最後更新:2026年10月8日製程節點・元件結構閘極堆疊(High-k/金屬閘極)中國大陸:双栅(Dual Gate)

雙閘極(Dual Gate)是什麼

Dual Gate

雙閘極在半導體中主要有2種意思。第1種是在1顆晶片內分別製作不同膜厚的閘極氧化層(內部電路用薄膜與I/O用厚膜),或為nMOS與pMOS分別製作不同功函數閘極材料的技術。另1種是以2個閘極夾住通道的雙閘極結構,是FinFET與GAA的源頭。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

雙閘極(Dual Gate)在半導體的脈絡中主要有2種意思。第1種是在1顆晶片中分別製作不同膜厚的閘極氧化層,或不同功函數之閘極材料的製造技術(雙閘極氧化層、雙功函數閘極)。另1種是以2個閘極從上下或兩側夾住通道的電晶體結構(雙閘極,double gate)。

雙閘極氧化層用於像CPU或SoC這樣,需將高速低電壓的內部電路與處理高電壓的輸入輸出(I/O)電路放在同一顆晶片上的情況。內部電路需要薄氧化層,I/O電路則需要能確保耐壓的厚氧化層,因此先在整面形成氧化層,再以微影只在要變薄的區域開口並去除氧化層,然後再次氧化,做出2種厚度。分別製作3種膜厚時,則稱為三閘極氧化層(triple gate oxide)。

雙功函數閘極是為nMOS與pMOS分別使用不同功函數閘極材料的技術。要讓兩者的臨界電壓都達到適當值,nMOS需要接近導帶、pMOS需要接近價帶的功函數閘極。在多晶矽閘極時代,是以分別進行n型與p型摻雜來實現;在High-k/金屬閘極世代,則分別製作nMOS用與pMOS用的功函數金屬。

作為結構的雙閘極電晶體,以2個閘極夾住通道,比只以1個閘極控制的平面型更能抑制短通道效應。將通道做成薄板狀、從兩側以閘極夾住的FinFET,就是將此概念立體化的結構,進一步從4個方向包圍的則是GAA(閘極全環繞)。

此外,高頻用的雙閘極MOSFET(具有2個串聯閘極,用於混頻器與增益控制),以及顯示面板薄膜電晶體(TFT)中上下都有閘極的結構等,也稱為雙閘極。必須依上下文判斷是哪種意思。

雙閘極(Dual Gate)的常見問題

為什麼需要雙閘極氧化層?
因為同一顆晶片上混合了以低電壓高速運作的內部電路,以及與外部連接的高電壓I/O電路。內部電路為了效能需要薄閘極氧化層,I/O電路為了耐受高電壓則需要厚氧化層。因此將氧化分成2次,中途只去除要變薄區域的氧化層,分別做出2種厚度。
雙閘極與FinFET有何不同?
雙閘極結構是以2個閘極夾住通道進行控制之概念的總稱。FinFET則是將矽立成薄鰭狀,以閘極覆蓋其兩側面(與上面),以易於量產的形式實現此概念的結構。若以閘極包圍通道的四面,就成為GAA。

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