日期：2025-12-01 05:20:10
Halo implant summary
Halo,无论是角度，能量，剂量变化，归根结底还是在于其对沟道杂质浓度的影响，沟道杂质浓度越高，Vth上升，S/D越难扩散进沟道，DIBL降低，载流子迁移率降低，Ion下降，Ioff也下降，但随着进一步的增加，势垒区宽度变薄，隧穿电流增加将导致Ioff上升
《1.Halo Implant的定义》Halo Implant是一种离子注入工艺，通过在沟道两侧（靠近源端和漏端）引入与沟道掺杂类型相反的杂质（例如，在NMOS中注入P型杂质，在PMOS中注入N型杂质），形成局部高掺杂区域（称为Halo或Pocket）。这些高掺杂区域能够有效调制沟道区的电场分布，从而改善器件的电学性能。相关链接：知识日记：半导体中的LDD是什么？《2.Halo Implant的作用》Halo Implant的主要目的是抑制短沟道效应，具体如下：1. 抑制漏致势垒降低（DIBL）：短沟道器件中，漏端电场会显著影响源端势垒，导致阈值电压（Vth）随漏源电压（VDS）的变化而降低（即DIBL效应）。Halo通过增强沟道边缘的掺杂浓度，削弱漏端电场对源端势垒的调制作用，从而降低DIBL。链接：知识日记：DIBL, Drain Induced Barrier Lowering, 漏致势垒降低效应2. 控制阈值电压（Vth）：Halo区域的局部高掺杂会提高沟道区的有效掺杂浓度，从而增加阈值电压（Vth），补偿因沟道缩短引起的VthVth下降。链接：Vtsat, Vtlin, Vtgm：三种MOSFET阈值电压对比3. 改善亚阈值特性：Halo可以减少亚阈值区的漏电流斜率（即亚阈值摆幅，Subthreshold Swing, SS），从而改善器件的关断特性。链接：知识日记：亚阈值摆幅(Subthreshold swing, SS)4. 抑制穿通效应（Punch-Through）：在短沟道器件中，源端和漏端的耗尽区可能发生重叠，导致穿通效应。Halo通过增强沟道边缘的掺杂，抑制耗尽区的扩展，从而防止穿通。链接：Leakage current mechanism-沟道穿通效应-punch through《2.1.Halo注入角度的影响》图片
Fig1. 随注入角度增大Vth上升：角度 α 增大使Halo杂质更靠近沟道中心，有效提高沟道区的平均掺杂浓度，导致阈值电压（Vth）上升。DIBL下降：大角度注入增强沟道边缘的掺杂浓度，削弱漏端电场对源端势垒的调制作用，显著降低漏致势垒降低（DIBL）。Ion下降：大角度注入导致沟道区掺杂浓度升高，杂质散射增强，载流子迁移率下降，驱动电流（Ion）降低。Ioff先下降后上升：刚开始，Halo注入抑制短沟道效应，减少关态漏电流（Ioff）。注入角度过大时，Halo区域与源/漏区（S/D）重叠，可能引入额外的结漏电或隧穿电流，导致Ioff上升。《2.2. Halo注入浓度的影响》图片
Fig2. 随注入浓度增大Vth上升：Halo区域掺杂浓度增加，沟道区有效掺杂浓度（Neff）提高，导致阈值电压（Vth）上升。DIBL下降：高浓度Halo增强沟道边缘的耗尽区，削弱漏端电场对沟道电位的控制，降低DIBL。Ion下降：高浓度掺杂增加杂质散射，降低载流子迁移率，导致驱动电流（Ion）下降。Ioff先下降后上升：刚开始，Halo注入抑制短沟道效应，减少关态漏电流（Ioff）。注入浓度过高时，势垒区宽度变薄，隧穿电流增加，导致Ioff上升。《2.3.Halo注入能量的影响》图片
Fig2. 随注入能量增大能量越大，结深（Xj）越深：高能量注入使Halo杂质分布更深，可能远离源/漏区（S/D），对器件性能的改善作用减弱。过浅的Halo：若Halo结深过浅，可能被轻掺杂漏极（LDD）补偿，导致抑制短沟道效应的效果不明显。过深的Halo：若Halo结深过深，远离源/漏区，对沟道电场的调制作用减弱，DIBL抑制效果下降。对性能的影响：Vth上升：Halo掺杂浓度增加，Vth上升。DIBL降低：适中的结深可有效抑制DIBL，但过深或过浅均会削弱效果。Ion下降：高能量注入可能导致杂质分布不均匀，增加散射，降低Ion。Ioff先下降后上升：适中的结深可减少Ioff，但过深或过浅可能导致漏电增加。相关链接：Leakage current mechanism-反偏置 PN 结漏电流《3.优化方式》注入角度：选择适中角度（如20°~30°），平衡DIBL抑制与迁移率损失。注入浓度：优化剂量，避免过高浓度导致隧穿电流增加。注入能量：控制结深，确保Halo与LDD协同作用，避免过深或过浅。注入次数：single halo implant 变成 double halo implant (gradient implant).退火工艺：采用快速热退火（RTA）或尖峰退火，抑制杂质扩散，维持陡峭掺杂分布。Reference:
1.Semiconductor Devices: Physics and Technology.2.A dynamic body-biased SRAM with asymmetric halo implant MOSFETs.3.A study of tilt angle effect on Halo PMOS performance 本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。配资实力股票配资平台,配资网站排名,天天配资网提示：文章来自网络，不代表本站观点。
