薄膜應力（內應力）是指在晶圓上製作的薄膜中累積的、想要收縮或想要伸展的力。薄膜想要收縮而將晶圓往內拉的狀態稱為拉伸應力，薄膜想要擴張而將晶圓往外推的狀態稱為壓縮應力。有應力時晶圓會翹曲，拉伸應力會使薄膜側凹陷，壓縮應力則使薄膜側鼓起。
應力的成因可分為 2 種。第 1 種是在沉積過程中，由原子的排列方式、密度與氫含量等決定的本質應力；第 2 種是在高溫下成膜後冷卻時，因薄膜與矽的熱膨脹係數差異而產生的熱應力。一般做法是量測成膜前後晶圓的翹曲（曲率半徑），再以 Stoney 公式計算應力。
薄膜應力過大時，會造成晶圓翹曲引起的曝光失焦與傳送錯誤、薄膜龜裂與剝離，以及鋁導線的小丘（hillock）。在 3D NAND 這種將厚膜堆疊數百層的結構中，翹曲的控制是一大課題。另一方面，也有利用應力來提升性能的技術（應力襯層），例如在電晶體上方覆蓋具拉伸應力的氮化膜，以提高 nMOS 的電子遷移率。電漿 CVD 的氮化膜可藉由射頻功率與頻率的組合，大幅改變應力。
