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  在某些情况下,为什么某些结构就像它们一样。本文研究了金属栅极逻辑工艺中使用的两个电熔断熔丝结构(eFuse)。大家看到的第一个eFuse结构由英特尔制造,第二个由台积电制造。

  大家首先观察了英特尔32纳米高k金属栅极(HKMG)制造的Westmere/Clarkdale处理器(大约2009年)中的eFuse。当时,英特尔正在将eFuse用作一次性可编程只读存储器(OTP-ROM)的一部分。大家现在意识到它们的使用可以包括保持程序代码,片上配置数据和加密密钥。

  在金属栅极之前,电吹制的片上熔丝通常由多晶硅栅极层制成。但随着金属栅极CMOS工艺的出现,多晶硅不再可用作熔丝元件。怎么做?

  英特尔发表了一篇关于他们的32nm OTP-ROM的文章(Kulkarni等人,J。Solid-State Circuits 2010),他们使用电吹制金属保险丝(eFuse)作为存储元件。熔断元件由通孔2制成,通孔2将金属2总线连接到金属3线。他们的三维热模型显示通孔的上部是可熔元件。但是,大家发现Westmere/Clarkdale处理器中的可熔连接(或熔断器)实现为金属1迹线,如下所示。

  

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  此图像中可以看到两个熔断的熔丝和六个完整的熔丝,以及与底层驱动晶体管的互连。熔丝的熔断部分具有不规则的形状,这与形成金属1线的铜原子的电迁移(EM)一致。

  英特尔的论文描述了这种空洞形成(融合动作)基于热辅助电迁移。

  在保险丝的左端可以看到大通孔,用于保持通孔底部的电流密度低。这可确保在易熔链路中发生电迁移空洞。

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