[发明专利]具有增强的可变性的片上半导体装置

说明书

物理不可克隆功能(PUF)半导体装置(100)包括沿着第一方向延伸以限定长度和沿着与第一方向相对的第二方向延伸以限定厚度的半导体衬底。在半导体衬底上形成至少一对半导体结构(102a，102b)。半导体结构(102a，102b)包括第一半导体结构(102a)和第二半导体结构(102b)。第一半导体结构(102a)包括具有限定第一阈值电压的第一形状的第一栅极电介质层(120a)。第二半导体结构(102b)包括具有第二电介质形状的第二栅极电介质层(120b)，第二电介质形状相对于第一形状相反地布置并且限定与第一阈值电压不同的第二阈值电压。

技术领域

本发明涉及半导体装置，并且更具体地，涉及包括物理不可克隆功能(PUF)的半导体装置。

背景技术

装置可变性通常由(一个或多个)过程变化引起，并且在较小装置中更为实质。这种可变性在正确的电路操作中是显着的，并且为了收紧装置的可变性进行了过程改善。最近，正在寻求并应用装置可变性来强化信息技术的安全性。由于互联网相关网络、电路和应用的安全性变得越来越严格，因此希望保护半导体装置通信之间共享的信息。

用于防止半导体装置的未经授权的克隆的一种方法是使用物理不可克隆功能(PUF)来用数字位的随机集合对物理半导体装置进行编码。PUF生成数字位的集合(例如128位)以形成矩阵“A”。在PUF的操作期间，执行Y＝A*X的计算，其中“A”是具有从PUF生成的元素的矩阵，“X”是称为“挑战”的输入向量，以及“Y”是称为“响应”的输出向量。矩阵“A”和输入向量只应该由芯片所有者知道，这样只有所有者可以知道响应是否正确。

PUF通常体现在物理半导体装置中，并且引入了易于评估但难以预测的一对晶体管结构之间的阈值电压(Vt)的随机变化。每对晶体管结构输出“0”位或“1”位。在一个芯片中从PUF生成的位必须是固定的并且随时间恒定。另外，由不同PUF芯片生成的位之间的相关性必须是随机的。即使考虑了制造装置的制备过程，包括PUF的半导体装置也必须容易制造，但实际上不可能复制(即，不可克隆)。制造包括PUF的半导体装置的常规方法通常将一个或多个PUF制造过程添加进入标准半导体装置过程流程中。然而，添加的PUF制造过程可能增加制造半导体装置的总成本。

发明内容

根据本发明的至少一个非限制性实施例，物理不可克隆功能(PUF)半导体装置包括沿着第一方向延伸以限定长度和沿着与第一方向相对的第二方向延伸以限定厚度的半导体衬底。在半导体衬底上形成至少一对半导体结构。半导体结构包括第一半导体结构和第二半导体结构。第一半导体结构包括具有限定第一阈值电压的第一电介质区域的第一栅极电介质层。第二半导体结构包括具有与第一区域不同的第二电介质区域的第二栅极电介质层，第二电介质区域限定与第一阈值电压不同的第二阈值电压。

根据另一非限制性实施例，制造物理不可克隆功能(PUF)半导体装置的方法包括：在半导体衬底的第一有源区上形成具有第一电介质区域的第一栅极电介质层，以及在半导体衬底的第二有源区上形成具有与第一电介质区域不同的第二电介质区域的第二栅极电介质层。该方法还包括在第一栅极电介质层上形成第一半导体结构以限定第一半导体结构的第一阈值电压，以及在第二栅极电介质层上形成第二半导体结构以限定与第一阈值电压不同的第二半导体结构的第二阈值电压。

根据又一个非限制性实施例，制造物理不可克隆功能(PUF)半导体装置的方法包括在半导体衬底上形成多个栅极电介质层。每个栅极电介质层具有相对于彼此尺寸不同的栅极电介质区域。该方法还包括在每个栅极电介质层上形成半导体结构，使得每个半导体结构相对于彼此具有不同的阈值电压。

根据另一个非限制性实施例，物理不可克隆功能(PUF)半导体装置包括半导体衬底上的多个栅极电介质层。每个栅极电介质层具有彼此不同的栅极电介质区域。在每个栅极电介质层上形成半导体结构。每个半导体结构相对于彼此具有不同的阈值电压。