金属基前驱体在先进制程应用规模有望快速提升
思瀚产业研究院 恒坤新材    2024-12-27

从 20 世纪 70 年代开始，二氧化硅一直是主流的氧化层材料。随着半导体整体行业快速发展，单个芯片上的晶体管数量持续增加，单个晶体管体积持续缩小，发展到 21 世纪，氧化层厚度已薄至 1.2nm。

然而，二氧化硅材料的氧化层极限厚度为 1.5nm，二氧化硅介电常数低，低于该厚度会出现隧穿现象，导致漏电，且漏电现象随着厚度减小呈现指数增长，如当晶体管技术节点缩小至 90nm 时，氧化层厚度仅有 1.2nm，栅极漏电密度达到 100A/cm²，该级别漏电在大部分应用中已无法接受。

同时，当氧化层降低至 2nm 以下时，伴随退火处理温度升高，会出现硼扩散现象，从而对产品性能带来影响。但是，晶体管尺寸缩小后，需要更高电容来产生所需驱动电流。

由于电容与栅层厚度成反比，前驱体材料作为栅介质材料其厚度必须降低。在此背景下，High-K 前驱体材料由于具有更高的介电常数，使得材料在氧化层厚度与二氧化硅相同前提下具有更高的物理厚度，从而降低栅漏电流密度。

根据弗若斯特沙利文市场研究，High-K 金属栅极介电质可使漏电减少 10 倍左右，使功耗也能得到很好控制，理论性能可提升 20%左右。因此，随着集成电路技术节点缩小，High-K 前驱体材料市场规模将持续提升。

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