-
Die Erfindung bezieht sich auf das
Gebiet der Schutzvorrichtungen für
integrierte Halbleiterschaltungen, die sicherheitsrelevante Informationen
enthalten oder aus anderen Gründen
vor einem Zugriff von außen
geschützt
werden sollen. Dabei betrifft die Erfindung im speziellen einen
Analysierschutz für
einen Halbleiterchip, welcher eine elektrisch isolierende Abdeckung
aufweist.
-
Bei integrierten Halbleiterschaltungen
kann aus verschiedenen Gründen
ein Bedürfnis
bestehen, diese vor einem Zugriff von außen zu schützen und eine Analyse von ihrem
Aufbau oder von in ihnen gespeicherten Informationen unmöglich zu
machen oder zumindest erheblich zu erschweren. Zum einen sind bekanntlich
die Entwicklungskosten eines integrierten Schaltkreises, nachfolgend
Halbleiterchip genannt, sehr hoch, während die Herstellungskosten vergleichsweise
gering ausfallen können,
so daß sie der
Gefahr ausgesetzt sind, unerlaubt analysiert und kopiert zu werden.
Zum anderen können
in dem Schaltkreis sicherheitsrelevante Informationen abgespeichert
sein, die vor einem unautorisierten Auslesen geschützt werden
sollen.
-
Eine bekannte Schutzvorrichtung besteht darin,
eine elektrisch isolierende Abdeckung zumeist in Form einer Kunststoffvergußmasse mechanisch fest
mit dem Chip zu verbinden. Mit entsprechend großem Aufwand ist es jedoch möglich, die
Abdeckung so zu entfernen und die Oberfläche frei zugänglich zu
machen, daß Funktion
und Aufbau des Halbleiterchips nachvollzogen werden können. Daher
wurde in der
DE 196
39 033 C1 ein Analysierschutz für einen Halbleiterchip mit
einer Abdeckung beschrieben, welcher einen resonanzfähigen Schwingkreis
aufweist, dessen Elemente sich an der Chipoberfläche und innerhalb der Abdeckung
befinden. Eine damit verbundene Auswer teschaltung setzt den Halbleiterchip
außer
Funktion, wenn der Schwingkreis aus der Resonanz gebracht wird.
Diese Verstimmung des Schwingkreises tritt ein, wenn die als Dielektrikum
des Kondensators wirkende Abdeckung entfernt wird. Demnach ist es
nicht möglich, den
Halbleiterchip zum Kopieren oder Analysieren mit abgenommener Abdeckung
in Betrieb zu nehmen.
-
Dieser Analysierschutz weist jedoch
den Nachteil auf, daß er
nur dann wirksam wird, wenn die Abdeckung auf der betreffenden Oberfläche vollständig entfernt
wird. Ein unter Umständen
nur teilweises Entfernen der Abdeckung könnte daher durch diesen Analysierschutz
unbemerkt bleiben. Dieser Analysierschutz bietet. daher keinen ausreichenden Schutz
des Halbleiterchips vor mikroinvasiven Eingriffen von außen.
-
Eine weitere Sicherung gegen das
Analysieren eines Halbleiterchips ist aus der
EP 03 78 306 A2 bekannt,
wobei das Zerstören
einer leitfähigen Schicht
bei der versuchten Analyse zur Datenlöschung führt. Auch bei dieser Sicherungseinrichtung wird
hingegen die Datenlöschung
nur dann durchgeführt,
wenn die leitfähige
Schicht vollständig
zerstört wird,
so daß Schutz
gegen mikroinvasive Eingriffe auch hier nicht möglich ist.
-
Aus WO 97/36326 A1 ist eine Schutzvorrichtung
für einen
Halbleiterchip gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bekannt. Wird die Schutzvorrichtung relativ zum integrierten
Schaltkreis verschoben, so wird über
Kondensatoren, die durch Zusammenwirken aus Metallschichten, die
in einer Oxidschicht eingebettet sind und aus einer Passivierungsschicht und
aus der Schutzvorrichtung gebildet werden, eine Kapazitätsänderung
festgestellt, woraufhin Verbindungen im integrierten Schaltkreis
getrennt werden oder ausführbare
Funktionen gelöscht
werden, so dass eine Rekonstruktion der Funktionsweise des integrierten
Schaltkreises nicht mehr möglich
ist. Das Funktionsprinzip basiert dabei auf einem Vergleich der
jeweils aktuellen Kapazitäten
der beiden Kondensatoren. Abhängig
davon wird die Funktion des integ rierten Schaltkreises unterbrochen
oder aufrechterhalten. Nachteilig ist es dabei, dass durch lediglich partielles
Entfernen der Schutzvorrichtung in dem Bereich in denen die Kondensatoren
nicht ausgebildet sind, auch keine Kapazitätsänderung einhergeht und somit
die Funktionsweise des integrierten Schaltkreises nicht beeinträchtigt wird,
wodurch ein unerwünschtes
Analysieren möglich
ist.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Schutzvorrichtung für einen Halbleiterchip, insbesondere
Sicherheitschip anzugeben, welche eine elektrisch isolierende Abdeckung
aufweist, deren Schutzwirkung auch gegen mikroinvasive Eingriffe,
insbesondere gegen nur partielles Entfernen der elektrisch isolierenden
Abdeckung des Halbleiterchips besteht.
-
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Die Erfindung beruht im wesentlichen
auf dem Gedanken, auf der Oberfläche
des Halbleiterchips, welcher eine zu schützende Logikschaltung aufweist,
identisch geformte Elektroden in Form einer Matrix lateral nebeneinander
anzuordnen Die Elektroden sind räumlich
voneinander getrennt und in Form einer regelmäßigen Anordnung auf der Chipoberfläche geformt.
Die durch sie gebildeten Kondensatoren sind mit einer Auswerteschaltung
verbunden, welche eine Funktion auslöst, wenn sich durch mindestens
teilweises Entfernen der Abdeckung die Kapazität von einem oder mehreren der
Kondensatoren ändert.
-
Der Begriff Kondensator soll dabei
in einer umfassenden Bedeutung verwendet werden, die auch eine isoliert
angeordnete Elektrode umfaßt,
auf die eine Ladungsmenge aufgebracht werden soll. Die erfindungsgemäß regelmäßig angeordneten
Elektroden können
für sich
genommen als isolierte Leiter aufgefaßt werden, über denen sich eine Abdeckung befindet.
Wird die dielektrische Abdeckung entfernt, so sind die Elektroden
direkt der Umgebung ausgesetzt, wodurch sich ihre Kapazität ändert. Es
kommt jedoch hinzu, daß einander
benachbarte Elektroden Kondensatoren bilden, zwischen denen die
Abdeckung als Dielektrikum angeordnet ist. Wird die Abdeckung entfernt,
so vermindert sich die Kapazität um
den selben Faktor, um den sich die Dielektrizitätskonstante vermindert.
-
Die Auswerteschaltung kann so konfiguriert werden,
daß sie
bereits auf eine Kapazitätsänderung von
nur einem Kondensator oder einiger nebeneinander liegender Kondensatoren
anspricht und eine Funktion auslöst.
Diese Funktion kann verschiedener Art sein. Es kann veranlaßt werden,
daß bestimmte sicherheitsrelevante
Informationen oder Daten auf dem Chip gelöscht werden. Es können auch
bestimmte Leiterbahnen oder -stränge
durchtrennt werden, wodurch es einem Angreifer praktisch unmöglich wird,
den Chip zu gebrauchen, zu analysieren oder auszulesen. Weiterhin
kann die Funktion darin bestehen, einen Alarm auszulösen.
-
In einer besonderen Ausführungsform
wird der aus der Mehrzahl von Elektroden gebildete kapazitive Sensor
durch einen Fingerabdrucksensor gebildet. Hierfür kann ein an sich im Stand
der Technik bekannter Fingerabdrucksensor verwendet werden, wie
er beispielsweise in der
EP
0 902 387 A2 bekannt ist, die hiermit in den Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. In deren
1 ist eine matrixförmige Anordnung
von Elektroden dargestellt, die unterhalb einer dünnen dielektrischen Oberflächenschicht
des Fingerabdrucksensors angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform
wären somit die
Elektroden nicht direkt auf der Oberfläche des zu schützenden
Halbleiterchips angeordnet.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine perspektivische Teilschnitt-Ansicht
eines Halbleiterchips in einem Gehäuse.
-
Ein Halbleiterchip 1 befindet
sich etwa zentrisch in einem quaderförmigen Gehäuse 2 aus elektrisch
isolierender Kunststoffmasse, welches mit seinem oberen Bereich
eine Abdeckschicht für
die Oberseite des Halbleiterchips 1 bildet. Über der
Chipoberfläche 3 liegt
demnach eine Abdeckung 4 aus dielektrischem Material. Der
Halbleiterchip 1 enthält eine
schematisch angedeutete integrierte Schaltung 10, deren
Aufbau und/oder Dateninhalt vor einem Zugriff vor außen geschützt werden
soll. Die integrierte Schaltung 10 kann beispielsweise
einen Speicher enthalten, in dem ein privater Schlüssel für die elektronische
Verschlüsselung
von Nachrichten gespeichert ist.
-
Auf der Chipoberfläche 3 sind
Kondensatorelektroden 5 in einer matrixförmigen Anordnung
aufgebracht. Wie anhand der rechten oberen Kondensatorelektrode 5 beispielhaft
angedeutet ist, werden durch die Kondensatorelektroden 5 sowohl
Kapazitäten
zur Umgebung außerhalb
der Abdeckung 4 als auch zu jeweils benachbarten Kondensatorelektroden 5 gebildet.
Beide Kapazitäten
werden geändert, wenn
die Abdeckung 4 entfernt wird. Da die Kapazität zwischen
benachbarten Kondensatoren 5 maßgeblich sein dürfte, verringert
sich durch das Entfernen der Abdeckung 4 die Kapazität, da das
Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten entfernt wird und somit
die Dielektrizitätskonstante
von dem Wert der Kunststoffmasse auf etwa den Wert 1 abnimmt. Als Meßgröße für die verminderte
Kapazität
kann letztlich eine Ladungsmenge verwendet werden, die bei einer
gegebenen Spannung auf die Kondensatorelektroden 5 gebracht
werden kann. Wenn diese Ladungsmenge einen vorgegebenen Wert unterschreitet,
so wird dies durch eine Auswerteschaltung (nicht dargestellt) festgestellt
und durch die Auswerteschaltung eine Funktion ausgelöst.
-
Die Darstellung in der Zeichnung,
insbesondere die relative Anordnung von Elektroden 5 und
integrierter Schaltung 10 ist lediglich schematischer Natur.
Tatsächlich
ist von Bedeutung, daß die
mit den durch die Elektroden 5 gebildeten Kondensatoren verbundene
Auswerteschaltung auch dort angeordnet ist, wo sich die zu schützende Logikschaltung
befindet. Die Auswerteschaltung und die Kondensator-Schutzvorrichtung
sollten im wesentlichen unmittelbar oberhalb der zu schützenden
Schaltung liegen.
-
Es kann auch eine Kapazitätsdetektion
vorgesehen sein, wie sie bei Fingerabdrucksensoren eingesetzt wird.
Diesbezüglich
wird die
EP 0 902 387 A2 ,
insbesondere die
1 bis
3 sowie die zugehörige Beschreibung, in den Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung aufgenommen. Es kann auch vorgesehen
sein, daß ein
darin beschriebener Fingerabdrucksensor als komplettes Bauelement
auf die Chipoberfläche
3 aufgebracht
wird. Die Auswerteschaltung kann dabei ebenfalls auf dem Fingerabdrucksensor
angeordnet werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind somit die
Kondensatorelektroden
5 nicht direkt auf der Chipoberfläche
3 angeordnet. Vielmehr
werden sie auf dem Fingerabdrucksensor in an sich bekannter Weise
geformt. Der Fingerabdrucksensor wird separat von dem Halbleiterchip
1 hergestellt,
zusätzlich
mit der Auswerteschaltung versehen und auf der Chipoberfläche
3 befestigt.
Die Verwendung eines an sich im Stand der Technik bekannten Fingerabdrucksensors
für den
erfindungsgemäßen Zweck
hat den Vorteil, daß ein
derartiger Sensor Funktionen bereitstellt, wie sie gerade bei der
Erfindung benötigt
werden. Insbesondere ist bei einem Fingerabdrucksensor üblicherweise
eine Auswerteschaltung vorhanden, die eine Kapazitätsänderung bei
einzelnen Kondensatorelektroden feststellt und in geeigneter Weise
auswertet.
-
Die Erfindung macht es somit im Prinzip möglich, eine Änderung
der Kapazität
von einzelnen Kondensatorelektroden 5 festzustellen und
durch eine Auswerteschaltung eine geeignete Schutzfunktion auszulösen. Somit
wird es für
einen Angreifer praktisch unmöglich
die Abdeckung 4 auch nur an einzelnen kleinen Stellen durch Ätzen oder
dergleichen zu entfernen, um eine Analyse des Halbleiterchips 1 vorzunehmen.