金属eFuse内部结构揭密，不只是英特尔的专利

在公式(2)中，p是Cu的电阻率，k则是其热传导率。L是熔丝长度，A是熔丝的横截面。I则是指由于偏置电流而来的驱动电流，可被视为一个常数。

这可使熔丝中间部份的温度提高大约170℃，但还不够热到足以加速电迁移过程。

当金属表现出正的温度系数时，我们在公式(2)中所假设的恒定电阻率显然是错误的，因为所给定的电阻率为：

其中，a是Cu的温度系数(3.9×10-3K-1)。将公式(2)中的170℃温度加入公式(3)，显示熔丝中间部份的电阻率增加了近70%。熔线中间部份增加的电阻值导致加速焦耳加热(IR加热)，从而造成了热耗散。我们认为这种热耗散在台积电的融合作用(而非电迁移)中占据主导地位。

台积电在其US 8,749,020 (‘020)专利中显示，该公司利用化学机械研磨(CMP)微负载效应削薄了熔丝的中间部份，迫使熔线先在中间熔融，从而提高其电阻率。该‘020专利还指出，熔线的厚度会受到相邻虚拟金属图案出现的影响，在CMP期间，较大的相邻虚拟金属图案可能导致从熔线移除金属的机会增加。因此，熔丝的中间部份较两端更薄，如图5。

图5：熔丝截面图(USP 8,749,020)

但图4看到的虚拟M2金属片似乎太小，并不至于影响熔线的CMP处理。透过图6的扫描式电子显微镜(SEM)横截面可看到台积电的熔丝长度。

图6：台积电的熔丝SEM横截面图。但我们并未发现熔线的中间部份比两端更薄

此外，图7的TEM截面图可看出一些紧密的间距与单独的M3，显示金属的局部图案并不至于影响金属线宽或厚度。

图7：台积电20nm制程实现最小间距的第三层金属(M3)

我们认为，台积电的虚拟金属片并未被用于形成熔线，而是作为被熔断熔丝喷出材料的阻障层。此外，IBM的eFuse专利(8,421,186)也支持这样的解释。在该专利中，IBM将这种虚拟金属片描述为阻障线，作为阻绝熔断熔丝喷出碎屑的阻障层。

从这样的形容中可知熔断过程相当猛烈，就像我们在英特尔的熔丝(图2)所看到的情形一样。如果是这样的话，台积的的虚拟M2金属片作用就像是阻障层一样，用于避免喷发的铜扩散至相邻电路。

经过多次反向工程的努力后，我们总算瞭解这些eFuses如何运作了。

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