文章來源：半導體與物理

原文作者：jjfly686

本文主要講述芯片制造中的暈環(huán)注入。

當晶體管柵長縮至20納米以下，源漏極間可能形成隱秘的電流通道，導致晶體管無法關閉。而暈環(huán)注入（Halo Implant）技術，正是工程師們設計的原子級“結界”，將漏電流牢牢封鎖在溝道之外。

一、穿通效應：納米晶體管的“幽靈通道”

問題的根源：耗盡區(qū)的失控擴張

每個PN結交界處都存在耗盡區(qū)——一個缺乏自由載流子的絕緣區(qū)域（如圖1）。當源極（P?延伸注入）與漏極（N?延伸注入）之間的耗盡區(qū)相連時，就會形成穿通通道：傳統(tǒng)結構（無暈環(huán)注入）：輕摻雜N阱（1012 ions/cm2）對抗重摻雜P?延伸區(qū)（101? ions/cm2）；耗盡區(qū)向N阱深處大幅延伸（深度可達100 nm）；柵長<20 nm時，源漏耗盡區(qū)相接，電子直接隧穿。結果：晶體管在關閉狀態(tài)漏電，功耗飆升甚至燒毀芯片。

二、暈環(huán)注入：原子級的“耗盡區(qū)牢籠”

技術原理：不對稱摻雜的巧思

暈環(huán)注入通過在溝道邊緣植入高濃度反型摻雜原子，構建局部電荷屏障：

注入位置：僅位于柵極邊緣正下方（深度約20 nm），避開溝道中心；

摻雜設計：

暈環(huán)的額外電荷（1013 ions/cm2）中和P?區(qū)的空穴電荷，將耗盡區(qū)深度壓縮70%（從100 nm→30 nm）；

由于暈環(huán)僅存在于柵極邊緣，溝道中心載流子遷移率不受影響。

工藝四步

柵極側墻形成：沉積氮化硅并刻蝕，定義注入窗口；

傾斜離子注入：晶圓傾斜25-45°，磷離子以50 keV能量注入；

退火激活：納秒激光局部加熱，避免摻雜擴散；

延伸注入同步：垂直注入硼形成源漏延伸區(qū)。