EP0931344A1 - Analysierschutz für einen halbleiterchip - Google Patents

Analysierschutz für einen halbleiterchip

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EP0931344A1
EP0931344A1 EP97943756A EP97943756A EP0931344A1 EP 0931344 A1 EP0931344 A1 EP 0931344A1 EP 97943756 A EP97943756 A EP 97943756A EP 97943756 A EP97943756 A EP 97943756A EP 0931344 A1 EP0931344 A1 EP 0931344A1
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EP
European Patent Office
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semiconductor chip
capacitor
cover
circuit
coil
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97943756A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Fries
Peter Stampka
Michael Huber
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H10W42/00—Arrangements for protection of devices
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    • G—PHYSICS
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    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/70—Protecting specific internal or peripheral components, in which the protection of a component leads to protection of the entire computer
    • G06F21/86—Secure or tamper-resistant housings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S257/00—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/922—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes with means to prevent inspection of or tampering with an integrated circuit, e.g. "smart card", anti-tamper

Definitions

  • the invention relates to an analysis protection for a semiconductor chip with an electrically insulating cover.
  • semiconductor chip The development costs of an integrated circuit, hereinafter referred to as semiconductor chip, are known to be very high, while the production costs, in particular in the case of very large quantities, can be comparatively low.
  • a known analysis protection consists in mechanically firmly connecting a cover to the chip. As long as the cover is in place, the semiconductor chip is adequately protected. The fixed connection is intended to prevent the cover from detaching or at least to destroy the chip surface during this process. In principle, good protection can already be obtained. With a correspondingly great effort, however, it is possible under certain circumstances to remove the cover and to make the surface freely accessible in such a way that the function and structure of the semiconductor chip can be understood. This fuse therefore does not reliably fulfill its purpose in every case.
  • the invention is based on the specification to provide copy protection for a semiconductor chip with improved security function.
  • This object is achieved in that the semiconductor chip has at least one resonant resonant circuit with a coil and capacitor, the cover forming a dielectric of the capacitor, and also has an evaluation circuit which deactivates the semiconductor chip when the resonant circuit is out of resonance by changing the cover brought.
  • a basic idea of the invention is therefore to produce an electrical coupling with the cover that is necessary for the function of the semiconductor chip.
  • This coupling is achieved in that the cover forms a necessary element of an oscillating circuit with coil and capacitor, by influencing the dielectric constant of the oscillating circuit capacitor. If the cover is tampered with or removed, the semiconductor chip can no longer be operated due to detuning of the resonance circuit. However, since operation is a prerequisite for a detailed analysis, reliable protection against analysis and copying of the semiconductor chip is obtained.
  • the vibration behavior of the resonant circuit also changes.
  • the resonance frequency is either shifted or the ability to vibrate is destroyed.
  • the resonant circuit is brought out of resonance and the evaluation circuit permanently deactivates the semiconductor chip.
  • the security is further increased by the fact that there are several resonant circuits which are coupled to one another. An attempt to install an equivalent circuit with a reconstruction of the vote after removing the cover is doomed to fail by this measure.
  • the evaluation circuit is designed in such a way that, after the cover has been applied, the resonance frequency of the oscillating or the oscillating circles automatically determined and operates them in resonance during the operation of the semiconductor chip.
  • the resonance frequency is only determined once before the semiconductor chip is put into operation. After removing the cover, it is impossible to remove the resonant circuit or the
  • Tuning resonant circuits again as originally.
  • manufacturing tolerances with regard to the tuning of the resonant circuit or the resonant circuits are neutralized, since the evaluation circuit according to the invention determines the tuning in the fully assembled state of the semiconductor chip and the cover.
  • the evaluation circuit is designed in such a way that it operates the resonant circuit or the resonant circuits at a fixed frequency.
  • the determination of the specific resonance frequency or the adjustment to a normal value by the evaluation circuit is carried out automatically and is not comprehensible from the outside.
  • the coil and the capacitor of the resonant circuit or of the resonant circuits can be designed as metallic structures below a hermetically sealing surface layer of the semiconductor chip.
  • a particularly simple manufacture can, however, be achieved in that the coil (s) and capacitor (s) are applied directly to the surface layer of the chip as metallic conductor tracks.
  • a capacitor is preferably formed by parallel conductor track sections of a coil. This has the advantage that the coil and capacitor can be designed as a simple geometric structure.
  • the sensitivity of the resonant circuit is preferably increased in that the coil and / or the capacitor span or occupy the entire chip surface.
  • FIG. 1 a perspective partial sectional view of a semiconductor chip in a transparent housing.
  • a semiconductor chip 1 is located approximately centrally in a cuboid housing 2 made of electrically insulating plastic material which, with its upper region, forms a cover layer for the upper side of the semiconductor chip 1.
  • a cover 4 made of dielectric material is accordingly above the chip surface 3.
  • a metallic structure 5, which forms a coil and a capacitor of an oscillating circuit, is applied directly to the chip surface 3.
  • the coil is formed by a spiral-shaped conductor track 6 with two end-side connection points 7 and, if possible, spans the entire circumferential area of the chip surface 3.
  • the capacitor is formed by parallel blind conductor track sections 8 of the coil.
  • the coil and the capacitor are electrically connected to further components of the resonant circuit, which are integrated in the semiconductor chip 1.
  • an electronic evaluation circuit (not shown) which is connected to the resonant circuit and which deactivates the semiconductor chip 1 if the resonant circuit does not oscillate properly.
  • the dielectric plastic material of the cover 4 defines the value of the capacitance of the capacitor of the resonant circuit. If the cover 4 is removed, the capacitance value of the capacitor also changes, since the geometric arrangement of the dielectric material and the capacitor is changed relative to one another. The associated resonant circuit is out of resonance, which is determined by the evaluation circuit and irreversible leads to the inoperability of the semiconductor chip 1.

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Abstract

Ein Kopierschutz für einen Halbleiterchip (1) mit einer Abdeckung (4) weist einen resonanzfähigen Schwingkreis auf, dessen Elemente sich an der Chipoberfläche (3) und innerhalb der Abdeckung (4) befinden, und ferner eine damit verbundene Auswerteschaltung. Die Schaltung setzt den Halbleiterchip ausser Funktion, wenn der Schwingkreis ausser Resonanz gebracht wird. Diese Verstimmung des Schwingkreises tritt ein, wenn die als Dielektrikum des Kondensators wirkende Abdeckung (4) entfernt wird. Demnach ist es nicht möglich, den Halbleiterchip (1) zum Kopieren oder Analysieren mit abgenommener Abdeckung (4) in Betrieb zu nehmen.

Description

Besehreibung
Analysierschutz für einen Halbleiterchip
Die Erfindung betrifft einen Analysierschutz für einen Halbleiterchip mit einer elektrisch isolierenden Abdeckung.
Die Entwicklungskosten eines integrierten Schaltkreises, nachfolgend Halbleiterchip genannt, sind bekanntlich sehr hoch, während die Herstellungskosten, insbesondere bei sehr hohen Stückzahlen, vergleichsweise gering ausfallen können.
Halbleiterchips sind daher der Gefahr ausgesetzt, unerlaubt analysiert und kopiert zu werden. Es wurden deshalb verschie- dene Maßnahmen entwickelt, die unautorisiertes Analysieren der Funktion und des Aufbaus eines Halbleiterchips verhindern sollen.
Da zum Analysieren ein unmittelbarer Zugriff auf die Chipo- berseite erforderlich ist, besteht ein bekannter Analysierschutz darin, eine Abdeckung mechanisch fest mit dem Chip zu verbinden. Solange die Abdeckung vorhanden ist, ist der Halbleiterchip ausreichend geschützt. Die feste Verbindung soll das Ablösen der Abdeckung verhindern oder zumindest die Chi- poberflache bei diesem Vorgang zerstören. Grundsätzlich kann damit bereits ein guter Schutz erhalten werden. Mit entsprechend großem Aufwand ist es jedoch unter Umständen möglich, die Abdeckung so zu entfernen und die Oberfläche frei zugänglich zu machen, daß Funktion und Aufbau des Halbleiterchips nachvollzogen werden können. Diese Sicherung erfüllt daher ihren Zweck nicht in jedem Fall zuverlässig.
Der Erfindung liegt die A u f a e zugrunde, einen Kopierschutz für einen Halbleiterchip mit verbesserter Sicher- heitsfunktion anzugeben. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Halbleiterchip mindestens einen resonanzfähigen Schwingkreis mit Spule und Kondensator aufweist, wobei die Abdeckung ein Dielektrikum des Kondensators bildet, und ferner eine Auswerteschaltung aufweist, welche den Halbleiterchip außer Funktion setzt, wenn der Schwingkreis durch Veränderung der Abdeckung außer Resonanz gebracht wird.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine für die Funktion des Halbleiterchips notwendige elektrische Ver- kopplung mit der Abdeckung herzustellen. Diese Verkopplung wird dadurch erreicht, daß die Abdeckung ein notwendiges Element eines Schwingkreises mit Spule und Kondensator bildet, indem es die Dielektrizitätskonstante des Schwingkreiskonden- sators beeinflußt. Bei Manipulation an der Abdeckung oder Entfernung der Abdeckung kann der Halbleiterchip wegen Verstimmung des Resonanzkreises nicht mehr betrieben werden. Da der Betrieb aber Voraussetzung für eine detaillierte Analyse ist, erhält man somit einen zuverlässigen Schutz gegen Analy- sieren und Kopieren des Halbleiterchips.
Wird die Abdeckung entfernt oder verändert, verändert sich auch das Schwingungsverhalten des Schwingkreises . Die Resonanzfrequenz wird entweder verschoben oder die Schwingfähig- keit wird zerstört. In beiden Fällen wird der Schwingkreis außer Resonanz gebracht und die Auswerteschaltung setzt den Halbleiterchip dauerhaft außer Funktion. Die Sicherheit wird dadurch weiter erhöht, daß mehrere Schwingkreise vorhanden sind, die gegeneinander verkoppelt sind. Ein Versuch, nach dem Abnehmen der Abdeckung eine Ersatzschaltung mit einer Rekonstruktion der Abstimmung anzubringen, ist durch diese Maßnahme zum Scheitern verurteilt .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteschaltung so ausgebildet, daß sie nach dem Aufbringen der Abdeckung zum Abschluß des Herstellungsvorganges des Halbleiterchips die Resonanzfrequenz des oder der Schwing- kreise selbsttätig ermittelt und sie während des Betriebs des Halbleiterchips in Resonanz betreibt. Die Bestimmung der Resonanzfrequenz findet nur einmalig vor der Inbetriebnahme des Halbleiterchips statt . Nach einem eventuellen Entfernen der Abdeckung ist es unmöglich, den Schwingkreis oder die
Schwingkreise wieder wie ursprünglich abzustimmen. Bei dieser Ausführungsform werden Herstellungstoleranzen bezüglich der Abstimmung des Schwingkreises oder der Schwingkreise neutralisiert, da die erfindungsgemäße Auswerteschaltung die Ab- Stimmung im fertig montierten Zustand des Halbleiterchips und der Abdeckung ermittelt.
Hohe Sicherheit wird alternativ auch dadurch erzielt, daß die Auswerteschaltung so ausgestaltet ist, daß sie den Schwing- kreis oder die Schwingkreise mit einer festgelegten Frequenz betreibt .
Das Festlegen der spezifischen Resonanzfrequenz oder das Abstimmen auf einen Normalwert durch die Auswerteschaltung wird selbsttätig durchgeführt und ist von außen nicht nachvollziehbar.
Grundsätzlich können die Spule und der Kondensator des Schwingkreises oder der Schwingkreise unterhalb einer herme- tisch abschließenden Oberflächenschicht des Halbleiterchips als metallische Strukturen ausgebildet sein. Eine besonders einfache Herstellung kann jedoch dadurch erreicht werden, daß Spule (n) und Kondensator (en) unmittelbar auf der Oberflächenschicht des Chips als metallische Leiterbahnen aufgebracht sind. Bevorzugt wird ein Kondensator durch parallel verlaufende Leiterbahnabschnitte einer Spule gebildet. Das hat den Vorteil, daß Spule und Kondensator als einfache geometrische Struktur ausgebildet werden können.
Die Empfindlichkeit des Schwingkreises wird bevorzugt dadurch erhöht, daß die Spule und/oder der Kondensator die gesamte Chipoberfläche umspannen bzw. einnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben. Die einzige Figur zeigt schematisch
eine perspektivische Teilschnitt-Anεicht eines Halbleiterchips in einem transparent dargestellten Gehäuse.
Ein Halbleiterchip 1 befindet sich etwa zentrisch in einem quaderförmigen Gehäuse 2 aus elektrisch isolierender Kuns - Stoffmasse, welches mit seinem oberen Bereich eine Abdeck- schicht für die Oberseite des Halbleiterchips 1 bildet. Über der Chipoberfläche 3 liegt demnach eine Abdeckung 4 aus die- lektrischem Material. Unmittelbar auf der Chipoberfläche 3 ist eine metallische Struktur 5 aufgebracht, welche eine Spule und einen Kondensator eines Schwingkreises bildet. Die Spule wird von einer spiralförmig verlaufenden Leiterbahn 6 mit zwei endseitigen Anschlußpunkten 7 gebildet und umspannt möglichst den gesamten Umfangsbereich der Chipoberfläche 3. Der Kondensator ist durch parallel verlaufende Blind- Leiterbahnabschnitte 8 der Spule gebildet. Die Spule und der Kondensator sind elektrisch mit weiteren Bauteilen des Resonanzschwingkreises verbunden, die im Halbleiterchip l inte- griert sind. Im Halbleiterchip 1 befindet sich ferner eine elektronische Auswerteschaltung (nicht dargestellt) , die mit dem ResonanzSchwingkreis verbunden ist, und welche den Halbleiterchip 1 außer Funktion setzt, wenn der ResonanzSchwingkreis nicht ordnungsgemäß schwingt.
Das dielektrische Kunststoffmaterial der Abdeckung 4 legt den Wert der Kapazität des Kondensators des ResonanzSchwingkreises fest. Wird die Abdeckung 4 entfernt, so verändert sich auch der Kapazitätswert des Kondensators, da die geometrische Anordnung von dielektrischem Material und Kondensator zueinander verändert wird. Der zugehörige Schwingkreis gerät außer Resonanz, was von der Auswerteschaltung festgestellt wird und nicht mehr umkehrbar zur Funktionsunfähigkeit des Halbleiterchips 1 führt .

Claims

Patentansprüche
1. Analysierschutz für einen Halbleiterchip mit einer elek- trisch isolierenden Abdeckung d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Halbleiterchip (1) mindestens einen resonanzfähigen Schwingkreis mit Spule und Kondensator aufweist, wobei die Abdeckung (4) ein Dielektrikum des Kondensators bildet, und ferner eine Auswerteschaltung aufweist, welche den Halbleiterchip (1) außer Funktion setzt, wenn der Schwingkreis durch Veränderung der Abdeckung (4) außer Resonanz gebracht wird.
2. Analysierschutz nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest die Spule als metallische Leiterbahn (6) über der Oberseite des Halbleiterchips (1) auf der Chipoberfläche (3) ausgebildet ist.
3. Analysierschutz nach Anspruch l oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator durch parallel verlaufende Leiterbahnabschnitte (8) der Spule gebildet ist.
4. Analysierschütz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Schwingkreise vorhanden sind, die miteinander gekoppelt schwingen.
5. Analysierschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spule die gesamte Chipoberfläche (3) umspannt.
6. Analysierschutz nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensator die freie Chipoberfläche (3) im wesentlichen einnimm .
7. Analysierschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung nach Aufbringen der Abdeckung (4) die Resonanzfrequenz mindestens eines Schwingkreises ermittelt und diesen im Betriebszustand des Halbleiterchips (1) in Resonanz betreibt .
8. Analysierschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung mindestens einen Schwingkreis mit einer vorher festgelegten Frequenz betreibt.
EP97943756A 1996-09-23 1997-09-11 Analysierschutz für einen halbleiterchip Ceased EP0931344A1 (de)

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EP0931344A1 true EP0931344A1 (de) 1999-07-28

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