專利名稱：非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總體而言涉及ー種非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，更具體而言涉及ー種具有三維(3D)結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著存儲(chǔ)器件領(lǐng)域例如非易失性存儲(chǔ)器件的進(jìn)展，對(duì)存儲(chǔ)器件的高集成度的要求日益提高。在已知技術(shù)中，通過使用減小以ニ維(2D)方式布置在半導(dǎo)體襯底之上的存儲(chǔ)器單元的尺寸的方法來增大特定面積內(nèi)的存儲(chǔ)器件的集成度。然而，存儲(chǔ)器單元的尺寸的減小在物理上是有限的。為此，最近提出一種通過將存儲(chǔ)器單元以3D方式布置在半導(dǎo)體襯底之上來制造高度集成的存儲(chǔ)器件的方法。如果，如上所述，存儲(chǔ)器單元以3D方式布置，則與以2D方式布置的存儲(chǔ)器単元相比，可有效地利用半導(dǎo)體襯底的面積并且可提高集成度。在3D非易失性存儲(chǔ)器件中，具有U形存儲(chǔ)串的3D非易失性存儲(chǔ)器件包括U形溝道層。每個(gè)U形溝道層包括第一和第二垂直溝道層以及用于將第一和第二垂直溝道層耦接的管道溝道層。3D非易失性存儲(chǔ)器件還包括沿第一和第二垂直溝道層中的每個(gè)形成的多個(gè)単元柵以及形成在U形溝道層兩端的選擇柵，并且所述多個(gè)單元柵通過插入在彼此之間的層間絕緣層而彼此層疊和隔離。單元柵和選擇柵被形成為包圍U形溝道層。在單元柵與U形溝道層之間形成存儲(chǔ)層。存儲(chǔ)層包括隧道絕緣層，所述隧道絕緣層被形成為與U形溝道層的外壁鄰接并包圍U形溝道層；電荷陷阱層，所述電荷陷阱層被形成為包圍隧道絕緣層；以及阻擋絕緣層，所述阻擋絕緣層被形成為包圍電荷陷阱層。在單元柵與U形溝道層之間還形成柵絕緣層。3D非易失性存儲(chǔ)器件可通過將電子注入形成在單元柵與U形溝道層的交叉處的電荷陷阱層來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，并且可通過將注入電荷陷阱層的電荷從電荷陷阱層向U形溝道層放電來擦除數(shù)據(jù)。尤其地，為了在擦除操作中在選擇柵側(cè)生成空穴，誘發(fā)柵致漏極泄漏(GIDL)，并且將生成的空穴引入U(xiǎn)形溝道層。因此，在U形溝道層與電荷陷阱層之間生成電位差，使得電荷陷阱層內(nèi)的電子被放電。然而，在此擦除操作中，存在的缺點(diǎn)是，擦除操作信號(hào)具有復(fù)雜的波形，為了誘發(fā)GIDL増加擦除時(shí)間，并且選擇柵的可靠性惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及ー種3D非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，其中所述3D非易失性存儲(chǔ)器件能夠提高具有大致U形存儲(chǔ)串的非易失性存儲(chǔ)器件的擦除速度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種非易失性存儲(chǔ)器件包括第一垂直溝道層和第二垂直溝道層，所述第一垂直溝道層和所述第二垂直溝道層都實(shí)質(zhì)上平行地從半導(dǎo)體襯底大致地向上突出；第一柵極組，所述第一柵極組被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵實(shí)質(zhì)上沿所述第一垂直溝道層層疊并且實(shí)質(zhì)上被插入在所述存儲(chǔ)器單元柵之間的層間絕緣層彼此隔離；第二柵極組，所述第二柵極組被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵實(shí)質(zhì)上沿所述第二垂直溝道層層疊并且實(shí)質(zhì)上被插入在所述存儲(chǔ)器単元柵之間的層間絕緣層彼此隔離；管道溝道層，所述管道溝道層被配置成將所述第一垂直溝道層與所述第二垂直溝道層耦接；以及溝道層延伸部分，所述溝道層延伸部分大致地從所述管道溝道層向所述半導(dǎo)體襯底延伸并且被配置成將所述管道溝道層與所述半導(dǎo)體襯底耦接。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底之上形成犧牲層圖案；通過實(shí)質(zhì)上在所述犧牲層圖案之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層形成層疊結(jié)構(gòu)；形成第一和第二溝道孔，所述第一和第二溝道孔被配置成穿透所述層疊結(jié)構(gòu)并且實(shí)質(zhì)上使所述犧牲層圖案暴露出來；通過實(shí)質(zhì)上去除所述犧牲層圖案來形成管道溝道孔；大致地在所述管道溝道孔的表面上并且實(shí)質(zhì)上在所述第一和第二溝道孔內(nèi)形成半導(dǎo)體層；形成縫隙，所述縫隙被配置成穿透實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二溝·道孔與所述半導(dǎo)體層之間的層疊結(jié)構(gòu)并且向下延伸到所述半導(dǎo)體襯底；以及利用半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和從所述管道溝道孔延伸到所述半導(dǎo)體襯底的所述縫隙的一部分。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底之上或在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一管道柵層；通過刻蝕所述第一管道柵層，大致地在所述第一管道柵層內(nèi)形成第一溝槽；形成第二溝槽，所述第二溝槽大致地從所述第一溝槽向所述半導(dǎo)體襯底延伸；實(shí)質(zhì)上在所述第一和第二溝槽內(nèi)形成犧牲層圖案；通過實(shí)質(zhì)上在包括所述犧牲層圖案的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層，形成層疊結(jié)構(gòu)；形成第一和第二溝道孔，所述第一和第二溝道孔被配置成穿透所述層疊結(jié)構(gòu)并且使所述犧牲層圖案暴露出來；通過實(shí)質(zhì)上去除所述犧牲層圖案使所述第一和第二溝槽開放；實(shí)質(zhì)上在所述第一溝槽的表面上、大致地在所述第二溝槽內(nèi)以及大致地在所述第一和第二溝道孔內(nèi)形成半導(dǎo)體層；形成縫隙，所述縫隙被配置成穿透所述第二溝槽內(nèi)的實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二溝道孔與所述半導(dǎo)體層之間的層疊結(jié)構(gòu)，并且所述縫隙向下延伸到所述半導(dǎo)體襯底；以及利用半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及從所述第二溝槽向所述半導(dǎo)體襯底延伸的所述縫隙的一部分。


圖I是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的圖；圖2是說明在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中可形成隔離層的區(qū)域的圖；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的讀取操作的圖；圖4A和4B是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的編程操作的圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的擦除操作的圖；圖6A至60是說明ー種制造圖I所示的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的圖7A至7E是說明另ー種制造圖I所示的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的圖；圖8是說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的圖；圖9A至9F是說明ー種制造圖8所示的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的圖；圖IOA至IOC是說明另ー種制造圖8所示的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的圖；以及圖11是說明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法的圖。
具體實(shí)施例方式下文，將參照附圖描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。提供所述附圖以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的實(shí)施例的范圍。然而，可以用不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，而不應(yīng)被解釋為限于本文提供的實(shí)施例。確切地說，提供這些實(shí)施例是為了使本說明書變得清楚且完整，并 且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。同時(shí)，可理解，當(dāng)ー個(gè)元件，例如層，被提及位于另ー個(gè)元件(例如，半導(dǎo)體襯底)“上(或之上)”時(shí)，其可與所述另ー個(gè)元件直接接觸，或者可在所述兩個(gè)元件之間插入ー個(gè)或多個(gè)第三元件，等等。此外，在附圖中，為了易于描述和清晰起見，每個(gè)層的尺寸和厚度被放大，并且在整個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在本說明書中，使用了特定的術(shù)語(yǔ)。所述術(shù)語(yǔ)是用于描述本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明的意義或限制本發(fā)明的范圍。在本說明書中，“和/或”表示包括布置在“和/或”之前和之后的ー個(gè)或多個(gè)部件。此外，“連接/耦接”表示一個(gè)組件直接耦接到另ー個(gè)組件或經(jīng)由另一個(gè)組件間接耦接。在本說明書中，只要未在語(yǔ)句中明確敘述，則單數(shù)形式可包括復(fù)數(shù)形式。此外，本說明書中所使用的“包括/包括”表示存在或増加ー個(gè)或多個(gè)組件、步驟、操作和元件。在下列附圖中，使用XYZ直角坐標(biāo)系來描述方向。將大致地平行于半導(dǎo)體襯底的上表面且大致地彼此正交的兩個(gè)方向假定為大致地處于X和Y方向，而將大致地與X和Y方向正交且大致地與導(dǎo)電層和絕緣層的層疊方向平行的方向假定為大致地處于Z方向。圖I是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的圖。應(yīng)注意，為方便起見，圖I中未示出絕緣層的ー些部分。參照?qǐng)D1，根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件可包括實(shí)質(zhì)上以包括多個(gè)列和多個(gè)行的矩陣形式排列的多個(gè)存儲(chǔ)串ST。每個(gè)存儲(chǔ)串ST可以包括與半導(dǎo)體襯底101耦接的溝道層。存儲(chǔ)串ST的溝道層可包括大致地為U形的溝道層以及溝道層延伸単元157a。所述大致地為U形的溝道層可包括第一和第二垂直溝道層CHl和CH2以及被形成為將第一和第二垂直溝道層CHl和CH2耦接在一起的管道溝道層CH3。第一和第二垂直溝道層CHl和CH2可從半導(dǎo)體襯底101向上突出，實(shí)質(zhì)平行地被形成在大致Z方向上并且可彼此間隔開。溝道層延伸単元157a可從管道溝道層CH3延伸到半導(dǎo)體襯底101，并且可被配置成將管道溝道層CH3與半導(dǎo)體襯底101耦接在一起。存儲(chǔ)串ST可包括漏極選擇晶體管DST，所述漏極選擇晶體管DST被實(shí)質(zhì)形成在第一垂直溝道層CHl的頂部；源極選擇晶體管SST，所述源極選擇晶體管SST被實(shí)質(zhì)形成在第二垂直溝道層CH2的頂部；第一存儲(chǔ)器單元組，所述第一存儲(chǔ)器單元組被形成為包括大致地沿實(shí)質(zhì)位于半導(dǎo)體襯底101與漏極選擇晶體管DST之間的第一垂直溝道層CHl層疊成行的多個(gè)存儲(chǔ)器単元MC ;第二存儲(chǔ)器單元組，所述第二存儲(chǔ)器單元組被形成為包括大致地沿實(shí)質(zhì)位于半導(dǎo)體襯底101與源極選擇晶體管SST之間的第二垂直溝道層CH2層疊成行的多個(gè)存儲(chǔ)器単元MC ；以及管道晶體管，所述管道晶體管被實(shí)質(zhì)形成在第一存儲(chǔ)器單元組與第二存儲(chǔ)器單元組之間。漏極選擇晶體管DST的柵極被形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁并且可耦接到大致地在Y方向上延伸的漏極選擇線DSL。大致地在Y方向上排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST的多個(gè)漏極選擇晶體管DST共同耦接到漏極選擇線DSL。此外，可形成漏極選擇晶體管DST的柵極以在充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁的層疊層131、133和135 (參看圖6G等)插入在漏極選擇晶體管DST的柵極與第一垂直溝道層CHl之間的狀態(tài)下，實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CH1。源極選擇晶體管SST的柵極可被形成為實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的外壁，并且可耦接到大致地在Y方向上延伸的源極選擇線SSL?？蓪?shí)質(zhì)上在Y方向上大致地排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST的多個(gè)源極選擇晶體管SST共同耦接到源極選擇線SSL。此外，可形成源極選擇晶體管SST的柵極以在充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的
外壁的層疊層131、133和135插入在源極選擇晶體管SST的柵極與第二垂直溝道層CH2之間的狀態(tài)下，實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2?？蓪⒌谝淮鎯?chǔ)器單元組的柵極耦接到字線WL，其中字線WL可大致地沿第一垂直溝道層CHl層疊并且以實(shí)質(zhì)上插在其間的層間絕緣層彼此間隔開。可將第二存儲(chǔ)器単元的柵極耦接到字線WL，其中字線WL可沿第二垂直溝道層CH2層疊并且被實(shí)質(zhì)上插在其間的層間絕緣層彼此間隔開。耦接到第一存儲(chǔ)器單元組的第一柵極組的字線WL可被形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁，并且大致地在Y方向上延伸。耦接到第二存儲(chǔ)器単元組的第二柵極組的字線WL可被形成為實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的外壁，并且可大致地在Y方向上延伸。形成字線WL以在充當(dāng)存儲(chǔ)層的層疊層131、133和135實(shí)質(zhì)上插入在字線WL之間的狀態(tài)下實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl或第二垂直溝道層CH2。管道晶體管可包括將第一垂直溝道層CHl與第二垂直溝道層CH2耦接的管道溝道層CH3。管道晶體管的柵極可包括大致地形成在管道溝道層CH3與第一存儲(chǔ)器單元組之間的第一管道柵PGl以及大致地形成在管道溝道層CH3與第二存儲(chǔ)器單元組之間的第二管道柵PG2?？蓪⒌谝还艿罇臥Gl形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁并且可大致地在Y方向上延伸?？蓪⒋笾碌卦赮方向上排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST共同耦接到第一管道柵PG1。此外，可形成第一管道柵PGl以在充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁的層疊層131、133和135實(shí)質(zhì)上插入在第一管道柵PGl與第一垂直溝道層CHl之間的狀態(tài)下，實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl。可將第二管道柵PG2形成為實(shí)質(zhì)上包圍第ニ垂直溝道層CH2的外壁并且可大致地在Y方向上延伸。將在Y方向上排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST共同耦接到第二管道柵PG2。此外，可形成第二管道柵PG2以在充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的外壁的層疊層131、133和135插入在第二管道柵PG2與第二垂直溝道層CH2之間的狀態(tài)下，實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2。大致地在Y方向上形成的縫隙153可實(shí)質(zhì)上位于漏極選擇線DSL與源極選擇線SSL之間，實(shí)質(zhì)上位于包括字線WL以實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的第一柵極組與包括字線WL以實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的第二柵極組之間，以及實(shí)質(zhì)上位于第一管道柵PGl與第二管道柵PG2之間。縫隙153可大致地向下延伸到半導(dǎo)體襯底101。此外，每個(gè)縫隙153可實(shí)質(zhì)上沿著Y方向，實(shí)質(zhì)在大致地沿X方向彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST之間形成，使得大致地在X方向上彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST彼此分離?？蓪盈B層131、133和135形成為實(shí)質(zhì)上包圍除溝道層延伸単元157a以外的第一和第二垂直溝道層CHl和CH2的外壁和管道溝道層CH3的外壁?？梢曰诳p隙153對(duì)稱地布置被實(shí)質(zhì)上插入在其間的縫隙153彼此分離且大致地彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST。因此，大致地在X方向上彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST的第二垂直溝道層CH2可大致地被布置成彼此相鄰，并且大致地在X方向上彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST的第一垂直溝道層CHl可大致地被布置成彼此相鄰?？蓪⑿纬纱笾碌乇舜讼噜彽膬蓚€(gè)列的第二垂直溝道層CH2共同耦接到位于源極選擇線SSL之上的與源極選擇線SSL間隔開的公共源極線CSL0公共源極線CSL可大致地在Y方向上延伸。第一垂直溝道層CHl可以與形成在第一垂直溝道層CHl之上的漏極接觸插塞DCT耦接。漏極接觸插塞DCT可以與位線BL耦接，所述位線BL可大致地形成在漏極接觸插塞DCT之上并且實(shí)質(zhì)形成在X方向上。
盡管未示出，但是可實(shí)質(zhì)上在位線BL與公共源極線CSL之間、實(shí)質(zhì)上在源極選擇線SSL與公共源極線CSL之間、實(shí)質(zhì)上在字線WL與源極選擇線SSL之間、實(shí)質(zhì)上在漏極選擇線DSL與位線BL之間并且實(shí)質(zhì)上在彼此相鄰地層疊的字線WL之間形成層間絕緣層。此夕卜，可實(shí)質(zhì)上在第一柵極組與第一管道柵PGl之間以及實(shí)質(zhì)上在第二柵極組與第二管道柵PG2之間形成管道柵絕緣層?？蓪⒙O接觸插塞DCT形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于位線BL與漏極選擇線DSL之間的層間絕緣層?？蓪⒌谝淮怪睖系缹覥Hl形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于漏極接觸插塞DCT與管道溝道層CH3之間的層間絕緣層、用于第一柵極組的導(dǎo)電層、用于第一管道柵PGl的導(dǎo)電層和實(shí)質(zhì)上位于第一柵極組與第一管道柵PGl之間的管道柵絕緣層?？蓪⒌诙怪睖系缹覥H2形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于公共源極線CSL與管道溝道層CH3之間的層間絕緣層、用于第二柵極組的導(dǎo)電層、用于第二管道柵PG2的導(dǎo)電層以及實(shí)質(zhì)上位于第二柵極組與第二管道柵PG2之間的管道柵絕緣層。第一和第二垂直溝道層CHl和CH2以及管道溝道層CH3可由實(shí)質(zhì)上未摻雜的多晶硅層形成。位線BL、漏極接觸插塞DCT和公共源極線CSL可實(shí)質(zhì)上由金屬制成。漏極選擇線DSL、源極選擇線SSL、字線WL以及第一和第二管道柵PGl和PG2實(shí)質(zhì)上可由金屬層形成，或者每個(gè)都可具有包括多晶硅層和實(shí)質(zhì)上形成在多晶硅層的側(cè)壁上的金屬硅化物層的雙層結(jié)構(gòu)。此外，層疊層131、133和135可包括可充當(dāng)存儲(chǔ)器単元MC的阻擋絕緣層的第一層疊層131、可充當(dāng)存儲(chǔ)器単元MC的電荷陷阱層的第二層疊層133、以及可用作存儲(chǔ)器単元MC的隧道絕緣層的第三層疊層135。第三層疊層135可實(shí)質(zhì)形成在大致地為U形的溝道層的外壁上，第二層疊層133可實(shí)質(zhì)形成在第三層疊層135的外壁上，而第一層疊層131可實(shí)質(zhì)形成在第二層疊層133的外壁上。第一層疊層131和第三層疊層135每個(gè)都可以實(shí)質(zhì)由氧化物層形成，而第二層疊層133可實(shí)質(zhì)由氮化物層形成。被形成為將從管道溝道層CH3延伸到半導(dǎo)體襯底101的縫隙153的一部分填充的溝道層延伸単元157a可以與實(shí)質(zhì)上形成在半導(dǎo)體襯底101的表面上的雜質(zhì)區(qū)103耦接。同時(shí)，也可在溝道層延伸単元157a內(nèi)實(shí)質(zhì)形成雜質(zhì)區(qū)103。通過將第一雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底101的表面形成雜質(zhì)區(qū)103。第一雜質(zhì)可以是P型雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底101可以是向其中注入了 P型雜質(zhì)的P型半導(dǎo)體襯底。此外，雜質(zhì)區(qū)103可以是向其中注入了濃度比注入半導(dǎo)體襯底101的P型雜質(zhì)的濃度高的雜質(zhì)的區(qū)域。雜質(zhì)區(qū)103可以與可通過將P型或N型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底101特定深度而形成的用于隔離的阱結(jié)構(gòu)不同?？蓪?shí)質(zhì)上將1E12原子/cm2至1E13原子/cm2的第一雜質(zhì)注入雜質(zhì)區(qū)103以在擦除操作中平穩(wěn)地供應(yīng)空穴。如上文所述，在根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可將大致地為U形的溝道層耦接到半導(dǎo)體襯底101，因此可在擦除操作中向大致地為U形的溝道層供應(yīng)空穴。因此，無需在選擇柵側(cè)誘發(fā)柵致漏極泄漏(GIDL)，從而在擦除操作中向大致地為U形的溝道層供應(yīng)空穴。此外，在第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可通過縫隙來耦接大致地為U形的溝道層與半導(dǎo)體襯底101，而不占據(jù)額外的空間。因此，可將大致地為U形的溝道層與半導(dǎo)體襯底耦接，而不增加非易失性存儲(chǔ)器件的尺寸。同時(shí)，可將形成在半導(dǎo)體襯底101中的雜質(zhì)區(qū)103用作阱拾取區(qū)。此外，在根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可將實(shí)質(zhì)上位于第一柵極組與第二柵極組之間的管道溝道層CH3的表面實(shí)質(zhì)上硅化，并且可大致地在管道溝道層CH3的 表面上形成金屬硅化物層171。因此，可改善管道溝道層CH3的電阻。此外，在根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可通過將第二雜質(zhì)大致地注入實(shí)質(zhì)上位于第一柵極組與第二柵極組之間的管道溝道層CH3的表面而在管道溝道層CH3的一部分內(nèi)形成雜質(zhì)區(qū)165。如果雜質(zhì)區(qū)165和金屬硅化物層171兩者均實(shí)質(zhì)上形成在管道溝道層CH3內(nèi)，則可將雜質(zhì)區(qū)165形成為實(shí)質(zhì)包圍金屬硅化物層171的周圍。第二雜質(zhì)和第一雜質(zhì)是彼此不同的類型，使得半導(dǎo)體襯底101與雜質(zhì)區(qū)165形成PN ニ極管。第二雜質(zhì)可為N型雜質(zhì)?？赏ㄟ^雜質(zhì)區(qū)165改善管道溝道層CH3的電阻。當(dāng)操作存儲(chǔ)串ST時(shí)，根據(jù)第一實(shí)施例的雜質(zhì)區(qū)165或金屬硅化物層171可將形成在大致地與第一管道柵PGl相鄰的管道溝道層CH3的表面內(nèi)的溝道和形成在大致地與第二管道柵PG2相鄰的管道溝道層CH3的表面內(nèi)的溝道耦接。在本實(shí)施例中，由于如上文所述可將溝道大致地耦接在管道溝道層CH3的上表面，所以與大致地在管道溝道層CH3的側(cè)壁和底部形成溝道的情況相比，可改善溝道電阻。在本實(shí)施例中，由于如上文所述改善了溝道電阻，無需為了保證溝道電阻而緊密地形成第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2。因此，在第一存儲(chǔ)器單元組與第二存儲(chǔ)器單元組之間實(shí)質(zhì)上可保證較寬的間距。因此，本發(fā)明可改善第一存儲(chǔ)器單元組與第二存儲(chǔ)器單元組之間出現(xiàn)的干擾。在根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可大致地在存儲(chǔ)串ST的每個(gè)邊界處形成隔離層109以改善存儲(chǔ)串ST之間的絕緣。圖2是說明在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中可形成隔離層的區(qū)域的圖。參照?qǐng)DI和2，可以形成大致地為網(wǎng)格形式的隔離層109，使得它們實(shí)質(zhì)上包圍管道溝道層CH3。因此，多個(gè)存儲(chǔ)串ST可經(jīng)由隔離層109而大致地在X方向和Y方向上彼此分離。同時(shí)，用作刻蝕掩模以限定將形成隔離層109的區(qū)域的犧牲層圖案可以在不形成隔離層109的區(qū)域內(nèi)保留下來。因此，可通過犧牲層圖案將第一管道柵PGl或第二管道柵PG2與半導(dǎo)體襯底101彼此分離。下文將參照?qǐng)D3至5描述根據(jù)本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器件的操作方法。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的讀取操作的圖。
參照?qǐng)D3，為了讀取儲(chǔ)存在選中的存儲(chǔ)串ST_sel中的選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel中的數(shù)據(jù)，可向位線BL供應(yīng)具有特定電壓電平(例如，IV)的位線電壓，并且向公共源極線CSL和半導(dǎo)體襯底101供應(yīng)OV的接地電壓GND?？赏ㄟ^半導(dǎo)體襯底101的雜質(zhì)區(qū)103向半導(dǎo)體襯底101供應(yīng)電壓。此外，可向源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL供應(yīng)電源電壓以接通可耦接到選中的存儲(chǔ)串ST_sel的源極選擇晶體管和漏極選擇晶體管。此外，可向第一管道柵PGl和第二管道柵PG2供應(yīng)電源電壓以接通管道晶體管。同時(shí)，可向與選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel耦接的選中的字線WL_sel供應(yīng)讀取電壓Vread,并且可向除選中的字線WL_sel以外的其余未選中的字線WL_unsel供應(yīng)讀取通過電壓Vpass。可設(shè)定讀取通過電壓Vpass使得除字線WL_sel以外的其余所有未選中的存儲(chǔ)器単元處于接通狀態(tài)。通過上述讀取操作，可在大致地與第一和第二管道柵PGl和PG2相鄰的管道溝道層CH3的表面上形成溝道?？赏ㄟ^雜質(zhì)區(qū)165或金屬硅化物層171將大致地形成在大致地與第一管道柵PGl相鄰的管道溝道層CH3的表面上的溝道和大致地形成在大致地與第二管·道柵PG2相鄰的管道溝道層CH3的表面上的溝道耦接。此外，根據(jù)選中的存儲(chǔ)器単元MC_sel的閾值電壓是高于還是低于讀取電壓Vread，可以確定電流是否是從位線BL流向公共源極線CSL。因此，通過檢測(cè)位線BL的電位的變化，可讀取出儲(chǔ)存在選中的存儲(chǔ)器単元MC_sel內(nèi)的數(shù)據(jù)。與在管道溝道層CH3的側(cè)壁和底部形成溝道的情況相比，本發(fā)明可改善溝道電阻，因?yàn)閷?shí)質(zhì)上位于管道溝道層CH3的表面上的溝道被耦接。因此，可改善流經(jīng)存儲(chǔ)串ST_sel的單元電流。圖4A和4B是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的編程操作。參照?qǐng)D4A，如果選中的存儲(chǔ)串ST_sel中的選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel的閾值電壓升高并且要將數(shù)據(jù)編程到選中的存儲(chǔ)器単元MC_sel，則可向半導(dǎo)體襯底101和耦接到選中的存儲(chǔ)串ST_sel的選中的位線BL-sel供應(yīng)OV的接地電壓GND。此外，可向公共源極線CSL供應(yīng)電源電壓Vcc，可向漏極選擇線DSL供應(yīng)電源電壓Vcc，并且可向源極選擇線SSL供應(yīng)關(guān)斷電壓。同時(shí)，可向與選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel耦接的選中的字線WL_sel供應(yīng)編程電壓Vpgm,并且可向除選中的字線WL_sel以外的其余未選中的字線WL_unsel供應(yīng)編程通過電壓Vpass。可設(shè)定編程通過電壓Vpass，使得所有的未選中的存儲(chǔ)器単元均處于接通狀態(tài)。此外，可通過向第一管道柵PGl和第二管道柵PG2供應(yīng)電源電壓Vcc來接通管道晶體管。通過上述編程操作，與選中的存儲(chǔ)串ST_sel耦接的源極選擇晶體管可變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，并且與選中的存儲(chǔ)串ST_sel耦接的漏極選擇晶體管可變?yōu)榻油顟B(tài)。此外，可實(shí)質(zhì)上在大致地與第一和第二管道柵PGl和PG2相鄰的管道溝道層CH3的表面上形成溝道?？赏ㄟ^雜質(zhì)區(qū)165或金屬硅化物層171將實(shí)質(zhì)形成在大致地與第一管道柵PGl相鄰的管道溝道層CH3的表面上的溝道與實(shí)質(zhì)上形成在大致地與第二管道柵PG2相鄰的管道溝道層CH3的表面上的溝道耦接。因此,可向選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel的溝道供應(yīng)OV的接地電壓，由此可生成較高的電壓差以至于實(shí)質(zhì)上在選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel的溝道與選中的字線WL_sel之間產(chǎn)生F-N隧穿。因此，可將電子注入選中的存儲(chǔ)器単元MC_sel的電荷陷阱層，由此提高選中的存儲(chǔ)器單元MC_sel的閾值電壓。
下文將參照?qǐng)D4B來描述禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的操作，其中所述禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh與選中的字線WL_sel耦接并且被形成為包括閾值電壓不會(huì)上升的禁止編程單元MC_inh0可向與禁止編程存儲(chǔ)串ST-inh耦接的禁止編程位線BL-inh供應(yīng)具有特定電平的電源電壓Vcc。此時(shí)，可向半導(dǎo)體襯底101供應(yīng)OV的接地電壓GND，并且可向公共源極線CSL供應(yīng)電源電壓Vcc。此外，可向漏極選擇線DSL供應(yīng)電源電壓Vcc，并且可向源極選擇線SSL供應(yīng)關(guān)斷電壓。此外，可向與禁止編程單元MC_inh耦接的選中的字線WL_sel供應(yīng)編程電壓Vpgm，并且可向除選中的字線WL_sel以外的其余未選中的字線WL_unsel供應(yīng)編程通過電壓Vpass。此外，可向第一管道柵PGl和第二管道柵PG2供應(yīng)電源電壓Vcc，使得管道晶體管變?yōu)榻油顟B(tài)。通過上述編程操作，與禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh耦接的源極選擇晶體管變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。此外，禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的溝道電壓可具有與禁止編程位線BL_inh的電壓和
漏極選擇晶體管的閾值電壓之間的電壓差實(shí)質(zhì)相同的電壓電平。因此，與禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh耦接的漏極選擇晶體管變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。因此，可實(shí)質(zhì)上在禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的溝道與禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的柵極WL_unsel、WL_sel、PGl和PG2之間產(chǎn)生電容耦合現(xiàn)象。禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的溝道電壓可由于電容耦合現(xiàn)象而提升并升高。當(dāng)禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh的溝道電壓如上文所述被提升時(shí)，可在相鄰的雜質(zhì)區(qū)103的管道溝道CH3內(nèi)生成耗盡區(qū)。因此，可自動(dòng)保證禁止編程存儲(chǔ)串ST_inh與半導(dǎo)體襯底101之間的絕緣。同吋，可能不會(huì)產(chǎn)生F-N穿隧，因?yàn)椋捎谔嵘臏系离妷?，選中的字線WL_sel與禁止編程存儲(chǔ)器單元MC-inh之間的電壓差可能較小。因此，可防止禁止編程存儲(chǔ)器單元MC-inh的閾值電壓升尚。圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的擦除操作。可以對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)塊執(zhí)行擦除操作。存儲(chǔ)塊可包括與公共源極線CSL并聯(lián)耦接的多個(gè)存儲(chǔ)串。參照?qǐng)D5，為了執(zhí)行擦除操作，將選中的存儲(chǔ)塊的位線BL、漏極選擇線DSL和源極選擇線SSL浮置，并且可向字線WL以及第一和第二管道柵PGl和PG2供應(yīng)OV的接地電壓GND。此外，可向半導(dǎo)體襯底101供應(yīng)具有高電位的擦除電壓Vers。因此，可將雜質(zhì)區(qū)103內(nèi)的空穴h注入大致地為U形的溝道層。因此，由于大致地為U形的溝道層與字線WL之間的電壓差，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器單元中的電子可被放電到大致地為U形的溝道層，從而可集體地擦除儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)。如上文所述，在本發(fā)明中，在擦除操作中，可從半導(dǎo)體襯底101向大致地為U形的溝道層供應(yīng)空穴h。因此，在擦除操作中，無需在選擇柵側(cè)誘發(fā)柵致漏極泄漏(GIDL)，從而可向大致地為U形的溝道層供應(yīng)空穴。在根據(jù)本發(fā)明的非易失性存儲(chǔ)器件中，因?yàn)椴脸僮餍盘?hào)可具有簡(jiǎn)單的波形，因此可増大擦除速度并且可提高選擇柵的可靠性。圖6A至60是說明制造圖I所示的非易失性存儲(chǔ)器件的ー種方法的圖。參照?qǐng)D6A，通過將P型雜質(zhì)注入由單晶硅制成的P型半導(dǎo)體襯底101的表面，可形成第一雜質(zhì)區(qū)103a。第一雜質(zhì)區(qū)103a可充當(dāng)非易失性存儲(chǔ)器件的阱拾取部，或者可起到在擦除操作中改善對(duì)溝道層的空穴供應(yīng)的作用。優(yōu)選地，通過以20KeV至SOKeV的能量注入1E12原子/cm3至1E13原子/cm3的P型雜質(zhì)來形成第一雜質(zhì)區(qū)103a。參照?qǐng)D6B，可實(shí)質(zhì)上在第一雜質(zhì)區(qū)103a之上形成犧牲層105。優(yōu)選地，犧牲層105為氮化物層，其可在隨后的刻蝕半導(dǎo)體襯底101的エ藝中充當(dāng)刻蝕掩摸。參照?qǐng)D6C，通過經(jīng)由光刻エ藝將犧牲層105圖案化，可以形成犧牲層圖案105a。犧牲層圖案105a可以是這樣的圖案，大致地經(jīng)由所述犧牲層圖案105a而暴露出半導(dǎo)體襯底101的隔離區(qū)，并且犧牲層圖案105a可用作在隨后的エ藝中充當(dāng)刻蝕掩模的第一硬掩模圖案。通過刻蝕實(shí)質(zhì)上經(jīng)由犧牲層圖案105a而暴露出的半導(dǎo)體襯底101的隔離區(qū)，可在半導(dǎo)體襯底101中形成隔離溝槽107。優(yōu)選地，隔離溝槽107比第一雜質(zhì)區(qū)103a深。隔離溝槽107可限定將形成隔離層的區(qū)域。參照?qǐng)D6D，可實(shí)質(zhì)上在整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成具有足夠厚度的絕緣材料，使得隔離溝槽107的內(nèi)部可被填充。通過去除犧牲層圖案105a上的絕緣材料，可實(shí)質(zhì)上在隔離溝槽107內(nèi)形成隔離層109，使得實(shí)質(zhì)上暴露出犧牲層圖案105a。用于隔離層109的絕緣材料可以是氧化物層。此外，可執(zhí)行拋光エ藝?yán)缁瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)，以便實(shí)質(zhì)去除犧牲層圖案 105a上的絕緣材料。
接著，通過實(shí)質(zhì)上在隔離層109和犧牲層圖案105a之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層，可形成層疊結(jié)構(gòu)MLa。第一材料層可以是多個(gè)柵導(dǎo)電層111、115和119,而第二材料層可以是多個(gè)層間絕緣層113、117和121。所述多個(gè)柵導(dǎo)電層111、115和119中的最底層可以是管道柵層111，而所述多個(gè)柵導(dǎo)電層111、115和119中的最高層可以是選擇柵層119，并且管道柵層111與選擇柵層119之間的柵導(dǎo)電層可以是單元柵層115。所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121中的最底層可以是管道柵絕緣層113。層疊結(jié)構(gòu)MLa的管道柵絕緣層113與選擇柵層119之間的單元柵層115和層間絕緣層117各自的數(shù)量可根據(jù)要層疊的存儲(chǔ)器単元的數(shù)量而改變。所述多個(gè)柵導(dǎo)電層111、115和119可以是多晶硅層或金屬層。此外，所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121可實(shí)質(zhì)上由氧化物層形成。參照?qǐng)D6E，可通過刻蝕エ藝形成實(shí)質(zhì)上穿透所述層疊結(jié)構(gòu)MLa的多個(gè)第一溝道孔Hl和多個(gè)第二溝道孔H2?？扇缦聢?zhí)行用于形成第一和第二溝道孔Hl和H2的刻蝕エ藝?？墒褂霉饪胎ㄋ噷?shí)質(zhì)上在層間絕緣層121上形成第一和第二硬掩模圖案(未示出)。接著，當(dāng)通過使用第二硬掩模圖案作為刻蝕掩模而實(shí)質(zhì)上暴露出犧牲層圖案105a即氮化物層時(shí)，刻蝕エ藝可以停止。可實(shí)質(zhì)上在被隔離層109彼此分離的每個(gè)犧牲層圖案105a上形成可形成ー對(duì)第一和第二溝道孔Hl和H2的垂直孔。此外，可大致地平行地形成第一和第二溝道孔Hl和H2。參照?qǐng)D6F，為了剝離犧牲層圖案105a，刻蝕材料可以穿透第一和第二溝道孔Hl和H2，由此形成管道溝道孔H3，其中每個(gè)管道溝道孔H3將ー對(duì)第一和第二溝道孔Hl和H2耦接。因此，可形成大致地為U形的溝道孔，U形的溝道孔每個(gè)都包括第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3。在形成大致地為U形的溝道孔之后，可去除其余的第二硬掩模圖案。參照?qǐng)D6G，可實(shí)質(zhì)上在第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3的內(nèi)壁上順序地形成第一層疊層131、第二層疊層133和第三層疊層135。通過順序地層疊氧化物層、氮化物層和氧化物層，可形成包括第一至第三層疊層131、133和135的層疊層，或者包括第一至第三層疊層131、133和135的層疊層可由具有高介電常數(shù)的多個(gè)層構(gòu)成的薄電介質(zhì)層形成。接著，可形成具有足夠厚度的半導(dǎo)體層137，使得第一和第二溝道孔Hl和H2可實(shí)質(zhì)上被填充。半導(dǎo)體層137可以是未摻雜的多晶硅層。可執(zhí)行拋光エ藝?yán)鏑MP，使得半導(dǎo)體層137可僅保留在第一和第二溝道孔Hl和H2內(nèi)。因此，可形成成對(duì)的第一和第二垂直溝道層CHl和CH2，成對(duì)的第一和第二垂直溝道層CHl和CH2每對(duì)都被配置成具有實(shí)質(zhì)上被層疊層131、133和135包圍的外壁并且穿透層疊結(jié)構(gòu)MLa。可實(shí)質(zhì)上在第一溝道孔Hl內(nèi)形成第一垂直溝道層CH1，并且可在第二溝道孔H2內(nèi)形成第二垂直溝道層CH2。同時(shí)，可實(shí)質(zhì)上在管道溝道孔H3的內(nèi)壁上形成半導(dǎo)體層137，而不填滿管道溝道孔H3。參照?qǐng)D6H，通過光刻エ藝可以實(shí)質(zhì)上在可形成第一和第二垂直溝道層CHl和CH2的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成第三硬掩模圖案151?？捎傻飳有纬傻谌惭谀D案151，并且第三硬掩模圖案151在將層疊結(jié)構(gòu)MLa圖案化成多個(gè)線圖案的刻蝕エ藝中充當(dāng)刻蝕掩摸?？赏ㄟ^呈大致地平行于Y方向的線形形式的第三硬掩模圖案151來實(shí)質(zhì)上暴露出實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的區(qū)域、實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第一垂直溝 道層CHl之間的區(qū)域和實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間的區(qū)域?？赏ㄟ^使用第三硬掩模圖案151作為刻蝕掩模的刻蝕エ藝來刻蝕層疊結(jié)構(gòu)MLa、層疊層131、133和135以及半導(dǎo)體層137，由此形成實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的縫隙153?？蓪⒖p隙153形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLa和層疊層131、133和135，并且可向下延伸到半導(dǎo)體襯底101。此外，所述縫隙153中的ー些的每個(gè)都實(shí)質(zhì)形成在大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間和在大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間，被形成為實(shí)質(zhì)上穿透所述層疊結(jié)構(gòu)MLa，并且大致地向下延伸到隔離層109?？山?jīng)由大致地向下延伸到半導(dǎo)體襯底101的縫隙153來暴露出半導(dǎo)體襯底101的第一雜質(zhì)區(qū)103a。參照?qǐng)D61,使用選擇性外延生長(zhǎng)(SEG)法生長(zhǎng)可為半導(dǎo)體層的多晶娃層157,從而多晶硅層157可以實(shí)質(zhì)上填充管道溝道孔H3和從管道溝道孔H3向半導(dǎo)體襯底101延伸的縫隙153的一部分(下文被稱為“縫隙153的延伸部分”)。也可通過SEG法實(shí)質(zhì)上在被縫隙153暴露出的并且由多晶硅層形成的管道柵層111、単元柵層115和選擇柵層119的側(cè)壁上生長(zhǎng)多晶硅層157。參照?qǐng)D6J，可通過使用第三硬掩模圖案151作為刻蝕掩模的刻蝕エ藝來去除實(shí)質(zhì)上形成在管道柵層111、単元柵層115和選擇柵層119的側(cè)壁上的多晶硅層157。因此，多晶硅層157實(shí)質(zhì)上僅保留在管道溝道孔H3( S卩，參看圖6F)和縫隙153的延伸部分內(nèi)，使得可形成每個(gè)都被配置成將ー對(duì)第一和第二垂直溝道層CHl和CH2耦接的管道溝道層CH3以及每個(gè)都大致地從管道溝道層CH3延伸到半導(dǎo)體襯底101的溝道層延伸部分157a。通過實(shí)質(zhì)上填充可暴露出半導(dǎo)體襯底101的縫隙153的延伸部分的各個(gè)溝道層延伸部分157a,可將每個(gè)都包括第一和第二垂直溝道層CHl和CH2和管道溝道層CH3的大致地為U形的溝道層耦接到半導(dǎo)體襯底101。在形成通過溝道層延伸部分157a耦接到半導(dǎo)體襯底101的大致地為U形的溝道層之后，可通過經(jīng)縫隙153的開放區(qū)域額外地注入P型雜質(zhì)以補(bǔ)充在SEGエ藝中從第一雜質(zhì)區(qū)103a丟失的P型雜質(zhì)的量。通過P型雜質(zhì)的額外注入エ藝，可大致地在半導(dǎo)體襯底101的表面內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)103，即，P型雜質(zhì)區(qū)。也可在耦接到半導(dǎo)體襯底101的溝道層延伸部分157a內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)103。優(yōu)選地，通過應(yīng)用比形成第一雜質(zhì)區(qū)103a的エ藝(參看圖61)高的能量，執(zhí)行形成第二雜質(zhì)區(qū)103的エ藝，使得可將P型雜質(zhì)注入溝道層延伸部分157a和半導(dǎo)體襯底101。優(yōu)選地，通過注入具有比注入整個(gè)半導(dǎo)體襯底101的P型雜質(zhì)的濃度高的P型雜質(zhì)，形成第二雜質(zhì)區(qū)103，使得可在擦除操作中平穩(wěn)地供應(yīng)空穴。例如，通過注入具有IEl2原子/cm3至1E13原子/cm3的P型雜質(zhì),可形成第二雜質(zhì)區(qū)103。參照?qǐng)D6K，可通過縫隙153的開放區(qū)域注入N型雜質(zhì)，由此形成第三雜質(zhì)區(qū)165，即，N型雜質(zhì)區(qū)，第三雜質(zhì)區(qū)165每個(gè)都實(shí)質(zhì)上被形成在實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的已通過縫隙153開放出的管道溝道層CH3的表面內(nèi)。優(yōu)選地，通過使用比形成第二雜質(zhì)區(qū)103的エ藝低的能量注入N型雜質(zhì)，執(zhí)行形成第三雜質(zhì)區(qū)165的エ藝。第三雜質(zhì)區(qū)165每個(gè)都可形成為實(shí)質(zhì)上包圍金屬硅化物層171的表面(參看圖4A)，其中金屬硅化物層171在隨后的エ藝中可形成在被縫隙153開放出的管道溝道層CH3的一部分內(nèi)。通過雜質(zhì)注入エ藝中的注入深度或用于擴(kuò)散N型雜質(zhì)的熱エ藝，可控制可形成第三雜質(zhì)區(qū)165的區(qū)域。為了形成第二和第三雜質(zhì)區(qū)103和165而注入的雜質(zhì)可通過額外的熱エ藝而被激活或擴(kuò)散，或者可通過隨后的熱量而被激活或擴(kuò)散。同時(shí)，可進(jìn)ー步執(zhí)行硅化工藝以形成金屬硅化物層，以用于改善由多晶硅層形成的非易失性存儲(chǔ)器件的字線、選擇線和管道柵的RC(電阻-電容)延遲并且改善溝道電阻。對(duì)于硅化工藝，首先，可實(shí)質(zhì)上在縫隙153的表面上和實(shí)質(zhì)上被縫隙153暴露出的管道溝道層CH3的表面上形成金屬層169。金屬層169可由鎢(W)、鎳(Ni)或鈷(Co)等制成。參照?qǐng)D6L，可施加熱量，使得通過金屬層169(參看圖6K)與可為多晶硅層的管道溝道層CH3、管道柵層111、単元柵層115和選擇柵層119的反應(yīng)形成金屬硅化物層171、173、175和177。接著，可去除剩余的未反應(yīng)的金屬層169。因此，可形成源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL，源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL每個(gè)都包括用于選擇柵的多晶硅層119和被形成為實(shí)質(zhì)上包圍多晶硅層119的外壁的金屬硅化物層177。此外，可形成字線WL，字線WL每個(gè)都由用于單元柵的多晶硅層115和金屬硅化物層175形成。此外，可形成由用于管道柵的多晶硅層111和實(shí)質(zhì)上包圍多晶硅層111的外壁的金屬硅化物層173形成的第一和第二管道柵PGl和PG2。此外，可在實(shí)質(zhì)上位于實(shí)質(zhì)上已被縫隙153開放出的第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的管道溝道層CH3的表面內(nèi)形成被第三雜質(zhì)區(qū)165包圍的金屬硅化物層171。參照?qǐng)D6M，可形成具有足以實(shí)質(zhì)上填充縫隙153(參看圖6L)的厚度的層間絕緣層181。層間絕緣層181可實(shí)質(zhì)上由氧化物層形成。參照?qǐng)D6N，在拋光層間絕緣層181使得第三硬掩模圖案151 (參看圖6M)可以暴露出來之后，可通過剝離エ藝去除第三硬掩模圖案151。參照?qǐng)D60，形成公共源極線CSL，所述公共源極線CSL每個(gè)都耦接到大致地彼此相鄰的ー對(duì)第二垂直溝道層CH2。在形成將公共源極線CSL彼此絕緣的層間絕緣層183之后，可形成實(shí)質(zhì)上覆蓋公共源極線CSL的層間絕緣層185。此外，可形成分別經(jīng)由層間絕緣層185和183耦接到第一垂直溝道層CHl的漏極接觸插塞DCT。接著，可形成耦接到漏極接觸插塞DCT的位線BL。圖7A至7E是說明制造圖I所示的非易失性存儲(chǔ)器件的方法的另ー實(shí)例的圖。參照?qǐng)D7A，可實(shí)質(zhì)上在實(shí)質(zhì)由單晶硅制成的P型半導(dǎo)體襯底101的表面上形成第一雜質(zhì)區(qū)103a，如上文參照?qǐng)D6A所描述的。第一雜質(zhì)區(qū)103a可充當(dāng)阱拾取部并且可起到在擦除操作中改善對(duì)溝道層的空穴供應(yīng)的作用。接著，可形成犧牲層圖案105a、溝槽107和隔離層109，如上文參照?qǐng)D6B至6D所描述的。通過實(shí)質(zhì)上在隔離層109和犧牲層圖案105a之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層，可形成層疊結(jié)構(gòu)MLb。第一材料層可為犧牲層215，而第二材料層可為多個(gè)層間絕緣層113、117和121。所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121中的最底層可為管道柵絕緣層113。層疊結(jié)構(gòu)MLb的犧牲層和層間絕緣層各自的數(shù)量可根據(jù)要層疊的存儲(chǔ)器單元的數(shù)量而改變。所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121可實(shí)質(zhì)上由氧化物層制成。優(yōu)選地，所述多個(gè)犧牲層215是由對(duì)所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121具有刻蝕選擇性的材料制成。例 如，如果所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121為氧化物層，則所述多個(gè)犧牲層215可為氮化物層。通過刻蝕エ藝，可形成穿透層疊結(jié)構(gòu)MLb的多個(gè)第一溝道孔Hl和多個(gè)第二溝道孔H2。用于形成第一和第二溝道孔Hl和H2的刻蝕エ藝可以是在使用光刻エ藝于層間絕緣層121之上形成第二硬掩模圖案之后當(dāng)使用第二硬掩模圖案(未示出)作為刻蝕掩模實(shí)質(zhì)上暴露出犧牲層圖案105a時(shí)可停止的刻蝕エ藝?？蓪?shí)質(zhì)上在被隔離層109彼此分離的各個(gè)犧牲層圖案105a之上形成成對(duì)的垂直孔，所述成對(duì)的垂直孔每對(duì)都包括第一和第二溝道孔Hl和H2。此外，可大致地平行地形成第一和第二溝道孔Hl和H2。接著，可實(shí)質(zhì)上在第一和第二溝道孔Hl和H2的側(cè)壁上形成鈍化層231。優(yōu)選地，鈍化層231由對(duì)犧牲層圖案105a和層疊結(jié)構(gòu)MLb具有刻蝕選擇性的材料制成。例如，如果犧牲層圖案105a和犧牲層215是由氮化物層形成并且所述多個(gè)層間絕緣層113、117和121是由氧化物層形成，則鈍化層231可由TiN層形成。參照?qǐng)D7B，為了實(shí)質(zhì)上剝離犧牲層圖案105a，刻蝕材料可穿透第一和第二溝道孔Hl和H2，由此形成管道溝道孔H3，管道溝道孔H3每個(gè)都將ー對(duì)第一和第二溝道孔Hl和H2耦接。此外，可去除剰余的第二硬掩模圖案和剰余的鈍化層231。因此，可形成大致地為U形的溝道孔，U形的溝道孔每個(gè)都包括第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3。參照?qǐng)D7C，如上文參照?qǐng)D6G所描述的，可實(shí)質(zhì)上在第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3的內(nèi)壁上形成層疊層131、133和135，并且可形成實(shí)質(zhì)上填充第一和第二溝道孔Hl和H2的內(nèi)部的半導(dǎo)體層137，由此形成第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2。通過光刻エ藝，可實(shí)質(zhì)上在可形成第一和第二垂直溝道層CHl和CH2的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成第三硬掩模圖案251。優(yōu)選地，第三硬掩模圖案251是由對(duì)層疊結(jié)構(gòu)MLb具有刻蝕選擇性的材料制成。此外，第三硬掩模圖案251可在用于將層疊結(jié)構(gòu)MLb圖案化成多個(gè)線圖案的刻蝕エ藝中充當(dāng)刻蝕掩摸。通過呈大致地平行于Y方向的線形的第三硬掩模圖案251，可實(shí)質(zhì)上暴露出實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的區(qū)域、實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間的區(qū)域和實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第ニ垂直溝道層CH2之間的區(qū)域。
可通過使用第三硬掩模圖案251作為刻蝕掩模的刻蝕エ藝來刻蝕層疊結(jié)構(gòu)MLb、層疊層131、133和135和半導(dǎo)體層137，由此形成實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的縫隙153。縫隙153可形成為實(shí)質(zhì)上穿透所述層疊結(jié)構(gòu)MLb、層疊層131、133和135和半導(dǎo)體層137，并且實(shí)質(zhì)上向下延伸到半導(dǎo)體襯底101。此外，可實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間和實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間形成穿透層疊結(jié)構(gòu)MLb并且大致地向下延伸到隔離層109的縫隙153。通過大致地向下延伸到半導(dǎo)體襯底101的縫隙153可實(shí)質(zhì)上暴露出半導(dǎo)體襯底101，尤其是半導(dǎo)體襯底101的第一雜質(zhì)區(qū)103a。參照?qǐng)D7D，可通過SEG法生長(zhǎng)多晶硅層157即半導(dǎo)體層，使得多晶硅層157實(shí)質(zhì)上填充管道溝道孔H3和縫隙153的延伸部分(參看圖7C)。因此，多晶硅層157可實(shí)質(zhì)上保留在管道溝道孔H3和縫隙153的延伸部分內(nèi)。因此，可形成管道溝道層CH3，管道溝道層CH3每個(gè)都將第一和第二垂直溝道層CHl和CH2與各自大致地從管道溝道層CH3延伸到半導(dǎo)體襯底101的溝道層延伸部分157a耦接。通過實(shí)質(zhì)上填充實(shí)質(zhì)上可暴露出半導(dǎo)體襯底101的縫隙153的延伸部分的各個(gè)溝道層延伸部分157a，可將各自包括第一和第二垂直溝 道層CHl和CH2和管道溝道層CH3的大致地為U形的溝道層耦接到半導(dǎo)體襯底101。在形成通過溝道層延伸部分157a耦接到半導(dǎo)體襯底101的大致地為U形的溝道層之后，可以通過經(jīng)由縫隙153的開放區(qū)域額外地注入P型雜質(zhì)，來在半導(dǎo)體襯底101的表面內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)103，S卩，P型雜質(zhì)區(qū)，如上文參照?qǐng)D6J所描述的。也可實(shí)質(zhì)上在與半導(dǎo)體襯底101耦接的溝道層延伸部分157a內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)103。此外，如上文參照?qǐng)D6K所描述，可經(jīng)由縫隙153的開放區(qū)域注入N型雜質(zhì)，由此形成第三雜質(zhì)區(qū)165，即，N型雜質(zhì)區(qū)，所述第三雜質(zhì)區(qū)165每個(gè)都形成在實(shí)質(zhì)上位于已被縫隙153開放出的第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的管道溝道層CH3的表面內(nèi)。接著，可以通過實(shí)質(zhì)上去除大致地被縫隙153暴露出的多個(gè)犧牲層215，來形成凹陷區(qū)R1、R2和R3。參照?qǐng)D7E和7D，可在最底層的凹陷區(qū)Rl內(nèi)形成管道柵層111，可在最高層的凹陷區(qū)R3內(nèi)形成選擇柵層119，并且通過以導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)上填充凹陷區(qū)Rl、R2和R3，可在每個(gè)都實(shí)質(zhì)上位于最底層的凹陷區(qū)Rl和最高層的凹陷區(qū)R3之間的各個(gè)凹陷區(qū)R2內(nèi)形成單元柵層115。導(dǎo)電層可為金屬層或多晶硅層等。接著，可通過娃化工藝形成金屬娃化物層171、173、175和177。如果被形成為實(shí)質(zhì)填充凹陷區(qū)Rl、R2和R3的導(dǎo)電層是多晶硅層，則可通過硅化工藝將管道柵層111、單元柵層115和選擇柵層119的側(cè)壁硅化到特定的厚度。在如前一個(gè)實(shí)施例中所述那樣形成字線WL、漏極和源極選擇線DSL和SSL以及第一和第二管道柵PGl和PG2之后，通過隨后的エ藝可形成層間絕緣層181、公共源極線CSL、層間絕緣層183和185、漏極接觸插塞DCT和位線BL，如上文參照?qǐng)D6M和60所描述的。圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的圖。參照?qǐng)D8，根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件可包括實(shí)質(zhì)上以包括多個(gè)列和多個(gè)行的矩陣形式布置的多個(gè)存儲(chǔ)串ST。每個(gè)存儲(chǔ)串ST可包括大致地為U形的溝道層和大致地從大致地為U形的溝道層延伸到半導(dǎo)體襯底301的溝道層延伸部分357a。大致地為U形的溝道層可包括第一和第二垂直溝道層CHl和CH2以及被形成為將第一和第二垂直溝道層CHl和CH2耦接的管道溝道層CH3。第一和第二垂直溝道層CHl和CH2可從半導(dǎo)體襯底301向上突出，大致地在Z方向上平行地被形成并且彼此間隔開?？赏ㄟ^溝道層延伸部分357a將管道溝道層CH3與半導(dǎo)體襯底301耦接。此外，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的存儲(chǔ)串ST可以包括漏極選擇晶體管DST，所述漏極選擇晶體管DST實(shí)質(zhì)上被形成在第一垂直溝道層CHl的頂部；源極選擇晶體管SST，所述源極選擇晶體管SST實(shí)質(zhì)上被形成在第二垂直溝道層CH2的頂部；第一存儲(chǔ)器單元組，所述第一存儲(chǔ)器單元組被形成為包括大致地沿實(shí)質(zhì)上位于半導(dǎo)體襯底301與漏極選擇晶體管DST之間的第一垂直溝道層CHl層疊成行的多個(gè)存儲(chǔ)器単元MC ;第二存儲(chǔ)器單元組，所述第ニ存儲(chǔ)器單元組被形成為包括沿實(shí)質(zhì)上位于半導(dǎo)體襯底301與源極選擇晶體管SST之間的第二垂直溝道層CH2層疊成行的多個(gè)存儲(chǔ)器単元MC ;以及管道晶體管，所述管道晶體管實(shí)質(zhì)上形成在第一和第二存儲(chǔ)器單元組之間?？蓪⒙O選擇晶體管DST的柵極形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁并
且可耦接到大致地在Y方向上延伸的漏極選擇線DSL?？蓪⒋笾碌卦赮方向上排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST的多個(gè)漏極選擇晶體管DST共同耦接到漏極選擇線DSL。此外，可以在被形成為充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的外壁的層疊層331、333和335實(shí)質(zhì)上插入在漏極選擇晶體管DST的柵極與第一垂直溝道層CHl之間的狀態(tài)下，將漏極選擇晶體管DST的柵極形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl。源極選擇晶體管SST的柵極可以被形成為實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的外壁，并且可以與大致地在Y方向上延伸的源極選擇線SSL耦接。可將大致地在Y方向上排列成行的多個(gè)存儲(chǔ)串ST的多個(gè)源極選擇晶體管SST共同耦接到源極選擇線SSL。此外，可以在被形成為充當(dāng)柵絕緣層并且實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的外壁的層疊層331、333和335可以實(shí)質(zhì)上插入在源極選擇晶體管SST的柵極與第二垂直溝道層CH2之間的狀態(tài)下，將源極選擇晶體管SST的柵極形成為實(shí)質(zhì)包圍第二垂直溝道層CH2。可以將存儲(chǔ)器單元MC的柵極形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一或第二垂直溝道層CHl或CH2的外壁，并且可耦接到大致地在Y方向上延伸的每個(gè)字線WL?？蓪⒋笾碌卦赮方向上排列成行的多個(gè)存儲(chǔ)串ST的多個(gè)存儲(chǔ)器單元MC共同耦接到字線WL。此外，可以在用作存儲(chǔ)層的層疊層331、333和335實(shí)質(zhì)上插入在存儲(chǔ)器単元MC的柵極與第一或第二垂直溝道層CHl或CH2之間的狀態(tài)下，將存儲(chǔ)器單元MC的柵極形成為包圍第一或第二垂直溝道層CHl或CH2。管道晶體管可以包括管道溝道層CH3。管道晶體管的管道柵PG可以具有第一管道柵層311a和第二管道柵層311b的層疊結(jié)構(gòu)?？蓪⒌谝还艿罇艑?11a形成為實(shí)質(zhì)上包圍管道溝道層CH3的側(cè)壁和底部，并且大致地可在Y方向上延伸?？蓪?shí)質(zhì)上在管道溝道層CH3和第一管道柵層311a之上形成第二管道柵層311b，并且大致地可在Y方向上延伸。此夕卜，第二管道柵層311b可具有與圖I所示的管道柵PGl和PG2相同的結(jié)構(gòu)?？蓪⒋笾碌卦赮方向上排列成行的所述多個(gè)存儲(chǔ)串ST共同耦接到管道柵PG中的每個(gè)。此外，可以在被形成為充當(dāng)柵絕緣層并實(shí)質(zhì)上包圍管道溝道層CH3的外壁的層疊層331、333和335實(shí)質(zhì)上插入在管道柵PG與管道溝道層CH3之間的狀態(tài)下，將管道柵PG形成為實(shí)質(zhì)上包圍管道溝道層 CH3。可通過襯底絕緣層304將管道柵PG與半導(dǎo)體襯底301彼此隔離。
可以實(shí)質(zhì)上在漏極選擇線DSL與源極選擇線SSL之間以及實(shí)質(zhì)上在包括形成為實(shí)質(zhì)上包圍第一垂直溝道層CHl的字線WL的第一柵極組與包括形成為實(shí)質(zhì)上包圍第二垂直溝道層CH2的字線WL的第二柵極組之間形成縫隙353。大致地在Y方向上形成縫隙353，縫隙353被形成為實(shí)質(zhì)上穿透管道柵PG和襯底絕緣層304，并且大致地向下延伸到半導(dǎo)體襯底301。此外，可實(shí)質(zhì)上在大致地沿X方向彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST之間大致地在Y方向上形成縫隙353，從而使大致地沿X方向彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST彼此分離。層疊層331、333和335可從每個(gè)管道溝道層CH3的表面延伸到每個(gè)溝道層延伸部分357a的側(cè)壁。基于縫隙353大致地對(duì)稱地布置可通過插在其間且大致地彼此相鄰的縫隙353而彼此分離的存儲(chǔ)串ST。因此，可大致地彼此相鄰地布置大致地在X方向上彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST的第二垂直溝道層CH2，并且可大致地彼此相鄰地布置大致地在X方向上彼此相鄰的存儲(chǔ)串ST的第一垂直溝道層CHl?？蓪⑿纬纱笾碌乇舜讼噜彽膬蓚€(gè)列的第二垂直溝道層CH2共同耦接到位于源極選擇線SSL之上的與源極選擇線SSL間隔開的公共源極線CSL。公共源極線CSL可大致地在Y方向上延伸。
可以將第一垂直溝道層CHl耦接到實(shí)質(zhì)上形成在第一垂直溝道層CHl之上的漏極接觸插塞DCT。可將漏極接觸插塞DCT耦接到可實(shí)質(zhì)上形成在漏極接觸插塞DCT之上且大致地形成在X方向上的位線BL。盡管未示出，但是可實(shí)質(zhì)上在位線BL與公共源極線CSL之間、實(shí)質(zhì)上在源極選擇線SSL與公共源極線CSL之間、實(shí)質(zhì)上在字線WL與源極選擇線SSL之間、實(shí)質(zhì)上在漏極選擇線DSL與位線BL之間、以及實(shí)質(zhì)上在被層疊成大致地彼此相鄰的字線WL之間形成層間絕緣層。此外，可實(shí)質(zhì)上在第一柵極組與管道柵PG之間和實(shí)質(zhì)上在第二柵極組與管道柵PG之間形成管道柵絕緣層。可以將漏極接觸插塞DCT形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于位線BL與漏極選擇線DSL之間的層間絕緣層。可以將第一垂直溝道層CHl形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于漏極接觸插塞DCT與管道溝道層CH3之間的層間絕緣層和用于第一柵極組的導(dǎo)電層。可將第二垂直溝道層CH2形成為穿透實(shí)質(zhì)上位于公共源極線CSL與管道溝道層CH3之間的層間絕緣層和用于第二柵極組的導(dǎo)電層。第一和第二垂直溝道層CHl和CH2以及管道溝道層CH3可由未摻雜的多晶硅層形成。位線BL、漏極接觸插塞DCT和公共源極線CSL可由金屬制成。漏極選擇線DSL、源極選擇線SSL、字線WL和第二管道柵層311b可由金屬層形成，或者每個(gè)都可具有包括多晶硅層和實(shí)質(zhì)上形成在多晶硅層的側(cè)壁上的金屬硅化物層的雙層結(jié)構(gòu)。此外，層疊層331、333和335包括可充當(dāng)存儲(chǔ)器単元MC的阻擋絕緣層的第一層疊層331、可充當(dāng)存儲(chǔ)器単元MC的電荷陷阱層的第二層疊層333、以及可充當(dāng)存儲(chǔ)器単元MC的隧道絕緣層的第三層疊層335。第三層疊層335可實(shí)質(zhì)上被形成在大致地為U形的溝道層的外壁上，第二層疊層333可大致地形成在第三層疊層335的外壁上，并且第一層疊層331可大致地形成在第二層疊層333的外壁上。第一層疊層331和第三層疊層335每個(gè)都可由氧化物層形成，而第二層疊層333可由氮化物層形成。每個(gè)溝道層延伸部分357a可被形成為實(shí)質(zhì)上填充大致地向半導(dǎo)體襯底301延伸的縫隙353的一部分，并且可從管道溝道層CH3向半導(dǎo)體襯底301延伸。溝道層延伸部分357a可將管道溝道層CH3與半導(dǎo)體襯底301耦接。可將溝道層延伸部分357a與形成在半導(dǎo)體襯底301的表面內(nèi)的P型雜質(zhì)區(qū)303耦接。同時(shí)，P型雜質(zhì)區(qū)303也可實(shí)質(zhì)上形成在與半導(dǎo)體襯底301鄰接的溝道層延伸部分357a內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底301可以是已注入了 P型雜質(zhì)的P型半導(dǎo)體襯底。此外，P型雜質(zhì)區(qū)303可以是已注入了比注入整個(gè)半導(dǎo)體襯底301的P型雜質(zhì)的濃度高的P型雜質(zhì)。P型雜質(zhì)區(qū)303可以與可通過將P型或N型雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底301特定深度而形成的用于隔離的阱結(jié)構(gòu)不同?？蓪?E12原子/cm2至1E13原子/cm2的P型雜質(zhì)注入P型雜質(zhì)區(qū)303以在擦除操作中平穩(wěn)地供應(yīng)空穴。如上文所述，在根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可將溝道層耦接到半導(dǎo)體襯底301，因此可在擦除操作中向溝道層供應(yīng)空穴。因此，無需在選擇柵側(cè)誘發(fā)柵致漏極泄漏(GIDL)，從而在擦除操作中向溝道層供應(yīng)空穴。此外，在根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可通過縫隙耦接溝道層與半導(dǎo)體襯底301，而不占據(jù)額外的空間。因此，可將溝道層與半導(dǎo)體襯底301耦接，而不增加非易失性存儲(chǔ)器件的尺寸。同時(shí)，可將形成在半導(dǎo)體襯底301內(nèi)的P型雜質(zhì)區(qū)303用作阱拾取區(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，通過將大致地經(jīng)由所述縫隙353暴露出的實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二柵極組之間的管道溝道層CH3的上表面硅化，可實(shí)質(zhì)上在管道溝道層CH3之上形成金屬硅化物層371。因此，可改善管道溝道層CH3的電阻。此外，通過將雜質(zhì)大致地注入大致地經(jīng)由縫隙353暴露出的實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二柵極組之間的管道溝道層CH3的表面，可在溝道層延伸部分357a之上形成N型雜質(zhì)區(qū)365。如果N型雜質(zhì)區(qū)365和金屬硅化物層371兩者均形成在管道溝道層CH3內(nèi)，則更優(yōu)選地，可將N型雜質(zhì)區(qū)365形成為實(shí)質(zhì)上包圍金屬娃化物層371的周圍，從而由半導(dǎo)體襯底301和N型雜質(zhì)區(qū)365形成PN ニ極管。因此，可通過N型雜質(zhì)區(qū)365改善管道溝道層CH3的電阻。當(dāng)存儲(chǔ)串ST可以操作時(shí)，根據(jù)第二實(shí)施例的N型雜質(zhì)區(qū)365或金屬硅化物層371將可形成在大致地與管道柵PG相鄰的管道溝道層CH3的表面內(nèi)的溝道與可大致地形成在大致地與管道柵PG相鄰的管道溝道層CH3的表面內(nèi)的溝道耦接。在本實(shí)施例中，由于如上文所述可大致地將溝道耦接在管道溝道層CH3的頂面，所以與其中在管道溝道層CH3的側(cè)壁和底部形成溝道的情況相比，可改善溝道電阻。在本實(shí)施例中，由于如上文所述改善了溝道電阻，所以無需緊密地形成第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2以保證溝道電阻。因此，可在第一存儲(chǔ)器單元組和第二存儲(chǔ)器単元組之間保證較寬的間距。因此，本發(fā)明可改善實(shí)質(zhì)上在第一存儲(chǔ)器單元組和第ニ存儲(chǔ)器單元組之間出現(xiàn)的干擾。在根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，可大致地在存儲(chǔ)串ST的每個(gè)邊界處形成隔離層309以改善存儲(chǔ)串ST之間的絕緣，如上文參照?qǐng)D所描述I和2的。根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件除了還可以包括襯底絕緣層304和管道柵PG并且管道溝道層CH3可以具有與第一實(shí)施例不同的構(gòu)造之外，根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件可以具有與圖I所示的根據(jù)第一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件相同的構(gòu)造。此外，用于操作根據(jù)第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的方法可與上文參照?qǐng)D3至5所描述的方法相同，因此將省略其描述。
圖9A至9F是說明制造圖8所示的非易失性存儲(chǔ)器件的ー種方法的圖。參照?qǐng)D9A，通過將P型雜質(zhì)實(shí)質(zhì)上注入由單晶硅制成的P型半導(dǎo)體襯底301，可形成第一雜質(zhì)區(qū)303a，如上文參照?qǐng)D6A所描述的。第一雜質(zhì)區(qū)303a可充當(dāng)非易失性存儲(chǔ)器件的阱拾取部，或者可起到在擦除操作中改善對(duì)溝道層的空穴供應(yīng)的作用。接著，可實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底301之上形成襯底絕緣層304。如上文參照?qǐng)D6B至6D所描述，在形成第一硬掩模圖案之后，通過對(duì)襯底絕緣層304和半導(dǎo)體襯底301執(zhí)行刻蝕エ藝，可在半導(dǎo)體襯底301中形成隔離溝槽307?？稍诟鱾€(gè)隔離溝槽307中形成隔離層309?？梢匀コ谝挥惭谀D案，并且可在實(shí)質(zhì)上位于襯底絕緣層304之上的已被去除第一硬掩模圖案的各個(gè)區(qū)域內(nèi)形成第一管道柵層311a。在實(shí)質(zhì)上在第一管道柵層311a之上形成用于形成第一溝槽的掩模圖案之后，可將大致地經(jīng)由用于形成第一溝槽的掩模圖案暴露出的第一管道柵層311a實(shí)質(zhì)暴露至特定的深度。因此，可在每個(gè)第一管道柵層311a內(nèi)形成具有第一寬度Wl的第一溝槽。第一管道柵層311a可以是金屬層或多晶硅層。用于形成第一溝槽的掩模圖案可由對(duì)第一管道柵層311a具有刻蝕選擇性的材料制成，并且可 在形成第一溝槽之后被去除。接著，可形成用于形成第二溝槽的掩模圖案?？赏ㄟ^用于形成第二溝槽的掩模圖案暴露出可形成在第一溝槽之下的第一管道柵層311a和襯底絕緣層304。通過刻蝕可經(jīng)由用于形成第二溝槽的掩模圖案暴露出的第一管道柵層311a和襯底絕緣層304，可以形成大致地從第一溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底301的第二溝槽。用于形成第二溝槽的掩模圖案可由對(duì)第一管道柵層31 Ia和襯底絕緣層304具有刻蝕選擇性的材料制成，并且可在形成第二溝槽之后被去除。實(shí)質(zhì)上可以在第一溝槽的底部的中心形成每個(gè)第二溝槽，并且可以將每個(gè)第ニ溝槽形成為使半導(dǎo)體襯底301暴露出來。第二溝槽可以具有比第一寬度Wl窄的第二寬度W2。形成第一溝槽和第二溝槽的エ藝可以調(diào)換。換句話說，可以在形成第二溝槽之后形成第一溝槽。因此，可以在第一管道柵層311a中分別形成包括第一溝槽和第二溝槽的管道溝道孔。接著，可以用犧牲層圖案312實(shí)質(zhì)填充形成在第一管道柵層311a內(nèi)的管道溝道孔的內(nèi)部。犧牲層圖案312可為氮化物層。參照?qǐng)D9B，可以實(shí)質(zhì)在形成有犧牲層圖案312的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層以形成層疊結(jié)構(gòu)MLc。第一材料層可以是多個(gè)導(dǎo)電層311b、315和319,而第ニ材料層可以是多個(gè)層間絕緣層313、317和321。所述多個(gè)層間絕緣層中的最底層可以是管道柵絕緣層313，所述多個(gè)導(dǎo)電層中的最底層可以是第二管道柵層311b，所述多個(gè)導(dǎo)電層中的最高層可以是選擇柵層319，并且實(shí)質(zhì)上位于第二管道柵層311b與選擇柵層319之間的導(dǎo)電層可以是單元柵層315。層疊結(jié)構(gòu)MLc的導(dǎo)電層和層間絕緣層各自的數(shù)量可根據(jù)要層疊的存儲(chǔ)器單元的數(shù)量而不同。所述多個(gè)導(dǎo)電層311b、315和319可以是金屬層或多晶娃層。此外,所述多個(gè)層間絕緣層313、317和321可以是氧化物層。接著，可以通過刻蝕エ藝形成多個(gè)第一溝道孔Hl和多個(gè)第二溝道孔H2?？梢詫⒌谝粶系揽譎l和第二溝道孔H2形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLc并且暴露出犧牲層圖案312?？梢栽诿總€(gè)犧牲層圖案312的兩側(cè)形成垂直孔，所述垂直孔每個(gè)都由成對(duì)的第一和第二溝道孔Hl和H2構(gòu)成的。此外，可實(shí)質(zhì)上平行地形成第一和第二溝道孔Hl和H2。在形成第一和第二溝道孔Hl和H2的刻蝕エ藝中，犧牲層圖案312即氮化物層可充當(dāng)刻蝕停止層。參照?qǐng)D9C，為了實(shí)質(zhì)剝離犧牲層圖案312，刻蝕材料可以穿透第一和第二溝道孔Hl和H2，由此大致地開放出管道溝道孔H3，所述管道溝道孔H3每個(gè)都將ー對(duì)第一和第二溝道孔Hl和H2耦接。因此，可以形成溝道孔，所述溝道孔每個(gè)都包括第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3。在形成溝道孔之后，可以大致地在第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3的內(nèi)壁上順序地形成第一層疊層331、第二層疊層333和第三層疊層335?？梢酝ㄟ^順序地層疊氧化物層、氮化物層和氧化物層形成包括第一至第三層疊層331、333和335的層疊層，或者包括第一至第三層疊層331、333和335的層疊層可由具有高介電常數(shù)的多個(gè)層構(gòu)成的薄電介質(zhì)層形成。參照?qǐng)D9D，可以形成實(shí)質(zhì)上填充第一和第二溝道孔Hl和H2的半導(dǎo)體層337，因此 形成第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2?？梢詫⒌谝淮怪睖系缹覥Hl和第二垂直溝道層CH2形成為具有實(shí)質(zhì)被層疊層331、333和335包圍的各自的外壁并且大致地穿透層疊結(jié)構(gòu)MLc?？梢栽诘谝粶系揽譎l內(nèi)形成第一垂直溝道層CH1(參看圖9C)，并且可以在第ニ溝道孔H2內(nèi)形成第二垂直溝道層CH2。同時(shí)，可以實(shí)質(zhì)上在管道溝道孔H3的內(nèi)壁上形成半導(dǎo)體層337，而實(shí)質(zhì)上不會(huì)填滿管道溝道孔H3。參照?qǐng)D9E，通過執(zhí)行光刻エ藝，可實(shí)質(zhì)上在形成有第一和第二垂直溝道層CHl和CH2的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成第二硬掩模圖案351。經(jīng)由第二硬掩模圖案351，以實(shí)質(zhì)上平行于Y方向的線形大致地暴露出實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的區(qū)域、實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間的區(qū)域、以及實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間的區(qū)域?？梢酝ㄟ^使用第二硬掩模圖案351作為刻蝕掩模的刻蝕エ藝來刻蝕層疊結(jié)構(gòu)MLc，層疊層331、333和335，半導(dǎo)體層337和襯底絕緣層304。因此，可實(shí)質(zhì)上在第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間形成縫隙353?？梢詫⒖p隙353形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLc，半導(dǎo)體層337，層疊層331、333和335以及襯底絕緣層304，并且可以大致地向下延伸到半導(dǎo)體襯底301。尤其地，實(shí)質(zhì)形成在第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的縫隙353可實(shí)質(zhì)上穿透圖9A所示的每個(gè)第二溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體層337。在下文中，將大致地從第二溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底301的縫隙353的一部分稱為縫隙353的延伸部分。可以經(jīng)由縫隙353的延伸部分大致地暴露出半導(dǎo)體襯底301，尤其是半導(dǎo)體襯底301的第一雜質(zhì)區(qū)303a。同時(shí)，可以實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間和實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間形成一些縫隙353中的每ー個(gè)，所述一些縫隙353中的每ー個(gè)都被形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLc并且大致地向下延伸到隔尚層309。參照?qǐng)D9F，可以如上文參照?qǐng)D61至6J所描述那樣形成溝道層延伸部分357a。溝道層延伸部分357a可以與實(shí)質(zhì)上填充管道溝道孔H3且實(shí)質(zhì)上填充縫隙353的延伸部分的各個(gè)管道溝道層CH3耦接，并且與半導(dǎo)體襯底301耦接。接著，如上文參照?qǐng)D6J所描述的，通過額外地注入P型雜質(zhì)，可在半導(dǎo)體襯底301的表面內(nèi)和在各個(gè)溝道層延伸部分357a內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)303，即，P型雜質(zhì)區(qū)。接著，如上文參照?qǐng)D6K所描述的，通過經(jīng)由縫隙353的開放區(qū)域注入N型雜質(zhì)，可以在由縫隙353開放出的每個(gè)管道溝道層CH3的表面內(nèi)形成第三雜質(zhì)區(qū)365，S卩，N型雜質(zhì)區(qū)。同時(shí)，可以進(jìn)一歩執(zhí)行硅化工藝以形成金屬硅化物層，以用于改善實(shí)質(zhì)上由多晶硅層形成的非易失性存儲(chǔ)器件的字線WL、選擇線DSL和SSL以及管道柵PG的RC延遲和改善溝道電阻，如上文參照?qǐng)D6K和61所描述的。因此，可以形成源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL，源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL每個(gè)都包括用于選擇柵的多晶硅層319和大致地形成在多晶硅層319的側(cè)壁上的金屬硅化物層377。此外，可以形成字線WL，字線WL每個(gè)都包括用于單元柵的多晶硅層315和實(shí)質(zhì)上形成在多晶硅層315的側(cè)壁上的金屬硅化物層375。此外，可以在大致地經(jīng)由縫隙353暴露出的管道溝道層CH3的表面上和實(shí)質(zhì)上在第二管道柵層311b的側(cè)壁上形成金屬硅化物層371。接著，通過執(zhí)行隨后的エ藝，可以形成層間絕緣層381、383和385，公共源極線CSL,漏極接觸插塞DCT和位線BL，如上文參照?qǐng)D6M和60所描述的。圖IOA至IOC是說明制造圖8所示的非易失性存儲(chǔ)器件的另ー種方法的圖。·參照?qǐng)D10A，可以形成底層結(jié)構(gòu)，所述底層結(jié)構(gòu)包括第一雜質(zhì)區(qū)303a、襯底絕緣層304、第一管道柵層311a、包括第一和第二溝槽的管道溝道孔、犧牲層圖案312、隔離溝槽307和隔離層309，如上文參照?qǐng)D9A所描述的。可實(shí)質(zhì)上在插入有襯底絕緣層304的半導(dǎo)體襯底301之上形成第一管道柵層311a。管道溝道孔可以包括實(shí)質(zhì)上形成在第一管道柵層311a內(nèi)的第一溝槽以及大致地形成在第一溝槽的底部并且形成為使第一雜質(zhì)區(qū)303a暴露出來的第二溝槽?？梢詫?shí)質(zhì)上在管道溝道孔內(nèi)形成犧牲層圖案312?？蓪?shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底303的隔離區(qū)內(nèi)形成隔離溝槽307和隔離層309。接著，通過交替層疊多個(gè)第一和第二材料層，可以實(shí)質(zhì)上在形成有犧牲層圖案312的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上形成層疊結(jié)構(gòu)MLcL第一材料層可以是多個(gè)犧牲層415，而第二材料層可以是多個(gè)層間絕緣層313、317和321。所述多個(gè)層間絕緣層313、317和321中的最底層可以是管道柵絕緣層313。層疊結(jié)構(gòu)MLd的犧牲層和層間絕緣層各自的數(shù)量可根據(jù)要層疊的存儲(chǔ)器單元的數(shù)量而不同。所述多個(gè)層間絕緣層313、317和321可以是氧化物層，而所述多個(gè)犧牲層415可以是對(duì)層間絕緣層313、317和321具有刻蝕選擇性的氮化物層。接著，可以通過刻蝕エ藝形成所述多個(gè)第一溝道孔和所述多個(gè)第二溝道孔?？梢詫⑺龆鄠€(gè)第一溝道孔和所述多個(gè)第二溝道孔形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLd，并且使大致地位于管道溝道孔內(nèi)的犧牲層圖案暴露出來?？梢詫?shí)質(zhì)上在每個(gè)管道溝道孔的兩側(cè)形成垂直孔，所述垂直孔每個(gè)都包括成對(duì)的第一和第二溝道孔。此外，可大致地平行地形成第一和第二溝道孔。接著，可以實(shí)質(zhì)上在第一和第二溝道孔的側(cè)壁上形成鈍化層。優(yōu)選地，鈍化層是由對(duì)大致地位于管道溝道孔內(nèi)的犧牲層圖案和層疊結(jié)構(gòu)MLd的層間絕緣層313、317和321以及犧牲層415具有刻蝕選擇性的材料制成。例如，鈍化層可以是對(duì)氮化物層和氧化物層具有刻蝕選擇性的TiN層等。接著，通過實(shí)質(zhì)上剝離大致地位于管道溝道孔內(nèi)的犧牲層圖案，可以大致地開放出管道溝道孔，所述管溝道孔每個(gè)都將第一和第二溝道孔耦接，如上文參照?qǐng)D9C所描述的。因此，可以形成溝道孔，所述溝道孔每個(gè)被配置成包括第一和第二溝道孔Hl和H2以及管道溝道孔H3并且使半導(dǎo)體襯底301暴露出來。在形成溝道孔之后，可以實(shí)質(zhì)上去除鈍化層。接著，如上文參照?qǐng)D9D所描述的，可以大致地在溝道孔Hl、H2和H3的內(nèi)壁上形成層疊層331、333和335，并且可以形成實(shí)質(zhì)上填充第一和第二溝道孔的內(nèi)部的半導(dǎo)體層337，由此形成第一和第二垂直溝道層CHl和CH2。接著，可以形成第二硬掩模圖案351，如上文參照?qǐng)D9E所描述的?？梢酝ㄟ^呈實(shí)質(zhì)上平行于Y方向的線形的第二硬掩模圖案351大致地暴露出實(shí)質(zhì)上位于第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的區(qū)域、實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間的區(qū)域和實(shí)質(zhì)上位于大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間的區(qū)域?？梢酝ㄟ^使用第二硬掩模圖案351作為刻蝕掩模的刻蝕エ藝來刻蝕層疊結(jié)構(gòu)MLd，層疊層331、333和335以及半導(dǎo)體層337。
因此，可以實(shí)質(zhì)上在第一和第二垂直溝道層CHll和CH2之間形成縫隙353?？梢詫⒖p隙353形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLd、半導(dǎo)體層337和層疊層331、333和335，并且可以向下延伸到半導(dǎo)體襯底301。尤其，實(shí)質(zhì)上形成在第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間的縫隙353可以實(shí)質(zhì)上穿透位于圖IOA的第二溝槽內(nèi)的半導(dǎo)體層337，并且向下延伸到半導(dǎo)體襯底301，從而大致地經(jīng)由縫隙353暴露出第一雜質(zhì)區(qū)303a。同時(shí)，可以實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第一垂直溝道層CHl之間和實(shí)質(zhì)上在大致地彼此相鄰的第二垂直溝道層CH2之間形成一些縫隙353中的每ー個(gè)，所述一些縫隙353中的每ー個(gè)被形成為實(shí)質(zhì)上穿透層疊結(jié)構(gòu)MLd并且向下延伸到隔離層309。參照?qǐng)D10B，通過使用SEG法生長(zhǎng)多晶硅層357，S卩，半導(dǎo)體層，多晶硅層357可以實(shí)質(zhì)填充大致地從管道溝道孔H3和第二溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底301的縫隙353的延伸部分。因此，可以大致地在管道溝道孔H3和縫隙353的延伸部分內(nèi)形成多晶硅層357，由此形成管道溝道層CH3和溝道層延伸部分357a，所述管道溝道層CH3每個(gè)都將ー對(duì)第一和第二垂直溝道層CHl和CH2耦接，且所述溝道層延伸部分357a每個(gè)都大致地從管道溝道層CH3延伸到半導(dǎo)體襯底301?？梢酝ㄟ^各個(gè)溝道層延伸部分357a將根據(jù)本實(shí)施例的溝道層與半導(dǎo)體襯底301耦接。在形成溝道層之后，通過經(jīng)由縫隙353的開放區(qū)域額外地注入P型雜質(zhì)，可以大致地在半導(dǎo)體襯底301的表面上形成第二雜質(zhì)區(qū)303，S卩，P型雜質(zhì)區(qū)，如上文參照?qǐng)D6J所描述的。也可以實(shí)質(zhì)上在與半導(dǎo)體襯底301耦接的溝道層延伸部分357a內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)303。此外，如上文參照?qǐng)D6K所描述的，通過經(jīng)由縫隙353的開放區(qū)域注入N型雜質(zhì)，可以在實(shí)質(zhì)上被縫隙353開放出的管道溝道層CH3的表面內(nèi)形成第三雜質(zhì)區(qū)365，S卩，N型雜質(zhì)區(qū)。接著，通過實(shí)質(zhì)上去除大致地被縫隙353暴露出的犧牲層415，可以形成凹陷區(qū)Rla、R2a和R3a。凹陷區(qū)Rla、R2a和R3a中最高的ー個(gè)(即，凹陷區(qū)R3a)可以是可形成選擇柵層的區(qū)域。凹陷區(qū)Rla、R2a和R3a中最低的ー個(gè)(即，凹陷區(qū)Rla)可以是可形成第二管道柵層311b的區(qū)域。實(shí)質(zhì)上位于凹陷區(qū)R3a與凹陷區(qū)Rla之間的凹陷區(qū)R2a可以是可形成単元柵層的區(qū)域。
參照?qǐng)D10C，通過用導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)填充凹陷區(qū)Rla、R2a和R3a，可以形成第二管道柵層311b、単元柵層315和選擇柵層319。導(dǎo)電層可以是金屬層或多晶硅層。接著，可以通過執(zhí)行硅化工藝形成金屬硅化物層371、373、375和377。如果被形成為實(shí)質(zhì)上填充凹陷區(qū)Rla、R2a和R3a的導(dǎo)電層為多晶硅層，則可通過硅化工藝將第二管道柵層311b、単元柵層315和選擇柵層319的側(cè)壁硅化到特定的厚度。在如上文所述那樣形成字線WL以及漏極和源極選擇線DSL和SSL之后，可通過隨后的エ藝形成層間絕緣層381、383、385，公共源極線CSL，漏極接觸插塞DCT和位線BL，如上文參照?qǐng)D6M和圖60所描述的。圖11是說明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。除了第ニ管道柵之下的結(jié)構(gòu)之外，第三實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件可以具有與第二實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件相同的構(gòu)造。因此，為簡(jiǎn)單起見，下文主要描述形成在第二管道柵之下的結(jié)構(gòu)及其制造方法。參照?qǐng)D11，通過將P型雜質(zhì)注入由單晶硅制成的P型半導(dǎo)體襯底401，可形成第一雜質(zhì)區(qū)403a，如上文參照?qǐng)D6A所描述的。第一雜質(zhì)區(qū)403a可充當(dāng)非易失性存儲(chǔ)器件的阱拾取部，或者可起到在擦除操作中改善對(duì)溝道層的空穴供應(yīng)的作用。可以通過刻蝕半導(dǎo)體襯底401形成管道溝槽407。襯底絕緣層404可大致地形成在包括管道溝槽407的半導(dǎo)體襯底401的表面上。可大致地在襯底絕緣層404上形成第一管道柵層411a，使得所述管道溝槽實(shí)質(zhì)上被填充。通過將第一管道柵層411a刻蝕到特定深度，可大致地在第一管道柵層411a內(nèi)形成第一溝槽，所述第一溝槽每個(gè)都具有第一寬度Wl0第一管道柵層411a可以是金屬層或多晶硅層。此外，通過刻蝕經(jīng)由第一溝槽的底部大致地暴露出的第一管道柵層411a和襯底絕緣層404，可以形成第二溝槽。第二溝槽可以從第一溝槽大致地延伸到半導(dǎo)體襯底401。每個(gè)第二溝槽可大致地形成在第一溝槽的底部的中心，并且可形成為具有比第一寬度Wl窄的第二寬度W2?？梢酝ㄟ^第二溝槽大致地暴露出半導(dǎo)體襯底401。因此，可以實(shí)質(zhì)上在第一管道柵層411a內(nèi)分別形成管道溝道孔，所述管道溝道孔每個(gè)都包括第一和第二溝槽。形成第一和第二溝槽的詳細(xì)エ藝可以與參照?qǐng)D9A所描述的エ藝相同。接著，可以用犧牲層圖案412實(shí)質(zhì)填充形成在第一管道柵層41 Ia內(nèi)的管道溝道孔。犧牲層圖案412可以是氮化物層。在形成犧牲層圖案412之后執(zhí)行的隨后的エ藝可以與參照?qǐng)D9B至9F或圖IOA至IOC所描述的エ藝相同，因此為簡(jiǎn)單起見，將省略其描述。
根據(jù)本發(fā)明，可將大致地為U形的存儲(chǔ)串的溝道層與半導(dǎo)體襯底耦接，從而可在擦除操作中向溝道層供應(yīng)空穴。因此，為了在擦除操作中向溝道層供應(yīng)空穴，無需在選擇柵側(cè)誘發(fā)柵致漏極泄漏(GIDL)。因此，由于簡(jiǎn)化了非易失性存儲(chǔ)器件的擦除操作信號(hào)的波形，所以可以提高擦除速度和選擇柵的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括 第一垂直溝道層和第二垂直溝道層，所述第一垂直溝道層和所述第二垂直溝道層都實(shí)質(zhì)上平行地從半導(dǎo)體襯底大致地向上突出； 第一柵極組，所述第一柵極組被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵實(shí)質(zhì)上沿所述第一垂直溝道層層疊并且實(shí)質(zhì)上被插入在所述存儲(chǔ)器単元柵之間的層間絕緣層彼此隔離； 第二柵極組，所述第二柵極組被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器単元柵實(shí)質(zhì)上沿所述第二垂直溝道層層疊并且實(shí)質(zhì)上被插入在所述存儲(chǔ)器単元柵之間的層間絕緣層彼此隔離； 管道溝道層，所述管道溝道層被配置成將所述第一垂直溝道層與所述第二垂直溝道層率禹接；以及 溝道層延伸部分，所述溝道層延伸部分從所述管道溝道層向所述半導(dǎo)體襯底延伸并且被配置成將所述管道溝道層與所述半導(dǎo)體襯底耦接。
2.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括 第一管道柵，所述第一管道柵實(shí)質(zhì)上形成在所述管道溝道層與所述第一柵極組之間并且被配置成實(shí)質(zhì)上包圍所述第一垂直溝道層；以及 第二管道柵，所述第二管道柵實(shí)質(zhì)上形成在所述管道溝道層與所述第二柵極組之間并且被配置成實(shí)質(zhì)上包圍所述第二垂直溝道層。
3.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括 第一管道柵，所述第一管道柵被形成為實(shí)質(zhì)上包圍所述管道溝道層；以及 第二管道柵，所述第二管道柵被形成為實(shí)質(zhì)上與大致地位于所述第一管道柵之上的所述第一管道柵接觸并且實(shí)質(zhì)上包圍所述第一垂直溝道層和所述第二垂直溝道層。
4.如權(quán)利要求3所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述第一管道柵實(shí)質(zhì)上形成在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)或大致地位于所述半導(dǎo)體襯底之上。
5.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括P型雜質(zhì)區(qū)，所述P型雜質(zhì)區(qū)與所述溝道層延伸部分耦接并且實(shí)質(zhì)上形成在所述半導(dǎo)體襯底的表面內(nèi)。
6.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括第一雜質(zhì)區(qū)，所述第一雜質(zhì)區(qū)實(shí)質(zhì)上形成在所述溝道層延伸部分內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述第一雜質(zhì)區(qū)為P型雜質(zhì)區(qū)。
8.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括第二雜質(zhì)區(qū)，所述第二雜質(zhì)區(qū)實(shí)質(zhì)上形成在實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二柵極組之間的所述管道溝道層的表面內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述第二雜質(zhì)區(qū)為N型雜質(zhì)區(qū)。
10.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括金屬硅化物層，所述金屬硅化物層實(shí)質(zhì)上形成在實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二柵極組之間的所述管道溝道層的表面內(nèi)。
11.如權(quán)利要求I所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括金屬硅化物層，所述金屬硅化物層大致地形成在所述存儲(chǔ)器単元柵的側(cè)壁上。
12.一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟 實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底之上形成犧牲層圖案； 通過實(shí)質(zhì)上在所述犧牲層圖案之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層形成層疊結(jié)構(gòu)；形成第一和第二溝道孔，所述第一和第二溝道孔被配置成穿透所述層疊結(jié)構(gòu)并且使所述犧牲層圖案實(shí)質(zhì)上暴露出來； 通過實(shí)質(zhì)上去除所述犧牲層圖案形成管道溝道孔； 大致地在所述管道溝道孔的表面上并且實(shí)質(zhì)上在所述第一和第二溝道孔內(nèi)形成半導(dǎo)體層； 形成縫隙，所述縫隙被配置成穿透實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二溝道孔與所述半導(dǎo)體層之間的所述層疊結(jié)構(gòu)并且向下延伸到所述半導(dǎo)體襯底；以及 利用半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和從所述管道溝道孔延伸到所述半導(dǎo)體襯底的所述縫隙的一部分。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，實(shí)質(zhì)上在所述半導(dǎo)體襯底之上形成所述犧牲層圖案的步驟包括以下步驟 實(shí)質(zhì)上在所述半導(dǎo)體襯底之上形成犧牲層； 去除大致地形成在所述半導(dǎo)體襯底的隔離區(qū)上的犧牲層； 通過刻蝕所述半導(dǎo)體襯底的所述隔離區(qū)形成隔離溝槽；以及 形成實(shí)質(zhì)上填充所述隔離溝槽的隔離絕緣層。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟在形成所述縫隙之后，通過將第一雜質(zhì)實(shí)質(zhì)上注入被所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體襯底的表面來形成第一雜質(zhì)區(qū)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分之后，使用比用于形成所述第一雜質(zhì)區(qū)的能量大的能量將所述第一雜質(zhì)額外地注入所述第一雜質(zhì)區(qū)和實(shí)質(zhì)上填充所述縫隙的所述一部分的所述半導(dǎo)體層。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一雜質(zhì)為P型雜質(zhì)。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分之后，通過經(jīng)由所述縫隙注入第二雜質(zhì)，來實(shí)質(zhì)上在被所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體層的表面內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二雜質(zhì)為N型雜質(zhì)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分的步驟包括以下步驟使用選擇性外延生長(zhǎng)法形成多晶硅層。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分之后，通過對(duì)被所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行娃化，來形成金屬娃化物層。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中 所述第一材料層實(shí)質(zhì)上由導(dǎo)電層形成；并且 所述第二材料層實(shí)質(zhì)上由絕緣層形成。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分之后，通過對(duì)被所述縫隙暴露出的所述第一材料層的側(cè)壁進(jìn)行硅化，形成金屬硅化物層。
23.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟 在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝道孔和所述縫隙的所述一部分之后，去除被所述縫隙暴露出的所述第一材料層；以及 利用所述導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)上填充已實(shí)質(zhì)上被去除了所述第一材料層的區(qū)域。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，還包括以下步驟在利用所述導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)上填充已實(shí)質(zhì)上被去除了所述第一材料層的區(qū)域之后，通過對(duì)被所述縫隙暴露出的所述導(dǎo)電層的側(cè)壁進(jìn)行硅化，來形成金屬硅化物層。
25.一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟 實(shí)質(zhì)上在半導(dǎo)體襯底之上或在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第一管道柵層； 通過刻蝕所述第一管道柵層，大致地在所述第一管道柵層內(nèi)形成第一溝槽； 形成大致地從所述第一溝槽向所述半導(dǎo)體襯底延伸的第二溝槽； 實(shí)質(zhì)上在所述第一和第二溝槽內(nèi)形成犧牲層圖案； 通過實(shí)質(zhì)上在包括所述犧牲層圖案的整個(gè)結(jié)構(gòu)之上交替層疊多個(gè)第一和第二材料層，來形成層疊結(jié)構(gòu)； 形成第一和第二溝道孔，所述第一和第二溝道孔被配置成穿透所述層疊結(jié)構(gòu)并且使所述犧牲層圖案暴露出來； 通過實(shí)質(zhì)上去除所述犧牲層圖案來使所述第一和第二溝槽開放； 實(shí)質(zhì)上在所述第一溝槽的表面上、大致地在所述第二溝槽內(nèi)并且大致地在所述第一和第二溝道孔內(nèi)形成半導(dǎo)體層； 形成縫隙，所述縫隙被配置成穿透所述第二溝槽內(nèi)的實(shí)質(zhì)上位于所述第一和第二溝道孔與所述半導(dǎo)體層之間的所述層疊結(jié)構(gòu)，并且所述縫隙向下延伸到所述半導(dǎo)體襯底；以及用半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及從所述第二溝槽向所述半導(dǎo)體襯底延伸的所述縫隙的一部分。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成所述第一管道柵層的步驟包括以下步驟 大致地在所述半導(dǎo)體襯底之上順序地形成襯底絕緣層和隔離掩模圖案； 通過刻蝕被所述隔離掩模圖案暴露出的所述半導(dǎo)體襯底和所述襯底絕緣層，形成隔離溝槽； 形成實(shí)質(zhì)上填充所述隔離溝槽的隔離絕緣層； 去除所述隔離掩模圖案；以及 大致地在經(jīng)由已被去除了所述隔離掩模圖案的區(qū)域暴露出的所述襯底絕緣層之上形成導(dǎo)電層。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，形成所述第一管道柵層的步驟包括以下步驟 通過刻蝕所述半導(dǎo)體襯底在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成管道溝槽； 實(shí)質(zhì)上在包括所述管道溝槽的所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成襯底絕緣層；以及 大致地在所述襯底絕緣層之上形成被配置成實(shí)質(zhì)上填充所述管道溝槽的導(dǎo)電層。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟 在形成所述縫隙之后，通過實(shí)質(zhì)上將第一雜質(zhì)注入經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體襯底的表面來形成第一雜質(zhì)區(qū)。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及所述縫隙的所述一部分之后，使用比用于形成所述第一雜質(zhì)區(qū)的能量大的能量將所述第一雜質(zhì)額外地注入所述第一雜質(zhì)區(qū)和實(shí)質(zhì)上填充所述縫隙的所述ー部分的所述半導(dǎo)體層。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，所述第一雜質(zhì)為P型雜質(zhì)。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及所述縫隙的所述一部分之后，通過經(jīng)由所述縫隙注入第二雜質(zhì)，在經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體層的表面內(nèi)形成第二雜質(zhì)區(qū)。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，所述第二雜質(zhì)為N型雜質(zhì)。
33.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽和所述縫隙的所述一部分的步驟包括使用選擇性外延生長(zhǎng)法形成多晶硅層。
34.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及所述縫隙的所述一部分，通過對(duì)經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行娃化，來形成金屬娃化物層。
35.如權(quán)利要求25所述的方法，其中 所述第一材料層實(shí)質(zhì)上由導(dǎo)電層形成；并且所述第二材料層實(shí)質(zhì)上由絕緣層形成。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括以下步驟在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及所述縫隙的所述一部分之后，通過對(duì)經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述第一材料層的側(cè)壁進(jìn)行娃化，來形成金屬娃化物層。
37.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟 在利用所述半導(dǎo)體層實(shí)質(zhì)上填充所述第一和第二溝槽以及所述縫隙的所述一部分之后，去除經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述第一材料層；以及 用導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)上填充已實(shí)質(zhì)上被去除了所述第一材料層的區(qū)域。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，還包括以下步驟在利用所述導(dǎo)電層實(shí)質(zhì)上填充已實(shí)質(zhì)上被去除了所述第一材料層的區(qū)域之后，通過對(duì)經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述導(dǎo)電層的側(cè)壁進(jìn)行硅化，來形成金屬硅化物層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括第一和第二垂直溝道層，其實(shí)質(zhì)上平行地從半導(dǎo)體襯底大致地向上突出；第一柵極組，其被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵實(shí)質(zhì)上沿第一垂直溝道層層疊并且通過實(shí)質(zhì)上插入在存儲(chǔ)器單元柵之間的層間絕緣層彼此隔離；第二柵極組，其被配置成包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵，所述多個(gè)存儲(chǔ)器單元柵實(shí)質(zhì)上沿第二垂直溝道層層疊并且實(shí)質(zhì)上被插入在存儲(chǔ)器單元柵之間的層間絕緣層彼此隔離；管道溝道層，其被配置成將第一和第二垂直溝道層耦接；以及溝道層延伸部分，其大致地從管道溝道層向半導(dǎo)體襯底延伸并且被配置成將管道溝道層與半導(dǎo)體襯底耦接。
文檔編號(hào)H01L27/115GK102867830SQ20121023294
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者劉泫升 申請(qǐng)人:愛思開海力士有限公司