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全局应变硅技术

更新时间：2026-07-27 08:15:23 大小：16K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：全局应变硅 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

一、技术定义与核心原理

全局应变硅技术（Global Strained Silicon Technology）是一种通过在整个晶圆范围引入晶格应变，改变硅材料电学特性的半导体制造工艺，属于应变工程范畴，是摩尔定律延续过程中解决短沟道效应、提升晶体管性能的关键技术之一。

硅基晶体管的性能核心取决于载流子（电子与空穴）的迁移率，迁移率越高，相同驱动电压下晶体管的导通电流越大，开关速度越快，芯片性能越强。在芯片工艺进入90nm以下节点后，传统体硅晶体管的短沟道效应加剧，为了抑制漏电流不得不降低电源电压，此时载流子迁移率下降成为制约晶体管性能提升的核心瓶颈。全局应变硅技术通过在整个硅片沉积晶格常数与体硅不同的应力层，让顶层硅的晶格发生拉伸或压缩形变，改变硅的能带结构，降低载流子散射概率，最终提升载流子迁移率。

其核心物理原理可以总结为两点：一是形变带来的能带分裂，降低了载流子的有效质量；二是减少了声子散射对载流子运动的阻碍。对于n型金属氧化物半导体（NMOS）晶体管，拉伸应变可以让电子迁移率提升；对于p型金属氧化物半导体（PMOS）晶体管，压缩应变可以提升空穴迁移率，全局应变技术可以同时为两种晶体管提供合适的应变。

二、技术发展背景

20世纪90年代，随着半导体工艺从微米节点进入亚微米、深亚微米节点，晶体管特征尺寸不断缩小，当工艺进入180nm之后，传统的尺寸微缩带来的性能增益逐渐降低，到90nm节点，原本依靠尺寸缩小提升性能的路径已经接近物理极限：一方面，短沟道效应导致漏电流急剧上升，静态功耗失控；另一方面，为了控制漏电流，业界不得不降低阈值电压和电源电压，结果导致晶体管导通电流下降，性能提升停滞。

为了突破这一瓶颈，学界和业界开始探索通过改变硅材料本身特性来提升性能，应变硅的概念被重新重视——早在20世纪50年代，研究人员就已经发现晶格应变可以改变硅的载流子迁移率，但直到90年代末，才开发出可以批量应用到量产工艺的应变技术。

全局应变硅是最早实现量产的应变硅技术，区别于后来出现的局部应变硅技术（如应变硅沟道工程、源漏区植入应变），全局应变技术在晶圆制备阶段就完成应变引入，工艺兼容性更好，开发难度更低，因此成为90nm-45nm节点主流的性能增强技术。


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