IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 三星電子株式会社の特許一覧

特開2023-168263半導体メモリ装置および電子システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023168263
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】半導体メモリ装置および電子システム
(51)【国際特許分類】
   H10B 43/27 20230101AFI20231116BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20231116BHJP
   H10B 43/40 20230101ALI20231116BHJP
【FI】
H10B43/27
H01L29/78 371
H10B43/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023076342
(22)【出願日】2023-05-02
(31)【優先権主張番号】10-2022-0058190
(32)【優先日】2022-05-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】崔 茂林
(72)【発明者】
【氏名】成 政泰
(72)【発明者】
【氏名】張 允▲そん▼
【テーマコード(参考)】
5F083
5F101
【Fターム(参考)】
5F083EP18
5F083EP33
5F083EP34
5F083EP76
5F083ER03
5F083ER09
5F083ER14
5F083ER19
5F083GA09
5F083GA10
5F083GA16
5F083HA02
5F083HA06
5F083JA02
5F083JA03
5F083JA04
5F083JA05
5F083JA06
5F083JA12
5F083JA19
5F083JA36
5F083JA37
5F083JA39
5F083KA01
5F083KA05
5F083KA11
5F083LA16
5F083LA21
5F083MA06
5F083MA16
5F083MA19
5F083NA01
5F083PR25
5F083PR40
5F083ZA01
5F083ZA23
5F101BA45
5F101BB05
5F101BD16
5F101BD22
5F101BD30
5F101BD34
5F101BD35
5F101BE02
5F101BE05
5F101BE06
5F101BH11
5F101BH21
(57)【要約】      (修正有)
【課題】消去制御性能が向上した半導体記憶装置、その製造方法及びそれを含む電子システムを提供する。
【解決手段】半導体メモリ装置は、周辺回路構造体PERIと、周辺回路構造体上に積層されたセル構造体CELLと、を含み、セル構造体は、周辺回路構造体と対向する第1面と第1面100aと反対の第2面100bとを含み、第1導電型を有するセル基板100と、セル基板の第1面上に順次積層される複数のゲート電極GSL、WL11~WL1n、WL21~WL2n、SSLと、複数のゲート電極と交差し、セル基板と接続されるチャネル構造体CHと、第2面に、隣接するセル基板内に、第1導電型とは異なる第2導電型を有する第1不純物領域102と、第1不純物領域から離間するセル基板内に、セル基板よりも高い不純物濃度で第1導電型を有する第2不純物領域104と、を含む。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周辺回路構造体;および
前記周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含み、
前記セル構造体は、
前記周辺回路構造体と対向する第1面および前記第1面と反対になる第2面を含み、第1導電型を有するセル基板と、
前記セル基板の前記第1面上に順に積層される複数のゲート電極と、
前記複数のゲート電極と交差して、前記セル基板と接続されるチャネル構造体と、
前記第2面に隣接する前記セル基板内に、前記第1導電型と異なる第2導電型を有する第1不純物領域と、
前記第1不純物領域から離隔する前記セル基板内に、前記セル基板より高い不純物濃度で前記第1導電型を有する第2不純物領域を含む、半導体メモリ装置。
【請求項2】
前記セル基板は、複数の前記チャネル構造体が配置されるセルアレイ領域と、前記複数のゲート電極が階段状に積層される拡張領域を含み、
前記第1不純物領域は前記セルアレイ領域内に形成され、
前記第2不純物領域は平面的な観点で前記第1不純物領域の少なくとも一部を囲む、請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項3】
前記第2不純物領域は前記拡張領域内に形成される、請求項2に記載の半導体メモリ装置。
【請求項4】
前記第2不純物領域は前記セル基板の前記第2面に隣接する、請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項5】
前記セル基板の前記第2面上に、前記第1不純物領域を覆うソースプレート;および
前記ソースプレートと接続されるソースコンタクトをさらに含む、請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項6】
前記セル基板の前記第2面上に、前記第2不純物領域と接続される消去制御コンタクトをさらに含む、請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項7】
前記セル基板の前記第2面上に、前記第2不純物領域を覆う導電パッドをさらに含み、
前記消去制御コンタクトは前記導電パッドと接続される、請求項6に記載の半導体メモリ装置。
【請求項8】
前記第1導電型はP型であり、前記第2導電型はN型である、請求項1に記載の半導体メモリ装置。
【請求項9】
前記チャネル構造体は、前記複数のゲート電極と交差して前記セル基板と接続される半導体パターンと、それぞれの前記ゲート電極と前記半導体パターンの間に介在する情報格納膜を含む、請求項1ないし8のうちの何れか1項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項10】
前記半導体パターンは前記セル基板の前記第1面を貫通してその一端が前記セル基板内に埋め込まれ、前記情報格納膜は前記セル基板の前記第1面上に配置される、請求項9に記載の半導体メモリ装置。
【請求項11】
周辺回路構造体および前記周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含む半導体メモリ装置であって、
前記周辺回路構造体は:
周辺回路基板;
前記周辺回路基板上の周辺回路素子;および
前記周辺回路素子と電気的に接続される周辺回路配線構造体を含み、
前記セル構造体は:
前記周辺回路構造体と対向する第1面および前記第1面と反対になる第2面を含むP型のセル基板;
前記セル基板の前記第1面上に、順に積層される複数のゲート電極を含むモールド構造体;
前記セル基板の前記第1面と交差する垂直方向にそれぞれ延びて前記モールド構造体を貫通して、前記セル基板とそれぞれ接続される複数のチャネル構造体;
前記周辺回路構造体と前記モールド構造体の間に、前記チャネル構造体と接続されるビット線;
前記モールド構造体上に、前記複数のゲート電極と接続される複数のゲートコンタクト;
前記ビット線および前記複数のゲートコンタクトと電気的に接続され、前記周辺回路配線構造体上にボンディングされるセル配線構造体;
前記第2面に隣接する前記セル基板内に、前記垂直方向で前記複数のチャネル構造体と重なる、N型の第1不純物領域;および
前記セル基板内に、平面的な観点で前記第1不純物領域の少なくとも一部を囲んで、前記セル基板より高い不純物濃度を有する、P型の第2不純物領域を含む、半導体メモリ装置。
【請求項12】
前記第2不純物領域は前記垂直方向で前記複数のチャネル構造体と重畳していない、請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項13】
前記第2不純物領域は、前記第1不純物領域の側面に沿って延びるライン状の不純物領域を含む、請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項14】
前記第2不純物領域は、互いに離隔して前記第1不純物領域の側面に沿って配列される複数のアイランド状の不純物領域を含む、請求項11に記載の半導体メモリ装置。
【請求項15】
前記セル基板の前記第2面上に、前記第1不純物領域および前記第2不純物領域と電気的に接続される入出力配線構造体をさらに含む、請求項11ないし14のうちの何れか1項に記載の半導体メモリ装置。
【請求項16】
前記セル基板の前記第2面上に、前記第1不純物領域を覆うソースプレート;および
前記垂直方向に延びて、前記入出力配線構造体と前記ソースプレートを連結するソースコンタクトをさらに含む、請求項15に記載の半導体メモリ装置。
【請求項17】
前記垂直方向に延びて、前記セル配線構造体と前記入出力配線構造体を連結するコンタクトプラグをさらに含む、請求項15に記載の半導体メモリ装置。
【請求項18】
メイン基板;
前記メイン基板上に、周辺回路構造体および前記周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含む半導体メモリ装置;および
前記メイン基板上に、前記半導体メモリ装置と電気的に接続されるコントローラを含み、
前記セル構造体は、
前記周辺回路構造体と対向する第1面および前記第1面と反対になる第2面を含み、第1導電型を有するセル基板と、
前記セル基板の前記第1面上に順に積層される複数のゲート電極と、
前記複数のゲート電極と交差して、前記セル基板と接続されるチャネル構造体と、
前記第2面に隣接する前記セル基板内に、前記第1導電型と異なる第2導電型を有する第1不純物領域と、
前記第1不純物領域から離隔する前記セル基板内に、前記セル基板より高い不純物濃度で前記第1導電型を有する第2不純物領域を含む、電子システム。
【請求項19】
前記コントローラは前記第1不純物領域を介して読み出し動作を行って、
前記コントローラは前記第2不純物領域を介して消去動作を行う、請求項18に記載の電子システム。
【請求項20】
前記第1導電型はP型であり、前記第2導電型はN型である、請求項18又は19に記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体メモリ装置、その製造方法およびそれを含む電子システムに関する。より具体的には、本発明は3次元的に配列されるメモリセルを含む半導体メモリ装置、その製造方法およびそれを含む電子システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電子システムにおいて高容量のデータを保存できる半導体メモリ装置が求められるにつれ、半導体メモリ装置のデータ記憶容量を増加させる方案が研究されている。半導体メモリ装置のデータ記憶容量を増加させるための方案の一つとして、2次元的に配列されるメモリセルの代わりに3次元的に配列されるメモリセルを含む半導体メモリ装置が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする技術的課題は、消去制御性能が向上した半導体メモリ装置を提供することにある。
【0004】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、消去制御性能が向上した半導体メモリ装置を含む電子システムを提供することにある。
【0005】
本発明が解決しようとするまた他の技術的課題は、消去制御性能が向上した半導体メモリ装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないまた他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解されるものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
技術的課題を達成するためのいくつかの実施形態による半導体メモリ装置は、周辺回路構造体、および、周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含み、セル構造体は、周辺回路構造体と対向する第1面および第1面と反対になる第2面を含み、第1導電型を有するセル基板と、セル基板の第1面上に順に積層される複数のゲート電極と、複数のゲート電極と交差して、セル基板と接続されるチャネル構造体と、第2面に隣接するセル基板内に、第1導電型と異なる第2導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域から離隔するセル基板内に、セル基板より高い不純物濃度で第1導電型を有する第2不純物領域を含む。
【0008】
技術的課題を達成するためのいくつかの実施形態による半導体メモリ装置は、周辺回路構造体および周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含む半導体メモリ装置であって、周辺回路構造体は周辺回路基板、周辺回路基板上の周辺回路素子、および、周辺回路素子と電気的に接続される周辺回路配線構造体を含み、セル構造体は、周辺回路構造体と対向する第1面および第1面と反対になる第2面を含むP型のセル基板、セル基板の第1面上に、順に積層される複数のゲート電極を含むモールド構造体、セル基板の第1面と交差する垂直方向にそれぞれ延びてモールド構造体を貫通して、セル基板とそれぞれ接続される複数のチャネル構造体、周辺回路構造体とモールド構造体の間に、チャネル構造体と接続されるビット線、モールド構造体上に、複数のゲート電極と接続される複数のゲートコンタクト、ビット線および複数のゲートコンタクトと電気的に接続され、周辺回路配線構造体上にボンディングされるセル配線構造体、第2面に隣接するセル基板内に、垂直方向で複数のチャネル構造体と重なる、N型の第1不純物領域、および、セル基板内に、平面的な観点で第1不純物領域の少なくとも一部を囲んで、セル基板より高い不純物濃度を有する、P型の第2不純物領域を含む。
【0009】
技術的課題を達成するためのいくつかの実施形態による電子システム、メイン基板、メイン基板上に、周辺回路構造体および周辺回路構造体上に積層されるセル構造体を含む半導体メモリ装置、および、メイン基板上に、半導体メモリ装置と電気的に接続されるコントローラを含み、セル構造体は、周辺回路構造体と対向する第1面および第1面と反対になる第2面を含み、第1導電型を有するセル基板と、セル基板の第1面上に順に積層される複数のゲート電極と、複数のゲート電極と交差して、セル基板と接続されるチャネル構造体と、第2面に隣接するセル基板内に、第1導電型と異なる第2導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域から離隔するセル基板内に、セル基板より高い不純物濃度で第1導電型を有する第2不純物領域を含む。
【0010】
その他実施形態の具体的な内容は詳細な説明および図面に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための例示的なブロック図である。
【0012】
図2はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための例示的な回路図である。
【0013】
図3はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0014】
図4図3のA-Aに沿って切断した断面図である。
【0015】
図5図4のR1領域を説明するための拡大図である。
【0016】
図6図3ないし図5の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0017】
図7はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の読み出し(read)動作を説明するための図である。
【0018】
図8はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の消去(erase)動作を説明するための図である。
【0019】
図9はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の拡大図である。
【0020】
図10図9の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0021】
図11はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。
【0022】
図12図11の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0023】
図13はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。
【0024】
図14図13の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0025】
図15はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。
【0026】
図16図15の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0027】
図17はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。
【0028】
図18図17のR2領域を説明するための拡大図である。
【0029】
図19ないし図31はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための中間段階図面である。
【0030】
図32ないし図35はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための他の中間段階図面である。
【0031】
図36ないし図38はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための他の中間段階図面である。
【0032】
図39はいくつかの実施形態による電子システムを説明するための例示的なブロック図である。
【0033】
図40はいくつかの実施形態による電子システムを説明するための例示的な斜視図である。
【0034】
図41図40のI-Iに沿って切断した概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
本明細書で、第1、第2などが多様な素子や構成要素を叙述するために使われるが、これらの素子や構成要素はこれらの用語によって制限されないのはもちろんである。これらの用語は単に一つの素子や構成要素を他の素子や構成要素と区別するために使用する。したがって、以下で言及される第1素子や構成要素は本発明の技術的思想内で第2素子や構成要素であり得るのはもちろんである。
【0036】
以下では、図1ないし図18を参照して、例示的な実施形態による半導体メモリ装置について説明する。
【0037】
図1はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための例示的なブロック図である。
【0038】
図1を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置10はメモリセルアレイ20および周辺回路30を含む。
【0039】
メモリセルアレイ20は複数のメモリセルブロックBLK1~BLKnを含み得る。それぞれのメモリセルブロックBLK1~BLKnは複数のメモリセルを含み得る。メモリセルアレイ20はビット線BL、ワード線WL、少なくとも一つのストリング選択線SSLおよび少なくとも一つのグラウンド選択線GSLを介して周辺回路30に連結され得る。具体的には、メモリセルブロックBLK1~BLKnはワード線WL、ストリング選択線SSLおよびグラウンド選択線GSLを介してロウデコーダ33に連結され得る。また、メモリセルブロックBLK1~BLKnはビット線BLを介してページバッファ35に連結され得る。
【0040】
周辺回路30は半導体メモリ装置10の外部からアドレスADDR、コマンドCMDおよび制御信号CTRLを受信することができ、半導体メモリ装置10の外部の装置とデータDATAを送受信し得る。周辺回路30は制御ロジック37、ロウデコーダ33およびページバッファ35を含み得る。図面に示していないが、周辺回路30は入出力回路、半導体メモリ装置10の動作に必要な多様な電圧を生成する電圧生成回路、およびメモリセルアレイ20から読み出したデータDATAのエラーを訂正するためのエラー訂正回路など多様なサブ回路をさらに含むこともできる。
【0041】
制御ロジック37はロウデコーダ33、入出力回路および電圧生成回路に連結され得る。制御ロジック37は半導体メモリ装置10の全般的な動作を制御し得る。制御ロジック37は制御信号CTRLに応答して半導体メモリ装置10内で使用される各種内部制御信号を生成し得る。例えば、制御ロジック37はプログラム(program)動作または消去(erase)動作などのメモリ動作実行時ワード線WLおよびビット線BLに提供される電圧レベルを調節することができる。
【0042】
ロウデコーダ33はアドレスADDRに応答して複数のメモリセルブロックBLK1~BLKnの少なくとも一つを選択することができ、選択されたメモリセルブロックBLK1~BLKnの少なくとも一つのワード線WL、少なくとも一つのストリング選択線SSLおよび少なくとも一つのグラウンド選択線GSLを選択し得る。また、ロウデコーダ33は選択されたメモリセルブロックBLK1~BLKnのワード線WLにメモリ動作実行のための電圧を伝達し得る。
【0043】
ページバッファ35はビット線BLを介してメモリセルアレイ20に連結され得る。ページバッファ35はライタドライバ(writer driver)または感知増幅器(sense amplifier)として動作し得る。具体的には、プログラム動作の実行時、ページバッファ35はライタドライバとして動作してメモリセルアレイ20に保存しようとするデータDATAによる電圧をビット線BLに印加し得る。一方、読み出し動作の実行時、ページバッファ35は感知増幅器として動作してメモリセルアレイ20に保存されたデータDATAを感知することができる。
【0044】
図2はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための例示的な回路図である。
【0045】
図2を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置のメモリセルアレイ(例えば、図1の20)は共通ソース線CSL、複数のビット線BLおよび複数のセルストリングCSTRを含む。
【0046】
複数のビット線BLは第1方向Xおよび第2方向Yを含む平面で2次元的に配列され得る。例えば、ビット線BLはそれぞれ第2方向Yに延び、互いに離隔して第1方向Xに沿って配列され得る。それぞれのビット線BLには複数のセルストリングCSTRが並列に連結され得る。セルストリングCSTRは共通ソース線CSLに共通して連結され得る。すなわち、ビット線BLと共通ソース線CSLの間に複数のセルストリングCSTRが配置されることができる。
【0047】
それぞれのセルストリングCSTRは共通ソース線CSLに接続されるグラウンド選択トランジスタGST、ビット線BLに接続されるストリング選択トランジスタSSTおよびグラウンド選択トランジスタGSTとストリング選択トランジスタSSTの間に配置される複数のメモリセルトランジスタMCTを含み得る。それぞれのメモリセルトランジスタMCTはデータ記憶素子(data storage element)を含み得る。グラウンド選択トランジスタGST、ストリング選択トランジスタSSTおよびメモリセルトランジスタMCTは直列に連結され得る。
【0048】
共通ソース線CSLはグラウンド選択トランジスタGSTのソースに共通して連結され得る。また、共通ソース線CSLとビット線BLの間にはグラウンド選択線GSL、複数のワード線WL11~WL1n,WL21~WL2nおよびストリング選択線SSLが配置され得る。グラウンド選択線GSLはグラウンド選択トランジスタGSTのゲート電極として使用することができ、ワード線WL11~WL1n,WL21~WL2nはメモリセルトランジスタMCTのゲート電極として使用することができ、ストリング選択線SSLはストリング選択トランジスタSSTのゲート電極として使用し得る。
【0049】
図3はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための概略的なレイアウト図である。図4図3のA-Aに沿って切断した断面図である。図5図4のR1領域を説明するための拡大図である。図6図3ないし図5の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。
【0050】
図3ないし図6を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置はセル構造体CELL、周辺回路構造体PERIおよび入出力配線構造体380を含む。
【0051】
セル構造体CELLはセル基板100、絶縁基板101、モールド構造体MS1,MS2、層間絶縁膜140a,140b、チャネル構造体CH、ワード線切断領域WC、ビット線BL、ゲートコンタクト162、セル配線構造体180、第1不純物領域102および第2不純物領域104を含み得る。
【0052】
セル基板100は例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板あるいはシリコン-ゲルマニウム基板などのような半導体基板を含むことができる。または、セル基板100はシリコンオンインシュレータ(Silicon-On-Insulator:SOI)基板あるいはゲルマニウム-オン-インシュレータ(Germanium-On-Insulator:GOI)基板などを含むこともできる。いくつかの実施形態で、セル基板100はポリシリコン(poly Si)を含むことができる。
【0053】
いくつかの実施形態で、セル基板100は不純物を含んで第1導電型を有することができる。例えば、セル基板100はP型不純物(例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)など)を含むことができる。以下の説明では、第1導電型はP型であることを中心に説明するが、これは例示的なものであり、第1導電型はN型であり得るのはもちろんである。
【0054】
セル基板100はセルアレイ領域CARおよび拡張領域EXTを含むことができる。
【0055】
セルアレイ領域CAR上には複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ(例えば、図1の20)が形成され得る。例えば、セルアレイ領域CAR上には後述するチャネル構造体CH、ゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLおよびビット線BLなどが配置され得る。以下の説明において、メモリセルアレイが配置されるセル基板100の表面は第1面100aまたは前面(front side)と称することができる。逆に、セル基板100の第1面(100a;または前面)と反対になるセル基板100の表面はセル基板100の第2面100bまたは後面(back side)と称することができる。
【0056】
拡張領域EXTはセルアレイ領域CARの周辺に定義され得る。例えば、拡張領域EXTは平面的な観点でセルアレイ領域CARを囲み得る。拡張領域EXTには後述するゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLが階段状に積層され得る。
【0057】
絶縁基板101はセル基板100の周辺に形成され得る。絶縁基板101はセル基板100の周辺に絶縁領域を形成し得る。絶縁基板101は例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物およびシリコン炭化物の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0058】
絶縁基板101の下面はセル基板100の下面と共面に配置される場合のみ示されたが、これは例示的なものである。他の例として、絶縁基板101の下面はセル基板100の下面より低くてもよい。
【0059】
いくつかの実施形態で、セル基板100および絶縁基板101は外部領域PAを含むことができる。外部領域PAは拡張領域EXTの外側に定義されることができる。例えば、外部領域PAは平面的な観点で拡張領域EXTを囲み得る。外部領域PAには後述するコンタクトプラグ360が配置され得る。
【0060】
モールド構造体MS1,MS2はセル基板100の第1面100a上に形成され得る。モールド構造体MS1,MS2はセル基板100上に積層される複数のゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLおよび複数のモールド絶縁膜110,115を含み得る。それぞれのゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLおよびそれぞれのモールド絶縁膜110,115はセル基板100の第1面100aと平行に延びる層状構造であり得る。ゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLはモールド絶縁膜110,115により相互離隔してセル基板100上に順に積層され得る。
【0061】
いくつかの実施形態で、モールド構造体MS1,MS2はセル基板100上に順に積層される第1モールド構造体MS1および第2モールド構造体MS2を含むことができる。
【0062】
第1モールド構造体MS1はセル基板100上に交互に積層される第1ゲート電極GSL,WL11~WL1nおよび第1モールド絶縁膜110を含み得る。いくつかの実施形態で、第1ゲート電極GSL,WL11~WL1nはセル基板100上に順に積層されるグラウンド選択線GSLおよび複数の第1ワード線WL11~WL1nを含み得る。グラウンド選択線GSLおよび第1ワード線WL11~WL1nの個数および配置などは例示的なものでありあり、図示されたものに制限されない。
【0063】
第2モールド構造体MS2は第1モールド構造体MS1上に交互に積層される第2ゲート電極WL21~WL2n,SSLおよび第2モールド絶縁膜115を含み得る。いくつかの実施形態で、第2ゲート電極WL21~WL2n,SSLは第1モールド構造体MS1上に順に積層される複数の第2ワード線WL21~WL2nおよびストリング選択線SSLを含み得る。第2ワード線WL21~WL2nおよびストリング選択線SSLの個数および配置などは例示的なものであり、図示されたものに制限されない。
【0064】
ゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLはそれぞれ導電物質、例えば、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの金属やシリコンのような半導体物質を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0065】
モールド絶縁膜110,115はそれぞれ絶縁物質、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物およびシリコン酸窒化物の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0066】
層間絶縁膜140a,140bはセル基板100の第1面100a上に形成されてモールド構造体MS1,MS2を覆い得る。いくつかの実施形態で、層間絶縁膜140a,140bはセル基板100上に順に積層される第1層間絶縁膜140aおよび第2層間絶縁膜140bを含むことができる。第1層間絶縁膜140aは第1モールド構造体MS1を覆うことができ、第2層間絶縁膜140bは第2モールド構造体MS2を覆い得る。層間絶縁膜140a,140bは例えば、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物およびシリコン酸化物より誘電率が小さい低誘電率(low-k)物質の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0067】
複数のチャネル構造体CHはセル基板100のセルアレイ領域CAR上に形成され得る。それぞれのチャネル構造体CHはセル基板100の第1面100aと交差する垂直方向(以下、第3方向Z)に延びてモールド構造体MS1,MS2を貫通し得る。例えば、チャネル構造体CHは第3方向Zに延びるピラー(pillar)形状(例えば、円柱形)であり得る。そのため、チャネル構造体CHは複数のゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLと交差することができる。いくつかの実施形態で、それぞれのチャネル構造体CHは第1モールド構造体MS1と第2モールド構造体MS2の間で折り曲げ部を有することができる。
【0068】
図5に示すように、それぞれのチャネル構造体CHは半導体パターン130および情報格納膜132を含むことができる。
【0069】
半導体パターン130は第3方向Zに延びてモールド構造体MS1,MS2を貫通し得る。半導体パターン130はカップ(cup)形状である場合のみ示されたが、これは例示的なものである。例えば、半導体パターン130は円筒形状、四角筒形状、充填されたピラー形状など多様な形状を有することもできる。半導体パターン130は例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、有機半導体物および炭素ナノ構造体などの半導体物質を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0070】
いくつかの実施形態で、半導体パターン130はセル基板100の第1面100aを貫通することができる。例えば、図5に示すように、半導体パターン130の一端はセル基板100内に埋め込まれ得る。このような半導体パターン130はセル基板100との接触面積を向上させることによって接触抵抗を改善することができる。いくつかの実施形態で、情報格納膜132はセル基板100の第1面100aから延びることができる。
【0071】
情報格納膜132は半導体パターン130とそれぞれのゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLの間に介在し得る。例えば、情報格納膜132は半導体パターン130の外側面に沿って延び得る。情報格納膜132は例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物およびシリコン酸化物より誘電率が大きい高誘電率物質の少なくとも一つを含むことができる。高誘電率物質は例えば、アルミニウム酸化物(aluminum oxide)、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ランタン酸化物(lanthanum oxide)、タンタル酸化物(tantalum oxide)、チタン酸化物(titanium oxide)、ランタンハフニウム酸化物(lanthanum hafnium oxide)、ランタンアルミニウム酸化物(lanthanum aluminum oxide)、ジスプロシウムスカンジウム酸化物(dysprosium scandium oxide)およびこれらの組み合わせの少なくとも一つを含むことができる。
【0072】
いくつかの実施形態で、情報格納膜132は多重膜で形成されることができる。例えば、図5に示すように、情報格納膜132は半導体パターン130の外側面上に順に積層されるトンネル絶縁膜132a、電荷貯蔵膜132bおよびブロッキング絶縁膜132cを含み得る。
【0073】
トンネル絶縁膜132aは例えば、シリコン酸化物またはシリコン酸化物より高い誘電率を有する高誘電率物質(例えば、アルミニウム酸化物(Al)、ハフニウム酸化物(HfO))を含むことができる。電荷貯蔵膜132bは例えば、シリコン窒化物を含むことができる。ブロッキング絶縁膜132cは例えば、シリコン酸化物またはシリコン酸化物より高い誘電率を有する高誘電率物質(例えば、アルミニウム酸化物(Al)、ハフニウム酸化物(HfO))を含むことができる。
【0074】
いくつかの実施形態で、チャネル構造体CHは充填パターン134をさらに含むことができる。充填パターン134はカップ形状である半導体パターン130の内部を埋めるように形成されることができる。充填パターン134は絶縁物質、例えば、シリコン酸化物を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0075】
いくつかの実施形態で、チャネル構造体CHは第1チャネルパッド136をさらに含むことができる。第1チャネルパッド136は半導体パターン130の他端と接続されるように形成され得る。第1チャネルパッド136は例えば、不純物がドープされたポリシリコンなどを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0076】
いくつかの実施形態で、複数のチャネル構造体CHはジグザグ(zigzag)形状に配列されることができる。例えば、図3に示すように、複数のチャネル構造体CHは第2方向Yおよび第1方向Xで互いにずれるように配列され得る。このようなチャネル構造体CHは半導体メモリ装置の集積度をより向上させることができる。チャネル構造体CHの個数および配置などは例示的なものであり、図示されたものに制限されない。他のいくつかの実施形態で、複数のチャネル構造体CHは蜂の巣(honeycomb)形状に配列されることもできる。
【0077】
複数のワード線切断領域WCは第1方向Xおよび第2方向Yを含む平面で2次元的に配列され得る。例えば、ワード線切断領域WCはそれぞれ第1方向Xに延びて、互いに離隔して第2方向Yに沿って配列され得る。
【0078】
モールド構造体MS1,MS2はワード線切断領域WCにより分割されて複数のメモリセルブロック(例えば、図1のBLK1~BLKn)を形成することができる。ワード線切断領域WCは絶縁物質、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物およびシリコン酸窒化物の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0079】
ビット線BLはモールド構造体MS1,MS2上に形成され得る。ビット線BLはワード線切断領域WCと交差し得る。例えば、ビット線BLはそれぞれ第2方向Yに延びて、互いに離隔して第1方向Xに沿って配列され得る。
【0080】
それぞれのビット線BLは第2方向Yに沿って配列されるチャネル構造体CHと接続され得る。例えば、第2層間絶縁膜140b内に第1チャネルパッド136と接続されるビット線コンタクト182が形成され得る。ビット線BLはビット線コンタクト182を介してチャネル構造体CHと電気的に接続され得る。
【0081】
複数のゲートコンタクト162は複数のゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLと接続され得る。例えば、それぞれのゲートコンタクト162はモールド構造体MS1,MS2上で第3方向Zに延びて対応するゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLと接続され得る。
【0082】
セル配線構造体180はモールド構造体MS1,MS2上に形成され得る。例えば、第2層間絶縁膜140b上に第1配線間絶縁膜142を形成することができ、セル配線構造体180は第1配線間絶縁膜142内に形成され得る。セル配線構造体180はビット線BLおよびゲートコンタクト162と電気的に接続され得る。これにより、セル配線構造体180はチャネル構造体CHおよびゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLと電気的に接続され得る。図示されるセル配線構造体180の層数および配置などは例示的なものであり、これに制限されるものではない。
【0083】
第1不純物領域102は第2面100bに隣接するセル基板100内に形成され得る。例えば、第1不純物領域102はセル基板100の第2面100bからセル基板100の内部に向かって延び得る。第1不純物領域102は第1導電型と異なる第2導電型を有することができる。例えば、第1不純物領域102はP型であるセル基板100内に高濃度のN型不純物(例えば、リン(P)またはヒ素(As)など)がイオン注入されて形成されることができる。このような第1不純物領域102はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の共通ソース線(例えば、図2のCSL)として提供されることができる。
【0084】
いくつかの実施形態で、セル基板100の第2面100b上にソースプレート310が形成されることができる。ソースプレート310は第1不純物領域102と接続され得る。例えば、ソースプレート310は第1不純物領域102を覆い得る。ソースプレート310は例えば、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの金属を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0085】
いくつかの実施形態で、第1不純物領域102は第3方向Zで複数のチャネル構造体CHと重なってもよい。例えば、図6に示すように、第1不純物領域102はセル基板100のセルアレイ領域CARの内に形成されることができる。いくつかの実施形態で、第1不純物領域102は第1方向Xおよび第2方向Yを含む平面内で延びる板(plate)状の不純物領域であり得る。
【0086】
第2不純物領域104は第1不純物領域102から離隔するセル基板100内に形成され得る。第2不純物領域104はセル基板100より高い不純物濃度で第1導電型を有することができる。例えば、第2不純物領域104はP型であるセル基板100内に高濃度のP型不純物(例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)など)がイオン注入されて形成されることができる。
【0087】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104はセル基板100の第2面100bに隣接することができる。例えば、第2不純物領域104はセル基板100の第2面100bからセル基板100の内部に向かって延び得る。
【0088】
いくつかの実施形態で、セル基板100の第2面100bを基準として、第2不純物領域104が形成される深さD2は第1不純物領域102が形成される深さD1より大きくてもよい。
【0089】
いくつかの実施形態で、セル基板100の第2面100b上に導電パッド320が形成されることができる。導電パッド320は第2不純物領域104と接続され得る。例えば、導電パッド320は第2不純物領域104を覆い得る。導電パッド320は例えば、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの金属を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0090】
いくつかの実施形態で、ソースプレート310および導電パッド320は同一レベルで形成されることができる。本明細書で、「同一レベル」とは同じ製造工程により形成されることを意味する。
【0091】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は平面的な観点で第1不純物領域102の少なくとも一部を囲み得る。例えば、図6に示すように、第2不純物領域104は第1不純物領域102の側面の少なくとも一部に沿って延び得る。
【0092】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は第3方向Zで複数のチャネル構造体CHと重ならない。例えば、図6に示すように、第2不純物領域104はセル基板100の拡張領域EXT内に形成されることができる。
【0093】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は第1不純物領域102の側面に沿って延びるライン(line)状の不純物領域を含むことができる。例えば、図6に示すように、第2不純物領域104は第1方向Xに延びる第1のライン状の不純物領域104xおよび第2方向Yに延びる第2のライン状の不純物領域104yを含み得る。いくつかの実施形態で、第1のライン状の不純物領域104xおよび第2のライン状の不純物領域104yは相互連結されて第1不純物領域102を完全に囲むことができる。
【0094】
周辺回路構造体PERIは周辺回路基板200、周辺回路素子PTおよび周辺回路配線構造体260を含み得る。
【0095】
周辺回路基板200は例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板あるいはシリコン-ゲルマニウム基板などのような半導体基板を含むことができる。または、周辺回路基板200はシリコンオンインシュレータ(SOI;Silicon-On-Insulator)基板あるいはゲルマニウム-オン-インシュレータ(GOI;Germanium-On-Insulator)基板などを含むこともできる。
【0096】
周辺回路素子PTは周辺回路基板200上に形成され得る。周辺回路素子PTは半導体メモリ装置の動作を制御する周辺回路(例えば、図1の30)を構成することができる。例えば、周辺回路素子PTは制御ロジック(例えば、図1の37)、ロウデコーダ(例えば、図1の33)およびページバッファ(例えば、図1の35)などを含むことができる。以下の説明では、周辺回路素子PTが配置される周辺回路基板200の表面は周辺回路基板200の前面(front side)と称することができる。逆に、周辺回路基板200の前面と反対になる周辺回路基板200の表面は周辺回路基板200の後面(back side)と称することができる。
【0097】
周辺回路素子PTは例えば、トランジスタを含み得るが、これに制限されるものではない。例えば、周辺回路素子PTはトランジスタなどの多様な能動素子(active element)だけでなく、キャパシタ(capacitor)、レジスタ(resistor)、インダクタ(inductor)などの多様な受動素子(passive element)を含むこともできる。
【0098】
周辺回路配線構造体260は周辺回路素子PT上に形成される。例えば、周辺回路基板200の前面上に第2配線間絶縁膜240を形成することができ、周辺回路配線構造体260は第2配線間絶縁膜240内に形成され得る。周辺回路配線構造体260は周辺回路素子PTと電気的に接続され得る。図示される周辺回路配線構造体260の層数および配置などは例示的なものであり、これに制限されるものではない。
【0099】
いくつかの実施形態で、セル構造体CELLは周辺回路構造体PERI上に積層されることができる。例えば、セル構造体CELLは第2配線間絶縁膜240上に積層されることができる。
【0100】
いくつかの実施形態で、セル基板100の第1面100aは周辺回路構造体PERIと対向することができる。例えば、セル基板100の前面(すなわち、第1面100a)は周辺回路基板200の前面と対向することができる。
【0101】
いくつかの実施形態による半導体メモリ装置はC2C(chip to chip)構造であり得る。C2C構造は第1ウエハ(例えば、セル基板100)上にセル構造体CELLを含む上部チップを製作し、第1ウエハと異なる第2ウエハ(例えば、周辺回路基板200)上に周辺回路構造体PERIを含む下部チップを製作した後、上部チップと下部チップをボンディング(bonding)方式により互いに連結することを意味する。
【0102】
一例として、ボンディング方式は、上部チップの最上部金属層に形成された第1ボンディング金属190と下部チップの最上部金属層に形成された第2ボンディング金属290を互いに電気的に接続する方式を意味する。例えば、第1ボンディング金属190および第2ボンディング金属290が銅(Cu)で形成された場合、ボンディング方式はCu-Cuボンディング方式であり得る。しかし、これは例示的なものであり、第1ボンディング金属190および第2ボンディング金属290はアルミニウム(Al)またはタングステン(W)など他の多様な金属で形成されることもできるのはもちろんである。
【0103】
第1ボンディング金属190と第2ボンディング金属290がボンディングされることにより、セル配線構造体180は周辺回路配線構造体260と連結され得る。これにより、ビット線BLおよび/またはそれぞれのゲート電極ECL,GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLは周辺回路素子PTと電気的に接続され得る。
【0104】
入出力配線構造体380はセル基板100の第2面100b上に形成され得る。例えば、セル基板100の第2面100b上に、セル基板100および絶縁基板101を覆う第3層間絶縁膜340が形成され得る。入出力配線構造体380は第3層間絶縁膜340上に形成され得る。図示される入出力配線構造体380の層数および配置などは例示的なものであり、これに制限されるものではない。
【0105】
いくつかの実施形態で、第3層間絶縁膜340はソースプレート310および/または導電パッド320を覆うことができる。第3層間絶縁膜340は例えば、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物およびシリコン酸化物より誘電率が小さい低誘電率(low-k)物質の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0106】
入出力配線構造体380はセル構造体CELLおよび/または周辺回路構造体PERIと電気的に接続され得る。
【0107】
いくつかの実施形態で、入出力配線構造体380と第1不純物領域102を連結するソースコンタクト315が形成されることができる。ソースコンタクト315は例えば、第3層間絶縁膜340内で第3方向Zに延びてソースプレート310と入出力配線構造体380を連結し得る。第1不純物領域102はソースプレート310およびソースコンタクト315を介して入出力配線構造体380と電気的に接続され得る。ソースコンタクト315は例えば、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの金属を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0108】
いくつかの実施形態で、入出力配線構造体380と第2不純物領域104を連結する消去制御コンタクト325が形成されることができる。消去制御コンタクト325は例えば、第3層間絶縁膜340内で第3方向Zに延びて導電パッド320と入出力配線構造体380を連結し得る。第2不純物領域104は導電パッド320および消去制御コンタクト325を介して入出力配線構造体380と電気的に接続され得る。消去制御コンタクト325は例えば、タングステン(W)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)などの金属を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0109】
いくつかの実施形態で、ソースコンタクト315の幅および消去制御コンタクト325の幅はそれぞれセル基板100の第2面100bに近づくにつれて減少し得る。これは、ソースコンタクト315および消去制御コンタクト325を形成するためのエッチング工程の特性に起因する。いくつかの実施形態で、ソースコンタクト315および消去制御コンタクト325は同一レベルで形成されることができる。
【0110】
いくつかの実施形態で、入出力配線構造体380とセル配線構造体180を連結するコンタクトプラグ360が形成されることができる。コンタクトプラグ360は外部領域PA内に形成されることができる。コンタクトプラグ360は例えば、第3方向Zに延びて第3層間絶縁膜340、絶縁基板101、第1層間絶縁膜140aおよび第2層間絶縁膜140bを貫通し得る。セル配線構造体180はコンタクトプラグ360を介して入出力配線構造体380と電気的に接続されることができる。
【0111】
いくつかの実施形態で、コンタクトプラグ360の幅はセル配線構造体180に近づくにつれて減少し得る。これは、コンタクトプラグ360を形成するためのエッチング工程の特性に起因する。いくつかの実施形態で、ソースコンタクト315、消去制御コンタクト325およびコンタクトプラグ360は同一レベルで形成されることができる。
【0112】
いくつかの実施形態で、入出力配線構造体380を覆うキャッピング絶縁膜342が形成されることができる。キャッピング絶縁膜342は例えば、入出力配線構造体380の一部を露出させるパッド開口OPを含むことができる。パッド開口OPにより露出する入出力配線構造体380の一部は入出力パッド(I/O pad)として機能することができる。
【0113】
図7はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の読み出し(read)動作を説明するための図である。
【0114】
図7を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置は第1不純物領域102を介して読み取り動作を行う。
【0115】
例えば、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置の読み取り動作時に、半導体パターン130の電子(electrons)はセル基板100を介して第1不純物領域102に流れ込むことができ、第1不純物領域102と接続されるソースプレート310および/またはソースコンタクト315を介して抜け出ることができる。
【0116】
図8はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の消去(erase)動作を説明するための図である。
【0117】
図8を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置は第2不純物領域104を介して消去動作を行う。
【0118】
例えば、消去制御コンタクト325および/または導電パッド320を介して第2不純物領域104に高電圧が印加されると、正孔(holes)は第2不純物領域104が形成されるセル基板100を介して半導体パターン130に供給され得る。そのため、電荷貯蔵膜132b内に保存された電子(electrons)はトンネル絶縁膜132aを通過して半導体パターン130にトンネリング(tunneling)することができ、半導体メモリ装置の消去動作を行うことができる。
【0119】
半導体メモリ装置で、セルストリング(例えば、図2のCSTR)と共通ソース線(例えば、図2のCSL)の間の連結通路を確保するために、半導体パターン(例えば、図5の130)の側面と接続される共通ソース線(以下、側面接続ソース構造体)が提案されている。しかし、側面接続ソース構造体は工程コストが高い問題があるので、これの代案としてC2C構造の半導体メモリ装置が研究されている。上述したようにC2C構造では上部チップと下部チップをボンディング方式により連結できるので、半導体パターンは上部チップのウエハ(例えば、第1ウエハ)に対する平坦化工程(例えば、化学的機械的研磨工程;CMP工程)などにより簡潔に露出することができる。すなわち、C2C構造は半導体パターンと接続される共通ソース線を容易に形成できる長所がある。
【0120】
一方、このようなC2C構造の半導体メモリ装置は消去制御性能が落ちる問題がある。例えば、半導体メモリ装置の消去動作のために、消去制御トランジスタを含むセルストリング(例えば、図2のCSTR)が提供されることができる。消去制御トランジスタはゲート誘導ドレイン漏洩(Gate Induced Drain Leakage;GIDL)を用いて半導体メモリ装置の消去動作を行うことができる。しかし、上述したように側面接続ソース構造体が省略されると、消去制御トランジスタのゲートとドレインの間の距離が増大してゲート誘導ドレイン漏洩を用いる消去制御性能が劣化し得る。
【0121】
これとは異なり、図3ないし図8を用いて上述したように、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置は半導体パターン130と接続されるセル基板100およびセル基板100内に形成される第2不純物領域104を用いて消去動作を行うことができる。例えば、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置の消去動作は、第2不純物領域104に印加される高電圧により半導体パターン130に正孔(holes)が供給されることによって行われることができる。すなわち、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置はボディ(body)として提供されるセル基板100を用いて消去動作を行うことができるので、ゲート誘導ドレイン漏洩(Gate Induced Drain Leakage;GIDL)を用いる半導体メモリ装置に比べて向上した消去制御性能を有することができる。これにより、C2C構造でも優れた消去制御性能を有する半導体メモリ装置が提供されることができる。
【0122】
図9はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の拡大図である。図10図9の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。説明の便宜上、図1ないし図8を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0123】
図9および図10を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置で、第2不純物領域104は互いに離隔するアイランド(island)状の不純物領域を含むことができる。
【0124】
例えば、図10に示すように、第2不純物領域104は互いに離隔する複数のアイランド状の不純物領域104iを含むことができる。アイランド状の不純物領域104iは第2方向Yに延びる第1不純物領域102の側面に沿って配列されることのみ示されたが、これは例示的なものである。他の例として、アイランド状の不純物領域104iは第1方向Xに延びる第1不純物領域102の側面に沿って配列されることもできる。また他の例として、アイランド状の不純物領域104iは第1不純物領域102の周囲に沿って配列されることもできる。
【0125】
いくつかの実施形態で、消去制御コンタクト325は第2不純物領域104と接触することができる。例えば、図3ないし図8を用いて上述した導電パッド320は省略することができ、アイランド状の第2不純物領域104と接触する複数の消去制御コンタクト325が形成されることができる。しかし、これは例示的なものであり、第2不純物領域104を覆う導電パッド320が形成されることもできるのはもちろんである。例えば、アイランド状の第2不純物領域104を覆う複数の導電パッド320が形成されることもできる。
【0126】
図11はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。図12図11の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。説明の便宜上、図1ないし図8を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0127】
図11および図12を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置において、第1不純物領域102はセルアレイ領域CARおよび拡張領域EXT内に形成されることができる。例えば、第1不純物領域102はセルアレイ領域CARおよび拡張領域EXTにわたって延びる板(plate)状の不純物領域であり得る。
【0128】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は平面的な観点で第1不純物領域102の少なくとも一部を囲むことができる。例えば、第2不純物領域104は外部領域PAのセル基板100内に形成されることができる。
【0129】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は第1不純物領域102の側面に沿って延びるライン(line)状の不純物領域を含むことができる。例えば、第2不純物領域104は第1方向Xに延びる第1のライン状の不純物領域104xおよび第2方向Yに延びる第2のライン状の不純物領域104yを含むことができる。
【0130】
図13はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。図14図13の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。説明の便宜上、図1ないし図12を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0131】
図13および図14を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置で、第2不純物領域104はセル基板100の第1面100aに隣接することができる。例えば、第2不純物領域104はセル基板100の第1面100aからセル基板100の内部に向かって延び得る。
【0132】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は外部領域PAのセル基板100内に形成されることができる。このような第2不純物領域104はモールド構造体MS1,MS2から露出し得る。すなわち、第2不純物領域104は第3方向Zでモールド構造体MS1,MS2と重ならない。
【0133】
いくつかの実施形態で、導電パッド320はセル基板100の第1面100a上に形成されることができる。導電パッド320は第2不純物領域104と接続され得る。例えば、導電パッド320は第2不純物領域104を覆い得る。
【0134】
いくつかの実施形態で、消去制御コンタクト325はセル配線構造体180と第2不純物領域104を連結することができる。消去制御コンタクト325は例えば、層間絶縁膜140a,140b内で第3方向Zに延びて導電パッド320とセル配線構造体180を連結し得る。第2不純物領域104は導電パッド320および消去制御コンタクト325を介してセル配線構造体180と電気的に接続され得る。いくつかの実施形態で、消去制御コンタクト325はゲートコンタクト162と同一レベルで形成されることができる。
【0135】
図15はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。図16図15の半導体メモリ装置の第1不純物領域および第2不純物領域を説明するための概略的なレイアウト図である。説明の便宜上、図1ないし図14を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0136】
図15および図16を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置において、第2不純物領域104は互いに離隔するアイランド(island)状の不純物領域を含むことができる。
【0137】
例えば、図16に示すように、第2不純物領域104は互いに離隔する複数のアイランド状の不純物領域104iを含むことができる。
【0138】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104はセル基板100の第1面100aに隣接することができる。いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は外部領域PAのセル基板100内に形成されることができる。
【0139】
図17はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置を説明するための他の断面図である。図18図17のR2領域を説明するための拡大図である。説明の便宜上、図1ないし図16を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0140】
図17および図18を参照すると、いくつかの実施形態による半導体メモリ装置において、チャネル構造体CHは第2チャネルパッド138をさらに含むことができる。
【0141】
第2チャネルパッド138は半導体パターン130の一端と接続されるように形成され得る。第2チャネルパッド138は例えば、不純物がドープされたポリシリコンなどを含み得るが、これに制限されるものではない。いくつかの実施形態で、第2チャネルパッド138は選択的エピタキシャル成長(Selective Epitaxial Growth;SEG)工程により形成されるエピタキシャルパターンであり得る。
【0142】
いくつかの実施形態で、第2チャネルパッド138はセル基板100の第1面100aを貫通することができる。例えば、第2チャネルパッド138の一端はセル基板100内に埋め込まれ得る。このような第2チャネルパッド138はセル基板100との接触面積を向上させることによって接触抵抗を改善することができる。
【0143】
いくつかの実施形態で、第2チャネルパッド138の少なくとも一部はゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLのうちセル基板100に隣接するゲート電極と水平方向(例えば、第1方向Xまたは第2方向Y)で重なってもよい。一例として、第2チャネルパッド138はグラウンド選択線GSLと水平方向で重なってもよい。
【0144】
以下では、図1ないし図38を参照して、例示的な実施形態による半導体メモリ装置の製造方法について説明する。
【0145】
図19ないし図31はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための中間段階図面である。説明の便宜上、図1ないし図18を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0146】
図19を参照すると、ベース基板100P上に第1予備モールドpMS1および第1予備チャネルpCH1を形成する。
【0147】
第1予備モールドpMS1はベース基板100Pの前面上に形成され得る。第1予備モールドpMS1はベース基板100P上に交互に積層される複数の第1モールド絶縁膜110および複数の第1モールド犠牲膜112を含み得る。第1モールド犠牲膜112は第1モールド絶縁膜110に対してエッチング選択比を有する物質を含むことができる。一例として、第1モールド絶縁膜110はシリコン酸化膜を含むことができ、第1モールド犠牲膜112はシリコン窒化膜を含むことができる。
【0148】
拡張領域EXT上の第1予備モールドpMS1は階段状にパターニングされ得る。そのため、拡張領域EXT上の第1予備モールドpMS1は階段状に積層されることができる。
【0149】
第1予備チャネルpCH1はセルアレイ領域CAR上の第1予備モールドpMS1を貫通し得る。また、第1予備チャネルpCH1はベース基板100Pと接続され得る。例えば、ベース基板100P上に第1予備モールドpMS1を覆う第1層間絶縁膜140aが形成され得る。第1予備チャネルpCH1は第1層間絶縁膜140aおよび第1予備チャネルpCH1を貫通してベース基板100Pと接続され得る。
【0150】
第1予備チャネルpCH1は第1モールド絶縁膜110および第1モールド犠牲膜112に対してエッチング選択比を有する物質を含むことができる。一例として、第1予備チャネルpCH1はポリシリコン(poly Si)を含むことができる。
【0151】
図20を参照すると、第1予備モールドpMS1上に第2予備モールドpMS2および第2予備チャネルpCH2を形成する。
【0152】
第2予備モールドpMS2は第1予備モールドpMS1上に交互に積層される複数の第2モールド絶縁膜115および複数の第2モールド犠牲膜117を含み得る。第2予備モールドpMS2を形成することは第1予備モールドpMS1を形成すること類似するので、以下では詳しい説明は省略する。
【0153】
第2予備チャネルpCH2はセルアレイ領域CAR上の第2予備モールドpMS2を貫通し得る。また、第2予備チャネルpCH2は第1予備チャネルpCH1と接続され得る。第2予備チャネルpCH2を形成することは第1予備チャネルpCH1を形成することと類似するので、以下では詳しい説明は省略する。
【0154】
図21を参照すると、チャネル構造体CHを形成する。
【0155】
例えば、第1予備チャネルpCH1および第2予備チャネルpCH2が選択的に除去され得る。次に、第1予備チャネルpCH1および第2予備チャネルpCH2が除去された領域を代替するチャネル構造体CHが形成され得る。これにより、セルアレイ領域CAR上にチャネル構造体CHが形成され得る。
【0156】
図22を参照すると、ワード線切断領域WCを形成する。
【0157】
ワード線切断領域WCは第1方向(例えば、図3のX)に延びて第1予備モールドpMS1および第2予備モールドpMS2を切断することができる。
【0158】
図23を参照すると、複数のゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLを形成する。
【0159】
例えば、ワード線切断領域WCにより露出するモールド犠牲膜112,117が選択的に除去され得る。次に、モールド犠牲膜112,117が除去された領域を代替するゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLが形成され得る。これにより、複数の第1ゲート電極GSL,WL11~WL1nを含む第1モールド構造体MS1および複数の第2ゲート電極WL21~WL2n,SSLを含む第2モールド構造体MS2が形成され得る。第1モールド構造体MS1および第2モールド構造体MS2が形成された後に、ワード線切断領域WCは絶縁物質で満たされることができる。
【0160】
図24を参照すると、モールド構造体MS1,MS2上にゲートコンタクト162、ビット線コンタクト182、ビット線BLおよびセル配線構造体180を形成する。
【0161】
複数のゲートコンタクト162は複数のゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLと接続され得る。ビット線BLは第2層間絶縁膜140b上に形成され得る。ビット線BLはビット線コンタクト182を介してチャネル構造体CHと電気的に接続され得る。セル配線構造体180はビット線BLおよびゲートコンタクト162と電気的に接続され得る。
【0162】
図25および図26を参照すると、周辺回路構造体PERI上にセル構造体CELLを積層する。参考までに、図26図25のR1領域を説明するための拡大図である。
【0163】
いくつかの実施形態で、セル構造体CELLおよび周辺回路構造体PERIはベース基板100Pの前面と周辺回路基板200の前面が対向するように積層されることができる。例えば、セル配線構造体180は周辺回路配線構造体260上に積層されることができる。
【0164】
一例として、セル構造体CELLの最上部金属層に形成された第1ボンディング金属190と周辺回路構造体PERIの最上部金属層に形成された第2ボンディング金属290はボンディングされ得る。第1ボンディング金属190および第2ボンディング金属290が銅(Cu)で形成された場合、ボンディング方式はCu-Cuボンディング方式であり得る。しかし、これは例示的なものであり、第1ボンディング金属190および第2ボンディング金属290はアルミニウム(Al)またはタングステン(W)など他の多様な金属で形成されることもできるのはもちろんである。
【0165】
図26および図27を参照すると、半導体パターン130の一端を露出させる。
【0166】
例えば、ベース基板100Pの後面に対する平坦化工程またはリセス工程が行われ得る。これにより、ベース基板100Pの少なくとも一部が除去されてチャネル構造体CHの一端が露出することができる。また、露出するチャネル構造体CHの情報格納膜132の一部が除去されることができる。
【0167】
いくつかの実施形態で、半導体パターン130の一端は情報格納膜132の一端より突出することができる。いくつかの実施形態で、情報格納膜132の一端は第1モールド絶縁膜110の表面と共面に配置されることができる。
【0168】
図28を参照すると、半導体パターン130と接続されるセル基板100を形成する。
【0169】
例えば、ベース基板100Pが除去された第1モールド絶縁膜110の表面上に蒸着され得る。セル基板100はチャネル構造体CHおよびゲート電極GSL,WL11~WL1n,WL21~WL2n,SSLが配置される第1面100aおよび第1面100aと反対になる第2面100bを含み得る。
【0170】
いくつかの実施形態で、セル基板100は不純物を含んで第1導電型を有することができる。例えば、セル基板100はP型不純物(例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)など)を含むことができる。
【0171】
図29を参照すると、セル基板100内に第1不純物領域102および第2不純物領域104を形成する。
【0172】
例えば、セル基板100の第2面100bに対する第1イオン注入工程が行われることができる。これにより、第2面100bに隣接するセル基板100内に第1不純物領域102が形成されることができる。第1不純物領域102は第1導電型と異なる第2導電型を有することができる。例えば、第1不純物領域102はP型であるセル基板100内に高濃度のN型不純物(例えば、リン(P)またはヒ素(As)など)がイオン注入されて形成されることができる。
【0173】
また、例えば、セル基板100の第2面100bに対する第2イオン注入工程が行われ得る。これにより、第2面100bに隣接するセル基板100内に第2不純物領域104が形成されることができる。第2不純物領域104はセル基板100より高い不純物濃度で第1導電型を有することができる。例えば、第2不純物領域104はP型であるセル基板100内に高濃度のP型不純物(例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)など)がイオン注入されて形成されることができる。
【0174】
図30を参照すると、セル基板100の第2面100bに対する不純物活性化(dopant activation)工程を行う。
【0175】
不純物活性化工程が行われることにより、第1不純物領域102および/または第2不純物領域104の不純物が活性化することができる。いくつかの実施形態で、不純物活性化工程はレーザアニーリング(laser annealing)工程を含むことができる。レーザアニーリング工程を用いると、C2C構造でも(例えば、周辺回路構造体PERI上にセル構造体CELLを積層した後にも)第1不純物領域102および/または第2不純物領域104の不純物を活性化させることができる。仮に、一般的なアニーリング工程が行われる場合、セル配線構造体180および/または周辺回路配線構造体260の相対的に低い融点により、C2C構造の半導体メモリ装置が損傷し得る。これとは異なり、レーザアニーリング工程はセル基板100の第2面100bに対して局部的に行われるので、セル配線構造体180および/または周辺回路配線構造体260の損傷なしに第1不純物領域102および/または第2不純物領域104の不純物を活性化させることができる。
【0176】
図31を参照すると、セル基板100の第2面100b上にソースプレート310、導電パッド320、ソースコンタクト315および消去制御コンタクト325を形成する。
【0177】
ソースプレート310は第1不純物領域102と接続され得る。導電パッド320は第2不純物領域104と接続され得る。また、ソースプレート310および導電パッド320を覆う第3層間絶縁膜340が形成され得る。ソースコンタクト315は第3層間絶縁膜340内で第3方向Zに延びてソースプレート310と接続され得る。消去制御コンタクト325は第3層間絶縁膜340内で第3方向Zに延びて導電パッド320と接続され得る。
【0178】
いくつかの実施形態で、セル配線構造体180と接続されるコンタクトプラグ360が形成されることができる。コンタクトプラグ360は外部領域PA内に形成され得る。コンタクトプラグ360は例えば、第3方向Zに延びて第3層間絶縁膜340、絶縁基板101、第1層間絶縁膜140aおよび第2層間絶縁膜140bを貫通することができる。
【0179】
次に、図4を参照すると、第3層間絶縁膜340上に入出力配線構造体380およびキャッピング絶縁膜342を形成する。これにより、図3ないし図8を用いて上述した半導体メモリ装置が製造されることができる。
【0180】
図32ないし図35はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための他の中間段階図面である。説明の便宜上、図1ないし図31を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0181】
図32を参照すると、ベース基板100P内に第2不純物領域104を形成する。
【0182】
例えば、ベース基板100Pの前面に対するイオン注入工程が行われ得る。これにより、ベース基板100Pの前面に隣接する第2不純物領域104が形成されることができる。第2不純物領域104はベース基板100Pより高い不純物濃度で第1導電型を有することができる。例えば、第2不純物領域104はP型であるベース基板100P内に高濃度のP型不純物(例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)など)がイオン注入されて形成されることができる。
【0183】
いくつかの実施形態で、第2不純物領域104は外部領域PAのセル基板100内に形成されることができる。
【0184】
第2不純物領域104は第1予備モールドpMS1および第1予備チャネルpCH1を形成する前に形成されることもでき、第1予備モールドpMS1および第1予備チャネルpCH1を形成した後に形成されることもできる。
【0185】
いくつかの実施形態で、ベース基板100Pの前面上に導電パッド320が形成されることができる。導電パッド320は第2不純物領域104と接続され得る。
【0186】
図33を参照すると、第2不純物領域104と接続される消去制御コンタクト325を形成する。
【0187】
例えば、図20ないし図23を用いて上述した段階が行われ得る。ゲートコンタクト162および消去制御コンタクト325が形成される。消去制御コンタクト325は例えば、層間絶縁膜140a,140b内で第3方向Zに延びて導電パッド320と接続され得る。いくつかの実施形態で、消去制御コンタクト325はゲートコンタクト162と同一レベルで形成されることができる。
【0188】
次に、モールド構造体MS1,MS2上にビット線コンタクト182、ビット線BLおよびセル配線構造体180が形成され得る。ゲートコンタクト162、ビット線コンタクト182、ビット線BLおよびセル配線構造体180を形成することは図24を用いて上述した内容と類似するので、以下では詳しい説明は省略する。
【0189】
図34を参照すると、周辺回路構造体PERI上にセル構造体CELLを積層する。
【0190】
周辺回路構造体PERI上にセル構造体CELLを積層することは、図25および図26を用いて上述した内容と類似するので、以下では詳しい説明は省略する。セル構造体CELLが周辺回路構造体PERI上に積層された後に、ベース基板100Pの少なくとも一部が除去されてセル基板100を形成することができる。例えば、ベース基板100Pの一部を代替する絶縁基板101が形成されることができる。これにより、第2不純物領域104が形成されたセル基板100が提供されることができる。
【0191】
図35を参照すると、セル基板100内に第1不純物領域102を形成する。
【0192】
第1不純物領域102を形成することは、図29を用いて上述した内容と類似するので、以下では詳しい説明は省略する。
【0193】
次に、図31および図4を用いて上述した段階が行われ得る。これにより、図11および図12を用いて上述した半導体メモリ装置が製造されることができる。
【0194】
図36ないし図38はいくつかの実施形態による半導体メモリ装置の製造方法を説明するための他の中間段階図面である。説明の便宜上、図1ないし図31を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。参考までに、図36図20以後の段階を説明するための中間段階図である。
【0195】
図36を参照すると、第2チャネルパッド138を含むチャネル構造体CHを形成する。
【0196】
例えば、第1予備チャネルpCH1および第2予備チャネルpCH2が選択的に除去されることができる。次に、選択的エピタキシャル成長(Selective Epitaxial Growth;SEG)工程によりベース基板100Pから成長する第2チャネルパッド138が形成されることができる。これにより、ベース基板100Pと接続される第2チャネルパッド138を含むチャネル構造体CHが形成されることができる。
【0197】
図37を参照すると、周辺回路構造体PERI上にセル構造体CELLを積層する。
【0198】
例えば、図22ないし図26を用いて上述した段階が行われ得る。セル構造体CELLが周辺回路構造体PERI上に積層された後に、ベース基板100Pの少なくとも一部が除去されてセル基板100を形成することができる。例えば、ベース基板100Pの一部を代替する絶縁基板101が形成されることができる。これにより、第2チャネルパッド138と接続されるセル基板100が提供されることができる。
【0199】
図38を参照すると、セル基板100内に第1不純物領域102および第2不純物領域104を形成する。
【0200】
第1不純物領域102および第2不純物領域104を形成することは、図28ないし図30を用いて上述した内容と類似するので、以下では詳しい説明は省略する。
【0201】
次に、図31および図4を用いて上述した段階が行われ得る。これにより、図17および図18を用いて上述した半導体メモリ装置が製造されることができる。
【0202】
以下では、図1ないし図18図39ないし図41を参照して、例示的な実施形態による半導体メモリ装置を含む電子システムを説明する。
【0203】
図39はいくつかの実施形態による電子システムを説明するための例示的なブロック図である。図40はいくつかの実施形態による電子システムを説明するための例示的な斜視図である。図41図40のI-Iに沿って切断した概略的な断面図である。説明の便宜上、図1ないし図18を用いて上述した内容と重複する部分は簡略に説明するか省略する。
【0204】
図39を参照すると、いくつかの実施形態による電子システム1000は半導体メモリ装置1100および半導体メモリ装置1100と電気的に接続されるコントローラ1200を含むことができる。電子システム1000は一つまたは複数の半導体メモリ装置1100を含むストレージ装置(storage device)またはストレージ装置を含む電子装置(electronic device)であり得る。例えば、電子システム1000は一つまたは複数の半導体メモリ装置1100を含むSSD装置(solid state drive device)、USB(Universal Serial Bus)、コンピューティングシステム、医療装置または通信装置であり得る。
【0205】
半導体メモリ装置1100は不揮発性メモリ装置(例えば、NANDフラッシュ メモリ装置)であってもよく、例えば、図1ないし図18を用いて上述した半導体メモリ装置であり得る。半導体メモリ装置1100は第1構造物1100Fおよび第1構造物1100F上の第2構造物1100Sを含むことができる。
【0206】
第1構造物1100Fはデコーダ回路(1110;例えば、図1のロウデコーダ33)、ページバッファ(1120;例えば、図1のページバッファ35)およびロジック回路(1130;例えば、図1の制御ロジック37)を含む周辺回路構造物であり得る。第1構造物1100Fは例えば、図1ないし図18を用いて上述した周辺回路構造体PERIに対応する。
【0207】
第2構造物1100Sは図2を用いて上述した共通ソース線CSL、複数のビット線BLおよび複数のセルストリングCSTRを含むことができる。セルストリングCSTRはワード線WL、少なくとも一つのストリング選択線SSLおよび少なくとも一つのグラウンド選択線GSLを介してデコーダ回路1110に連結され得る。また、セルストリングCSTRはビット線BLを介してページバッファ1120に連結され得る。第2構造物1100Sは例えば、図1ないし図18を用いて上述したセル構造体CELLに対応する。
【0208】
いくつかの実施形態で、共通ソース線CSLおよびセルストリングCSTRは、第1構造物1100Fから第2構造物1100Sまで延びる第1連結配線1115を介してデコーダ回路1110と電気的に接続されることができる。第1連結配線1115は例えば、図1ないし図18を用いて上述したゲートコンタクト162に対応する。すなわち、ゲートコンタクト162はゲート電極GSL,WL,SSLとデコーダ回路(1110;例えば、図1のロウデコーダ33)を電気的に接続することができる。
【0209】
いくつかの実施形態で、ビット線BLは第2連結配線1125を介してページバッファ1120と電気的に接続されることができる。第2連結配線1125は例えば、図1ないし図18を用いて上述したビット線コンタクト182に対応する。すなわち、ビット線コンタクト182はビット線BLとページバッファ(1120;例えば、図1のページバッファ35)を電気的に接続することができる。
【0210】
半導体メモリ装置1100はロジック回路(1130;例えば、図1の制御ロジック37)と電気的に接続される入出力パッド1101を介して、コントローラ1200と通信し得る。入出力パッド1101は第1構造物1100F内で第2構造物1100Sまで延びる入出力連結配線1135を介してロジック回路1130と電気的に接続され得る。連結配線1135は例えば、図1ないし図18を用いてコンタクトプラグ360に対応する。
【0211】
コントローラ1200はプロセッサ1210、NANDコントローラ1220およびホストインターフェース1230を含み得る。いくつかの実施形態で、電子システム1000は複数の半導体メモリ装置1100を含むことができ、この場合、コントローラ1200は複数の半導体メモリ装置1100を制御することができる。
【0212】
プロセッサ1210はコントローラ1200を含む電子システム1000全般の動作を制御し得る。プロセッサ1210は所定のファームウェアにより動作することができ、NANDコントローラ1220を制御して半導体メモリ装置1100にアクセスすることができる。NANDコントローラ1220は半導体メモリ装置1100との通信を処理するNANDインターフェース1221を含むことができる。NANDインターフェース1221を介して、半導体メモリ装置1100を制御するための制御命令、半導体メモリ装置1100のメモリセルトランジスタMCTに記録しようとするデータ、半導体メモリ装置1100のメモリセルトランジスタMCTからリードしようとするデータなどが転送されることができる。ホストインターフェース1230は電子システム1000と外部ホストの間の通信機能を提供することができる。ホストインターフェース1230を介して外部ホストから制御命令を受信すると、プロセッサ1210は制御命令に応答して半導体メモリ装置1100を制御することができる。
【0213】
図40および図41を参照すると、いくつかの実施形態による電子システムはメイン基板2001と、メイン基板2001に実装するメインコントローラ2002、一つ以上の半導体パッケージ2003およびDRAM2004を含むことができる。半導体パッケージ2003およびDRAM2004はメイン基板2001に形成される配線パターン2005によりメインコントローラ2002と互いに連結されることができる。
【0214】
メイン基板2001は外部ホストと結合される複数のピンを含むコネクタ2006を含み得る。コネクタ2006で複数のピンの個数と配置は、電子システム2000と外部ホストの間の通信インターフェースによって変わり得る。いくつかの実施形態で、電子システム2000はUSB(Universal Serial Bus)、PCI-Express(Peripheral Component Interconnect Express)、SATA(Serial Advanced Technology Attachment)、UFS(Universal Flash Storage)用M-Phyなどのインターフェースのいずれか一つにより外部ホストと通信することができる。いくつかの実施形態で、電子システム2000はコネクタ2006を介して外部ホストから供給を受ける電源により動作することができる。電子システム2000は外部ホストから供給を受ける電源をメインコントローラ2002および半導体パッケージ2003に分配するPMIC(Power Management Integrated Circuit)をさらに含むこともできる。
【0215】
メインコントローラ2002は半導体パッケージ2003にデータを記録するか、半導体パッケージ2003からデータをリードすることができ、電子システム2000の動作速度を改善することができる。
【0216】
DRAM2004はデータストレージ空間である半導体パッケージ2003と外部ホストの速度差異を緩和するためのバッファメモリであり得る。電子システム2000に含まれるDRAM2004は一種のキャッシュメモリとしても動作することができ、半導体パッケージ2003に対する制御動作で一時的にデータを保存するための空間を提供することもできる。電子システム2000にDRAM2004が含まれる場合、メインコントローラ2002は半導体パッケージ2003を制御するためのNANDコントローラの他にDRAM2004を制御するためのDRAMコントローラをさらに含むことができる。
【0217】
半導体パッケージ2003は互いに離隔した第1半導体パッケージ2003aおよび第2半導体パッケージ2003bを含み得る。第1半導体パッケージ2003aおよび第2半導体パッケージ2003bはそれぞれ複数の半導体チップ2200を含む半導体パッケージであり得る。第1半導体パッケージ2003aおよび第2半導体パッケージ2003bはそれぞれ、パッケージ基板2100、パッケージ基板2100上の半導体チップ2200、半導体チップ2200それぞれの下部面に配置される接着層2300、半導体チップ2200とパッケージ基板2100を電気的に接続する連結構造物2400、およびパッケージ基板2100上で半導体チップ2200および連結構造物2400を覆うモールディング層2500を含み得る。
【0218】
パッケージ基板2100はパッケージ上部パッド2130を含む印刷回路基板であり得る。それぞれの半導体チップ2200は入出力パッド2210を含み得る。入出力パッド2210は図39の入出力パッド1101に該当する。
【0219】
いくつかの実施形態で、連結構造物2400は入出力パッド2210とパッケージ上部パッド2130を電気的に接続するボンディングワイヤであり得る。したがって、それぞれの第1半導体パッケージ2003aおよび第2半導体パッケージ2003bで、半導体チップ2200はボンディングワイヤ方式で互いに電気的に接続されることが可能であり、パッケージ基板2100のパッケージ上部パッド2130と電気的に接続されることができる。いくつかの実施形態で、それぞれの第1半導体パッケージ2003aおよび第2半導体パッケージ2003bで、半導体チップ2200はボンディングワイヤ方式の連結構造物2400の代わりに、貫通電極(Through Silicon Via,TSV)を含む連結構造物によって互いに電気的に接続されることもできる。
【0220】
いくつかの実施形態で、メインコントローラ2002と半導体チップ2200は一つのパッケージに含まれることもできる。いくつかの実施形態で、メイン基板2001と他の別途のインターポーザ基板にメインコントローラ2002と半導体チップ2200が実装し、インターポーザ基板に形成される配線によってメインコントローラ2002と半導体チップ2200が互いに連結されることもできる。
【0221】
いくつかの実施形態で、パッケージ基板2100は印刷回路基板であり得る。パッケージ基板2100はパッケージ基板ボディ部2120、パッケージ基板ボディ部2120の上面に配置されるパッケージ上部パッド2130、パッケージ基板ボディ部2120の下面に配置されるか下面により露出する下部パッド2125、およびパッケージ基板ボディ部2120の内部で上部パッド2130と下部パッド2125を電気的に接続する内部配線2135を含むことができる。上部パッド2130は連結構造物2400と電気的に接続され得る。下部パッド2125は導電性連結部2800を介して図40のように電子システム2000のメイン基板2001の配線パターン2005に連結され得る。
【0222】
いくつかの実施形態による電子システムにおいて、半導体チップ2200それぞれは図1ないし図18を用いて上述した半導体メモリ装置を含むことができる。例えば、半導体チップ2200それぞれは周辺回路構造体PERIおよび周辺回路構造体PERI上に積層されるセル構造体CELLを含み得る。例示的に、周辺回路構造体PERIは図3ないし8を用いて上述した周辺回路基板200および周辺回路配線構造体260を含み得る。また、例示的に、セル構造体CELLは図3ないし図8を用いて上述したセル基板100、モールド構造体MS1,MS2、チャネル構造体CH、ビット線BL、ゲートコンタクト162、第1不純物領域102、第2不純物領域104、ソースプレート310、ソースコンタクト、導電パッド320および消去制御コンタクト325を含み得る。周辺回路構造体PERIおよびセル構造体CELLは第1ボンディング金属190および第2ボンディング金属290を介して相互ボンディングされることができる。
【0223】
以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造でき、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せず他の具体的な形態で実施できることを理解することができる。したがって、上記一実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【0224】
100:セル基板
101:絶縁基板
102:第1不純物領域
104:第2不純物領域
110:第1モールド絶縁膜
115:第2モールド絶縁膜
130:半導体パターン
132:情報記憶膜
140a、140b:層間絶縁膜
142:第1配線間絶縁膜
180:セル配線構造体
190:第1ボンディングメタル
200:周辺回路基板
240:第2配線間絶縁膜
260:周辺回路配線構造体
290:第2ボンディングメタル
310:ソースプレート
315:ソースコンタクト
320:チャレンジパッド
325:消去制御コンタクト
360:コンタクトプラグ
380:入出力配線構造体
BL:ビットライン
CAR:セルアレイ領域
CELL:セル構造体
CH:チャネル構造体
EXT:拡張領域
GSL:グラウンド選択線
MS1、MS2:モールド構造
PA:外部領域
PERI:周辺回路構造
SSL:ストリング選択ライン
WC:ワードライン切断領域
WL11~WL2n:ワードライン
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32
図33
図34
図35
図36
図37
図38
図39
図40
図41