瑞薩科技開發高可靠性銅電子熔絲技術

--全球第一款熔融狀態切斷的熔絲可防止低介電系數材料開裂--

瑞薩科技公司（Renesas Technology Corp.）宣布開發出一種用于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。

瑞薩科技將出席2006年先進金屬處理會議（ADMETA2006）：第16屆亞洲會議于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。

a）熔絲能夠在成型后切斷，進而有助于實現更高的產量。
b）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。除了上述的優勢外，還具備以下的優勢。
c）無需在生產線上增加額外的工序，有助于控制成本。
d）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。

不過，切斷銅熔絲的電流技術還存在以下問題。
（A）低介電系數材料是一種易碎材料*3，熔絲上可能發生開裂。
（B）銅可能被迫進入裂縫中，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。
下面描述了這種新開發的技術。

1）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。

（a）當電流流過熔絲時，其溫度會突然（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*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，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