结合随机化的互连层的电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及用于基于硬件定制的系统和方法，在一个实例中涉及在电子设备中的安全功能。期望的是对这样的系统、方法和设备做进一步改进。
【背景技术】
[0002]电子设备的安全性在某些应用中是非常重要的，例如具有较高价值或安全要求的产品，如钞票或护照。虽然可以用软件来实现安全功能，但是一般来说基于硬件的安全功能更难以绕过。
[0003]基于硬件的安全密钥通常用在加密算法中来保护集成电路(IC)之间以及集成电路(IC)内部的数据传输。这样的安全密钥不应该很容易地被读出或传输到另一个类似的设备中。它们应该是可靠的，不容易被周围环境影响，并且对于不同的芯片应该是随机的和独特。
【发明内容】
[0004]本发明提出了一种结合随机化的互连层的电子设备和制造该电子设备的方法。在一个实例中，该电子设备包括:随机化的互连层，随机化的互连层具有通过蚀刻异质层形成的随机化的导电图案；和感测电路，感测电路被电耦合到随机化的互连层，以检测随机化的导电图案。在另一个实例中，制造该电子设备的方法包括:靠近硅衬底形成一组电极；将异质层的元素沉积到衬底上；蚀刻异质层以形成随机化的导电图案；以及将电极电耦合到感测电路和随机化的导电图案。
[0005]本发明的上述
【发明内容】
并不旨在代表本发明的每个公开的实施例或者每个方面。在随后的附图和详细描述中提供了其它方面和示例性实施例。
【附图说明】
[0006]图1显示的是结合随机化的互连层的电子设备；
[0007]图2A显示的是用于制造随机化的互连层的处理的一个实例；
[0008]图2B显示的是制成的随机化的互连层的另一个实例；
[0009]图3A和3B显示的是制成的随机化的互连层的顶视图和顶部放大视图的一个实例；
[0010]图4显示的是用于制造随机化的互连层的处理的又一个实例；
[0011]图5显示的是在随机化的互连层和感测电路之间的第一电极的界面的一个实例；
[0012]图6A显示的是在随机化的互连层和感测电路之间的第二电极的界面的一个实例；
[0013]图6B显示的是在随机化的互连层和感测电路之间的第三电极的界面的一个实例；
[0014]图6C显示的是在随机化的互连层和感测电路之间的第四电极的界面的一个实例；
[0015]图6D显示的是在随机化的互连层和感测电路之间的第五电极的界面的一个实例；
[0016]图7A显示的是多层设备内的第一随机化的互连层的一个实例；
[0017]图7B显示的是多层设备内的一组电极之间的电互连的一个实例；
[0018]图7C显示的是覆盖多层设备内的第一随机化的互连层的第二层和第三层的一个实例；
[0019]图7D显示的是利用分析工具观察到的多层设备的一个实例；
[0020]图8显示的是用于制造随机化的互连层的流程图的一个实例。
[0021]本发明可修改为各种变形和替代形式，但其细节已通过附图中的示例示出，在下面将详细地描述。然而应当理解，本文描述的特定实施例以外的其他实施例也是可能的。本发明涵盖了落入所附权利要求的精神和范围内的所有变形、等同方案和替代实施例。
【具体实施方式】
[0022]在一个实例中，基于硬件的安全设备是纳米尺度的结构无序的物理系统，如PUF(物理不可克隆功能)。该设备接收来自外部激励的询问，并取决于在设备中设计的结构无序来产生响应。当良好设计时，设备的结构无序是无法被克隆或精确复制的，甚至连设备的原始制造商也做不到，并且设备的结构无序对于各个设备是独特的。
[0023]当制造基于硬件的安全设备时，成本也是一个问题。一些设备是使用大的、复杂的和昂贵的电路来制造的，但是采用标准集成电路制造工艺的技术可以降低制造成本。
[0024]图1是结合随机化的互连层104的电子设备102。电子设备102可以用作需要安全性的许多系统、设备和电路如智能卡、安全通信、安全银行和信息安全中的安全设备。
[0025]在一个实例中，安全性是由具有一定程度的结构无序的随机化的互连层104提供的。随机化的互连层104中的结构无序类似于电子设备102所使用的独特指纹，以提供各种安全功能，例如创建PUF。在各种实施例中，随机化的互连层104是随机蚀刻的导电层，随机蚀刻的金属层，随机蚀刻的电阻层，以及随机蚀刻的半导体层。这些层中的变化性可以形成不连续性，空隙，不同形状和尺寸的随机分布的特征，部分随机化的互连层104的材料性质的改变，或者所有这些变化的组合。随机化的互连层104的制作方法将在下文中详细讨论。
[0026]感测电路106将互连层104中的结构无序转换成独特的信号，数字，代码或其他格式的信息。转换结构无序的具体技术将在下文中讨论。输出设备108对来自感测电路106的输出进行进一步的处理。由输出设备108进行的处理是适合于电子设备102的使用。在一个实例中，输出设备108生成安全密钥，在另一个实例中，输出设备108生成随机数。其他输出也是可能的。
[0027]图2A是用于制造图1中所示的随机化的互连层104的处理的一个实例。在衬底202的顶部上沉积电介质层204(例如，二氧化硅)。电介质层204可以覆盖未示出的其他的电子电路。电极(未示出，将在下文中讨论)嵌入电介质层204内部或嵌入电介质层204之下，作为感测电路106的一部分。
[0028]异质的导电层206被沉积在电介质层204之上。在一个实例中，通过将至少两种材料的混合物沉积到衬底上来形成结构无序的异质的导电层206。在本文中，材料被定义为包括元素周期表中的一个或多个元素和复杂程度不同的分子。因此，异质的导电层206的混合物可以包括金属，金属合金材料，电阻性材料和半导体材料。
[0029]所形成的异质的导电层206包括由第一材料构成的团簇，由第二材料构成的团簇，由第一材料和第二材料的混合物构成的团簇，以及空隙。可以通过键合变化的原子强度来形成团簇。当异质的导电层206被暴露给蚀刻剂时，这些不同的团簇以不同的速率被蚀亥IJ，从而产生随机化的互连层104。在一个实例中，随机化的互连层104包括随机化的导电图案208。
[0030]在一个实例中，衬底202是硅，采用物理气相沉积(PVD)技术将原子成分比为2:2:5的一组硫族元素如Ge，Sb和Te共同溅射到电介质层204上，形成20nm厚的异质的导电层206。经过热处理之后，被溅射到晶片表面上的元素通过相互作用产生不同取向和成分的导电晶体，从而在异质的导电层206内部形成结构无序。相图描述了取决于被溅射的元素(例如，溅射的金属)之间的温度和比率将会形成的可能的导电合金。可以使用其他元素和材料，如销合金，销-锌；销-钛；销-娃；或销钛娃的三元体系。在一个实例中，异质的导电层206的厚度可以在1nm数量级的范围内变化。在另一个示例实施方式中，溅射系统中的靶可以已经由原子成分比为2: 2: 5的Ge-Sb-Te材料制成。使用该靶将使得以2: 2: 5的原子成分比被溅射在衬底上。共溅射(同时用两个或三个靶)的优点是:可以通过调整对每个靶的溅射功率来调整衬底上的材料的最终成分。
[0031]在另一个实例中，异质的导电层206是采用单一材料产生的。由单一材料制成的异质的导电层206所具有的结构无序没有由超过一种材料制成的异质的导电层206的结构无序多。当由一种材料制成的异质的导电层206被暴露于蚀刻剂时，这种异质的导电层206被蚀刻地更均匀，但仍然是可以使用的。
[0032]异质的导电层206的温度处理在异质的导电层206中产生其他的结构变化。温度处理的结果取决于例如时间和温度变量。在一个示例实施例中，温度处理是退火。退火增强了颗粒，晶体和/或某种材料的团簇的形成。这些颗粒的成分可以是不同的，这取决于材料的沉积速率之间的比率。能量越高，所形成的晶体的均匀性越高。施加到材料的其它温度处理增强了分子结构的形成和变化。
[0033]在异质的导电层206的沉积与热处理之后，异质的导电层206被暴露于化学溶液，该化学溶液选择性地蚀刻异质的导电层2