JP2007514987A - 半導体デバイス、認証方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
本発明の半導体デバイス（１１）は回路と保護構造（５０）とを備える。本発明の半導体デバイス（１１）は、第１および第２のセキュリティ素子（１２Ａ、１２Ｂ）と、入力および出力（１４、１５）とを備える。セキュリティ素子（１２Ａ、１２Ｂ）は、異なる第１および第２のインピーダンスをそれぞれ有する。このデバイスはさらに、測定手段、処理手段および接続手段を備える。処理手段は、受け取られた第１の情報を特定の測定プログラムに変換する。これによって、デバイス（例えばスマートカード）のオーセンティシティをチェックし、またはアイデンティティを確立するために、デバイス（１１）および読取り装置中にチャレンジ−レスポンス機構が実装される。
Description
本発明は、能動素子［active element］を含む回路を備え、この回路が基板の１つの面にあり、この回路が保護構造によって覆われた半導体デバイスであって、
保護構造の局部領域と、入力および出力をそれぞれが備え、第１および第２のインピーダンスをそれぞれ有する第１および第２のセキュリティ素子［security element］と、
第１および第２のインピーダンスの実際の値（実際値）を測定する測定手段と、
セキュリティ素子の実際値を送信する接続手段と
をさらに備えた半導体デバイスに関する。
保護構造の局部領域と、入力および出力をそれぞれが備え、第１および第２のインピーダンスをそれぞれ有する第１および第２のセキュリティ素子［security element］と、
第１および第２のインピーダンスの実際の値（実際値）を測定する測定手段と、
セキュリティ素子の実際値を送信する接続手段と
をさらに備えた半導体デバイスに関する。
本発明はさらに、半導体デバイスのオーセンティシティ［authenticity―真正性・本物であること―］を読取り装置によってチェックする方法であって、この読取り装置が、前記半導体デバイスの前記セキュリティ素子の参照値を含むメモリを含み、またはこのようなメモリにアクセスすることができ、
セキュリティ素子の実際値を測定し、それによって第２の情報を生み出すステップと、
前記実際値を送信するステップと、
実際値とメモリから読み取られた参照値との比較によって、オーセンティシティをチェックするステップと、
実際値と参照値の差が定められたしきい値よりも小さい場合に限り、オーセンティシティを認めるステップと
を含む方法に関する。
セキュリティ素子の実際値を測定し、それによって第２の情報を生み出すステップと、
前記実際値を送信するステップと、
実際値とメモリから読み取られた参照値との比較によって、オーセンティシティをチェックするステップと、
実際値と参照値の差が定められたしきい値よりも小さい場合に限り、オーセンティシティを認めるステップと
を含む方法に関する。
本発明はさらに、この半導体デバイスの初期化の方法に関する。
本発明はさらに、このような半導体デバイスと、この半導体デバイスのセキュリティ素子の参照値を含むメモリを含み、またはこのようなメモリにアクセスできる読取り装置とを備えたシステムであって、上記方法を実行するのに適したシステムに関する。
このようなデバイス、このような方法及びこのようなシステムは、非プレ公開出願ＷＯＩＢ０２／０５０５０（ＰＨＮＬ０１０８５９）に記載されている。この文献に記載される半導体デバイスは好ましくは、回路を横切って不均一に分布した粒子を含むいわゆるセキュリティ層を備える。これら粒子の存在は、特にパッシベーション［passivation―皮膜による保護―］層を含むパッシベーション構造である、保護構造の局部領域にインピーダンスを提供する。このような粒子はさまざまであってもよく、それらの濃度はさまざまであってもよい。第１のセキュリティ素子の１つの局部領域の「第１」のインピーダンスは、第２のセキュリティ素子の別の局部領域の「第２」のインピーダンスとは異なっていてもよく、これらはおそらく異なる。これらのインピーダンスは、コンデンサ、抵抗器、センサ、インダクタ、磁気抵抗センサなどと同等の方法で測定することができる。これらのインピーダンスはさまざまな条件下で、特にさまざまな周波数で測定されてもよい。
実際値を識別目的に使用するため、半導体デバイスの初期化時に、好ましくは製造時または製造の直後に、セキュリティ素子の初期値が決定される。これらの初期値は参照値としてメモリに記憶される。このようなメモリは、適当な読取り装置中に存在することができ、あるいは例えば電話、インターネットまたはケーブル接続による適当な電気接続を有することができる。半導体デバイスのオーセンティシティをチェックするため、または半導体デバイスおよびそのユーザのアイデンティティ［identity―同一性―］を確立するために、次いで、セキュリティ素子の実際値を、メモリ内で使用可能なこの参照値と比較することができる。このように、これらのセキュリティ素子は、ある尺度の物理的実装に基づくセキュリティ機能を提供する。さらに、これらのセキュリティ素子は、回路を変更するために何者かが、半導体デバイスの販売者の希望に反して、パッシベーション構造を除去したかどうかをチェックするために使用することができる。何人も他人のデータまたは現金にさえもアクセスできないようにするため、このような変更は排除されなければならない。
説明された半導体デバイスおよび説明されたシステムに関する研究は、このセキュリティをさらに改善することができることを示した。このことは、実際値とは別の位置に参照値が記憶される場合、すなわち参照値を含むメモリが半導体デバイス自体の部分ではない場合に特に望ましい。今日では電子システムが他の複数のシステムに接続されることを考慮し、読取り装置がこのメモリにしかアクセスできない場合に、参照値および／または実際値に関する情報の交換のために共通に使用可能な通信システムが使用されることを考慮すれば、この改善は望ましい。
本発明の第１の目的は、冒頭の段落に記載された種類の半導体デバイスであって、改善されたセキュリティのために適当な半導体デバイスを提供することにある。
本発明の第２の目的は、認証またはアイデンティティの確立の改良された方法を提供することにある。
この第１の目的は、接続手段が、読取り装置から第１の情報を受け取り、実際値の測定に基づいて生み出された第２の情報を送信することができること、測定手段が、第１の情報に基づいて確立された方法で実際値を測定することができること、およびセキュリティ素子の実際値の組の測定のプログラムを第１の情報に基づいて確立し、測定された実際値に基づいて第２の情報を生み出す処理手段が存在することにより達成される。
第２の目的は、この方法が、
セキュリティ素子の実際値を特定の方法で測定するための命令を含む第１の情報を用意するステップと、
前記第１の情報を読取り装置から半導体デバイスに送信するステップと、
セキュリティ素子の実際値の組の測定のプログラムを第１の情報に基づいて確立するステップと、
セキュリティ素子の実際値を、測定のプログラムに従って測定するステップと、
測定された実際値に基づいて第２の情報を生み出すステップと、
第２の情報を半導体デバイスから読取り装置に送信するステップと、
第２の情報と参照情報との比較によって、オーセンティシティをチェックし、またはアイデンティティを確立するステップであって、前記比較が、同等のフォーマットの前記参照情報および／または前記第２の情報を用いて実施されるステップと、
同等のフォーマットの第２の情報の中および参照情報の中に含まれる少なくともいくつかの要素間の差が、定められたしきい値よりも小さい場合に限り、オーセンティシティまたはアイデンティティを認めるステップと
を含むことにより達成される。
セキュリティ素子の実際値を特定の方法で測定するための命令を含む第１の情報を用意するステップと、
前記第１の情報を読取り装置から半導体デバイスに送信するステップと、
セキュリティ素子の実際値の組の測定のプログラムを第１の情報に基づいて確立するステップと、
セキュリティ素子の実際値を、測定のプログラムに従って測定するステップと、
測定された実際値に基づいて第２の情報を生み出すステップと、
第２の情報を半導体デバイスから読取り装置に送信するステップと、
第２の情報と参照情報との比較によって、オーセンティシティをチェックし、またはアイデンティティを確立するステップであって、前記比較が、同等のフォーマットの前記参照情報および／または前記第２の情報を用いて実施されるステップと、
同等のフォーマットの第２の情報の中および参照情報の中に含まれる少なくともいくつかの要素間の差が、定められたしきい値よりも小さい場合に限り、オーセンティシティまたはアイデンティティを認めるステップと
を含むことにより達成される。
本発明によれば、第１および第２の情報が実際値の単純なリストではない。第１の情報は、特定の測定を記述したプロトコルである。全く同一の半導体デバイスに対して、第１の情報の複数の実施態様があることができ、そのほうが好ましい。第２の情報は実際値のシーケンスであり、このシーケンスおよび実際値は、オーセンティシティ・チェックが実施されるたびに異なる可能性がある。実際値が異なるのは、これらが異なる物理条件下で測定され、順序が異なり、または異なるセキュリティ素子が測定されるためである。さらに、おそらくは１回のオーセンティシティ・チェックのうちに数回、第１の情報がデバイスに送られる。第１の情報が全てのセキュリティ素子の実際値の測定を定める必要がないと考察される。
第１の情報は、特定の測定を定めるプロトコルであると考えることができるが、これが測定プログラムに１対１に対応する必要はない。このセキュリティ機構は、第２の情報と参照情報との比較に基づく。セキュリティ素子の実際値の測定は、物理的にかつ／または化学的に実現された特徴に基づくセキュリティを提供するので、この情報の不可欠の部分である。しかし、どの特定の実際値が情報のどの部分に対応するのかを知る必要はない。
本発明のデバイスは暗号法においてチャレンジ−レスポンス機構［challenge-response mechanism］としてそれ自体が知られている機構の実装を可能にする。このような機構では、検証者、ここでは読取り装置を通して行動する検証者が、証明者、ここでは半導体デバイスに、ある種の質問に答えるよう要求し、それによって証明者のアイデンティティまたはオーセンティシティを検証する。言い換えると、チャレンジ−レスポンス機構は、他の主要な機能に対して使用されることができ、好ましくは他の主要な機能に対して使用される半導体デバイスの中に組み込まれる。本発明のデバイス内でのこの測定は、インピーダンスが測定されることによって可能になる。したがってこの測定は、標準の受動構造および相互接続を用いて実現することができる。
先の非プレ公開出願のデバイスおよび方法と比較して、本発明の主たる利益は、半導体デバイスに送られるチャレンジの数（または第１の情報のバリエーションの数）が大幅に増えることである。そのおかげで、チャレンジはそれぞれ一度だけ使用されればよい。可能なチャレンジの数は１０，０００を超え、好ましくは１００，０００を超え、またはそれ以上になると予想される。半導体デバイスのアイデンティティまたはオーセンティシティのチェックは、参照情報との比較ステップを含む。この参照情報は、第２の情報と基本的に同じフォーマットで記憶されることが好ましい。こうすると情報が多すぎて記憶できない可能性がある。データベース中の必要な記憶容量を制限するため、チャレンジおよび対応するレスポンス（例えば第１および第２の情報）の全てが記憶されるのではなく、あるサブセットだけが記憶されて、それを任意にまたは特に選択してもよいことが予想される。半導体デバイスに送られるチャレンジの選択はランダム選択とすることができる。しかし、第１の情報の収集において異なるサブセットを識別できることは排除されない。特定の機能、例えば較正または拡張されたセキュリティを有するためにあるサブセットが選択されてもよい。１つの非常に特殊なサブセットは例えば、異なる条件下で測定された実際値の単純なリストである。
このようなチャレンジ−レスポンス機構を可能にするために、処理手段が提供される。処理手段は一般にマイクロプロセッサの形態をとり、半導体デバイスの独立した部分であってもよいばかりでなく、デバイスの主要な機能を実行するために存在する任意のマイクロプロセッサと一緒に統合されていてもよい。
一般に、所望のセキュリティ素子を選択するためのスイッチング機能、および個々のセキュリティ素子を駆動するのに適したドライバ・ユニットが存在する。これらの機能は、処理手段または測定手段に組み込まれていてもよく、あるいはこれらの両方の手段に分割されていてもよい。このスイッチング機能はトランジスタを用いて実現することができ、あるいはピン・ダイオード、ＭＥＭＳスイッチなどを用いて代替的に実現することができる。ドライバ・ユニットは通常、個々の素子をアドレス指定するためのマトリックス構造を含む。
その種に特有な測定手段は、容量およびインダクタンスを含む、測定されるインピーダンスのその種に特有なタイプに依存し、有効誘電率の変化および磁化率の変化を前提とする。キャパシタンスが測定される場合には、指紋センサの分野から知られている測定手段が使用されてもよい。このような測定手段は例えば、ＵＳ−Ａ５，３２５，４４２から知られているドライブ手段とセンシング手段の総体である。あるいは、特にセキュリティ素子の数が比較的に少ない場合には、セキュリティ素子は、センシング手段がインピーダンスと並列に置かれた従来の回路を用いて代わるがわるに測定されてもよい。インダクタンスが測定される場合には、非プレ公開出願ＵＳ６０／４３４５２０、ＵＳ６０／４３４８２９、ＵＳ６０／４３９９８６（ＰＨＵＳ０２０６１１、ＰＨＵＳ０２０６１２、ＰＨＵＳ０３００１４）に記載されているものなどのセンシング手段が使用されてもよい。さらに、インピーダンスのより大きな変化を得るために、有効誘電率と磁化率の両方が変化してもよいことは明白である。
この出願の文脈では、実際値の測定が、それを指示する、またはそれを表す、またはそれに対応する任意のパラメータの決定を含むことが理解される。誘電率でさえも異なる周波数で測定されると、異なる結果が得られるので、この実際値が、どこか他の場所で独立に得ることができる値である必要はないことは明白である。しかし、実際値は実際に測定された値であり、測定が同じ条件の下で繰り返される場合、測定は同じ実際値を提供しなければならない。
接続手段、および読取り装置から半導体デバイスに情報を送信するステップは、特定の種類の接続を前提としない。情報の送信および受信は、無線を介して、ガルヴァニック接続［galvanic―直流電気の― connection］によって、容量結合によって、または光電気結合手段を用いて実施されてもよい。送信および受信を実現する方法および対応する手段はそれら自体が知られている。手段の例は、アンテナ、インダクタ、ボンド・パッドとはんだまたは金属ボール、グルーまたはボンド・ワイヤ、容量プレート、レーザ・ダイオード、グラス・ファイバである。接続手段はさらに、送信および受信を可能にする増幅器、整流器などの能動素子を含む。
特に適した実施形態では、第１の情報がさらに、個々のセキュリティ素子の実際値が測定される条件を指定する。このような物理条件は、測定が実施される周波数、外部場の適用を含む。測定手段は、これらの条件の設定を可能にするユニットを備える。周波数が変更される場合、これは、デバイスのクロックなどの周波数参照信号およびプログラム可能な分周器を使用することによって実現されてもよい。同様の方法を時間領域で実現することができる。ここでは、電圧または電流プロファイルが時間領域で定義される。この信号は、選択されたセキュリティ素子を励起するために使用される。次いで測定値は、ある間隔のピーク値として定義される。外部場は、半導体デバイス上に存在する任意の手段を使用して提供されてもよい。あるいはこれが、このような手段が実装された読取り装置への特定の通信を含んでもよい。
特に好ましい実施形態では、処理手段が、ハッシュ関数［hash function］を用いて実現されたプロセッサを含む。ハッシュ関数は、任意の長さの入力を固定長の出力に圧縮して、入力の１ビットを変化させることが、出力の約半分のビットを変化させるアバランシェ［avalanche―電子なだれ―］特性を有する。ハッシュ関数は不可逆なのでこのようなハッシュ関数はさらに魅力的［attractive］である。
このことは、セキュリティ素子の事前に決められた選択、測定順序および物理条件を得るために、第１の情報を選択することができないことを意味する。
参照情報は同じハッシュ関数を使用して生み出されるので、それにもかかわらず第２の情報と参照情報の間の比較は可能である。
サイエンス［Science―科学事典―］２９７（２００２）の２０２６〜２０３０から、データの保護のためのハッシュ関数の使用それ自体は、既知である。この既知のシステムはレーザ・パルスに基づいて動作する。本発明のデバイスの利点は、単一の半導体デバイスの中に保護を実装できることである。読取り装置は非常に単純であってもよく、半導体デバイスに第１の情報を提供するためのプロトコルを実装するためには、読取り装置はコンタクト、メモリおよびプロセッサを備えていなければならない。したがって、このシステムは、多種多様な応用向けの半導体デバイスの中に、光学部品を含める必要なしで、実装することができる。
ハッシュ関数の使用は、第１の情報しか自由に選択できず、そのため、インピーダンスの値の有効な測定を指定することができないため、特に本発明のデバイス中で使用されるセキュリティ素子、特にセキュリティ層に対して適している。さらに、ハッシュ関数はランダム化効果を有するので、測定の線形性が除かれる。
セキュリティ・レベルを上げるために、第２の情報が実際値の単純なリストにならないような変換処理が、測定された実際値に与えられる。変換処理の例には、乗算、加算、減算によって実際値を組み合わせること、１つまたは複数の整数またはその他の数で個々の実際値を変更すること、ハッシュ関数などのセキュリティ関数を実際値に適用すること、第２の情報のサイズが測定された実際値の数に対応しないように数値を繰り返しまたは加えることが含まれる。さらに多くの変換処理が予見されることは明白である。セキュリティ関数、特にハッシュ関数の適用が好ましい。
さらに他の実施形態では、プロセッサが、複数のハッシュ関数および変換処理を含み、第１の情報が、ハッシュ関数および変換処理のうちのどれが第１の情報および／または測定された実際値に適用されるかを決定するサブセットを含む。
インピーダンスの変化は、回路を横切って横方向に実現されることが好ましい。これには、第１の利点として、この変化が、湿式化学付着による層の適用、化学的改質を達成するための局部照射またはプラズマ処理の実施、構造および厚さの差を生み出すためのパターン形成された複数の層の供給など、知られているプロセスで容易に得られるという利点がある。第２の利点は、保護構造がパッシベーション機能を有してもよいことである。好ましくは、保護構造が、窒化シリコンなどの知られている材料および組成の別個のパッシベーション層を含んでいる。第３の利点は、透明とならないように保護構造が選択されてもよく、その下の回路を傷つけることなく除去されることができないことである。
明瞭さのためには、保護構造が半導体デバイス全体を覆う必要はないと考察されるが、そうすることが最も実際的と思われる。さらに、保護構造がデバイスの最上層である必要がないことが考察される。おそらくは、ボンド・パッド、インダクタ、伝送線などの構造が保護構造の上に存在する。保護構造は、ダイオード、トランジスタなどの個々の能動素子に比べて相対的に大きな寸法を有するので、相互接続構造の最上層に保護層を提供することが好ましい。さらに、保護構造がデバイスのパッケージング材料を含んでもよいことが考察される。
保護構造は、不均一に分布した粒子を有するセキュリティ層を含むことが好ましい。このような層は、例えばＷＯ９９／６５０７４から知られているゾル−ゲル処理を含むことができる。含まれる粒子は、任意の種類の粒子でよく、非晶質および結晶質であってもよい。ゾル−ゲル・コーティングのマトリックス材料の誘電率とは実質的に異なる誘電率を有する粒子、および磁化率を有する粒子が特に好ましい。ここでは軟磁性材料、特にフェライトが好ましい。
本発明の半導体デバイスの保護構造は、保護構造の局部領域と、入力および出力をそれぞれが備え、インピーダンスを有し、個々のセキュリティ素子のインピーダンスが保護構造のセキュリティ素子の位置に依存する複数のセキュリティ素子を含むことが好ましい。こうすると可能なチャレンジの数は大幅に増える。
この半導体デバイスは、任意の装置および任意の担体への組込みに適している。適当な装置の例は、コンピュータ、移動電話などの移動通信装置、ディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）に適した装置などのディジタル・データ再生用の装置などである。適当な担体には、スマートカード、ＩＤタグ、セキュリティ・ペーパー［security paper］、磁気、光およびその他の記録担体が含まれる。
本発明の方法に関して少なくとも１つの誤り訂正ステップが含まれることが好ましい。このような誤り訂正は、実際の測定の後の操作の任意の位置で実施することができる。誤り訂正機能はそれ自体が知られている。半導体デバイスが、移動電話、チップ・カードなどの無線通信を有するハンドヘルド型デバイスで実現される場合、エネルギー効率の理由から、誤り訂正が少なくとも主として読取り装置で実行されることが好ましい。大規模な誤り訂正の代替方法は、デバイスを受け入れるか否かに関して疑いがある場合に、追加のチャレンジが実行される方法である。実行されたチャレンジの偏差が系統的な場合には、埋め込まれたセンサが、温度、背景の電場、磁場などの任意の背景効果をチェックすることができる。
本発明はさらに、半導体デバイスの初期化方法に関する。半導体デバイスの初期化は、初期化読取り装置または特に中央データベースに、参照情報として記憶される第１の情報および対応する第２の情報の集合を提供する。
本発明のこれらの態様およびその他の態様は図を参照して説明される。
図は概略的に描かれており、図の尺度は一律ではなく、異なる図の同一の参照番号は同じ素子を指す。本発明の真の概念から逸脱する中で本発明の等価の代替実施形態が可能であり、本発明の範囲が請求項だけによって限定されることは、当業者には明白である。
図１において、半導体デバイス１１は、「第１」の面３２を有するシリコン基板３１を有する。デバイス１１はこの面３２に、第１の能動素子３３および第２の能動素子４３を備える。この例ではこれらの能動素子３３、４３が、エミッタ領域３４、４４、ベース領域３５、４５およびコレクタ領域３６、４６を有するバイポーラ・トランジスタである。
前記領域３４〜３６、４４〜４６は、パターン形成された酸化シリコンの絶縁層３８で覆われた第１の層３７の中に形成されている。絶縁層３８は、エミッタ領域３４、４４およびベース領域３５、４５にコンタクト窓［contact window］を有するようにパターン形成されている。当業者に知られているとおり、バイポーラ・トランジスタの代わりにまたはバイポーラ・トランジスタに加えて、電界効果トランジスタが存在できる。やはり当業者に知られているとおり、コンデンサ、抵抗器、ダイオードなどの他の素子を半導体デバイス１１の中に組み込むことができる。
絶縁層３８のこれらのコンタクト窓で、前記領域は、相互接続３９、４０、４１、４２に接続される。この実施形態における相互接続は、第１のレベル上および第２のレベル上にある。一般に知られているとおり、相互接続構造はこれよりも多くのレベルを含んでもよい。これらの相互接続と能動素子の間には一般に、示されていない障壁層が存在する。相互接続３９、４０、４１、４２は例えばＡｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）から既知の方法で製造され、低い誘電率を有することが好ましい誘電層４７によって覆われ、相互に絶縁される。追加的に存在する障壁層は示されていない。これらの誘電層４７の間には、別の金属層２８が存在する。この金属層２８には、第１のセキュリティ素子１２Ａの入力１４および出力１５が、相互距離４ミクロンで画定されている。この第１のセキュリティ素子は、この例ではパッシベーション構造でもある保護構造５０の局部領域として構成された誘電体１７を含む。この実施形態ではこのパッシベーション構造が、厚さ０．５０μｍのリン・ケイ酸塩ガラスの接着層５１と、厚さ０．６０μｍのＳｉＮパッシベーション層５２と、厚さ３．０μｍのリン酸一アルミニウムのセキュリティ層５３とを含む。この層は、水中にリン酸・単アルミニウム１５重量％および粒子２０〜５０重量％を含む組成物をスピン・コーティングし、その後、約１００〜１５０℃で乾燥することによって適用された。この層はあるいは、リン酸・単アルミニウム５〜１０重量％の組成物をスプレー・コーティングすることによって適用することもできる。乾燥後、この層は、それによって流体から固相への遷移が起こる濃縮を可能にするために４００〜５００℃でアニールされる。セキュリティ層５３は平坦化されており、この層の上にはパッケージ５４としてエポキシ材料が存在する。セキュリティ層５３は、例えばＰＣＢに接続するためのコンタクト・パッドを画定するためにパターン形成されていてもよい。
セキュリティ層５３の中に含まれる粒子はＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＳｒＴｉＯ３および／または修飾されたＢａＴｉＯ３である。このような修飾されたＢａＴｉＯ３は、例えばＵＳ６，０７８，４９４に開示されている。パッシベーション構造５０のこれらの粒子およびその他の材料の比誘電率および導電率が表１に示されている。
磁性粒子は好ましくはフェライトである。望ましい透磁率を有するフェライト粉末は市販されている。透磁率は材料および使用周波数に左右される。
図２は、本発明の半導体デバイス１１の第２の実施形態を示す。この実施形態のデバイス１１では、第１のセキュリティ素子１２Ａが、入力１４、出力１５および誘電体１７を有するコンデンサと、２つの巻線５５、５６を有するコイルとを備えたＬＣ構造である。図１の実施形態とは違い、入力と出力１４、１５は、パッシベーション構造５０の同じ側の同じ層にない。入力１４および第２の巻線５６は、パッシベーション構造５０と能動素子３３、４３との間の金属層２８に存在する。これらはそれぞれ相互接続４８によって他の回路に接続されている。相互接続された出力１５および第１の巻線５５は、パッシベーション構造５０とパッケージ５４の間の追加の金属層５８に存在する。追加の金属層５８は、追加のパッシベーション層５９によってパッケージ５４から保護されている。
図３は、本発明の半導体デバイス１１の第３の実施形態を示す。この実施形態のデバイス１１は、第１のセキュリティ素子１２Ａ、第２のセキュリティ素子１２Ｂおよび第３のセキュリティ素子１２Ｃを備える。これらのセキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは全て、接地面に接続された共通の出力１５を有するコンデンサである。セキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは異なる入力１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを有する。これらはアレイ［array―列―］として非常によく集積することができる。特に交流電流が使用される場合には、入力１４と出力１５を逆に使用することもできることが理解される。
図４に、半導体デバイス１１の一実施形態の概略図を、アクセス装置２とともに示す。半導体デバイス１１は測定手段４、処理手段８および接続手段６を備える。さらに、この半導体デバイスは複数のセキュリティ素子１２を備える。処理手段８は、例えば金融または識別データを含んだメモリを含む、半導体デバイス１１全体の制御部分に含まれてもよい。この例ではセキュリティ素子１２がコンデンサであり、１つの面が接地面に接続されている。
電子支払いの応用例では、アクセス装置２はカード・リーダでよいが、一般にはアクセス装置２は任意の装置、例えば初期化が実施された装置でよい。アクセス装置２は中央データベース装置３を備え、または中央データベース装置３に接続される。あるいは、局部メモリに、第１の情報のサブセットおよび対応する参照情報が記憶されていてもよい。この中央データベース装置３はメモリ７を含む。このメモリは従来型のメモリであり、読取り／記憶用の読取り／記憶制御機構を備える。第２の情報をこの参照情報と比較するために、検証制御機構９が存在する。中央データベース装置３には誤り訂正機能が提供されていてもよい。
半導体デバイス１１の回路は次のように機能する。第１の情報を含む信号がアクセス装置２から半導体デバイス１１に送られる。この信号は処理手段８に入り、第１の情報はそこで測定プログラムに変換される。処理手段８はこのプログラムを、この測定プログラム中に指定された順序および条件でセキュリティ素子１２が測定されなければならないことを指示する連続信号のリストとして、測定手段４に送る。何れかのスイッチング・ユニットを備えた測定手段４は、送られた信号によって定められた順序で、かつ定められた物理条件の下で、セキュリティ素子が測定されることを保障する。
第１のインピーダンスの実際値を測定した後、この実際値は、処理手段８の中の一時メモリに記憶されてもよい。このプログラムに従って実際値が測定された後、これらの実際値は第２の情報に変換される。この第２の情報は、測定された実際値のリストでもよい。より好ましくはこの第２の情報が、測定された実際値の変換されたバージョンである。この変換は、第１の情報の中に定めることができ、または処理手段８の中にプログラムとして埋め込むことができる。この変換は従来の任意の暗号化を含んでもよい。好ましくはいくつかのハッシュ関数が使用される。これらのハッシュ関数は、初期化時に集積回路のメモリに埋め込むことができる。
アクセス装置２は、いくつかの実際値の変換またはリストであるこの第２の情報を、中央データベース・ユニット３に提供する。ここで、この第２の情報と参照情報との間の比較が実施される。第２の情報と参照情報の比較時には、これらの両方の値の差が、事前に決められたしきい値、例えば３％よりも小さい場合に限り、半導体デバイス１１のオーセンティシティまたはアイデンティティが認められる。この事前に決められたしきい値は測定手段の精度に依存する。特に、セキュリティ素子の数が多い場合、例えば１０以上ある場合には、この値を１０または２０％とすることもできる。この値を１％未満とすることもできる。実際値のディジタル化された値を生み出して、しきい値を低減させるために、誤り訂正機能が使用されることが好ましい。
図５に、半導体デバイス１１の測定手段４の第１の実施形態を示す。セキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃも示されている。この実施形態の測定手段４は、セキュリティ素子１２のインピーダンスの虚数部分を測定する。実際には、測定されたセキュリティ素子１２の虚数部分に応じて周波数が変化する信号を、発振器８２がカウンタ８４に提供する。カウンタ８４はこの周波数を、クロック周波数を有する信号と比較する。この信号は、両方ともに正確でよく知られた値を有するコンデンサ８７および抵抗器８８を有する発振器８６から生じる。この「２進」カウンタ８４での比較の結果は、ディジタル化された信号であり、この信号を記憶することができる。ディジタル化されたこの信号が、測定されたセキュリティ素子１２のインピーダンスの実際値である。実際値は、任意の種類のＳＩ単位で存在することができるが、この値は外部で測定された値と比較されないので、その半導体に固有の任意の値で存在してもよい。どのセキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが測定されるべきかを選択するために、選択ユニット８１が存在する。選択ユニット８１は信号を送って、スイッチ９１、９２、９３のうちの１つがオンとなり、セキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのうちの１つが測定されるようにする。好ましくはこれらのスイッチがトランジスタである。あるいは、測定ステップを最小限にし、またはセキュリティを複雑にするために、セキュリティ素子１２の所望の組合せを測定することもできる。この同時多重測定は、第１のセキュリティ素子１２Ａの実際値を測定するこの応用の文脈で理解される。この選択ユニットはさらに、測定ステップ後に、その結果をクリアする信号をカウンタ８４に送る。
選択ユニット８１は制御手段８の部分でもよい。さらに、発振器８６が半導体デバイス１１のクロック発振器であるように、発振器８６が具体化されてもよい。その場合、測定手段４から発振器８６をなくすことができ、その信号は、制御手段８によってカウンタ８４に送られてもよい。十分に正確な実際値および参照値を得るため、すなわちこれらの値の差が３〜５％のしきい値よりも小さくなるようにするため、発振器８２、８６は、例えば約１％の範囲で正確であるように調整される。これは、当業者に知られている通常の方法で実行され、適切な設計の提供によってなされることが好ましい。
セキュリティ素子１２Ｃは、実際値が既知である参照素子であることが好ましい。これは、例えば素子１２Ｃを相互接続構造中に実装することによって実現することができ、これは特に、パッシベーション構造５０が、不均一に分布した粒子を有するセキュリティ層５３を含む場合にそうである。この参照セキュリティ素子１２Ｃは、測定結果を最適化するために、および必要ならば２進カウンタ８４の結果から実際値を差し引くために使用することができる。
図６に、第１の実施形態と概ね同一の、半導体デバイス１１の測定手段４の第２の実施形態を示す。この場合、抵抗器９５を有する第２の発振器９４およびスイッチ９６が提供される。この場合、選択ユニット８１は、測定されるセキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを選択するだけではない。選択ユニット８１はさらに、それを用いてセキュリティ素子１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが測定される発振器８２、９４を選択する。発振器８２、９４は異なって基準化されるので、それらの周波数は異なる。したがってこの実施形態は、インピーダンスが２つの周波数で測定されることを可能にする。結果として生じる両方の実際値がアクセス装置２に転送されてもよい。これらの値は、機能上２進カウンタ８４の後ろに配置された比較器で互いに比較される。
要約すると、本発明の半導体デバイス（１１）は、回路と保護構造（５０）とを備えている。本発明の半導体デバイス（１１）は第１および第２のセキュリティ素子（１２Ａ、１２Ｂ）と、入力および出力（１４、１５）を備えている。セキュリティ素子（１２Ａ、１２Ｂ）は、異なる第１および第２のインピーダンスを有する。このデバイスはさらに、測定手段、処理手段および接続手段を備えている。処理手段は、受け取られた第１の情報を特定の測定プログラムに変換する。これによって、デバイス（１１）中にチャレンジ−レスポンス機構が実装される。
Claims (14)
- 能動素子を含む回路と保護構造とを備えた半導体デバイスであって、さらに、
前記保護構造の局部領域と、入力および出力とをそれぞれが備え、第１および第２のインピーダンスをそれぞれ有する第１および第２のセキュリティ素子と、
読取り装置から第１の情報を受け取り、第２の情報を送信する接続手段であって、前記第２の情報が、前記第１の情報に基づいて確立された方法での前記セキュリティ素子の実際値の組の測定に基づいて生み出される手段と、
前記第１および第２のインピーダンスの実際値を、前記第１の情報に基づいて確立された方法で測定する測定手段と、
前記セキュリティ素子の実際値の前記組の測定のプログラムを前記第１の情報に基づいて確立し、測定された前記実際値に基づいて前記第２の情報を生み出す処理手段と
を備えた半導体デバイス。 - 前記測定の方法が測定の順序の決定を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記測定の方法が、前記第１および第２のインピーダンスの前記実際値が測定される測定の周波数の決定を含み、
前記測定手段が周波数設定回路を含む
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体デバイス。 - 前記測定の方法が、前記第１および第２のインピーダンスの前記実際値が測定される外部場の強さの決定を含み、
前記測定手段が、前記外部場の強さを設定する手段を含む
ことを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイス。 - 前記処理手段が、前記測定プログラムの前記確立において前記第１の情報に適用される少なくとも１つのハッシュ関数を含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記保護構造が、前記回路を横切って横方向に変化する有効誘電率を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体デバイス。
- 前記保護構造が、前記回路を横切って横方向に変化する有効磁化率を有することを特徴とする、請求項１または６に記載の半導体デバイス。
- 前記保護構造が、前記回路を横切って不均一に分布した粒子を含むセキュリティ層を含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の半導体デバイス。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体デバイスを含む装置。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体デバイスを含む担体。
- 読取り装置によって、請求項９に記載の装置、請求項１０に記載の担体または半導体デバイスのオーセンティシティをチェックし、アイデンティティを確立する方法において、前記読取り装置が、前記半導体デバイスのセキュリティ素子の初期の測定によって生み出された参照情報を含むメモリを含み、または前記読取り装置が前記メモリにアクセスできる方法であって、前記デバイスが、
前記保護構造の局部領域と、入力および出力とをそれぞれが備え、第１および第２のインピーダンスをそれぞれ有する第１および第２のセキュリティ素子と、
読取り装置から第１の情報を受け取り、第２の情報を送信する接続手段であって、前記第２の情報が、前記第１の情報に基づいて確立された方法での前記セキュリティ素子の実際値の組の測定に基づいて生み出される手段と、
前記第１および第２のインピーダンスの実際値を、前記第１の情報に基づいて確立された方法で測定する測定手段と、
前記セキュリティ素子の実際値の前記組の測定のプログラムを前記第１の情報に基づいて確立し、測定された前記実際値に基づいて前記第２の情報を生み出す処理手段と
を備え、前記方法が、
前記セキュリティ素子の実際値を特定の方法で測定するための命令を含む第１の情報を用意するステップと、
前記第１の情報を前記読取り装置から前記半導体デバイスに送信するステップと、
前記セキュリティ素子の実際値の組の測定のプログラムを前記第１の情報に基づいて確立するステップと、
前記セキュリティ素子の前記実際値を、前記測定プログラムに従って測定するステップと、
測定された前記実際値に基づいて第２の情報を生み出すステップと、前記第２の情報を前記半導体デバイスから前記読取り装置に送信するステップと、
前記第２の情報と参照情報との比較によって、前記オーセンティシティをチェックし、または前記アイデンティティを確立するステップであって、前記比較が、同等のフォーマットの前記参照情報および／または前記第２の情報を用いて実施されるステップと、
同等のフォーマットの前記第２の情報の中および前記参照情報の中に含まれる少なくともいくつかの要素間の差が、定められたしきい値よりも小さい場合に限り、前記オーセンティシティまたは前記アイデンティティを認めるステップと
を含む方法。 - 前記第１の情報が、特定の物理条件下でセキュリティ素子の実際値を測定するための命令を含む、請求項１１に記載の方法。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体デバイスと、前記半導体デバイスの前記セキュリティ素子の参照値を含むメモリを含み、または前記メモリにアクセスできる読取り装置とのシステムであって、請求項１１から１２のいずれか一項に記載の方法を実行するのに適したシステム。
- 請求項１３に記載のシステムで使用される請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体デバイスを初期化する方法において、初期化読取り装置が使用される方法であって、
前記セキュリティ素子の実際値を特定の方法で測定するための命令を含む第１の情報を用意するステップと、
前記第１の情報を前記読取り装置から前記半導体デバイスに送信するステップと、
前記セキュリティ素子の実際値の組の測定のプログラムを前記第１の情報に基づいて確立するステップと、
前記セキュリティ素子の前記実際値を、前記測定プログラムに従って測定するステップと、
測定された前記実際値に基づいて第２の情報を生み出すステップと、
前記第２の情報を前記半導体デバイスから前記読取り装置に送信するステップと、
前記初期化読取り装置のメモリまたは前記初期化読取り装置に接続されたメモリに、前記第２の情報を参照情報として記憶するステップ
を含む方法。
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