的电气属性。例如，Si衬底的再结晶可能发生在或者接近温度约1000摄氏度(例如，900到1200摄氏度)。在一些实施例中，该激光退火条件有目的性地改变从而引起受影响的层内的变化。例如，光强激光的波长，能量，波束宽度，脉冲持续时间和其它激光属性全都可以被改变(例如，从一个栅栈到下一个)。在一些实施例中，激光退火在给集成电路加上后端的层之前的过程中执行。
[0031]作为替代方案，或者与激光退火相结合，高k/金属栅栈的一个或者多个部件的可变性还可以进一步通过几个其他的图案化工艺实现，如光刻，反应离子刻蚀，或化学机械平坦化。例如，这些工艺的各个方面从一个栅极到另一个栅极的制造可以被改变(例如，有目的地地和/或随机地)。在其它实施例中，在制造过程中通过暴露该高k/金属栅的一个或多个部件到变化的环境条件下会增加可变性，例如改变可用的掺杂剂的量，掺杂剂的种类，环境温度，环境中的氧含量，等等。造成的结果是，在高k/金属栅的物理和电气性能上达到一个很宽范围内的有目地的的变化，这种变化实质上可以是随机的。当作为物理不可克隆功能使用时，这种变化的范围可以在测量高k/金属栅的一个或多个属性中使用，从而导致从中得到更稳定的密钥，因此会有更少的比特错误。特别是，当在多个高k/金属栅阵列中创建有目的的变化时，可以由此导出本质上独特的签名。
[0032]此外，在各种实施例中，在芯片上包括测量电路(即，在被测量时与栅极在同一芯片裸片/衬底之上或内部)。通过将测量电路放在芯片上，使得探测和访问PUF比起测量电路不是相同集成电路的一部分更难。例如，为了通过去层(delayering)访问PUF(S卩，一个或多个高k/金属栅)，攻击者需要对测量电路以及栅极结构本身去层。这使得攻击者更可能破坏或者一个或多个高k/金属栅，或者测量电路。然而，没有栅极结构和从中导出签名的测量电路，该设备将不能工作。没有功能的测量电路，攻击者将不知道如何将PUF的值转换为二进制签名。此外，如果攻击者试图直接访问高k/金属栅栈(例如，通过探针)，将不可避免地显著改变栅栈的一个或多个部件的物理性质(例如，由于暴露于空气、光/辐射，等)以至于改变了签名和密钥，从而使该器件无用。换句话说，为了看到测量电路或PUF，攻击中测量电路或者PUF中之一、或另一个、或者两者可能都被毁坏。因此，本公开的实施例提供篡改响应。换句话说，如果一个攻击者试图通过去层、探测、成像(imaging)或者其它建立的故障分析方法获得对PUF签名/密钥的物理访问，PUF和/或测量电路在这样一种方式下被改变，甚至被破坏来防止密钥的再生。特别是，实验结果表明，高k/金属栅被发现尤其是对涉及辐射(例如，TEM)的技术敏感。例如，已经发现使用电子束甚至很短的辐射时间后(例如，一个200KV电子束)，低密度的氧化物层有一个大幅增厚。这种物理变化不可避免地导致高k金属/栅栈可测量属性的变化，从而改变签名，表明该设备已被篡改。
[0033]在一些实施例中，例如在大的阵列中，包括在PUF阵列中的高k/金属栅位置可以是变化的，有目的的和/或随机的或其他类型的，使得从一个器件到下一个器件，PUF的位置不必相同。因此，攻击者从一个芯片到下一个芯片不知道到哪里去寻找PUF签名，给攻击者的任务增加了很多倍的困难。
[0034]图3显示了一个创建具有物理不可克隆功能的安全器件的方法300的流程图。特别是，该方法300的示例性步骤可以根据上面描述的实施例执行。
[0035]方法300从步骤302开始，进行到步骤310，在该步骤该方法提供衬底/芯片裸片。例如，一个衬底/芯片裸片可以是一个或多个集成电路的基础，每一个集成电路可以包括半导体硅，砷化镓，锗以及类似材料的一个前端层，以及与其他材料和/或它们的组合，且其中形成有大量的晶体管，栅极，网(net)，等等。该集成电路还可以包括一些包括电介质(例如，低k电介质)，或其他绝缘材料的后端层、通孔、迹线、连接前端各种元件之间、到地、到电源、以及其它部分的布线。图1和上述内容描述了一个示例性的集成电路。
[0036]在步骤320，方法300在衬底上形成至少一个高k/金属栅(或高k/金属栅器件)。例如，高k/金属栅可以使用任意数量的已知技术形成。例如，一个高k电介质，栅极金属和其他部件/层可以使用电子束诱导沉积，聚焦离子束诱导沉积，溅射和类似的技术来沉积。高k电介质和/或栅极结构的其他组件可以沉积在结构中或由众所周知的蚀刻技术形成在平面硅上。此外，高k/金属栅可以在先形成栅极或后形成栅极工艺过程中形成的，这是本领域技术人员所熟知。因此，在一些实施例中，所述至少一个高k/金属栅是在给定层制造的同一时间、并且在添加任何附加层(例如，后端层，保护层，等)之前添加的。
[0037]在各种实施例中，该在步骤320中添加的至少一个高k/金属栅用于作为物理不可克隆功能。例如，测量电路可以确定至少一个高k/金属栅的各种物理属性，因而从中导出签名和密钥。因此，在某些情况下，该方法300的步骤330-370接着步骤320执行。然而，不是所有这些步骤需要在根据方法300的示例性的形成安全器件的过程执行。因此，在一些实施例中，方法300的步骤320之后进入步骤395，该方法结束。然而，在一些实施例中，该方法300进入步骤330。
[0038]在步骤330中，方法300在步骤320添加的高k/金属栅一个或多个组件上执行至少一个图案化的过程。例如，在步骤320添加/沉积高k介电材料后，在该至少一个高k/金属栅的高k介电材料上执行激光退火。在先形成栅极工艺中，方法320可以在附加层添加前进行激光退火(例如，在栅极金属，任何后端层，任何保护层，等之前)。同时，在一些实施例中，可以在集成电路包括其他层之后退火(例如，在后形成栅极的工艺中)。必须小心谨慎，不要损害任何晶体管、网或其它必要的组件。如上所述，高_k电介质材料的激光退火引起该高-k电介质材料去结晶并且在局部激发区域再结晶，导致高k介电质改变晶粒尺寸。所有这些改变导致物理属性的一个范围。此外，在退火期间，包括波束宽度，波长，脉冲持续时间，等不同的激光特性可以进行修改，这导致高k电介质的属性的很多可变性(因此造成高k/金属栅)。在一些实施例中，在制造一个作为PUF的栅极阵列时，激光退火的参数从一个栅极到下一个栅极是变化的。例如，在对不同的栅极执行激光退火中，线宽、光束的能量和其他因素全都可以改变。此外，在某些情况下，激光退火以如上同样的方式应用到下面的衬底，甚至其他层。这同样会导致所影响的材料的不同属性的变化(例如，下面的衬底)，例如电阻率的变化，等等。反过来，这会影响所得高k/金属栅的可测量的属性(例如，PUF值)的可变性的。
[0039]可替换地，或者，另外地，应用在步骤330的至少一个图案化工艺中可以包括光刻工艺，反应离子蚀刻，化学机械平坦化，一个或多个CMOS (互补金属氧化物半导体)处理技术，或其他应用到至少一个高k/金属栅的一个或多个组件(例如，高k电介质，栅极金属，衬底，源漏或界面层，以及包括栅极的类似组件)的其它技术。这些技术的每一个，单独或组合，导致在得到的栅极在一个可测量属性的大幅变化。更具体地说，如果用于PUF参数的不同的栅栈之间有进一步的可变性，执行这些过程每一个的参数从制造一个高k/金属栅到另一个都可以改变。
[0040]在步骤340中，方法300对至少一个高k/金属栅的一个或多个组件施加一个或多个额外的可变性的增强。例如，方法300可以对所述至少一个高k/金属栅的高k电介质、衬底、源极/漏极或者其它组件掺杂不同数量的一种或多种掺杂剂，掺杂剂可以通过栅极组件扩散，一旦再结晶就被束缚在一个特定的影响层/材料的一个格子中。此外，在步骤340，方法300可以在结构制造期间进一步改变诸如环境温度，环境中的氧含量水平，等等因素。例如，暴露在不同的氧气水平导致小的和大的器件的界面层再生长的一个范围，导致更大的Tinv(反转层的厚度)并且增加了栅极信道控制的损耗。在某些情况下，这是由在温度大于约500摄氏度外面的氧气使衬底硅(Si)氧化造成的，外面的氧气可能是由基于铪(Hf)的高k传导层运送到晶体管的活动区(HF)，该高k传导层与界面层直接接触。一旦在大约400-500摄氏度或更高温度并暴露在氧气在百万分的水平(ppm)，Tinv的增加反过来增加了小长度、小宽度器件的晶体管的Vt。在一个实施例中，在约400-450摄氏度或更高的温度时的局部温度变化也可以被应用到栅极金属，这被证明以可测量的方式增加了栅极的漏电流。这种加热可以通过激光局部应用或其他方式造成。
[0041]在一些实施例中，应用这些环境条件的变化，同时在步骤320作为至少一个高K/金属栅形成的一部分的高k电介质被沉积/添加，同时在步骤330或在制造过程的任何其它时间执行一个或多个图案化工艺。例如，在执行激光退火的同时改变氧气水平，可能造成有目的的和/或随机的再结晶图案，其包括在高k电介质和/或衬底的变化的杂质/掺杂质水平。当作为物理不可克隆功能使用时，在测量所述至少一个高k/金属栅中可以利用可变性的范围，从而从中导出更稳定的密钥，并且减少比特错误。
[0042]因此，在一些实施例中，方法300进入步骤350，其中该方法在步骤310提供的芯片裸片上包括测量电路。以上结合图1和图2描述了示例性的测量电路。
[0043]在一些实施例中，紧接着步骤350，方法300进入步骤360，其中该方法测量所述至少一个高k/金属栅的至少一个物理属性来确定签名。使用在步骤350中添加的测量电路执行测量。具体地，在一些实施例中，如上结合图2的示例性电路200或图1中的120的描述，测量电路被配置为测量/检测至少一个高k/金属栅的各种属性。例如，为了从中得到签名，方法300可以测量在步骤320添加的