結(jié)合隨機(jī)化的互連層的電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及用于基于硬件定制的系統(tǒng)和方法，在一個(gè)實(shí)例中涉及在電子設(shè)備中的安全功能。期望的是對(duì)這樣的系統(tǒng)、方法和設(shè)備做進(jìn)一步改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]電子設(shè)備的安全性在某些應(yīng)用中是非常重要的，例如具有較高價(jià)值或安全要求的產(chǎn)品，如鈔票或護(hù)照。雖然可以用軟件來實(shí)現(xiàn)安全功能，但是一般來說基于硬件的安全功能更難以繞過。
[0003]基于硬件的安全密鑰通常用在加密算法中來保護(hù)集成電路(IC)之間以及集成電路(IC)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。這樣的安全密鑰不應(yīng)該很容易地被讀出或傳輸?shù)搅硪粋€(gè)類似的設(shè)備中。它們應(yīng)該是可靠的，不容易被周圍環(huán)境影響，并且對(duì)于不同的芯片應(yīng)該是隨機(jī)的和獨(dú)特。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種結(jié)合隨機(jī)化的互連層的電子設(shè)備和制造該電子設(shè)備的方法。在一個(gè)實(shí)例中，該電子設(shè)備包括:隨機(jī)化的互連層，隨機(jī)化的互連層具有通過蝕刻異質(zhì)層形成的隨機(jī)化的導(dǎo)電圖案；和感測電路，感測電路被電耦合到隨機(jī)化的互連層，以檢測隨機(jī)化的導(dǎo)電圖案。在另一個(gè)實(shí)例中，制造該電子設(shè)備的方法包括:靠近硅襯底形成一組電極；將異質(zhì)層的元素沉積到襯底上；蝕刻異質(zhì)層以形成隨機(jī)化的導(dǎo)電圖案；以及將電極電耦合到感測電路和隨機(jī)化的導(dǎo)電圖案。
[0005]本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在代表本發(fā)明的每個(gè)公開的實(shí)施例或者每個(gè)方面。在隨后的附圖和詳細(xì)描述中提供了其它方面和示例性實(shí)施例。
【附圖說明】
[0006]圖1顯示的是結(jié)合隨機(jī)化的互連層的電子設(shè)備；
[0007]圖2A顯示的是用于制造隨機(jī)化的互連層的處理的一個(gè)實(shí)例；
[0008]圖2B顯示的是制成的隨機(jī)化的互連層的另一個(gè)實(shí)例；
[0009]圖3A和3B顯示的是制成的隨機(jī)化的互連層的頂視圖和頂部放大視圖的一個(gè)實(shí)例；
[0010]圖4顯示的是用于制造隨機(jī)化的互連層的處理的又一個(gè)實(shí)例；
[0011]圖5顯示的是在隨機(jī)化的互連層和感測電路之間的第一電極的界面的一個(gè)實(shí)例；
[0012]圖6A顯示的是在隨機(jī)化的互連層和感測電路之間的第二電極的界面的一個(gè)實(shí)例；
[0013]圖6B顯示的是在隨機(jī)化的互連層和感測電路之間的第三電極的界面的一個(gè)實(shí)例；
[0014]圖6C顯示的是在隨機(jī)化的互連層和感測電路之間的第四電極的界面的一個(gè)實(shí)例；
[0015]圖6D顯示的是在隨機(jī)化的互連層和感測電路之間的第五電極的界面的一個(gè)實(shí)例；
[0016]圖7A顯示的是多層設(shè)備內(nèi)的第一隨機(jī)化的互連層的一個(gè)實(shí)例；
[0017]圖7B顯示的是多層設(shè)備內(nèi)的一組電極之間的電互連的一個(gè)實(shí)例；
[0018]圖7C顯示的是覆蓋多層設(shè)備內(nèi)的第一隨機(jī)化的互連層的第二層和第三層的一個(gè)實(shí)例；
[0019]圖7D顯示的是利用分析工具觀察到的多層設(shè)備的一個(gè)實(shí)例；
[0020]圖8顯示的是用于制造隨機(jī)化的互連層的流程圖的一個(gè)實(shí)例。
[0021]本發(fā)明可修改為各種變形和替代形式，但其細(xì)節(jié)已通過附圖中的示例示出，在下面將詳細(xì)地描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的特定實(shí)施例以外的其他實(shí)施例也是可能的。本發(fā)明涵蓋了落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的所有變形、等同方案和替代實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在一個(gè)實(shí)例中，基于硬件的安全設(shè)備是納米尺度的結(jié)構(gòu)無序的物理系統(tǒng)，如PUF(物理不可克隆功能)。該設(shè)備接收來自外部激勵(lì)的詢問，并取決于在設(shè)備中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)無序來產(chǎn)生響應(yīng)。當(dāng)良好設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)無序是無法被克隆或精確復(fù)制的，甚至連設(shè)備的原始制造商也做不到，并且設(shè)備的結(jié)構(gòu)無序?qū)τ诟鱾€(gè)設(shè)備是獨(dú)特的。
[0023]當(dāng)制造基于硬件的安全設(shè)備時(shí)，成本也是一個(gè)問題。一些設(shè)備是使用大的、復(fù)雜的和昂貴的電路來制造的，但是采用標(biāo)準(zhǔn)集成電路制造工藝的技術(shù)可以降低制造成本。
[0024]圖1是結(jié)合隨機(jī)化的互連層104的電子設(shè)備102。電子設(shè)備102可以用作需要安全性的許多系統(tǒng)、設(shè)備和電路如智能卡、安全通信、安全銀行和信息安全中的安全設(shè)備。
[0025]在一個(gè)實(shí)例中，安全性是由具有一定程度的結(jié)構(gòu)無序的隨機(jī)化的互連層104提供的。隨機(jī)化的互連層104中的結(jié)構(gòu)無序類似于電子設(shè)備102所使用的獨(dú)特指紋，以提供各種安全功能，例如創(chuàng)建PUF。在各種實(shí)施例中，隨機(jī)化的互連層104是隨機(jī)蝕刻的導(dǎo)電層，隨機(jī)蝕刻的金屬層，隨機(jī)蝕刻的電阻層，以及隨機(jī)蝕刻的半導(dǎo)體層。這些層中的變化性可以形成不連續(xù)性，空隙，不同形狀和尺寸的隨機(jī)分布的特征，部分隨機(jī)化的互連層104的材料性質(zhì)的改變，或者所有這些變化的組合。隨機(jī)化的互連層104的制作方法將在下文中詳細(xì)討論。
[0026]感測電路106將互連層104中的結(jié)構(gòu)無序轉(zhuǎn)換成獨(dú)特的信號(hào)，數(shù)字，代碼或其他格式的信息。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)無序的具體技術(shù)將在下文中討論。輸出設(shè)備108對(duì)來自感測電路106的輸出進(jìn)行進(jìn)一步的處理。由輸出設(shè)備108進(jìn)行的處理是適合于電子設(shè)備102的使用。在一個(gè)實(shí)例中，輸出設(shè)備108生成安全密鑰，在另一個(gè)實(shí)例中，輸出設(shè)備108生成隨機(jī)數(shù)。其他輸出也是可能的。
[0027]圖2A是用于制造圖1中所示的隨機(jī)化的互連層104的處理的一個(gè)實(shí)例。在襯底202的頂部上沉積電介質(zhì)層204(例如，二氧化硅)。電介質(zhì)層204可以覆蓋未示出的其他的電子電路。電極(未示出，將在下文中討論)嵌入電介質(zhì)層204內(nèi)部或嵌入電介質(zhì)層204之下，作為感測電路106的一部分。
[0028]異質(zhì)的導(dǎo)電層206被沉積在電介質(zhì)層204之上。在一個(gè)實(shí)例中，通過將至少兩種材料的混合物沉積到襯底上來形成結(jié)構(gòu)無序的異質(zhì)的導(dǎo)電層206。在本文中，材料被定義為包括元素周期表中的一個(gè)或多個(gè)元素和復(fù)雜程度不同的分子。因此，異質(zhì)的導(dǎo)電層206的混合物可以包括金屬，金屬合金材料，電阻性材料和半導(dǎo)體材料。
[0029]所形成的異質(zhì)的導(dǎo)電層206包括由第一材料構(gòu)成的團(tuán)簇，由第二材料構(gòu)成的團(tuán)簇，由第一材料和第二材料的混合物構(gòu)成的團(tuán)簇，以及空隙?？梢酝ㄟ^鍵合變化的原子強(qiáng)度來形成團(tuán)簇。當(dāng)異質(zhì)的導(dǎo)電層206被暴露給蝕刻劑時(shí)，這些不同的團(tuán)簇以不同的速率被蝕亥IJ，從而產(chǎn)生隨機(jī)化的互連層104。在一個(gè)實(shí)例中，隨機(jī)化的互連層104包括隨機(jī)化的導(dǎo)電圖案208。
[0030]在一個(gè)實(shí)例中，襯底202是硅，采用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)將原子成分比為2:2:5的一組硫族元素如Ge，Sb和Te共同濺射到電介質(zhì)層204上，形成20nm厚的異質(zhì)的導(dǎo)電層206。經(jīng)過熱處理之后，被濺射到晶片表面上的元素通過相互作用產(chǎn)生不同取向和成分的導(dǎo)電晶體，從而在異質(zhì)的導(dǎo)電層206內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)無序。相圖描述了取決于被濺射的元素(例如，濺射的金屬)之間的溫度和比率將會(huì)形成的可能的導(dǎo)電合金?？梢允褂闷渌睾筒牧希玟N合金，銷-鋅；銷-鈦；銷-娃；或銷鈦娃的三元體系。在一個(gè)實(shí)例中，異質(zhì)的導(dǎo)電層206的厚度可以在1nm數(shù)量級(jí)的范圍內(nèi)變化。在另一個(gè)示例實(shí)施方式中，濺射系統(tǒng)中的靶可以已經(jīng)由原子成分比為2: 2: 5的Ge-Sb-Te材料制成。使用該靶將使得以2: 2: 5的原子成分比被濺射在襯底上。共濺射(同時(shí)用兩個(gè)或三個(gè)靶)的優(yōu)點(diǎn)是:可以通過調(diào)整對(duì)每個(gè)靶的濺射功率來調(diào)整襯底上的材料的最終成分。
[0031]在另一個(gè)實(shí)例中，異質(zhì)的導(dǎo)電層206是采用單一材料產(chǎn)生的。由單一材料制成的異質(zhì)的導(dǎo)電層206所具有的結(jié)構(gòu)無序沒有由超過一種材料制成的異質(zhì)的導(dǎo)電層206的結(jié)構(gòu)無序多。當(dāng)由一種材料制成的異質(zhì)的導(dǎo)電層206被暴露于蝕刻劑時(shí)，這種異質(zhì)的導(dǎo)電層206被蝕刻地更均勻，但仍然是可以使用的。
[0032]異質(zhì)的導(dǎo)電層206的溫度處理在異質(zhì)的導(dǎo)電層206中產(chǎn)生其他的結(jié)構(gòu)變化。溫度處理的結(jié)果取決于例如時(shí)間和溫度變量。在一個(gè)示例實(shí)施例中，溫度處理是退火。退火增強(qiáng)了顆粒，晶體和/或某種材料的團(tuán)簇的形成。這些顆粒的成分可以是不同的，這取決于材料的沉積速率之間的比率。能量越高，所形成的晶體的均勻性越高。施加到材料的其它溫度處理增強(qiáng)了分子結(jié)構(gòu)的形成和變化。
[0033]在異質(zhì)的導(dǎo)電層206的沉積與熱處理之后，異質(zhì)的導(dǎo)電層206被暴露于化學(xué)溶液，該化學(xué)溶液選擇性地蝕刻異質(zhì)的導(dǎo)電層2