High-k 介電層是什麼

High-k 介電層(高介電常數絕緣膜)是取代傳統 SiO₂ 的 MOSFET 閘極絕緣膜材料。使用相對介電常數遠高於 SiO₂(k≈3.9)的 HfO₂(k≈25)或 ZrO₂(k≈25)等材料,可在維持物理膜厚的同時大幅降低等效氧化層厚度(EOT),使閘極漏電流降低 3 個數量級以上。2007 年於英特爾 45nm 節點首度投入量產,如今已是 FinFET、GAA 等所有先進邏輯不可或缺的材料。以 ALD(原子層沉積法)沉積。

重點整理

HfO₂(氧化鉿)為代表材料。k 值 25,為 SiO₂ 的 6 倍以上
在增加物理膜厚的同時降低 EOT(等效氧化層厚度),大幅減少漏電流
自 2007 年英特爾 45nm 世代起導入量產(業界標準化的里程碑)
FinFET、GAA 的所有閘極絕緣膜皆採用(先進節點無法使用 SiO₂)
以 ALD 設備(ASM International、應用材料等)逐數個原子層精密沉積

常見問題

什麼是 High-k 介電層?
High-k 介電層是具有比 SiO₂ 更高介電常數(k 值)的 MOSFET 閘極絕緣材料。可在維持物理膜厚的同時縮小等效氧化層厚度(EOT),因此能大幅降低閘極漏電流。HfO₂ 使用最廣,英特爾、台積電、三星的所有先進邏輯皆採用。
為什麼要從 SiO₂ 轉移到 High-k?
SiO₂ 在 45nm 以下的微縮中,閘極絕緣膜變成 1nm 以下,量子穿隧效應造成的漏電流已無法忽視。High-k 可保持較厚的物理膜厚,使漏電流降低 3 個數量級以上,有助於低功耗化。
High-k 介電層如何沉積?
以 ALD(原子層沉積法)為主流。交替供應前驅物氣體,逐 1 個原子層精密沉積,因此即使是數 nm 以下的超薄膜,均勻性與階梯覆蓋率也很優異。使用 ASM International、應用材料、東京威力科創(TEL)的 ALD 設備。

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