本文介紹了一種在MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）特征尺寸縮小至深亞微米級別、短溝道效應顯著時采用的一種離子注入技術：暈環技術。

離子注入

在半導體制造工藝中指的是離子注入（Ion Implantation），即通過高能加速器將特定類型的雜質原子（如硼、磷等）以高速度注入到硅襯底中，從而改變其電學性質。這一過程用于調整晶體管的閾值電壓、形成源極和漏極等結構。

為什么要Halo IMP

隨著MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）特征尺寸縮小至深亞微米級別，短溝道效應（Short Channel Effects, SCEs）成為了一個顯著的問題。為了應對這些問題，特別是亞閾值漏電流過大，一種稱為暈環注入（Halo Implant）的技術被引入。暈環注入是一種特殊的離子注入方法，它通過大角度傾斜注入，將與襯底相同類型的摻雜離子注入到源漏區和襯底之間，形成一個高摻雜濃度的區域——即暈環（Halo）結構。這個結構的主要目的是阻止源漏耗盡區向溝道擴展，抑制短溝道效應和漏致勢壘降低效應（Drain Induced Barrier Lowering, DIBL），并減少不必要的泄漏電流。

Halo IMP 位置

在制作MOSFET時，特別是在深亞微米制程節點，為了防止源漏區耗盡層向溝道擴展而導致的源漏串通效應以及減小泄漏電流，會在源漏區與襯底之間形成一個高摻雜濃度的區域——即暈環（Halo）結構。這個結構通常位于輕摻雜漏（Lightly Doped Drain, LDD）離子注入:LDD(Lightly Doped Drain)區域之下，并且與襯底具有相同的導電類型但更高的摻雜濃度。

Halo IMP對器件性能的提升

減少短溝道效應：暈環結構能夠有效阻止源漏耗盡區向溝道區擴展，從而抑制了由于電荷共享引起的源漏串通效應。

降低泄漏電流：通過增加靠近溝道邊緣的摻雜濃度，可以增強柵極對溝道的控制能力，進而減少不必要的泄漏電流。

改善柵控能力：暈環的存在提高了柵極對溝道載流子流動的控制力，使得柵極電壓更有效地調節溝道中的電場分布。

優化閾值電壓：適當設計的暈環可以調節MOSFET的閾值電壓，使其更適合低功耗應用。

提高遷移率和速度：較低的溝道摻雜濃度有助于提高載流子遷移率，同時降低了結電容和延遲時間，提升了電路的速度性能。

Halo IMP的技術挑戰

盡管Halo IMP帶來了諸多好處，但它也引入了一些新的挑戰：

反向短溝道效應：如果暈環設計不當，可能會導致反向短溝道效應，影響器件的正常工作。

驅動電流降低：過高的暈環摻雜可能導致驅動電流有所下降。

寄生電流問題：如帶間隧穿（Band-to-Band Tunneling, BTBT）和柵誘導漏極泄漏（Gate-Induced Drain Leakage, GIDL）電流可能增加，這取決于暈環區域的具體形狀和摻雜分布。

Halo IMP的關鍵參數

注入角度（Angle）：決定了暈環區的寬度和深度。較大的注入角度可以在不顯著增加源漏寄生電容的情況下，有效防止泄漏電流增大。

注入能量（Energy）：影響暈環區的深度和寬度。較高的能量可以使摻雜更深地進入亞溝道區，但過高會抬升閾值電壓。

注入劑量（Dose）：直接決定了暈環區的摻雜濃度。合適的劑量對于平衡抑制短溝道效應和避免過大的泄漏電流至關重要。