瑞薩科技開(kāi)發(fā)高可靠性銅電子熔絲技術(shù)

--全球第一款熔融狀態(tài)切斷的熔絲可防止低介電系數材料開(kāi)裂--

瑞薩科技公司（Renesas Technology Corp.）宣布開(kāi)發(fā)出一種用于65nm（納米）工藝的銅電子熔絲技術(shù)，其低介電常數不會(huì )導致低介電系數材料的開(kāi)裂，因此具有很高的可靠性。

這種新技術(shù)在全球首次實(shí)現了利用熔融狀態(tài)下切斷銅熔絲的方法來(lái)防止低介電系數材料的開(kāi)裂。該技術(shù)已經(jīng)應用于65nm制造工藝的試驗階段，且已被證實(shí)可提供以下卓越的性能：1.一根熔絲切斷所需的時(shí)間少于10μs。2.在熔絲完好無(wú)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(méi)有顯示出退化，這表明了一種高度的可靠性。

瑞薩科技將出席2006年先進(jìn)金屬處理會(huì )議（ADMETA2006）：第16屆亞洲會(huì )議于9月25日在日本東京舉行。

<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*1。熔絲是這類(lèi)器件的一種重要構成技術(shù)。過(guò)去，都是采用激光切斷等技術(shù)來(lái)切斷熔絲。不過(guò)最近幾年，采用電流切斷的電子熔絲的開(kāi)發(fā)工作獲得了進(jìn)展。一般地說(shuō)，電子熔絲具有以下的特性。

a）熔絲能夠在成型后切斷，進(jìn)而有助于實(shí)現更高的產(chǎn)量。
b）無(wú)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(lèi)型的電子熔絲，也就是銅熔絲，可以使用制造工藝中常用類(lèi)型的銅布線(xiàn)工藝。除了上述的優(yōu)勢外，還具備以下的優(yōu)勢。
c）無(wú)需在生產(chǎn)線(xiàn)上增加額外的工序，有助于控制成本。
d）銅布線(xiàn)可以繼續用于未來(lái)的超精細制造工藝，因此，在引入新的超精細工藝時(shí)可以降低開(kāi)發(fā)成本。

不過(guò)，切斷銅熔絲的電流技術(shù)還存在以下問(wèn)題。
（A）低介電系數材料是一種易碎材料*3，熔絲上可能發(fā)生開(kāi)裂。
（B）銅可能被迫進(jìn)入裂縫中，導致熔絲區域出現空隙。
（C）如果熔絲是在這種條件下切斷，如上所述，裂縫中的銅就會(huì )使布線(xiàn)短路。這種熔絲區域上的布線(xiàn)線(xiàn)跡的連接是不能容忍的。

這個(gè)問(wèn)題成為了進(jìn)一步縮小芯片尺寸的障礙。因此，在努力實(shí)現更加精細的制造工藝時(shí)，找到防止低介電系數材料開(kāi)裂的方法就成為了一個(gè)重要的課題。

<技術(shù)細節>
在這個(gè)背景下，瑞薩科技開(kāi)發(fā)出了一種用于65nm工藝的高度可靠的銅熔絲技術(shù)，在熔絲切斷時(shí)，不會(huì )引起低介電系數材料的開(kāi)裂。
下面描述了這種新開(kāi)發(fā)的技術(shù)。

1）抑制熔絲和低介電系數材料之間熱應力的技術(shù)
在非常短的時(shí)間內施加一個(gè)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(kāi)裂。發(fā)生開(kāi)裂的過(guò)程如下。

（a）當電流流過(guò)熔絲時(shí)，其溫度會(huì )突然（在100ns內）升至大約500℃。
（b）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。
（c）因此，熔絲和低介電系數材料之間的溫度差額會(huì )突然增加，出現熱應力。
（d）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(fā)生開(kāi)裂的地方。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，瑞薩科技用1.2V晶體管代替3.3V晶體管，來(lái)提供切斷熔絲的電流。

早期的3.3V晶體管在廣泛的飽和區*4 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(shí)，電流仍然保持恒定。不過(guò)，由于阻值是隨著(zhù)熔絲溫升而增加的，就會(huì )產(chǎn)生大量的熱（電流2