瑞萨科技开发高可靠性铜电子熔丝技术

--全球第一款熔融状态切断的熔丝可防止低介电系数材料开裂--

瑞萨科技公司（Renesas Technology Corp.）宣布开发出一种用于65nm（纳米）工艺的铜电子熔丝技术，其低介电常数不会导致低介电系数材料的开裂，因此具有很高的可靠性。

这种新技术在全球首次实现了利用熔融状态下切断铜熔丝的方法来防止低介电系数材料的开裂。该技术已经应用于65nm制造工艺的试验阶段，且已被证实可提供以下卓越的性能：1.一根熔丝切断所需的时间少于10μs。2.在熔丝完好无损的条件下，熔丝切断后的电流值可以减少到5位数或更大值。3.切断的熔丝的高温老化测试没有显示出退化，这表明了一种高度的可靠性。

瑞萨科技将出席2006年先进金属处理会议（ADMETA2006）：第16届亚洲会议于9月25日在日本东京举行。

<背景>
熔丝广泛用于大规模集成电路（LSI）器件，包括存储器修补和稳压电路的冗余电路*1。熔丝是这类器件的一种重要构成技术。过去，都是采用激光切断等技术来切断熔丝。不过最近几年，采用电流切断的电子熔丝的开发工作获得了进展。一般地说，电子熔丝具有以下的特性。

a）熔丝能够在成型后切断，进而有助于实现更高的产量。
b）无需使用激光微调系统，可以有效地控制设备的投资成本。
此外，一种类型的电子熔丝，也就是铜熔丝，可以使用制造工艺中常用类型的铜布线工艺。除了上述的优势外，还具备以下的优势。
c）无需在生产线上增加额外的工序，有助于控制成本。
d）铜布线可以继续用于未来的超精细制造工艺，因此，在引入新的超精细工艺时可以降低开发成本。

不过，切断铜熔丝的电流技术还存在以下问题。
（A）低介电系数材料是一种易碎材料*3，熔丝上可能发生开裂。
（B）铜可能被迫进入裂缝中，导致熔丝区域出现空隙。
（C）如果熔丝是在这种条件下切断，如上所述，裂缝中的铜就会使布线短路。这种熔丝区域上的布线线迹的连接是不能容忍的。

这个问题成为了进一步缩小芯片尺寸的障碍。因此，在努力实现更加精细的制造工艺时，找到防止低介电系数材料开裂的方法就成为了一个重要的课题。

<技术细节>
在这个背景下，瑞萨科技开发出了一种用于65nm工艺的高度可靠的铜熔丝技术，在熔丝切断时，不会引起低介电系数材料的开裂。
下面描述了这种新开发的技术。

1）抑制熔丝和低介电系数材料之间热应力的技术
在非常短的时间内施加一个大电流是可靠地切断熔丝的一种有效方法，但是这种方法有可能造成低介电系数材料的开裂。发生开裂的过程如下。

（a）当电流流过熔丝时，其温度会突然（在100ns内）升至大约500℃。
（b）然而，低介电系数材料的导热效果很差，所以其温度的提升比较缓慢。
（c）因此，熔丝和低介电系数材料之间的温度差额会突然增加，出现热应力。
（d）这种应力特别集中在熔丝之上的区域，而这正是使低介电系数材料发生开裂的地方。
为了解决这个问题，瑞萨科技用1.2V晶体管代替3.3V晶体管，来提供切断熔丝的电流。

早期的3.3V晶体管在广泛的饱和区*4 具有电流-电压特性（I-V特性），所以当熔丝电阻随温度上升而增加时，电流仍然保持恒定。不过，由于阻值是随着熔丝温升而增加的，就会产生大量的热（电流2