JP2002503006A - 電子シグニチャーの減衰により安全保護された集積回路デバイス - Google Patents

電子シグニチャーの減衰により安全保護された集積回路デバイス

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JP2002503006A
JP2002503006A JP2000530881A JP2000530881A JP2002503006A JP 2002503006 A JP2002503006 A JP 2002503006A JP 2000530881 A JP2000530881 A JP 2000530881A JP 2000530881 A JP2000530881 A JP 2000530881A JP 2002503006 A JP2002503006 A JP 2002503006A
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エリック セルヴェール
ロベール レイディエール
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、メモリーを有するポータブルメモリ媒体、特にカード形式に組込むように設計された集積回路デバイス(2)に関する。集積回路デバイス(2)は、集積回路デバイス(2)により消費される電流のピーク(Idd)の振幅を減衰させるための少なくとも１つのキャパシター(8)を備える。本発明は、スマートカードの電気的シグニチャーを減衰させるのに特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、ポータブルメモリ媒体、特に、カード形式のポータブルメモリ媒体
に組込むように設計された集積回路デバイスに関する。
【０００２】 （従来の技術） スマートカードは、記憶装置のセキュリティと、秘密情報の処理が必須である
用途で一般に使用されている。これらのカードは、ヘルスケアの分野、ペーパー
ビューテレビの用途、又は所謂電子財布の用途に使用するように特別に設計され
ている。 これらは、プラスチックカード本体からなり、その中に集積回路が組込まれる
。これは、集積回路チップを備える電子モジュール、又は集積回路チップ自体で
も良い。
【０００３】 時間の関数として、集積回路により消費される電流の強度Ｉｄｄをモニタリン
グすることが、前記デバイスにより行われる全てのタスクのシグニチャーを構成
する。この電子シグニチャーより詳しくはその形状の解析により、デバイスの活
動を明らかにし、前記デバイスに含まれる秘密情報にアクセスすることが出来る
。 このようなシグニチャーの解析を防止するため、従来技術の方法では、第１の
例では、プログラミングアルゴリズムを使用し、疑似乱数の時間にオペレーショ
ンを起動させることを提案する。第２の例では、多くのノイズを発生し、ランダ
ムな情報又は偽のオペレーションを多くすることを提案する。
【０００４】 これらの従来技術の方法は、多くの不利な点がある。これらは、デバイスのあ
るリソース、他のオペレーションを実行するのに使用できるリソースを独占し、
また詳細なシグニチャー解析には抵抗することが出来ない。
【０００５】 （発明の概要） 上述のことを考慮し、一つの技術的問題は、集積回路デバイスの電子シグニチ
ャーの解析をより複雑にすることにより、秘密データへのアクセスを防止するこ
とである。本発明の課題であるこの問題の解法は、ポータブルメモリーオブジェ
クト、特に、カード形式に組込むように設計された集積回路デバイスにおいて、
前記デバイスの集積回路により消費される電流のピークの振幅を減衰させること
が出来る少なくとも１つのキャパシターを備えることである。
【０００６】 キャパシタンスは、約0.1ナノファラッドより大きく、特に1ナノファラッドの
オーダーであると有利である。デバイスは又、少なくとも１つの電気抵抗器を備
える。電気抵抗は、約１オームより大きい値、特に10オームのオーダーである。
抵抗器は、自己インダクターである。自己インダクタンスは、約50ナノヘンリー
より大きい値、特に500ナノヘンリー程度である。キャパシターは、集積回路デ バイスの第１パッド又は第１領域と、集積回路デバイスの第２パッド又は第２領
域との両方に電気的に接続され、第１と第２パッド又は第１と第２領域は集積回
路の供給電流が通過することが出来る。第１パッドはコンタクトパッドＶｓｓ、
又は第１領域はコンタクト領域Ｖｓｓであり、第２パッドはコンタクトパッドＶ
ｄｄ、又は第２領域はコンタクト領域Ｖｄｄである。自己インダクターは、集積
回路デバイスの第２パッド又は第２領域に接続され、キャパシターと直列に接続
される。キャパシターは、チップの追加の層に一体化される。キャパシターの電
極を形成するサブ層は、集積回路デバイスのパッドに電気的に接続される。自己
インダクターは、コイルの形で、集積回路デバイスのベース層のアクティブ側に
一体化される。
【０００７】 （発明の詳細な説明） 本発明は、次の発明の詳細な説明を読み、図面を参照すれば、よりよく理解で
きるであろう。発明の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。
【０００８】 本発明のこの説明は、チップカードの例を取扱う。しかし、本発明は、トーク
ン形式の加入者識別モジュール（ＳＩＭ）又は電子ラベル等、ポータブルメモリ
ーオブジェクトに組込むように設計された任意の集積回路デバイスに適用できる
。
【０００９】 チップカードは、標準ポータブルオブジェクトであり、コンタクト有り及び／
又はなしで作動し、ＩＳＯ標準７８−１０と７８−１６に規定されている。これ
らの標準の内容を、ここに参照する。
【００１０】 図１と２に示すように、コンタクト型作動モードを有するカードは、集積回路
チップ2を備え、少なくとも5つのコンタクトパッド100,101,102,103,104が、図 示しない導電リード線により、カード本体3の表面にある５つのコンタクト領域2
00,201,202,203,204にそれぞれ接続される。コンタクトパッドＲｅｓｅｔ100は 、コンタクト領域Ｒｅｓｅｔ200に接続され、コンタクトパッドＣｌｏｃｋ101は
、コンタクト領域Ｃｌｏｃｋ201に接続され、コンタクトパッドＶｓｓ102は、コ
ンタクト領域Ｖｓｓ202に接続され、コンタクトパッドＩ／Ｏ103は、コンタクト
領域Ｉ／Ｏ203に接続され、コンタクトパッドＩｄｄ104は、コンタクト領域Ｖｄ
ｄ204に接続される。
【００１１】 コンタクトパッド100,101,102,103,104とコンタクト領域200,201,202,203,204
とは、それぞれ強度がＩReset、ＩClock、Ｉss、ＩI/O、Ｉddの電流を通過させ ることが出来る。 チップ2の組立体即ち、導電性リード線とコンタクト領域200,201,202,203,204
は、カード本体3に組込まれた電子モジュール4に含まれる。 本発明による集積回路デバイスは、領域200,201,202,203,204を有し、チップ を備える電子モジュール4でも良く、又はチップ2自体であっても良い。
【００１２】 図３に更に詳細に示すように、本発明によれば、集積回路デバイスは、キャパ
シター8を備える。そのキャパシタンスは、約0.1ナノファラッドより大きく、特
に1ナノファラッドのオーダーである。本発明によれば、デバイスの集積回路に より消費される電流のピークの振幅を減衰させることが出来る。
【００１３】 さらに、本発明による集積回路デバイスは、電気抵抗器を備えると有利である
。その電気抵抗は、約1オームより大きい値、特に10オームのオーダーである。 それは、自己インダクター9により構成されるのが好ましい。自己インダクタン スは、約50ナノヘンリーより大きい値、特に500ナノヘンリーである。
【００１４】 キャパシター8は、チップ2のパッド102に又は前記チップ2を備える電子モジュ
ールの領域202に、またチップ4のパッド104に又は電子モジュール4のパッド204 に電気的に接続される。デバイスが、電気抵抗器（好ましくは、自己インダクタ
ー9により構成される）も有する有利な場合は、この自己インダクター9は、チッ
プ2のパッド104に又は前記チップ2を備える電子モジュール4の領域204に電気的 に接続され、またキャパシター8と直列に接続される。
【００１５】 最後に、キャパシター8と自己インダクター9の組立体は、ローパスフィルター
セルを構成し、このフィルターセルは、少なくともキャパシター8により、好ま しくはキャパシター8と抵抗器により構成され、抵抗器は好ましくは自己インダ クター9であり、前記フィルターセルは、電子モジュール4内に位置し、集積回路
のすぐ近くに位置するのが有利である。
【００１６】 図４、５、６に示す実施例では、チップ2は、キャパシター8と、自己インダク
ター9とを備える。 まず、図５を参照すると、チップ2は３つの主な層を備える。これらは、第１ ベース層105と、追加の層106とを含み、これらの第１と第２の層は、中間埋込み
層107により連結される。 層105は、３つのサブ層からなる。即ち、シリコンサブ層108と、回路集積サブ
層109とを備え、サブ層108と109の上に、パッシベーション層110がある。
【００１７】 層106は、６つのサブ層からなる。即ち、絶縁サブ層111と、キャパシター8の 第１電極を形成する導電性サブ層112（例えば、タンタルベース）と、絶縁誘電 性サブ層113（例えば酸化タンタル）と、キャパシター8の第２電極を形成する導
電性サブ層114（例えば、タンタルベース）と、絶縁サブ層115と、シリコン又は
他の材料の層116からなる。 埋込み層107は、更にサブ層に分割されない。それは、埋め込み剤例えばポリ マーからなる。特に、ポリアミドでも良い。
【００１８】 １実施例では、サブ層110,111,112,113,114,115の厚さは、数千オングストロ ームのオーダーであり、サブ層109とサブ層107の厚さは5μｍのオーダーであり 、サブ層108の厚さは50μｍのオーダーであり、層116の厚さは150μｍのオーダ ーである。 キャパシター8は、追加の層106内に一体化される。電極を形成するサブ層112 と114は、バイア即ち導電性バンプ119により、集積回路の相互接続パッド117,11
8に電気的に接続される。
【００１９】 図６により詳しく示すように、自己インダクター9は、ベース層105のアクティ
ブ側に一体化されたコイルの形である。その２つの接続端子の一方は、コンタク
トパッドＩｄｄ104に接続され、他方は相互接続パッド118に接続される。 相互接続パッド117は、接続回路120によりコンタクトパッドＶｓｓ102に接続 され、接続回路は可能な限り低い抵抗を有すると有利である。
【００２０】 図４によりよく示すように、層106と107は、ミクロ機械加工技術を使用して、
孔をあけてある。これらの孔により、ベース層105アクティブ側上に位置するパ ッド100,101,102,103,104と、電子モジュール4のコンタクトパッド200,201,202,
203,204との間のサーモソニック配線が可能になる。
【００２１】 集積回路デバイスで、集積回路は、組立てられた論理セルの複合構造を形成し
、その中で中央処理装置（ＣＰＵ）が、データバスとアドレスバス経由で、前記
回路のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭに記憶された情報を分配し、管理する。集
積回路は又、ＣＰＵと組み合わさるマイクロコントローラーを形成しても良く、
前記マイクロコントローラーは、特別な計算構造を要するデータの暗号化用の特
殊な物であっても良い。このマイクロコントローラーは、暗号プロセッサーとも
呼ばれる。
【００２２】 図７は、本発明の集積回路デバイスの基本の論理セル5を示す。このセル5は、
ＣＭＯＳ型である。それは、Ｐ型の第１ＭＯＳトランジスター6と、Ｎ型の第２ ＭＯＳトランジスター7とからなり、前記トランジスター6,7は、直列に接続され
る。各セル5は、両方のトランジスター6,7に共通の論理制御信号Ｖｉｎにより制
御される。
【００２３】 ｉddは、セル5が消費する電流の強度である。 ２つの安定状態、即ちロジック状態0と1で、トランジスターの一方のみ、即ち
6又は7が導電性となり、他方のトランジスター7又は6は非導電性である。それゆ
え、セル5が消費する電流ｉddは、リーク電流値ｉleakageに等しく、この値は時
間によらずほぼ等しく、特に温度による。特に、ｉleakageは１ナノアンペアの オーダーである。
【００２４】 他方、制御電圧Ｖinがセル5の入力端子にかけられるとき、且つＶinが前記セ ル5のトランジスター6,7が一方の安定状態から他方の安定状態に切替わるしきい
値より大きいとき、このセル5は、時間間隔ｔcの間、ロジック状態0と1の間の中
間の非安定過渡状態である。トランジスター6と7は、次に導電性となり、ｉddは
、ｉleakageよりずっと大きいｉswitchに等しくなり、強度値ｉpeakに達する。 この値は、本発明では数十マイクロアンペアである。 電流Ｉｄｄの強度変化を解析することにより、集積回路の色々のＲＡＭ、ＥＥ
ＰＲＯＭ、ＲＯＭ、暗号プロセッサーのサブ組立体の間の情報の流れに関係する
基本的な論理セル5の状態の変化を推論し、集積回路のオペレーションを解釈す ることが可能である。
【００２５】 図９において、曲線300は、本発明の集積回路デバイスで消費される電流強度 Ｉｄｄを時間の関数で表し、曲線301は、従来の集積回路デバイスで消費される 電流強度Ｉｄｄを時間の関数で表し、曲線300と301とは、この集積回路デバイス
を制御するクロック信号を表す曲線302と比較される。 曲線300と301で表される本発明と従来技術の集積回路デバイスは、クロックの
上昇端部と下降端部の両方で、電力を消費する。しかし、いつもそうとは限らな
い。実際、ある集積回路デバイスは、2つのクロックの端部の一方でのみ電力を 消費し、他は周波数増倍手段を有し、その場合クロックの期間当たりの電流ピー
クの数は2つより多い。
【００２６】 曲線301は、消費される電流Ｉｄｄの強度のピークを示し、その高さ即ち振幅 は27ｍＡのオーダーである。これらのピークは、集積回路により行われるタスク
の組のシグニチャーを構成する。トランザクションに関連して曲線301を注意深 く解析することにより、集積回路のオペレーションを理解し、秘密情報を引出す
ことが可能である。これは、非破壊的調査方法であり、データとトランザクショ
ンのセキュリティを破るものである。
【００２７】 他方、曲線300は、消費される電流Ｉｄｄの強度のピークは、8ｍＡのオーダー
である。従って、キャパシター8と自己インダクター9があるおかげで、ピークの
強度は50％以上減少する。従って、トランザクションと関連して曲線300を注意 深く解析するのは、特に複雑である。単に、非破壊的調査方法を使用して、秘密
情報を引出すことは、もはや可能ではない。
【００２８】 さらに、従来技術の集積回路デバイスでは、オペレーションの間に、供給電流
Ｉｄｄの強度の大きな変動により突然の電圧降下が起こり、この降下により電圧
が所謂公称の作動の検出しきい値より下に低下し、その結果、再度初期化即ちデ
ータの損失、及び書き込みエラーが起こり、データの完全性が失われる。本発明
によるデバイスでは、電子シグニチャーが減衰し、その結果電圧降下が起こらな
いことにより、別の利点が得られる。
【００２９】 ＣＭＯＳ集積回路の構造は、集積回路デバイスが、そのコンタクトパッドＲｅ
ｓｅｔ100、Ｉ／Ｏ103、又はＣｌｏｃｋ101により、低下した電力を与えられる ようになっている。これらのパッドは、供給パッドＶｓｓとＶｄｄと異なり、非
線形デバイスにより、静電放電から保護されている。これらのデバイスは、主に
集積回路の供給バスに接続された２つのダイオードにより構成されている。従っ
て、パッドＲｅｓｅｔ、Ｉ／Ｏ、Ｃｌｏｃｋにより低下したモードで集積回路に
電力を供給することは、ダイオードを通って行われ、電源Ｖｄｄへ行く。この非
線形デバイスは、Ｖｄｄにあるキャパシターと組み合わさり、集積回路の供給電
流を濾波する。しかし、パッドＶｓｓとＶｄｄに関してこの明細書で記載した実
施例は、パッド100,101,103にも適用して、これらのパッドでの集積回路の電気 消費のシグニチャーを減衰させることが出来る。
【００３０】 本発明による集積回路チップは、バッチで、ウェハとして知られているシリコ
ンのスライスの形で生産できる。チップのバッチ製造に関する情報については、
フランス特許出願97/10764号（まだ発行されていない）を参照されたい。この特
許出願の内容をここに参照する。 本発明は、アナログセルの手段により、チップカード用集積回路の全てのタス
クに伴う過渡的な電流現象を濾波することにより、プログラミングの業務の効率
を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による集積回路デバイスを備えるカードの一部の上面図。
【図２】 本発明による集積回路デバイスの概略図。
【図３】 本発明による集積回路デバイスの概略電気回路図。
【図４】 本発明による集積回路デバイスの上面図。
【図５】 本発明による集積回路の断面図。
【図６】 本発明による集積回路デバイスのアクティブ側の上面図。
【図７】 本発明による集積回路デバイスの基本のＣＭＯＳ論理セルの図。
【図８】 図７の基本のＣＭＯＳ論理セルの特性信号Ｖｉｎとｉｄｄを示す
。
【図９】 ３つの信号のタイミングダイヤグラムを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイディエール ロベール フランス エフ−91440 オルセイ アレ ド プランシュ ５ Ｆターム(参考） 2C005 MA06 MA29 PA27 SA02 5B017 AA03 BB03 CA14 5B035 AA13 BB09 BC00 CA12 CA23 CA38

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポータブルメモリー媒体特にカード形式のものに組込むよう
    に設計された集積回路デバイスにおいて、前記デバイスの集積回路により消費さ
    れる電流のピークの振幅を減衰させることが出来る少なくとも１つのキャパシタ
    ー(8)を備えることを特徴とする集積回路デバイス。
  2. 【請求項２】 前記キャパシター(8)のキャパシタンスは、約0.1ナノファラ
    ッドより大きく、特に1ナノファラッドのオーダーの値を有する請求項１に記載 したデバイス。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの電気抵抗器を有する請求項１又は２に記載
    したデバイス。
  4. 【請求項４】 前記抵抗器の電気抵抗は、約1オームより大きく、特に10オ ームのオーダーの値を有する請求項３に記載したデバイス。
  5. 【請求項５】 前記抵抗器は、自己インダクター(9)である請求項３又は４ に記載したデバイス。
  6. 【請求項６】 前記自己インダクター(9)の自己インダクタンスは、約60ナ ノヘンリーより大きく、特に500ナノヘンリー程度の値を有する請求項５に記載 したデバイス。
  7. 【請求項７】 前記キャパシター(8)は、前記集積回路デバイスの第１パッ ド又は第１領域と、又前記集積回路デバイスの第２パッド又は第２領域と電気的
    に接続され、前記第１と第２パッド、又は前記第１と第２領域は、前記集積回路
    の供給電流が通過できる請求項１乃至６の何れか１項に記載したデバイス。
  8. 【請求項８】 前記第１パッドはコンタクトパッドＶｓｓ(102)、又は前記 第１領域はコンタクト領域Ｖｓｓ(202)であり、前記第２パッドはコンタクトパ ッドＶｄｄ(104)、又は前記第２領域はコンタクト領域Ｖｄｄ(204)である請求項
    ７に記載したデバイス。
  9. 【請求項９】 前記自己インダクター(9)は、前記集積回路デバイスの前記 第２パッド又は前記第２領域に電気的に接続され、前記キャパシター(8)と直列 に接続される請求項７又は８に記載したデバイス。
  10. 【請求項１０】 前記キャパシター(8)は、チップ(2)の追加の層(106)に一 体化されている請求項１乃至９の何れか１項に記載したデバイス。
  11. 【請求項１１】 前記キャパシター(8)の電極を形成するサブ層(112)と(114
    )は、前記集積回路デバイスのパッド(117,118)に電気的に接続されている請求項
    １０に記載したデバイス。
  12. 【請求項１２】 前記自己インダクター(9)は、前記集積回路デバイスのベ ース層(105)アクティブ側に一体化されているコイルの形である請求項５乃至１ ０の何れか１項に記載したデバイス。
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