[반도체 공정] Oxidation - 2 (Oxiadation의 한계, High-k)

현재 사용하지 않는 이유

 

소자의 성능을 높이기 위해 scaling이 적용됨

→  source와 drain 사이의 거리(channel lengh)가 점차 감소

→ drain에 걸리는 전압이 source에 영향을 미쳐 전자를 끌어당김 (누설전류, leakage current)

→  누설전류를 막기 위해 Gate 전압이 미치는 영향을 더 크게 해줘야 함

→  Gate와 body사이의 SiO2의 두께를 더 얇게 제작
     ( ∵ 유전상수 = 유전율 /  두께로 정의되므로, 두께가 얇아질수록 유전 상수가 커져 SiO2 위아래로 저장되는 전자 개수가 증가)

→  1.2nm 이하로 SiO2을 제작 시 전자가 SiO2을 통과하는 Tunneling 발생

→  SiO2의 한계점

→  이를 극복한 것이 high-K 물질을 활용한 gate

 

 

High k 물질의 등장 배경

 

SiO2의 한계를 극복하기 위해 유전율을 변화시켜 유전상수를 키움

→  High K metal gate의 등장

→  이상적인 물질은 bandgap과 유전 상수 모두 큰 물질

 

 

High k material

 

장점

 

  같은 유전상수를 만들 때, 유전율이 높으면 두께를 두껍게 할 수 있다. (cf, 유전상수 = 유전율 / 두께)

 

단점

 

  High k  물질은 유전상수가 높은 장점이 있지만, energy band gap이 줄어드는 문제점이 발생
      (즉, tunneling은 막았지만, 전자가 energy band을 뛰어넘어 지나감)

 

 

REF

 

도서

반도체 제조 기술의 이해 (곽노열, 한울출판사)

반도체 이론편 (렛유인)

반도체 이론편 (엔지닉)

 

유튜브

https://www.youtube.com/@DevicePhysics