[반도체 공정] High-k 물질

1. High-k 물질의 정의

High-k 물질은 반도체 소자의 게이트 산화막 대신에 사용되는 높은 유전율(전기 유전체 상수)을 가지는 물질이다. 기존의 실리콘 산화막(SiO2)의 두께를 극단적으로 줄이기 위해 도입된 소재로, 유전율이 높을수록 같은 두께에서도 더 많은 정전용량을 제공하여 소형화 및 고속화를 실현할 수 있다. 일반적으로 실리콘 산화막의 유전율은 약 3.9인 반면, High-k 물질은 유전율이 7 이상으로 높으며, 대표적인 예로 hafnium 산화물(HfO2), zirconium 산화물(ZrO2), aluminum oxide(Al2O3) 등이 있다. 특히 HfO2는 2007년 인텔이 45나노미터 공정에서 처음으로 적층해 사용하기 시작했으며, 그 이후로 반도체 제조 공정에서 표준 소재로 채택되고 있다. High-k 물질은 실리콘 산화막보다 두꺼운 두께를 사용할 수 있기 때문에 게이트 산화막의 누설 전류를 낮추고 전력 소모를 감소시키며 전기적 안정성 향상에 기여한다. 글로벌 반도체 시장에서 이 물질의 도입 효과는 크다. 2022년 기준으로 7나노 공정과 5나노 공정에서 High-k 물질을 사용하는 비율이 각각 85% 이상에 달하며, 전체 반도체 소자 생산량에서 차지하는 비중도 점차 증가하는 추세를…