最後更新:2026年10月8日製程節點・元件結構製程節點・電晶體中國大陸:应变硅

應變矽是什麼

Strained Silicon

應變矽是對電晶體通道區施加機械應變以提高載子遷移率,進而提升驅動電流與運作速度的技術。在僅靠微縮已難以提升性能的90nm世代前後正式導入,透過SiGe的壓縮應變及氮化膜的拉伸應變,成為此後高性能CMOS不可或缺的遷移率增強技術。

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

應變矽(Strained Silicon)是對電晶體通道區施加機械應變(應力)以提高載子遷移率,進而提升驅動電流與運作速度的技術。在僅靠微縮已難以提升性能的90nm世代前後正式導入,成為此後高性能CMOS不可或缺的「遷移率增強技術(mobility booster)」。

應變種類依極性分別使用。對nMOS(電子傳導)施加拉伸通道的拉伸應變、對pMOS(電洞傳導)施加壓縮的壓縮應變,即可提高遷移率。代表性手法包括在pMOS的源極與汲極嵌入SiGe以施加壓縮應變的eSiGe(embedded SiGe),以及利用應力襯墊膜(氮化膜)施加應變。

應變矽作為即使閘極長度微縮遇到瓶頸也能提升性能的手段,各公司以雙應力襯墊(dual stress liner)或eSiGe等形式採用。它與短通道效應及載子遷移率(carrier-mobility)密切相關,從物理層面提升電晶體性能。

在FinFET與GAA(閘極全環/奈米片)世代,對鰭片或奈米片導入應變以提高遷移率的做法也持續使用。英特爾(Intel)、台積電(TSMC)等將其導入製程,應用材料(Applied Materials)等廠商的設備負責SiGe磊晶與應力膜沉積。搭配finfet及mobility相關條目一起理解,效果會更清楚。

應變矽的常見問題

為什麼施加應變能提升性能?
因為晶格受到應變時能帶結構會改變,載子的有效質量變小或散射減少,使遷移率提高。遷移率提高後,在相同電壓下能流通更多電流,電晶體的運作速度因而提升。
nMOS與pMOS施加應變的方式不同嗎?
不同。nMOS對通道施加拉伸(tensile)應變可提高電子遷移率,因此使用氮化膜應力襯墊等。pMOS以壓縮(compressive)應變提高電洞遷移率,因此採用在源極與汲極嵌入SiGe的手法(eSiGe)。
應變矽從何時開始使用?
英特爾在90nm世代(2003年)正式導入是實用化的代表例,此後隨著45nm、32nm世代,應變技術也不斷強化。到了FinFET與GAA時代,仍作為提高遷移率的手法持續使用。

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