DE10251317B4 - Semiconductor chip - Google Patents
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Abstract
Halbleiterchip,
der umfasst:
eine erste Hauptseite (1) eines Substrates (6)
oder Halbleiterkörpers,
die eine integrierte Schaltung (IC) aufweist,
mindestens einen
elektrischen Leiter (2) auf oder über dieser ersten Hauptseite,
der mit der Schaltung verbunden ist,
mindestens einen weiteren
elektrischen Leiter (3) auf oder über einer der ersten Hauptseite
gegenüberliegenden zweiten
Hauptseite (4) und
eine elektrisch leitende Verbindung (5)
zwischen den besagten Leitern, wobei
die integrierte Schaltung
dafür vorgesehen
ist, eine Veränderung
der besagten Leiter oder deren elektrischer Eigenschaften festzustellen,
wobei
die
elektrisch leitende Verbindung (5) seitlich an dem Substrat (6)
oder Halbleiterkörper
vorgesehen und ein einzelner Leiterstreifen oder eine den seitlichen
Rand des Substrates (6) oder Halbleiterkörpers rings umgebende Beschichtung
mit einem elektrisch leitenden Material ist.Semiconductor chip comprising:
a first main side (1) of a substrate (6) or semiconductor body having an integrated circuit (IC),
at least one electrical conductor (2) on or above this first main side connected to the circuit,
at least one further electrical conductor (3) on or above one of the first main side opposite the second main side (4) and
an electrically conductive connection (5) between said conductors, wherein
the integrated circuit is designed to detect a change in said conductors or their electrical properties,
in which
the electrically conductive connection (5) is provided laterally on the substrate (6) or semiconductor body and is a single conductor strip or a coating surrounding the lateral edge of the substrate (6) or semiconductor body with an electrically conductive material.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterchip mit einer Schutzstruktur, mit der ein Ausspionieren der integrierten Schaltung verhindert werden soll. Insbesondere betrifft diese Erfindung die Erweiterung der Versiegelung von Smart-Card-Prozessoren.The The present invention relates to a semiconductor chip having a protective structure, prevents spying on the integrated circuit shall be. In particular, this invention relates to the extension the sealing of smart card processors.
Bei der Verwendung von Halbleiterchips in sicherheitsrelevanten Bereichen, insbesondere für Smart-Cards, ist es erforderlich, dass der Chip gegen ein Ausspionieren der Schaltung geschützt ist. Dafür gibt es eine Reihe von Vorschlägen, die darin bestehen, eine mit einer Schaltung versehene Oberseite des Halbleiterchips irgendwie abzudecken und gegebenenfalls ein Entfernen dieser Abdeckung durch die Schaltung zu detektieren. Damit kann erkannt werden, ob die Schaltung als solche unversehrt ist, nicht jedoch, ob ein den Halbleiterchip umgebendes Gehäuse beschädigt oder entfernt wurde.at the use of semiconductor chips in safety-related areas, especially for smart cards, It is required that the chip against a spying on the circuit protected is. There are there are a number of suggestions which consist of a circuited top of the Somehow cover semiconductor chips and possibly removing to detect this cover through the circuit. So that can be recognized whether the circuit as such is intact but not, whether a housing surrounding the semiconductor chip has been damaged or removed.
Schutzschichten auf dem Halbleiterchip können auf relativ einfache Weise reproduziert werden oder deren Vorhandensein mit elektronischen Mitteln vorgetäuscht werden. Nachdem das Gehäuse des Halbleiterchips entfernt wurde, insbesondere eine den Halbleiterchip einschließende Vergussmasse entfernt wurde, ist die integrierte Schaltung auch von der Rückseite des Halbleiterchips zugänglich, und zwar durch den Halbleiterkörper bzw. das Substrat. Dagegen schützt keine auf der Vorderseite des Chips aufgebrachte Schutzschicht.protective coatings on the semiconductor chip can be reproduced in a relatively simple manner or their presence be faked with electronic means. After the housing of the semiconductor chip was removed, in particular a semiconductor chip enclosing potting removed The integrated circuit is also from the back accessible to the semiconductor chip, through the semiconductor body or the substrate. Protects against it no protective coating applied to the front of the chip.
In
der
In der WP 98/18102 A1 ist eine Anordnung zum Schutz von Chipmodulen beschrieben, bei der eine Ummantelung vorhanden ist, deren physikalische Eigenschaften durch geeignete Signalgeber und Messstellen kontrolliert wird, um so die Unversehrtheit des Bauelementes überprüfen zu können. Zwischen Signalgebern und Messstellen können elektrische Leiter in der Ummantelung angeordnet sein.In WP 98/18102 A1 is an arrangement for the protection of chip modules described in which a sheath is present, the physical Properties controlled by suitable signal transmitters and measuring points so as to be able to check the integrity of the component. Between signalers and measuring points can be electrical Ladder be arranged in the sheath.
In
der
In
der
In
der
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halbleiterchip mit einem wirkungsvollen Schutz gegen ein Ausspionieren der Schaltung anzugeben.task The present invention is a semiconductor chip with a To provide effective protection against spying on the circuit.
Diese Aufgabe wird mit dem Halbleiterchip mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These Task is with the semiconductor chip with the features of the claim 1 solved. Embodiments emerge from the dependent claims.
Bei dem Halbleiterchip ist auf einer ersten Hauptseite, die die integrierte Schaltung aufweist, oberseitig ein elektrischer Leiter angebracht, der mit dieser Schaltung verbunden ist. Ein weiterer elektrischer Leiter ist auf der Rückseite vorhanden, d. h. auf der der ersten Hauptseite gegenüberliegenden zweiten Hauptseite des Halbleiterchips. An einer Seite des Halbleiterchips befindet sich zumindest eine elektrisch leitende Verbindung, die den Leiter auf der Oberseite mit dem weiteren Leiter auf der Rückseite elektrisch leitend verbindet. Die integrierte Schaltung ist dafür vorgesehen, eine Veränderung oder Unterbrechung der damit verbundenen elektrischen Leiter festzustellen.at the semiconductor chip is on a first main page, which is the integrated Circuit has, the upper side mounted an electrical conductor, which is connected to this circuit. Another electrical Head is on the back available, d. H. on the first main page opposite second main side of the semiconductor chip. On one side of the semiconductor chip there is at least one electrically conductive connection, the the conductor on the top with the other conductor on the back electrically conductively connects. The integrated circuit is designed to a change or to detect interruption of the associated electrical conductors.
Damit ist es möglich, festzustellen, ob der Halbleiterchip von der Rückseite her manipuliert, insbesondere beschädigt, wird. Wenn der Halbleiterchip von der Rückseite her bearbeitet wird oder wenn der Halbleiterchip aus seinem Gehäuse entfernt wird, ändern sich die Eigenschaften der an die elektronische Schaltung angeschlossenen Leiter auf den beiden Hauptseiten. Diese Veränderung kann mit der integrierten Schaltung festgestellt werden, so dass auf eine unzulässige Manipulation des Halbleiterchips rückgeschlossen werden kann. Es können dann eventuell geeignete Gegenmaßnahmen vorgesehen werden.In order to Is it possible, determine whether the semiconductor chip manipulated from the back, in particular damaged, becomes. When the semiconductor chip is processed from the back side or when the semiconductor chip is removed from its housing, they change the properties of the connected to the electronic circuit Ladder on the two main pages. This change can be integrated with the Circuit are detected, allowing for improper manipulation the semiconductor chip inferred can be. It can then appropriate countermeasures may be provided.
Die weiteren elektrischen Leiter können Bestandteile des Gehäuses des Halbleiterchips sein; sie brauchen daher nicht bereits bei der Herstellung des Halbleiterchips angebracht zu werden. Die elektrischen Leiter auf der Oberseite der ersten Hauptseite des Halbleiterchips können zu den Verdrahtungsebenen der integrierten Schaltung gehören. Statt dessen können diese Leiter auch separat aufgebrachte weitere elektrische Leiter sein, z. B. ein organischer Halbleiter, der beispielsweise ein Polymer umfasst. Wesentlich ist dabei nur, dass diese externen Leiter so mit der integrierten Schaltung elektrisch leitend verbunden sind, dass die Schaltung in der Lage ist, eine Veränderung dieser Leiter festzustellen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Leiter mit weiteren Leitern des Gehäuses zu verbinden; die insgesamt von der integrierten Schaltung überprüfte Leiterstruktur kann daher sehr allgemein und sehr umfassend sein.The further electrical conductors may be components of the housing of the semiconductor chip; therefore they do not need already in the production of the semiconductor chip to be installed. The electrical conductors on top of the first main side of the semiconductor chip may belong to the wiring levels of the integrated circuit. Instead, these conductors may also be separately applied further electrical conductors, for. An organic semiconductor comprising, for example, a polymer. It is essential only that these external conductors are so electrically connected to the integrated circuit, that the circuit is able to determine a change in these conductors. It is within the scope of the invention to connect these conductors with other conductors of the housing; The overall ladder structure checked by the integrated circuit can therefore be very general and very comprehensive.
Es
folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des Halbleiterchips
an Hand der
Die
Die
Die
In
den
In
der
Bei
dem Halbleiterchip sind die seitlich an dem Halbleiterkörper oder
Substrat
In
der
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Halbleiterchips erhält
man, wenn der elektrische Leiter
Bei
dem Halbleiterchip wird vorzugsweise eine leitfähig dotierte Polymerschicht
mit elektrisch leitenden Teilen des Gehäuses verbunden und damit bestimmte
elektrische Messwerte der Polymerschicht eingestellt. Ein Ausbau
des Halbleiterchips aus dem Gehäuse
kann durch Überprüfen der
Messwerte erkannt werden. Wenn der elektrische Leiter
Bei
dem in der
In
den
In
den Beispielen der
In
dem Ausführungsbeispiel
der
In
den
Bei der Verwendung organischer Halbleiter auf dem Halbleiterchip können auch die Übergangsschichten zwischen dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips und diesem organischen Halbleitermaterial ausgewertet werden. Je nach der Höhe der Fermi-Niveaus bildet sich eine Schottky-Barriere aus, unabhängig davon, ob das Substrat des Halbleiterchips beziehungsweise das aufgebrachte organische Halbleitermaterial n-leitend, p-leitend oder gar nicht dotiert ist. Eine charakteristische Strom-Spannungs-Kennlinie für die Schottky-Barriere ist materialspezifisch und kann als Sicherheitsmerkmal in der Schaltung ausgewertet werden. Ein Entfernen des organischen Halbleitermaterials wird in der Schaltung festgestellt.at The use of organic semiconductors on the semiconductor chip can also the transitional layers between the semiconductor material of the semiconductor chip and this organic Semiconductor material to be evaluated. Depending on the level of Fermi levels a Schottky barrier forms, regardless of whether the substrate of the semiconductor chip or the applied organic semiconductor material n-type, p-type or not doped at all. A characteristic current-voltage characteristic for the Schottky Barrier is material specific and can be used as a security feature be evaluated in the circuit. A removal of the organic Semiconductor material is detected in the circuit.
Wenn
der weitere Leiter
Dieses Material ist bei einer bevorzugten Ausführungsform in einer dünnen Schicht auf der ersten Hauptseite des Halbleiterchips aufgebracht. Dabei ist eine Schichtdicke unterhalb 100 nm ausreichend. Darauf wird die eigentliche Vergussmasse in dicker Schicht (typisch 500 μm) aufgebracht. Ein potenzieller Angreifer kann die beiden Schichten, die das Gehäuse bilden, nicht unterscheiden und zerstört beim Ablösen der Vergussmasse auch die dünne halbleitende Schicht aus demselben Material. Damit ist das Sicherheitsmerkmal entfernt, was durch die integrierte Schaltung festgestellt werden kann.This Material is in a preferred embodiment in a thin layer applied on the first main side of the semiconductor chip. there a layer thickness below 100 nm is sufficient. It will be applied the actual potting compound in a thick layer (typically 500 microns). A potential attacker may choose the two layers that make up the enclosure do not differentiate and destroyed when peeling off the potting compound also the thin one Semiconductive layer of the same material. This is the security feature removes what is detected by the integrated circuit can.
Viele organische Halbleitermaterialien (insbesondere n-leitend dotierte Halbleitermaterialien) verändern sich an der Luft (Einwirkung von Sauerstoff oder Wasserdampf). Eine Polymerschicht wird daher vorzugsweise in einer Inert-Atmosphäre (z. B. Stickstoff) aufgebracht und anschließend sofort verkapselt. Eine derartige Anordnung zerstört sich beim Öffnen an der Luft von selbst oder verändert zumindest die oben erwähnte Kennlinie in einer durch die integrierte Schaltung deutlich erkennbaren Weise. Es gibt auch Halbleiter, die sich erst während des Betriebs der Schaltung in Luft verändern, vorher jedoch keine erkennbaren Veränderungen zeigen. Besonders vorteilhaft in diesem Sinne ist eine n-leitend dotierte Polymerschicht in Verbindung mit einem p-leitenden Siliziumsubstrat als Halbleiterkörper des Chips.Lots organic semiconductor materials (in particular n-type doped Semiconductor materials) in the air (exposure to oxygen or water vapor). A Polymer layer is therefore preferably in an inert atmosphere (eg nitrogen) applied and then encapsulated immediately. Such an arrangement is destroyed When opening in the air by itself or changed at least the above mentioned Characteristic curve in a clearly recognizable by the integrated circuit Wise. There are also semiconductors, which are only during the operation of the circuit change into air, but show no noticeable changes before. Especially advantageous in this sense is an n-type doped polymer layer in conjunction with a p-type silicon substrate as the semiconductor body of the chip.
Einige der p-n-Grenzflächen zeigen Elektrolumineszenz. Da Silizium für Strahlung im Infrarotbereich durchlässig ist, kann das Auftreten der Lumineszenz in der Schaltung ausgewertet werden, ohne dass Wellenleiter, die erkennbar wären, vorgesehen sein müssen.Some the p-n interfaces show electroluminescence. As silicon for radiation in the infrared range permeable is, the occurrence of luminescence in the circuit can be evaluated be provided without waveguides that would be recognizable, must be provided.
Als organische Halbleiter kommen beispielsweise in Frage: Polyacetylen, Polyanilin, Polyene (wie Anthrazen, Tetrazen oder Pentazen), Polythiophene oder Oligothiophene sowie deren substituierte Abkömmlinge, Polypyrrole, Poly-p-phenylene, Poly-p-phenylvinylidene, Naphthalindicarbonsäuredianhydride, Naphthalinbisimide, Polynaphthaline, Phthalocycanine, Kupfer-Phthalocycanine oder Zink-Phthalocycanine sowie deren substituierte, insbesondere fluorierte Abkömmlinge. Diese Halbleitermaterialien können auch elektrisch leitend dotiert sein.When Examples of suitable organic semiconductors are: polyacetylene, Polyaniline, polyenes (such as anthracene, tetracene or pentacene), polythiophene or oligothiophenes and their substituted derivatives, Polypyrroles, poly-p-phenylenes, poly-p-phenylvinylidene, naphthalenedicarboxylic dianhydrides, Naphthalene bisimides, polynaphthalenes, phthalocycanines, copper phthalocycanines or zinc phthalocycanines and their substituted, in particular fluorinated derivatives. These semiconductor materials can also be doped electrically conductive.
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