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。
中图分类号：TN406
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222961
中文引用格式： 晏颖，曹玉升，张睿. eFuse失效分析与可靠性电路设计[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222961
中文引用格式： 晏颖，曹玉升，张睿. eFuse失效分析与可靠性电路设计[J]. 电子技术应用，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）技术于2004年由IBM公司首次发布，它基于电子迁移原理工作，即通过电流流过导体时产生的质量输运现象使得导体的电阻属性发生变化[1]。具体来说，eFuse就是在其熔丝两端加上电压，在电流流过时发生电子迁移导致其电阻值增大或者产生焦耳热使其发生热断裂。eFuse用作存储器时，数据存储是通过保持或改变熔丝的电阻值实现的，读出数据则是基于将熔丝的电阻值转换成电压值、再判别输出的过程。可见，熔丝电阻特性的变化以及电阻电压转换过程的稳定性直接影响eFuse的可靠性。其中，熔丝电阻特性与工艺状态、材质属性、编程条件、电迁移过程等存在关联，影响因素很多。而电阻电压转换稳定性则和电路及版图设计、工作环境、工艺器件特性等有强相关性[2-4]。本研究基于系统及电路优化的策略，通过完善功能电路设计、增加针对性的控制模块和电路等来提高eFuse可靠性。
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作者信息：
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）
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