(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H10B 43/27 20230101AFI20240702BHJP
H10B 41/27 20230101ALI20240702BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20240702BHJP
H01L 29/788 20060101ALI20240702BHJP
H01L 29/792 20060101ALI20240702BHJP
H10B 41/40 20230101ALI20240702BHJP
H10B 43/40 20230101ALI20240702BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20240702BHJP
H01L 25/065 20230101ALI20240702BHJP
H01L 25/18 20230101ALI20240702BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20240702BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20240702BHJP
H01L 23/522 20060101ALI20240702BHJP
【FI】
H10B43/27
H10B41/27
H01L29/78 371
H10B41/40
H10B43/40
H01L25/08 B
H01L21/88 A
H01L21/88 T
(21)【出願番号】P 2019218961
(22)【出願日】2019-12-03
【審査請求日】2022-11-29
(31)【優先権主張番号】10-2018-0167170
(32)【優先日】2018-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【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】金森 宏治
(72)【発明者】
【氏名】朴 玄 睦
(72)【発明者】
【氏名】金 容 錫
(72)【発明者】
【氏名】李 ギョン 奐
(72)【発明者】
【氏名】林 濬 熙
(72)【発明者】
【氏名】韓 智 勳
【審査官】脇水 佳弘
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-062901(JP,A)
【文献】特開2010-118659(JP,A)
【文献】米国特許第09502471(US,B1)
【文献】特開2018-148071(JP,A)
【文献】米国特許第09691782(US,B1)
【文献】特開2003-282573(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第107658315(CN,A)
【文献】特開2011-187794(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H10B 41/00
H10B 43/00
H01L 21/336
H01L 25/07
H01L 21/3205
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドと、を含む第1半導体構造物と、
前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続される第2半導体構造物と、を有し、
前記第2半導体構造物は、
前記第1半導体構造物に向かう第1面と前記第1面と対向する第2面とを有するベース層と、
前記ベース層の第1面上で前記第1面に垂直な方向に沿って互いに離隔して積層される第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極の少なくとも一部を貫通して延長される第1チャネルと、を含む第1メモリセル構造物と、
前記第1ゲート電極の下部で前記第1面に垂直な方向に沿って互いに離隔して積層される第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極の少なくとも一部を貫通して延長される第2チャネルと、を含む第2メモリセル構造物と、
前記第1メモリセル構造物と前記第2メモリセル構造物との間に配置され、前記第1及び第2チャネルに共通に電気的に接続されるビットラインと、
前記ベース層の第2面上で互いに離隔して配置される第1及び第2導電層と、
前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、
前記第2導電層の下で前記第1面に垂直な方向に沿って延長され、前記第2導電層と電気的に接続される第1コンタクトプラグと、
前記第2メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含み、
前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、
前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続さ
れ、
前記第2半導体構造物は、前記ビットラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続される接続パッドをさらに含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1コンタクトプラグは、前記第2導電層と前記接続パッドとの間に配置され、前記第2導電層及び前記接続パッドを電気的に接続することを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1コンタクトプラグは、複数個からなり、1つの前記第2導電層に前記第1コンタクトプラグの複数個が接続されることを特徴とする
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1コンタクトプラグは、前記ベース層を貫通して前記第2導電層と直接接続されることを特徴とする
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記接続パッドと前記第2接合パッドとの間に配置され、前記第2接合パッドの少なくとも1つと前記接続パッドとを電気的に接続する第2コンタクトプラグをさらに有することを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記接続パッドは、前記ビットラインと実質的に同一の厚さを有することを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1導電層は、前記第1及び第2ゲート電極と重畳するよう配置され、前記第2導電層は、前記第1及び第2ゲート電極と重畳しないように前記第1及び第2ゲート電極から水平方向に離隔して配置されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1導電層は、前記第1チャネルに電気的信号を印加するソースラインを構成し、
前記第2導電層は、前記第1導電層と電気的に分離されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第1及び第2導電層は、実質的に同一の高さレベルに位置し、実質的に同一の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記開口部を定義する前記パッド絶縁層の側面及び前記開口部によって露出した前記第2導電層の上面は、前記半導体装置の外側に露出することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第1及び第2チャネルは、前記ベース層に向かって幅が狭くなるように傾斜した側面を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第2メモリセル構造物の下部に配置され、前記第2チャネルに電気的信号を印加するソースラインを構成する第3導電層をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項13】
基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドとを含む第1半導体構造物と、
前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続され、ベース層と、前記ベース層の下面上で、前記下面に垂直な方向に沿って積層される複数のメモリセル構造物と、前記メモリセル構造物の間に配置され、上下の前記メモリセル構造物の間で共有される少なくとも1つの配線ラインと、前記ベース層の上面上で互いに離隔して配置される第1及び第2導電層と、前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、前記第2導電層の下部で前記配線ラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続され
る接続パッドと、前記メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含む第2半導体構造物と、を有し、
前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、
前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項14】
前記接続パッドの上面及び下面にそれぞれ配置される複数のコンタクトプラグをさらに有することを特徴とする
請求項13に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記第2導電層は、前記接続パッド及び前記コンタクトプラグを介して前記第2接合パッドの少なくとも1つと電気的に接続されることを特徴とする
請求項14に記載の半導体装置。
【請求項16】
それぞれの前記メモリセル構造物は、前記ベース層の下面上に垂直な方向に沿って互いに離隔して積層されるゲート電極及び前記ゲート電極を貫通して延長されるチャネルを含み、
前記少なくとも1つの配線ラインは、隣接する前記メモリセル構造物の前記チャネルに共通に電気的に接続されるビットラインを含むことを特徴とする
請求項13に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記少なくとも1つの配線ラインは、隣接する前記メモリセル構造物の前記チャネルに共通に電気的に接続されるソースラインをさらに含むことを特徴とする
請求項16に記載の半導体装置。
【請求項18】
基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、及び前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドと、を含む第1半導体構造物と、
前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続され、ベース層と、前記ベース層の下面上で、前記下面に垂直な方向に沿って積層され、垂直に積層されたゲート電極を含む複数のメモリセル構造物と、前記メモリセル構造物の間に配置され、上下の前記メモリセル構造物の間で共有される少なくとも1つの配線ラインと、前記ゲート電極の上部で前記ベース層上に配置される第1導電層と、前記第1導電層と水平方向に離隔して配置され、外部装置との電気的接続のために提供される第2導電層と、前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、前記第2導電層の下部で前記配線ラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続され
る接続パッドと、前記メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含む第2半導体構造物と、を有し、
前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、
前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項19】
前記第1導電層は、下部の前記メモリセル構造物に電気信号を印加するソースラインであることを特徴とする
請求項18に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、特に、集積度及び信頼性が向上した半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置は、その体積が次第に小さくなりながらも高容量のデータ処理を要することが求められている。
そのため、このような半導体装置を構成する半導体素子の集積度を高める必要がある。
【0003】
上記に対し、半導体装置の集積度を向上させるための方法の1つとして、既存の平面トランジスタ構造の代わりに垂直トランジスタ構造を有する半導体装置が提案されている。
そして、垂直トランジスタ構造の集積度及び信頼性を向上させることが課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は上記従来の垂直トランジスタ構造を有する半導体装置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、集積度及び信頼性が向上した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドと、を含む第1半導体構造物と、前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続される第2半導体構造物と、を有し、前記第2半導体構造物は、前記第1半導体構造物に向かう第1面と前記第1面と対向する第2面とを有するベース層と、前記ベース層の第1面上で前記第1面に垂直な方向に沿って互いに離隔して積層される第1ゲート電極と、前記第1ゲート電極の少なくとも一部を貫通して延長される第1チャネルと、を含む第1メモリセル構造物と、前記第1ゲート電極の下部で前記第1面に垂直な方向に沿って互いに離隔して積層される第2ゲート電極と、前記第2ゲート電極の少なくとも一部を貫通して延長される第2チャネルと、を含む第2メモリセル構造物と、前記第1メモリセル構造物と前記第2メモリセル構造物との間に配置され、前記第1及び第2チャネルに共通に電気的に接続されるビットラインと、前記ベース層の第2面上で互いに離隔して配置される第1及び第2導電層と、前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、前記第2導電層の下で前記第1面に垂直な方向に沿って延長され、前記第2導電層と電気的に接続される第1コンタクトプラグと、前記第2メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含み、前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続され、前記第2半導体構造物は、前記ビットラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続される接続パッドをさらに含むことを特徴とする。
【0006】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドとを含む第1半導体構造物と、前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続され、ベース層と、前記ベース層の下面上で、前記下面に垂直な方向に沿って積層される複数のメモリセル構造物と、前記メモリセル構造物の間に配置され、上下の前記メモリセル構造物の間で共有される少なくとも1つの配線ラインと、前記ベース層の上面上で互いに離隔して配置される第1及び第2導電層と、前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、前記第2導電層の下部で前記配線ラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続される接続パッドと、前記メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含む第2半導体構造物と、を有し、前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続され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半導体装置は、基板と、前記基板上に配置される複数の回路素子と、及び前記回路素子上に各々配置される複数の第1接合パッドと、を含む第1半導体構造物と、前記第1半導体構造物上で前記第1半導体構造物と接続され、ベース層と、前記ベース層の下面上で、前記下面に垂直な方向に沿って積層され、垂直に積層されたゲート電極を含む複数のメモリセル構造物と、前記メモリセル構造物の間に配置され、上下の前記メモリセル構造物の間で共有される少なくとも1つの配線ラインと、前記ゲート電極の上部で前記ベース層上に配置される第1導電層と、前記第1導電層と水平方向に離隔して配置され、外部装置との電気的接続のために提供される第2導電層と、前記第1及び第2導電層上に配置され、前記第2導電層の一部を露出させる開口部を有するパッド絶縁層と、前記第2導電層の下部で前記配線ラインと並行して配置され、前記第2導電層と電気的に接続される接続パッドと、前記メモリセル構造物の下部で前記第1接合パッドと対応するように配置される複数の第2接合パッドと、を含む第2半導体構造物と、を有し、前記第1半導体構造物に含まれる前記複数の回路素子は、周辺回路領域の入出力回路を含み、前記第2導電層は、前記周辺回路領域の入出力回路と電気的に接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る半導体装置によれば、2つ以上の半導体構造物が接合された構造において、ソース導電層を用いて入出力パッドを配置することにより、集積度及び信頼性が向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【
図2】本発明の一実施形態による半導体装置のセルアレイの等価回路図である。
【
図3】本発明の一実施形態による半導体装置の配置を説明するための概略的な斜視図である。
【
図4】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
【
図5a】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
【
図5b】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
【
図6a】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
【
図6b】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
【
図7a】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な平面図である。
【
図7b】本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な平面図である。
【
図8a】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
【
図8b】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
【
図8c】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
【
図9】本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
【
図10a】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10b】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10c】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10d】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10e】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10f】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10g】本発明の例示的な実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10h】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10i】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図10j】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【
図11】本発明の一実施形態による半導体パッケージの概略的な構成を示す断面図である。
【
図12】本発明の一実施形態による半導体装置を含む電子機器の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明に係る半導体装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0011】
以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を以下のように説明する。
以下では、「上」、「上部」、「上面」、「下」、「下部」、「下面」、「側面」などの用語は、図面符号で表記されて別に称される場合を除き、図面を基準に称するものと理解するものとする。
【0012】
図1は、本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示すブロック図である。
図1を参照すると、半導体装置10は、メモリセルアレイ20、及び周辺回路30を含む。
周辺回路30は、ローデコーダ32、ページバッファ34、入出力(I/O)バッファ35、制御ロジック36、及び電圧発生器37を含む。
【0013】
メモリセルアレイ20は、複数のメモリブロックを含み、それぞれのメモリブロックは、複数のメモリセルを含む。
複数のメモリセルは、ストリング選択ラインSSL、ワードラインWL、及び接地選択ラインGSLを介してローデコーダ32と接続され、ビットラインBLを介してページバッファ34と接続される。
本発明の一実施形態において、同一の行に沿って配列される複数のメモリセルは、同一のワードラインWLに接続され、同一の列に沿って配列される複数のメモリセルは、同一のビットラインBLに接続される。
【0014】
ローデコーダ32は、入力されたアドレスADDRをデコードし、ワードラインWLの駆動信号を発生させて伝達する。
ローデコーダ32は、制御ロジック36の制御に応答し、電圧発生器37から発生したワードライン電圧を選択されたワードラインWL及び非選択されたワードラインWLにそれぞれ提供する。
【0015】
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と接続され、メモリセルに記憶された情報を読み取る。
ページバッファ34は、動作モードに応じて、メモリセルに記憶されるデータを一時的に記憶したり、メモリセルに記憶されたデータを感知したりする。
ページバッファ34は、カラムデコーダ及び感知増幅器を含み得る。
カラムデコーダは、メモリセルアレイ20のビットラインBLを選択的に活性化することができ、感知増幅器は、読み出し動作時にカラムデコーダによって選択されたビットラインBLの電圧を感知し、選択されたメモリセルに記憶されたデータを読み出す。
【0016】
入出力(I/O)バッファ35は、プログラム動作時にデータDATAの入力を受けてページバッファ34に伝達し、読み出し動作時にページバッファ34から伝達されたデータDATAを外部に出力する。
入出力バッファ35は、入力されるアドレスまたはコマンドを制御ロジック36に伝達する。
【0017】
制御ロジック36は、ローデコーダ32及びページバッファ34の動作を制御する。
制御ロジック36は、外部から伝達される制御信号及び外部電圧を受信し、受信した制御信号に従って動作する。
制御ロジック36は制御信号に応答して、読み出し、書き込み、及び/または消去動作を制御する。
【0018】
電圧発生器37は、外部電圧を用いて内部動作に必要な電圧、例えば、プログラム電圧、読み出し電圧、消去電圧などを生成する。
電圧発生器37によって生成される電圧は、ローデコーダ32を介してメモリセルアレイ20に伝達される。
【0019】
図2は、本発明の一実施形態による半導体装置のセルアレイの等価回路図である。
図2を参照すると、メモリセルアレイ20Aは、互いに直列に接続される第1メモリセルMC1、第1メモリセルMC1の両端に直列に接続される第1接地選択トランジスタGST1及び第1ストリング選択トランジスタ(SST1_1、SST1_2)を含む複数の第1メモリセルストリングST1を含む。
【0020】
複数の第1メモリセルストリングST1は、それぞれの共通ビットライン(BL0~BL2)に並列に接続される。
複数の第1メモリセルストリングST1は、第1共通ソースラインCSL1に共通に接続される。
即ち、複数の共通ビットライン(BL0~BL2)と1つの第1共通ソースラインCSL1との間に複数の第1メモリセルストリングST1が配置される。
本発明の一実施形態において、第1共通ソースラインCSL1は、複数個が2次元的に配列、配置させることもできる。
【0021】
また、メモリセルアレイ20Aは、共通ビットライン(BL0~BL2)の上部に配置され、互いに直列に接続される第2メモリセルMC2、第2メモリセルMC2の両端に直列に接続される第2接地選択トランジスタGST2、及び第2ストリング選択トランジスタ(SST2_1、SST2_2)を含む複数の第2メモリセルストリングST2を含む。
複数の第2メモリセルストリングST2は、それぞれの共通ビットライン(BL0~BL2)に並列に接続される。
複数の第2メモリセルストリングST2は、第2共通ソースラインCSL2に共通に接続される。
即ち、複数の共通ビットライン(BL0~BL2)と1つの第2共通ソースラインCSL2との間に複数の第2メモリセルストリングST2を配置させることもできる。
【0022】
メモリセルアレイ20Aにおいて中央に配置される共通ビットライン(BL0~BL2)は、上下の第1及び第2メモリセルストリング(ST1、ST2)に共通に電気的に接続される。
共通ビットライン(BL0~BL2)を中心に、第1及び第2メモリセルストリング(ST1、ST2)は実質的に同一の回路構造を有する。
以下では、第1及び第2メモリセルストリング(ST1、ST2)の共通している説明について、第1及び第2メモリセルストリング(ST1、ST2)を区分せずに説明する。
【0023】
互いに直列に接続されるメモリセル(MC1、MC2)は、メモリセル(MC1、MC2)を選択するためのワードライン(WL1_0~WL1_n、WL2_0~WL2_n)によって制御される。
それぞれのメモリセル(MC1、MC2)は、データの記憶要素を含む。
共通ソースライン(CSL1、CSL2)から実質的に同一の距離に配置されるメモリセル(MC1、MC2)のゲート電極は、ワードラインに(WL1_0~WL1_n、WL2_0~WL2_n)の内の1つに共通に接続されて等電位状態にある。
または、メモリセル(MC1、MC2)のゲート電極が共通ソースライン(CSL1、CSL2)から実質的に同一の距離に配置されても、互いに異なる行または列に配置されるゲート電極が独立に制御される。
【0024】
接地選択トランジスタ(GST1、GST2)は、接地選択ライン(GSL1、GSL2)によって制御され、共通ソースライン(CSL1、CSL2)に接続される。
ストリング選択トランジスタ(SST1_1、SST1_2、SST2_1、SST2_2)は、ストリング選択ライン(SSL_1a、SSL_1b、SSL_1c、SSL1_2a、SSL1_2b、SSL1_2c、SSL2_1a、SSL2_1b、SSL2_1c、SSL2_2a、SSL2_2b、SSL2_2c)によって制御され、共通ビットライン(BL0~BL2)に接続される。
図2では、互いに直列に接続される複数個のメモリセル(MC1、MC1)にそれぞれ1つの接地選択トランジスタ(GST1、GST2)と2つのストリング選択トランジスタ(SST1_1、SST1_2、SST2_1、SST2_2)が接続される構造を示したが、それぞれ1つのストリング選択トランジスタが接続されるか、または複数の接地選択トランジスタが接続されることもできる。
【0025】
ワードライン(WL1_0~WL1_n、WL2_0~WL2_n)のうち最上位のワードライン(WL1_n、WL2_n)とストリング選択ライン(SSL_1a、SSL_1b、SSL_1c、SSL1_2a、SSL1_2b、SSL1_2c、SSL2_1a、SSL2_1b、SSL2_1c、SSL2_2a、SSL2_2b、SSL2_2c)との間に1つ以上のダミーライン(DWL1、DWL2)またはバッファラインがさらに配置され得る。
本発明の一実施形態において、最下位のワードライン(WL1_0、WL2_0)と接地選択ライン(GSL1、GSL2)との間にも1つ以上のダミーラインを配置することができる。
本明細書において「ダミー(dummy)」という用語は、他の構成要素と同一または類似の構造及び形状を有するが、装置内で実質的に機能しない構成を称するのに用いる。
【0026】
ストリング選択トランジスタ(SST1_1、SST1_2、SST2_1、SST2_2)にストリング選択ライン(SSL_1a、SSL_1b、SSL_1c、SSL1_2a、SSL1_2b、SSL1_2c、SSL2_1a、SSL2_1b、SSL2_1c、SSL2_2a、SSL2_2b、SSL2_2c)を介して信号が印加されると、共通ビットライン(BL0~BL2)を介して印加される信号が、互いに直列に接続されたメモリセル(MC1、MC2)に伝達されることにより、データの読み出し及び書き込み動作が行われる。
また、基板を介して所定の消去電圧を印加することにより、メモリセル(MC1、MC2)に記録されたデータを消去する消去動作も行われ得る。
本発明の一実施形態において、メモリセルアレイ20Aは、共通ビットライン(BL0~BL2)と電気的に分離される少なくとも1つのダミーメモリセルストリングを含み得る。
【0027】
図3は、本発明の一実施形態による半導体装置の配置を説明するための概略的な斜視図である。
図3を参照すると、半導体装置10Aは、垂直方向に積層された第1及び第2半導体構造物(S1、S2)を含む。
第1半導体構造物S1は、
図1の周辺回路30を構成し、第2半導体構造物S2は、
図1のメモリセルアレイ20を構成する。
【0028】
第1半導体構造物S1は、ローデコーダDEC、ページバッファPB、及びその他の周辺回路PERIを含む。
ローデコーダDECは、
図1を参照して上述したローデコーダ32に該当し、ページバッファPBは、ページバッファ34に該当する領域である。
また、その他の周辺回路PERIは、
図1の制御ロジック36及び電圧発生器37を含む領域であり得、例えば、ラッチ回路(latch circuit)、キャッシュ回路(cache circuit)、または感知増幅器(sense amplifier)を含み得る。
その他にも、その他の周辺回路PERIは、
図1の入出力バッファ35を含むことができ、ESD(Electrostatic discharge)素子、又はデータ入出力回路を含み得る。
本発明の一実施形態において、入出力バッファ35は、その他の周辺回路PERIの周囲で別途の領域をなすように配置することもできる。
【0029】
第1半導体構造物S1においてこのような様々な回路領域(DEC、PB、PERI)の少なくとも一部は、第2半導体構造物S2のメモリセルアレイ(MCA1、MCA2)の下部に配置される。
例えば、ページバッファPB及びその他の周辺回路PERIがメモリセルアレイ(MCA1、MCA2)の下部でメモリセルアレイ(MCA1、MCA2)と重なるように配置され得る。
但し、実施形態において、第1半導体構造物S1に含まれる回路及び配置形態は多様に変更することができ、これにより、メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)と重なって配置される回路も多様に変更され得る。
また、実施形態において、回路領域(DEC、PB、PERI)は、メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)の個数及び大きさに応じて、
図3に示した配置形態が連続的に繰り返して配置される形態を有することもできる。
【0030】
第2半導体構造物S2は、メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)及びパッド領域PADを含む。
メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)は、垂直に積層された第1及び第2メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)を含み、第1及び第2メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)はそれぞれ、同一平面上で互いに離隔して並行して配置される。
但し、実施形態において、第2半導体構造物S2に配置されるメモリセルアレイ(MCA1、MCA2)の個数、層数及び配置形態は多様に変更することができる。
パッド領域PADは、メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)の少なくとも一側に配置され得、例えば、第2半導体構造物S2の少なくとも一端に沿って列をなして配置され得る。
または、第1及び第2メモリセルアレイ(MCA1、MCA2)のそれぞれの間の領域に列をなして配置することもできる。
パッド領域PADは、外部装置などと電気的信号を送受信するように構成される。
半導体装置10Aの内部では、パッド領域PADは、第1半導体構造物S1のその他の周辺回路PERI内の回路の内の、例えば
図1の入出力バッファ35に該当する入出力回路と電気的に接続される領域であり得る。
【0031】
図4は、本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
図4を参照すると、半導体装置100は、上下に積層された第1半導体構造物S1及び第2半導体構造物S2を含む。
【0032】
第1半導体構造物S1は、
図3の第1半導体構造物S1のように周辺回路領域PERIを含む。
第2半導体構造物S2は、
図3の第2半導体構造物S2のようにメモリセル領域(CELL1、CELL2)を含む。
半導体装置100は、第1~第3領域(I、II、III)を含み、第1及び第2領域(I、II)は、互いに垂直な方向にそれぞれ切断された領域である。
第3領域IIIは、
図3のパッド領域PADに対応するパッド領域PADが位置する領域を含むことができ、平面上において第1及び第2領域(I、II)の外側に位置し得る。
第1半導体構造物S1は、基板101、基板101上に配置された回路素子120、回路コンタクトプラグ160、回路配線ライン170、及び第1接合パッド180を含む。
【0033】
基板101は、x方向とy方向に延長される上面を有する。
基板101は、別途の素子分離層が形成されて活性領域が定義される。
活性領域の一部には、不純物を含むソース/ドレイン領域105が配置される。
基板101は、半導体物質、例えば、IV族半導体、III-V族化合物半導体またはII-VI族化合物半導体を含むことができる。
例えば、基板101は、単結晶のバルクウェハーとして提供され得る。
【0034】
回路素子120は、水平トランジスタを含む。
それぞれの回路素子120は、回路ゲート誘電層122、スペーサ層124、及び回路ゲート電極125を含む。
回路ゲート電極125の両側における基板101内には、ソース/ドレイン領域105が配置される。
【0035】
周辺領域絶縁層190は、基板101上において回路素子120上に配置される。
回路コンタクトプラグ160は、周辺領域絶縁層190を貫通してソース/ドレイン領域105に接続され、基板101から順次に位置する第1~第3回路コンタクトプラグ(162、164、166)を含む。
回路コンタクトプラグ160によって回路素子120に電気的信号が印加される。
図に示していない領域において、回路ゲート電極125にも回路コンタクトプラグ160が接続され得る。
回路配線ライン170は、回路コンタクトプラグ160と接続され、複数の層をなす第1~第3回路配線ライン(172、174、176)を含む。
【0036】
第1接合パッド180は、第3回路コンタクトプラグ166と接続されるように配置され、上面が周辺領域絶縁層190を介して第1半導体構造物S1の上面に露出する。
第1接合パッド180は、第2接合パッド280と共に、第1半導体構造物S1と第2半導体構造物S2とを接合するための接合層としての機能を果たす。
第1接合パッド180は、第2半導体構造物S2との接合及びそれによる電気的接続経路を提供するために、他の上記配線構造に比べて大きい平面積を有する。
第1接合パッド180は、第2接合パッド280と対応する位置に配置され、第2接合パッド280と同一または類似の大きさを有する。
第1接合パッド180は、導電性物質、例えば銅(Cu)を含み得る。
【0037】
第2半導体構造物S2は、ベース層201及びベース層201上に上下に積層された第1及び第2メモリセル領域(CELL1、CELL2)を含む。
第1メモリセル領域CELL1は、ベース層201の下面上に積層されたゲート電極230(231~239)、ゲート電極230と交互に積層される層間絶縁層220、ゲート電極230を貫通するように配置される分離絶縁層210、ゲート電極230を貫通するように配置される第1チャネルCH1、第1チャネルCH1の下部のストリング選択チャネル領域240S、ストリング選択チャネル領域240Sの下部の第1接続部262、第1接続部262の下部の共通ビットライン270、及びゲート電極230を覆う上部セル領域絶縁層285Uを含む。
第1メモリセル領域CELL1は、ベース層201の上面上に順次に積層されて配置される上部導電層205U及びパッド絶縁層290をさらに含む。
また、第1メモリセル領域CELL1は、第1チャネルCH1内のチャネル領域240、ゲート誘電層245、チャネル絶縁層250、及び第1チャネルパッド255Uをさらに含む。
【0038】
第2メモリセル領域CELL2は、共通ビットライン270の下面上の第2接続部264、第2接続部264の下部のストリング選択チャネル240S、ストリング選択チャネル240Sの下部の第2チャネルパッド255L、第2チャネルパッド255Lの下部の第2チャネルCH2、第2チャネルCH2の下部の第3接続部266、第3接続部266の下部の下部導電層205L、下部導電層205Lの下部の第4接続部268、及び第4接続部268と接続される第2接合パッド280を含む。
第2メモリセル領域CELL2は、第1メモリセル領域CELL1と同様に、第2チャネルCH2を囲み、z方向に互いに離隔して積層されたゲート電極230、層間絶縁層220、ゲート電極230を貫通するように配置される分離絶縁層210、及びゲート電極230を覆う下部セル領域絶縁層285La、285Lbをさらに含む。
【0039】
第2半導体構造物S2は、配線構造物であって、上部導電層205Uに信号を印加する第1コンタクトプラグ260、共通ビットライン270と並行して配置される接続パッド275、接続パッド275の下部の第2接続部264、及び第2接続部264と第2接合パッド280を接続する第2コンタクトプラグ261をさらに含む。
【0040】
ベース層201は、x方向とy方向に延長される下面を有する。
ベース層201は、半導体物質を含み得る。
例えば、ベース層201は、多結晶シリコン層、またはエピタキシャル層として提供され得る。
ベース層201は、不純物を含むドープ領域を含み得る。
【0041】
ゲート電極230は、ベース層201の下面上に垂直に離隔して積層され、層間絶縁層220と共に積層構造をなす。
ゲート電極230は、
図2の接地選択トランジスタGSTのゲートをなす下部ゲート電極231、複数のメモリセルMCをなすメモリゲート電極(232~238)、及びストリング選択トランジスタ(SST1、SST2)のゲートをなす上部ゲート電極239を含む。
半導体装置100の容量に応じて、メモリセルMCをなすメモリゲート電極(232~238)の個数が決定される。
実施形態に応じて、ストリング選択トランジスタ(SST1、SST1)及び接地選択トランジスタGST1の上部及び下部ゲート電極(239、231)はそれぞれ1つまたは2つ以上であり得る。
【0042】
下部ゲート電極231によって提供される接地選択トランジスタGSTは、メモリセルMCと同一または異なる構造を有することができ、上部ゲート電極239によって提供されるストリング選択トランジスタ(SST1、SST2)は、メモリセルMCと異なる構造を有することができる。
特に、上部ゲート電極239は、他のゲート電極(231~238)とは異なり、x-y平面上において隣接するチャネル(CH1、CH2)の間に分割されて配置され得る。
一部のゲート電極230、例えば、上部または下部ゲート電極(231、239)に隣接したメモリゲート電極(232~238)は、ダミーゲート電極であり得る。
【0043】
ゲート電極230は、ベース層201の下面上に垂直に互いに離隔して積層され、少なくとも一方向に互いに異なる長さに延長されて階段状の段差をなす。
ゲート電極230はx方向に沿って、
図4に示したような段差をなし、y方向にも段差をなすように配置される。
上記段差によって、ゲート電極230はゲート電極230の端部を含む所定領域が露出される。
ゲート電極230は、図に示していない領域において、上記段差を介して別途のコンタクトプラグと接続され得る。
【0044】
ゲート電極230は、x方向に沿って延長される分離絶縁層210によって一定の単位に分割されるように配置される。
一対の分離絶縁層210の間においてゲート電極230は、1つのメモリブロックをなすことができるが、メモリブロックの範囲はこれに限定されない。
ゲート電極230の一部、例えば、メモリゲート電極(232~238)は、1つのメモリブロック内で1つの層をなすことができる。
また、ゲート電極230は、少なくとも一部領域で貫通絶縁層282によって定義される貫通配線領域を有することができる。
【0045】
層間絶縁層220は、ゲート電極230の間に配置される。
層間絶縁層220もゲート電極230と同様に、ベース層201の下面に垂直な方向に互いに離隔し、x方向に延長されるように配置される。
層間絶縁層220は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物のような絶縁性物質を含み得る。
【0046】
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)は、ベース層201の下面上に行と列をなして互いに離隔して配置される。
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)は、格子柄を形成するように配置されるか、または一方向にジグザグ状に配置され得る。
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)は、柱状を有し、横縦比によってベース層201に近いほど狭くなる傾斜した側面を有し得る。
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)は、互いに同一の方向に傾斜した側面を有し得る。
例えば、第1及び第2チャネル(CH1、CH2)はいずれも、上部に向かうほど狭くなるように傾斜した側面を有する。
本発明の一実施形態において、第1及び第2チャネル(CH1、CH2)の一部は、ダミーチャネルであり得る。
【0047】
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)内には、チャネル領域240が配置される。
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)内におけるチャネル領域240は、内部のチャネル絶縁層250を囲む環状(annular)に形成することができるが、実施形態に応じて、チャネル絶縁層250無しに円柱または角柱のような柱形状を有することもできる。
チャネル領域250は、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンのような半導体物質を含むことができ、上記半導体物質は、ドープされていない物質であるか、またはp型またはn型不純物を含む物質であり得る。
【0048】
第1及び第2チャネル(CH1、CH2)において共通ビットライン270に隣接したチャネル領域240の端部には、チャネルパッド(255U、255L)が配置される。
チャネルパッド(255U、255L)は、チャネル絶縁層250の上面を覆い、チャネル領域240と電気的に接続されるように配置される。
チャネルパッド(255U、255L)は、例えば、ドープされていない多結晶シリコンを含み得る。
【0049】
ゲート誘電層245は、ゲート電極230とチャネル領域240との間に配置される。
具体的に示していないが、ゲート誘電層245は、チャネル領域240から順次に積層されたトンネリング層、電荷保存層、及びブロッキング層を含む。
トンネリング層は、電荷を電荷保存層にトンネリングさせ、例えば、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(Si3N4)、シリコン酸窒化物(SiON)、またはそれらの組み合わせを含み得る。
電荷保存層は、電荷トラップ層またはフローティングゲート導電層であり得る。
ブロッキング層は、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(Si3N4)、シリコン酸窒化物(SiON)、高誘電率(high-k)誘電物質、またはそれらの組み合わせを含み得る。
本発明の一実施形態において、ゲート誘電層245の少なくとも一部は、ゲート電極230に沿って水平方向に延長され得る。
【0050】
チャネル領域240は、チャネルパッド(255U、255L)が配置されない端部でベース層201または第3接続部266と直接接続される。
【0051】
ストリング選択チャネル240Sは、チャネルパッド(255U、255L)と共通ビットライン270との間に配置される。
ストリング選択チャネル240Sは、上部ゲート電極239を貫通して一端がチャネルパッド(255U、255L)と接続され、他端が第1及び第2接続部(262、264)にそれぞれ接続される。
第1メモリセル領域CELL1のストリング選択チャネル240Sは、第1接続部262まで延長される1つの貫通孔内に配置され、第2メモリセル領域CELL2のストリング選択チャネル240Sは、第2チャネルパッド255Lまで延長される1つの貫通孔内に配置されるが、これに限定されない。
本明細書において、第1及び第2チャネル(CH1、CH2)という用語を広義に用いる場合には、貫通孔を含む領域までを称するように用いることができる。
ストリング選択チャネル240Sは、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンのような半導体物質を含むことができ、上記半導体物質は、ドープされていない物質であるか、またはp型またはn型不純物を含む物質であり得る。
【0052】
ストリング選択チャネル240Sと上部ゲート電極239との間には、ゲート絶縁層が配置され、ストリング選択チャネル240Sの内部には、貫通孔を埋め込むストリング絶縁層250Sが配置される。
但し、実施形態に応じて、ストリング選択チャネル240Sが貫通孔を埋め込むことも可能である。
ストリング絶縁層250Sは、シリコン酸化物、シリコン窒化物などの絶縁物質を含み得る。
【0053】
第1接続部262は、第1チャネルCH1の下部のストリング選択チャネル240Sと共通ビットライン270を接続するように配置される。
第2接続部264は、共通ビットライン270の下部で共通ビットライン270と第2チャネルCH2の上部のストリング選択チャネル240Sを接続するように配置される。
第3接続部266は、第2チャネルCH2の下部で第2チャネルCH2と下部導電層205Lを接続するように配置される。
第4接続部268は、下部導電層205Lと第2接合パッド280を接続するコンタクトプラグであり得る。
【0054】
第1~第4接続部(262、264、266、268)はそれぞれ、導電性物質を含み得る。
例えば、第1~第3接続部(262、264、266)は、ドープされた多結晶シリコンを含むことができ、第4接続部268は、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、チタン窒化物(TiN)、またはそれらの組み合わせのような金属物質を含むことができる。
【0055】
共通ビットライン270は、第1接続部262の下端で第1接続部262と第2接続部264との間に配置される。
共通ビットライン270は、第1及び第2チャネル(CH1、CH2)に共通に接続され、
図2のビットライン(BL0~BL2)に該当する。
共通ビットライン270によって、半導体装置100はさらに高密度に集積させることができる。
共通ビットライン270は、多結晶シリコンのような半導体物質、またはタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、チタン窒化物(TiN)、またはそれらの組み合わせのような金属物質を含むことができる。
【0056】
上部導電層205Uは、互いに離隔して配置される第1及び第2導電層(205a、205b)を含む。
第1及び第2導電層(205a、205b)は、同一の工程段階で形成されて物質が互いに同一であり、互いに同一の高さレベルに同一の厚さを有して位置する。
即ち、第1及び第2導電層(205a、205b)は、上面及び下面がそれぞれ互いに同一平面上に位置する。
下部導電層205Lは、第2チャネルCH2の下部に配置される。
上部及び下部導電層(205U、205L)は、金属物質を含むことができ、例えば、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン窒化物(WN)、タンタル窒化物(TaN)、チタン窒化物(TiN)、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【0057】
上部導電層205Uにおいて、第1導電層205aはベース層201の第1及び第2領域(I、II)の上部に配置され、平面上でゲート電極230及び第1チャネルCH1と重なって配置される。
第1導電層205aは、プレート状を有し、半導体装置100において
図2の共通ソースラインCSLとしての機能を果たす。
第1導電層205aは、第1コンタクトプラグ260及びベース層201を介して周辺回路領域PERIから電気信号の印加を受け、これにより、ベース層201は、少なくとも一部領域にドープ元素を含み得る。
または、第1導電層205aは、第1コンタクトプラグ260と直接接続することもできる。
【0058】
第2導電層205bは、第1導電層205aと物理的及び電気的に分離されて位置し、x方向に沿って並んで位置する。
これにより、ベース層201も第1及び第2導電層(205a、205b)と共にベース層201の第1及び第2領域(I、II)と第3領域IIIで互いに分離されて配置される。
第2導電層205bは、平面上でゲート電極230及び第1チャネルCH1と重畳しないように配置される。
第2導電層205bは、ベース層201の第3領域IIIの上部に配置され、平面上で第1コンタクトプラグ260と重畳して配置される。
第2導電層205bは、上面を介して、半導体装置100が実装されるパッケージのような装置の信号伝達媒体のような電気的接続構造物と接続される。
【0059】
即ち、上部に露出した第2導電層205bは、パッド領域PADとしての機能を果たす。
半導体装置100の内部では、第2導電層205bが周辺回路領域PERIの入出力回路と電気的に接続される。
半導体装置100では、共通ソースラインCSLとして用いられる第1導電層205aの形成工程を用いて第2導電層205bを形成し、それを外部との入出力のためのパッド領域PADとして用いることにより、全体厚さを最小化しながら工程を単純化することができる。
第2導電層205bは、一方向における幅が、例えば、50μm~200μmの範囲を有し得るが、これに限定されない。
【0060】
下部導電層205Lは、ベース層201の第1及び第2領域(I、II)において第2チャネルCH2の下部に配置され、平面上でゲート電極230及び第2チャネルCH2と重畳して配置される。
下部導電層205Lは、プレート状を有し、第1導電層205aと共に、半導体装置100において
図2の共通ソースラインCSLとしての機能を果たす。
下部導電層205Lは、第4接続部268及び第2接合パッド280を介して周辺回路領域PERIから電気信号の印加を受ける。
【0061】
パッド絶縁層290は、上部導電層205U上に配置される。
パッド絶縁層290は、第2導電層205bの一部領域をオープンする開口部を有し、これにより第2導電層205bが上部に露出するようにする。
即ち、パッド絶縁層290は、パッド領域PADを定義する。
例えば、開口部は、複数個が
図3のように列をなすように配置され得る。
開口部によって、半導体装置100の上面はリセスした領域を有する。
また、パッド絶縁層290は、半導体装置100を保護するパッシベーション層としての機能を果たすことができる。
【0062】
パッド絶縁層290は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、及び炭化窒化物の少なくとも1つを含むことができる。
本発明の一実施形態において、パッド絶縁層290は、複数の層が積層された形態を有し得る。
この場合、下部層は、相対的に上部導電層205Uとの接合性に優れた物質からなり、上部層は、相対的にシリコンSiとの接合性に優れた物質からなる。
例えば、下部層はシリコン酸化物を含み、上部層はシリコン窒化物を含む。
また、本発明の一実施形態において、パッド絶縁層290上に半導体装置100を保護するためのパッシベーション層がさらに配置させることもできる。
パッシベーション層は、例えば、感光性ポリイミド(photosensitive polyimide:PSPI)のような感光性樹脂物質からなることができるが、これに限定されず、シリコン窒化物、シリコン酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0063】
第1コンタクトプラグ260は、上部セル領域絶縁層285Uを貫通し、一端でベース層201または上部導電層205Uと接続され、他端で接続パッド275と接続される。
本発明の一実施形態において、第1コンタクトプラグ260は、ベース層201を貫通して上部導電層205Uと直接接続される。
第1コンタクトプラグ260は、図に示していない領域において、ゲート電極230とも接続され得る。
第2コンタクトプラグ261は、下部セル領域絶縁層(285La、285Lb)を貫通して第2接続部264と第2接合パッド280を接続する。
第2コンタクトプラグ261の一部は、ゲート電極230を貫通する貫通絶縁層282を貫通するように配置される。
貫通絶縁層282は、絶縁物質を含み、内部に第2コンタクトプラグ261を含む配線構造物が形成され得る。
【0064】
第1及び第2コンタクトプラグ(260、261)は、円筒形状を有する。
第1及び第2コンタクトプラグ(260、261)は、縦横比によってベース層201に近いほど狭くなる傾斜した側面を有する。
本発明の一実施形態において、第1及び第2コンタクトプラグ(260、261)は、第2領域IIと第3領域IIIで互いに異なる直径及び/または高さを有し得る。
実施形態に応じて、第1及び第2コンタクトプラグ(260、261)の一部は、電気的信号が印加されないダミーコンタクトプラグであり得る。
【0065】
接続パッド275は、共通ビットライン270と同一の工程段階で形成されて物質が互いに同一であり、互いに同一の高さレベルに同一の厚さを有して位置する。
即ち、接続パッド275及び共通ビットライン270は、上面及び下面がそれぞれ互いに同一平面上に位置する。
接続パッド275は、共通ビットライン270とは異なり、
図2のビットライン(BL0~BL2)には該当せず、接続パッド275の下面上の第2接続部264と共に、第1及び第2コンタクトプラグ(260、261)を接続する接続部としての機能を果たす。
【0066】
特に、第3領域IIIにおいて、パッド領域PADをなす第2導電層205bは、順次に第1コンタクトプラグ260、接続パッド275、第2接続部264、第2コンタクトプラグ261、及び第2接合パッド280を介して下部の周辺回路領域PERIの回路素子120と電気的に接続される。
したがって、セル領域絶縁層(285U、285La、285Lb)の高さが相対的に高い場合でも、安定的に周辺回路領域PERIと電気的に接続され得る。
【0067】
第2接合パッド280は、第4接続部268の下部に配置され、下面が第2下部セル領域絶縁層285Lbを介して第2半導体構造物S2の下面に露出する。
第2接合パッド280は、第1接合パッド180と共に、第1半導体構造物S1と第2半導体構造物S2を接合するための接合層としての機能を果たす。
第2接合パッド280は、第1半導体構造物S1との接合及びそれによる電気的接続経路を提供するために、他の配線構造に比べて大きい平面積を有し得る。
【0068】
第2接合パッド280は、第1~第3領域(I、II、III)でそれぞれ一定のパターンをなして配列される。
第2接合パッド280は、第1~第3領域(I、II、III)で同一の高さレベルに配置され、互いに同一または異なる大きさを有し得る。
第2接合パッド280は平面上で、例えば、四角形、円形または楕円形の形状を有することができるが、これに限定されない。
第2接合パッド280は導電性物質、例えば、銅(Cu)を含むことができる。
【0069】
セル領域絶縁層(285U、285La、285Lb)は、絶縁物質からなる。
セル領域絶縁層(285U、285La、285Lb)はそれぞれ、互いに異なる工程段階で形成された複数の絶縁層を含む。
したがって、セル領域絶縁層(285U、285La、285Lb)間の区分は、例示的なものと理解されることができる。
本発明の一実施形態において、第2下部セル領域絶縁層285Lbは、第2接合パッド280が配置される下端に所定の厚さを有する接合誘電体層を含む。
接合誘電層は、第1半導体構造物S1の下面にも配置され、これにより誘電体-誘電体接合が行われる。
接合誘電層は、第2接合パッド280の拡散防止層としての機能も果たすことができ、例えば、SiO、SiN、SiCN、SiOC、SiON、及びSiOCNの少なくとも1つを含むことができる。
【0070】
第1及び第2半導体構造物(S1、S2)は、第1及び第2接合パッド(180、280)の接合、例えば、銅(Cu)-銅(Cu)接合によって接合される。
第1及び第2接合パッド(180、280)は、配線構造物の他の構成よりも相対的に広い面積を有するため、第1及び第2半導体構造物(S1、S2)の間の電気的接続の信頼性が向上することができる。
本発明の一実施形態において、第1及び第2半導体構造物(S1、S2)は、第1及び第2接合パッド(180、280)の接合、及び第1及び第2接合パッド(180、280)の周囲に配置されたセル領域絶縁層285と周辺領域絶縁層190の誘電体-誘電体接合によるハイブリッド接合によって接合される。
【0071】
図5a及び
図5bは、本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
図5a及び
図5bでは、
図4の「A」領域に対応する領域を拡大して示す。
図5aを参照すると、本実施形態では、
図4の実施形態とは異なり、パッド領域PADと接続される第1コンタクトプラグ260a上に第1接続部262aがさらに配置される。
【0072】
第1接続部262aは、第1及び第2領域(I、II)における接続部とは異なり、ストリング選択チャネル240Sを形成する貫通孔内に延長されて貫通孔をすべて埋め込む形態を有する。
また、本実施形態では、パッド領域PADと電気的に接続される第2コンタクトプラグ261aの上下にそれぞれ貫通部256及び第4接続部268がさらに配置される。
貫通部256は、第1及び第2領域(I、II)の第2チャネルパッド255Lとは異なり、ストリング選択チャネル240Sを形成する貫通孔内に延長されて貫通孔をすべて埋め込む形態を有する。
【0073】
したがって、パッド領域PADをなす第2導電層205bは、順次に配置される第1コンタクトプラグ260a、第1接続部262a、接続パッド275、第2接続部264a、貫通部256、第2コンタクトプラグ261a、第4接続部268、及び第2接合パッド280を介して、下部の周辺回路領域PERIと接続される。
本実施形態の場合、第1接続部262a、貫通部256、及び第4接続部268が配置されることにより、第1及び第2コンタクトプラグ(260a、261a)が相対的に短い高さで形成することができ、工程が相対的に容易になることができる。
【0074】
図5bを参照すると、
図5aの実施形態とは異なり、接続パッド275aが上部に延長されるプラグ部をさらに含む。
したがって、接続パッド275aは、プラグ部を介して第1接続部262aと接続される。
図に示してはいないが、第1及び第2領域(I、II)でも共通ビットライン270がこのようなプラグ部をそれぞれ含むことができる。
【0075】
図6a及び
図6bは、本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な断面図である。
図6a及び
図6bでは、
図4の「B」領域に対応する領域を拡大して示す。
図6aを参照すると、本実施形態では、
図4の実施形態とは異なり、第3接続部266aが第2チャネルCH2から下部導電層205Lの上面上に延長される形態を有する。
これにより、第3接続部266aは下部導電層205Lのようにプレート状に下部に配置される。
図6bを参照すると、第2チャネルCH2のチャネル領域240a及びゲート誘電層245aも、第3接続部266aと共に下部導電層205Lの上面上に延長される形態を有する。
【0076】
図7a及び
図7bは、本発明の一実施形態による半導体装置の一部構成を示す概略的な平面図である。
図7a及び
図7bを参照すると、
図4のパッド領域PADにおける第2導電層205b及び第1コンタクトプラグ260が平面に配置される様子を示している。
特に、第2導電層205bは、
図4のパッド絶縁層290の開口部によって露出し、1つのパッド領域PADをなす領域を示す。
【0077】
パッド領域PADにおける第2導電層205bは四角形状を有し、x方向に沿って第1長さL1を有し、y方向に沿って第2長さL2を有する。
第1及び第2長さ(L1、L2)は、同一または異なり、例えば、20μm~100μmの範囲を有することができる。
但し、実施形態に応じて、開口部を介して露出する第2導電層205bの形状は、四角形に限定されず、円形、楕円形、多角形など様々な形状を有することができる。
【0078】
図7aに示すように、1つのパッド領域PADをなす第2導電層205bの下部には、1つの第1コンタクトプラグ260が接続される。
第1コンタクトプラグ260の第1直径D1または最大幅は、例えば、100nm~10μmの範囲を有することができる。
この場合、第1コンタクトプラグ260は、パッド領域PADをなす第2導電層205bの中央に位置することができるが、これに限定されない。
【0079】
図7bに示すように、1つのパッド領域PADをなす第2導電層205bの下部には、複数の第1コンタクトプラグ260が接続される。
この場合、パッド領域PADにワイヤなどが接合されるときに支持力が上昇するため、半導体装置に加わるストレスを緩和することができる。
第1コンタクトプラグ260は、行と列をなして配列される。
第1コンタクトプラグ260のそれぞれの第2直径D2または最大幅は、例えば、100nm~500nmの範囲を有することができ、
図7aの第1直径D1と同一または小さい。
【0080】
図8a~
図8cは、本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な断面図である。
図8aを参照すると、半導体装置100aの第2半導体構造物S2は、パッド領域PADの第2導電層205b上に配置される接続層295をさらに含む。
【0081】
接続層295は、パッド絶縁層290の開口部を介して露出した第2導電層205bの上面上に配置され、第2導電層205bの上面からパッド絶縁層290の側面に沿ってパッド絶縁層290の上面の一部領域上に延長される。
但し、本発明の一実施形態において、接続層295は、第2導電層205bの露出した上面上のみに配置することもできる。
この場合、接続層295は表面処理層に該当する。
接続層295は、第2導電層205bと異なる物質を含み得、例えば、アルミニウム(Al)のような金属層であることができる。
特に、接続層295は、露出した第2導電層205bに接続される外部電気接続構造物、例えば、ワイヤ物質との相互拡散(interdiffusion)が円滑に行われ結合力に優れた金属物質からなることができる。
【0082】
図8bを参照すると、半導体装置100bの接続層295aは、パッド絶縁層290の開口部を充填し、パッド絶縁層290の上面の一部領域上に配置される。
これにより、接続層295aは、半導体装置100bの上面から突出した形態を有する。
接続層295aは、単一層または複数層からなることができる。
【0083】
図8cを参照すると、半導体装置100cの第2半導体構造物S2において、パッド領域PADの第2導電層205bは、パッド絶縁層290を貫通するように延長される延長部205Eをさらに含む。
半導体装置100cは、
図4の実施形態とは異なり、パッド絶縁層290の開口部によって第2導電層205bの一部が露出するのではなく、第2導電層205bの延長部205Eがパッド絶縁層290を貫通して上部に露出する形態を有する。
第2導電層205bの下面は、延長部205Eに対応する領域に凹部を有することができるが、これに限定されない。
上記凹部は、第2導電層205bを形成する際に、延長部205Eをなす導電物質を充填することにより形成される形状であり得る。
特に、パッド領域PADにおいて第2導電層205bの幅は、
図4の実施形態における幅よりも小さい。
本実施形態の場合、パッド絶縁層290の開口部を形成する前に延長部205Eを先に形成するため、工程マージンが
図4の実施形態の場合と異なって、相対的に小さく形成することができる。
【0084】
本発明の一実施形態において、第2導電層205bの延長部205Eは、パッド絶縁層290の上面から所定の高さに突出することもできる。
また、実施形態に応じて、第2導電層205bの延長部205Eは、傾斜した側壁を有することもでき、例えば、上面の幅が下面の幅よりも狭いテーパ状を有することができる。
延長部205Eは、円筒状、テーパ付き円筒状、トレンチなどの形状を有することができるが、これに限定されない。
本発明の一実施形態において、延長部205E上にも
図8aの実施形態と同様に、別途の接続層がさらに配置することもできる。
【0085】
図9は、本発明の一実施形態による半導体装置の概略的な構成を示す断面図である。
図9を参照すると、半導体装置100dの第2半導体構造物S2は、第3メモリセル領域CELL3をさらに含む。
【0086】
第3メモリセル領域CELL3は、第2メモリセル領域CELL2の下部に配置され、下部導電層205Lの下面上の下部基板201L、下部基板201L上の第3チャネルCH3、第3チャネルCH3を囲み、z方向に互いに離隔して積層されたゲート電極230、層間絶縁層220、ゲート電極230を貫通するように配置される分離絶縁層210、及びゲート電極230を覆う下部セル領域絶縁層285Lcを含む。
【0087】
第3チャネルCH3は、上部の第2チャネルCH2と下部導電層205Lとして提供される共通ソースラインCSL(
図2を参照)を共有する構造を有する。
第3チャネルCH3は、第1及び第2チャネル(CH1、CH2)の共通ビットライン270とは分離されたビットライン270’と下部で接続される。
本発明の一実施形態において、第2半導体構造物S2に配置されるメモリセル領域の個数は多様に変更することができる。
メモリセル領域が複数個に配置される場合、上下に隣接して配置されるメモリセル領域の間でビットライン270または共通ソースラインCSLが共有され得る。
【0088】
第3メモリセル領域CELL3は、第3チャネルCH3の下面上のストリング選択チャネル240S、ストリング選択チャネル240Sの下部の第1接続部262、第1接続部262の下部のビットライン270’、ビットライン270’の下部の第4接続部268、及び第4接続部268の下部の第2接合パッド280をさらに含む。
第3メモリセル領域CELL3は、第3領域IIIで下部導電層205Lと同一の高さレベルに配置される導電性パッド207、下部基板201Lと同一の高さレベルに配置される半導体パッド202、第3コンタクトプラグ269、及びビットライン270’と同一の高さレベルに配置される下部接続パッド275’をさらに含む。
【0089】
導電性パッド207は、下部導電層205Lと同一の工程で形成することができ、半導体パッド202は、下部基板201Lと同一の工程段階で形成され得る。
したがって、導電性パッド207及び半導体パッド202はそれぞれ、下部導電層205L及び下部基板201Lと同一の物質からなり、同一の厚さを有する。
第3コンタクトプラグ269は、下部セル領域絶縁層285Lcを貫通し、半導体パッド202と下部接続パッド275’を接続する。
パッド領域PADである第3領域IIIにおいて、第2導電層205bは、順次に第1コンタクトプラグ260、接続パッド275、第2接続部264、第2コンタクトプラグ261、導電性パッド207、半導体パッド202、第3コンタクトプラグ269、下部接続パッド275’、第4接続部268、及び第2接合パッド280を介して下部の周辺回路領域PERIの回路素子120と電気的に接続される。
【0090】
図10a~
図10jは、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
図10a~
図10jは、
図4に対応する領域を示す。
【0091】
図10aを参照すると、まず
図4の第2半導体構造物S2を形成する。
そのために、ベース基板SUB上にパッド絶縁層290、上部導電層205U、及びベース層201を順次に形成する。
ベース基板SUBは、後続の工程を介して除去される層であり、シリコン(Si)のような半導体基板であり得る。
図4においてベース層201上に配置される層を、ベース基板SUB上に逆の順序で形成する。
【0092】
上部導電層205U及びベース層201は、全面的に形成した後にパターニングし、第1及び第2領域I、IIと第3領域IIIの間のセル領域絶縁層285Uによって互いに分離されるようにする。
これにより、上部導電層205Uは、互いに離隔して配置される第1及び第2導電層(205a、205b)を含む。
セル領域絶縁層285Uは、後続の工程で形成される絶縁層と共に、
図4の上部セル領域絶縁層285Uをなす層である。
図8cの実施形態の場合、本段階でパッド絶縁層290をパターニングして開口部を形成し、上部導電層205Uを形成する際に上記開口部を充填して延長部205Eを形成することにより製造することができる。
【0093】
図10bを参照すると、ベース層201上に犠牲層225及び層間絶縁層220を交互に積層し、犠牲層225が互いに異なる長さに延長されるように犠牲層225及び層間絶縁層220の一部を除去する。
犠牲層225は、後続の工程を介してゲート電極230に交替される層である。
犠牲層225は、層間絶縁層220に対してエッチング選択性を有してエッチングされる物質で形成される。
例えば、層間絶縁層220は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物の少なくとも1つからなることができ、犠牲層225は、シリコン、シリコン酸化物、シリコンカーバイド、及びシリコン窒化物の中から選択された層間絶縁層220と異なる物質からなることができる。
実施形態において、層間絶縁層220の厚さはすべて同一でなくてもよい。
【0094】
次に、上部の犠牲層225が下部の犠牲層225よりも短く延長されるように、犠牲層225及び層間絶縁層220に対するフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を繰り返して行う。
これにより、犠牲層225は、階段形状をなす。
本発明の一実施形態において、犠牲層225は、端部で相対的に厚い厚さを有するように形成することができ、そのための工程がさらに行うことができる。
次に、犠牲層225と層間絶縁層220の積層構造物の上部を覆う絶縁物質を蒸着することにより、上部セル領域絶縁層285Uを形成する。
【0095】
図10cを参照すると、犠牲層225及び層間絶縁層220の積層構造物を貫通する第1チャネルCH1を形成する。
第1チャネルCH1を形成するために、まず、積層構造物を異方性エッチングしてチャネル孔を形成する。
積層構造物の高さのために、チャネル孔の側壁は、ベース層201の上面に対して垂直でないことがある。
本発明の一実施形態において、チャネル孔は、ベース層201の一部をリセスするように形成される。
但し、チャネル孔は、上部導電層205Uまで延長されないように形成する。
【0096】
次に、チャネル孔内にチャネル領域240、ゲート誘電層245、チャネル絶縁層250、及び第1チャネルパッド255Uを形成して第1チャネルCH1を形成する。
ゲート誘電層245は、原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)、化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition:CVD)を用いて均一な厚さを有するように形成する。
本段階では、ゲート誘電層245の少なくとも一部がチャネル領域240に沿って垂直に延長されて形成される。
チャネル領域240は、第1チャネルCH1内のゲート誘電層245上に形成する。
チャネル絶縁層250は、第1チャネルCH1を充填するように形成され、絶縁物質である。
但し、実施形態に応じて、チャネル絶縁層250ではない導電性物質でチャネル領域240の間の空間を充填することもできる。
第1チャネルパッド255Uは、導電性物質からなり得、例えば、多結晶シリコンからなる。
【0097】
図10dを参照すると、犠牲層225及び層間絶縁層220の積層構造物を貫通する開口部OPを形成し、開口部OPを介して犠牲層225を除去する。
開口部OPは、第1領域Iに示され、x方向に延長されるトレンチ状に形成される。
犠牲層225は、例えば、湿式エッチングを用いて層間絶縁層220に対して選択的に除去される。
これにより、層間絶縁層220の間で第1チャネルCH1の側壁が一部露出する。
【0098】
図10eを参照すると、犠牲層225が除去された領域に一部のゲート電極(231~238)を形成する。
ゲート電極(231~238)は、犠牲層225が除去された領域に導電性物質を充填して形成する。
ゲート電極(231~238)は、金属、多結晶シリコン、または金属シリサイド物質を含み得る。
本発明の一実施形態において、ゲート電極(231~238)を形成する前に、ゲート誘電層245のうち、ゲート電極(231~238)に沿ってベース層201上に水平に延長される領域がある場合、上記領域を先に形成する。
次に、図に示していない領域で、開口部OP内に絶縁物質を充填して分離絶縁層210を形成する。
【0099】
図10fを参照すると、上部ゲート電極239、ストリング選択チャネル240S、ストリング絶縁層250S、第1接続部262、第1コンタクトプラグ260、共通ビットライン270、及び接続パッド275を形成する。
上部ゲート電極239は、第1チャネルCH1上に導電性物質、例えば、多結晶シリコン層を蒸着して形成する。
次に、上部セル領域絶縁層285U物質をさらに積層し、上部セル領域絶縁層285Uを貫通する第1貫通孔TH1を形成する。
【0100】
第1貫通孔TH1内にストリング選択チャネル240S及びストリング絶縁層250Sを埋め込み、上端に導電性物質を充填することで第1接続部262を形成する。
次に、上部セル領域絶縁層285Uを貫通するように貫通孔を形成した後、導電性物質を充填して第1コンタクトプラグ260を形成し、第1接続部262及び第1コンタクトプラグ260上にそれぞれ共通ビットライン270及び接続パッド275を形成する。
共通ビットライン270及び接続パッド275は、導電性物質の蒸着、パターニング工程を介して形成し、上部セル領域絶縁層285Uの一部をパターニングし、導電性物質を蒸着することで形成する。
これにより、第1メモリセル領域CELL1が形成される。
【0101】
図10gを参照すると、第2メモリセル領域CELL2の第2接続部264、上部ゲート電極239、ストリング選択チャネル240S、ストリング絶縁層250S、第2チャネルパッド255L、ゲート電極230、第2チャネルCH2、及び第3接続部266を形成する。
第1メモリセル領域CELL1と同様の方式で第2メモリセル領域CELL2を形成する。
まず、共通ビットライン270及び接続パッド275上に第2接続部264を形成する。
第2接続部264は、共通ビットライン270及び接続パッド275と共にパターニングされて形成され得る。
【0102】
次に、第2接続部264上に下部セル領域絶縁層285Laの一部を形成した後、上部ゲート電極239を形成する。
次に、下部セル領域絶縁層285Laの一部を再び形成した後、それを貫通する第2貫通孔TH2を形成する。
第2貫通孔TH2内にストリング選択チャネル240S及びストリング絶縁層250Sを埋め込み、上端に導電性物質を充填して第2チャネルパッド255Lを形成する。
【0103】
次に、
図10b及び
図10cを参照して上述したように、ゲート電極230、第2チャネルCH2、及び第3接続部266を形成する。
また、ゲート電極230の外郭領域にゲート電極(231~238)を貫通する貫通絶縁層282を形成する。
【0104】
図10hを参照すると、下部導電層205L、第4接続部268、第2コンタクトプラグ261、及び第2接合パッド280を形成する。
まず、第3接続部266上に下部導電層205Lを形成し、下部導電層205L上に第4接続部268を形成する。
また、上部セル領域絶縁層(285La、285Lb)及び貫通絶縁層282を貫通する貫通孔を形成し、導電性物質を充填して第2コンタクトプラグ261を形成する。
【0105】
次に、第4接続部268及び第2コンタクトプラグ261上に第2接合パッド280を形成する。
第2接合パッド280は、例えば、導電性物質の蒸着及びパターニング工程を介して形成することができる。
第2接合パッド280は、下部セル領域絶縁層285Lbを介して上面が露出され得、第2半導体構造物S2の上面の一部をなす。
実施形態に応じて、第2接合パッド280の上面は、下部セル領域絶縁層285Lbの上面よりも上部に突出した形態で形成することもできる。
本段階によって、最終的に第2半導体構造物S2が準備され得る。
【0106】
図10iを参照すると、第1半導体構造物S1上に第2半導体構造物S2を接合する。
まず、第1半導体構造物S1は、基板101上に回路素子120及び回路配線構造を形成することにより設けられる。
【0107】
回路ゲート誘電層122と回路ゲート電極125を基板101上に順次に形成する。
回路ゲート誘電層122と回路ゲート電極125は、ALDまたはCVDを用いて形成し得る。
回路ゲート誘電層122は、シリコン酸化物で形成され、回路ゲート電極125は、多結晶シリコンまたは金属シリサイド層の少なくとも1つで形成され得るが、これに限定されない。
その次に、回路ゲート誘電層122と回路ゲート電極125の両側壁にスペーサ層124及びソース/ドレイン領域105を形成する。
実施形態に応じて、スペーサ層124は、複数の層からなることもできる。
次に、イオン注入工程を行ってソース/ドレイン領域105を形成する。
【0108】
回路配線構造の内の回路コンタクトプラグ160は、周辺領域絶縁層190を一部形成した後に一部をエッチングして除去し、導電性物質を充填することにより形成する。
回路配線ライン170は、例えば、導電性物質を蒸着した後、それをパターニングすることにより形成することができる。
周辺領域絶縁層190は、複数個の絶縁層からなり得る。
周辺領域絶縁層190は、回路配線構造を形成する各段階で一部が形成され、第3回路配線ライン176の上部に一部を形成することにより、最終的に回路素子120及び回路配線構造を覆うように形成される。
【0109】
第1半導体構造物S1と第2半導体構造物S2は、第1接合パッド180と第2接合パッド280を加圧して接合することにより接続する。
第2半導体構造物S2は、第2接合パッド280が下部に向かうように上下逆の状態で第1半導体構造物S1上に接合され得る。
本図面では、理解を助けるために、第2半導体構造物S2が、
図10hに示した構造のミラーイメージの形態で接合される様子を示した。
第1半導体構造物S1と第2半導体構造物S2は、別途の接着層のような接着剤を介さずに直接接合(direct bonding)される。
例えば、第1接合パッド180と第2接合パッド280は、上記加圧工程によって原子レベルでの結合を形成することができる。
実施形態に応じて、接合する前に、接合力を強化するために、第1半導体構造物S1の上面及び第2半導体構造物S2の下面に対して水素プラズマ処理のような表面処理工程がさらに行うことができる。
【0110】
本発明の一実施形態において、下部セル領域絶縁層285Lbは、下部に上述の接合誘電体層を含み、第1半導体構造物S1も同一の層を有する場合、第1及び第2接合パッド(180、280)の間の接合だけでなく、接合誘電層の間の誘電体接合によって接合力がより一層確保される。
【0111】
図10jを参照すると、第1及び第2半導体構造物(S1、S2)の接合構造上において、第2半導体構造物S2のベース基板SUBを除去し、パッド絶縁層290をパターニングするためのマスク層298を形成する。
ベース基板SUBを除去することにより、半導体装置の厚さが最小になり、貫通ビアのような配線のための構造物の形成を省略することができる。
【0112】
ベース基板SUBは、上面から一部がグラインディング(grinding)工程のような研磨工程によって除去され、残りの一部は、湿式エッチングのようなエッチング工程によって除去される。
これにより、パッド絶縁層290が上部に露出する。
湿式エッチング工程時に、パッド絶縁層290はエッチング停止層として用いることができる。
したがって、パッド絶縁層290は、ベース基板SUBと異なる物質を含むことができ、特定のエッチング条件でエッチング選択性を有することができる物質で形成することができる。
第2半導体構造物S2のベース基板SUBを除去することにより、半導体装置の総厚さが最小になる。
【0113】
次に、マスク層298は、フォトリソグラフィ工程によって、
図4のパッド領域PADを露出させるようにパターニングする。
マスク層298は、例えば、感光性樹脂層である。
次に、
図4を共に参照すると、マスク層298から露出したパッド絶縁層290を除去して
図4のように開口部を形成する。
これにより、下部の第2導電層205bがパッド領域PADの上部に露出する。
パッド絶縁層290を除去する際に、第2導電層205bはエッチング停止層として用いることができ、これによりエッチング工程が容易に行われる。
これにより、最終的に
図4の半導体装置100が製造される。
【0114】
図11は、本発明の一実施形態による半導体パッケージの概略的な構成を示す断面図である。
図11を参照すると、半導体パッケージ1000は、パッケージ基板510、パッケージ基板510上に積層されるメモリチップ500(501~508)、メモリチップ500を付着する接着層520、メモリチップ500とパッケージ基板510との間を接続するワイヤ550、メモリチップ500を封止する封止部560、及びパッケージ基板510の下面に配置された接続端子580を含む。
【0115】
パッケージ基板510は、本体部511、本体部511の上下面に配置される導電性の基板パッド512、及び基板パッド512を覆う絶縁性のパッシベーション層515を含む。
本体部511は、例えば、シリコン(Si)、ガラス(glass)、セラミック(ceramic)、またはプラスチック(plastic)を含み得る。
本体部511は、単一層であるか、またはその内部に配線パターンを含む多層構造を有することができる。
【0116】
メモリチップ500は、接着層520を用いてパッケージ基板510及び下部のメモリチップ500上に積層される。
メモリチップ500は、
図4~
図9を参照して上述した半導体装置(100、100a、100b、100c、100d)を含むことができる。
メモリチップ500は、同一の種類のメモリチップからなるか、または他の種類のメモリチップを含むことができる。
メモリチップ500が他の種類のメモリチップを含む場合、上述の半導体装置(100、100a、100b、100c、100d)以外に、DRAM、SRAM、PRAM、ReRAM、FeRAM、またはMRAMを含むことができる。
【0117】
メモリチップ500は、互いに同一または異なる大きさを有することができ、メモリチップ500の個数は、図に示したものに限定されない。
メモリチップ500は、上面にパッド領域PADが位置し、パッド領域PADは、メモリチップ500の端に隣接して位置するが、これに限定されない。
例えば、3Dプリンティングを用いてワイヤ550に該当する信号伝達媒体を形成する場合、パッド領域PADは、端に位置しないことも可能である。
メモリチップ500は、パッド領域PADが露出するように順次にオフセットされて積層される。
【0118】
ワイヤ550は、上部のメモリチップ500と下部のメモリチップ500を電気的に接続するか、またはメモリチップ500の少なくとも一部をパッケージ基板510の基板パッド512と電気的に接続する。
但し、ワイヤ550は、信号伝達構造物の一例であるため、実施形態に応じて、様々な形態の信号伝達媒体に変更することができる。
【0119】
封止部560は、メモリチップ500、ワイヤ550、及びパッケージ基板510の上面を覆うように配置され、メモリチップ500を保護する役割を果たす。
封止部560は、例えば、シリコン(silicone)系物質、熱硬化性物質、熱可塑性物質、UV処理物質などからなることができる。
封止部560は、樹脂のようなポリマーで形成され得、例えば、EMC(Epoxy Molding Compound)で形成される。
【0120】
接続端子580は、半導体パッケージ1000を半導体パッケージ1000が実装される電子機器のマザーボードなどと接続する。
接続端子580は、導電性物質、例えば、半田(solder)、錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)及びアルミニウム(Al)の少なくとも1つを含み得る。
実施形態において、接続端子580は、ランド(land)、ボール(ball)、ピン(pin)など様々な形態に変更することができる。
【0121】
図12は、本発明の一実施形態による半導体装置を含む電子機器の概略構成を示すブロック図である。
図12を参照すると、本発明の一実施形態による電子機器2000は、通信部2010、入力部2020、出力部2030、メモリ2040、及びプロセッサ2050を含む。
【0122】
通信部2010は、有線/無線通信モジュールを含むことができ、無線インターネットモジュール、近距離通信モジュール、GPSモジュール、移動通信モジュールなども含むことができる。
通信部2010に含まれる有線/無線通信モジュールは、様々な通信規格によって外部の通信網と接続されてデータを送受信する。
入力部2020は、ユーザーが電子機器2000の動作を制御するために提供されるモジュールであり、機械式スイッチ、タッチスクリーン、音声認識モジュールなどを含むことができ、その他にも、ユーザーがデータを入力することができる様々なセンサーモジュールをさらに含むこともできる。
【0123】
出力部2030は、電子機器2000で処理される情報を音声または映像の形態で出力し、メモリ2040は、プロセッサ2050を処理及び制御するためのプログラムや、またはデータなどを記憶する。
メモリ2040は、
図4~
図9を参照して上述したような様々な実施形態による半導体装置を1つ以上含むことができ、電子機器2000に内蔵されるか、または別途のインタフェースを介してプロセッサ2050と通信する。
プロセッサ2050は、電子機器2000に含まれる各部の動作を制御することができる。
プロセッサ2050は、音声通話、ビデオ通話、データ通信などに関する制御及び処理を行うか、またはマルチメディアを再生及び管理するための制御及び処理を行うこともできる。
また、プロセッサ2050は、入力部2020を介してユーザーから伝達される入力を処理し、その結果を出力部2030を介して出力すること、電子機器2000の動作を制御する上で必要なデータをメモリ2040に記憶すること、メモリ2040から引き出すことなどを行うことができる。
【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、10A、100、100a~d 半導体装置
20、20A メモリセルアレイ
30 周辺回路
32 ローデコーダ
34 ページバッファ
35 入出力(I/O)バッファ
36 制御ロジック
37 電圧発生器
101 基板
105 ソース/ドレイン領域
120 回路素子
122 回路ゲート誘電層
124 スペーサ層
125 回路ゲート電極
160 回路コンタクトプラグ
162、164、166 第1~第3回路コンタクトプラグ
170 回路配線ライン
172、174、176 第1~第3回路配線ライン
180 (第1)接合パッド
190 周辺領域絶縁層
201 ベース層
205a、205b (第1及、第2)導電層
205L 下部導電層
205U 上部導電層
210 分離絶縁層
220 層間絶縁層
230(231~239) (上部、下部)ゲート電極
240 チャネル領域
240S ストリング選択チャネル(領域)
245 ゲート誘電層
250 チャネル絶縁層
250S ストリング絶縁層
255U、255L (第1、第2)チャネルパッド
256 貫通部
260、260a 第1コンタクトプラグ
261、261a 第2コンタクトプラグ
262(a)、264(a)、266(a)、268 (第1~第4)接続部
270 共通ビットライン
275、275a 接続パッド
280 第2接合パッド
282 貫通絶縁層
285U 上部セル領域絶縁層
285La、285Lb 下部セル領域絶縁層
290 パッド絶縁層
295、295a 接続層
298 マスク層
MCA1、MCA2 (第1、第2)メモリセルアレイ
PAD パッド領域
PERI 周辺回路(領域)
CH1、CH2 (第1、第2)チャネル
CELL1、CELL2 メモリセル領域
S1、S2 (第1、第2)半導体構造物