에는 절연 차단막(IB)이 층간 절연막들(ILD) 중 제2 게이트 전극들(EL2) 사이에 개재되는 일부 층간 절연막들(ILD) 각각에만 내재되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 모든 층간 절연막들(ILD) 각각에 내재될 수도 있다.In the drawings above, the insulating blocking layer IB is shown as being inherent only to each of the interlayer insulating layers ILD interposed between the second gate electrodes EL2 among the interlayer insulating layers ILD, but is not limited thereto, and all interlayer insulating layers ILD are not limited thereto. It may be inherent in each of the interlayer insulating layers ILD.

도 5는 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 구조를 도시한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a 3D flash memory according to another embodiment, corresponding to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.

도 5를 참조하면, 기판(SUB)은 실리콘 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 게르마늄 기판 또는 단결정(Monocrystalline) 실리콘 기판에 성장된 단결정 에피택시얼 층(Epitaxial layer) 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판(SUB)에는 제1 도전형 불순물(예컨대, P형의 불순물)이 도핑될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the substrate SUB may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a silicon-germanium substrate, a germanium substrate, or a monocrystalline epitaxial layer grown on a monocrystalline silicon substrate. The substrate SUB may be doped with first conductivity-type impurities (eg, P-type impurities).

기판(SUB) 상에는 적층 구조체들(ST)이 배치될 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 제2 방향(D2)을 따라 2차원적으로 배치될 수 있다. 또한, 적층 구조체들(ST)은 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다.Stacked structures ST may be disposed on the substrate SUB. The stacked structures ST may be two-dimensionally disposed along the second direction D2 while extending in the first direction D1. In addition, the stacked structures ST may be spaced apart from each other in the second direction D2.

적층 구조체들(ST) 각각은 기판(SUB)의 상면에 수직한 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 교대로 적층된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 층간 절연막들(ILD)을 포함할 수 있다. 적층 구조체들(ST)은 실질적으로 평탄한 상면을 가질 수 있다. 즉, 적층 구조체들(ST)의 상면은 기판(SUB)의 상면과 평행할 수 있다. 이하, 수직 방향은 제3 방향(D3) 또는 제3 방향(D3)의 역방향을 의미한다.Each of the stacked structures ST includes gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 alternately stacked in a vertical direction perpendicular to the upper surface of the substrate SUB (eg, in the third direction D3 ), and interlayer insulating films ILD. can include The stacked structures ST may have substantially flat upper surfaces. That is, top surfaces of the stacked structures ST may be parallel to the top surface of the substrate SUB. Hereinafter, the vertical direction means the third direction D3 or a direction opposite to the third direction D3.

다시 도 1을 참조하면, 각각의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB) 상에 차례로 적층된 소거 제어 라인(ECL), 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GSL2), 워드 라인들(WL0-WLn, DWL), 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 및 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 하나일 수 있다.Referring back to FIG. 1 , each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 includes an erase control line ECL, ground select lines GSL0 , GSL1 , and GSL2 sequentially stacked on the substrate SUB, and a word line. (WL0-WLn, DWL), one of the first string selection lines (SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) and the second string selection lines (SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) can be

게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장 형성된 채 실질적으로 동일한 제3 방향(D3)으로의 두께를 가질 수 있다. 이하에서, 두께는 제3 방향(D3)으로의 두께를 의미한다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은, 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각은 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may have substantially the same thickness in the third direction D3 while extending in the first direction D1 . Hereinafter, the thickness means the thickness in the third direction D3. Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be formed of a conductive material. For example, each of the gate electrodes EL1 , EL2 , EL3 may be a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), a metal (ex, W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), It may include at least one selected from Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (ex, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). Each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD in addition to the metal material described above.

보다 구체적으로, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 최하부의 제1 게이트 전극(EL1), 최상부의 제3 게이트 전극(EL3) 및 제1 게이트 전극(EL1)과 제3 게이트 전극(EL3) 사이의 복수의 제2 게이트 전극들(EL2)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 각각 단수로 도시 및 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 필요에 따라 제1 게이트 전극(EL1) 및 제3 게이트 전극(EL3)은 복수로 제공될 수도 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 도 1에 도시된 접지 선택 라인들(GSL0, GSL1, GLS2) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제2 게이트 전극(EL2)은 도 1에 도시된 워드 라인들(WL0-WLn, DWL) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 도 1에 도시된 도 1의 제1 스트링 선택 라인들(SSL1-1, SSL1-2, SSL1-3) 중 어느 하나 또는 제2 스트링 선택 라인들(SSL2-1, SSL2-2, SSL2-3) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.More specifically, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 include a lowermost first gate electrode EL1 , an uppermost third gate electrode EL3 , and the first and third gate electrodes EL1 and EL3 . A plurality of second gate electrodes EL2 may be included therebetween. Although each of the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 is shown and described in the singular number, this is exemplary and not limited thereto, and the first gate electrode EL1 and the third gate electrode EL3 may be used as necessary. may be provided in plural. The first gate electrode EL1 may correspond to one of the ground selection lines GSL0 , GSL1 , and GLS2 shown in FIG. 1 . The second gate electrode EL2 may correspond to one of the word lines WL0 - WLn and DWL shown in FIG. 1 . The third gate electrode EL3 includes any one of the first string select lines SSL1-1, SSL1-2 and SSL1-3 of FIG. 1 shown in FIG. 1 or the second string select lines SSL2-1 and SSL2-1. SSL2-2, SSL2-3) may correspond to any one.

도시되지 않았으나, 적층 구조체들(ST) 각각의 단부는 제1 방향(D1)을 따라 계단 구조(Stepwise structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 적층 구조체들(ST)의 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은 기판(SUB)으로부터 멀어질수록 제1 방향(D1)으로의 길이가 감소할 수 있다. 제3 게이트 전극(EL3)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 작을 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 클 수 있다. 제1 게이트 전극(EL1)은 제1 방향(D1)으로의 길이가 가장 클 수 있고, 기판(SUB)과 제3 방향(D3)으로 이격되는 거리가 가장 작을 수 있다. 계단식 구조에 의해, 적층 구조체들(ST) 각각은 후술하는 수직 채널 구조체들(VS) 중 최외각의 것(Outer-most one)으로부터 멀어질수록 두께가 감소할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들은, 평면적 관점에서, 제1 방향(D1)을 따라 일정 간격으로 이격될 수 있다.Although not shown, an end of each of the stacked structures ST may have a stepwise structure along the first direction D1. More specifically, the lengths of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 of the stack structures ST in the first direction D1 may decrease as the distance from the substrate SUB increases. The third gate electrode EL3 may have the smallest length in the first direction D1 and the largest distance from the substrate SUB in the third direction D3. The first gate electrode EL1 may have the longest length in the first direction D1 and the shortest distance from the substrate SUB in the third direction D3. Due to the stepped structure, the thickness of each of the stacked structures ST may decrease as the distance from the outermost one of the vertical channel structures VS described later increases, and the gate electrodes EL1, Sidewalls of EL2 and EL3 may be spaced apart at regular intervals along the first direction D1 when viewed in plan.

층간 절연막들(ILD) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것 및 최상부의 것은 다른 층간 절연막들(ILD)보다 작은 두께를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되지 않으며, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께는 반도체 장치의 특성에 따라 서로 다른 두께를 갖거나, 모두 동일하게 설정될 수도 있다.Each of the interlayer insulating layers ILD may have different thicknesses. For example, the lowermost and uppermost interlayer insulating layers ILD may have a smaller thickness than other interlayer insulating layers ILD. However, this is illustrative and not limited thereto, and the thickness of each of the interlayer insulating layers ILD may be different from each other according to the characteristics of the semiconductor device or all may be set to be the same.

이와 같은 층간 절연막들(ILD)으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 사이의 절연을 위해 절연 물질로 형성될 수 있다. 특히, 층간 절연막들(ILD) 각각은, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 절연 특성을 갖는 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 상세하게, 층간 절연막들(ILD) 각각은 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물로 형성됨으로써, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일을 균일하게 할 수 있다.Such interlayer insulating films ILD may be formed of an insulating material for insulation between the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . In particular, each of the interlayer insulating films ILD is a metal oxide having an insulating property such that the profile of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the channel holes CH penetrating the interlayer insulating films ILD in a vertical direction are uniform. It can be characterized in that it is formed as. In more detail, each of the interlayer insulating films ILD is formed of the same oxide as the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 formed of a metal material, so that the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the interlayer insulating films ( Profiles of the channel holes CH penetrating the ILD in the vertical direction may be uniform.

예를 들어, 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)이 전술된 바와 같이 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다(예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각이 Mo(몰리브덴)으로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 Mo(몰리브덴)의 산화물인 MoOx(산화 몰리브덴)으로 형성됨).For example, each of the interlayer insulating layers ILD may be formed of an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . For a more specific example, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 are formed of W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), and Mo (molybdenum) as described above. , Ru (ruthenium) or Au (gold), when formed of at least one metal material, each of the interlayer insulating films (ILD) is W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), or Au (gold). When formed, each of the interlayer insulating films ILD is formed of MoOx (molybdenum oxide), which is an oxide of Mo (molybdenum).

적층 구조체들(ST) 및 기판(SUB)의 일부를 관통하는 복수 개의 채널 홀들(CH)이 제공될 수 있다. 채널 홀들(CH) 내에는 수직 채널 구조체들(VS)이 제공될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)은 도 1에 도시된 복수의 셀 스트링들(CSTR)로서, 기판(SUB)과 연결된 채 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS)이 기판(SUB)과 연결되는 것은, 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되어 이루어질 수 있으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 구조체들(VS)의 하면이 기판(SUB)의 상면과 맞닿음으로써 이루어질 수도 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 일부가 기판(SUB) 내부에 매립되는 경우, 수직 채널 구조체들(VS)의 하면은 기판(SUB)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다.A plurality of channel holes CH penetrating portions of the stacked structures ST and the substrate SUB may be provided. Vertical channel structures VS may be provided in the channel holes CH. The vertical channel structures VS are the plurality of cell strings CSTR shown in FIG. 1 , and may extend in the third direction D3 while being connected to the substrate SUB. The connection of the vertical channel structures VS with the substrate SUB may be achieved by partially burying a portion of each of the vertical channel structures VS in the substrate SUB, but is not limited thereto, and the vertical channel structures VS are not limited thereto. The lower surface of (VS) may be made by contacting the upper surface of the substrate (SUB). When portions of each of the vertical channel structures VS are buried in the substrate SUB, lower surfaces of the vertical channel structures VS may be positioned at a lower level than the upper surface of the substrate SUB.

적층 구조체들(ST) 중 어느 하나를 관통하는 수직 채널 구조체들(VS)의 열들은 복수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 3개 이상의 수직 채널 구조체들(VS)의 열들이 적층 구조체들(ST) 중 하나를 관통할 수 있다. 인접한 한 쌍의 열들에 있어서, 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)은 이에 인접한 다른 하나의 열에 해당하는 수직 채널 구조체들(VS)로부터 제1 방향(D1)으로 시프트(shift)될 수 있다. 평면적 관점에서, 수직 채널 구조체들(VS)은 제1 방향(D1)을 따라서 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 수직 채널 구조체들(VS)은 로우(Row) 및 컬럼(Column)으로 나란히 배치되는 배열을 형성할 수도 있다.A plurality of columns of vertical channel structures VS passing through any one of the stacked structures ST may be provided. For example, as shown in FIG. 2 , columns of two vertical channel structures VS may pass through one of the stacked structures ST. However, without being limited thereto, three or more columns of vertical channel structures VS may pass through one of the stacked structures ST. In a pair of adjacent columns, the vertical channel structures VS corresponding to one column may be shifted in the first direction D1 from the vertical channel structures VS corresponding to the other adjacent column. have. When viewed from a plan view, the vertical channel structures VS may be arranged in a zigzag shape along the first direction D1. However, without being limited thereto, the vertical channel structures VS may form an array arranged side by side in rows and columns.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 기판(SUB)으로부터 제3 방향(D3)으로 연장 형성될 수 있다. 도면에는 수직 채널 구조체들(VS) 각각이 상단과 하단의 너비가 동일한 기둥 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다. 이는, 채널 홀들(CH)이 식각될 때 제3 방향(D3)의 역방향으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소되는 한계에 의한 것이다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각의 상면은 원 형상, 타원 형상, 사각 형상 또는 바(Bar) 형상을 가질 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may extend from the substrate SUB in the third direction D3. In the drawing, each of the vertical channel structures VS is shown as having a column shape having the same width at the top and bottom, but is not limited thereto, and is not limited thereto. It may have a shape in which the width to (D2) is increased. This is due to the limitation that, when the channel holes CH are etched, the widths in the first direction D1 and the second direction D2 decrease toward the opposite direction of the third direction D3. The upper surface of each of the vertical channel structures VS may have a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or a bar shape.

수직 채널 구조체들(VS) 각각은 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 백 게이트(BG) 및 도전 패드(PAD)를 포함할 수 있다. 수직 채널 구조체들(VS) 각각에서 데이터 저장 패턴(DSP)은 하단이 오픈된(Opened) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있고, 수직 채널 패턴(VCP)은 하단이 닫힌(Closed) 파이프 형태 또는 마카로니 형태를 가질 수 있다. 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이하, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함된다는 것은, 설명된 바와 같이 백 게이트(BF)가 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 상태를 의미할 수 있다.Each of the vertical channel structures VS may include a data storage pattern DSP, a vertical channel pattern VCP, a back gate BG, and a conductive pad PAD. In each of the vertical channel structures VS, the data storage pattern DSP may have a pipe shape or macaroni shape with an open bottom, and the vertical channel pattern VCP may have a pipe shape or macaroni shape with a closed bottom. can have a shape. The back gate BG may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern VCP while at least a portion of the back gate BG is surrounded by the vertical channel pattern VCP. Hereinafter, that the back gate BG is included in the vertical channel pattern VCP may mean a state in which at least a portion of the back gate BF is covered by the vertical channel pattern VCP, as described above.

데이터 저장 패턴(DSP)은 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮은 채 내측으로는 수직 채널 패턴(VCP)과 접촉하며 외측으로는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들과 접촉할 수 있다. 이에, 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들은 수직 채널 패턴(VCP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의해 메모리 동작(프로그램 동작, 판독 동작 또는 소거 동작)이 수행되는 메모리 셀들을 구성할 수 있다. 메모리 셀들은 도 1에 도시된 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)에 해당된다. 즉, 데이터 저장 패턴(DSP)은 제2 게이트 전극들(EL2)을 통해 인가되는 전압에 의한 전하 또는 홀을 트랩하거나, 전하들의 상태(예컨대, 전하들의 분극 상태)를 유지함으로써 3차원 플래시 메모리에서 데이터 저장소의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장 패턴(DSP)으로는 ONO(터널 산화막(Oxide)-전하 저장막(Nitride)-블로킹 산화막(Oxide))층 또는 강유전체층이 사용될 수 있다. 이와 같은 데이터 저장 패턴(DSP)은 트랩된 전하 또는 홀의 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타내거나, 전하들의 상태 변화로 이진 데이터 값 또는 다치화된 데이터 값을 나타낼 수 있다.The data storage pattern DSP covers the inner walls of each of the channel holes CH and contacts the vertical channel pattern VCP inwardly and contacts the sidewalls of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 outwardly. can Accordingly, the regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the data storage pattern DSP are the second gate electrodes along with the regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the vertical channel pattern VCP. Memory cells in which a memory operation (program operation, read operation, or erase operation) is performed by a voltage applied through EL2 may be configured. The memory cells correspond to the memory cell transistors MCT shown in FIG. 1 . That is, the data storage pattern DSP traps charges or holes by a voltage applied through the second gate electrodes EL2 or maintains a state of charges (eg, a polarization state of charges) in a 3D flash memory. It can act as a data repository. For example, an ONO (tunnel oxide-charge storage layer (Nitride)-blocking oxide layer) layer or a ferroelectric layer may be used as the data storage pattern DSP. Such a data storage pattern DSP may represent binary data values or multi-valued data values with changes in trapped charges or holes, or represent binary data values or multi-valued data values with changes in states of charges.

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)의 내측벽을 덮을 수 있으며, 제3 방향(D3)으로 연장될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)과 백 게이트(BG) 사이에 제공될 수 있으며, 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응될 수 있다. 이에, 수직 채널 패턴(VCP)은 전술된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP) 중 제2 게이트 전극들(EL2)에 대응하는 영역들과 함께, 메모리 셀들을 구성할 수 있다.The vertical channel pattern VCP may cover an inner wall of the data storage pattern DSP and may extend in the third direction D3. The vertical channel pattern VCP may be provided between the data storage pattern DSP and the back gate BG, and may correspond to the second gate electrodes EL2. Accordingly, as described above, the vertical channel pattern VCP may constitute memory cells together with regions corresponding to the second gate electrodes EL2 of the data storage pattern DSP.

수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다.A top surface of the vertical channel pattern VCP may be positioned at a level higher than a top surface of an uppermost one of the second gate electrodes EL2 . More specifically, the upper surface of the vertical channel pattern VCP may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3 .

수직 채널 패턴(VCP)은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전하 또는 홀을 전달하는 구성요소로서, 인가되는 전압에 의해 채널을 형성하거나 부스팅되도록 단결정질의 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있는 산화물 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 수직 채널 패턴(VCP)은 누설 전류 특성이 우수한 In, Zn 또는 Ga 중 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물 반도체 물질 또는 4족 반도체 물질 등으로 형성될 수 있다. 수직 채널 패턴(VCP)은, 예를 들어, AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO 또는 Ag-ZnO 등을 포함하는 ZnOx 계열의 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 수직 채널 패턴(VCP)은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 또는 기판(SUB)으로의 누설 전류를 차단, 억제 또는 최소화할 수 있고, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 적어도 어느 하나의 트랜지스터 특성(예를 들어, 문턱 전압 산포 및 프로그램/판독 동작의 속도)을 개선할 수 있어, 결과적으로 3차원 플래시 메모리의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The vertical channel pattern VCP is a component that transfers charges or holes to the data storage pattern DSP, and may be formed of monocrystalline silicon or polysilicon to form a channel or to be boosted by an applied voltage. However, without being limited thereto, the vertical channel pattern VCP may be formed of an oxide semiconductor material capable of blocking, suppressing, or minimizing leakage current. For example, the vertical channel pattern VCP may be formed of an oxide semiconductor material including at least one of In, Zn, and Ga having excellent leakage current characteristics, or a Group 4 semiconductor material. The vertical channel pattern VCP may be formed of, for example, a ZnOx-based material including AZO, ZTO, IZO, ITO, IGZO, or Ag-ZnO. Accordingly, the vertical channel pattern VCP may block, suppress, or minimize leakage current to the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 or the substrate SUB, and at least one of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 Any one transistor characteristic (eg, threshold voltage distribution and program/read speed) may be improved, and consequently, electrical characteristics of the 3D flash memory may be improved.

백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분이 감싸진 채 맞닿으며 메모리 동작을 위한 수직 채널 패턴(VCP)로 전압을 인가하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 백 게이트(BG)는 도핑된 반도체(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄), Au(금) 등) 또는 도전성 금속질화물(ex, 질화티타늄, 질화탄탈늄 등) 등에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 백 게이트(BG)는 설명된 금속 물질 이외에도 ALD로 형성 가능한 모든 금속 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.At least a portion of the back gate BG is surrounded by and contacts the vertical channel pattern VCP, and may be formed to apply a voltage to the vertical channel pattern VCP for a memory operation. To this end, the back gate BG is a doped semiconductor (ex, doped silicon, etc.), a metal (ex, W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), It may be formed of a conductive material including at least one selected from Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), Au (gold), etc.) or conductive metal nitride (eg, titanium nitride, tantalum nitride, etc.). In addition to the metal material described above, the back gate BG may include at least one of all metal materials that can be formed by ALD.

이 때, 백 게이트(BG)는 제1 게이트 전극(EL1)에 대응하는 레벨부터 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제2 게이트 전극(EL2)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)의 상면은 제2 게이트 전극들(EL2) 중 최상부의 것의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 백 게이트(BG)는 수직 채널 패턴(VCP) 내에서 제3 게이트 전극(EL3)에 대응하는 레벨까지 제3 방향(D3)을 따라 연장 형성될 수도 있다.In this case, the back gate BG extends along the third direction D3 from a level corresponding to the first gate electrode EL1 to a level corresponding to the second gate electrode EL2 within the vertical channel pattern VCP. can be formed That is, the upper surface of the back gate BG may be positioned at a level higher than that of the uppermost one of the second gate electrodes EL2 . However, without being limited thereto, the back gate BG may extend along the third direction D3 to a level corresponding to the third gate electrode EL3 within the vertical channel pattern VCP.

도면에는 백 게이트(BG)의 하부와 접촉하는 하부 기판이 생략되었지만, 구현 예시에 따라 백 게이트(BG)의 하면과 접촉하는 하부 기판이 포함될 수 있다. 또한, 구현 예시에 따라, 백 게이트(BG)가 기판(SUB) 내부로부터 형성되거나, 기판(SUB)의 상부로부터 형성될 수도 있다.Although the lower substrate contacting the lower portion of the back gate BG is omitted in the drawing, a lower substrate contacting the lower surface of the back gate BG may be included according to an implementation example. Also, according to an implementation example, the back gate BG may be formed from inside the substrate SUB or from an upper portion of the substrate SUB.

이와 같은 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 것으로, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 백 게이트(BG)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)가 형성하는 평면상에서 모두 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 백 게이트(BG)는 셀 스트링들(CSTR)에 공통적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어되어 모두 동일한 전압이 인가될 수 있다.The back gate BG is included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR, and the back gate BG included in the vertical channel pattern VCP of each of the cell strings CSTR is The back gate BG may be electrically connected to all of the planes formed by the first direction D1 and the second direction D2. That is, the back gate BG may be commonly connected to the cell strings CSTR. In this case, the back gate BG of each of the cell strings CSTR may be collectively controlled so that the same voltage may be applied to all of them.

그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제1 방향(D1)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.However, without being limited thereto, the back gates BG included in the vertical channel patterns VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the first direction D1 of FIG. 1 . In this case, each of the back gates BG of the cell strings CSTR arranged along the second direction D2 is electrically independently controlled so that different voltages can be applied. The same voltage may be applied to the back gates BG of each of the cell strings CSTR arranged along D1 by being collectively controlled.

또한, 셀 스트링들(CSTR) 각각의 수직 채널 패턴(VCP) 내에 포함되는 백 게이트(BG)는 도 1의 제2 방향(D2)를 따라 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 이러한 경우, 제1 방향(D1)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 각각이 전기적으로 독립적으로 제어됨으로써 서로 다른 전압이 인가될 수 있으며, 도 1의 제2 방향(D2)을 따라 배열된 셀 스트링들(CSTR) 각각의 백 게이트(BG)는 일괄적으로 제어됨으로써 동일한 전압이 인가될 수 있다.Also, the back gates BG included in the vertical channel patterns VCP of each of the cell strings CSTR may be electrically connected to each other along the second direction D2 of FIG. 1 . In this case, each of the back gates BG of the cell strings CSTR arranged along the first direction D1 may be electrically independently controlled so that different voltages may be applied. The same voltage may be applied to the back gates BG of each of the cell strings CSTR arranged along D2 by being collectively controlled.

백 게이트(BG)와 수직 채널 패턴(VCP) 사이에는 절연막(INS)이 배치됨으로써, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)과 직접적으로 맞닿는 것을 방지할 수 있다. 절연막(ILD)은 층간 절연막들(ILD)과 마찬가지로 실리콘 산화물과 같은 절연 물질로 형성될 수 있다.Since the insulating layer INS is disposed between the back gate BG and the vertical channel pattern VCP, direct contact between the back gate BG and the vertical channel pattern VCP may be prevented. Like the interlayer insulating layers ILD, the insulating layer ILD may be formed of an insulating material such as silicon oxide.

이상, 백 게이트(BG)가 수직 채널 패턴(VCP)의 내부 홀에 형성되어 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 빈틈없이 둘러싸인 채 형성되는 구조인 것으로 설명되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 수직 채널 패턴(VCP)에 의해 적어도 일부분만이 감싸지는 구조로 형성될 수도 있다. 예컨대, 백 게이트(BG) 및 절연막(INS)이 수직 채널 패턴(VCP)의 적어도 일부분에 포함되는 구조 또는 수직 채널 패턴(VCP)을 관통하는 구조가 구현될 수 있다.In the above, it has been described that the back gate BG is formed in an inner hole of the vertical channel pattern VCP and is formed while being surrounded by the vertical channel pattern VCP without gaps, but is not limited or limited thereto, and the vertical channel pattern ( It may also be formed in a structure in which at least a portion is wrapped by the VCP). For example, a structure in which the back gate BG and the insulating layer INS are included in at least a portion of the vertical channel pattern VCP or a structure penetrating the vertical channel pattern VCP may be implemented.

다시 도 1을 참조하면, 수직 채널 구조체들(VS)은 소거 제어 트랜지스터(ECT), 제1 및 제2 스트링 선택 트랜지스터들(SST1, SST2) 및 접지 선택 트랜지스터(GST) 및 메모리 셀 트랜지스터들(MCT)의 채널들에 해당할 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the vertical channel structures VS include an erase control transistor ECT, first and second string select transistors SST1 and SST2 , a ground select transistor GST, and memory cell transistors MCT. ) may correspond to channels of

수직 채널 패턴(VCP)의 상면 상에는 도전 패드(PAD)가 제공될 수 있다. 도전 패드(PAD)는 수직 채널 패턴(VCP)의 상부와 연결될 수 있다. 도전 패드(PAD)의 측벽은 데이터 저장 패턴(DSP)으로 둘러싸일 수 있다. 도전 패드(PAD)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면보다 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도전 패드(PAD)의 하면은 제3 게이트 전극(EL3)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 즉, 도전 패드(PAD)의 적어도 일부는 제3 게이트 전극(EL3)과 수평 방향으로 중첩될 수 있다.A conductive pad PAD may be provided on a top surface of the vertical channel pattern VCP. The conductive pad PAD may be connected to an upper portion of the vertical channel pattern VCP. A sidewall of the conductive pad PAD may be surrounded by the data storage pattern DSP. A top surface of the conductive pad PAD may be substantially coplanar with a top surface of each of the stack structures ST (ie, a top surface of an uppermost one of the interlayer insulating layers ILD). A lower surface of the conductive pad PAD may be positioned at a lower level than an upper surface of the third gate electrode EL3 . More specifically, the lower surface of the conductive pad PAD may be positioned between the upper and lower surfaces of the third gate electrode EL3 . That is, at least a portion of the conductive pad PAD may overlap the third gate electrode EL3 in a horizontal direction.

도전 패드(PAD)는 불순물이 도핑된 반도체 또는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 패드(PAD)는 기판(SUB)과 다른 불순물(보다 정확하게 제1 도전형(예컨대, P형)과 다른 제2 도전형(예컨대, N형)의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다.The conductive pad PAD may be formed of a semiconductor doped with impurities or a conductive material. For example, the conductive pad PAD is a semiconductor material doped with impurities different from those of the substrate SUB (more precisely, impurities of a second conductivity type (eg, N-type) different from the first conductivity type (eg, P-type)). can be formed as

도전 패드(PAD)는 후술하는 비트 라인(BL)과 수직 채널 패턴(VCP) 사이의 접촉 저항을 줄일 수 있다.The conductive pad PAD may reduce contact resistance between the bit line BL and the vertical channel pattern VCP, which will be described later.

서로 인접한 적층 구조체들(ST) 사이에는 제1 방향(D1)으로 연장되는 분리 트렌치(TR)가 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB) 내부에 제공될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 기판(SUB) 내에서 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은, 제2 도전형의 불순물(예컨대, N형의 불순물)이 도핑된 반도체 물질로 형성될 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 도 1의 공통 소스 라인(CSL)에 해당할 수 있다.An isolation trench TR extending in the first direction D1 may be provided between the stacked structures ST adjacent to each other. The common source region CSR may be provided inside the substrate SUB exposed by the isolation trench TR. The common source region CSR may extend in the first direction D1 within the substrate SUB. The common source region CSR may be formed of a semiconductor material doped with impurities of the second conductivity type (eg, N-type impurities). The common source region CSR may correspond to the common source line CSL of FIG. 1 .

공통 소스 플러그(CSP)는 분리 트렌치(TR) 내에 제공될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 공통 소스 영역(CSR)과 연결될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)의 상면은 적층 구조체들(ST) 각각의 상면(즉, 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)으로 연장되는 플레이트(Plate) 형상을 가질 수 있다. 이 때 공통 소스 플러그(CSP)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A common source plug CSP may be provided in the isolation trench TR. The common source plug CSP may be connected to the common source region CSR. A top surface of the common source plug CSP may be substantially coplanar with a top surface of each of the stacked structures ST (ie, a top surface of an uppermost one of the interlayer insulating layers ILD). The common source plug CSP may have a plate shape extending in the first and third directions D1 and D3. In this case, the common source plug CSP may have a shape in which a width in the second direction D2 increases toward the third direction D3.

공통 소스 플러그(CSP)와 적층 구조체들(ST) 사이에는 절연 스페이서들(SP)이 개재될 수 있다. 절연 스페이서들(SP)은 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이에서 서로 대향하며 제공될 수 있다. 예를 들어 절연 스페이서들(SP)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 낮은 유전 상수를 갖는 low-k 물질로 형성될 수 있다.Insulation spacers SP may be interposed between the common source plug CSP and the stacked structures ST. Insulation spacers SP may be provided to face each other between adjacent stacked structures ST. For example, the insulating spacers SP may be formed of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or a low-k material having a low dielectric constant.

적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)이 제공될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은, 층간 절연막들(ILD)과 다른 절연 물질로 형성될 수 있다. 캡핑 절연막(CAP) 내부에 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)가 제공될 수 있다. 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)는, 제3 방향(D3)으로 갈수록 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로의 폭이 증가되는 형상을 가질 수 있다.A capping insulating layer CAP may be provided on the stacked structures ST, the vertical channel structures VS, and the common source plug CSP. The capping insulating layer CAP may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers ILD, the top surface of the conductive pad PAD, and the top surface of the common source plug CSP. The capping insulating layer CAP may be formed of an insulating material different from that of the interlayer insulating layers ILD. A bit line contact plug BLPG electrically connected to the conductive pad PAD may be provided inside the capping insulating layer CAP. The bit line contact plug BLPG may have a shape in which widths in the first and second directions D1 and D2 increase in the third direction D3.

캡핑 절연막(CAP) 및 비트 라인 콘택 플러그(BLPG) 상에 비트 라인(BL)이 제공될 수 있다. 비트 라인(BL)은 도 1에 도시된 복수의 비트 라인들(BL0, BL1, BL2) 중 어느 하나에 해당되는 것으로, 제2 방향(D2)을 따라 도전성 물질로 연장 형성될 수 있다. 비트 라인(BL)을 구성하는 도전성 물질은 전술된 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 형성하는 도전성 물질과 동일한 물질일 수 있다.A bit line BL may be provided on the capping insulating layer CAP and the bit line contact plug BLPG. The bit line BL corresponds to any one of the plurality of bit lines BL0 , BL1 , and BL2 shown in FIG. 1 , and may be formed of a conductive material to extend along the second direction D2 . The conductive material constituting the bit line BL may be the same material as the conductive material forming each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 described above.

비트 라인(BL)은 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)를 통해 수직 채널 구조체들(VS)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서 비트 라인(BL)이 수직 채널 구조체들(VS)과 연결된다는 것은, 수직 채널 구조체들(VS)에 포함되는 수직 채널 패턴(VCP)과 연결되는 것을 의미할 수 있다.The bit line BL may be electrically connected to the vertical channel structures VS through the bit line contact plug BLPG. Here, that the bit line BL is connected to the vertical channel structures VS may mean that it is connected to the vertical channel pattern VCP included in the vertical channel structures VS.

이와 같은 구조의 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 프로그램 동작, 판독 동작 및 소거 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 3차원 플래시 메모리는, 셀 스트링들(CSTR) 각각에 인가되는 전압, 스트링 선택 라인(SSL)에 인가되는 전압, 워드 라인들(WL0-WLn) 각각에 인가되는 전압, 접지 선택 라인(GSL)에 인가되는 전압, 공통 소스 라인(CSL)에 인가되는 전압 및 백 게이트(BG)에 인가되는 전압을 기초로, 수직 채널 패턴(VCP)에 채널을 형성하여 전하 또는 홀을 대상 메모리 셀의 데이터 저장 패턴(DSP)으로 전달함으로써 프로그램 동작을 수행할 수 있다.The three-dimensional flash memory having such a structure includes a voltage applied to each of the cell strings CSTR, a voltage applied to the string selection line SSL, a voltage applied to each of the word lines WL0-WLn, and a ground selection line. A program operation, a read operation, and an erase operation may be performed based on the voltage applied to the GSL, the voltage applied to the common source line CSL, and the voltage applied to the back gate BG. For example, the 3D flash memory includes a voltage applied to each of the cell strings CSTR, a voltage applied to the string select line SSL, a voltage applied to each of the word lines WL0 to WLn, and a ground select line GSL. ), a voltage applied to the common source line (CSL), and a voltage applied to the back gate (BG), a channel is formed in the vertical channel pattern (VCP) to transfer charges or holes to the data of the target memory cell. A program operation can be performed by transferring to a stored pattern (DSP).

또한, 다른 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리는 설명된 구조로 제한되거나 한정되지 않고, 구현 예시에 따라 수직 채널 패턴(VCP), 데이터 저장 패턴(DSP), 백 게이트(BG), 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3), 비트 라인(BL), 공통 소스 라인(CSL)을 포함하는 것을 전제로 다양한 구조로 구현될 수 있다.In addition, the 3D flash memory according to another embodiment is not limited or not limited to the described structure, and according to an implementation example, a vertical channel pattern (VCP), a data storage pattern (DSP), a back gate (BG), and gate electrodes ( EL1, EL2, EL3), a bit line BL, and a common source line CSL may be implemented in various structures.

도 6은 도 5에 도시된 3차원 플래시 메모리에 포함되는 층간 절연막들의 다른 구현 예시를 설명하기 위한 단면도로, 도 2를 A-A'선으로 자른 단면에 해당된다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating another implementation example of interlayer insulating films included in the 3D flash memory shown in FIG. 5, and corresponds to a cross-section of FIG. 2 taken along line A-A'.

이하 도 6을 참조하여 설명되는 3차원 플래시 메모리는 도 5를 참조하여 전술된 3차원 플래시 메모리와 모든 구성부들이 동일하나, 층간 절연막들(ILD)의 구조만이 상이한 것을 특징으로 한다. 이에, 이하에서는 상이한 구조의 층간 절연막들(ILD)에 대해서만 설명한다.The 3D flash memory described below with reference to FIG. 6 has all components identical to the 3D flash memory described with reference to FIG. 5 , but is characterized in that only structures of interlayer insulating films (ILD) are different. Accordingly, only interlayer insulating films ILD having different structures will be described below.

도 6을 참조하면, 층간 절연막들(ILD) 각각은 전술된 바와 같이, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물(게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물)로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6 , as described above, each of the interlayer insulating films ILD has a profile of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and channel holes CH penetrating the interlayer insulating films ILD in a vertical direction. The gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be uniformly formed of a metal material and the same oxide (an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 ).

다만, 도 6에 도시된 층간 절연막들(ILD) 각각은 절연 차단막(IB)을 내재하고 있다는 점에서 도 5에 도시된 층간 절연막들(ILD)과 상이하다. 즉, 층간 절연막들(ILD)에 절연 차단막(IB)이 내재됨으로써, 층간 절연막들(ILD) 각각의 절연 특성이 개선될 수 있다.However, each of the interlayer insulating films ILD shown in FIG. 6 is different from the interlayer insulating films ILD shown in FIG. 5 in that each of them has an insulation blocking film IB. That is, as the insulating barrier layer IB is embedded in the interlayer insulating layers ILD, the insulation characteristics of each of the interlayer insulating layers ILD may be improved.

여기서, 절연 차단막(IB)은 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께보다 얇은 두께로 층간 절연막들(ILD) 각각 내에서 수평 방향으로 연장 형성될 수 있다. 절연 차단막(IB)이 층간 절연막들(ILD) 각각에 형성되는 위치는 층간 절연막들(ILD) 각각에서 수직 방향 상 중간 지점일 수 있다. 그러나 이에 제한되거나 한정되지는 않는다.Here, the insulating blocking layer IB may be formed to extend in the horizontal direction within each of the interlayer insulating layers ILD to a thickness smaller than that of each of the interlayer insulating layers ILD. A position where the insulating blocking film IB is formed on each of the interlayer insulating films ILD may be a midpoint in a vertical direction in each of the interlayer insulating films ILD. However, it is not limited or limited thereto.

이상 도면에는 절연 차단막(IB)이 층간 절연막들(ILD) 중 제2 게이트 전극들(EL2) 사이에 개재되는 일부 층간 절연막들(ILD) 각각에만 내재되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되거나 한정되지 않고 모든 층간 절연막들(ILD) 각각에 내재될 수도 있다.In the drawings above, the insulating blocking layer IB is shown as being inherent only to each of the interlayer insulating layers ILD interposed between the second gate electrodes EL2 among the interlayer insulating layers ILD, but is not limited thereto, and all interlayer insulating layers ILD are not limited thereto. It may be inherent in each of the interlayer insulating layers ILD.

도 7은 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리의 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이고, 도 8a 내지 13은 도 3 내지 4에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위해 수행되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이며, 도 14a 내지 19는 도 5 내지 6에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위해 수행되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.7 is a flow chart showing a method of manufacturing a 3D flash memory according to embodiments, and FIGS. 8A to 13 illustrate a manufacturing method performed to manufacture a 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 3 to 4. 14A to 19 are cross-sectional views for explaining a manufacturing method performed to manufacture the 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 5 to 6 .

도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 3차원 플래시 메모리의 제조 방법은 전술된 3차원 플래시 메모리를 제조하기 위한 것으로서 자동화 및 기계화된 제조 시스템에 의해 수행됨을 전제로, 기판(SUB) 상에서 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 준비하는 단계(S710); 반도체 구조체(SEMI-STR)를 수직 방향(제3 방향(D3))으로 관통하는 채널 홀들(CH)을 형성하는 단계(S720); 및 채널 홀들(CH)의 내부에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향(제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 단계(S710)는 금속 산화물로 각각 형성되는 층간 절연막들(ILD)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 준비함을 특징으로 할 수 있다. 또한, 구현 예시에 따라, 반도체 구조체(SEMI-STR)에 포함되는 층간 절연막들(ILD) 각각에는 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께보다 얇은 절연 차단막(IB)이 내재될 수 있다.Referring to FIG. 7 , a method of manufacturing a 3D flash memory according to an embodiment is for manufacturing the above-described 3D flash memory, and is performed by an automated and mechanized manufacturing system in a horizontal direction on a substrate (SUB). preparing a semiconductor structure (SEMI-STR) including interlayer insulating films (ILD) and gate electrodes (EL1, EL2, and EL3) that are formed to extend and are alternately stacked in a vertical direction (S710); forming channel holes CH penetrating the semiconductor structure SEMI-STR in a vertical direction (third direction D3) (S720); and forming vertical channel structures VS extending in the vertical direction (third direction D3) inside the channel holes CH. In particular, step S710 may be characterized by preparing a semiconductor structure SEMI-STR including interlayer insulating films ILD each formed of metal oxide. Also, according to an implementation example, an insulation blocking layer IB that is thinner than a thickness of each of the interlayer insulating layers ILD may be embedded in each of the interlayer insulating layers ILD included in the semiconductor structure SEMI-STR.

이하, 도 3 내지 4에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하는 방법과 관련하여, 도 8a 내지 13을 참조로 도 7의 각 단계들(S710 내지 S730)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, steps S710 to S730 of FIG. 7 will be described in detail with reference to FIGS. 8A to 13 in relation to a method of manufacturing a 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 3 to 4 .

도 8a 내지 8b를 참조하면, 단계(S710)에서 제조 시스템은, 기판(SUB) 상에서 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 준비할 수 있다. 반도체 구조체(SEMI-STR)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은, 예를 들어 화학적 기상 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다. 다만, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 최하부의 것과 기판(SUB) 사이에 위치한 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것은, 증착 공정 이후의 열산화 공정을 통해 형성될 수도 있다.Referring to FIGS. 8A and 8B , in step S710, the manufacturing system extends in the horizontal direction on the substrate SUB and alternately stacks interlayer insulating films ILD and gate electrodes EL1 and EL2 in the vertical direction. , EL3) may be prepared. In the semiconductor structure SEMI-STR, the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method. However, the lowermost of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the lowermost of the interlayer insulating films ILD positioned between the substrate SUB may be formed through a thermal oxidation process after the deposition process.

반도체 구조체(SEMI-STR)에서 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 절연 특성을 갖는 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 상세하게, 층간 절연막들(ILD) 각각은 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물로 형성됨으로써, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일을 균일하게 할 수 있다.In the semiconductor structure SEMI-STR, each of the interlayer insulating films ILD is insulated so that the profile of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the channel holes CH penetrating the interlayer insulating films ILD in the vertical direction are uniform. It may be characterized in that it is formed of a metal oxide having characteristics. In more detail, each of the interlayer insulating films ILD is formed of the same oxide as the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 formed of a metal material, so that the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the interlayer insulating films ( Profiles of the channel holes CH penetrating the ILD in the vertical direction may be uniform.

예를 들어, 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)이 전술된 바와 같이 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다(예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각이 Mo(몰리브덴)으로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 Mo(몰리브덴)의 산화물인 MoOx(산화 몰리브덴)으로 형성됨).For example, each of the interlayer insulating layers ILD may be formed of an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . For a more specific example, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 are formed of W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), and Mo (molybdenum) as described above. , Ru (ruthenium) or Au (gold), when formed of at least one metal material, each of the interlayer insulating films (ILD) is W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), or Au (gold). When formed, each of the interlayer insulating films ILD is formed of MoOx (molybdenum oxide), which is an oxide of Mo (molybdenum).

또한, 반도체 구조체(SEMI-STR)에 포함되는 층간 절연막들(ILD) 각각은 도 8b에 도시된 바와 같이 절연 차단막(IB)이 내재될 수 있다. 절연 차단막(IB)은 층간 절연막들(ILD) 각각의 절연 특성을 개선하기 위한 것으로, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께보다 얇은 두께로 층간 절연막들(ILD) 각각 내에서 수평 방향으로 연장 형성될 수 있다.In addition, each of the interlayer insulating layers ILD included in the semiconductor structure SEMI-STR may have an insulating blocking layer IB, as shown in FIG. 8B . The insulating blocking layer IB is to improve the insulating characteristics of each of the interlayer insulating layers ILD, and is formed to extend in the horizontal direction within each of the interlayer insulating layers ILD with a thickness smaller than that of each of the interlayer insulating layers ILD. can

이하에서는 절연 차단막(IB)이 각각 내재된 층간 절연막들(ILD)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 이용하는 제조 방법에 대해 설명된다. 절연 차단막(IB)이 각각 내재되지 않은 층간 절연막들(ILD)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 이용하는 제조 방법 역시 동일하게 수행될 수 있다.Hereinafter, a manufacturing method using a semiconductor structure SEMI-STR including interlayer insulating films ILD in which an insulating blocking film IB is embedded will be described. A manufacturing method using a semiconductor structure (SEMI-STR) including interlayer insulating layers (ILD) in which an insulating blocking layer (IB) is not embedded may also be performed in the same manner.

도 9를 참조하면, 단계(S720)에서 제조 시스템은, 반도체 구조체(SEMI-STR)를 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 관통하는 채널 홀들(CH)을 형성할 수 있다. 채널 홀들(CH)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)이 형성하는 평면상에서 복수의 열들을 이룬 채 지그재그 형태로 배열될 수 있으며, 기판(SUB)의 일부를 리세스시키고, 기판(SUB)의 상면을 노출시킬 수 있다. 채널 홀들(CH)은 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 9 , in operation S720 , the manufacturing system may form channel holes CH penetrating the semiconductor structure SEMI-STR in a vertical direction (eg, the third direction D3 ). The channel holes CH may be arranged in a zigzag shape while forming a plurality of columns on a plane formed by the first direction D1 and the second direction D2, recess a portion of the substrate SUB, and (SUB) can be exposed. The channel holes CH may expose sidewalls of the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 .

제조 시스템은 채널 홀들(CH)을 형성하는 단계(S720)를 반도체 구조체(SEMI-STR) 상에 마스크 패턴(MASK)을 형성하는 제1 단계; 및 마스크 패턴(MASK)을 식각 마스크로 이용하여 이방성 식각 공정을 수행하는 제2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다. 그러나 이는 예시에 지나지 않으며 단계(S720)에는 다양한 시각 공정이 활용될 수 있다.In the manufacturing system, the step of forming channel holes (CH) (S720) includes a first step of forming a mask pattern (MASK) on the semiconductor structure (SEMI-STR); and a second step of performing an anisotropic etching process using the mask pattern MASK as an etching mask. However, this is only an example and various visual processes may be used in step S720.

도 10a 내지 10e를 참조하면, 단계(S730)에서 제조 시스템은, 채널 홀들(CH)의 내부에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성할 수 있다. 이 때, 제조 시스템은 수직 채널 구조체(VS)를 연장 형성하는 단계(S730)를 도 10a에 도시된 바와 같이 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮도록 데이터 저장 패턴(DSP)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제1 단계; 도 10b에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP)의 측벽의 일부를 덮는 수직 채널 패턴(VCP)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제2 단계; 도 10c에 도시된 바와 같이 수직 채널 패턴(VCP)으로 둘러싸인 공간을 채우는 수직 반도체 패턴(VSP)을 형성하는 제3 단계; 및 도 10d 내지 10e에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP)의 측벽의 일부, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상면으로 둘러싸인 공간을 채우는 도전 패드(PAD)를 형성하는 제4 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 10A to 10E , in step S730, the manufacturing system may form vertical channel structures VS extending in the vertical direction (eg, in the third direction D3) inside the channel holes CH. . At this time, the manufacturing system extends and forms the vertical channel structure VS (S730) in the vertical direction (S730) to cover the inner walls of each of the channel holes (CH) in the vertical direction ( For example, a first step of forming an extension in the third direction (D3)); As shown in FIG. 10B, a second step of forming a vertical channel pattern (VCP) extending in a vertical direction (eg, a third direction D3) covering a portion of a sidewall of the data storage pattern (DSP); A third step of forming a vertical semiconductor pattern VSP filling a space surrounded by the vertical channel pattern VCP as shown in FIG. 10C; and conductive pads PAD filling a space surrounded by a portion of a sidewall of the data storage pattern DSP, an upper surface of the vertical channel pattern VCP, and an upper surface of the vertical semiconductor pattern VSP, as shown in FIGS. 10D to 10E. It may include a fourth step of doing.

보다 상세하게, 수직 채널 패턴(VCP)을 연장 형성하는 제2 단계는, 데이터 저장 패턴(DSP)의 하부 측벽을 덮고 기판(SUB)과 접촉하는 제1 부분(VCP1)을 형성하는 제2-1 단계; 및 제1 부분(VCP1) 상에서 데이터 저장 패턴(DSP)의 상부 측벽을 덮는 제2 부분(VCP2)을 형성하는 제2-2 단계를 포함할 수 있다.In more detail, the second step of extending and forming the vertical channel pattern VCP includes forming the first portion VCP1 covering the lower sidewall of the data storage pattern DSP and contacting the substrate SUB. step; and a 2-2 step of forming a second portion VCP2 covering the upper sidewall of the data storage pattern DSP on the first portion VCP1.

데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 수직 반도체 패턴(VSP) 및 도전 패드(PAD) 각각을 형성하는 물질은 도 3 및 4를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since materials forming each of the data storage pattern DSP, vertical channel pattern VCP, vertical semiconductor pattern VSP, and conductive pad PAD have been described with reference to FIGS. 3 and 4, a detailed description thereof will be omitted. do.

데이터 저장 패턴(DSP)을 연장 형성하는 제1 단계, 수직 채널 패턴(VCP)을 연장 형성하는 제2 단계 및 수직 반도체 패턴(VSP)을 형성하는 제3 단계에서, 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 수직 반도체 패턴(VSP) 각각은 화학적 기상 증착 방법 또는 원자 층 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.In the first step of extending and forming the data storage pattern DSP, the second step of extending and forming the vertical channel pattern VCP, and the third step of forming the vertical semiconductor pattern VSP, the data storage pattern DSP, Each of the channel pattern VCP and the vertical semiconductor pattern VSP may be formed by a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method.

제조 시스템은 도전 패드(PAD)를 형성하는 제4 단계를 도 10d에 도시된 바와 같이 수직 채널 패턴(VCP)의 상부 및 수직 반도체 패턴(VSP)의 상부를 리세스시키는 제4-1 단계 및 도 10e에 도시된 바와 같이 리세스된 영역 내에 도핑된 반도체 물질 또는 도전 물질을 채우는 제4-2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다.In the manufacturing system, the fourth step of forming the conductive pad PAD is a step 4-1 of recessing the top of the vertical channel pattern VCP and the top of the vertical semiconductor pattern VSP as shown in FIG. 10D and FIG. As shown in 10e, it may be subdivided into a 4-2 step of filling the recessed region with a doped semiconductor material or a conductive material.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 11을 참조하면, 제조 시스템은, 반도체 구조체(SEMI-STR)를 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 관통하며 일 방향(예컨대 제1 방향(D1))으로 연장되는 라인 형태의 분리 트렌치(TR)를 형성할 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 11 , the manufacturing system penetrates the semiconductor structure SEMI-STR in a vertical direction (eg, the third direction D3) and in one direction (eg, the first direction D1). ) may form a line-shaped isolation trench TR.

분리 트렌치(TR)는 수직 채널 구조체들(VS)과 수평 방향(예컨대, 제2 방향(D2))으로 이격될 수 있다. 분리 트렌치(TR)는 기판(SUB)의 일부를 리세스시킬 수 있으며, 기판(SUB)의 상면을 노출시킬 수 있다. 또한, 분리 트렌치(TR)는 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.The isolation trench TR may be spaced apart from the vertical channel structures VS in a horizontal direction (eg, in the second direction D2 ). The isolation trench TR may recess a portion of the substrate SUB and may expose an upper surface of the substrate SUB. In addition, the separation trench TR may expose sidewalls of the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 .

제조 시스템은 분리 트렌치(TR)를 형성하는 것을 반도체 구조체(SEMI-STR) 상에 마스크 패턴(MASK)을 형성하는 제1 단계; 및 마스크 패턴(MASK)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 구조체(SEMI-STR)를 패터닝하는 제2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다. 그러나 이는 예시에 지나지 않으며 분리 트렌치(TR)를 형성하는 것에는 다양한 식각 공정 또는 패터닝 공정이 활용될 수 있다.The manufacturing system includes forming the isolation trench TR in a first step of forming a mask pattern MASK on the semiconductor structure SEMI-STR; and a second step of patterning the semiconductor structure SEMI-STR using the mask pattern MASK as an etch mask. However, this is only an example, and various etching processes or patterning processes may be used to form the isolation trench TR.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 12를 참조하면, 제조 시스템은, 분리 트렌치(TR)를 통해 노출되는 기판(SUB) 내에 공통 소스 영역(CSR)을 형성할 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB)의 상면에 기판(SUB)과 다른 도전형의 불순물이 도핑됨으로써, 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이의 기판(SUB) 내에 형성될 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 12 , the manufacturing system may form a common source region CSR in the substrate SUB exposed through the isolation trench TR. The common source region CSR is formed by doping an impurity having a conductivity different from that of the substrate SUB on the upper surface of the substrate SUB exposed by the isolation trench TR, so that the substrate ( SUB) can be formed in.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 13을 참조하면, 제조 시스템은, 분리 트렌치(TR)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(SP) 및 절연 스페이서(SP)로 둘러싸인 분리 트렌치(TR)의 내부 공간을 채우는 공통 소스 플러그(CSP)를 형성할 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 13 , the manufacturing system includes an insulation spacer (SP) covering the sidewall of the isolation trench (TR) and filling the inner space of the isolation trench (TR) surrounded by the insulation spacer (SP). A common source plug (CSP) may be formed.

보다 상세하게, 절연 스페이서들(SP)은 기판(SUB) 및 적층 구조체들(ST) 상에 스페이서막을 증착하는 제1 단계; 및 에치백 공정 등을 통해 공통 소스 영역(CSR)을 노출시키는 제2 단계를 통해 형성될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 단계 및 제2 단계 이후에 형성될 수 있다.In more detail, the insulating spacers SP may be formed by depositing a spacer film on the substrate SUB and the stacked structures ST; and a second step of exposing the common source region CSR through an etch-back process or the like. A common source plug (CSP) may be formed after the first step and the second step.

또한, 별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 13을 참조하면, 제조 시스템은, 적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)을 형성할 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다.In addition, although not shown as a separate step, referring to FIG. 13 , the manufacturing system forms a capping insulating layer CAP on the stacked structures ST, the vertical channel structures VS, and the common source plug CSP. can do. The capping insulating layer CAP may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers ILD, the top surface of the conductive pad PAD, and the top surface of the common source plug CSP.

이어서, 제조 시스템은 캡핑 절연막(CAP)을 관통하여 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)을 형성할 수 있다. 그 다음, 제조 시스템은 캡핑 절연막(CAP) 상에서 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)와 전기적으로 연결되는 비트 라인(BL)을 제2 방향(D2)을 따라 연장 형성할 수 있다.Subsequently, the manufacturing system may form a bit line contact plug BLPG electrically connected to the conductive pad PAD by penetrating the capping insulating layer CAP. Next, the manufacturing system may form a bit line BL electrically connected to the bit line contact plug BLPG on the capping insulating layer CAP to extend along the second direction D2 .

이하, 도 5 내지 6에 도시된 구조의 3차원 플래시 메모리를 제조하는 방법과 관련하여, 도 14a 내지 20을 참조로 도 7의 각 단계들(S710 내지 S730)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, steps S710 to S730 of FIG. 7 will be described in detail with reference to FIGS. 14A to 20 in relation to a method of manufacturing a 3D flash memory having the structure shown in FIGS. 5 to 6 .

도 14a 내지 14b를 참조하면, 단계(S710)에서 제조 시스템은, 기판(SUB) 상에서 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 준비할 수 있다. 반도체 구조체(SEMI-STR)에서 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)은, 예를 들어 화학적 기상 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다. 다만, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 중 최하부의 것과 기판(SUB) 사이에 위치한 층간 절연막들(ILD) 중 최하부의 것은, 증착 공정 이후의 열산화 공정을 통해 형성될 수도 있다.Referring to FIGS. 14A and 14B , in step S710, the manufacturing system extends in the horizontal direction on the substrate SUB and alternately stacks interlayer insulating films ILD and gate electrodes EL1 and EL2 in the vertical direction. , EL3) may be prepared. In the semiconductor structure SEMI-STR, the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 may be formed by, for example, a chemical vapor deposition method. However, the lowermost of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the lowermost of the interlayer insulating films ILD positioned between the substrate SUB may be formed through a thermal oxidation process after the deposition process.

반도체 구조체(SEMI-STR)에서 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일이 균일하도록 절연 특성을 갖는 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 상세하게, 층간 절연막들(ILD) 각각은 금속 물질로 형성되는 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)과 동질의 산화물로 형성됨으로써, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 및 층간 절연막들(ILD)을 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들(CH)의 프로파일을 균일하게 할 수 있다.In the semiconductor structure SEMI-STR, each of the interlayer insulating films ILD is insulated so that the profile of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the channel holes CH penetrating the interlayer insulating films ILD in the vertical direction are uniform. It may be characterized in that it is formed of a metal oxide having characteristics. In more detail, each of the interlayer insulating films ILD is formed of the same oxide as the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 formed of a metal material, so that the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 and the interlayer insulating films ( Profiles of the channel holes CH penetrating the ILD in the vertical direction may be uniform.

예를 들어, 층간 절연막들(ILD) 각각은 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)이 전술된 바와 같이 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 W(텅스텐), Cu(구리), Al(알루미늄), Ti(티타늄), Ta(탄탈륨), Mo(몰리브덴), Ru(루테늄) 또는 Au(금) 중 적어도 하나의 금속 물질의 산화물로 형성될 수 있다(예컨대, 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3) 각각이 Mo(몰리브덴)으로 형성되는 경우, 층간 절연막들(ILD) 각각은 Mo(몰리브덴)의 산화물인 MoOx(산화 몰리브덴)으로 형성됨).For example, each of the interlayer insulating layers ILD may be formed of an oxide of a metal material constituting each of the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 . For a more specific example, the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 are formed of W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), and Mo (molybdenum) as described above. , Ru (ruthenium) or Au (gold), when formed of at least one metal material, each of the interlayer insulating films (ILD) is W (tungsten), Cu (copper), Al (aluminum), Ti (titanium), Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ru (ruthenium), or Au (gold). When formed, each of the interlayer insulating films ILD is formed of MoOx (molybdenum oxide), which is an oxide of Mo (molybdenum).

또한, 반도체 구조체(SEMI-STR)에 포함되는 층간 절연막들(ILD) 각각은 도 14b에 도시된 바와 같이 절연 차단막(IB)이 내재될 수 있다. 절연 차단막(IB)은 층간 절연막들(ILD) 각각의 절연 특성을 개선하기 위한 것으로, 층간 절연막들(ILD) 각각의 두께보다 얇은 두께로 층간 절연막들(ILD) 각각 내에서 수평 방향으로 연장 형성될 수 있다.In addition, each of the interlayer insulating layers ILD included in the semiconductor structure SEMI-STR may have an insulating blocking layer IB, as shown in FIG. 14B. The insulating blocking layer IB is to improve the insulating characteristics of each of the interlayer insulating layers ILD, and is formed to extend in the horizontal direction within each of the interlayer insulating layers ILD with a thickness smaller than that of each of the interlayer insulating layers ILD. can

이하에서는 절연 차단막(IB)이 각각 내재된 층간 절연막들(ILD)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 이용하는 제조 방법에 대해 설명된다. 절연 차단막(IB)이 각각 내재되지 않은 층간 절연막들(ILD)을 포함하는 반도체 구조체(SEMI-STR)를 이용하는 제조 방법 역시 동일하게 수행될 수 있다.Hereinafter, a manufacturing method using a semiconductor structure SEMI-STR including interlayer insulating films ILD in which an insulating blocking film IB is embedded will be described. A manufacturing method using a semiconductor structure (SEMI-STR) including interlayer insulating layers (ILD) in which an insulating blocking layer (IB) is not embedded may also be performed in the same manner.

도 15를 참조하면, 단계(S720)에서 제조 시스템은, 반도체 구조체(SEMI-STR)를 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 관통하는 채널 홀들(CH)을 형성할 수 있다. 채널 홀들(CH)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)이 형성하는 평면상에서 복수의 열들을 이룬 채 지그재그 형태로 배열될 수 있으며, 기판(SUB)의 일부를 리세스시키고, 기판(SUB)의 상면을 노출시킬 수 있다. 채널 홀들(CH)은 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2, EL3)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.Referring to FIG. 15 , in operation S720 , the manufacturing system may form channel holes CH penetrating the semiconductor structure SEMI-STR in a vertical direction (eg, the third direction D3 ). The channel holes CH may be arranged in a zigzag shape while forming a plurality of columns on a plane formed by the first direction D1 and the second direction D2, recess a portion of the substrate SUB, and (SUB) can be exposed. The channel holes CH may expose sidewalls of the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2 , and EL3 .

제조 시스템은 채널 홀들(CH)을 형성하는 단계(S720)를 반도체 구조체(SEMI-STR) 상에 마스크 패턴(MASK)을 형성하는 제1 단계; 및 마스크 패턴(MASK)을 식각 마스크로 이용하여 이방성 식각 공정을 수행하는 제2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다. 그러나 이는 예시에 지나지 않으며 단계(S720)에는 다양한 시각 공정이 활용될 수 있다.In the manufacturing system, the step of forming channel holes (CH) (S720) includes a first step of forming a mask pattern (MASK) on the semiconductor structure (SEMI-STR); and a second step of performing an anisotropic etching process using the mask pattern MASK as an etching mask. However, this is only an example and various visual processes may be used in step S720.

도 16a 내지 16k를 참조하면, 단계(S730)에서 제조 시스템은, 채널 홀들(CH)의 내부에 수직 채널 구조체들(VS)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성할 수 있다. 이 때, 제조 시스템은 수직 채널 구조체(VS)를 연장 형성하는 단계(S730)를 도 16a에 도시된 바와 같이 채널 홀들(CH) 각각의 내측벽을 덮도록 데이터 저장 패턴(DSP)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제1 단계; 도 16b에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP)의 측벽의 일부를 덮는 수직 채널 패턴(VCP)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제2 단계; 16c에 도시된 바와 같이 수직 채널 패턴(VCP)의 내부 홀(Hole)을 수직 방향으로 기판(SUB)의 하부까지 연장 형성하는 제3 단계; 도 16d에 도시된 바와 같이 수직 채널 패턴(VCP)의 내부 홀(Hole)에 절연막(INS)을 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제4 단계; 도 16e 내지 16i에 도시된 바와 같이 절연막(INS)의 내부 홀에 백 게이트(BG)를 수직 방향(예컨대, 제3 방향(D3))으로 연장 형성하는 제5 단계; 및 도 16j 내지 16k에 도시된 바와 같이 데이터 저장 패턴(DSP)의 측벽의 일부, 수직 채널 패턴(VCP)의 상면으로 둘러싸인 공간을 채우는 도전 패드(PAD)를 형성하는 제6 단계를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 16A to 16K , in step S730, the manufacturing system may form vertical channel structures VS extending in the vertical direction (eg, in the third direction D3) inside the channel holes CH. . At this time, the manufacturing system extends and forms the vertical channel structure VS (S730) in the vertical direction (S730) to cover the inner walls of each of the channel holes (CH) in the vertical direction ( For example, a first step of forming an extension in the third direction (D3)); As shown in FIG. 16B, a second step of extending and forming the vertical channel pattern VCP covering a portion of the sidewall of the data storage pattern DSP in a vertical direction (eg, a third direction D3); A third step of extending and forming the inner hole of the vertical channel pattern VCP to the bottom of the substrate SUB in the vertical direction as shown in FIG. 16c; As shown in FIG. 16D, a fourth step of extending and forming the insulating film INS in the vertical direction (eg, the third direction D3) in the inner hole of the vertical channel pattern VCP; 16E to 16I, a fifth step of extending and forming a back gate BG in an inner hole of the insulating film INS in a vertical direction (eg, a third direction D3); and a sixth step of forming a conductive pad (PAD) filling a space surrounded by a portion of a sidewall of the data storage pattern (DSP) and an upper surface of the vertical channel pattern (VCP) as shown in FIGS. 16J to 16K. .

데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP), 수직 반도체 패턴(VSP), 절연막(INS), 백 게이트(BG) 및 도전 패드(PAD) 각각을 형성하는 물질은 도 5 및 6을 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Materials forming the data storage pattern (DSP), vertical channel pattern (VCP), vertical semiconductor pattern (VSP), insulating film (INS), back gate (BG), and conductive pad (PAD), respectively, are described with reference to FIGS. 5 and 6 . Since it has been described, a detailed description thereof will be omitted.

데이터 저장 패턴(DSP)을 연장 형성하는 제1 단계, 수직 채널 패턴(VCP)을 연장 형성하는 제2 단계 및 절연막(INS)을 형성하는 제4 단계에서, 데이터 저장 패턴(DSP), 수직 채널 패턴(VCP) 및 절연막(INS) 각각은 화학적 기상 증착 방법 또는 원자 층 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.In the first step of extending and forming the data storage pattern DSP, the second step of extending and forming the vertical channel pattern VCP, and the fourth step of forming the insulating film INS, the data storage pattern DSP and the vertical channel pattern Each of the (VCP) and the insulating film (INS) may be formed by a chemical vapor deposition method or an atomic layer deposition method.

제조 시스템은 백 게이트(BG)를 연장 형성하는 제5 단계를 도 16e에 도시된 바와 같이 절연막(INS)의 내부 홀에 도전성 물질을 채우는 제5-1 단계, 도 16f에 도시된 바와 같이 절연막(INS) 및 백 게이트(BG)의 상부를 리세스시키는 제5-2 단계, 도 16g에 도시된 바와 같이 리세스된 영역 내에 절연막(INS)을 채우는 제5-3 단계, 도 16h에 도시된 바와 같이 절연막(INS)의 상부를 리세스시키는 제5-4 단계 및 도 16i에 도시된 바와 같이 리세스된 영역 내에 수직 채널 패턴(VCP)을 채우는 제5-5 단계로 세분화하여 수행할 수 있다.The manufacturing system includes a fifth step of extending and forming the back gate BG, a 5-1 step of filling the internal hole of the insulating film INS with a conductive material as shown in FIG. 16E, and an insulating film (as shown in FIG. 16F). INS) and upper portions of the back gate BG are recessed, and as shown in FIG. 16G, a 5-3 step of filling the recessed region with the insulating film INS, as shown in FIG. 16H. Similarly, a 5-4 step of recessing the upper portion of the insulating layer INS and a 5-5 step of filling the vertical channel pattern VCP in the recessed region as shown in FIG. 16i may be subdivided and performed.

또한, 제조 시스템은 도전 패드(PAD)를 형성하는 제6 단계를 도 16j에 도시된 바와 같이 수직 채널 패턴(VCP)의 상부를 리세스시키는 제6-1 단계 및 도 16k에 도시된 바와 같이 리세스된 영역 내에 도핑된 반도체 물질 또는 도전 물질을 채우는 제6-2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다.In addition, the manufacturing system includes the sixth step of forming the conductive pad PAD, the 6-1 step of recessing the top of the vertical channel pattern VCP as shown in FIG. The process may be subdivided into a 6-2 step of filling the doped semiconductor material or conductive material in the etched region.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 17을 참조하면, 제조 시스템은, 반도체 구조체(SEMI-STR)를 수직 방향(예컨대 제3 방향(D3))으로 관통하며 일 방향(예컨대 제1 방향(D1))으로 연장되는 라인 형태의 분리 트렌치(TR)를 형성할 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 17 , the manufacturing system penetrates the semiconductor structure SEMI-STR in a vertical direction (eg, the third direction D3) and in one direction (eg, the first direction D1). ) may form a line-shaped isolation trench TR.

분리 트렌치(TR)는 수직 채널 구조체들(VS)과 수평 방향(예컨대, 제2 방향(D2))으로 이격될 수 있다. 분리 트렌치(TR)는 기판(SUB)의 일부를 리세스시킬 수 있으며, 기판(SUB)의 상면을 노출시킬 수 있다. 또한, 분리 트렌치(TR)는 층간 절연막들(ILD) 및 게이트 전극들(EL1, EL2M EL3)의 측벽들을 노출시킬 수 있다.The isolation trench TR may be spaced apart from the vertical channel structures VS in a horizontal direction (eg, in the second direction D2 ). The isolation trench TR may recess a portion of the substrate SUB and may expose an upper surface of the substrate SUB. In addition, the separation trench TR may expose sidewalls of the interlayer insulating layers ILD and the gate electrodes EL1 , EL2M EL3 .

제조 시스템은 분리 트렌치(TR)를 형성하는 것을 반도체 구조체(SEMI-STR) 상에 마스크 패턴(MASK)을 형성하는 제1 단계; 및 마스크 패턴(MASK)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 구조체(SEMI-STR)를 패터닝하는 제2 단계로 세분화하여 수행할 수 있다. 그러나 이는 예시에 지나지 않으며 분리 트렌치(TR)를 형성하는 것에는 다양한 식각 공정 또는 패터닝 공정이 활용될 수 있다.The manufacturing system includes forming the isolation trench TR in a first step of forming a mask pattern MASK on the semiconductor structure SEMI-STR; and a second step of patterning the semiconductor structure SEMI-STR using the mask pattern MASK as an etch mask. However, this is only an example, and various etching processes or patterning processes may be used to form the isolation trench TR.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 18을 참조하면, 제조 시스템은, 분리 트렌치(TR)를 통해 노출되는 기판(SUB) 내에 공통 소스 영역(CSR)을 형성할 수 있다. 공통 소스 영역(CSR)은 분리 트렌치(TR)에 의해 노출되는 기판(SUB)의 상면에 기판(SUB)과 다른 도전형의 불순물이 도핑됨으로써, 서로 인접하는 적층 구조체들(ST) 사이의 기판(SUB) 내에 형성될 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 18 , the manufacturing system may form a common source region CSR in the substrate SUB exposed through the isolation trench TR. The common source region CSR is formed by doping an impurity having a conductivity different from that of the substrate SUB on the upper surface of the substrate SUB exposed by the isolation trench TR, so that the substrate ( SUB) can be formed in.

별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 19를 참조하면, 제조 시스템은, 분리 트렌치(TR)의 측벽을 덮는 절연 스페이서(SP) 및 절연 스페이서(SP)로 둘러싸인 분리 트렌치(TR)의 내부 공간을 채우는 공통 소스 플러그(CSP)를 형성할 수 있다.Although not shown as a separate step, referring to FIG. 19 , the manufacturing system includes an insulation spacer (SP) covering the sidewall of the isolation trench (TR) and filling the inner space of the isolation trench (TR) surrounded by the insulation spacer (SP). A common source plug (CSP) may be formed.

보다 상세하게, 절연 스페이서들(SP)은 기판(SUB) 및 적층 구조체들(ST) 상에 스페이서막을 증착하는 제1 단계; 및 에치백 공정 등을 통해 공통 소스 영역(CSR)을 노출시키는 제2 단계를 통해 형성될 수 있다. 공통 소스 플러그(CSP)는 제1 단계 및 제2 단계 이후에 형성될 수 있다.In more detail, the insulating spacers SP may be formed by depositing a spacer film on the substrate SUB and the stacked structures ST; and a second step of exposing the common source region CSR through an etch-back process or the like. A common source plug (CSP) may be formed after the first step and the second step.

또한, 별도의 단계로 도시되지는 않았으나 도 19를 참조하면, 제조 시스템은, 적층 구조체들(ST), 수직 채널 구조체들(VS) 및 공통 소스 플러그(CSP) 상에 캡핑 절연막(CAP)을 형성할 수 있다. 캡핑 절연막(CAP)은 층간 절연막들(ILD) 중 최상부의 것의 상면, 도전 패드(PAD)의 상면 및 공통 소스 플러그(CSP)의 상면을 덮을 수 있다.In addition, although not shown as a separate step, referring to FIG. 19 , the manufacturing system forms a capping insulating layer CAP on the stacked structures ST, the vertical channel structures VS, and the common source plug CSP. can do. The capping insulating layer CAP may cover the top surface of the uppermost one of the interlayer insulating layers ILD, the top surface of the conductive pad PAD, and the top surface of the common source plug CSP.

이어서, 제조 시스템은 캡핑 절연막(CAP)을 관통하여 도전 패드(PAD)와 전기적으로 연결되는 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)을 형성할 수 있다. 그 다음, 제조 시스템은 캡핑 절연막(CAP) 상에서 비트 라인 콘택 플러그(BLPG)와 전기적으로 연결되는 비트 라인(BL)을 제2 방향(D2)을 따라 연장 형성할 수 있다.Subsequently, the manufacturing system may form a bit line contact plug BLPG electrically connected to the conductive pad PAD by penetrating the capping insulating layer CAP. Next, the manufacturing system may form a bit line BL electrically connected to the bit line contact plug BLPG on the capping insulating layer CAP to extend along the second direction D2 .

도 20은 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.20 is a schematic perspective view of an electronic system including a 3D flash memory according to embodiments.

도 20을 참조하면, 실시예들에 따른 3차원 플래시 메모리를 포함하는 전자 시스템(2000)은 메인 기판(2001)과, 메인 기판(2001)에 실장되는 컨트롤러(2002), 하나 이상의 반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 20 , an electronic system 2000 including a 3D flash memory according to embodiments includes a main board 2001, a controller 2002 mounted on the main board 2001, and one or more semiconductor packages 2003. ) and DRAM 2004.

반도체 패키지(2003) 및 DRAM(2004)은 메인 기판(2001)에 제공되는 배선 패턴들(2005)에 의해 컨트롤러(2002)와 서로 연결될 수 있다.The semiconductor package 2003 and the DRAM 2004 may be connected to the controller 2002 through wiring patterns 2005 provided on the main board 2001 .

메인 기판(2001)은 외부 호스트와 결합되는 복수의 핀들을 포함하는 커넥터(2006)를 포함할 수 있다. 커넥터(2006)에서 복수의 핀들의 개수와 배치는, 전자 시스템(2000)과 외부 호스트 사이의 통신 인터페이스에 따라 달라질 수 있다.The main board 2001 may include a connector 2006 including a plurality of pins coupled to an external host. The number and arrangement of the plurality of pins in the connector 2006 may vary depending on the communication interface between the electronic system 2000 and an external host.

전자 시스템(2000)은, 예를 들어, USB(Universal Serial Bus), PCIExpress(Peripheral Component Interconnect Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), UFS(Universal Flash Storage)용 M-Phy 등의 인터페이스들 중 어느 하나에 따라 외부 호스트와 통신할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 예를 들어, 커넥터(2006)를 통해 외부 호스트로부터 공급받는 전원에 의해 동작할 수 있다. 전자 시스템(2000)은 외부 호스트로부터 공급받는 전원을 컨트롤러(2002) 및 반도체 패키지(2003)에 분배하는 PMIC(Power Management Integrated Circuit)를 더 포함할 수도 있다.The electronic system 2000 may use any one of interfaces such as Universal Serial Bus (USB), Peripheral Component Interconnect Express (PCIExpress), Serial Advanced Technology Attachment (SATA), and M-Phy for Universal Flash Storage (UFS), for example. Depending on one, you can communicate with external hosts. The electronic system 2000 may be operated by power supplied from an external host through, for example, a connector 2006 . The electronic system 2000 may further include a Power Management Integrated Circuit (PMIC) that distributes power supplied from an external host to the controller 2002 and the semiconductor package 2003 .

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

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

반도체 패키지(2003)는 서로 이격된 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 1103b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 1103b)은 각각 복수의 반도체 칩들(2020)을 포함하는 반도체 패키지일 수 있다. 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 1103b) 각각은, 패키지 기판(2010), 패키지 기판(2010) 상의 반도체 칩들(2020), 반도체 칩들(2020) 각각의 하부면에 배치되는 접착층들(2030), 반도체 칩들(2020)과 패키지 기판(2010)을 전기적으로 연결하는 연결 구조체들(2040) 및 패키지 기판(2010) 상에서 반도체 칩들(2020) 및 연결 구조체들(2040)을 덮는 몰딩층(2050)을 포함할 수 있다.The semiconductor package 2003 may include first and second semiconductor packages 2003a and 1103b spaced apart from each other. The first and second semiconductor packages 2003a and 1103b may be semiconductor packages each including a plurality of semiconductor chips 2020 . Each of the first and second semiconductor packages 2003a and 1103b includes a package substrate 2010, semiconductor chips 2020 on the package substrate 2010, and adhesive layers 2030 disposed on a lower surface of each of the semiconductor chips 2020. ), connection structures 2040 electrically connecting the semiconductor chips 2020 and the package substrate 2010 and a molding layer 2050 covering the semiconductor chips 2020 and the connection structures 2040 on the package substrate 2010 can include

패키지 기판(2010)은 패키지 상부 패드들(2011)을 포함하는 인쇄회로 기판일 수 있다. 각각의 반도체 칩들(2020)은 입출력 패드들(2021)을 포함할 수 있다. 반도체 칩들(2020) 각각은 도 1 내지 6을 참조하여 전술된 3차원 플래시 메모리를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체 칩들(2020) 각각은 게이트 적층 구조체들(2022) 및 메모리 채널 구조체들(2023)을 포함할 수 있다. 게이트 적층 구조체들(2022)은 상술한 적층 구조체들(ST)에 해당할 수 있고, 메모리 채널 구조체들(2023)은 상술한 수직 채널 구조체들(VS)에 해당할 수 있다.The package substrate 2010 may be a printed circuit board including package upper pads 2011 . Each of the semiconductor chips 2020 may include input/output pads 2021 . Each of the semiconductor chips 2020 may include the 3D flash memory described above with reference to FIGS. 1 to 6 . More specifically, each of the semiconductor chips 2020 may include gate stack structures 2022 and memory channel structures 2023 . The gate stack structures 2022 may correspond to the above-described stack structures ST, and the memory channel structures 2023 may correspond to the above-described vertical channel structures VS.

연결 구조체들(2040)은 예를 들어, 입출력 패드들(2021)과 패키지 상부 패드들(2011)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어들일 수 있다. 따라서, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 1103b)에서, 반도체 칩들(2020)은 본딩 와이어 방식으로 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 패키지 기판(2010)의 패키지 상부 패드들(2011)과 전기적으로 연결될 수 있다. 실시예들에 따라, 각각의 제1 및 제2 반도체 패키지들(2003a, 1103b)에서, 반도체 칩들(2020)은 본딩 와이어 방식의 연결 구조체들(2040) 대신에, 관통 전극(Through Silicon Via)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수도 있다.The connection structures 2040 may be, for example, bonding wires electrically connecting the input/output pads 2021 and the package upper pads 2011 . Accordingly, in each of the first and second semiconductor packages 2003a and 1103b, the semiconductor chips 2020 may be electrically connected to each other using a bonding wire method, and the package upper pads 2011 of the package substrate 2010 and can be electrically connected. According to example embodiments, in each of the first and second semiconductor packages 2003a and 1103b, the semiconductor chips 2020 are provided with a through electrode (Through Silicon Via) instead of the bonding wire type connection structures 2040. may be electrically connected to each other.

도시된 바와 달리, 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2020)은 하나의 패키지에 포함될 수도 있다. 메인 기판(2001)과 다른 별도의 인터포저 기판에 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2020)이 실장되고, 인터포저 기판에 제공되는 배선에 의해 컨트롤러(2002)와 반도체 칩들(2020)이 서로 연결될 수도 있다.Unlike shown, the controller 2002 and the semiconductor chips 2020 may be included in one package. The controller 2002 and the semiconductor chips 2020 may be mounted on a separate interposer substrate different from the main substrate 2001, and the controller 2002 and the semiconductor chips 2020 may be connected to each other by wiring provided on the interposer substrate. have.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (5)

기판 상 수평 방향으로 연장 형성되며 수직 방향으로 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들을 포함하는 적층 구조체들; 및
상기 적층 구조체들 각각을 관통하며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 구조체들-상기 수직 채널 구조체들 각각은 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 데이터 저장 패턴 및 상기 데이터 저장 패턴의 내측벽에 덮으며 상기 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 채널 패턴을 포함하고, 상기 데이터 저장 패턴 및 상기 수직 채널 패턴은 상기 워드 라인들에 대응하는 메모리 셀들을 구성함-
을 포함하고,
상기 층간 절연막들 각각은,
금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.
laminated structures extending in a horizontal direction on a substrate and including interlayer insulating films and gate electrodes alternately stacked in a vertical direction; and
Vertical channel structures penetrating each of the stacked structures and extending in the vertical direction - each of the vertical channel structures covers a data storage pattern extending in the vertical direction and an inner wall of the data storage pattern, and the vertical channel structures extend in the vertical direction. and a vertical channel pattern extending in a direction, wherein the data storage pattern and the vertical channel pattern configure memory cells corresponding to the word lines-
including,
Each of the interlayer insulating films,
A three-dimensional flash memory characterized in that it is formed of metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 층간 절연막들 각각은,
상기 게이트 전극들을 구성하는 금속 물질의 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.
According to claim 1,
Each of the interlayer insulating films,
A three-dimensional flash memory, characterized in that formed of an oxide of a metal material constituting the gate electrodes.
제1항에 있어서,
상기 층간 절연막들 각각에는,
상기 층간 절연막들 각각의 두께보다 얇은 절연 차단막이 내재되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리.
According to claim 1,
In each of the interlayer insulating films,
A three-dimensional flash memory, characterized in that an insulating barrier film that is thinner than the thickness of each of the interlayer insulating films is embedded.
기판 상에서 수평 방향으로 연장 형성된 채 수직 방향을 따라 교대로 적층된 층간 절연막들 및 게이트 전극들을 포함하는 반도체 구조체를 준비하는 단계;
상기 반도체 구조체를 상기 수직 방향으로 관통하는 채널 홀들을 형성하는 단계; 및
상기 채널 홀들의 내부에 수직 채널 구조체들을 상기 수직 방향으로 연장 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 층간 절연막들 각각은,
금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 제조 방법.
preparing a semiconductor structure including interlayer insulating films and gate electrodes that are alternately stacked along a vertical direction while extending in a horizontal direction on a substrate;
forming channel holes penetrating the semiconductor structure in the vertical direction; and
forming vertical channel structures extending in the vertical direction inside the channel holes;
including,
Each of the interlayer insulating films,
A method of manufacturing a three-dimensional flash memory, characterized in that it is formed of metal oxide.
제4항에 있어서,
상기 층간 절연막들 각각에는,
상기 층간 절연막들 각각의 두께보다 얇은 절연 차단막이 내재되는 것을 특징으로 하는 3차원 플래시 메모리의 제조 방법.
According to claim 4,
In each of the interlayer insulating films,
A method of manufacturing a three-dimensional flash memory, characterized in that an insulating barrier film that is thinner than the thickness of each of the interlayer insulating films is embedded.
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