eFuse失效分析与可靠性电路设计
2023年电子技术应用第1期
晏颖1，曹玉升1，张睿2
1.上海飞聚微电子有限公司， 上海201316；2.浙江大学 微纳电子学院，浙江 杭州310014
摘要： 电编程熔丝（eFuse）基于电子迁移原理，通过熔断熔丝使其电阻特性发生不可逆改变来实现编程操作。提高可靠性是eFuse系统和电路优化设计的核心目标。从eFuse工作原理以及失效模式分析入手，重点介绍了影响其可靠性的系统原因和主要机理及过程，并在综合常规电路设计基础上，结合考虑各种工作模式下和具体模块中存在的影响可靠性的因素，最后提出了具有针对性的电路设计解决方案。
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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