具有物理不可克隆功能的器件及其制造方法、芯片技术

本申请公开了一种具有物理不可克隆功能的器件及其制造方法、芯片，涉及半导体技术领域。该方法包括：提供衬底结构，其包括：衬底，包括加密器件区和基准器件区；在加密器件区上的一个或多个用于加密器件的第一栅极结构及其侧壁上的第一间隔物层；在加密器件区和第一间隔物层上的第一互连层；在基准器件区上的一个或多个用于基准器件的第二栅极结构及其侧壁上的第二间隔物层；及在基准器件区和第二间隔物层上的第二互连层；执行第一离子注入，以在第一互连层中引入第一杂质；执行第二离子注入，以在第一和第二互连层中引入第二杂质；其中，具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定。

Device with Physical Non-cloning Function and Its Manufacturing Method and Chip

The application discloses a device with physical non-cloning function, a manufacturing method and a chip thereof, which relates to the field of semiconductor technology. The method includes: providing a substrate structure, which includes: a substrate, including an encryption device area and a reference device area; one or more first gate structures for encryption devices on the encryption device area and a first spacer layer on its side wall; a first interconnection layer on the encryption device area and the first spacer layer; and one or more second spacers for reference devices on the reference device area. The gate structure and the second spacer layer on its side wall; and the second interconnection layer on the reference device area and the second spacer layer; the first ion implantation is performed to introduce the first impurity in the first interconnection layer; the second ion implantation is performed to introduce the second impurity in the first and second interconnection layers; where the cipher of the device with physical non-cloning function is based on each encryptor. The leakage current of the device and the leakage current of the reference device corresponding to the encryption device are determined.

【技术实现步骤摘要】
具有物理不可克隆功能的器件及其制造方法、芯片
本申请涉及半导体
，尤其涉及一种具有物理不可克隆功能的器件及其制造方法、芯片。
技术介绍
物理不可克隆技术类似于人体唯一特征(例如指纹或虹膜)，是一种用来保障芯片数据文件的安全、防止信息数据被窃取的新方法。利用每一个半导体器件固有的独特的物理特征和特性作为其加密密钥，使得每一个半导体器件不能被复制，从而有效保护用户的数据文件。物理不可克隆技术芯片多是利用器件在工艺过程中的临界状态的不稳定、不可重复的特点，产生的随机性和差异可以应用于密码生成和安全认证。目前，大部分物理不可克隆功能是在芯片制造中采用某种特殊的工艺来实现的。然而，如果要实现物理不可克隆功能，则很有可能会影响芯片的其他性能；而如果不影响芯片的其他功能，则工艺本身就会变得很复杂。
技术实现思路
本申请的一个目的在于：在尽量不影响器件的其他性能的基础上实现器件的物理不可克隆功能。根据本申请的一方面，提供了一种具有物理不可克隆功能的器件的制造方法，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底，包括加密器件区和基准器件区；在所述加密器件区上的一个或多个用于加密器件的第一栅极结构；在所述第一栅极结构的侧壁上的第一间隔物层；在所述加密器件区和所述第一间隔物层上的第一互连层；在所述基准器件区上的一个或多个用于基准器件的第二栅极结构；在所述第二栅极结构的侧壁上的第二间隔物层；以及在所述基准器件区和所述第二间隔物层上的第二互连层；执行第一离子注入，所述第一离子注入在所述第一互连层中引入第一杂质；执行第二离子注入，所述第二离子注入在所述第一互连层和所述第二互连层中引入第二杂质；其中，所述第一互连层中的第二杂质扩散到所述第一栅极结构两侧的加密器件区中，以形成用于加密器件的第一源区和第一漏区；所述第二互连层中的第二杂质扩散到所述第二栅极结构两侧的基准器件区中，以形成用于基准器件的第二源区和第二漏区；其中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定。在一个实施例中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流的差值来确定。在一个实施例中，所述第一离子注入还在所述第一栅极结构的第一栅极中引入所述第一杂质。在一个实施例中，所述第一杂质包括四族元素。在一个实施例中，所述第一杂质包括下列中的一种或多种：Ge、Si、C。在一个实施例中，所述第一离子注入的注入剂量为1×1012/cm2至1×1016/cm2。在一个实施例中，所述第一离子注入的注入能量为3KeV至100KeV。在一个实施例中，所述第一间隔物层的顶部高于所述第一栅极结构的第一栅极的顶部；所述第二间隔物层的顶部高于所述第二栅极结构的第二栅极的顶部。在一个实施例中，所述第一互连层和所述第二互连层的材料包括多晶硅。在一个实施例中，一个加密器件对应一个基准器件。在一个实施例中，多个加密器件对应一个基准器件。根据本申请的另一方面，提供一种具有物理不可克隆功能的器件，包括：衬底，包括加密器件区和基准器件区；加密器件阵列，包括一个或多个加密器件，每个加密器件包括：在所述加密器件区上的第一栅极结构；在所述第一栅极结构的侧壁上的第一间隔物层；在所述加密器件区和所述第一间隔物层上的第一互连层；以及在所述第一栅极结构两侧的加密器件区中的第一源区和第一漏区；以及基准器件阵列，包括一个或多个基准器件，每个基准器件包括：在所述基准器件区上的第二栅极结构；在所述第二栅极结构的侧壁上的第二间隔物层；在所述基准器件区和所述第二间隔物层上的第二互连层；以及在所述第二栅极结构两侧的基准器件区中的第二源区和第二漏区；其中，所述第一互连层中包含通过第一离子注入引入的第一杂质；其中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定。在一个实施例中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流的差值来确定。在一个实施例中，所述第一栅极结构的第一栅极中包含通过所述第一离子注入引入的所述第一杂质。在一个实施例中，所述第一杂质包括四族元素。在一个实施例中，所述第一杂质包括下列中的一种或多种：Ge、Si、C。在一个实施例中，所述第一间隔物层的顶部高于所述第一栅极结构的第一栅极的顶部；所述第二间隔物层的顶部高于所述第二栅极结构的第二栅极的顶部。在一个实施例中，所述第一互连层和所述第二互连层的材料包括多晶硅。在一个实施例中，一个加密器件对应一个基准器件。在一个实施例中，多个加密器件对应一个基准器件。根据本申请的又一方面，提供一种芯片，包括上述任意一个实施例所述的具有物理不可克隆功能的器件。本申请实施例提出的制造方法具有如下有益效果：一方面，在形成第一互连层和第二互连层后在加密器件区增加了一道离子注入，使得形成的第一源区和第一漏区具有随机性，从而使得加密器件与基准器件的漏电流具有差异，这种差异使得器件具有了物理不可克隆功能，可以有效地保护器件内的信息数据。另一方面，根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定的密码具有严格的随机性。再一方面，本申请实施例的制造方法兼容于正常的器件制造工艺，基本不影响器件的其他性能。通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征、方面及其优点将会变得清楚。附图说明附图构成本说明书的一部分，其描述了本申请的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请的原理，在附图中：图1是根据本申请一个实施例的具有物理不可克隆功能的器件的制造方法的简化流程图；图2A-图2C示出了根据本申请一个实施例的具有物理不可克隆功能的器件的制造方法的各个阶段的示意图；图3示出了加密器件和基准器件的漏电流的对比示意图；图4示出了加密器件阵列和基准器件阵列的一个例子的示意图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应理解，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不应被理解为对本申请范围的限制。此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不必然按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。以下对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和装置可能不作详细讨论，但在适用这些技术、方法和装置情况下，这些技术、方法和装置应当被视为本说明书的一部分。应注意，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要对其进行进一步讨论。图1是根据本申请一个实施例的具有物理不可克隆功能的器件的制造方法的简化流程图。图2A-图2C示出了根据本申请一个实施例的具有物理不可克隆功能的器件的制造方法的各个阶段的示意图。如图1所示，首先，在步骤102，提供衬底结构。图2A示出了根据本申请一个实施例的衬底结构的示意图。如图2A所示，衬底结构可以包括衬底。衬底包括加密器件区201和基准器件区301。衬底例如可以是硅衬底、锗衬底等元素半导体衬底，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有物理不可克隆功能的器件的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底，包括加密器件区和基准器件区；在所述加密器件区上的一个或多个用于加密器件的第一栅极结构；在所述第一栅极结构的侧壁上的第一间隔物层；在所述加密器件区和所述第一间隔物层上的第一互连层；在所述基准器件区上的一个或多个用于基准器件的第二栅极结构；在所述第二栅极结构的侧壁上的第二间隔物层；以及在所述基准器件区和所述第二间隔物层上的第二互连层；执行第一离子注入，所述第一离子注入在所述第一互连层中引入第一杂质；执行第二离子注入，所述第二离子注入在所述第一互连层和所述第二互连层中引入第二杂质；其中，所述第一互连层中的第二杂质扩散到所述第一栅极结构两侧的加密器件区中，以形成用于加密器件的第一源区和第一漏区；所述第二互连层中的第二杂质扩散到所述第二栅极结构两侧的基准器件区中，以形成用于基准器件的第二源区和第二漏区；其中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定。

【技术特征摘要】
1.一种具有物理不可克隆功能的器件的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括：衬底，包括加密器件区和基准器件区；在所述加密器件区上的一个或多个用于加密器件的第一栅极结构；在所述第一栅极结构的侧壁上的第一间隔物层；在所述加密器件区和所述第一间隔物层上的第一互连层；在所述基准器件区上的一个或多个用于基准器件的第二栅极结构；在所述第二栅极结构的侧壁上的第二间隔物层；以及在所述基准器件区和所述第二间隔物层上的第二互连层；执行第一离子注入，所述第一离子注入在所述第一互连层中引入第一杂质；执行第二离子注入，所述第二离子注入在所述第一互连层和所述第二互连层中引入第二杂质；其中，所述第一互连层中的第二杂质扩散到所述第一栅极结构两侧的加密器件区中，以形成用于加密器件的第一源区和第一漏区；所述第二互连层中的第二杂质扩散到所述第二栅极结构两侧的基准器件区中，以形成用于基准器件的第二源区和第二漏区；其中，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流来确定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述具有物理不可克隆功能的器件的密码根据每个加密器件的漏电流和与该加密器件对应的基准器件的漏电流的差值来确定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入还在所述第一栅极结构的第一栅极中引入所述第一杂质。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一杂质包括四族元素。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一杂质包括下列中的一种或多种：Ge、Si、C。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入的注入剂量为1×1012/cm2至1×1016/cm2。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一离子注入的注入能量为3KeV至100KeV。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一间隔物层的顶部高于所述第一栅极结构的第一栅极的顶部；所述第二间隔物层的顶部高于所述第二栅极结构的第二栅极的顶部。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一互连层和所述第二互连层的材料包括多晶硅。10.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，包小燕，董天化，李广宁，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31