具有隨機電氣特性的電氣部件的製作方法

2023-04-25 08:10:40 2

本公開涉及電氣部件領域。更具體地，本公開涉及用於提供隨機電氣特性的電氣部件。

背景技術：

在形成集成電路的結構時使用定向自組裝(DSA)技術是公知的。這些技術用於形成包括規則排列的平行線的掩膜。

技術實現要素：

本公開的至少一些示例實施例提供了一種電氣部件，該電氣部件的一部分具有與隨機圖案相對應的形狀，以給予所述電氣部件隨機的電氣特性。

本公開認識到，可以在定向自組裝中產生的隨機圖案實際上可能不造成製造過程的失敗，而是適合於生產具有隨機電氣特性的電氣部件。具體地，圖案在被形成時從統計上看在實例之間非常可能是獨特的。此外，圖案本身是可以控制電氣特性但在操作期間不會改變的參數。這與電氣部件的其它參數形成對比，其中，其他參數可以對電氣特性施加一定程度的隨機性，但是在操作期間會發生變化，例如諸如載流子移動性之類的參數，載流子移動性可能與溫度相關，使得在操作期間電氣特性不穩定。本技術能夠生產具有隨機電氣特性並在操作期間維持該隨機電氣特性的電氣部件。

本公開的至少一些另外的示例實施例提供了一種形成具有隨機電氣特性的電氣部件的方法，包括以下步驟：用定向自組裝形成電氣部件的至少一部分，以具有與隨機圖案相對應的形狀。

本公開的至少一些其它示例性實施例提供了一種電氣部件，包括至少一個引導結構；以及具有由至少一個引導結構控制的形狀的定向自組裝部分，其中，至少一個引導結構具有一個或多個隨機誘導特徵，一個或多個隨機性誘導特徵的大小大於引導結構的製造公差的大小。

附圖說明

現在將僅通過舉例的方式參照附圖描述示例性實施例，其中：

圖1示意性地示出了使用DSA形成自對準的平行聚合物軌道；

圖2示意性地示出了可以由DSA產生的示例隨機圖案；

圖3示意性地示出了具有隨機誘導特徵的不同形式的引導結構，以誘導在所有方向上具有無序行為的定向自組裝部分的形成；

圖4示意性地示出了具有隨機電阻的電阻器的形成；

圖5示意性地示出了隨機電容的橫截面；

圖6示意性地示出了隨機電阻的橫截面；

圖7示意性地示出了具有由隨機電阻控制的操作行為的物理不可克隆函數電路；

圖8示意性地示出了具有由隨機電容控制的振蕩頻率的N級環形振蕩器；

圖9示意性地示出了用於產生數字輸出的電路，其中數字輸出在電路的實例之間隨機地為0或1；

圖10示意性地示出了由相對電阻值控制的感測放大器；

圖11示意性地示出了由相對電容值控制的感測放大器；以及

圖12是示意性地示出具有隨機電氣特性的電氣部件的生產的流程圖，其中該隨機電氣特性取決於由定向自組裝聚合物產生的隨機圖案。

具體實施方式

附圖的圖1示意性地示出了使用DSA在兩個引導結構之間形成自對準平行聚合物軌道。期望產生緊密間隔的平行聚合物線的陣列，然後其可以用作圖案/掩膜以製造諸如finFET之類的電路。用於形成圖案的常見光學技術隨著幾何形狀變小而陷入困境，因此通過使用DSA技術形成這種自對準平行聚合物軌道是有吸引力的選擇。

圖1所示的技術的一個難點是引導結構中的缺陷(例如未對準、粗糙/不均勻的邊緣等)可能阻止所期望的自對準平行聚合物軌道的形成，並且反而可能產生諸如附圖的圖2中示出的那些隨機圖案。通常認為諸如圖2所示的隨機圖案表示製造過程的失敗，並且在進一步處理之前對這種掩膜進行光學識別並將其丟棄。

應理解的是，使用本技術的電氣部件可以具有各種不同的形式。一個示例形式是電阻器，並且在這種情況下，隨機電氣特性是電阻器的電阻。電氣部件的另一種可能是電容器，而在這種情況下，隨機電氣特性是電容器的電容。將進一步理解的是，可以形成具有根據隨機圖案變化的電阻和電容兩者的電氣部件。

在電阻器的情況下，用與隨機圖案相對應的形狀(和具有通過定向自組裝確定的特性的形狀)形成的部分可以包括電觸點之間的導體層。該導體層可以包括具有隨機圖案並由導電性較差的材料的軌道分隔的導電材料的軌道(例如，由絕緣體隔開的金屬軌道)。定向自組裝的圖案可以用作確定將按其形成金屬(或絕緣體)軌道的形狀的掩膜。具有隨機圖案的軌道(例如，在電阻的情況下)可以形成到電阻、電阻體本身或兩者的觸點，以產生隨機電阻值。

在電氣部件是電容器的情況下，具有與隨機圖案相對應的形狀的部分可以包括電容器電極之間的絕緣體層。在這種情況下，絕緣體層可以包括具有第一介電常數、隨機圖案、並由具有小於第一介電常數的第二介電常數的材料的軌道分隔的材料的軌道。具有不同介電常數的材料之間以及它們相對於電容器電極的布置之間的平衡將決定電容器的電容，並且給予該電容由通過定向自組裝形成的圖案決定的隨機值。與電阻示例一樣，附加地或可選地，還可以用隨機圖案形成電極以產生隨機電容值。

應理解的是，形成的隨機圖案具有明顯不同於自對準平行聚合物軌道的特性，其中自對準平行聚合物軌道是DSA技術的常規目標。與這種自對準平行聚合物軌道相反，本公開所利用的隨機圖案是具有主平面的2維圖案，並且2維圖案具有在主平面內的所有方向上測量到的基本無序行為。可以看出，自對準平行聚合物軌道具有在垂直於軌道的方向上測量到的基本恆定周期性的高度有序行為，並且沒有在平行於軌道(即沒有軌道交叉)的方向上測量到周期性(無限周期)。相反，從圖2可以看出，當在所有方向上進行測量時，由DSA的一些結果生成的隨機圖案具有無序行為(例如在所有方向上測量到的周期性)。當圖案邊緣處的邊界約束影響被去除時，隨機圖案的屬性是它們可以具有在任意方向上測量到的均勻的周期性。

應理解的是，生產電氣部件時的常規設計目標是它們應當在那些電氣部件的不同實例之間具有適當限定的恆定電氣特性。這是能夠可靠地生產複雜電路所期望的。然而，本公開認識到電氣部件的電氣特性中的真實且穩定的隨機性在某些電路中可以有顯著的益處。這樣的電路可以通過隨機電氣特性生成操作特性控制，並且因此產生可能難以實現的真隨機(在實例之間)且仍然穩定的操作特性。這種使用的一個特定示例是提供物理不可克隆函數電路(其在諸如密碼學之類的應用中可能是有益的)。

應理解的是，用於引導(安排/控制)定向自組裝的引導結構可以具有各種不同的形式。在常見的DSA技術中，控制這種引導結構的製造公差以便以產生所期望的對準平行聚合物軌道的方式形成引導結構。根據其中隨機圖案是期望結果的本公開，引導結構可以形成為包括一個或多個隨機誘導特徵。這些隨機引入特徵可以做得很大(例如，其大小大於常規製造公差的大小)，以確保在定向自組裝部分內誘導隨機圖案。

附圖的圖3示意性地示出了引導結構2的各種示例形式，其可以形成為產生在具有隨機圖案(例如，在所有方向上的無序行為)的引導結構2之間的定向自組裝部分。這些示例性引導結構具有與圖1所示的均勻平行引導結構明顯不同的形狀。圖3的引導結構2的隨機誘導特徵與DSA聚合物層的物理特性相結合，用於確保隨機圖案的形成。該隨機圖案可以具有如圖2所示的形式，其中聚合物形成之間具有間隙的軌道。隨機圖案中的這些軌道可以用作掩膜(或用於形成掩膜)，以用在後續處理步驟(例如，蝕刻或沉積)中。隨機圖形讓人聯想到指紋，並且統計上很可能因實例的不同而不同。

軌道內分支和合併的程度、軌道的長度、軌道寬度與軌道間隔的相對關係以及隨機圖案的其它特性可以根據DSA聚合物的屬性(例如聚合物長度、聚合度、聚合物材料的物理特性)以及引導結構的特性而變化。通過改變在形成自組裝部分時使用的這些參數，可以給予定向自組裝部分一種圖案，該圖案可以導致隨後形成的具有期望分布(例如，期望的平均值和分布寬度/形狀)的電氣部件的隨機電氣特性。

圖4示意性地示出了具有隨機電阻的電阻器的形成。基板4具有在其上形成的引導結構6。然後將定向自組裝聚合物層引入到引導結構6之間並用於形成隨機圖案8。一旦形成，該隨機圖案是穩定的。隨機圖案形式示出了所製造的隨機電阻器的不同實例之間的隨機變化。用於形成這種定向自組裝聚合物層的技術對於本技術領域的技術人員是熟悉的。

然後由定向自組裝聚合物形成的隨機圖案被用於蝕刻和/或沉積更多的層，以便形成由絕緣體(其可以是各種非導電材料(包括空氣)中的一種或多種)分隔的金屬軌道的導體層10。然後形成電觸點12，以使導體層與隨機圖案接觸，以便產生具有隨機電阻的電阻器。

圖5示意性地示出了根據本公開形成為具有隨機電容的電容器的橫截面。電容器包括設置在電容器電極16之間的絕緣體層14。絕緣體層14由具有高介電常數的材料的軌道18和具有低介電常數的材料的軌道20形成。這兩種不同形式的材料的平衡和形狀及其相對於電容器電極16的位置控制所形成的電容器的電容值。該電容具有取決於定向自組裝所生成的圖案的隨機值。可選地或附加地，還可以用隨機圖案形成電容器電極16，以產生隨機電容值。

圖6示意性地示出了具有隨機電阻的電阻器的橫截面。電阻器由金屬軌道22形成，其中金屬軌道22由絕緣材料24的軌道分隔開。電觸點26為電阻器提供端子。電觸點26之間的絕緣材料24和金屬材料22的形狀、布置和相對量決定了觸點26之間的電阻值。因此，隨機圖案產生隨機電阻值。

圖7示意性地示出了可以利用具有隨機電氣特性的電氣部件的配設的電路的示例。在該示例中，電路包括物理不可克隆函數電路28，其接收挑戰輸入並根據挑戰輸入生成響應輸出。針對給定挑戰輸入的響應輸出的形式由控制響應生成電路32的操作行為的對應隨機電阻30的值控制。隨機電阻30將具有在物理不可克隆函數電路28的不同實例之間準唯一的值，並且因此提供挑戰輸入和響應輸出之間的映射，其中該映射也以在諸如密碼學的領域中有用的方式準唯一。應理解的是，物理不可克隆函數電路28可以具有各種各樣的不同形式。可能的是，可以由具有隨機電容的電容器而非具有隨機電阻的電阻器來控制物理不可克隆函數電路28的操作。也可以由具有隨機電氣特性的電阻器和電容器的組合來控制物理不可克隆函數電路28。

圖8是具有由電氣部件(在此種情況下是電容器)的電氣特性控制的操作特性的另一電路的示例。示例電路是由奇數個反相級組成的環形振蕩器34，其具有從最後的反相級到第一反相級的反饋。具有隨機電容值的電容器36設置在每個反相級的輸出處，並且用於使得由環形振蕩器中的每個反相級引入隨機延遲。因此，環形振蕩器的振蕩頻率由電容器36的電容控制，電容器36本身由在其形成中使用的隨機圖案控制。隨機圖案在製造之後不再改變，因此環形振蕩器34的振蕩頻率的隨機變化將隨著操作參數(例如溫度、工作電壓、溼度等)的變化顯現出良好的穩定性。

圖9示意性地示出了利用具有隨機電氣特性的電氣部件的另一示例電路。在這種情況下，電路以在電路的實例之間隨機的方式生成「0」或「1」值，但該值對於電路的給定實例而言是恆定的。電路通過建立用於傳播接收脈衝38的競爭條件來運行，其中接收脈衝38通過兩個反相器40和相應的RC電路被傳遞到放大器42。兩個RC電路的時間常量由利用如前所述的隨機圖案形成的電氣部件的隨機電阻和電容值控制。根據不同路徑的兩個時間常量的相對值，其中一個路徑將比另一路徑快。兩個路徑中的較快路徑的輸出首先到達放大器42，並且因此將來自該放大器的輸出驅動為高或低，然後該輸出被存儲在鎖存器44內。

圖10示意性地示出了具有由電氣部件的隨機電氣特性控制的操作特性的電路的另一示例。在這種情況下，電路包括由兩個電阻48的相對值控制的感測放大器46。可以使用如前所述的隨機圖案形成這些電阻。根據電阻48中哪個電阻具有較高或較低的阻值，來自感測放大器的輸出對於感測放大器電路46的給定實例而言將一致地為高或低。如本領域的技術人員所理解的，感測放大器非常適合以快速和可靠的方式拾取和放大電參數之間的細微差異。因此，可以可靠地感測電阻48的電阻值中相對小的差異，並且將其用於針對感測放大器46的給定實例而言將感測放大器的輸出控制為恆定值。

圖11示意性地示出了具有由隨機電氣特性控制的操作特性的電路的另一示例。在這種情況下，具有隨機電氣特性的電氣部件是設置在感測放大器的每一側的電容器52。當利用感測放大器的使能信號SA_EN被使能時，電容器52的相對電容值決定感測放大器將產生高輸出還是低輸出。

由於圖10的電阻器48的電阻和圖11的電容器52的電容主要由在製造期間使用並且在製造之後不變的隨機圖案控制，所以電阻48的電阻值間和電容器52的電容之間的差異將相對穩定。因此，可依賴圖10和11的電路繼續由電阻48的相對值或電容52的相對值沿相同方向引導，而不管例如溫度、工作電壓、溼度或其他參數的變化。

圖12是示意性地示出電氣部件的形成的流程圖。在步驟54處，在包括隨機誘導特徵(例如，彎曲部分、非均勻間隔、Z字形或如圖3所示的其它特徵)的基板上形成引導結構。在步驟56處，將定向自組裝聚合物應用於引導結構之間並形成隨機圖案，如圖2所示。在步驟58處，在步驟56處形成的隨機圖案用於控制進一步的製造步驟(例如，蝕刻/沉積)，以形成具有隨機電氣特性的電氣部件。

雖然本文已參照附圖詳細描述了本發明的說明性實施例，但是應理解的是，本發明不限於這些精確的實施例，並且本領域技術人員可以對其進行各種改變、添加和修改，而不背離由所附權利要求限定的本發明的範圍和精神。例如，可以將獨立權利要求的特徵與從屬權利要求的特徵進行各種組合，而不背離本發明的範圍。