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Halo,無論是角度，能量，劑量變化，歸根結(jié)底還是在于其對溝道雜質(zhì)濃度的影響，溝道雜質(zhì)濃度越高，Vth上升，S/D越難擴(kuò)散進(jìn)溝道，DIBL降低，載流子遷移率降低，Ion下降，Ioff也下降，但隨著進(jìn)一步的增加，勢壘區(qū)寬度變薄，隧穿電流增加將導(dǎo)致Ioff上升 Halo Implant是一種離子注入工藝，通過在溝道兩側(cè)（靠近源端和漏端）引入與溝道摻雜類型相反的雜質(zhì)（例如，在NMOS中注入P型雜質(zhì)，在PMOS中注入N型雜質(zhì)），形成局部高摻雜區(qū)域（稱為Halo或Pocket）。這些高摻雜區(qū)域能夠有效調(diào)制溝道區(qū)的電場分布，從而改善器件的電學(xué)性能。Halo Implant的主要目的是抑制短溝道效應(yīng)，具體如下：短溝道器件中，漏端電場會(huì)顯著影響源端勢壘，導(dǎo)致閾值電壓（Vth）隨漏源電壓（VDS）的變化而降低（即DIBL效應(yīng)）。Halo通過增強(qiáng)溝道邊緣的摻雜濃度，削弱漏端電場對源端勢壘的調(diào)制作用，從而降低DIBL。Halo區(qū)域的局部高摻雜會(huì)提高溝道區(qū)的有效摻雜濃度，從而增加閾值電壓（Vth），補(bǔ)償因溝道縮短引起的VthVth下降。Halo可以減少亞閾值區(qū)的漏電流斜率（即亞閾值擺幅，Subthreshold Swing, SS），從而改善器件的關(guān)斷特性。4. 抑制穿通效應(yīng)（Punch-Through）：在短溝道器件中，源端和漏端的耗盡區(qū)可能發(fā)生重疊，導(dǎo)致穿通效應(yīng)。Halo通過增強(qiáng)溝道邊緣的摻雜，抑制耗盡區(qū)的擴(kuò)展，從而防止穿通。Vth上升：角度 α 增大使Halo雜質(zhì)更靠近溝道中心，有效提高溝道區(qū)的平均摻雜濃度，導(dǎo)致閾值電壓（Vth）上升。DIBL下降：大角度注入增強(qiáng)溝道邊緣的摻雜濃度，削弱漏端電場對源端勢壘的調(diào)制作用，顯著降低漏致勢壘降低（DIBL）。Ion下降：大角度注入導(dǎo)致溝道區(qū)摻雜濃度升高，雜質(zhì)散射增強(qiáng)，載流子遷移率下降，驅(qū)動(dòng)電流（Ion）降低。Ioff先下降后上升：剛開始，Halo注入抑制短溝道效應(yīng)，減少關(guān)態(tài)漏電流（Ioff）。注入角度過大時(shí)，Halo區(qū)域與源/漏區(qū)（S/D）重疊，可能引入額外的結(jié)漏電或隧穿電流，導(dǎo)致Ioff上升。Vth上升：Halo區(qū)域摻雜濃度增加，溝道區(qū)有效摻雜濃度（Neff）提高，導(dǎo)致閾值電壓（Vth）上升。DIBL下降：高濃度Halo增強(qiáng)溝道邊緣的耗盡區(qū)，削弱漏端電場對溝道電位的控制，降低DIBL。Ion下降：高濃度摻雜增加雜質(zhì)散射，降低載流子遷移率，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流（Ion）下降。Ioff先下降后上升：剛開始，Halo注入抑制短溝道效應(yīng)，減少關(guān)態(tài)漏電流（Ioff）。注入濃度過高時(shí)，勢壘區(qū)寬度變薄，隧穿電流增加，導(dǎo)致Ioff上升。能量越大，結(jié)深（Xj）越深：高能量注入使Halo雜質(zhì)分布更深，可能遠(yuǎn)離源/漏區(qū)（S/D），對器件性能的改善作用減弱。過淺的Halo：若Halo結(jié)深過淺，可能被輕摻雜漏極（LDD）補(bǔ)償，導(dǎo)致抑制短溝道效應(yīng)的效果不明顯。過深的Halo：若Halo結(jié)深過深，遠(yuǎn)離源/漏區(qū)，對溝道電場的調(diào)制作用減弱，DIBL抑制效果下降。DIBL降低：適中的結(jié)深可有效抑制DIBL，但過深或過淺均會(huì)削弱效果。Ion下降：高能量注入可能導(dǎo)致雜質(zhì)分布不均勻，增加散射，降低Ion。Ioff先下降后上升：適中的結(jié)深可減少Ioff，但過深或過淺可能導(dǎo)致漏電增加。注入角度：選擇適中角度（如20°~30°），平衡DIBL抑制與遷移率損失。注入濃度：優(yōu)化劑量，避免過高濃度導(dǎo)致隧穿電流增加。注入能量：控制結(jié)深，確保Halo與LDD協(xié)同作用，避免過深或過淺。注入次數(shù)：single halo implant 變成 double halo implant (gradient implant).退火工藝：采用快速熱退火（RTA）或尖峰退火，抑制雜質(zhì)擴(kuò)散，維持陡峭摻雜分布。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
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