eFuse失效分析與可靠性電路設計
2023年電子技術應用第1期
晏穎1，曹玉升1，張睿2
1.上海飛聚微電子有限公司， 上海201316；2.浙江大學 微納電子學院，浙江 杭州310014
摘要： 電編程熔絲（eFuse）基于電子遷移原理，通過熔斷熔絲使其電阻特性發生不可逆改變來實現編程操作。提高可靠性是eFuse系統和電路優化設計的核心目標。從eFuse工作原理以及失效模式分析入手，重點介紹了影響其可靠性的系統原因和主要機理及過程，并在綜合常規電路設計基礎上，結合考慮各種工作模式下和具體模塊中存在的影響可靠性的因素，最后提出了具有針對性的電路設計解決方案。
中圖分類號：TN406
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222961
中文引用格式： 晏穎，曹玉升，張睿. eFuse失效分析與可靠性電路設計[J]. 電子技術應用，2023，49(1)：26-31.
英文引用格式： Yan Ying，Cao Yusheng，Zhang Rui. Failure analysis of eFuse and reliability circuit design[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：26-31.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222961
中文引用格式： 晏穎，曹玉升，張睿. eFuse失效分析與可靠性電路設計[J]. 電子技術應用，2023，49(1)：26-31.
英文引用格式： Yan Ying，Cao Yusheng，Zhang Rui. Failure analysis of eFuse and reliability circuit design[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：26-31.
Failure analysis of eFuse and reliability circuit design
Yan Ying1，Cao Yusheng1，Zhang Rui2
1.Shanghai Feiju Microelectronic Corporation， Shanghai 201316，China； 2.School of Micro-Nano Electronics， Zhejiang University， Hangzhou 310014，China)
Abstract： Based on the principle of electron migration, eFuse realizes the programming operation by fusing the fuse to change its resistance characteristics irreversibly. High reliability is the core goal of eFuse system and circuit optimization design. This paper starts with the working principle and failure mode analysis of eFuse, and then focuses on the system causes and processes affecting its reliability. Based on the comprehensive conventional circuit design, combined with the factors affecting reliability in various working modes and specific modules, finally, a set of targeted circuit design solutions are proposed.
Key words : eFuse；reliability；failure mode；circuit design
0 引言
eFuse（Electrically Programmable Fuse）技術于2004年由IBM公司首次發布，它基于電子遷移原理工作，即通過電流流過導體時產生的質量輸運現象使得導體的電阻屬性發生變化[1]。具體來說，eFuse就是在其熔絲兩端加上電壓，在電流流過時發生電子遷移導致其電阻值增大或者產生焦耳熱使其發生熱斷裂。eFuse用作存儲器時，數據存儲是通過保持或改變熔絲的電阻值實現的，讀出數據則是基于將熔絲的電阻值轉換成電壓值、再判別輸出的過程。可見，熔絲電阻特性的變化以及電阻電壓轉換過程的穩定性直接影響eFuse的可靠性。其中，熔絲電阻特性與工藝狀態、材質屬性、編程條件、電遷移過程等存在關聯，影響因素很多。而電阻電壓轉換穩定性則和電路及版圖設計、工作環境、工藝器件特性等有強相關性[2-4]。本研究基于系統及電路優化的策略，通過完善功能電路設計、增加針對性的控制模塊和電路等來提高eFuse可靠性。
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作者信息：
晏穎1，曹玉升1，張睿2
（1.上海飛聚微電子有限公司， 上海201316；2.浙江大學 微納電子學院，浙江 杭州310014）
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