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局部应变硅技术
资料介绍
一、技术概述
局部应变硅（Strained Silicon，简称sSi）技术是一种通过在硅晶圆局部区域引入可控的晶格应力，改变硅材料的电学特性，从而提升金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）性能的微纳加工技术，是摩尔定律延续过程中，突破传统体硅器件性能瓶颈的核心技术之一。
传统体硅CMOS器件按照等比例缩小到90nm节点以下后，短沟道效应逐渐加剧，驱动电流能力下降，漏电流增大，单纯通过缩小尺寸提升性能的路径开始遭遇物理极限与功耗瓶颈。局部应变硅技术不需要进一步缩小器件尺寸，仅通过改变硅晶格的原子间距，就可以显著提升载流子迁移率，进而提升器件开关速度、降低导通电阻，因此迅速成为了90nm到28nm节点集成电路制造的主流工艺之一，目前仍广泛应用于成熟制程工艺、功率半导体器件以及先进FinFET、GAAFET器件中。
二、核心原理
应变硅技术的核心原理是应力引致载流子迁移率提升效应：当硅晶体受到外部应力作用时，晶格发生畸变，改变了硅的能带结构，进而削弱载流子在输运过程中受到的散射作用，提升迁移率。
对于NMOS（n型金属氧化物半导体）器件，电子沿沟道方向输运，当沟道区域受到拉伸应力时，硅的导带能谷发生分裂，降低了载流子的有效质量，同时抑制了谷间散射，电子迁移率最高可以提升50%以上；对于PMOS（p型金属氧化物半导体）器件，空穴沿沟道方向输运，当沟道区域受到压缩应力时，价带的轻空穴带和重空穴带发生分裂，降低了空穴的有效质量，空穴迁移率最高可以提升一倍以上。
局部应变硅的核心是仅在器件的沟道区域引入定向应力，避免应力对器件其他区域（如源漏区、隔离区）带来负面影响，同时可以针对NMOS和PMOS分别引入不同类型的最优应力，实现两类器件性能的同时提升。
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