瑞薩科技公司（Renesas Technology Corp.）開發出一種用于65nm（納米）工藝的銅電子熔絲技術,其低介電常數不會導致低介電系數材料的開裂,因此具有很高的可靠性.
這種新技術在全球首次實現了利用熔融狀態下切斷銅熔絲的方法來防止低介電系數材料的開裂.該技術已經應用于65nm制造工藝的試驗階段,且已被證實可提供以下卓越的性能：1.一根熔絲切斷所需的時間少于10μs；
2.在熔絲完好無損的條件下,熔絲切斷后的電流值可以減少到5位數或更大值；
3.切斷的熔絲的高溫老化測試沒有顯示出退化,這表明了一種高度的可靠性.
背景：
熔絲廣泛用于大規模集成電路（LSI）器件,包括存儲器修補和穩壓電路的冗余電路.熔絲是這類器件的一種重要構成技術.過去,都是采用激光切斷等技術來切斷熔絲.不過最近幾年,采用電流切斷的電子熔絲的開發工作獲得了進展.
一般地說,電子熔絲具有以下的特性：
1、熔絲能夠在成型后切斷,進而有助于實現更高的產量；
2、無需使用激光微調系統,可以有效地控制設備的投資成本.此外,一種類型的電子熔絲,也就是銅熔絲,可以使用制造工藝中常用類型的銅布線工藝；
3、無需在生產線上增加額外的工序,有助于控制成本；
4、銅布線可以繼續用于未來的超精細制造工藝,因此,在引入新的超精細工藝時可以降低開發成本.
切斷銅熔絲的電流技術還存在以下問題：
1、低介電系數材料是一種易碎材料,熔絲上可能發生開裂；
2、銅可能被迫進入裂縫中,導致熔絲區域出現空隙；
3、如果熔絲是在這種條件下切斷,如上所述,裂縫中的銅就會使布線短路.這種熔絲區域上的布線線跡的連接是不能容忍的.
這個問題成為了進一步縮小芯片尺寸的障礙.因此,在努力實現更加精細的制造工藝時,找到防止低介電系數材料開裂的方法就成為了一個重要的課題.
技術細節：
在這個背景下,瑞薩科技開發出了一種用于65nm工藝的高度可靠的銅熔絲技術,在熔絲切斷時,不會引起低介電系數材料的開裂.
這種新開發的技術特性：
一、抑制熔絲和低介電系數材料之間熱應力的技術
在非常短的時間內施加一個大電流是可靠地切斷熔絲的一種有效方法,但是這種方法有可能造成低介電系數材料的開裂.
發生開裂的過程如下：
1、當電流流過熔絲時,其溫度會突然（在100ns內）升至大約500℃；
2、然而,低介電系數材料的導熱效果很差,所以其溫度的提升比較緩慢；
3、因此,熔絲和低介電系數材料之間的溫度差額會突然增加,出現熱應力；
4、這種應力特別集中在熔絲之上的區域,而這正是使低介電系數材料發生開裂的地方.
為了解決這個問題,瑞薩科技用1.2V晶體管代替3.3V晶體管,來提供切斷熔絲的電流.
早期的3.3V晶體管在廣泛的飽和區具有電流-電壓特性（I-V特性）,所以當熔絲電阻隨溫度上升而增加時,電流仍然保持恒定.不過,由于阻值是隨著熔絲溫升而增加的,就會產生大量的熱（電流2×電阻）.這將導致熔絲和低介電系數材料之間的溫度出現較大的差額.
相比之下,1.2V晶體管的飽和區比較狹窄.隨著其溫度的升高,熔絲的電阻增加而電流值下降.當熔絲的溫度升高時,可以抑制所產生熱量的增加,這將有助于減少開裂的可能性.
二、采用Lorentz force*5 的熔絲切斷技術
瑞薩科技開發的技術采用了勞倫茲力（Lorentz force）,在電流流過熔絲時即可把它切斷.當電流施加在熔絲上時,就會產生勞倫茲力,它可以產生一種朝向熔絲中心的收縮效應,在橫截面上可以看到這種現象.這種情況下的勞倫茲力非常巨大,大約為200GN/m3（這大約相當于地球重力加速力的106 倍）.不過,它還不足以使處于固態的銅變形.另一方面,如果熔絲被加熱到超過1,084.5℃（銅的熔點）的溫度,它就會成為液態.由于勞倫茲力導致的這種狀態變形開始發生,使熔絲的中心開始逐漸收縮.這個溫度也高于低介電系數材料開始軟化的點（大約為700℃）.因此,通過施加一個巨大的力使變形變得比較容易.
此外,熔絲中心的溫度最高,而液化是從中心朝著熔絲的末端逐漸進展.通過改變施加電流維持時間的長短,就可以只是熔化熔絲中心而使之切斷.利用這種現象,可以實現以下熔絲切斷技術.
1、熔化銅觸點部分,擠出相對的兩端；
2、低介電系數材料只出現很小的變形,在熔絲中建立一個間隙而切斷它；
3、施加的電流值和持續時間是優化控制1.和2.的一種有效方法.當電流施加開始時,切斷熔絲所需的持續時間非常短,持續少于10μs.
三、熔絲切斷之后的高可靠性
因為低介電系數材料不會發生開裂,不會出現熔絲之上布線的短路、通過裂縫滲入外部濕氣或臨界剝離等問題.因此,在熔絲切斷之后可以保證高可靠性.
新技術不會導致開裂,因此線跡能夠經過熔絲,有助于實現越來越小巧的芯片設計.此外,這種熔絲可以采用與半導體制造工藝相同類型的銅布線,因此無需在生產線上增加額外的工序.由于能夠應用于更加精細的制造工藝,未來該技術具有應用于更大規模LSI器件的潛力.
