CN108731718A - 保护mems单元免受红外线检查的方法和mems单元 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于保护MEMS单元、尤其是MEMS传感器免遭红外线检查的方法，其中对于所述MEMS单元的表面的至少一个第一区域进行表面结构化，其中所述第一区域将多于50%的、尤其是多于90%的入射到所述区域上的红外线光吸收、反射或漫散射。

Description

保护MEMS单元免受红外线检查的方法和MEMS单元
技术领域
本发明涉及一种用于保护MEMS单元、尤其是MEMS传感器免受红外线检查的方法以及对此的MEMS单元和MEMS传感器。
背景技术
在过去这些年中，微系统（英语：microelectromechanical system（微机电系统），MEMS）的重要性已经强烈增加。MEMS传感器、诸如基于MEMS的惯性传感器在无数电子设备和系统中被使用。
机密的、不能读出或复制的密钥的应用是针对网络化世界中的数据安全的基础。这些密钥例如被用于加密数据传输或也被用于对网络参与者进行鉴权。在首先纯软件密钥已在非易失性存储器中、必要时在特别受保护的存储区域中被使用并且还在被使用之后，该趋势明确地走向基于硬件的密钥的方向。当前最普遍的方法是所谓的SRAM-PUF（Physical Unclonable Function（物理不可克隆函数）），其中在晶体管中的制造公差导致在施加工作电压之后存储单元的随机的然而能够重复的接通状态。然而，如果用显著的耗费，则SRAM-PUF也已经不仅被读出而且也被复制。
申请 US2015200775A描述对基于硬件的密钥的MEMS传感器的使用。对此，这些传感器的制造引起的、最不同的、独特的机电特性，诸如谐振频率（模式（Moden））、电容、内部辅助信号由评估电路来检测并且被组成密钥。侵入式方法（invasive Methode），也即对传感器的打开，通常导致密钥的毁坏，因为例如在传感器内部的压力条件和传感器中的机械应力改变。
利用当前流行的、现代的红外线测量方法、例如IR振动法（IR-Vibrometrie）或IR干涉法（IR-Interferometrie），存在如下危险：密钥的部分可以通过对于IR光而言透明的硅而以非侵入方式被读出，由此明显减小密钥的安全性。
发明内容
建议如下方法，利用这些方法，保护MEMS单元、尤其是MEMS传感器免遭红外线光谱检查，其方式是使这些检查被防止或至少变得困难。对此，MEMS单元或MEMS传感器的表面的至少一个区域被这样结构化，使得该经结构化的区域由于其光学特性而将入射到该区域上或在区域上所入射的红外线光的至少50%、尤其是至少90%吸收、反射或漫散射（diffusstreuen）。由此，借助红外线检查来对内部物理特性进行的非侵入式检查被防止或变得困难，并且尤其是保证或改善由这些特性所推导的机密或密钥的安全性。
在此情况下，主要出发点是：使得该系统对于IR光而言是不透明的，或者以如下程度来使透射（Transmission）和/或光学清晰度（optische Schärfe）这样地最小化，使得对于测定所需的结构信息的读出或评估不再是可能的或者并不容易地是可能的。
如果经结构化的区域具有这样的结构特性（例如结构化的深度和面积）和光学特性（例如由于结构化所改变的材料特性），使得从每个入射角入射到所述经结构化的区域上的至少50%、尤其是至少90%的红外线光被所述经结构化的区域吸收、反射或漫散射，则该保护是特别高的。
为了此外特别好地保护该单元或该传感器，在一种优选的构型方案中，在该单元或传感器中的经结构化的区域这样来布置，使得来自每个方向的光在MEMS单元或MEMS传感器的表面和洞（Kaverne）之间经过（passieren）所述至少一个区域。
优选地，对于结构化而言适用蚀刻方法，例如特别是KOH蚀刻方法，以便实现所期望的光学特性，尤其是，当MEMS单元或MEMS传感器（尽量地）由硅组成时。但是，可替代地，也可以使用其他已知的方法用于表面结构化。
该表面结构化在此导致表面的经提高的粗糙度并且因此减少透射红外线光（Transmission infraroten Lichts）。也可以将栅格结构施加到表面上，或者引入到表面中，其通过反射和散射特性同样地减少透射红外线光。表面结构可以尤其是也作为回射器（Retroreflektor）或作为三面镜（Tripelspiegel）起作用并且因此由于非常高的反射比例而减少透射红外线光。
这样受保护的MEMS单元尤其是如下传感器，该传感器具有载体结构、传感器帽（Sensorkappe）、由载体结构和传感器帽所限制的、真空的洞和被施加在载体结构上的、原本的、功能性的传感器结构。
在特别优选的构型方案中，表面区域在MEMS单元或MEMS传感器被制成之前、尤其是在MEMS单元或MEMS传感器的部分被接合之前被结构化，其中该经结构化的区域不能从外部进入（zugänglich），因为例如MEMS单元或MEMS传感器的邻接到MEMS单元或MEMS传感器的洞处的、内部的表面被结构化。由此，经结构化的区域不应在没有到该单元或该传感器中的侵入式干预的情况下和在没有大耗费的情况下被去除。
在可替代的、优选的构型方案中，表面区域在制造MEMS单元或MEMS传感器之后被掺杂并且因此包括MEMS单元或MEMS传感器的外部表面的部分。虽然，在此针对去除经结构化的区域的保护常常被降低。但是，在此去除也是耗费的并且可能导致对该单元或传感器的损害。此外，该表面结构化应在这些构型方案中更简单地被实现。
附图说明
接下来，参照所附附图并且根据实施例来对本发明进一步予以描述。
在此，图1示意性地示出示例性的MEMS传感器。
具体实施方式
在借助激光IR振动法（Laser-IR-Vibrometrie）来在MEMS传感器上进行的测量中，已经测定典型地约50%范围内的红外线频率的透射值。利用这样的测量，可以确定在传感器结构中的频率并且因此作出对MEMS传感器的、PUF所基于的物理特性的推论，并且因此作出对PUF的推论。本发明涉及确保MEMS传感器免遭借助红外线光谱法（Infrarot-Spektroskopie）进行的检查。除了MEMS传感器以外，也可以使用MEMS单元，其原本的功能性MEMS结构这样鉴于PUF功能性方面被优化，使得该MEMS单元不再可以实施（显著的（signifikant））传感器功能，而是优先用作PUF载体。应该保护这样的MEMS单元免遭红外线检查。
图1示出MEMS传感器1。该MEMS传感器1具有载体晶片11，其与其他层14的界限通过分割线12来阐明。MEMS传感器1具有其他层14，所述其他层与载体晶片11围成腔（Kavität）或洞15。这些层14可以经由接合方法与层11连接。层14也被表示为所谓的传感器帽。在腔或洞15中优选地产生真空。MEMS传感器1的原本的、功能性的传感器结构13处在该洞15中并且处在该载体晶片11上。
层11和层14以及传感器结构13通常由硅组成。在图1中的MEMS传感器现在具有表面区域16、17，该MEMS传感器为了这些表面区域而已经被进行了以表面结构化形式的加工。在图1中，经结构化的区域16沿着层11和14的内部表面延伸，也即延伸到对于腔或洞15的表面。经结构化的区域17沿着层11和14的外部表面延伸。表面区域16和17通过其表面结构而防止利用红外线光谱方法来对MEMS传感器的检查或者使其困难，因为其对于红外线频率而言（尽可能地）是不透明的并且因此使得对于光谱检查足够的透射值不被实现。经结构化的区域16和17的结构化的深度、面积和型式在此这样被选择，使得入射到所述区域上的IR光的至少50%、尤其是至少90%被吸收、反射或漫散射。
通过在MEMS传感器1的内部的位置（Lage），使得通过对于PUF的攻击者来进行的对经结构化的区域16的去除几乎是不可能的，因为这可能会严重地损坏该传感器1以及毁坏腔或洞15的真空。到传感器结构中的这样的干预也可能带来如下后果：使（例如由成型工艺）压印（einprägen）的机械应力状态或者压力情况改变并且由此使PUF所基于的物理特性或传感器特性的精确表现轻微改变。。因此，强烈提高操纵安全性。经结构化的区域如所描述的那样处于MEMS传感器1的外部表面上。在此，针对去除表面结构的保护不再像是如对于区域16而言的那样地高。但是，该区域17的打磨也仍然是耗费的并且可能损坏MEMS传感器1，使得对MEMS传感器的PUF的攻击至少很大程度地变得困难。

Claims (12)

1.一种用于保护MEMS单元（1）、尤其是MEMS传感器免遭红外线检查的方法，其中对于所述MEMS单元（1）的表面的至少一个第一区域（16、17）进行表面结构化，其中所述第一区域将多于50%的、尤其是多于90%的入射到所述区域上的红外线光吸收、反射或漫散射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面结构化（17）在制成所述MEMS单元（1）之前、尤其是在接合所述MEMS单元（1）的部分之前进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一区域（17）是所述MEMS单元（1）的内部表面并且邻接到所述MEMS单元（1）的洞（15）处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述第一区域（16），所述表面结构化在制造所述MEMS单元（1）之后来进行，并且所述第一区域（16）包括所述MEMS单元（1）的外部表面的至少部分。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，从每个入射角入射到所述第一区域上的至少50%、尤其是至少90%的红外线光被所述第一区域吸收、反射或漫散射。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述表面结构化通过蚀刻、尤其是通过KOH蚀刻来进行。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述表面结构化提高所述第一区域（16、17）的粗糙度。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一区域的所述表面结构化包括栅格结构。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一区域（16、17）通过所述表面结构化作为回射器或作为三面镜起作用。
10.MEMS单元（1），所述MEMS单元具有表面的第一区域（16、17），所述第一区域具有表面结构化，其中所述第一区域将多于50%的、尤其是多于90%的所入射的红外线光吸收、反射或漫散射。
11.根据权利要求10所述的MEMS单元（1），其中所述MEMS单元具有载体结构（11）、传感器结构（13）、洞（15）和传感器帽（14）。
12.根据权利要求11所述的MEMS单元（1），其特征在于，所述第一区域（16.17）被这样布置，使得来自每个方向的光在所述MEMS单元（1）的表面和所述洞（15）之间经过所述至少一个区域（16）。
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