結(jié)合隨機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，在一個實例中涉及在電子設(shè)備中的安全功能。期望的是對這樣的系統(tǒng)、方法和設(shè)備做進一步改進。
【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，例如具有較高價值或安全要求的產(chǎn)品，如鈔票或護照。雖然可以用軟件來實現(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€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，并且對于不同的芯片應(yīng)該是隨機的和獨特。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種結(jié)合隨機化的互連層的電子設(shè)備和制造該電子設(shè)備的方法。在一個實例中，該電子設(shè)備包括:隨機化的互連層，隨機化的互連層具有通過蝕刻異質(zhì)層形成的隨機化的導(dǎo)電圖案；和感測電路，感測電路被電耦合到隨機化的互連層，以檢測隨機化的導(dǎo)電圖案。在另一個實例中，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)層以形成隨機化的導(dǎo)電圖案；以及將電極電耦合到感測電路和隨機化的導(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)明的每個公開的實施例或者每個方面。在隨后的附圖和詳細描述中提供了其它方面和示例性實施例。
【附圖說明】
[0006]圖1顯示的是結(jié)合隨機化的互連層的電子設(shè)備；
[0007]圖2A顯示的是用于制造隨機化的互連層的處理的一個實例；
[0008]圖2B顯示的是制成的隨機化的互連層的另一個實例；
[0009]圖3A和3B顯示的是制成的隨機化的互連層的頂視圖和頂部放大視圖的一個實例；
[0010]圖4顯示的是用于制造隨機化的互連層的處理的又一個實例；
[0011]圖5顯示的是在隨機化的互連層和感測電路之間的第一電極的界面的一個實例；
[0012]圖6A顯示的是在隨機化的互連層和感測電路之間的第二電極的界面的一個實例；
[0013]圖6B顯示的是在隨機化的互連層和感測電路之間的第三電極的界面的一個實例；
[0014]圖6C顯示的是在隨機化的互連層和感測電路之間的第四電極的界面的一個實例；
[0015]圖6D顯示的是在隨機化的互連層和感測電路之間的第五電極的界面的一個實例；
[0016]圖7A顯示的是多層設(shè)備內(nèi)的第一隨機化的互連層的一個實例；
[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實例；
[0018]圖7C顯示的是覆蓋多層設(shè)備內(nèi)的第一隨機化的互連層的第二層和第三層的一個實例；
[0019]圖7D顯示的是利用分析工具觀察到的多層設(shè)備的一個實例；
[0020]圖8顯示的是用于制造隨機化的互連層的流程圖的一個實例。
[0021]本發(fā)明可修改為各種變形和替代形式，但其細節(jié)已通過附圖中的示例示出，在下面將詳細地描述。然而應(yīng)當理解，本文描述的特定實施例以外的其他實施例也是可能的。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、等同方案和替代實施例。
【具體實施方式】
[0022]在一個實例中，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的詢問，并取決于在設(shè)備中設(shè)計的結(jié)構(gòu)無序來產(chǎn)生響應(yīng)。當良好設(shè)計時，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€設(shè)備是獨特的。
[0023]當制造基于硬件的安全設(shè)備時，成本也是一個問題。一些設(shè)備是使用大的、復(fù)雜的和昂貴的電路來制造的，但是采用標準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]在一個實例中，安全性是由具有一定程度的結(jié)構(gòu)無序的隨機化的互連層104提供的。隨機化的互連層104中的結(jié)構(gòu)無序類似于電子設(shè)備102所使用的獨特指紋，以提供各種安全功能，例如創(chuàng)建PUF。在各種實施例中，隨機化的互連層104是隨機蝕刻的導(dǎo)電層，隨機蝕刻的金屬層，隨機蝕刻的電阻層，以及隨機蝕刻的半導(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分布的特征，部分隨機化的互連層104的材料性質(zhì)的改變，或者所有這些變化的組合。隨機化的互連層104的制作方法將在下文中詳細討論。
[0026]感測電路106將互連層104中的結(jié)構(gòu)無序轉(zhuǎn)換成獨特的信號，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對來自感測電路106的輸出進行進一步的處理。由輸出設(shè)備108進行的處理是適合于電子設(shè)備102的使用。在一個實例中，輸出設(shè)備108生成安全密鑰，在另一個實例中，輸出設(shè)備108生成隨機數(shù)。其他輸出也是可能的。
[0027]圖2A是用于制造圖1中所示的隨機化的互連層104的處理的一個實例。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。在一個實例中，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或多個元素和復(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)成的團簇，由第二材料構(gòu)成的團簇，由第一材料和第二材料的混合物構(gòu)成的團簇，以及空隙?？梢酝ㄟ^鍵合變化的原子強度來形成團簇。當異質(zhì)的導(dǎo)電層206被暴露給蝕刻劑時，這些不同的團簇以不同的速率被蝕亥IJ，從而產(chǎn)生隨機化的互連層104。在一個實例中，隨機化的互連層104包括隨機化的導(dǎo)電圖案208。
[0030]在一個實例中，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形成的可能的導(dǎo)電合金。可以使用其他元素和材料，如銷合金，銷-鋅；銷-鈦；銷-娃；或銷鈦娃的三元體系。在一個實例中，異質(zhì)的導(dǎo)電層206的厚度可以在1nm數(shù)量級的范圍內(nèi)變化。在另一個示例實施方式中，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(同時用兩個或三個靶)的優(yōu)點是:可以通過調(diào)整對每個靶的濺射功率來調(diào)整襯底上的材料的最終成分。
[0031]在另一個實例中，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，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)果取決于例如時間和溫度變量。在一個示例實施例中，溫度處理是退火。退火增強了顆粒，晶體和/或某種材料的團簇的形成。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