DE10065747A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Abstract

Es ist vorgesehen, auf einem zweiten Substrat eine Sensoranordnung auszubilden, die einer Oberfläche eines ersten Substrats gegenüberliegend angeordnet ist. Damit wird feststellbar, ob die Anordnung aus erstem und zweiten Substrat aufgetrennt ist oder wurde.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung bzw. ein Ver­ fahren zur Überprüfung der Echtheit einer solchen Schaltungs­ anordnung.

Integrierte Schaltungen weisen heutzutage eine Vielzahl von Daten auf. Werden diese Daten beziehungsweise die integrier­ ten Schaltungen in sicherheitsrelevanten Informationssystemen eingesetzt, besteht in zunehmendem Maße die Notwendigkeit, diese Daten zu schützen. Dies ist beispielsweise im sogenann­ ten e-commerce der Fall.

Um einen solchen Schutz vorzusehen, ist es bekannt, die Ober­ fläche der integrierten Schaltung flächig beziehungsweise me­ anderförmig oder auch in Streifenform metallisch abzudecken, um zu verhindern, daß auf optischem Wege oder mittels Abta­ sten von Schaltungsteilen, gespeicherte Daten oder über Lei­ tungsteile geführte Daten unautorisiert ausgegeben werden. Um einen solchen Schutz zu umgehen, ist es mittlerweile bereits gelungen, von der Rückseite des Substrats her, das die inte­ grierte Schaltung trägt, durch diesen hindurch mittels geeig­ neter hier nicht weiter beschriebener Verfahren Daten aus der integrierten Schaltung auszulesen. Um dies zu verhindern, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um ein Detektie­ ren von Daten über die Rückseite des Substrates zu verhin­ dern. Grundsätzlich ist es möglich auch hier eine metallische Schicht aufzutragen, jedoch kann diese leicht abgetragen wer­ den.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Schutz einer integrierten Schaltung vorzusehen.

Diese Aufgabe wird durch die in Patenanspruch 1 bzw. 12 ange­ gebenen Mitteln bzw. Maßnahmen gelöst.

Dadurch, daß der auf dem zweiten Substrat ausgebildete Sensor einer Oberfläche des ersten Chips zugewandt ist, kann über diesen das ununterbrochene Vorhandensein des zweiten Sub­ strats überwacht werden. Dabei dient das zweite Substrat dem Schutz gegen ein unerlaubtes Auslesen von Daten. Das zweite Substrat kann sowohl der Vorder- als auch der Rückseite des zu schützenden Chips gegenüberstehen. Es kann auch doppelt ausgeführt sein und den zu schützenden Chip ähnlich einem Sandwich umgeben.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den unterge­ ordneten Ansprüchen angegeben.

Durch das Ausbilden des Sensors in Form einer Vielzahl kapa­ zitiver Sensorelemente, kann mit hoher Auflösung das Vorhan­ densein des zweiten Substrats überprüft werden.

Sind die kapazitiven Sensorelemente mittels einer in einer Verbindungsebene angeordneten Schaltung verknüpft, so sind diese zumindest einzeln leicht auslesbar.

Ist in eine Vertikalverbindung zur integrierten Schaltung vorgesehen, so kann eine Auswertung von von den Sensorelemen­ ten erfaßten Signalen in der integrierten Schaltung selbst erfolgen. Auf diese Weise kann die integrierte Schaltung ih­ ren Schutz selbst überprüfen. Hierzu ist eine Verarbeitungs­ einrichtung innerhalb der integrierten Schaltung vorzusehen. Es ist vorteilhaft wenn die zweite Oberfläche Unebenheiten aufweist, um mittels der kapazitiven Sensorelemente die Lage­ genauigkeit besser feststellen zu können. Dabei ist es mög­ lich, diese Unebenheiten mittels eines Oxids einzuebnen, um eine bessere Verbindung herstellen zu können. Alternativ dazu kann anstelle der Unebenheiten oder in Kombination mit diesen ein anisotropisch leitender Kleber verwendet werden, da die­ ser selbst ein individuelles Muster ergibt, das mittels der kapazitiven Sensorelemente mit hoher Lagegenauigkeit auf eine ununterbrochene Verbindung beider Substrate hin überprüft werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugname auf die Zeich­ nung anhand von Ausführungsbeispielen einzeln erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2, eine Modifikation des ersten erfindungsgemäßen Aus­ führungsbeispiels,

Fig. 3, ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

Fig. 4, ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und

Fig. 5, ein Blockschaltbild zur Erläuterung der erfindungs­ gemäßen Grundfunktionen.

In Fig. 1 ist ein erstes Substrat 1, wie beispielsweise ein Halbleiterchip, dargestellt, an dessen einer ersten Oberflä­ che 2, gegenüberliegend einer zweite Oberfläche, eine inte­ grierte Schaltung 4 ausgebildet ist. Die zweite Oberfläche 2 weist wiederum Unebenheiten 5 auf. Diese Unebenheiten 5 sind im beschriebenen Ausführungsbeispiel Vertiefungen, die bei­ spielsweise zufällig erzeugt sind. Die Unebenheiten 5 können beispielsweise bei der üblichen Herstellung des Substrats 1 entstanden sein. Sie können jedoch auch gezielt durch Be­ strahlung mit einem Laserstrahl, auch in zufälliger Vertei­ lung, auf der Oberfläche entstanden sein.

Mittels eines Klebers 10 ist die erste Oberfläche 2 des er­ sten Substrates 1 mit einem zweiten Substrat 9 verbunden. An der Oberfläche des zweiten Substrates 9 ist zumindest teil­ weise ein Sensor ausgebildet, der in dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel aus einer Vielzahl Sensorelemente 7 gebildet ist. Diese Sensorelemente sind kapazitive Elemente, das heißt an der Oberfläche des zweiten Substrates 9 sind die kapaziti­ ven Elemente in Form von einzelnen Kondensatorplatten ausge­ bildet. Die zweite Kondensatorplatte wird durch die erste Oberfläche des ersten Substrates 1 gebildet. In Abhängigkeit vom Dielektrikum, daß sich zwischen den so gebildeten Konden­ satorplatten ausbildet und dem Abstand der so gebildeten Kon­ densatorplatten, werden die einzelnen Sensorelemente bei vor­ gegebener Spannung mit unterschiedlicher Ladungsmenge aufge­ laden, beziehungsweise weisen nach einem einheitlich vorgege­ benem Aufladevorgang, unterschiedliche Spannungen auf.

Wieder Fig. 1 leicht zu entnehmen ist, werden die kapaziti­ ven Sensorelemente 7, die einer Unebenheit 5 gegenüber lie­ gen, weniger aufgeladen, als die kapazitiven Sensorelemente 7, die der ersten Oberfläche 2 des Substrates 1 zwischen den Unebenheiten Vertiefungen gegenüberliegen.

Als Variante dazu ist gemäß Fig. 2 Klebstoff in unterschied­ licher Menge mit in die Unebenheiten 5 gedrungen.

Geht man davon aus, daß wenn die Unebenheiten 5 nicht gezielt vollständig mit Klebstoff ausgefüllt sind, ist grundsätzlich jede Unebenheit 5 mit einer zufälligen Menge Klebstoff 10 ausgefüllt. Sind die Unebenheiten 5 zu dem zufällig auf der ersten Oberfläche des ersten Substrats 1 verteilt, so wird sich jede Anordnung gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 von einer prinzipiell gleichen Anordnung darin unterscheiden, daß die Sensorelemente 7 unterschiedliche Kapazitäten aufweisen und somit unterschiedlich geladen werden. Dabei wird durch diese Verschiedenheiten jede entsprechende Anordnung eine individu­ elle Ladungsverteilung auf das kapazitiven Elementes 7 auf­ weisen.

Die kapazitiven Sensorelemente 7 sind nunmehr in einer Schal­ tungsanordnung, die in einer Verbindungsebenen 8 ausgebildet ist, miteinander verschaltet. Auf diese Weise können die ein­ zelnen kapazitiven Sensorelemente 7 einzeln oder in Gruppen angesteuert, beziehungsweise ausgelesen werden.

Dies ist vom Prinzip her in Fig. 5 dargestellt. Der Sensor 70 besteht aus einer Matrix von Sensorelementen 7, die an den Schnittpunkten von Zeilen- beziehungsweise Reihenleitungen angeordnet sind und die über die Schaltung 14 angesprochen werden. Ein Zugriff auf die Schaltung 14 ermöglicht es die individuelle Kapazitätsverteilung der Ladungsverteilung der Anordnung festzustellen. Ist sie festgestellt, so kann sie beliebig abgespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt wieder verglichen werden.

Das bedeutet beispielsweise, wird die gemäß Fig. 1 bezie­ hungsweise Fig. 2 dargestellte Anordnung getrennt, um über die erste Oberfläche 2 des ersten Substrats die Schaltung be­ ziehungsweise Daten der integrierten Schaltung 4 zu analysie­ ren, so wird sich bei einem späteren Zusammenbau mit Sicher­ heit die individuelle Verteilung der kapazitiven Sensorele­ mente 7 bezüglich ihrer kapazitiven Eigenschaften eindeutig verändert haben. Es ist somit feststellbar, daß die Anordnung möglicherweise manipuliert wurde. Wie dargestellt ist, kann die Schaltung 14 über eine Vertikalverbindung 6 mit der inte­ grierten Schaltung 4 verbunden werden. Weist die integrierte Schaltung 4 einen Speicher und eine Verarbeitungslogik auf, so kann zu einem beliebigen Zeitpunkt ein einmal abgespei­ chertes Muster der individuellen Eigenschaften der kapaziti­ ven Sensorelemente 7, auf Veränderungen hin überprüfen. Es ist somit möglich, über die Verarbeitungseinrichtung 13 die integrierte Schaltung 4 derart zu steuern, daß sie nur solan­ ge betreibbar ist, wie die individuelle Verteilung der kapa­ zitiven Sensorelemente 7 mit einer einmal zuvor abgespeicher­ ten Verteilung übereinstimmt.

Aus herstellungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, daß die erste Oberfläche des ersten Substrats planarisiert werden muß. Hierzu wird beispielsweise eine Füllschicht 11 aufgetragen, die die Unebenheiten 5 ausfüllt und gegebenen­ falls, wie in Fig. 3 dargestellt, die gesamte Oberfläche planabdeckt. Auf diese Weise ist eine einheitliche ebene Oberfläche herstellbar. Ansonsten ist die Anordnung gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel übereinstimmend mit den Anordnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2.

Im dritten Ausführungsbeispiel, daß in Fig. 4 dargestellt ist, wird grundsätzlich von einer ebenen ersten Oberfläche 2 des ersten Substrats 1 ausgegangen. Das erste und das zweite Substrat werden mit Hilfe eines anisotrop leitenden Klebers 12 miteinander verbunden. Der anisotrop leitende Kleber 12 weist leitende Partikel 12' auf, die in dem Klebematerial verteilt sind. Auch auf diese Weise wird ein individuelles Muster der einzelnen kapazitiven Sensorelemente 7 erzeugt wo­ bei hierbei der anisotrop leitende Kleber 12 gleichzeitig zum Verbinden der Schaltung 14 zum Erfassen der einzelnen Senso­ relemente, mit der Vertikalverbindung 6 verwendet wird.

Eine solche Anordnung läßt sich jedoch, wie leicht ersichtbar ist, auch mit Unebenheiten, wie gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zu­ vor beschrieben, kombinieren.

Neben den erläuterten kapazitiven Sensorelementen, sind je­ doch auch andere Sensorprinzipien denkbar, wie beispielsweise Ultraschallelemente oder auch optische Elemente. Entscheidend für den Erfindungsgedanken ist allein, daß die Sensorelemente ein ausreichend feines Raster aufweisen, um die Individuali­ tät in der Anordnung herstellen zu können.

Wenn bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen stets darauf Bezug genommen wurde, daß die Rückseite eines Halblei­ terchip geschützt werden soll, so ist die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt. Genauso ist es möglich die eine in­ tegrierte Schaltung tragende Seite zu schützen, oder den zu schützenden Chip ähnlich einem Sandwich beidseitig mit Senso­ relementen zu überwachen. Weiterhin ist es bereits bekannt mehrere integrierte Schaltungen tragende Halbleiterchips übereinander zu stapeln und die Teilschaltungen somit kubisch integriert zu einer Gesamtschaltung zusammenzufassen. Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch dazu verwendet werden, das Vorhandensein, bzw. die Unversehrtheit eines solchen Chipsta­ pels zu überprüfen.

Zusätzlich wird noch darauf hingewiesen, daß sowohl das erste als auch das zweite Substrat in der heute üblichen Halblei­ tertechnologie, wie beispielsweise die Siliziumtechnologie, herstellbar sind. Es ist jedoch auch möglich, das eines oder beide Substrate in der noch nicht so weit verbreiteten Poly­ mertechnologie hergestellt sind.

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung mit einem ersten Substrat (1), das in einer ersten Oberfläche (3) eine integrierte Schaltung (4) und gegenüberliegend eine zweite Oberfläche (2) aufweist und mit einem zweiten Substrat (9), das einer Oberfläche einen Sensor (7) aufweist, wobei das zweite Substrat (9) mit dem ersten Substrat (1) derart haftend verbunden ist, daß die Oberfläche des zweiten Substrats (9), das den Sensor (7) auf­ weist, einer der beiden Oberflächen (2, 3) des ersten Sub­ strats (1) zugewandt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (7) aus einer Vielzahl von kapazitiven Sensorelementen (70) besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei der die kapazi­ tiven Sensorelemente (7) mittels einer in einer Verbindungse­ bene (8) ausbildeten Schaltung (14) verknüpft und zumindest einzeln erfaßbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der in der Ver­ bindungsebene (8) ausgebildete Schaltung (14) über eine Ver­ tikalverbindung (6) mit der integrierten Schaltung (5) ver­ bunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der die inte­ grierte Schaltung (4) eine Verarbeitungseinrichtung (13) zum Verarbeiten der aus dem Sensor (70) ausgelesenen Signale auf­ weist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das erste Substrat (1) mit dem zweiten Substrat (9) klebend verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorher gehenden An­ sprüche, bei der die zweite Oberfläche Unebenheiten (5) aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der der die Un­ ebenheiten auf der zweiten Oberfläche (2) eine zufällige Verteilung aufweist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei der die Unebenheiten auf der zweiten Oberfläche (2) nicht zufällig erzeugt sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die Uneben­ heiten (5) mittels eines Oxids geebnet sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorher gehenden An­ sprüche bei das erste Substrat (1) mit dem zweiten Sub­ strat (9) mittels eines anisotropen Klebers verbunden ist.

12. Verfahren zum Überprüfen der Echtheit einer Schaltungs­ anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sensor das Muster der Oberfläche der er gegen­ übersteht abtastet und einer Vergleichseinrichtung zu­ führt und diese das erfaßte Muster mit einem -vorgegebe­ nen Muster vergleicht.

13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das erfaßte Muster das erste Substrat individualisiert.