(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】P2024095592
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】集積回路素子及びそれを含む電子システム
(51)【国際特許分類】
H10B 43/50 20230101AFI20240703BHJP
H10B 43/27 20230101ALI20240703BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20240703BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240703BHJP
H10B 41/27 20230101ALI20240703BHJP
H10B 41/50 20230101ALI20240703BHJP
【FI】
H10B43/50
H10B43/27
H01L27/088 E
H01L27/088 D
H01L29/78 371
H10B41/27
H10B41/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023217236
(22)【出願日】2023-12-22
(31)【優先権主張番号】10-2022-0187757
(32)【優先日】2022-12-28
(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】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】金 俊 亨
(72)【発明者】
【氏名】具 池 謀
(72)【発明者】
【氏名】金 志 榮
(72)【発明者】
【氏名】成 錫 江
【テーマコード(参考)】
5F048
5F083
5F101
【Fターム(参考)】
5F048AA01
5F048AA07
5F048AB01
5F048AC01
5F048BA01
5F048BA14
5F048BA19
5F048BA20
5F048BB09
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5F048BC18
5F048BD07
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5F048BF07
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5F048BF15
5F048BF16
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5F048CB01
5F048CB03
5F048CB04
5F083EP02
5F083EP17
5F083EP18
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5F083EP34
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5F083JA06
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5F083JA35
5F083JA39
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5F083KA05
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5F083MA19
5F083MA20
5F083NA01
5F101BA01
5F101BA45
5F101BB02
5F101BD16
5F101BD22
5F101BD30
5F101BD34
(57)【要約】
【課題】電気的な接続信頼性を有する集積回路素子及びそれを含む電子システムを提供する。
【解決手段】本発明による集積回路素子は、メモリセル領域及び接続領域を含む基板と、基板上で垂直方向に沿って離隔される複数のゲート電極を含むゲートスタックと、接続領域において、ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、複数のゲート接続オープニングの少なくとも内側面を覆い、いずれか1つのゲート電極と接続される複数のゲート接続構造物と、複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を有する。
【選択図】
図28A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
メモリセル領域及び接続領域を含む基板と、
前記基板上で垂直方向に沿って離隔される複数のゲート電極を含むゲートスタックと、
前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、
前記複数のゲート接続オープニングの少なくとも内側面を覆い、前記いずれか1つのゲート電極と接続される複数のゲート接続構造物と、
前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を有することを特徴とする集積回路素子。
【請求項2】
前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長される複数のスタックオープニングと、
前記複数のスタックオープニングの内側面を覆い、前記複数のゲート接続オープニングを限定する複数のスペーサ絶縁層と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項3】
前記メモリセル領域において、前記ゲートスタックを貫通する複数のチャネル構造物と、
前記複数のチャネル構造物と離隔され、前記ゲートスタックを貫通する複数のダミー構造物と、をさらに有し、
前記複数のダミー構造物の内の少なくとも1つは、前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置され、前記複数のゲート接続構造物それぞれによって覆われることを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項4】
前記複数のダミー構造物の内の前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される少なくとも1つのダミー構造物は、前記複数のゲート接続オープニングに配置されていない他のダミー構造物の上端より低い垂直レベルに位置する上端を有する損失ダミー構造物であることを特徴とする請求項3に記載の集積回路素子。
【請求項5】
前記損失ダミー構造物は、前記複数のゲート接続構造物それぞれと接続される前記いずれか1つのゲート電極を貫通して前記いずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出することを特徴とする請求項4に記載の集積回路素子。
【請求項6】
前記損失ダミー構造物は、前記複数のゲート接続構造物それぞれと接続される前記いずれか1つのゲート電極を貫通するが、前記いずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出しないことを特徴とする請求項4に記載の集積回路素子。
【請求項7】
前記複数のゲート接続構造物は、前記複数のゲート接続オープニングの底面から内側面に沿って延長され、複数のゲート接続オープニングの最上端まで延長されることを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項8】
前記複数のゲート接続構造物は、前記複数のゲート接続オープニングを満たすことを特徴とする請求項7に記載の集積回路素子。
【請求項9】
前記複数のゲートコンタクトは、前記複数のゲート接続構造物を介して前記複数のゲート電極と電気的に接続され、
互いに異なる垂直レベルに位置する前記複数のゲートラインを電気的に接続する前記複数のゲートコンタクトは、同じ垂直高を有することを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項10】
前記ゲートスタックは、前記ゲートスタックを貫通するゲートスタック分離開口部によって取り囲まれる複数のメモリセルブロックを含み、階段構造を有さないことを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項11】
メモリセル領域及び接続領域を含む基板と、
前記基板上で垂直方向に沿って交互に配置される複数の絶縁層及び複数のゲート電極を含むゲートスタックと、
前記メモリセル領域において、前記ゲートスタックを貫通する複数のチャネル構造物と、
前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、
前記複数のチャネル構造物と離隔され、前記ゲートスタックを貫通し、少なくとも1つが前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される複数のダミー構造物と、
前記複数のゲート接続オープニングの内側面と底面をコンフォーマルに覆い、前記複数のゲート接続オープニングの底面に露出される前記いずれか1つのゲート電極と接続され、前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される前記少なくとも1つのダミー構造物を覆う複数のゲート接続構造物と、
前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を有することを特徴とする集積回路素子。
【請求項12】
前記複数のゲート電極の内の前記複数のゲート接続オープニングの底面に露出される前記いずれか1つのゲート電極より上側に位置するゲート電極と前記複数のゲート接続構造物との間に介在する複数のスペーサ絶縁層をさらに有することを特徴とする請求項11に記載の集積回路素子。
【請求項13】
前記複数のスペーサ絶縁層それぞれは、前記複数の絶縁層の内の前記垂直方向に互いに隣接する2層の絶縁層の間に介在することを特徴とする請求項12に記載の集積回路素子。
【請求項14】
前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記少なくとも1つのダミー構造物は、前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記ゲート接続構造物と接続される前記いずれか1つのゲート電極を貫通することを特徴とする請求項11に記載の集積回路素子。
【請求項15】
前記複数のダミー構造物の内の前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される少なくとも1つのダミー構造物は、前記複数のゲート接続オープニングに配置されない他のダミー構造物の上端より低い垂直レベルに位置する上端を有することを特徴とする請求項14に記載の集積回路素子。
【請求項16】
前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記少なくとも1つのダミー構造物は、前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記ゲート接続構造物と接続される前記いずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出することを特徴とする請求項14に記載の集積回路素子。
【請求項17】
前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記少なくとも1つのダミー構造物は、前記複数のゲート接続オープニング内にそれぞれ配置される前記ゲート接続構造物と接続される前記いずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出しないことを特徴とする請求項14に記載の集積回路素子。
【請求項18】
前記複数のゲートコンタクトは、互いに同じ垂直高を有することを特徴とする請求項11に記載の集積回路素子。
【請求項19】
メイン基板と、
前記メイン基板上の集積回路素子と、
前記メイン基板上で前記集積回路素子と電気的に接続されるコントローラと、を有し、
前記集積回路素子は、
メモリセル領域及び接続領域を含む基板上で垂直方向に沿って離隔される複数のゲート電極を含むゲートスタックと、
前記メモリセル領域において、前記ゲートスタックを貫通する複数のチャネル構造物と、
前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、
前記複数のチャネル構造物と離隔され、前記ゲートスタックを貫通し、少なくとも1つが前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される複数のダミー構造物と、
前記複数のゲート接続オープニングの内側面と底面を覆い、前記いずれか1つのゲート電極と接続される複数のゲート接続構造物と、
前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を含むことを特徴とする電子システム。
【請求項20】
前記複数のゲート接続構造物は、前記複数のゲート接続オープニングの底面から内側面に沿って延長され、複数のゲート接続オープニングの最上端まで延長され、
前記複数のゲートコンタクトは、互いに同じ垂直高を有することを特徴とする請求項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、集積回路素子及びそれを含む電子システムに関し、特に、不揮発性メモリ素子を含む集積回路素子及びそれを含む電子システムに関する。
【背景技術】
【0002】
消費者は、高性能、小型、及び安価の集積回路素子を要求する。
したがって、高集積度の集積回路素子を達成するために、複数のメモリセルが垂直方向に配列される3次元不揮発性メモリ素子を含む集積回路素子及びそれを含む電子システムが提案された。
【0003】
そして、集積化が進むにつれ、集積回路素子の電気的接続信頼性確保が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来の集積回路素子における課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電気的な接続信頼性を有する集積回路素子及びそれを含む電子システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明による集積回路素子は、メモリセル領域及び接続領域を含む基板と、前記基板上で垂直方向に沿って離隔される複数のゲート電極を含むゲートスタックと、前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、前記複数のゲート接続オープニングの少なくとも内側面を覆い、前記いずれか1つのゲート電極と接続される複数のゲート接続構造物と、前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を有することを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による集積回路素子は、メモリセル領域及び接続領域を含む基板と、前記基板上で垂直方向に沿って交互に配置される複数の絶縁層及び複数のゲート電極を含むゲートスタックと、前記メモリセル領域において、前記ゲートスタックを貫通する複数のチャネル構造物と、前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、前記複数のチャネル構造物と離隔され、前記ゲートスタックを貫通し、少なくとも1つが前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される複数のダミー構造物と、前記複数のゲート接続オープニングの内側面と底面をコンフォーマルに覆い、前記複数のゲート接続オープニングの底面に露出される前記いずれか1つのゲート電極と接続され、前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される前記少なくとも1つのダミー構造物を覆う複数のゲート接続構造物と、前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を有することを特徴とする。
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明による電子システムは、メイン基板と、前記メイン基板上の集積回路素子と、前記メイン基板上で前記集積回路素子と電気的に接続されるコントローラと、を有し、前記集積回路素子は、メモリセル領域及び接続領域を含む基板上で垂直方向に沿って離隔される複数のゲート電極を含むゲートスタックと、前記メモリセル領域において、前記ゲートスタックを貫通する複数のチャネル構造物と、前記接続領域において、前記ゲートスタックの上面から内部に向かって延長され、底面に前記複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される複数のゲート接続オープニングと、前記複数のチャネル構造物と離隔され、前記ゲートスタックを貫通し、少なくとも1つが前記複数のゲート接続オープニングそれぞれの内部に配置される複数のダミー構造物と、前記複数のゲート接続オープニングの内側面と底面を覆い、前記いずれか1つのゲート電極と接続される複数のゲート接続構造物と、前記複数のゲート接続構造物の上端に接続される複数のゲートコンタクトと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明の係る集積回路素子によれば、ゲート接続オープニングの内側面と底面を覆うゲート接続構造物がゲート接続オープニングの底面に位置するゲート電極と接して接続され、ゲート接続構造物の上端に接続されるゲートコンタクトがゲート接続構造物と導電ラインMLを接続されるので、互いに異なる垂直レベルに位置する複数のゲートラインと電気的に接続される複数のゲートコンタクトは、同じ垂直レベルにおいて同じ垂直高を有するように形成し、複数のゲートコンタクトを形成するために、異なる垂直高を有するコンタクトホールを形成する必要がない。
また、複数のゲート接続オープニングそれぞれの下側に位置するゲート電極及び絶縁層を貫通するダミー構造物は、ゲートスタックを支持する支持構造物でもあり、複数のゲート接続オープニングを形成する過程において、ゲートスタックが崩れることを防止し、集積回路素子の構造的信頼性が確保される。
また、本発明の集積回路素子が含むゲートスタックは、階段構造を持たないので、複数の支持ホールを形成するためのエッチング工程を容易に実行することができ、
さらに、セルアレイ構造物の接続領域がゲートスタックの階段構造に配置される必要がないので、メモリセルブロック内で接続領域を自由に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の実施形態による集積回路素子の概略構成を示すブロック図である。
【
図2】本発明の実施形態による集積回路素子の概略的な斜視図である。
【
図3】本発明の実施形態による集積回路素子のメモリセルアレイの等価回路図である。
【
図4】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図5A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図5B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図6】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図7】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図8】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図9】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図10A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図10B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図11】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図12A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図12B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図13】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図14】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図15】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図16】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図17】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図18A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図18B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図19】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図20】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図21A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図21B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図22】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図23】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図24】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図25】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図26】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図27】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図28A】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図28B】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図28C】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図29A】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面レイアウトである。
【
図29B】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面レイアウトである。
【
図29C】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面レイアウトである。
【
図30】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図31】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図32】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図33】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図34】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図35】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図36】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図37】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図38】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図39】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
【
図40A】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図40B】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【
図40C】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための斜視図である。
【
図41】本発明の実施形態による集積回路素子を含む電子システムの概略構成を示す図である。
【
図42】本発明の実施形態による集積回路素子を含む電子システムを概略的に示す斜視図である。
【
図43】本発明の実施形態による集積回路素子を含む半導体パッケージを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、本発明の実施形態による集積回路素子の概略構成を示すブロック図である。
図1を参照すると、集積回路素子10は、メモリセルアレイ20及び周辺回路30を含む。
【0012】
メモリセルアレイ20は、複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)を含む。
複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)は、それぞれ複数のメモリセルを含む。
メモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)は、ビットラインBL、ワードラインWL、ストリング選択ラインSSL、及び接地選択ラインGSLを介して周辺回路30に接続される。
【0013】
周辺回路30は、ロウデコーダ32、ページバッファ34、データ入出力回路36、及び制御ロジック38を含む。
図1には、示さなかったが、周辺回路30は、入出力インターフェース、カラムロジック、電圧生成部、プリデコーダ、温度センサ、コマンドデコーダ、アドレスデコーダ、増幅回路などをさらに含み得る。
【0014】
メモリセルアレイ20は、ビットラインBLを介してページバッファ34に接続され、ワードラインWL、ストリング選択ラインSSL、及び接地選択ラインGSLを介してロウデコーダ32に接続される。
メモリセルアレイ20において、複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)に含まれた複数のメモリセルは、それぞれフラッシュメモリセルでもある。
メモリセルアレイ20は、3次元メモリセルアレイを含み得る。
3次元メモリセルアレイは、複数のNANDストリングを含み、各NANDストリングは、基板上に垂直に積層された複数のワードラインWLに接続された複数のメモリセルを含む。
【0015】
周辺回路30は、集積回路素子10の外部からアドレスADDR、コマンドCMD、及び制御信号CTRLを受信し、集積回路素子10の外部にある装置とデータDATAを送受信する。
ロウデコーダ32は、外部からのアドレスADDRに応答して複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)の内の少なくとも1つを選択し、選択されたメモリセルブロックのワードラインWL、ストリング選択ラインSSL、及び接地選択ラインGSLを選択する。
ロウデコーダ32は、選択されたメモリセルブロックのワードラインWLにメモリ動作実行のための電圧を伝達する。
【0016】
ページバッファ34は、ビットラインBLを介してメモリセルアレイ20に接続される。
ページバッファ34は、プログラム動作時には書込みドライバとして動作し、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ラインBLに印加し、読取り動作時には、感知増幅器として動作し、メモリセルアレイ20に保存されたデータDATAを感知する。
ページバッファ34は、制御ロジック38から提供される制御信号PCTLによって動作する。
データ入出力回路36は、データラインDLsを介してページバッファ34と接続される。
データ入出力回路36は、プログラム動作時、メモリコントローラ(図示せず)からデータDATAを受信し、制御ロジック38から提供されるカラムアドレスC_ADDRに基づいてプログラムデータDATAをページバッファ34に提供する。
データ入出力回路36は、読取り動作時、制御ロジック38から提供されるカラムアドレスC_ADDRに基づいてページバッファ34に保存された読取りデータDATAをメモリコントローラに提供する。
【0017】
データ入出力回路36は、入力されるアドレス又は命令語を制御ロジック38、又はロウデコーダ32に伝達する。
周辺回路30は、ESD(Electro Static Discharge)回路及びプルアップ/プルダウンドライバ(pull-up/pull-down driver)をさらに含み得る。
制御ロジック38は、メモリコントローラからコマンドCMD及び制御信号CTRLを受信する。
制御ロジック38は、ロウアドレスR_ADDRをロウデコーダ32に提供し、カラムアドレスC_ADDRをデータ入出力回路36に提供する。
制御ロジック38は、制御信号CTRLに応答して集積回路素子10内で使用される各種内部制御信号を生成する。
例えば、制御ロジック38は、プログラム動作又は消去動作などのメモリ動作実行時、ワードラインWL及びビットラインBLからなる電圧レベルを調節する。
【0018】
図2は、本発明の実施形態による集積回路素子の概略的な斜視図である。
図2を参照すると、集積回路素子10は、垂直方向(Z方向)に互いにオーバーラップされているセルアレイ構造物CS及び周辺回路構造物PSを含む。
セルアレイ構造物CSは、
図1を参照して説明したメモリセルアレイ20を含む。
周辺回路構造物PSは、
図1を参照して説明した周辺回路30を含む。
セルアレイ構造物CSは、複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)を含む。
複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)は、それぞれ3次元的に配列されたメモリセルを含む。
【0019】
図3は、本発明の実施形態による集積回路素子のメモリセルアレイの等価回路図である。
図3を参照すると、メモリセルアレイMCAは、複数のメモリセルストリングMSを含む。
メモリセルアレイMCAは、複数のビットライン(BL:BL1、BL2、…、BLm)、複数のワードライン(WL:WL1、WL2、…、WLn-1、WLn)、少なくとも1本のストリング選択ラインSSL、少なくとも1本の接地選択ラインGSL、及び共通ソースラインCSLを含む。
複数のビットライン(BL:BL1、BL2、…、BLm)及び共通ソースラインCSLの間に複数のメモリセルストリングMSが形成される。
図3には、複数のメモリセルストリングMSがそれぞれ2本のストリング選択ラインSSLを含む場合を例示しているが、本発明の技術的思想は、それに限定されない。
例えば、複数のメモリセルストリングMSは、それぞれ1本のストリング選択ラインSSLを含み得る。
【0020】
複数のメモリセルストリングMSは、それぞれストリング選択トランジスタSST、接地選択トランジスタGST、及び複数のメモリセルトランジスタ(MC1、MC2、…、MCn-1、MCn)を含む。
ストリング選択トランジスタSSTのドレイン領域は、ビットライン(BL:BL1、BL2、…、BLm)と接続され、接地選択トランジスタGSTのソース領域は、共通ソースラインCSLと接続される。
共通ソースラインCSLは、複数の接地選択トランジスタGSTのソース領域が共通して接続された領域である。
ストリング選択トランジスタSSTは、ストリング選択ラインSSLと接続され、接地選択トランジスタGSTは、接地選択ラインGSLと接続される。
複数のメモリセルトランジスタ(MC1、MC2、…、MCn-1、MCn)は、それぞれ複数のワードライン(WL:WL1、WL2、…、WLn-1、WLn)に接続される。
【0021】
図4~
図27は、本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図であり、
図28A~
図28Cは、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的に、
図5Bは、
図5AのEA部分とEB部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図6、
図7、
図8、及び
図9は、
図5AのEAに対応する部分とEBに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図10Bは、
図10AのEA部分、EB部分、及びEC部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図11は、
図10AのEAに対応する部分、EBに対応する部分、及びECに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図12Bは、
図12AのED部分とEE部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図13、
図14、
図15、
図16、及び
図17は、
図12AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図18Bは、
図18AのED部分、EE部分、及びEF部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図19及び
図20は、
図18AのEDに対応する部分、EEに対応する部分、及びEFに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図21Bは、
図21AのED部分、EE部分、及びEG部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図22及び
図23は、
図21AのEDに対応する部分、EEに対応する部分、及びEGに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図24、
図25、
図26、及び
図27は、
図21AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図28Bは、
図28AのED部分とEE部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図28Cは、
図28AのEH部分を拡大して示す拡大断面図である。
【0022】
図4を参照すると、周辺回路構造物PS上にベース構造物110を形成し、ベース構造物110上に第1犠牲ゲートスタックSGS1を形成する。
ベース構造物110及び第1犠牲ゲートスタックSGS1は、周辺回路構造物PSと垂直方向に互いにオーバーラップされるように形成する。
周辺回路構造物PS上には、複数のスタックを含むセルアレイ構造物CSが配置され、セルアレイ構造物CSは、メモリセル領域MCR、接続領域CONR、貫通電極領域TVRを含み、周辺回路構造物PSは、周辺回路領域PERIを含む。
セルアレイ構造物CSは、ワードラインカット領域WLCRによって互いに分離される複数のメモリセルブロック(
図2のBLK1、BLK2、...、BLKn)を含む。
第1犠牲ゲートスタックSGS1は、前記複数のスタックの内の第1スタックST1に対応する。
【0023】
周辺回路構造物PSは、基板50上に配置された周辺回路トランジスタ60TRと周辺回路配線構造物70を含む。
基板50には、素子分離膜52によって活性領域ACが定義され、活性領域AC上に複数の周辺回路トランジスタ60TRが形成される。
複数の周辺回路トランジスタ60TRは、周辺回路ゲート60Gと、周辺回路ゲート60Gの両側基板50の一部に配置されるソース/ドレイン領域62を含む。
基板50は、半導体物質、例えば、IV族半導体、III-V族化合物半導体、又はII-VI族化合物半導体を含み得る。
例えば、IV族半導体は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)又はシリコン-ゲルマニウムを含み得る。
基板50は、バルクウェーハ又はエピタキシャル層からなる。
他の実施形態において、基板50は、SOI(silicon-on-insulator)基板、又はGeOI(germanium-on-insulator)基板を含み得る。
【0024】
周辺回路配線構造物70は、複数の周辺回路コンタクト72と複数の周辺回路配線層74を含む。
基板50上には、周辺回路トランジスタ60TRと周辺回路配線構造物70をカバーする層間絶縁膜80が配置される。
複数の周辺回路配線層74は、互いに異なる垂直レベルに配置される複数の金属層を含む多層構造を有する。
図5には、複数の周辺回路配線層74がいずれも同じ高さに形成されていると例示的に示しているが、それとは異なって一部レベルに配置される(例えば、最上部レベルに配置される)周辺回路配線層74が残りレベルに配置される周辺回路配線層74よりもさらに高い高さに形成され得る。
【0025】
層間絶縁膜80上には、ベース構造物110が配置される。
実施形態において、ベース構造物110は、セルアレイ構造物CSに形成される垂直型メモリセルに電流を供給するソース領域として機能する。
一部例示において、ベース構造物110は、
図3において説明した共通ソースラインCSLの機能を実行する一部領域を含み得る。
一実施形態において、ベース構造物110は、シリコンのような半導体物質からなり得る。
他の実施形態において、ベース構造物110は、タングステン(W)のような金属物質に形成される下部ベース層と、下部ベース層上に積層されてシリコンのような半導体物質に形成される上部ベース層からなり得る。
【0026】
ベース構造物110の上面上には、第1犠牲ゲートスタックSGS1が形成される。
第1犠牲ゲートスタックSGS1は、ベース構造物110の上面上に複数の第1絶縁層140と複数の第1モールド層170を互いに形成する。
第1絶縁層140と第1モールド層170は、互いにエッチング選択比を有する物質からなる。
例えば、複数の第1絶縁層140は、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含み、複数の第1モールド層170は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、又は、不純物がドーピングされたポリシリコンなどを含み得る。
【0027】
図5A及び
図5Bを共に参照すると、接続領域CONRにおいて、第1犠牲ゲートスタックSGS1の一部を除去し、複数の第1スタックオープニングSTO1を形成する。
複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれは、第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面から第1犠牲ゲートスタックSGS1の一部を除去し、底面に複数の第1絶縁層140の内のいずれか1つが露出される。
複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれは、互いに離隔されるように形成する。
複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれは、第1水平幅W1を有するように形成する。
例えば、第1水平幅W1は、数百nm~数μmである。
【0028】
一実施形態において、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの水平断面は、円形、楕円形、長方形などの多角形、又は角丸状の長方形などの多角形でもある。
一実施形態において、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの底面の垂直レベルは、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの底面に露出される第1絶縁層140の上面の垂直レベルよりも低い。
例えば、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれは、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの底面に露出される第1絶縁層140の内部に延長されるが、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの底面に露出される第1絶縁層140を貫通しないこともある。
一実施形態において、第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面から複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの底面までの深さは、互いに異なっている。
他の実施形態において、複数の第1スタックオープニングSTO1は、互いに同じ深さを有する2個以上の第1スタックオープニングSTO1を含む複数の第1オープニンググループからなり、第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面から複数の第1オープニンググループそれぞれの底面までの深さは、互いに異なり得る。
【0029】
複数の第1スタックオープニングSTO1の個数は、複数の第1モールド層170の個数に対応する。
例えば、複数の第1スタックオープニングSTO1の個数は、第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1モールド層170の個数と同一である。
又は、例えば、複数の第1スタックオープニングSTO1の個数は、第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1モールド層170の数の1/2、1/3、1/4などであるか、多少多くもある。
例えば、複数の第1スタックオープニングSTO1の個数は、第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1モールド層170の数の倍数であるか、多少多くもある。
一実施形態において、複数の第1スタックオープニングSTO1は、第1犠牲ゲートスタックSGS1の一部を除去するn回のエッチング工程を実行して形成され得る。
例えば、複数の第1スタックオープニングSTO1の個数が第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1モールド層170の個数と同一である場合、2のn乗は、複数の第1モールド層170の個数である。
【0030】
図6を参照すると、複数の第1スタックオープニングSTO1を介して露出される第1モールド層170の一部を選択的に除去して第1延長空間ES1を形成する。
第1延長空間ES1は、複数の第1スタックオープニングSTO1と連通される。
第1延長空間ES1は、複数の第1スタックオープニングSTO1から垂直方向に互いに隣接する2層の第1絶縁層140の間に延長される。
すなわち、第1延長空間ES1それぞれは、垂直方向に互いに隣接する2層の第1絶縁層140の間に形成される。
【0031】
図7を参照すると、第1延長空間ES1を満たし、複数の第1スタックオープニングSTO1内の表面及び第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面を覆う第1予備スペーサ絶縁層180Pを形成する。
第1予備スペーサ絶縁層180Pは、第1延長空間ES1を満たすが、複数の第1スタックオープニングSTO1内の表面及び第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面をコンフォーマルに覆うように形成する。
例えば、第1予備スペーサ絶縁層180Pは、複数の第1スタックオープニングSTO1を完全に満たさないように形成する。
第1予備スペーサ絶縁層180Pは、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含み得る。
第1予備スペーサ絶縁層180Pは、第1モールド層170と接しないように形成する。
一実施形態において、第1予備スペーサ絶縁層180Pは、第1モールド層170と同じ物質を含むように形成され得る。
【0032】
図8を参照すると、複数の第1スタックオープニングSTO1を満たし、第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面を覆う第1予備犠牲層190Pを形成する。
例えば、第1予備犠牲層190Pは、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ポリシリコン又はそれらの組み合わせを含むように形成する。
【0033】
図8及び
図9を共に参照すると、第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面が露出されるように、第1予備犠牲層190Pの一部及び第1予備スペーサ絶縁層180Pの一部を除去し、複数の第1犠牲層190及び複数の第1スペーサ絶縁層180を形成する。
複数の第1スペーサ絶縁層180は、垂直方向に互いに隣接する2層の第1絶縁層140の間に位置する第1延長空間ES1を満たし、複数の第1スタックオープニングSTO1内の表面、すなわち、内側面と底面とを覆う。
複数の第1犠牲層190は、複数の第1スペーサ絶縁層180によって限定される複数の第1スタックオープニングSTO1内の空間をいずれも満たす。
例えば、複数の第1スペーサ絶縁層180及び複数の第1犠牲層190は、CMP工程を実行して第1予備犠牲層190Pの一部及び第1予備スペーサ絶縁層180Pの一部を除去して形成する。
複数の第1犠牲層190それぞれは、第2水平幅W2を有するように形成する。
第2水平幅W2は、第1水平幅(
図5BのW1)より小さい値を有する。
例えば、第2水平幅W2は、第1水平幅W1よりは小さいが、数百nm~数μmである。
【0034】
図10A及び
図10Bを共に参照すると、第1犠牲ゲートスタックSGS1を貫通する複数の第1チャネルホールCHH1及び複数の第1支持ホールSPH1を形成する。
複数の第1チャネルホールCHH1は、メモリセル領域MCRで、第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1絶縁層140と複数の第1モールド層170をいずれも貫通するように形成する。
一実施形態において、複数の第1チャネルホールCHH1は、第1犠牲ゲートスタックSGS1を貫通し、ベース構造物110内に延長されるように形成され得る。
複数の第1支持ホールSPH1は、第1犠牲ゲートスタックSGS1をいずれも貫通するように形成する。
一実施形態において、複数の第1支持ホールSPH1は、第1犠牲ゲートスタックSGS1を貫通し、ベース構造物110内に延長されるように形成され得る。
複数の第1支持ホールSPH1は、接続領域CONRに形成され得るが、それに限定されない。
例えば、複数の第1支持ホールSPH1の内の一部は、接続領域CONRに配置され、他の一部は、貫通電極領域TVR及び/又はメモリセル領域MCRに配置され得る。
【0035】
複数の第1支持ホールSPH1の内の一部のそれぞれは、接続領域CONRにおいて、第1犠牲層190、第1スペーサ絶縁層180、そして、第1犠牲層190と第1スペーサ絶縁層180の下側に位置する第1絶縁層140と第1モールド層170を貫通するように形成する。
複数の第1支持ホールSPH1の内の他の一部それぞれは、接続領域CONR、貫通電極領域TVR、及び/又はメモリセル領域MCRにおいて第1犠牲ゲートスタックSGS1が含む複数の第1絶縁層140と複数の第1モールド層170とをいずれも貫通するように形成する。
複数の第1チャネルホールCHH1それぞれは、第1水平直径D1を有するように形成し、複数の第1支持ホールSPH1それぞれは、第2水平直径D2を有するように形成する。
第2水平直径D2は、第1水平直径D1と同径又は大径である。
第2水平直径D2は、第2水平幅(
図9のW2)より小さい値を有する。
【0036】
一実施形態において、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれの内には、少なくとも2個の第1支持ホールSPH1が配置される。
例えば、複数の第1支持ホールSPH1の内の少なくとも2個の第1支持ホールSPH1は、複数の第1犠牲層190の内の1つの第1犠牲層190を貫通する。
例えば、第1水平直径D1は、数十nm~数百nmであり、第2水平直径D2は、第1水平直径D1と同径又は大径であるが、数十nm~数百nmである。
一実施形態において、複数の第1チャネルホールCHH1及び複数の第1支持ホールSPH1それぞれの水平断面は、円形又は楕円形でもある。
一実施形態において、複数の第1チャネルホールCHH1及び複数の第1支持ホールSPH1それぞれは、上側から下側にベース構造物110に向かって延長され、水平幅及び水平広さが減少するほぼテーパ状(tapered)を有するように形成され得る。
【0037】
図11を参照すると、複数の第1チャネルホールCHH1及び複数の第1支持ホールSPH1を満たす複数の第1犠牲充填層160を形成する。
例えば、第1犠牲充填層160は、金属又は炭素を含むカーボン系膜からなる。
カーボン系膜は、ACL(amorphous carbon layer)又はC-SOH(Carbon based spin-on hardmask)膜からなる。
【0038】
図12A及び
図12Bを共に参照すると、第1犠牲ゲートスタックSGS1上に第2犠牲ゲートスタックSGS2を形成する。
第2犠牲ゲートスタックSGS2は、セルアレイ構造物CSが含む複数のスタックの内の第2スタックST2に対応する。
第1犠牲ゲートスタックSGS1の上面、複数の第1スペーサ絶縁層180の最上面、複数の第1犠牲層190の上面、及び複数の第1犠牲充填層160の上面の上には、第2犠牲ゲートスタックSGS2を形成する。
第2犠牲ゲートスタックSGS2は、第1犠牲ゲートスタックSGS1上に複数の第2絶縁層240と複数の第2モールド層270を互いに形成して形成する。
第2絶縁層240と第2モールド層270は、互いにエッチング選択比を有する物質からなる。
例えば、複数の第2絶縁層240は、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含み、複数の第2モールド層270は、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、又は不純物がドーピングされたポリシリコンなどを含み得る。
一実施形態において、第2モールド層270は、第1モールド層170と同じ物質を含むように形成され、第2絶縁層240は、第1絶縁層140と同じ物質を含むように形成され得る。
【0039】
図13を参照すると、接続領域CONRにおいて、第2犠牲ゲートスタックSGS2の一部を除去し、複数の第2スタックオープニングSTO2及び複数の第3スタックオープニングSTO3を形成する。
複数の第2スタックオープニングSTO2は、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面から下面まで第2犠牲ゲートスタックSGS2を完全に貫通し、複数の第1スタックオープニングSTO1と連通される。
例えば、複数の第2スタックオープニングSTO2それぞれの底面には、複数の第1スタックオープニングSTO1それぞれを満たす第1スペーサ絶縁層180、第1犠牲層190、及び少なくとも1層の第1犠牲充填層160が露出される。
複数の第2スタックオープニングSTO2それぞれは、互いに離隔されるように形成する。
【0040】
複数の第2スタックオープニングSTO2それぞれは、第3水平幅W3を有するように形成する。
例えば、第3水平幅W3は、数百nm~数μmである。
一実施形態において、第3水平幅W3は、第1水平幅(
図5BのW1)とほぼ同じ値を有する。
一実施形態において、複数の第2スタックオープニングSTO2それぞれの水平断面は、円形、楕円形、長方形などの多角形又は角丸長方形などの多角形であり得る。
例えば、複数の第2スタックオープニングSTO2の水平断面及び第3水平幅W3は、互いに連通される複数の第1スタックオープニングSTO1の水平断面及び第1水平幅W1とほぼ同一である。
一実施形態において、複数の第2スタックオープニングSTO2は、互いに連通される複数の第1スタックオープニングSTO1と垂直方向に互いに重畳されるように形成する。
一実施形態において、複数の第2スタックオープニングSTO2の個数は、複数の第1スタックオープニングSTO1の個数と同一である。
【0041】
複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれは、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面から第2犠牲ゲートスタックSGS2の一部を除去し、底面に複数の第2絶縁層240の内のいずれか1つが露出される。
複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれは、互いに離隔されるように形成する。
複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれは、第4水平幅W4を有するように形成する。
例えば、第4水平幅W4は、数百nm~数μmである。
一実施形態において、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの水平断面は、円形、楕円形、長方形などの多角形、又は角丸長方形などの多角形であり得る。
例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3の水平断面及び第4水平幅W4は、複数の第2スタックオープニングSTO2の水平断面及び第3水平幅W3とほぼ同一である。
【0042】
一実施形態において、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの底面の垂直レベルは、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの底面に露出される第2絶縁層240の上面の垂直レベルよりも低い。
例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれは、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの底面に露出される第2絶縁層240の内部に延長されるが、複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの底面に露出される第2絶縁層240を貫通しない場合もある。
一実施形態において、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面から複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの底面までの深さは、互いに異なっている。
他の実施形態において、複数の第3スタックオープニングSTO3は、互いに同じ深さを有する2個以上の第3スタックオープニングSTO3を含む複数の第2オープニンググループからなり、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面から複数の第2オープニンググループそれぞれの底面までの深さは、互いに異なっている。
【0043】
複数の第3スタックオープニングSTO3の個数は、複数の第2モールド層270の層数に対応する。
例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3の個数は、第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2モールド層270の層数と同一である。
又は、例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3の個数は、第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2モールド層270の数の1/2、1/3、1/4などであるか、多少多い。
例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3の個数は、第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2モールド層270の数の倍数であるか、多少多い。
【0044】
一実施形態において、複数の第3スタックオープニングSTO3は、第2犠牲ゲートスタックSGS2の一部を除去するm回のエッチング工程を実行して形成する。
例えば、複数の第3スタックオープニングSTO3の個数が第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2モールド層270の個数と同一である場合、2のm乗は、複数の第2モールド層270の層数である。
複数の第2スタックオープニングSTO2は、接続領域CONRで複数の第1スタックオープニングSTO1と垂直方向に重畳される第2犠牲ゲートスタックSGS2の一部を貫通するように形成され、複数の第3スタックオープニングSTO3は、接続領域CONRで複数の第1スタックオープニングSTO1と垂直方向に重畳されない第2犠牲ゲートスタックSGS2部分の一部を貫通するように形成される。
【0045】
図14を参照すると、複数の第2スタックオープニングSTO2及び複数の第3スタックオープニングSTO3を介して露出される第2モールド層270の一部を選択的に除去して第2延長空間ES2を形成する。
第2延長空間ES2は、複数の第2スタックオープニングSTO2と複数の第3スタックオープニングSTO3と連通される。
第2延長空間ES2は、複数の第2スタックオープニングSTO2と複数の第3スタックオープニングSTO3から垂直方向に互いに隣接する2層の第2絶縁層240の間に延長される。
すなわち、第2延長空間ES2それぞれは、垂直方向に互いに隣接する2層の第2絶縁層240の間に形成される。
【0046】
図15を参照すれば、第2延長空間ES2を満たし、複数の第2スタックオープニングSTO2内の表面、複数の第3スタックオープニングSTO3内の表面、及び第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面を覆う第2予備スペーサ絶縁層280Pを形成する。
第2予備スペーサ絶縁層280Pは、第2延長空間ES2を満たすが、複数の第2スタックオープニングSTO2内の表面、複数の第3スタックオープニングSTO3内の表面及び第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面をコンフォーマルに覆うように形成する。
例えば、第2予備スペーサ絶縁層280Pは、複数の第2スタックオープニングSTO2及び複数の第3スタックオープニングSTO3を完全に満たさないように形成する。
第2予備スペーサ絶縁層280Pは、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含み得る。
一実施形態において、第2予備スペーサ絶縁層280Pは、第1スペーサ絶縁層180と同じ物質を含むか、類似したエッチング特性を有する物質からなる。
第2予備スペーサ絶縁層280Pは、第2モールド層270と接しないように形成される。
一実施形態において、第2予備スペーサ絶縁層280Pは、第2モールド層270と同じ物質を含むように形成する。
【0047】
図16を参照すると、複数の第2スタックオープニングSTO2及び複数の第3スタックオープニングSTO3を満たし、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面を覆う第2予備犠牲層290Pを形成する。
例えば、第2予備犠牲層290Pは、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、ポリシリコン又はそれらの組合わせを含むように形成され得る。
一実施形態において、第2予備犠牲層290Pは、第1犠牲層190と同じ物質を含むか、類似したエッチング特性を有する物質からなる。
【0048】
図16及び
図17を共に参照すると、第2犠牲ゲートスタックSGS2の上面が露出されるように、第2予備犠牲層290Pの一部及び第2予備スペーサ絶縁層280Pの一部を除去し、複数の第2犠牲層290及び複数の第2スペーサ絶縁層280を形成する。
複数の第2スペーサ絶縁層280は、垂直方向に互いに隣接する2層の第2絶縁層240の間に位置する第2延長空間ES2を満たし、複数の第2スタックオープニングSTO2内の表面と複数の第3スタックオープニングSTO3内の表面を覆う。
複数の第2犠牲層290は、複数の第2スペーサ絶縁層280によって限定される複数の第2スタックオープニングSTO2内の空間及び複数の第3スタックオープニングSTO3内の空間をいずれも満たす。
例えば、複数の第2スペーサ絶縁層280及び複数の第2犠牲層290は、CMP工程を実行して第2予備犠牲層290Pの一部及び第2予備スペーサ絶縁層280Pの一部を除去して形成する。
複数の第2犠牲層290それぞれは、第5水平幅W5を有するように形成する。
第5水平幅W5は、第3水平幅(
図13のW3)より小さい値を有する。
第5水平幅W5は、第2水平幅(
図9のW2)とほぼ同じ値を有する。
【0049】
図18A及び
図18Bを共に参照すると、第2犠牲ゲートスタックSGS2を貫通する複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2を形成する。
複数の第2チャネルホールCHH2は、メモリセル領域MCRにおいて、第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2絶縁層240と複数の第2モールド層270をいずれも貫通するように形成する。
複数の第2チャネルホールCHH2は、互いに対応する複数の第1チャネルホールCHH1と連通されるように形成する。
複数の第2支持ホールSPH2は、互いに対応する複数の第1支持ホールSPH1と連通されるように形成する。
複数の第2支持ホールSPH2は、接続領域CONRに形成されるが、それに限定されない。
例えば、複数の第2支持ホールSPH2の内の一部は、接続領域CONRに配置され、他の一部は、貫通電極領域TVR及び/又はメモリセル領域MCRに配置される。
【0050】
複数の第2支持ホールSPH2の内の一部のそれぞれは、接続領域CONRで、第2スタックオープニングSTO2内に配置される第2犠牲層290を貫通するように形成する。
複数の第2支持ホールSPH2の内の他の一部それぞれは、接続領域CONRにおいて、第3スタックオープニングSTO3内に第2犠牲層290、第2スペーサ絶縁層280、そして、第2犠牲層290と第2スペーサ絶縁層280の下側に位置する第2絶縁層240と第2モールド層270を貫通するように形成する。
複数の第2支持ホールSPH2の内のさらに他の一部それぞれは、接続領域CONR、貫通電極領域TVR、及び/又はメモリセル領域MCRで第2犠牲ゲートスタックSGS2が含む複数の第2絶縁層240と複数の第2モールド層270をいずれも貫通するように形成する。
【0051】
複数の第2チャネルホールCHH2それぞれは、第3水平直径D3を有するように形成し、複数の第2支持ホールSPH2それぞれは、第4水平直径D4を有するように形成する。
第4水平直径D4は、第3水平直径D3と同径又は大径である。
第4水平直径D4は、第2水平幅(
図9のW2)より小径である。
第3水平直径D3は、第1水平直径(
図10BのD1)と同径又は大径であり、第4水平直径D4は、第2水平直径(
図10BのD2)と同径又は大径である。
一実施形態において、複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2それぞれの水平断面は、円形又は楕円形である。
一実施形態において、複数の第2スタックオープニングSTO2及び複数の第3スタックオープニングSTO3それぞれの内部には、少なくとも2個の第2支持ホールSPH2が配置される。
一実施形態において、複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2それぞれは、上側から下側にベース構造物110に向かって延長され、水平幅及び水平広さが減少するほぼテーパ状を有するように形成する。
【0052】
図19を参照すると、複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2を満たす複数の第2犠牲充填層260を形成する。
例えば、第2犠牲充填層260は、金属、又は炭素を含むカーボン系膜からなる。
第2犠牲充填層260は、第1犠牲充填層160と同じ物質を含むか、類似したエッチング特性を有する物質からなる。
【0053】
図19及び
図20を共に参照すると、第2犠牲ゲートスタックSGS2を覆って複数の貫通オープニング310Oを有する予備カバー絶縁層310を形成する。
複数の貫通オープニング310Oは、複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2に対応して形成する。
例えば、複数の貫通オープニング310Oの内の一部は、互いに対応する複数の第2チャネルホールCHH2と連通され、複数の貫通オープニング310Oの内の他の一部は、互いに対応する複数の第2支持ホールSPH2と連通される。
複数の貫通オープニング310Oの底面には、複数の第2犠牲充填層260が露出される。
複数の貫通オープニング310Oを有する予備カバー絶縁層310を形成した後、複数の貫通オープニング310Oを介して複数の第2チャネルホールCHH2及び複数の第2支持ホールSPH2を満たす複数の第2犠牲充填層260、そして、複数の第1チャネルホールCHH1及び複数の第1支持ホールSPH1を満たす複数の第1犠牲充填層160を除去する。
互いに連通される第1チャネルホールCHH1と第2チャネルホールCHH2は、チャネルホールCHHと称し、互いに連通される第1支持ホールSPH1と第2支持ホールSPH2は、支持ホールSPHと称する。
【0054】
以後、複数のチャネルホールCHHを満たす複数のチャネル構造物360及び複数の支持ホールSPHを満たす複数のダミー構造物360Dを形成する。
複数のダミー構造物360Dは、支持構造物とも称する。
一実施形態において、複数のチャネル構造物360と複数のダミー構造物360Dは、ほぼ類似した構造を有するように形成する。
例えば、
図28Cに示したように、複数のチャネル構造物360それぞれは、ゲート絶縁層362、チャネル層364、埋込み絶縁層366、及び導電プラグ368を含む。
チャネルホールCHHの内側面上にゲート絶縁層362とチャネル層364とが順次に配置される。
例えば、ゲート絶縁層362は、チャネルホールCHHの内側面上にコンフォーマルに配置され、チャネル層364は、ゲート絶縁層362を覆ってチャネルホールCHHの内側面と底面上にコンフォーマルに配置される。
チャネル層364上でチャネルホールCHHの残留空間を満たす埋込み絶縁層366が配置される。
チャネルホールCHHの上側には、チャネル層364と接触し、チャネルホールCHHの入口、例えば、第2チャネルホールCHH2の上端を塞ぐ導電プラグ368が配置される。
【0055】
他の実施形態において、埋込み絶縁層366が省略され、チャネル層364がチャネルホールCHHの残留部分を満たすピラー状からなっている。
また、複数のダミー構造物360Dそれぞれもゲート絶縁層362、チャネル層364、埋込み絶縁層366、及び導電プラグ368を含む。
他の実施形態において、複数のチャネル構造物360と複数のダミー構造物360Dは、異なる構造を有するように形成する。
例えば、複数のチャネル構造物360それぞれは、ゲート絶縁層362、チャネル層364、埋込み絶縁層366、及び導電プラグ368を含み、複数のダミー構造物360Dそれぞれは、単一膜質からなる。
一実施形態において、複数のダミー構造物360Dそれぞれは、シリコン酸化物からなる。
複数のチャネル構造物360と複数のダミー構造物360Dは、ほぼ類似した形状を有するように形成する。
図28Cに示したように、複数のチャネル構造物360それぞれは、第1チャネルホールCHH1と第2チャネルホールCHH2との境界から外側に突出する形状を有するように形成し、複数のチャネル構造物360それぞれと同様に複数のダミー構造物360Dそれぞれも、第1支持ホールSPH1と第2支持ホールSPH2との境界から外側に突出する形状を有するように形成する。
【0056】
図21A及び
図21Bを共に参照すると、ワードラインカット領域WLCRで予備カバー絶縁層310、第2犠牲ゲートスタックSGS2、及び第1犠牲ゲートスタックSGS1を貫通して底面にベース構造物110が露出されるゲートスタック分離開口部WLHを形成する。
ゲートスタック分離開口部WLHは、複数のメモリセルブロック(
図2のBLK1、BLK2、...、BLKn)間に沿って延長され、複数のメモリセルブロック(BLK1、BLK2、...、BLKn)それぞれは、ゲートスタック分離開口部WLHによって取り囲まれる。
図21Aには、ゲートスタック分離開口部WLHがメモリセル領域MCRの一側に位置するように示しているが、それは、例示的に、ゲートスタック分離開口部WLHは、メモリセル領域MCR、接続領域CONR及び貫通電極領域TVRを取り囲むように配置される。
【0057】
図21A、
図21B、及び
図22を共に参照すると、ゲートスタック分離開口部WLHを介して複数の第1モールド層170及び複数の第2モールド層270を除去し、複数の第1除去空間RS1及び複数の第2除去空間RS2を形成する。
複数の第1除去空間RS1それぞれは、複数の第1絶縁層140の内の垂直方向に隣接する2層の第1絶縁層140の間に限定され、複数の第2除去空間RS2それぞれは、複数の第2絶縁層240の内の垂直方向に隣接する2層の第2絶縁層240の間に限定される。
例えば、複数の第1モールド層170及び複数の第2モールド層270は、リン酸溶液をエッチング液として使用した湿式エッチング工程を実行して除去する。
【0058】
図22及び
図23を共に参照すると、複数の第1除去空間RS1及び複数の第2除去空間RS2に導電物質を埋め込み、複数の第1除去空間RS1を満たす複数の第1ゲート電極130及び複数の第2除去空間RSを満たす複数の第2ゲート電極230を形成する。
例えば、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230は、タングステン、ニッケル、コバルト、タンタルのような金属、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイドのような金属シリサイド、ドーピングされたポリシリコン、又はそれらの組合わせを含み得る。
【0059】
ベース構造物110上には、第1ゲートスタックGS1が配置され、第1ゲートスタックGS1上には、第2ゲートスタックGS2が配置される。
第1ゲートスタックGS1は、交互に配置される複数の第1ゲート電極130と複数の第1絶縁層140とを含み、第2ゲートスタックGS2は、交互に配置される複数の第2ゲート電極230と複数の第2絶縁層240とを含む。
第1ゲートスタックGS1及び第2ゲートスタックGS2を共にゲートスタックと称し、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230は、複数のゲート電極と称し、複数の第1絶縁層140及び複数の第2絶縁層240は、複数の絶縁層と称する。
ベース構造物110上には、ゲートスタックが配置され、複数のゲート電極は、垂直方向に沿って離隔され、配置される。
ゲートスタックは、交互に配置される複数のゲート電極と複数の絶縁層を含む。
第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230を形成した後、ゲートスタック分離開口部WLH内に絶縁物質を満たしてゲートスタック分離絶縁層150を形成する。
以後、複数の貫通オープニング310Oを満たして予備カバー絶縁層310を覆う絶縁物質層を形成し、予備カバー絶縁層310及び絶縁物質層からなるカバー絶縁層320を形成する。
一実施形態において、絶縁物質層は、予備カバー絶縁層310と同じ物質を含むか、類似したエッチング特性を有する物質からなる。
【0060】
図23及び
図24を共に参照すると、複数の第2犠牲層290が露出されるように、カバー絶縁層320の一部を除去した後、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去する。
複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190が除去された空間には、複数のゲート接続オープニングGPOを形成する。
【0061】
図24及び
図25を共に参照すると、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部を除去した後、除去された複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部の下側に位置する複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部を除去し、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に、除去された複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部の下側に位置する第1ゲート電極130の一部及び複数の第2ゲート電極230部分が露出される。
【0062】
一実施形態において、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230を露出させるために、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去し、複数の第1スペーサ絶縁層180の一部、複数の第2スペーサ絶縁層280の一部、複数の第1絶縁層140の一部、及び複数の第2絶縁層240の一部を除去する過程において、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの上側一部を除去する。
複数のダミー構造物360Dにおいて、上側一部が除去されていないダミー構造物360Dと区分するために、上側一部が除去されたダミー構造物360Dそれぞれを損失(loss)ダミー構造物360L又は損失支持構造物と称する。
一実施形態において、損失ダミー構造物360Lは、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の上面より上側に突出される。
【0063】
図24及び
図25には、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去する過程では、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの上側一部が除去されず、複数の第1スペーサ絶縁層180の一部、複数の第2スペーサ絶縁層280の一部、複数の第1絶縁層140の一部、及び複数の第2絶縁層240の一部を除去する過程において、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの上側一部が除去されるように図に示しているが、これは、説明及び図示の便宜のためのものであって、それに限定されない。
例えば、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去する過程及び複数の第1スペーサ絶縁層180の一部、複数の第2スペーサ絶縁層280の一部、複数の第1絶縁層140の一部、及び複数の第2絶縁層240の一部を除去する過程それぞれで、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの上側一部を除去する。
【0064】
図26を参照すると、複数のゲート接続オープニングGPO内の表面及びカバー絶縁層320の上面を覆う予備パッド物質層330Pを形成する。
例えば、予備パッド物質層330Pは、タングステン、ニッケル、コバルト、タンタルのような金属、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイドのような金属シリサイド、又はそれらの組合わせを含み得る。
予備パッド物質層330Pは、複数のゲート接続オープニングGPO内に露出される複数の第1スペーサ絶縁層180、複数の第2スペーサ絶縁層280、損失ダミー構造物360L、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230、そして、カバー絶縁層320の上面をコンフォーマルに覆うように形成する。
予備パッド物質層330Pは、予備パッド物質層330Pと接する複数の第1ゲート電極130の上面及び複数の第2ゲート電極230の上面を覆う複数の第1絶縁層140の側面及び複数の第2絶縁層240の側面をさらに覆うように形成する。
【0065】
図26及び
図27を共に参照すると、複数のゲート接続オープニングGPOを満たす充填絶縁層350を形成した後、カバー絶縁層320の上面が露出されるように予備パッド物質層330Pの一部を除去し、複数のゲート接続構造物330を形成する。
一部実施例において、予備パッド物質層330Pの一部を除去する過程で、カバー絶縁層320の上側一部が予備パッド物質層330Pの一部と共に除去され得る。
複数のゲート接続構造物330は、複数のゲート接続オープニングGPO内に配置される。
複数のゲート接続構造物330それぞれは、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面に露出される複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の内のいずれか1つと接して接続される。
複数のゲート接続構造物330それぞれは、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面から内側面に沿って延長され、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの最上端まで延長される。
【0066】
例えば、1つのゲート接続構造物330は、1つのゲート接続オープニングGPOの底面で露出される第1ゲート電極130と第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極と接して接続され、ゲート接続オープニングGPOの内側面に沿って第1絶縁層140と第2絶縁層240の内のいずれか1つの絶縁層の側面、第2スペーサ絶縁層280の側面(又は、第1スペーサ絶縁層180の側面と第2スペーサ絶縁層280の側面)、及びカバー絶縁層320の側面を覆ってゲート接続オープニングGPOの最上端まで延長される。
1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lは、1つのゲート接続オープニングGPO内で1つのゲート接続構造物330と接して接続される第1ゲート電極130と第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出する。
1つのゲート接続構造物330は、1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lの表面を覆う。
【0067】
1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lは、ゲート接続構造物330と接する第1ゲート電極130と第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極、そして、いずれか1つのゲート電極の下側に位置する第1ゲートスタックGS1の一部及び/又は第2ゲートスタックGS2の一部を貫通する。
例えば、1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lは、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230からなる複数のゲート電極と複数の第1絶縁層140及び複数の第2絶縁層240は、複数の絶縁層の内のゲート接続構造物330に接する1つのゲート電極の下側、及び1つのゲート電極の下側にある他のゲート電極及び絶縁層を貫通し、ベース構造物110まで延長される。
すなわち、損失ダミー構造物360Lは、損失ダミー構造物360Lを覆うゲート接続構造物330とベース構造物110との間に介在するゲート電極及び絶縁層を貫通する。
【0068】
図28A~
図28Cを共に参照すると、カバー絶縁層320上に上部支持層TSを形成した後、上部支持層TSを貫通する複数のゲートコンタクトCNT、上部支持層TS、及びカバー絶縁層320を貫通する複数のビットラインコンタクトBCT、及び上部支持層TSを貫通する上部埋込み層155を形成し、上部支持層TS上にビットラインBL及び複数の導電ラインMLを形成し、集積回路素子1を形成する。
集積回路素子1は、周辺回路構造物PSと、周辺回路構造物PSより高い垂直レベルに配置されたセルアレイ構造物CSを含む。
セルアレイ構造物CSは、メモリセル領域MCR、接続領域CONR、貫通電極領域TVRを含み、周辺回路構造物PSは、周辺回路領域PERIを含む。
【0069】
メモリセル領域MCRは、
図3を参照に説明した方式によって駆動する垂直チャネル構造NAND型メモリセルアレイMCA(
図3参照)が形成される領域である。
接続領域CONRは、メモリセル領域MCRに形成されるメモリセルアレイMCAと周辺回路領域PERIとの電気的接続のためのゲートコンタクトCNTが配置される領域である。
貫通電極領域TVRは、メモリセル領域MCRと、これより低い垂直レベルに配置される周辺回路領域PERIの間の電気的接続のための複数の貫通電極TSVが配置される領域である。
セルアレイ構造物CSは、第1ゲートスタックGS1を含む第1スタックST1と、第2ゲートスタックGS2を含む第2スタックST2とを含むものと図に示しているが、これは、例示的なものであって、それに限定されない。
例えば、セルアレイ構造物CSは、それぞれゲートスタックを含む3個以上のスタックを含み得る。
【0070】
複数のゲートコンタクトCNTは、上部支持層TSを貫通して複数のゲート接続構造物330と接して接続され、複数のビットラインコンタクトBCTは、上部支持層TS及びカバー絶縁層320を貫通して複数のチャネル構造物360と接して接続される。
上部埋込み層155は、上部支持層TSを貫通してゲートスタック分離絶縁層150と接する。
一実施形態において、上部埋込み層155は形成されず、省略され得る。
複数のゲートコンタクトCNTは、対応する複数のゲート接続構造物330の上端部と接して接続される。
複数のゲートコンタクトCNTは、互いに同じ垂直高を有する。
複数のビットラインコンタクトBCTは、複数のチャネル構造物360の導電プラグ368と接して接続される。
複数のビットラインコンタクトBCTは、互いに同じ垂直高を有する。
【0071】
ビットラインBLは、複数のビットラインコンタクトBCTの上面と接して接続されるように形成する。
ビットラインBLは、複数のビットラインコンタクトBCT及び複数のチャネル構造物360の導電プラグ368を介して複数のチャネル構造物360のチャネル層364と電気的に接続される。
複数の導電ラインMLは、複数のゲートコンタクトCNTの上面及び複数の貫通電極TSVの上面と接して接続され、複数のゲートコンタクトCNTと複数の貫通電極TSVを電気的に接続される。
接続領域CONRには、複数のゲート接続オープニングGPOを形成する。
複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれは、ゲートスタックの上面から内部に向かって延長される。
複数のゲート接続オープニングGPOの底面には、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230からなる複数のゲート電極の内のいずれか1つのゲート電極が露出される。
【0072】
複数のゲート接続構造物330は、複数のゲート接続オープニングGPOの内側面と底面を覆い、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出されるゲート電極と接続される。
複数のゲート接続構造物330は、複数のゲート接続オープニングGPOの底面から上端まで延長され、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230と、複数のゲートコンタクトCNTとを電気的に接続する。
複数のダミー構造物360Dは、接続領域CONRに形成されるが、それに限定されない。
例えば、複数のダミー構造物360Dの内の一部は、接続領域CONRに配置され、他の一部は、貫通電極領域TVR及び/又はメモリセル領域MCRに配置される。
複数のダミー構造物360Dそれぞれの下端は、同じ垂直レベルに位置する。
複数のダミー構造物360Dの内の接続領域CONRに配置されるダミー構造物360Dの内の一部は、他のダミー構造物360Dより低い垂直レベルに位置する上端を有する損失ダミー構造物360Lである。
【0073】
1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lは、1つのゲート接続オープニングGPO内で1つのゲート接続構造物330と接して接続される第1ゲート電極130と、第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極の上面より上側に突出する。
損失ダミー構造物360Lそれぞれは、損失ダミー構造物360Lそれぞれを覆うゲート接続構造物330と接続されるゲート電極の上面からほぼ同じ高さを有して突出する。
1つのゲート接続構造物330は、1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lの表面を覆う。
1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つの損失ダミー構造物360Lは、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230からなる複数のゲート電極と複数の第1絶縁層140、及び複数の第2絶縁層240は、複数の絶縁層の内のゲート接続構造物330に接する1つのゲート電極の下側、及び1つのゲート電極の下側にある他のゲート電極及び絶縁層を貫通してベース構造物110まで延長される。
すなわち、損失ダミー構造物360Lは、損失ダミー構造物360Lを覆うゲート接続構造物330とベース構造物110との間に介在するゲート電極及び絶縁層を貫通する。
【0074】
メモリセル領域MCRに配置される複数のチャネル構造物360それぞれは、ゲート絶縁層362、チャネル層364、埋込み絶縁層366、及び導電プラグ368を含む。
チャネルホールCHHの内側面上にゲート絶縁層362とチャネル層364が順次に配置される。
例えば、ゲート絶縁層362は、チャネルホールCHHの内側面上にコンフォーマルに配置され、チャネル層364は、ゲート絶縁層362を覆ってチャネルホールCHHの内側面と底面の上にコンフォーマルに配置される。
チャネル層364上で、チャネルホールCHHの残留空間を満たす埋込み絶縁層366が配置される。
チャネルホールCHHの上側には、チャネル層364と接触してチャネルホールCHHの入口、例えば、第2チャネルホールCHH2の上端を塞ぐ導電プラグ368が配置される。
【0075】
他の実施形態において、埋込み絶縁層366が省略され、チャネル層364がチャネルホールCHHの残留部分を満たすピラー状からなる。
複数のチャネル構造物360は、第2ゲートスタックGS2及び第1ゲートスタックGS1を貫通してベース構造物110内に延長される。
チャネル層364は、ベース構造物110と接続される。
ゲート絶縁層362は、チャネル層364の外側壁上に、順次にトンネリング誘電膜362A、電荷保存膜362B、及びブロッキング誘電膜362Cを含む構造を有する。
ゲート絶縁層362をなすトンネリング誘電膜362A、電荷保存膜362B、及びブロッキング誘電膜362Cの相対的な厚さは、
図28Cに例示したものに限定されず、多様に変形され得る。
【0076】
トンネリング誘電膜362Aは、シリコン酸化物、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物などを含み得る。
電荷保存膜362Bは、チャネル層364からトンネリング誘電膜362Aを通過した電子が保存される領域であって、シリコン窒化物、ボロン窒化物、シリコンボロン窒化物、又は不純物がドーピングされたポリシリコンを含み得る。
ブロッキング誘電膜362Cは、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又はシリコン酸化物より誘電率がさらに大きい金属酸化物からなる。
金属酸化物は、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物、又はそれらの組合わせからなる。
【0077】
図29A~
図29Cは、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面レイアウトである。
図29Aを参照すると、集積回路素子(1-1)は、メモリセル領域MCR及び接続領域CONRをそれぞれ有する複数のメモリセルブロックBLKを含む。
接続領域CONRは、複数のメモリセルブロックBLKそれぞれの一側端に接して配置される。
ゲートスタック分離開口部WLHは、複数のメモリセルブロックBLKの間に沿って延長され、複数のメモリセルブロックBLKそれぞれは、ゲートスタック分離開口部WLHによって取り囲まれる。
【0078】
メモリセル領域MCRには、複数のチャネル構造物360が配置される。
接続領域CONRには、複数のダミー構造物360D及び複数のゲート接続構造物330が配置される。
図29Aには、複数のゲート接続構造物330それぞれの水平断面が円形であるとして図に示しているが、それに限定されない。
例えば、複数のゲート接続構造物330それぞれの水平断面は、円形、楕円形、長方形などの多角形、又は角丸状の長方形などの多角形でもあり得る。
複数のダミー構造物360Dの内の一部は、平面的に(top-view)複数のゲート接続構造物330それぞれによって取り囲まれる損失ダミー構造物360Lである。
【0079】
図29Bを参照すると、集積回路素子(1-2)は、メモリセル領域MCR及び接続領域CONRをそれぞれ有する複数のメモリセルブロックBLKを含む。
接続領域CONRは、複数のメモリセルブロックBLKの内部に位置し、接続領域CONR両側にメモリセル領域MCRが配置される。
【0080】
図29Cを参照すると、集積回路素子(1-3)は、メモリセル領域MCR及び接続領域CONRをそれぞれ有する複数のメモリセルブロックBLKを含む。
複数のメモリセルブロックBLKそれぞれは、互いに離隔される少なくとも2個の接続領域CONRを有する。
一実施形態において、少なくとも2個の接続領域CONRそれぞれの両側にメモリセル領域MCRが配置される。
【0081】
図4~
図29Cを共に参照すると、本発明による集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3)は、複数のメモリセルブロックBLKは、ゲートスタック分離開口部WLHによって分離し、ゲートスタック分離開口部WLHは、複数のメモリセルブロックBLKそれぞれを取り囲む。
したがって、メモリセルブロックBLKが含む複数のゲート電極の端と複数の絶縁層の端は、互いに整列され、複数のゲート電極及び複数の絶縁層が交互に配置されるゲートスタックは、階段構造を有さない。
したがって、セルアレイ構造物CSの接続領域CONRは、階段構造を有するゲートスタックの部分に配置されない場合もある。
【0082】
本発明による集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3)は、ゲート接続オープニングGPOの内側面と底面を覆うゲート接続構造物330がゲート接続オープニングGPOの底面に位置するゲート電極と接して接続され、ゲート接続構造物330の上端に接続されるゲートコンタクトCNTがゲート接続構造物330と導電ラインMLを接続する。
したがって、互いに異なる垂直レベルに位置する複数のゲートラインと電気的に接続される複数のゲートコンタクトCNTは、同じ垂直レベルにおいて同じ垂直高を有するように形成し、複数のゲートコンタクトCNTを形成するために、異なる垂直高を有するコンタクトホールを形成する必要がない。
【0083】
複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの下側に位置するゲート電極及び絶縁層を貫通するダミー構造物360D、例えば、損失ダミー構造物360Lは、ゲートスタックを支持する支持構造物でもあり、複数のゲート接続オープニングGPOを形成する過程において、ゲートスタックが崩れることを防止し、集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3)の構造的信頼性が確保される。
もし、ゲートスタックが階段構造を有する場合、ゲートスタックの内の階段構造を有する部分でエッチング工程、例えば、第1支持ホールSPH1と第2支持ホールSPH2をそれぞれ含む複数の支持ホールSPHを形成するためのエッチング工程を実行するとき、階段構造で複数の支持ホールSPHそれぞれの位置によって除去される物質の割合が異なり、エッチング工程難易度が増加する。
【0084】
しかし、本発明による集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3)が含むゲートスタックは、階段構造を持たないので、第1支持ホールSPH1と第2支持ホールSPH2をそれぞれ含む複数の支持ホールSPHを形成するためのエッチング工程を容易に実行することができる。
また、本発明による集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3)は、セルアレイ構造物CSの接続領域CONRがゲートスタックの階段構造に配置される必要がないので、メモリセルブロックBLK内で接続領域CONRを自由に配置することができる。
【0085】
図30は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、
図30は、
図28AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図30に関連する内容において、
図4~
図29Cと重複する説明は省略する。
図30を参照すると、集積回路素子1aは、複数のゲート接続構造物330と複数のゲートコンタクトCNTとの間に介在する複数のランディングパッド340を含む。
【0086】
複数のランディングパッド340は、複数のゲート接続構造物330の上端と接し、複数の充填絶縁層350上に配置される。
一実施形態において、複数のランディングパッド340は、複数のゲート接続構造物330の上面及び複数の充填絶縁層350の上面を覆い、複数のゲート接続構造物330に隣接するカバー絶縁層320の一部を共に覆う。
複数のゲートコンタクトCNTは、複数のゲート接続構造物330と接して接続される複数のランディングパッド340の上面と接して接続される。
【0087】
図31は、本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図であり、
図32は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、
図31及び
図32は、
図28AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図31及び
図32に関連する内容において、
図4~
図29Cと重複する説明は省略する。
【0088】
図24及び
図31を参照すると、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部を除去した後、除去された複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部の下側に位置する複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部を除去し、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に除去された複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部の下側に位置する第1ゲート電極130の一部及び複数の第2ゲート電極230が部分が露出される。
【0089】
一実施形態において、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230を露出させるために、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去し、複数の第1スペーサ絶縁層180の一部、複数の第2スペーサ絶縁層280の一部、複数の第1絶縁層140の一部、及び複数の第2絶縁層240の一部を除去する過程において、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの部分が除去されず、残留される。
複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dは、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の上面より上側に突出する。
【0090】
図32を参照すると、
図26~
図28Cを通じて説明した方法を参照し、複数のゲート接続構造物330a、複数の充填絶縁層350、上部支持層TS、複数のゲートコンタクトCNT、複数のビットラインコンタクト(
図28AのBCT)、上部埋込み層(
図28Aの155)、ビットライン(
図28AのBL)及び複数の導電ライン(
図28AのML)を形成し、集積回路素子2を形成する。
複数のゲート接続構造物330aは、複数のゲート接続オープニングGPO内に配置され、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230と接して接続される。
1つのゲート接続構造物330aは、1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する少なくとも1つのダミー構造物360Dの表面、すなわち、側面及び上面を覆う。
【0091】
図33は、本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図であり、
図34は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的に
図33及び
図34は、
図28AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図33及び
図34に関連する内容において、
図4~
図29Cと重複する説明は省略する。
【0092】
図24及び
図33を参照すると、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部を除去した後、除去された複数の第1スペーサ絶縁層180の一部及び複数の第2スペーサ絶縁層280の一部の下側に位置する複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部を除去し、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に除去された複数の第1絶縁層140の一部及び複数の第2絶縁層240の一部の下側に位置する第1ゲート電極130の一部及び複数の第2ゲート電極230の部分が露出される。
一実施形態において、複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230を露出させるために、複数の第2犠牲層290及び複数の第1犠牲層190を除去し、複数の第1スペーサ絶縁層180の一部、複数の第2スペーサ絶縁層280の一部、複数の第1絶縁層140の一部、及び複数の第2絶縁層240の一部を除去する過程において、複数のゲート接続オープニングGPO内に位置するダミー構造物360Dの部分がいずれも除去される。
【0093】
複数のダミー構造物360Dにおいて、上側一部が除去されていないダミー構造物360Dと区分するために、上側部分が除去されたダミー構造物360Dそれぞれを損失ダミー構造物360C又は損失支持構造物と称する。
一実施形態において、損失ダミー構造物360Cは、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の上面より上側に突出しない場合もある。
一実施形態において、損失ダミー構造物360Cの上面と複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の上面は、同じ垂直レベルに位置し、共面(coplanar)をなす。
【0094】
図34を参照すれば、
図26~
図28Cを通じて説明した方法を参照し、複数のゲート接続構造物330b、複数の充填絶縁層350、上部支持層TS、複数のゲートコンタクトCNT、複数のビットラインコンタクト(
図28AのBCT)、上部埋込み層(
図28Aの155)、ビットライン(
図28AのBL)及び複数の導電ライン(
図28AのML)を形成し、集積回路素子3を形成する。
複数のゲート接続構造物330bは、複数のゲート接続オープニングGPO内に配置され、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230と接して接続される。
複数のゲート接続構造物330aは、複数のゲート接続オープニングGPOの底面に露出される複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の上面と、損失ダミー構造物360Cの上面を覆う。
【0095】
図35~
図37は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、
図35~
図37は、
図28AのEDに対応する部分とEEに対応する部分を拡大して示す拡大断面図であり、
図35~
図37に関連する内容において、
図4~
図29Cと重複する説明は省略する。
図35を参照すると、集積回路素子4は、
図28A~
図28Cに示した集積回路素子1が含む複数のゲート接続構造物330及び複数の充填絶縁層350の代わりに、複数のゲート接続構造物330cのみを含む。
【0096】
図26に示した複数のゲート接続オープニングGPO内の表面及びカバー絶縁層320の上面を覆う予備パッド物質層330Pの代わりに、複数のゲート接続オープニングGPOを満たす予備パッド物質層を形成した後、カバー絶縁層320の上面が露出されるように予備パッド物質層の一部を除去して複数のゲート接続構造物330cを形成する。
複数のゲート接続構造物330cは、複数のゲート接続オープニングGPOの底面及び内側面を覆うが、複数のゲート接続オープニングGPOをいずれも満たす。
【0097】
図36を参照すると、集積回路素子5は、
図32に示した集積回路素子2が含む複数のゲート接続構造物330a及び複数の充填絶縁層350の代わりに、複数のゲート接続構造物330cのみを含む。
【0098】
図37を参照すると、集積回路素子6は、
図34に示した集積回路素子3が含む複数のゲート接続構造物330b及び複数の充填絶縁層350の代わりに、複数のゲート接続構造物330cのみを含む。
【0099】
【0100】
図33及び
図38を参照すると、複数のゲート接続オープニングGPO内の表面及びカバー絶縁層320の上面を覆う予備パッド物質層330Pを形成する。
予備パッド物質層330Pは、複数のゲート接続オープニングGPO内に露出される複数の第1スペーサ絶縁層180、複数の第2スペーサ絶縁層280、損失ダミー構造物360C、複数の第1ゲート電極130、及び複数の第2ゲート電極230、そして、カバー絶縁層320の上面をコンフォーマルに覆うように形成する。
予備パッド物質層330Pは、予備パッド物質層330Pと接する複数の第1ゲート電極130の上面及び複数の第2ゲート電極230の上面を覆う複数の第1絶縁層140の側面及び複数の第2絶縁層240の側面をさらに覆うように形成する。
【0101】
図38及び
図39を共に参照すると、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面を覆う予備パッド物質層330Pの一部、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面に位置する複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極の一部、及びその下側に位置する複数の第1絶縁層140及び複数の第2絶縁層240の内のいずれか1つの絶縁層の一部を除去し、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面に位置する複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の内のいずれか1つのゲート電極より低い垂直レベルに位置する他の1つのゲート電極を露出させる。
【0102】
複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面に位置する複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230のうちいずれか1つのゲート電極を上部ゲート電極と称し、上部ゲート電極より低い垂直レベルに位置する他の1つのゲート電極を下部ゲート電極と称する。
予備パッド物質層330Pを覆う内部スペーサ絶縁層285を形成し、複数のゲート接続オープニングGPO内に内部スペーサ絶縁層285によって限定される複数の内部ゲート接続オープニングIGPOを形成する。
【0103】
次いで、内部ゲート接続オープニングIGPOの内側面及び底面を覆う予備内部パッド物質層335Pを形成する。
内部スペーサ絶縁層285は、下部ゲート電極を覆わないように形成する。
図39には、内部スペーサ絶縁層285がカバー絶縁層320の上面を覆う予備パッド物質層330Pの一部を覆うものと図に示しているが、これは、例示的にものであって、それに限定されない。
例えば、内部スペーサ絶縁層285は、複数のゲート接続オープニングGPO内で、予備パッド物質層330P及び上部ゲート電極の側面を覆うが、下部ゲート電極の上面を覆わないように形成する。
【0104】
図40A~
図40Cを共に参照すると、複数の内部ゲート接続オープニングIGPOを満たす充填絶縁層350aを形成した後、カバー絶縁層320の上面が露出されるように、予備パッド物質層330P及び予備内部パッド物質層335Pの一部を除去し、複数のゲート接続構造物330d及び複数の内部ゲート接続構造物335を形成する。
以後、上部支持層TS、複数のゲートコンタクトCNTa、複数のビットラインコンタクトBCT、上部埋込み層155、ビットラインBL及び複数の導電ラインMLを形成し、集積回路素子7を形成する。
【0105】
複数のゲート接続構造物330dは、複数のゲート接続オープニングGPO内に配置され、複数のゲート接続構造物330dそれぞれは、複数のゲート接続オープニングGPOそれぞれの底面に露出される上部ゲート電極の上面と接して接続される。
複数の内部ゲート接続構造物335は、複数の内部ゲート接続オープニングIGPO内に配置され、複数の内部ゲート接続構造物335それぞれは、複数の内部ゲート接続オープニングIGPOそれぞれの底面に露出される下部ゲート電極の上面と接して接続される。
複数のゲート接続構造物330dと複数の内部ゲート接続構造物335との間には、複数の内部スペーサ絶縁層285が介在する。
【0106】
例えば、複数のゲート接続構造物330dそれぞれは、上下部が展開されたシリンダ形状を有する。
複数の内部ゲート接続オープニングIGPOそれぞれは、上部ゲート電極を貫通して下部ゲート電極まで延長される。
複数の内部ゲート接続オープニングIGPOそれぞれは、下部ゲート電極を貫通しない場合もある。
複数のゲート接続構造物330dの下面のそれぞれは、上部ゲート電極の内の内部ゲート接続オープニングIGPOと近い部分上面と接する。
ゲート接続構造物330dの水平内径(inner diameter)は、内部ゲート接続オープニングIGPOの水平幅より大きい値を有する。
【0107】
例えば、複数の内部ゲート接続構造物335は、上部が開放され、下部が閉鎖されたシリンダ形状を有する。
複数の内部ゲート接続構造物335の下面それぞれは、内部ゲート接続オープニングIGPOの底面に位置する下部ゲート電極の一部の上面と接する。
内部ゲート接続構造物335の水平外径(outer diameter)は、内部ゲート接続オープニングIGPOの水平幅と同値を有する。
複数のゲートコンタクトCNTaは、第1ゲートコンタクトCNT1及び第2ゲートコンタクトCNT2を含む。
第1ゲートコンタクトCNT1は、ゲート接続構造物330dの上端と接して接続され、第2ゲートコンタクトCNT2は、内部ゲート接続構造物335の上端と接して接続される。
ゲート接続構造物330d及び内部ゲート接続構造物335は、第1ゲート接続構造物及び第2ゲート接続構造物と称する。
複数の導電ラインMLは、複数のゲートコンタクトCNTaの上面及び複数の貫通電極TSVの上面と接して接続され、複数のゲートコンタクトCNTaと複数の貫通電極TSVを電気的に接続される。
【0108】
図40Cには、ゲート接続構造物330dと内部ゲート接続構造物335が複数の第2ゲート電極230と接続される形状を示す斜視図を例示的に示す。
例えば、複数の第2ゲート電極230は、垂直方向に沿って離隔されて配置される第1電極(230-1)、第2電極(230-2)、第3電極(230-3)、及び第4電極(230-4)を含む。
第1電極(230-1)は、下部ゲート電極でもあり、第2電極(230-2)は、上部ゲート電極である。
内部ゲート接続構造物335は、第1電極(230-1)の上面と接する。
内部ゲート接続構造物335は、第4電極(230-4)、第3電極(230-3)、及び第2電極(230-2)を貫通して第1電極(230-1)の上面と接する。
内部ゲート接続構造物335は、上部が開かれて下部が閉じたシリンダ形状を有する。
ゲート接続構造物330dは、第2電極230-2の上面と接する。
複数のゲート接続構造物330dそれぞれは、上下部が展開されたシリンダ形状を有する。
【0109】
図40A~
図40Cには、1つのゲート接続オープニングGPO内に、第1ゲート接続構造物及び第2ゲート接続構造物、すなわち、ゲート接続構造物330d及び内部ゲート接続構造物335が位置するように図に示しているが、それは、例示的なものであって、それに限定されない。
例えば、1つのゲート接続オープニングGPO内には、内部スペーサ絶縁層によって互いに離隔される3個以上のゲート接続構造物が位置し、3個以上のゲート接続構造物の内の最も内側のゲート接続構造物は、内部ゲート接続構造物335と同様に上部が開放され、下部が閉鎖されたシリンダ形状を有し、残りのゲート接続構造物は、ゲート接続構造物330dと同様に上下部が展開されたシリンダ形状を有する。
1つのゲート接続オープニングGPO内に位置する3個以上のゲート接続構造物は、互いに異なる3個以上の垂直レベルに位置するゲート電極それぞれと接して接続される。
【0110】
図41は、本発明の実施形態による集積回路素子を含む電子システムの概略構成を示す図である。
図41を参照すると、電子システム1000は、1つ以上のメモリ素子1100、及びメモリ素子1100と電気的に接続されるメモリコントローラ1200を含む。
電子システム1000は、例えば、少なくとも1つのメモリ素子1100を含むSSD装置(solid state drive device)、USB(Universal Serial Bus)、コンピュータシステム、医療装置又は通信装置である。
【0111】
メモリ素子1100は、不揮発性メモリ素子を含む集積回路素子である。
例えば、メモリ素子1100は、
図4~
図40を参照して説明した集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3、1a、2、3、4、5、6、7)の内の1つ、又はそれらの組合わせを含む集積回路素子である。
メモリ素子1100は、第1構造体1100F、及び第1構造体1100F上の第2構造体1100Sを含む。
第1構造体1100Fは、
図2、
図28A、及び
図40Aに示した周辺回路構造物PSに対応する。
図2、
図28A、及び
図40Aに示した周辺回路構造物PSは、ロウデコーダ1110、ページバッファ1120、及びロジック回路1130を含む。
【0112】
第2構造体1100Sは、
図2、
図28A、及び
図40Aに示したセルアレイ構造物CSに対応する。
第2構造体1100Sは、ビットラインBL、共通ソースラインCSL、複数のワードラインWL、第1及び第2ストリング選択ライン(UL1、UL2)、第1及び第2接地選択ライン(LL1、LL2)、及びビットラインBLと共通ソースラインCSLとの間にある複数のメモリセルストリングCSTRを含む。
図28A、及び
図40Aに示した複数の第1ゲート電極130と複数の第2ゲート電極230、そして複数のチャネル構造物360は、複数のメモリセルストリングCSTRを形成する。
【0113】
第2構造体1100Sにおいて、複数のメモリセルストリングCSTRは、それぞれ共通ソースラインCSLに隣接する接地選択トランジスタ(LT1、LT2)、ビットラインBLに隣接するストリング選択トランジスタ(UT1、UT2)、及び接地選択トランジスタ(LT1、LT2)とストリング選択トランジスタ(UT1、UT2)との間に配置される複数のメモリセルトランジスタMCTを含む。
接地選択トランジスタ(LT1、LT2)の個数とストリング選択トランジスタ(UT1、UT2)の個数は、実施形態によって多様に変形され得る。
【0114】
図28A、及び
図40Aに示した複数のチャネル構造物360の内の1つと複数の第1ゲート電極130及び複数の第2ゲート電極230の内の1つは、複数のトランジスタ(LT1、LT2、UT1、UT2、MCT)の内の1つを形成する。
実施形態において、複数の接地選択ライン(LL1、LL2)は、それぞれ接地選択トランジスタ(LT1、LT2)のゲート電極に接続される。
ワードラインWLは、メモリセルトランジスタMCTのゲート電極に接続される。
複数のストリング選択ライン(UL1、UL2)は、それぞれストリング選択トランジスタ(UT1、UT2)のゲート電極に接続される。
共通ソースラインCSL、複数の接地選択ライン(LL1、LL2)、複数のワードラインWL、及び複数のストリング選択ライン(UL1、UL2)は、ロウデコーダ1110に接続される。
複数のビットラインBLはページバッファ1120に電気的に接続される。
【0115】
メモリ素子1100は、ロジック回路1130と電気的に接続される外部接続パッド1101を通じて、メモリコントローラ1200と通信する。
外部接続パッド1101は、ロジック回路1130と電気的に接続される。
メモリコントローラ1200は、プロセッサ1210、NANDコントローラ1220、及びホストインターフェース1230を含む。
一実施形態において、電子システム1000は、複数のメモリ素子1100を含み、この場合、メモリコントローラ1200は、複数のメモリ素子1100を制御する。
【0116】
プロセッサ1210は、メモリコントローラ1200を含む電子システム1000全般の動作を制御する。
プロセッサ1210は、所定のファームウェアによって動作し、NANDコントローラ1220を制御し、メモリ素子1100にアクセスする。
NANDコントローラ1220は、メモリ素子1100との通信を処理するNANDインターフェース1221を含む。
NANDインターフェース1221を通じて、メモリ素子1100を制御するための制御命令、メモリ素子1100の複数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、メモリ素子1100の複数のメモリセルトランジスタMCTから読込みしようとするデータなどが送信される。
ホストインターフェース1230は、電子システム1000と外部ホストとの通信機能を提供する。
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メモリ素子1100を制御する。
【0117】
図42は、本発明の実施形態による集積回路素子を含む電子システムを概略的に示す斜視図である。
図42を参照すると、本発明の実施形態による電子システム2000は、メイン基板2001、メイン基板2001に実装されるメモリコントローラ2002、1つ以上の半導体パッケージ2003、及びDRAM2004を含む。
【0118】
半導体パッケージ2003及びDRAM2004は、メイン基板2001上に形成される複数の配線パターン2005によってメモリコントローラ2002と互いに接続される。
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を含む。
コネクタ2006において複数のピンの個数と配置は、電子システム2000と外部ホストとの通信インターフェースによっても異なる。
実施形態において、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)用のM-Phyなどのインターフェースの内のいずれか1つによって外部ホストと通信する。
【0119】
実施形態において、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される電源によって動作する。
電子システム2000は、外部ホストから供給される電源をメモリコントローラ2002及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。
メモリコントローラ2002は、半導体パッケージ2003にデータを記録したり、半導体パッケージ2003からデータを読み込むことで、電子システム2000の動作速度を改善する。
DRAM2004は、データ保存空間である半導体パッケージ2003と外部ホストとの速度差を緩和するためのバッファメモリである。
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動作し、半導体パッケージ2003に対する制御動作で、データを臨時保存するための空間として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、メモリコントローラ2002は、半導体パッケージ2003を制御するためのNANDコントローラ以外にDRAM2004を制御するためのDRAMコントローラをさらに含み得る。
【0120】
半導体パッケージ2003は、互いに離隔された第1及び第2半導体パッケージ(2003a、2003b)を含む。
第1及び第2半導体パッケージ(2003a、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る。
第1及び第2半導体パッケージ(2003a、2003b)それぞれは、パッケージ基板2100、パッケージ基板2100上の複数の半導体チップ2200、複数の半導体チップ2200それぞれの下面に配置される接着層2300、複数の半導体チップ2200とパッケージ基板2100とを電気的に接続する接続構造体2400、及びパッケージ基板2100上で複数の半導体チップ2200及び接続構造体2400を覆うモールディング層2500を含む。
パッケージ基板2100は、複数のパッケージ上部パッド2130を含む印刷回路基板である。
複数の半導体チップ2200は、それぞれ入出力パッド2210を含む。
複数の半導体チップ2200それぞれは、
図4~
図40Cを参照して説明した集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3、1a、2、3、4、5、6、7)の内の少なくとも1つを含む。
【0121】
実施形態において、接続構造体2400は、入出力パッド2210とパッケージ上部パッド2130とを電気的に接続するボンディングワイヤである。
したがって、第1及び第2半導体パッケージ(2003a、2003b)において、複数の半導体チップ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、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。
実施形態において、第1及び第2半導体パッケージ(2003a、2003b)において、複数の半導体チップ2200は、ボンディングワイヤ方式の接続構造体2400の代わりに、TSV(through silicon via)を含む接続構造体によって互いに電気的に接続される。
実施形態において、メモリコントローラ2002と複数の半導体チップ2200は、1つのパッケージに含む。
実施形態において、メイン基板2001と異なる別途のインターポーザ基板にメモリコントローラ2002と複数の半導体チップ2200が実装され、インターポーザ基板上に形成される配線によってメモリコントローラ2002と複数の半導体チップ2200とが互いに接続される。
【0122】
図43は、本発明の実施形態による集積回路素子を含む半導体パッケージを概略的に示す断面図である。
図43を参照すると、半導体パッケージ2003において、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、パッケージ基板本体部2120、パッケージ基板本体部2120の上面に配置される複数のパッケージ上部パッド2130(
図42参照)、パッケージ基板本体部2120の下面に配置されるか、下面を介して露出される複数の下部パッド2125、及びパッケージ基板本体部2120内部で複数のパッケージ上部パッド2130(
図42参照)と複数の下部パッド2125を電気的に接続する複数の内部配線2135を含む。
【0123】
図42に示したように、複数のパッケージ上部パッド2130は、複数の接続構造体2400と電気的に接続される。
複数の下部パッド2125は、複数の導電性バンプ2800を介して
図42に示した電子システム2000のメイン基板2001上の複数の配線パターン2005に接続される。
複数の半導体チップ2200それぞれは、
図4~
図40Cを参照して説明した集積回路素子(1、1-1、1-2、1-3、1a、2、3、4、5、6、7)の内の少なくとも1つを含む。
【0124】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0125】
10、1、1-1、1-2、1-3、1a、2、3、4、5、6、7 集積回路素子
20 メモリセルアレイ
30 周辺回路
32 ロウデコーダ
34 ページバッファ
36 データ入出力回路
38 制御ロジック
50 基板
52 素子分離膜
60TR 周辺回路トランジスタ
62 ソース/ドレイン領域
70 周辺回路配線構造物
72 周辺回路コンタクト
74 周辺回路配線層
80 層間絶縁膜
110 ベース構造物
140 第1絶縁層
170 第1モールド層
330、330a、330b、330c、330d ゲート接続構造物
360 チャネル構造物
360D ダミー構造物
BCT ビットラインコンタクト
BL ビットライン
CNT、CNTa ゲートコンタクト
CONR 接続領域
CS セルアレイ構造物
GPO ゲート接続オープニング
GS1 第1ゲートスタック
GS2 第2ゲートスタック
IGPO 内部ゲート接続オープニング
MCR メモリセル領域
ML 導電ライン
PERI 周辺回路領域
PS 周辺回路構造物
TVR 貫通電極領域
WLCR ワードラインカット領域