DE10221657A1 - Informationsmatrix - Google Patents

Abstract

Es ist eine Informationsmatrix und deren Verwendung vorgesehen, die aus ersten und zweiten Leitungsstrukturen besteht, die an ihren Kreuzungspunkten Verbindungselemente aufweist. Diese Verbindungselemente können leitend bzw. nicht leitend ausgebildet sein.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Informationsmatrix und eine Verwendung dieser gemäß Patentanspruch 1 bzw. 11.
• Moderne elektronische Systeme weisen zunehmend geheimzuhaltende Informationen, die vor dem unbefugten Zugriff zu schützen sind. Beispiele solcher geheim zu haltender Informationen sind beispielsweise sogenannte PIN-Codes, Paßwörter bei Zugangsberechtigungen, kryptographische Schlüssel in Kommunikations-Sicherheitssystemen, Zugriffscodes in Alarmsystemen, ein Geldwertbetrag in Daten in sogenannten Geldkarten usw. Diese geheim zuhaltenden Informationen sind heutzutage typischerweise in eine integrierte Halbleiterschaltung auf sogenannten Halbleiterchips abgespeichert.
• Es gibt mittlerweile verschiedene Verfahren diese geheim zu haltenden Informationen mittels aufwendiger mechanischer Einschlüsse zu schützen. Hierzu ist beispielsweise in der US 5,406,630 offenbart, einen Halbleiterchip beidseitig mit einem Leitungsgitter abzudecken, wobei auf dem mit der geheim zu haltenden Information versehenen Chip Sensoren angeordnet sind, die das intakte Vorhandensein dieses Gitters überprüft. Sobald der Sensor eine Beschädigung des Leitungsgitters erkennt, wird das Betriebsverhalten des Halbleiterchips verändert.
• Mit keinem der bisher bekannten Verfahren ist es jedoch gelungen einen sicheren Schutz gegen das Ausspähen der zu schützenden Informationen vorzusehen.
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Schutz bzw. die Verwendung eines derartigen Schutzes für Halbleiterchips vorzusehen, die eine erhöhte Sicherheit aufweisen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 11 angegebenen Maßnahmen gelöst.
• Es ist eine Informationsmatrix vorgesehen, die aus mehreren in einer ersten Ebene angeordnete erster Leitungsstrukturen besteht. In einer zweiten Ebene sind mehrere zweite Leitungsstrukturen angeordnet, wobei die ersten Leitungsstrukturen zu den zweiten Leitungsstrukturen so übereinanderliegend angeordnet sind, daß sie einerseits beabstandet sind und andererseits Schnittpunkte bilden. An den Schnittpunkten ist zum einprägen einer auslösbaren Information jeweils ein elektrisch leitendes oder nicht leitendes Verbindungselement vorgesehen, um die erste Leitungsstruktur mit der zweiten Leitungsstruktur zu verbinden.
• Ist ein sogenannter Halbleiterchip mit einer derartigen Informationsmatrix abgedeckt und kennt er den Inhalt der intakten Informationsmatrix, so ist es dem Halbleiterchip möglich, durch wiederholtes Überprüfen der in der Informationsmatrix eingeprägten Information festzustellen, ob der Halbleiterchip mit der unversehrten Informationsmatrix weiterhin abgedeckt ist.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den untergeordneten Patentansprüchen angegeben. Um eine möglichst dichte Abdeckung bzw. eine Informationsmatrix mit hohen, Informationsgehalt zu erzielen, müssen die Leitungsstrukturen einer jeweiligen Ebene nach Möglichkeit parallel zu einander laufen. Dabei ist es jedoch offen, in welchem Winkel die Leitungsstrukturen der ersten Ebene die der zweiten Ebene kreuzen. Um den Schutz vor Fremdanalysierbarkeit der Informationsmatrix zu erhöhen, ist es in einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn die Verbindungselemente in dem Zwischenraum zwischen den ersten und den zweiten Leitungsstrukturen von einem Füllmaterial umgeben ist, das sich nur schwer von den Verbindungselementen unterscheiden läßt. Hierzu bietet sich an, daß die Verbindungselemente aus einem organischen dotierbaren Dielektrizitätsfilm insbesondere SiO:C hergestellt sind, daß von üblichen isolierenden Dielektrika, um Leitungsbahnen voneinander zu trennen, weder mechanisch noch chemisch nur schwer unterscheidbar ist. Gemäß einem zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement aus einem von den Leitungsstrukturen nur schwer unterscheidbarem Material hergestellt ist. Mit dieser Maßnahme sind die Verbindungen als solche nur schwer bestimmbar.
• Weiterhin ist als vorteilhafte Ausgestaltung zusehen, daß die Verbindungselemente, ob leitend oder nicht leitend, grundsätzlich identisch aufgebaut sind. Für das Herstellen eines nicht leitenden Verbindungselementes wird dies durch eine nicht leitende Barriere zu einem nicht leitenden Verbindungselement gemacht. Insbesondere dann, wenn bei unterschiedlichen Verbindungselementen diese Barriere in einer verschiedenen Ebene angeordnet ist, ist insbesondere die mechanische Analyse und das Feststellen ob eine solche Barriere vorliegt oder nicht, weitgehend erschwert.
• Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine Informationsmatrix in der Draufsicht,
• Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 dargestellten Informationsmatrix im Querschnitt und
• Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung der gemäß Fig. 2 dargestellten Informationsmatrix im Querschnitt
• Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels die Konturen eines Halbleiterchips 7, der eine integrierte Schaltung trägt, wobei die darin abgespeicherte Inhalt vor unberechtigtem Zugriff zu schützen ist. Der Halbleiterchip 7 ist durch eine Informationsmatrix (1, 2) abgedeckt, die sich aus in diesem Ausführungsbeispiel im rechten Winkel zueinander liegenden Leiterbahnstrukturen zusammensetzt. Dabei sind erste Leiterbahnen 1 bei dieser Draufsicht parallel liegend in Querrichtung angeordnet. Zweite Leiterbahnen 2 sind in einer Orientierung um 90 Grad gedreht zu den ersten Leiterbahnen 1 und somit in Blattlängsrichtung ebenfalls parallel oberhalb der ersten Leiterbahnen angeordnet. An den Schnittpunkten der ersten Leiterbahnen 1 und der zweiten Leiterbahnen 2 sind jeweils Durchkontaktierungen 3 ausgebildet, so daß sich in der Draufsicht ein einheitliches keine Unterschiede aufweisendes Bild ergibt.
• In der Darstellung gemäß Fig. 1 steht die Kontur des Halbleiterchips 7 über die Abmessungen der Informationsmatrix über. Dies ist jedoch nur für die bessere Darstellbarkeit in diesem Ausführungsbeispiel vorgenommen. Die Außenabmessungen können genauso gut identisch sein. Es ist auch vorstellbar, daß die Außenabmessungen der Informationsmatrix über die Außenabmessungen des Halbleiterchips 7 überstehen.
• Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der in Fig. 1 dargestellten Informationsmatrix im Querschnitt. Dabei ist zu erkennen, daß quer zu einer ersten Leiterbahn 1 zweite Leiterbahnen 2 verlaufen. Die zweiten Leiterbahnen 2 sind durch eine dielektrische Trennschicht 6 von der ersten Leiterbahn beabstandet. Diese dielektrische Trennschicht weist an den Schnittpunkten von den zweiten Leiterbahnen mit der ersten Leiterbahn 1 eine Durchgangsöffnung auf, die durch die Verbindungselemente 3 mit einander verbunden sind. Neben der Möglichkeit, daß ein an sich nicht leitendes Verbindungselement durch Dotierung leitend gemacht sein kann, bzw. ein leitendes Verbindungselement beispielsweise mittels Oxydation nicht leitend gemacht werden kann, besteht die Möglichkeit, eine nicht leitende Unterbrechung 4, wie in Fig. 2 dargestellt, in ein leitendes Verbindungselement zu setzen. Dies kann beispielsweise eine dünne Oxydschicht sein.
• Als Beispiele für ein leitendes Verbindungselement, kann beispielsweise ein dotiertes organisches Dielektrikum verwendet werden. Durch weglassen einer Dotierung ist es in einen nichtleitenden Zustand umsetzbar.
• Die Verwendung eines organischen dotierbaren Dielektrikums hat den Vorteil, daß dieses für die Analyse von einem Dielektrikum, das die zweite Leiterbahnen 2 von der ersten Leiterbahn 1 trennt, kaum unterscheidbar ist. Die Verwendung von beispielsweise Tantal als Material für das Verbindungselement 3 weist den großen Vorteil auf, daß es von den ersten bzw. zweiten Leiterbahnen nur schwer unterscheidbar und kaum zu trennen ist.
• Wie auch immer leitende bzw. nicht leitende Verbindungselemente bzw. Durchkontaktierungen 3 erzeugt sind, können diese als Matrix als Informationsträger, d. h. als entsprechendes Medium für "0" oder "1" dienen. Ist die Informationsmatrix auf einem zu schützenden Halbleiterchip 7 aufgetragen, was beispielsweise auch als eine der üblichen oberen Metallisierungsebenen möglich ist, so ist der Informationsgehalt dieser Matrix vom Halbleiterchip 7 auslesbar. Während des Betriebs des Halbleiterchips 7 kann diese Information fortwährend bzw. in zeitlich vorgegebenen oder zufälligen Abständen überprüft werden, um festzustellen, ob eine funktionsfähige Abdeckung vorliegt. Sollte festgestellt werden, daß diese Abdeckung nicht mehr einwandfrei ist, ist es beispielsweise für den Halbleiterchip 7 möglich, seinen Betrieb zu verändern bzw. einzustellen. Die in der Informationsmatrix abgespeicherte Information könnte genauso in einem Beispiel ein für kryptographische Rechenprozesse benutzter Schlüssel sein. Sobald die Informationsmatrix beschädigt ist, stimmt somit der Schlüssel nicht mehr und es findet kein geeignetes Ver- bzw. Endschlüsseln statt.
• Wird die Informationsmatrix in einem üblichen Metallisierungsprozeß auf dem Halbleiterchip aufgebracht, so kann auf einfache Weise für jeden hergestellten Chip die Verbindungselemente an unterschiedlichen Stellen leitend bzw. nicht leitend sein. Dabei wäre es durchaus möglich, daß trotzdem bei allen Abdeckungen die gleiche Information enthalten ist, nur durch Variationen die Verteilung verändert ist.
• In einer weiteren Ausgestaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ist zu sehen, daß auch die untere Leiterbahn 1 eine Unterbrechung aufweisen. Dies ist beispielsweise eine Möglichkeit, einzelne Durchkontaktierungen nicht anzusteuern. Die in einer so oder anders nicht ansteuerbaren Durchkontaktierung enthaltenen Information kann der Verschleierung der tatsächlich in der Informationsmatrix enthaltenen Information dienen.
• Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß eine derartige Informationsmatrix nicht auf Ausführungsbeispiele mit zwei Ebenen beschränkt ist. Vielmehr sind je nach dem, welchen technischen Aufwand und welche Sicherheitsanforderungen gegeben sind auch drei und mehr Lagen von Leiterbahnen realisierbar.

Claims (13)

1. Informationsmatrix bestehend aus mehreren in einer ersten Ebene angeordneten erster Leitungsstrukturen (1) und mehreren in einer zweiten Ebene angeordneten zweiten Leitungsstrukturen (2), wobei die ersten Leitungsstrukturen (1) zu den zweiten Leitungsstrukturen (4) so übereinanderliegend angeordnet sind, daß sie einerseits beabstandet sind und andererseits Schnittpunkte bilden und an den Schnittpunkten zum Einprägen auslesbarer Informationen jeweils ein elektrisch leitendes oder nicht leitendes Verbindungselement (3) zum Verbinden einer der ersten Leitungsstruktur (1) mit einer der zweiten Leitungsstruktur (2) ausgebildet ist.

2. Informationsmatrix nach Anspruch 1, wobei die ersten Leitungsstrukturen (1) zu den zweiten Leitungsstrukturen (2) in einem vorbestimmten Winkel und jeweils equidistant in einer Ebene angeordnet sind.

3. Informationsmatrix nach Anspruch 1, wobei ein die Verbindungselemente (3) umgebener Zwischenraum (6) mit einem Füllmaterial ausgefüllt ist.

4. Informationsmatrix nach Anspruch 3, wobei das Füllmaterial aus einem vergleichbaren Material wie das des Verbindungselementes (3) besteht.

5. Informationsmatrix nach Anspruch 4, wobei die Verbindungselemente (3) aus einem organisch dotierbaren Dielektrizitätsfilm hergestellt ist.

6. Informationsmatrix nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (3) aus einem vergleichbaren Material wie die ersten und zweiten Strukturen hergestellt ist.

7. Informationsmatrix nach Anspruch 1, wobei die ein nichtleitendes Verbindungselement (3) sich von einem leitenden Verbindungselement (3) dadurch unterscheiden, daß das leitende Material durch eine nichtleitende Barriere (4) unterbrochen ist.

8. Informationsmatrix nach Anspruch 7, wobei nichtleitende Verbindungselemente (3) vorgesehen sind, die die leitende Barriere in verschiedenen Ebenen aufweisen.

9. Informationsmatrix nach Anspruch 1, wobei Verbindungselemente vorgesehen sind, deren Information nicht auslesbar ist.

10. Verwendung der Informationsmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Abdeckung eines Halbleiterchip.

11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei alle aktiven Bereiche des Halbleiterchips abgedeckt sind.

12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterchip die in der Informationsmatrix enthaltene Information ausliest und bei einer Veränderung des Informationsgehaltes sein Betriebsverhalten ändert.

13. Verwendung nach Anspruch 12, wobei die Information ein für ein kryptographisches Verfahren verwendeter Schlüssel ist.