DE112018002192T5

DE112018002192T5 - Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren

Info

Publication number: DE112018002192T5
Application number: DE112018002192.0T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2020-01-09
Also published as: KR102071937B1; US11362819B2; US20210119791A1; KR20180120464A; WO2018199539A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und ein Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren bereit. Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung umfasst: eine Vielzahl von Einheitszellen, die in einem Halbleiterherstellungsverfahren auf einer Schaltung vorgesehen sind; eine Ausleseeinheit zum Auslesen eines Kurzschließens jeder der Einheitszellen; eine Digitalwert-Erzeugungseinheit zum Bestimmen der Wahrscheinlichkeit für das Kurzschließen jeder der Einheitszellen und zum Erzeugen eines Digitalwertes jeder der Einheitszellen auf der Grundlage des Auslesens zum Kurzschließen aus der Ausleseeinheit; und eine Auswahleinheit zum Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen, wobei ein Identifikationsschlüssel aus einer Kombination von jeweiligen Digitalwerten, die aus den mittels der Auswahleinheit ausgewählten Einheitszellen erzeugt werden, erzeugt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Bereich der digitalen Sicherheit, insbesondere auf ein Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung, was für die Sicherheit elektronischer Geräte, die Sicherheit eingebetteter Systeme, die Sicherheit von Ein-Chip-Systemen (SoC's), die Sicherheit von Chipkarten und die Sicherheit von Universal Subscriber Identity Modules (USIM's) erforderlich ist, sowie auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Identifikationsschlüssels, der in der digitalen Signatur verwendet wird.
Hintergrund
Mit der Entwicklung der Informationsgesellschaft steigt der Bedarf an Schutz der Privatsphäre, und die Technologie zum Aufbau von Sicherheitssystemen für die sichere Übertragung von Informationen durch Ver- und Entschlüsselung wird als wesentlich und sehr wichtig angesehen.
In der fortschrittlichen Informationsgesellschaft, zusammen mit Hochleistungscomputern, nimmt der Einsatz von eingebetteten Systemen oder Ein-Chip-System-(SoC)-Verarbeitungsvorrichtungen rasant zu. Die Verarbeitungsvorrichtungen haben ein breites Anwendungsspektrum, z.B. Radiofrequenz-Identifikation (RFID), Chipkarten, Universal Subscriber Identity Modules (USIM's) und Einmalkennworte (OTP's).
Um Sicherheitssysteme in den Verarbeitungsvorrichtungen aufzubauen, wird ein kryptographischer Schlüssel, der im Ver- und Entschlüsselungsalgorithmus verwendet wird, oder eine eindeutige ID verwendet, und der kryptographische Schlüssel oder die eindeutige ID wird im Folgenden als Identifikationsschlüssel bezeichnet. Für den Identifikationsschlüssel wird in erster Linie ein Verfahren verwendet, bei dem extern ein kryptographisch sicherer Pseudozufallszahl (PRN) erzeugt und in einem nichtflüchtigen Speicher wie Flash-Speicher oder einem nichtflüchtigen elektronischen Speicherbaustein (EEPROM) gespeichert wird.
In letzter Zeit werden verschiedene Angriffe wie Seitenkanalangriffe und Reverse-Engineering-Angriffe gegen den im Computer gespeicherten Identifikationsschlüssel durchgeführt. Um den Identifikationsschlüssel aus diesen Angriffen sicher zu generieren und zu speichern, wird die Physical-Unclonable-Function-(PUF)-Technologie entwickelt.
PUF erzeugt einen Identifikationsschlüssel mit einem sehr geringen Unterschied in den physikalischen Eigenschaften, die in elektronischen Systemen vorhanden ist, und bewahrt oder speichert den Identifikationsschlüssel unter Beibehaltung seiner Unversehrtheit, und ist auch als Hardware-Fingerabdruck bekannt.
Um PUF für den Identifikationsschlüssel zu verwenden, sollte erstens der generierte Identifikationsschlüssel eine ausreichende Zufälligkeit aufweisen, und zweitens sollte sich sein Wert nicht ändern und Invarianz in Bezug auf den Zeitfluss oder Änderungen in der Nutzungsumgebung bewahren.
Die konventionellen Technologien haben jedoch Schwierigkeiten, eine ausreichende Zufälligkeit zu gewährleisten, und lösen das Problem, dass sich der generierte Identifikationsschlüssel bei Änderungen der physikalischen Eigenschaften im Laufe der Zeit oder Änderungen der Nutzungsumgebung ändert, nicht.
Darüber hinaus weisen frühere PUF-Patente zu vertikalen Durchkontaktierungsgrößen Änderungen, die sich aus räumlichen und zeitlichen Prozessschwankungen (Unterschieden in den Prozesseigenschaften in Abhängigkeit von der Position auf dem Wafer oder dem Prozessdatum/-zeit) und dem daraus resultierenden Verfügbarkeitsproblem und Ertragsproblem (Fehler, wenn der Mittelwert der Ausgabewerte mehr als ein vorgegebenes Niveau übersteigt) ergeben, in der Wahrscheinlichkeit von Ausgabebits (ein Phänomen, bei dem der Mittelwert verzerrt ist) auf.
Dementsprechend ist es notwendig, Änderungen in der Wahrscheinlichkeit von Ausgabebits, die sich aus räumlichen und zeitlichen Prozessschwankungen ergeben, sowie das daraus resultierende Problem der Wertverfügbarkeit und des Ertragsproblems früherer PUF-Patente bezüglich vertikalen Durchkontaktierungsgrößen zu lösen.
Offenbarung
Technisches Problem
Die vorliegende Offenbarung ist dazu bestimmt, das oben beschriebene Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und ein Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren bereitzustellen, die/das einen echten Zufallswert unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsprozesses erzeugt und die Physical-Unclonable-Function-(PUF)-Technologie entwickelt, so dass sich der Wert nie ändert, nachdem er zum Zweck der Verwendung als Identifikationsschlüssel erzeugt wurde.
Darüber hinaus ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und ein Identifikationsschlüsse-Erzeugungsverfahren bereitzustellen, die/das wahrscheinlich einen Abgleich zwischen einem Digitalwert von gleich 0 und einem Digitalwert von gleich 1 in einem Identifikationsschlüssel in Form eines Digitalwertes gewährleistet.
Darüber hinaus ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Identifizierungsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und ein Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren zur Implementierung von PUF bereitzustellen, die/das nicht physisch geklont werden kann und unempfindlich gegen externe Angriffe ist bei niedrigen Herstellungskosten durch einen einfachen Herstellungsprozess.
Unterdessen ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, PUF im Maskendesign zu entwerfen sowie die Zufälligkeit von PUF-Werten (Zufälligkeit von 0,1, Wahrscheinlichkeit (= Mittelwert)) auf Prozessebene zu kontrollieren.
Technische Lösung
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, beinhaltet eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl von Einheitszellen, die in einem Halbleiterherstellungsverfahren auf einer Schaltung vorgesehen sind, eine Ausleseeinheit zum Auslesen des Kurzschließens jeder der Einheitszellen, eine Digitalwert-Erzeugungseinheit zum Bestimmen der Wahrscheinlichkeit für das Kurzschließen jeder der Einheitszellen, und Erzeugen eines Digitalwertes jeder der Einheitszellen auf der Grundlage des Auslesewertes von der Ausleseeinheit zum Kurzschließen, und eine Auswahleinheit zum Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen, wobei ein Identifikationsschlüssel aus einer Kombination von jeweiligen Digitalwerten erzeugt wird, die aus den mittels der Auswahleinheit ausgewählten Einheitszellen erzeugt werden.
Jede der Vielzahl von Einheitszellen kann ein Paar leitfähiger Schichten eines Halbleiters und eine Verbindung oder eine Durchkontaktierung, die zwischen dem Paar leitfähiger Schichten angeordnet ist, um die leitfähigen Schichten kurzzuschließen oder zu öffnen, beinhalten.
Die Ausleseeinheit kann auslesen, ob in jeder der Einheitszellen ein Kurzschluss auftritt, indem sie ausliest, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt.
Ätzmerkmale der Verbindung oder der Durchkontaktierung können so eingestellt werden, dass der Kurzschluss im Halbleiterherstellungsverfahren probabilistisch bestimmt wird.
Die Ätzmerkmale können mindestens eines von einem Ätztyp, eine Ätzrate und einer Ätzzeit beinhalten.
Die Ätzrate kann 3,0 bis 3,5 µm/s und die Ätzzeit 5 s bis 7 s betragen.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit kann Ätzmerkmale der Verbindung oder Durchkontaktierung derart einstellen, dass eine Differenz zwischen einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt, und einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung dabei scheitert, die leitfähigen Schichten kurzzuschließen, innerhalb eines vorgegebenen Fehlerbereichs liegt.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit kann N Einheitskonfigurationen aufweisen, die jeweils einen 1-Bit-Digitalwert unter Verwendung eines Paares von leitfähigen Schichten und einer Verbindung oder Durchkontaktierung, welche die leitfähigen Schichten verbindet, und einen N-Bit-Identifikationsschlüssel durch die N Einheitskonfigurationen erzeugen, wobei N eine natürliche Zahl ist.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung kann ferner eine Digitalwert-Verarbeitungseinheit beinhalten, um N-Bit-Digitalwerte, die von der Ausleseeinheit ausgelesen werden, als Eingang zu empfangen und die N-Bit-Digitalwerte zu verarbeiten, wobei die Digitalwert-Verarbeitungseinheit ein erstes Bit und ein zweites Bit unter den eingegangenen N-Bit-Digitalwerten vergleicht, und wenn ein Wert des ersten Bits größer als ein Wert des zweiten Bits ist, einen Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 1 bestimmt, und, wenn der Wert des ersten Bits kleiner als der Wert des zweiten Bits ist, den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 0 bestimmt.
Die Digitalwert-Verarbeitungseinheit kann den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als eines von gleich 1 und gleich 0, bestimmen oder dabei scheitern den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert zu bestimmen, wenn der Wert des ersten Bits gleich dem Wert des zweiten Bits ist.
Ein Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren beinhaltet das Auslesen, ob ein Kurzschluss in jeder von einer Vielzahl von Einheitszellen, die in einem Halbleiterherstellungsverfahren auf einer Schaltung vorgesehen sind, auftritt, das Einstellen eines vertikalen Abstands zwischen leitfähigen Schichten und von Ätzmerkmalen der Strukturierung im Halbleiterherstellungsverfahren, das Erzeugen eines Digitalwertes aus jeder Einheitszelle durch probabilistisches Bestimmen, ob ein Kurzschluss in den die Schaltung bildenden Einheitszellen auftritt, das Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen und das Erzeugen eines Identifikationsschlüssels aus einer Kombination von Digitalwerten der ausgewählten Einheitszellen.
Jede der Vielzahl von Einheitszellen kann ein Paar leitfähiger Schichten eines Halbleiters und eine Verbindung oder Durchkontaktierung beinhalten, die zwischen dem Paar leitfähiger Schichten angeordnet ist, um die leitfähigen Schichten kurzzuschließen oder zu öffnen, und das Auslesen kann das Auslesen, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt, beinhalten.
Die Verbindung oder Durchkontaktierung kann durch Ätzmerkmalen gebildet werden, so dass ein Kurzschluss zwischen den beiden leitfähigen Schichten probabilistisch bestimmt wird.
Die Ätzmerkmale können mindestens eines von einem Ätztyp, einer Ätzrate und einer Ätzzeit beinhalten.
Die Ätzrate kann 3,0 bis 3,5 µm/s und die Ätzzeit 5 s bis 7 s betragen.
Das Erzeugen des Digitalwertes kann das Einstellen von Ätzmerkmalen der Verbindung oder Durchkontaktierung derart, dass eine Differenz zwischen einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt, und einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung dabei scheitert, die leitfähigen Schichten kurzzuschließen, innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegt, beinhalten.
Das Erzeugen des Digitalwertes kann das Erzeugen eines N-Bit-Identifikationsschlüssels durch N Einheitskonfigurationen beinhalten, wobei jede der N Einheitskonfigurationen einen 1-Bit-Digitalwert unter Verwendung eines Paares von leitfähigen Schichten und einer Verbindung oder Durchkontaktierung der leitfähigen Schichten erzeugt, wobei N eine natürliche Zahl ist.
Das Erzeugen des Digitalwertes kann das Verarbeiten des Digitalwertes zum Empfangen von N-Bit-Digitalwerten, die von der Ausleseeinheit als Eingang ausgelesen werden, und das Verarbeiten der N-Bit-Digitalwerte beinhalten, und das Verarbeiten des Digitalwertes kann das Vergleichen eines ersten Bits und eines zweiten Bits unter den eingegangenen N-Bit-Digitalwerten, und, wenn ein Wert des ersten Bits größer als ein Wert des zweiten Bits ist, das Bestimmen eines Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 1, und, wenn der Wert des ersten Bits kleiner als der Wert des zweiten Bits ist, das Bestimmen des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 0, beinhalten.
Das Verarbeiten des Digitalwertes kann das Bestimmen des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als eines von gleich 1 und gleich 0, oder das Scheitern des Bestimmens des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, wenn der Wert des ersten Bits gleich dem Wert des zweiten Bits ist, umfassen.
Vorteilhafte Effekte
Im Halbleiterherstellungsprozess wird ein Digitalwert basierend darauf erzeugt, ob ein Kurzschluss in Einheitszellen auftritt, wobei einige der erzeugten Digitalwerte zum Erzeugen eines Identifikationsschlüssels ausgewählt werden, und der Wert sich nach der Erzeugung nicht ändert, so dass die Zuverlässigkeit hoch ist.
Darüber hinaus ist es möglich, durch die Digitalwert-Verarbeitungseinheit die Zufälligkeit durch probabilistische Gewährleistung des Ausgleichs zwischen einem Digitalwert von gleich 0 und einem Digitalwert von gleich 1 im Identifikationsschlüssel in Form eines Digitalwertes sicherzustellen.
Da der Identifikationsschlüssel im Halbleiterherstellungsprozess erzeugt wird, sind die Kosten für die Erzeugung des Identifikationsschlüssels gering, der Herstellungsprozess ist einfach, und der Identifikationsschlüssel kann nicht physisch geklont werden und ist unempfindlich gegen externe Sicherheitsangriffe.
Überdies ist es möglich, Änderungen der Wahrscheinlichkeit von Ausgabebits, die sich aus räumlichen und zeitlichen Prozessschwankungen ergeben, und die daraus folgenden Wertverfügbarkeitsprobleme und Ertragsprobleme zu lösen, indem man die Zufälligkeit (Zufälligkeit von 0, 1, Wahrscheinlichkeit (= Mittelwert)) des Wertes der Physical-Unclonable-Function (PUF) auf Prozessebene steuert.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Identifizierungsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.
2A ist ein konzeptionelles Diagramm, das kurzgeschlossene und offene Einheitszellen der vorliegenden Offenbarung und deren generierte Digitalwerte zeigt.
2B ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine Metallleitungen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2C ist ein konzeptionelles Diagramm, welches das Verbinden oder Trennen von Metallleitungen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Wahrscheinlichkeit von zu kurzen Einheitszellen als Funktion der Ätzrate oder -zeit repräsentiert.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das zeigt, ob ein Kurzschluss in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den Metallleitungen auftritt.
5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Anordnung von Einheitszellen in einer Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung zeigt.
6 ist eine detaillierte Schaltungskonfiguration einer Digitalwert-Erzeugungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Prozess der Verarbeitung eines Digitalwertes durch eine Digitalwert-Verarbeitungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Identifikationsschlüssels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.

Art und Umfang der Erfindung
Im Folgenden werden die offenbarten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben, identische oder ähnliche Elemente erhalten identische oder ähnliche Bezugszeichen und redundante Beschreibungen werden hier weggelassen. Wie hier verwendet, wird das Suffix „Einheit“ nur gegeben oder verwendet, um die Erstellung der Spezifikation zu erleichtern, und hat keine Bedeutung oder Rolle bei der Identifizierung. Wenn bei der Beschreibung der hierin offenbarten Ausführungsformen eine bestimmte detaillierte Beschreibung der relevanten bekannten Technologie bestimmt wird, um den wesentlichen Gegenstand der offenbarten Ausführungsformen mehrdeutig zu machen, entfällt die detaillierte Beschreibung hier. Darüber hinaus sind die beigefügten Zeichnungen zum einfachen Verständnis der offenbarten Ausführungsformen vorgesehen, und der hier offenbarte technische Geist wird durch die beigefügten Zeichnungen nicht eingeschränkt, und es ist zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung alle Änderungen, Äquivalente oder Alternativen umfasst, die in den Geist und den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Die Begriffe „erste“, „zweite“ und dergleichen können zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden, aber die Elemente sind nicht durch die Begriffe begrenzt. Diese Begriffe werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden.
Es wird weiter verstanden, dass, wenn ein Element als „mit einem anderen Element verbunden“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder an dem anderen Element angeschlossen sein kann, oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können.
Wie hier verwendet, sind die Singularformen dazu bestimmt, auch die Pluralformen mit einzubeziehen, sofern der Kontext nichts anderes anzeigt.
Es versteht sich, dass der Begriff „umfasst“ oder „beinhaltet“, wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Werten, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten oder Gruppen davon angibt, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Werte, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Gruppen davon nicht ausschließt.
1 zeigt eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 beinhaltet eine Vielzahl von Einheitszellen 110, eine Ausleseeinheit 120, eine Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 und eine Auswahleinheit 140.
Die Vielzahl der Einheitszellen 110 ist in einem Halbleiterherstellungsprozess auf einer Schaltung vorgesehen. So kann beispielsweise jede der Vielzahl von Einheitszellen 110 ein Paar leitfähiger Schichten (201, 202 in 2A) eines Halbleiters und eine Verbindung oder Durchkontaktierung (203 in 2A), die zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 angeordnet ist, beinhalten. Die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 schließt die leitfähigen Schichten 201, 202, kurz oder öffnet diese, um wie nachfolgend beschrieben einen Digitalwert zu erzeugen, und so wird aus einer Kombination von Digitalwerten ein Identifikationsschlüssel erzeugt.
Die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 ist dazu bestimmt, die leitfähigen Schichten 201, 202 zu verbinden, und im Allgemeinen wird die Größe der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 bestimmt, um die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzzuschließen. Zusätzlich wird beim allgemeinen Halbleiterprozess die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 durch Ätzen mit einer ausreichenden Ätzrate und -zeit zum Kurzschließen der leitfähigen Schichten 201, 202 gebildet. In der vorliegenden Offenbarung kann die Ätzrate die Ätztiefe pro Zeiteinheit sein.
Bei der Ausführung der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird jedoch das Ätzen zum Bilden der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 so eingestellt, dass es für kurze Zeit mit einer niedrigen Rate durchgeführt wird, so dass einige Verbindungen oder Durchkontaktierungen 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließen und einige andere Verbindungen oder Durchkontaktierungen 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 nicht kurzschließen, und ob ein Kurzschluss auftritt, wird probabilistisch bestimmt. Zu diesem Zweck kann die Art oder Konzentration des Ätzmaterials variieren. In der vorliegenden Offenbarung kann die Ätzrate 40-60% der in der Halbleiterfertigung verwendeten Ätzrate und die Ätzzeit 40-60% der in der Halbleiterfertigung verwendeten Ätzzeit betragen.
Im folgenden experimentellen Beispiel kann die Ätzrate beispielsweise 3,0 bis 3,5 µm/s oder 2,5 bis 3,1 µm/s betragen. Zusätzlich kann die Ätzzeit 6 s oder 11s betragen.
In der vorliegenden Offenbarung kann sich die probabilistische Bestimmung auf die zufällige Bestimmung beziehen. Zusätzlich kann in der vorliegenden Offenbarung das probabilistische Bestimmen das Bestimmen mit 50% Wahrscheinlichkeit oder 45-55% Wahrscheinlichkeit beinhalten.
Im konventionellen Halbleiterprozess ist es ein Misserfolg des Prozesses, wenn die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 nicht kurzschließt, während die vorliegende Offenbarung absichtlich einen Kurzschluss verursacht und ihn verwendet, um einen Identifikationsschlüssel mit Zufälligkeit zu erzeugen.
Die Einstellungen der Ätzmerkmale zur Herstellung der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden im Folgenden anhand der 2A bis 3 näher beschrieben.
Darüber hinaus unterscheidet sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die für die Verbindung der beiden leitfähigen Schichten 201, 202 verwendete Durchkontaktierung 203 oder Verbindung von der für die Erzeugung von Identifikationsschlüsseln verwendete Verbindung oder Durchkontaktierung 203, und jedes kann nach separaten Ausgestaltungsregeln bereitgestellt werden.
Währenddessen erzeugt die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Identifikationsschlüssel mit Zufälligkeit durch probabilistische Bestimmung, ob ein Kurzschluss zwischen den leitfähigen Bahnen auftritt, durch Einstellen des Abstands zwischen den Verdrahtungen und der Ätzmerkmale im Halbleiterherstellungsprozess.
Diese Ausführungsform erzeugt auch einen zufälligen Identifikationsschlüssel, weg vom Prozess der Gewährleistung einer offenen Verbindung zwischen den leitfähigen Bahnen im konventionellen Halbleiterherstellungsprozess. Die leitfähige Metallleitung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben.
Darüber hinaus unterscheidet sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Abstand zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202, der zur Isolierung zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202 verwendet wird, von dem Abstand zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202, der zur Erzeugung von Identifikationsschlüsseln verwendet wird, und jeder kann nach separaten Designregeln bereitgestellt werden.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugt elektrisch den Identifikationsschlüssel, der durch die oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugt wird. Ein Auslesetransistor kann verwendet werden, um zu identifizieren, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließt oder ob die leitfähigen Bahnen kurzgeschlossen sind, und diese Konfiguration wird im Folgenden anhand von 6 näher beschrieben.
In der Zwischenzeit wird in der Ausführungsform mit dem Verfahren zur Herstellung der Verbindung oder Durchkontaktierung 203, auch wenn ein Verhältnis einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließt, und einer Wahrscheinlichkeit, dass das Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 nicht kurzschließt, so gleichmäßig wie möglich auf 1/2 eingestellt, indem die Prozesseigenschaften zur Herstellung der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 angepasst werden, wobei jedoch nicht gewährleistet werden kann, dass ein Verhältnis der Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses (d.h. ein Digitalwert von 0) und der Wahrscheinlichkeit einer Öffnung (d.h. ein Digitalwert 1) probabilistisch vollkommen gleich ist. Obwohl ein Beispiel beschreibt, dass im kurzgeschlossenen Zustand der Digitalwert als 0 und im geöffneten Zustand der Digitalwert als 1 dargestellt werden kann, ist die vorliegende Offenbarung nicht unbedingt darauf beschränkt, und im kurzgeschlossenen Zustand kann der Digitalwert als 1 dargestellt werden, und im geöffneten Zustand kann der Digitalwert als 0 dargestellt werden.
Das heißt, wenn das Ätzen zum Bilden der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 mit einer höheren Rate für eine längere Zeit durchgeführt wird, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass ein Kurzschluss zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202 auftritt, und anders herum, wenn das Ätzen mit einer niedrigeren Rate für eine kürzere Zeit durchgeführt wird, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass kein Kurzschluss zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202 auftritt (eine Öffnung auftreten wird), und wenn eine der Wahrscheinlichkeiten für den Kurzschluss und die Öffnung höher ist, verringert sich die Zufälligkeit des erzeugten Identifikationsschlüssels.
Dieses Problem ist das gleiche wie bei der Ausführungsform der Anpassung des Abstands zwischen den leitfähigen Bahnen oder der Ätzcharakteristik in Bezug auf den Abstand zwischen den leitfähigen Bahnen.
Die Ausleseeinheit 120 ausliest, ob in jeder der Einheitszellen 110 ein Kurzschluss auftritt.
In der vorliegenden Offenbarung kann das Auslesen das Erkennen oder Erfassen sein, ob in jeder Einheitszelle ein Kurzschluss auftritt. Die Ausleseeinheit kann eine Erfassungseinheit oder eine Abtasteinheit sein. Wenn die Ausleseeinheit eine Erfassungseinheit oder eine Abtasteinheit ist, kann die Erfassungseinheit oder die Abtasteinheit einer von vielen Arten von Sensoren sein.
Die Ausleseeinheit 120 kann an die Einheitszelle 110 angeschlossen sein. So kann beispielsweise die Ausleseeinheit 120 auslesen, ob die Durchganskontaktierung 203 die leitenden Schichten 201, 202 kurzschließt oder öffnet. Zusätzlich kann die Ausleseeinheit 120 einen Identifikationsschlüssel speichern, der aus einem Digitalwert oder einer Kombination von Digitalwerten erzeugt wird, die von der nachfolgend beschriebenen Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugt werden.
So kann beispielsweise die Ausleseeinheit 120 ein Logikgatter, ein Verstärker, ein Register oder ein Flip-Flop sein. Die Ausleseeinheit 120 ist jedoch nicht auf das Register oder den Flip-Flop beschränkt und kann als ein breites Konzept verstanden werden, das auslesen kann, ob ein Kurzschluss oder eine Öffnung zwischen den leitenden Schichten 201, 202 auftritt, und den Digitalwert und den Identifikationsschlüssel speichern kann.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 kann probabilistisch bestimmen, ob ein Kurzschluss in jeder der Einheitszellen auftritt, und basierend darauf, ob ein Kurzschluss, der von der Ausleseeinheit 120 ausgelesen wird, auftritt einen Digitalwert für jede Einheitszelle 110 erzeugen.
Die Auswahleinheit 140 ist konfiguriert, um mindestens eine der Vielzahl von Einheitszellen 110 auszuwählen. Ein Identifikationsschlüssel wird aus einer Kombination von Digitalwerten, die für jede von der Auswahleinheit 140 ausgewählte Einheitszelle 110 erzeugt werden, erzeugt.
Dementsprechend beinhaltet gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 ferner eine Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150, um den Digitalwert zufällig zu verarbeiten, indem sie Informationen empfängt und verarbeitet, die daran gekoppelt sind, ob ein von der Ausleseeinheit 120 ausgelesener Kurzschluss auftritt. Als Referenz wird in der Beschreibung der Begriff „Verarbeitung“ des Digitalwertes oder „Digitalwert-Verarbeitungseinheit“ verwendet, was jedoch nicht so interpretiert werden sollte, dass es sich auf die Verarbeitung des erzeugten Digitalwertes durch eine separate Technik oder einen separaten Algorithmus beschränkt, sondern sich auf eine Reihe von Ausgestaltungen bezieht, die einen Ausgleich zwischen 0 und 1 durchführt, um Zufälligkeit bei der Erzeugung eines Identifikationsschlüssels aus dem erzeugten Digitalwert zu gewährleisten.
Die Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 näher beschrieben.
2A ist ein konzeptionelles Diagramm, das die kurzgeschlossenen und offenen Einheitszellen 110 der vorliegenden Offenbarung und deren generierte Digitalwerte zeigt.
Gezeigt sind Durchkontaktierungen 203, die zwischen der leitfähigen Schicht 1 202 und der leitfähigen Schicht 2 201 im Halbleiterherstellungsprozess gebildet werden.
In einer ersten Ätzgruppe 210 mit einer ausreichend hohen Ätzrate und einer ausreichend langen Ätzzeit beim Bilden der Durchkontaktierung 203, schließen alle Durchkontaktierungen 203 die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 kurz, und wenn, ob ein Kurzschluss auftritt, durch einen Digitalwert dargestellt wird, ist der Digitalwert in allen Fällen 0.
In einer dritten Ätzgruppe 230 mit einer zu niedrigen Ätzrate und einer zu kurzen Ätzzeit beim Bilden der Durchkontaktierung 203 können unterdessen alle Durchkontaktierungen 203 die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 nicht kurzschließen. Demnach ist, wenn ein Kurzschluss durch einen Digitalwert dargestellt wird, der Digitalwert in allen Fällen gleich 1.
Zusätzlich werden in einer zweiten Ätzgruppe 220 mit der Ätzrate und der Zeit zwischen denen der Gruppe 210 und der Gruppe 230 beim Bilden der Durchkontaktierung 203, einige Durchkontaktierungen 203 die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 kurzschließen und andere Durchkontaktierungen 203 die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 nicht kurzschließen.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist konfiguriert, um die Ätzmerkmale beim Bilden der Durchkontaktierung 203 so einzustellen, dass, wie in der zweiten Ätzgruppe 220, einige Durchkontaktierungen die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 kurzschließen und andere Durchkontaktierungen die leitfähige Schicht 1 202 und die leitfähige Schicht 2 201 nicht kurzschließen.
Unter Bezugnahme auf die 2B und 2C erfordert das Metall- oder Poly-Linienätzverfahren das Ätzen einer solchen Rate und -zeit, dass die Wahrscheinlichkeit einer Verbindung von A und B 50% beträgt. 2C zeigt ein Beispiel für Metall- oder Poly-Linienätzung, bei der A und B mit einer zufälligen Wahrscheinlichkeit verbunden oder getrennt werden.
Bei der Herstellung der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 ist die Kurzschlusswahrscheinlichkeit zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202 proportional zur Ätzrate und -zeit. Es ist ideal, dass eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, dass ein Kurzschluss auftritt, eine Wahrscheinlichkeit von 50% oder weniger aufweist, und die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist, um die Eigenschaften des Ätzprozesses so einzustellen, dass die Wahrscheinlichkeitsverteilung maximal nahe 50% liegt. Die Eigenschaften des Ätzprozesses können experimentell bestimmt und während des Prozesses angepasst werden.
3 ist ein Diagramm, das die Wahrscheinlichkeit, dass die Einheitszellen 110 kurzgeschlossen sind, als Funktion der Ätzrate oder -zeit repräsentiert.
Aus der Grafik ist ersichtlich, dass bei höherer Ätzrate und längerer Ätzzeit die Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 kurzgeschlossen ist, näher an 100% liegt.
Darüber hinaus ist das eingebettete System (EM) durch den Ätzprozess gekennzeichnet, bei dem die Wahrscheinlichkeit einer Kurzschließung zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202 theoretisch 50% beträgt, und wie vorstehend beschrieben, ist der Wert je nach Prozess unterschiedlich und es ist möglich, den ähnlichsten Wert durch Experimente zu finden, aber schwierig, ein fehlerfreies eingebettetes System zu finden.
Dementsprechend kann die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einstellen, ob ein Kurzschluss zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 auftritt, um im Bereich zwischen Ex1 und Ex2 zu liegen und einen vorbestimmten zulässigen Fehler von 50% Wahrscheinlichkeit aufweist (obwohl Ex1 und Ex2 nicht separat dargestellt werden, ein Bereich mit einem vorbestimmten Spielraum nahe Ex dargestellt), gemäß einem spezifischen Experiment.
4 ist ein konzeptionelles Diagramm, das zeigt, ob in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den Metallbahnen ein Kurzschluss auftritt.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch Anpassung des Abstands zwischen den Metallbahnen und der Ätzmerkmale (Rate und -zeit) probabilistisch bestimmt werden, ob ein Kurzschluss zwischen den Metallbahnen auftritt. In einer ersten Gruppe 410 mit einem großen Abstand zwischen den Metallbahnen tritt in allen Fällen ein Kurzschluss zwischen den Metallbahnen auf.
Außerdem tritt in einer dritten Gruppe 430 mit geringem Abstand zwischen den Metallbahnen in keinem Fall ein Kurzschluss zwischen den Metallbahnen auf.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt den Abstand zwischen den Metallbahnen so ein, dass ein Kurzschluss probabilistisch zwischen den Metallbahnen eintritt, wie in einer Gruppe 420, also ein Kurzschluss zwischen einigen Metallbahnen auftritt und ein Kurzschluss zwischen einigen Metallbahnen nicht auftritt.
Darüber hinaus kann, obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, durch Reduzierung der Ätzrate oder der Ätzzeit für die Metallbahnen probabilistisch bestimmt werden, ob ein Kurzschluss auftritt.
In der ersten Gruppe mit einer hohen Ätzrate oder einer langen Ätzzeit für die Metallbahnen tritt in allen Fällen ein Kurzschluss zwischen den Metallbahnen auf.
Darüber hinaus kommt es in der dritten Gruppe 430 mit einem kleinen Abstand zwischen den Metallbahnen und einer geringen Ätzrate und einer langen Ätzzeit in jedem Fall nicht zu einem Kurzschluss zwischen den leitfähigen Bahnen.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 stellt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Ätzrate und -zeit der Metallbahnen so ein, dass zwischen den Metallbahnen eine Kurzschluss-Wahrscheinlichkeit auftritt, wie in der zweiten Gruppe 420, so dass zwischen einigen Metallbahnen ein Kurzschluss auftritt und zwischen einigen Metallbahnen kein Kurzschluss auftritt.
In 4 sind die Kanten der Metallbahnen uneben und können als Folge der Einschränkung der Mustergenauigkeit durch Ätzen und Zufälligkeit verstanden werden.
5 ist ein konzeptionelles Diagramm, das die Anordnung der Einheitszellen 110 in der Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 zeigt.
Gezeigt werden M*N Einheitszellen 110 insgesamt (M-Einheitszellen breit um N Einheitszellen hoch, wobei M und N eine natürliche Zahl sind), angeordnet auf einem Halbleitersubstrat.
Die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugt M*N-Bit-Digitalwerte, je nachdem, ob jedes der M*N Durchkontaktierungen 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 (ein Digitalwert von 0) kurzschließt oder nicht (ein Digitalwert von 1).
Zusätzlich wird bei den erzeugten M*N-Bit-Digitalwerten die Einheitszelle 110 durch die Auswahleinheit 140 ausgewählt und ein Identifikationsschlüssel aus einer Kombination von Digitalwerten erzeugt, die für jede von der Auswahleinheit 140 ausgewählte Einheitszelle 110 erzeugt werden.
6 ist eine detaillierte Schaltungsausgestaltung der Digitalwerte-Erzeugungseinheit 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung prüft die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130, ob über den Auslesetransistor ein Kurzschluss zwischen der Versorgungsspannung VDD und der Masse auftritt.
Im Beispiel von 6 der Ausgestaltung als Pull-Down-Schaltung (obwohl in der Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt, ist es offensichtlich, dass sich die Beschreibung der Pull-Down-Schaltung zu einem Ausgestaltungsbeispiel als Pull-Down-Schaltung erweitern kann und ihre Beschreibung hier weggelassen wird), wenn die einzelnen Durchkontaktierungen 203 in der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 die leitfähigen Schichten 201, 202, kurzschließen, der Ausgangswert gleich 0 und ansonsten der Ausgangswert gleich 1 ist. Andererseits, wenn die einzelnen Durchkontaktierungen 203 in der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließen, kann der Ausgabewert gleich 1 und ansonsten der Ausgabewert gleich 0 sein. Durch diesen Prozess erzeugt die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 einen Digitalwert, und durch die Auswahl der Auswahleinheit 140 wird ein Identifikationsschlüssel erzeugt.
Natürlich wird in einer Ausführungsform mit einem Kurzschluss zwischen leitfähigen Bahnen auf die gleiche Weise ein Identifikationsschlüssel erzeugt.
Die Ausgestaltung der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 von 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nur eine Ausführungsform, und die vorliegende Offenbarung wird nicht als durch ein paar Ausführungsformen eingeschränkt interpretiert.
Dementsprechend können Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, wenn die Ausgestaltung prüfen kann, ob in der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 ein Kurzschluss zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 oder den Metallbahnen auftritt und einen Digitalwert erzeugt, und diese Ausgestaltung fällt in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung.
Währenddessen wird der von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugte Identifikationsschlüssel an eine Identifikationsschlüssel-Speichereinheit (nicht dargestellt) übertragen und dort gespeichert, und die Identifikationsschlüssel-Speichereinheit kann ein Register oder ein Flip-Flop (nicht dargestellt) sein, das/der den erzeugten Identifikationsschlüssel als Eingabe empfängt und ihn speichert.
Obwohl im Folgenden nicht ausdrücklich erwähnt, kann neben dem Register oder dem Flip-Flop, das/der den erzeugten Identifikationsschlüssel ausliest und speichert, auch jedes andere Äquivalent als die Speichereinheit für den Identifikationsschlüssel verstanden werden.
7 ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Prozess der Verarbeitung eines Digitalwertes durch die Digitalwert-Verarbeitungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wählt die Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 zwei der von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugten M*N-Bit-Digitalwerte aus und vergleicht sie.
Obwohl hier im konzeptionellen Sinne die Auswahl von zwei Bits aus den von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugten Digitalwerten unter Bezugnahme auf 7 beschrieben wird, ist dies nur eine exemplarische Ausführungsform, und die Identifikationsschlüssel-Ausleseeinheit 120 mit Register oder Flip-Flop kann zwei Bits aus den im Register oder im Flip-Flop gespeicherten Bits auswählen, was von Personen mit gewöhnlichen Kenntnissen der Technik ohne besondere Schwierigkeiten vorgenommen werden kann, so dass sie als in den Rahmen der vorliegenden Offenbarung fallend interpretiert werden sollte.
Im Beispiel von 7 werden zwei Bits aus den von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugten Bits ausgewählt.
Zusätzlich vergleicht die Digitalwert-Verarbeitungseinheit jeden Digitalwert, der aus einem ersten Bit 710 und einem zweiten Bit 720 erzeugt wird. Wenn der Digitalwert des ersten Bits 710 größer ist als der Digitalwert des zweiten Bits 720, wird zusätzlich ein Digitalwert, der das erste Bit 710 und das zweite Bit 720 repräsentiert, als gleich 1 bestimmt.
Umgekehrt, wenn der Digitalwert des ersten Bits 710 kleiner ist als der Digitalwert des zweiten Bits 720, wird ein Digitalwert, der das erste Bit 710 und das zweite Bit 720 repräsentiert, als gleich 0 bestimmt.
Wenn der Digitalwert des ersten Bits 720 größer ist als der Digitalwert des zweiten Bits 710, kann natürlich der repräsentative Digitalwert als gleich 1 bestimmt werden.
Wenn der Digitalwert des ersten Bits 710 gleich dem Digitalwert des zweiten Bits 720 ist, kann der repräsentativen Digitalwert als gleich 1 oder gleich 0 oder nicht bestimmt werden.
Auf diese Weise wird durch den Vergleich eines dritten Bits 730 und eines vierten Bits 740 ein repräsentativer Digitalwert erzeugt, ein Digitalwert wird von der Auswahleinheit 140 ausgewählt und schließlich wird ein Identifikationsschlüssel durch eine Kombination von Digitalwerten bestimmt.
Dieser Prozess kann als ein Prozess zur Verarbeitung von Identifikationsschlüsseln mit hoher Zufälligkeit eines Identifikationsschlüssels verstanden werden.
Da sich eine Wahrscheinlichkeit, bei dem ein Kurzschluss auftritt (ein Digitalwert von 0) und eine Wahrscheinlichkeit, bei dem kein Kurzschluss auftritt (ein Digitalwert von 1), in der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 voneinander unterscheiden, kann ein Ausgleich zwischen 0 und 1 nicht erreicht werden, und in einem solchen Fall in dem 1 und 0 für jedes Bit erzeugt werden (obwohl die Wahrscheinlichkeit nicht 50% beträgt), weil die beiden Bits gleich sind, eine Wahrscheinlichkeit, dass eines der beiden Bits einen größeren Digitalwert als das andere hat, 50% beträgt. Dementsprechend wird verstanden, dass durch den oben beschriebenen Prozess ein probabilistischer Ausgleich zwischen 0 und 1 erreicht wird.
Wenn der ursprünglich erzeugte Identifikationsschlüssel M*N-Bits ist, ist in 7 der Identifikationsschlüssel, der schließlich von der Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 bestimmt wird, (M*N/2)-Bits. Dies ist darauf zurückzuführen, dass ein neuer 1-Bit-Digitalwert mit einem 2-Bit-Digitalwert bestimmt wird.
Darüber hinaus ist der vorstehend beschriebene Gruppierungs- oder Identifikationsschlüssel-Verarbeitungsprozess der Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 nur eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, und der Identifikationsschlüssel-Verarbeitungsprozess zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zwischen einem Digitalwert von gleich 0 und einem Digitalwert von gleich 1 kann geändert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Der neue Identifikationsschlüssel, der von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugt und wie vorstehend beschrieben von der Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 bestimmt wird, ist ein Wert mit Zufälligkeit, ändert sich theoretisch nach der Erzeugung dauerhaft nicht und ist somit zuverlässig.
Daher ist es gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglich, auf einfache Weise und zu niedrigen Herstellungskosten einen zuverlässigen Identifikationsschlüssel unter Verwendung einer Zufallszahl mit der Eigenschaft zu erzeugen, dass sein Wert im Laufe der Zeit unveränderlich ist.
Zusätzlich wird der zufällige Identifikationsschlüssel im Halbleiterherstellungsprozess erzeugt, und der Identifikationsschlüssel ist nach seiner Erzeugung im Laufe der Zeit invariant, und damit keine Notwendigkeit zur externen Eingabe des Identifikationsschlüssels in einen separaten nichtflüchtigen Speicher, wie bei der herkömmlichen Methode, vorliegt. Dementsprechend entfällt die Übertragung des Identifikationsschlüssels zu/von einer externen Vorrichtung, und selbst wenn das Layout-Design des Halbleiterchips undicht ist, kann der Identifikationsschlüssel, der durch eine Differenz der physikalischen Eigenschaften im Herstellungsprozess erzeugt wird, nicht kopiert werden, so dass die Sicherheit sehr gut ist. Darüber hinaus ist die Herstellung eines nichtflüchtigen Speichers unnötig, was zu Einsparungen bei den Herstellungskosten führt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Identifikationsschlüssels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung repräsentiert.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Erzeugung des Identifikationsschlüssels beschrieben und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird in erster Linie im Folgenden beschrieben, und bezüglich der Vorrichtungseigenschaften wird auf die Beschreibung der Vorrichtung zur Erzeugung des Identifikationsschlüssels verwiesen.
Das Identifizierungsschlüssel-Erzeugungsverfahren beinhaltet: Auslesen, ob ein Kurzschluss in jeder der Vielzahl von Einheitszellen 110, die im Halbleiterherstellungsverfahren (S10) auf einer Schaltung vorgesehen sind, auftritt; Einstellen des vertikalen Abstands zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 und der Ätzmerkmale der Strukturierung im Halbleiterherstellungsverfahren (S20); Erzeugen eines Digitalwertes aus jeder der Einheitszellen 110 (z.B., Knoten), welche die Schaltung bilden, durch probabilistisches Bestimmen, ob ein Kurzschluss in den Einheitszellen 110 (S30) auftritt; Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen 110 (S40); und Erzeugen eines Identifikationsschlüssels aus einer Kombination von Digitalwerten der ausgewählten Einheitszellen 110 (S50).
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liest die Ausleseeinheit 120 aus, ob in jeder der Vielzahl von Einheitszellen 110 (S10) ein Kurzschluss auftritt. So liest beispielsweise die Ausleseeinheit 120 aus, ob ein Kurzschluss zwischen dem Paar leitfähiger Schichten 201, 202 des Halbleiters auftritt, und wie vorstehend beschrieben, liest die Ausleseeinheit 120 aus, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließt.
Durch den Schritt zum Einstellen des vertikalen Abstands zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 und der Ätzmerkmale der Strukturierung (S20) wird eine Wahrscheinlichkeit eingestellt, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201 kurzschließt oder öffnet.
Hier wird durch Einstellen der Ätzmerkmalen die Oberflächenrauheit der leitfähigen Schichten 201, 202 und die Bindungsrate zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 und der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 eingestellt.
In dem Schritt des Erzeugens eines Digitalwertes aus jeder Einheitszelle 110 durch probabilistisches Bestimmen, ob ein Kurzschluss in den die Schaltung (S30) bildenden Einheitszellen 110 auftritt, wird ein Digitalwert von gleich 0 oder gleich 1 erzeugt, je nachdem, ob ein Kurzschluss zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 auftritt. Ob ein Kurzschluss an den Knotenpunkten der Einheitszellen 110 auftritt, kann probabilistisch bestimmt werden.
Der Digitalwert-Erzeugungsschritt S30 kann einen Digitalwert-Verarbeitungsschritt (S33) beinhalten, und im Digitalwert-Verarbeitungsschritt (S33) werden von der Ausleseeinheit 120 ausgelesene N-Bit-Digitalwerte als Eingang empfangen und verarbeitet.
So werden beispielsweise im Digitalwert-Verarbeitungsschritt (S33) unter den eingegangenen N-Bit-Digitalwerten ein erstes Bit und ein zweites Bit verglichen, und wenn der Wert des ersten Bits größer als der Wert des zweiten Bits ist, wird ein Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 1 bestimmt, und wenn der Wert des ersten Bits kleiner als der Wert des zweiten Bits ist, wird ein Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 0 bestimmt.
Zusätzlich wird im Digitalwert-Verarbeitungsschritt (S33), wenn der Wert des ersten Bits gleich dem Wert des zweiten Bits ist, ein Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, abhängig von den Einstellungen als einer von 1 und 0 bestimmt oder nicht bestimmt.
Mindestens eine der Vielzahl von Einheitszellen 110 wird von der Auswahleinheit 140 (S40) ausgewählt, und aus einer Kombination der ausgewählten Digitalwerte (S50) wird ein Identifikationsschlüssel erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird durch Anpassung des vertikalen Abstands zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 und den Ätzmerkmalen der Strukturierung festgelegt, ob ein Kurzschluss in den im Halbleiterherstellungsprozess erzeugten Knotenpunkten zufällig auftritt und sich die Kurzschlussmerkmale zwischen den Knotenpunkten nicht physikalisch ändern, so dass sich der Identifikationsschlüssel nach seiner Erzeugung nicht ändert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 einen Digitalwert, je nachdem, ob die im Halbleiterherstellungsprozess gebildete Verbindung oder Durchkontaktierung zwischen den leitfähigen Schichten (Metallschichten) 201, 202 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließt, und aus einer Kombination von Digitalwerten durch die Auswahleinheit 140 einen Identifikationsschlüssel erzeugt, und die Einstellungen der Ätzmerkmale im Prozess der Herstellung der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformungen sind wie vorstehend in Bezug auf die 2A bis 4 beschrieben.
Darüber hinaus unterscheidet sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die für die Verbindung der beiden leitfähigen Schichten 201, 202 verwendete Durchkontaktierung 203 von der Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die für die Erzeugung von Identifikationsschlüsseln verwendete werden, und jedes kann nach separaten Designregeln vorgesehen werden.
Währenddessen erzeugt die Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung den Identifikationsschlüssel mit Zufälligkeit, indem sie den Abstand zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 und die Ätzmerkmale im Bildungsprozess der leitfähigen Bahnstrukturierung des Halbleiterherstellungsprozesses so einstellt, dass ein Kurzschluss zwischen einigen leitfähigen Bahnen auftritt und zwischen einigen leitfähigen Bahnen kein Kurzschluss auftritt. Diese Ausführungsform ist wie oben mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
Darüber hinaus unterscheidet sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Abstand zwischen den beiden leitfähigen Schichten 201, 202, der zur Isolierung zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202 verwendet wird, von dem Abstand zwischen den leitfähigen Schichten 201, 202, der zur Erzeugung von Identifikationsschlüsseln verwendet wird, und jeder kann nach separaten Designregeln bereitgestellt werden.
Die Speichereinheit für Identifikationsschlüssel speichert und bewahrt den digitalen Schlüssel oder den Identifikationsschlüssel, der gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen über das Register oder den Flip-Flop erzeugt wurde. Bei der Erzeugung und dem Auslesen des Identifikationsschlüssels kann mit dem Auslesetransistor festgestellt werden, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung 203 die leitfähigen Schichten 201, 202 kurzschließen oder ob die leitfähigen Bahnen kurzgeschlossen sind.
Zusätzlich verarbeitet die Digitalwert-Verarbeitungseinheit 150 den von der Digitalwert-Erzeugungseinheit 130 erzeugten Digitalwert, um die Zufälligkeit zu gewährleisten.
Schließlich wird der generierte Identifikationsschlüssel einem Benutzer über eine Ausgabeeinheit zur Verfügung gestellt.
In dem experimentellen Beispiel, das sich auf die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung und das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren bezieht, das sich auf die vorliegende Offenbarung bezieht, kann beispielsweise der Ätzdruck 26 mTorr betragen, das beim Ätzen verwendete Gas kann SF₆ sein, die Durchflussrate kann 130 SCCM betragen, die Quelle kann 600 W betragen, und die Vorspannung kann 20 W betragen. Insbesondere kann die Ätzzeit 5 s bis 7 s betragen und die Ätzrate 3,0 bis 3,5 µm/s betragen.
Darüber hinaus kann in einem weiteren Beispiel der Ätzdruck 20 mTorr, das beim Ätzen verwendete Gas SF₆, die Flussrate 130 SCCM, die Quelle 600 W und die Vorspannung 15 W betragen. Insbesondere kann die Ätzzeit 10 s bis 12 s und die Ätzrate 2,5 bis 3,1 µm/s betragen.
Als Ergebnis der 10.000-maligen Durchführung des Experiments durch die Ätzmerkmale tritt in den Einheitszellen mit einer Wahrscheinlichkeit von 45-55% ein Kurzschluss auf.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung 100 und das vorstehend beschriebene Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren sind nicht auf die Ausgestaltung und das Verfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und einige oder alle Ausführungsformen können selektiv kombiniert werden, um verschiedene Modifikationen vorzunehmen.
Den Fachleuten ist klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen besonderen Formen verkörpert werden kann, ohne vom Geist und den wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher sollte die vorstehende detaillierte Beschreibung als nicht in allen Aspekten einschränkend und als exemplarisch interpretiert werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung sollte durch die angemessene Auslegung der beigefügten Ansprüche bestimmt werden, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst alle Modifikationen im entsprechenden Umfang der vorliegenden Offenbarung.
Bezugszeichenliste

100:: Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung
110:: Einheitszellen
120:: Ausleseeinheit
130:: Digitalwert-Erzeugungseinheit
140:: Auswahleinheit
201, 202:: Leitfähige Schicht
203:: Verbindung oder Durchkontaktierung

Claims

Eine Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von Einheitszellen, die in einem Halbleiterherstellungsverfahren auf einer Schaltung vorgesehen sind; eine Ausleseeinheit zum Auslesen des Kurzschließens jeder der Einheitszellen; eine Digitalwert-Erzeugungseinheit zum Bestimmen der Wahrscheinlichkeit für das Kurzschließen jeder der Einheitszellen und zum Erzeugen eines Digitalwertes jeder der Einheitszellen auf der Grundlage des Auslesewertes von der Ausleseeinheit zum Kurzschließen; und eine Auswahleinheit zum Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen, wobei ein Identifikationsschlüssel aus einer Kombination von jeweiligen Digitalwerten, die aus den mittels der Auswahleinheit ausgewählten Einheitszellen erzeugt werden, erzeugt wird.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Einheitszellen das Folgende beinhaltet: ein Paar leitfähiger Schichten eines Halbleiters; und eine Verbindung oder Durchkontaktierung, die zwischen dem Paar leitfähiger Schichten angeordnet ist, um die leitfähigen Schichten kurzzuschließen oder zu öffnen.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ausleseeinheit ausliest, ob ein Kurzschluss in jeder der Einheitszellen auftritt, indem sie ausliest, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei Ätzmerkmale der Verbindung oder Durchkontaktierung so eingestellt sind, dass der Kurzschluss im Halbleiterherstellungsverfahren probabilistisch bestimmt wird.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ätzmerkmale mindestens eines von einem Ätztyp, einer Ätzrate und einer Ätzzeit beinhalten.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ätzrate 3,0 bis 3,5 µm/s und die Ätzzeit 5 s bis 7 s beträgt.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Digitalwert-Erzeugungseinheit Ätzmerkmale der Verbindung oder Durchkontaktierung derart einstellt, dass eine Differenz zwischen einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt, und einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung dabei scheitert, die leitfähigen Schichten kurzuzuschließen, innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegt.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Digitalwert-Erzeugungseinheit N Einheitskonfigurationen aufweist, die jeweils einen 1-Bit-Digitalwert unter Verwendung eines Paares von leitfähigen Schichten und einer Verbindung oder Durchkontaktierung, welche die leitfähigen Schichten verbindet, und einen N-Bit-Identifikationsschlüssel durch die N Einheitskonfigurationen erzeugt, wobei N eine natürliche Zahl ist.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Digitalwert-Verarbeitungseinheit zum Empfangen von N-Bit- Digitalwerten, die von der Ausleseeinheit ausgelesen werden, als Eingang und Verarbeiten der N-Bit-Digitalwerte, wobei die Digitalwert-Verarbeitungseinheit ein erstes Bit und ein zweites Bit unter den eingegangenen N-Bit-Digitalwerten vergleicht und, wenn ein Wert des ersten Bits größer als ein Wert des zweiten Bits ist, einen Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 1 bestimmt, und wenn der Wert des ersten Bits kleiner als der Wert des zweiten Bits ist, den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 0 bestimmt.
Die Identifikationsschlüssel-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Digitalwert-Verarbeitungseinheit den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als eines von gleich 1 und gleich 0 bestimmt, oder dabei scheitert den Digitalwert, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, zu bestimmen, wenn der Wert des ersten Bits gleich dem Wert des zweiten Bits ist.
Ein Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren, umfassend: Auslesen, ob ein Kurzschluss in jeder von einer Vielzahl von Einheitszellen, die in einem Halbleiterherstellungsverfahren auf einer Schaltung vorgesehen sind, auftritt; Einstellen eines vertikalen Abstands zwischen leitfähigen Schichten und Ätzmerkmalen der Strukturierung im Halbleiterherstellungsverfahren; Erzeugen eines Digitalwertes aus jeder Einheitszelle durch probabilistisches Bestimmen, ob ein Kurzschluss in den Einheitszellen, welche die Schaltung bilden, auftritt; Auswählen mindestens einer der Vielzahl von Einheitszellen; und Erzeugen eines Identifikationsschlüssels aus einer Kombination von Digitalwerten der ausgewählten Einheitszellen.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 11, wobei jede der Vielzahl von Einheitszellen das Folgende beinhaltet: ein Paar leitfähiger Schichten eines Halbleiters; und eine Verbindung oder Durchkontaktierung zwischen dem Paar leitfähiger Schichten, um die leitfähigen Schichten kurzzuschließen oder zu öffnen, und das Auslesen das Auslesen umfasst, ob die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurzschließt.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindung oder Durchkontaktierung durch Ätzmerkmale gebildet wird, so dass ein Kurzschluss zwischen den beiden leitfähigen Schichten probabilistisch bestimmt wird.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Ätzmerkmale mindestens eines von einem Ätztyp, einer Ätzrate und einer Ätzzeit beinhalten.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 14, wobei die Ätzrate 3,0 bis 3,5 µm/s und die Ätzzeit 5 s bis 7 s beträgt.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen des Digitalwertes das Einstellen von Ätzmerkmalen der Verbindung oder Durchkontaktierung derart, dass eine Differenz zwischen einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung die leitfähigen Schichten kurschließt, und einer Wahrscheinlichkeit, dass die Verbindung oder Durchkontaktierung dabei scheitert, die leitfähigen Schichten kurzzuschließen, innerhalb eines vorbestimmten Fehlerbereichs liegt, umfasst.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen des Digitalwertes das Erzeugen eines N-Bit-Identifikationsschlüssels durch N Einheitskonfigurationen umfasst, wobei jede der N Einheitskonfigurationen einen 1-Bit-Digitalwert unter Verwendung eines Paares von leitfähigen Schichten und einer Verbindung oder Durchkontaktierung, welche die leitfähigen Schichten verbindet, erzeugt, wobei N eine natürliche Zahl ist.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 17, wobei das Erzeugen des Digitalwertes das Verarbeiten des Digitalwertes zum Erhalten von N-Bit-Digitalwerten, die von der Ausleseeinheit als Eingang ausgelesen werden, und das Verarbeiten der N-Bit-Digitalwerte umfasst, und das Verarbeiten des Digitalwertes das Vergleichen eines ersten Bits und eines zweiten Bits unter den empfangenen N-Bit-Digitalwerten, und wenn ein Wert des ersten Bits größer als ein Wert des zweiten Bits ist, das Bestimmen eines Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 1, und wenn der Wert des ersten Bits kleiner als der Wert des zweiten Bits ist, das Bestimmen des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als gleich 0, umfasst.
Das Identifikationsschlüssel-Erzeugungsverfahren nach Anspruch 18, wobei das Verarbeiten des Digitalwertes das Bestimmen des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, als eines von gleich 1 und gleich 0, oder das Scheitern des Bestimmens des Digitalwertes, der das erste Bit und das zweite Bit repräsentiert, wenn der Wert des ersten Bits gleich dem Wert des zweiten Bits ist, umfasst.