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掌握 PMOS 轻掺杂漏极(PLDD):器件物理、工艺集成与纳米级演进

PMOS 轻掺杂漏极是在 PMOS 沟道与重掺杂源漏之间设置相对轻掺杂的延伸区。渐变结可降低局部电场峰值,但会带来串联电阻权衡。不同 CMOS 流程实现几何的方式不同;现有 40nm 路线标有 NMOS LDD,却未标注 PMOS LDD 步骤。

PMOS 轻掺杂漏的 CMOS 背景

免费 40nm 流程总览提供互补阱和晶体管背景。已命名的 LDD 工位属于 NMOS,不能充当 PMOS 注入或延伸区的直接证据。因此学习路线绑定流程总览,不声称存在 PMOS 专属步骤。

截面 1:CMOS 背景;未命名 PMOS LDD
1. CMOS 背景;未命名 PMOS LDD
截面 2:CMOS 背景;未命名 PMOS LDD
2. CMOS 背景;未命名 PMOS LDD
截面 3:CMOS 背景;未命名 PMOS LDD
3. CMOS 背景;未命名 PMOS LDD

图解说明 CMOS 背景,并非已核实的 PMOS LDD 步骤。

Process map · 流程地图

40nm流程地图流程概览

40nm BSI CMOS Image Sensor

定位阱区与 LDD 集成;具名 LDD 步骤属于 NMOS,不能证明 PMOS LDD 注入。

物理与机制

传统体硅 CMOS 中,PMOS 晶体管位于 n 型阱。其 p 型源漏延伸区靠近沟道,掺杂程度与较重掺杂的源漏区不同。渐变延伸区可能分散漏端附近的横向电场,也可能增加串联电阻。最终驱动电流、漏电和可靠性取决于完整器件几何和偏置 [T1]。

PMOS 延伸区与栅电极是不同结构。历史上掺杂多晶硅栅的硼穿透栅介质是另一项集成问题;没有证据不能归因于 LDD 注入。空穴迁移率和掺杂扩散会影响器件及热设计,但不能据此给出普适的 PMOS 宽度比例,或断言其 LDD 窗口一定比 NMOS 窄。

工艺原则

  • 认清极性:PMOS 延伸区在其器件语境中使用 p 型掺杂;所链接 40nm 流程命名的 LDD 是 NMOS。
  • 平衡电场与电阻:渐变可能降低峰值电场,同时增加接入电阻 [T1]。
  • 区分结构:阱、栅、延伸区和重掺杂源漏承担不同职责。
  • 量测器件结果:漏电、电流和可靠性收益取决于几何、掺杂剖面与偏置。

挑战与失效模式

延伸区可能电阻过高,或达不到期望的电场分布。后续热步骤的掺杂迁移可能改变目标剖面。归因需要电学量测及经过核实的 PMOS 工艺序列;现有流程没有标出 PMOS LDD 步骤。

从原理到生产流程

在使用 PMOS 轻掺杂延伸区的集成方案中,注入与侧墙顺序、激活及结设计共同决定电场和电阻的权衡。40nm 流程总览提供 CMOS 背景,但未标注 PMOS LDD 工位。一般概念见轻掺杂漏极。

节点演进

平面和三维 PMOS 架构可采用不同的源漏与延伸区策略。一种几何下有用的机制,不能证明所有后续节点都保留相同 LDD 设计或权衡。

相关工艺

PMOS LDD 的邻里:轻掺杂漏是 NMOS 孪生;LDD 与 halo 注入的角色是剖面分工;掺杂与沟道注入是载流子化学;口袋注入是侧翼守卫;氮氧化硅是因硼穿透而生的壁垒。

展望

未来 PMOS 结设计仍须针对实际架构平衡静电控制、电阻与可靠性。所链接 NMOS LDD 仅是比较语境,不能证明 PMOS 专属实施。

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

什么是 PMOS 轻掺杂漏?
用于形成渐变结的 PMOS 相对轻掺杂源漏延伸区。现有 40nm 流程提供 CMOS 背景,但没有已命名的 PMOS LDD 工位。
PMOS LDD 工程与 NMOS 有何不同?
PMOS 在 n 阱语境中使用 p 型延伸区,NMOS 极性互补。掺杂迁移与载流子输运不同,但电场和串联电阻的权衡须针对器件量测;栅硼穿透是另一个问题。
为什么 PMOS 住在 n 阱里?
在传统体硅 CMOS 中,n 阱构成 PMOS 的体区并使其与 p 型衬底隔离。p 型源漏及其延伸区与阱和沟道是不同结构。

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