外延阻挡层作用

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外延阻挡层在半导体制造中主要承担阻断扩散与优化电学性能的双重核心作用，具体功能如下：

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一、阻断杂质与金属扩散

• ‌抑制掺杂剂互窜‌
  阻挡层（如SiO₂、Si₃N₄）可阻止硼/磷等掺杂原子在高温工艺中横向扩散，避免PN结电学特性退化（如阈值电压漂移）。
• ‌隔绝铜污染‌
  在铜互连结构中，TaN/TiN等金属化合物阻挡层有效阻隔铜原子向周围介质层（如SiO₂）扩散，防止电路短路失效；同时降低接触电阻约30%。
• ‌阻隔化学反应‌
  在异质外延中（如GaN/Si），AlN缓冲层可抑制衬底硅原子与III-V族材料的反应，减少界面缺陷生成。
  

二、优化电学与结构性能

• ‌提升击穿电压‌
  功率器件外延层（如SiC外延）通过高阻特性阻挡层扩大耗尽区宽度，使击穿电压提升5-10倍。
• ‌降低漏电流‌
  高品质阻挡层可减少界面态密度，将PN结反向漏电流降低1-2个数量级37。
• ‌增强界面附着性‌
  钴/钌等衬垫层（Liner）提高铜与介质层粘附强度，避免金属剥离，同时改善电迁移可靠性。
  

️ 三、支撑先进工艺实现

• ‌纳米级台阶覆盖‌
  原子层沉积（ALD）技术可制备<2 nm的超薄TaN阻挡层，实现深宽比>10:1通孔的全覆盖，满足5 nm节点需求。
• ‌应变工程调控‌
  SiGe外延阻挡层通过晶格失配引入压应力，使PMOS空穴迁移率提升40%以上。
• ‌量子结构隔离‌
  在量子阱激光器中，AlGaAs阻挡层形成载流子势垒，将电子限制在有源区，提升发光效率8。
  

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‌总结‌：外延阻挡层通过物理隔离与电学调控，解决了掺杂互扰、金属污染、界面失效等核心瓶颈，成为维系器件可靠性和延续摩尔定律的关键技术。