반도체 공정 레포트 - high-k(학점 A 레포트)

1. High-k dielectrics 이란
High-k dielectric은 집적회로를 구성하는 MOSFET, FINFET 등의 transistor에 사용되는 물질 중 하나이다. 절연체가 전기장 내에 놓이게 되면 유전분극이 생기고 표면에 전하가 유기되는 양상을 보이는데, 이러한 전기적 관점에서의 절연체를 dielectric이라고 한다. 유전분극은 외부 전기장 내에서 비극성 분자들이 전기 쌍극자 모멘트를 갖게 되거나 극성 분자들의 전기 쌍극자 모멘트가 정렬하며 전체적으로 물질이 극성을 나타내는 현상을 말한다. dielectric은 자유전자가 없어 부도체이며, 금속과 달리 내부에 직류 전기장이 존재할 수 있다. Transistor는 전류나 전압의 흐름을 조절 및 증폭시킴으로써 스위치왿� 같은 역할을 하는 반도체 소자를 말한다. 이를 위해서 transistor에는 dielectric이 사용된다. dielectric은 전극과 실리콘 사이를 전기적으로 차단하는 절연체의 역할을 한다. 또한, gate로부터 일정 크기 이상의 전압이 가해졌을 때 source왿� drain 사이 실리콘의 전기적 특성을 변화시킴으로써 source왿� drain 사이에 전류가 흐를 수 있도록 한다. 즉 트랜지스터에서 dielectric은 절연체의 역할과 source왿� drain 사이 전류를 제어하는 역할을 한다.
Dielectric을 condenser의 극 판 사이에 넣었을 때왿� 극 판 사이에 넣지 않았을 때의 capacitance 비를 dielectric의 유전율이라 한다. 유전 상수(k)는 Dielectric의 유전율(ε)과 진공의 유전율(ε0)의 비율을 말한다.
일반적으로 High-k dielectric은 집적회로의 dielectric으로 주로 사용되었던 SiO2보다 큰 유전 상수를 갖는 물질을 말한다. SiO₂의 유전 상수는 3.9이므로 High-k dielectric은 3.9보다 큰 유전 상수를 갖는 물질이다.