安全半導體器件的製作方法
2023-05-26 14:26:56
專利名稱：安全半導體器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及安全數據儲存器件領域，確切地說，本發明涉及安全半導體器件層。
在資訊時代，剽竊與盜用信息問題日益嚴重。電子儲存的個人、財務和醫療信息受損關係到醫院、銀行和其他財務機構、僱主與保險商以及個人。個人信息的許多項目，如護照號碼、社會保險號碼、駕駛執照號碼和母親的婚前名，被用作口令存取其他數據。換句話說，一旦某個安全器件被破壞，其他也易受到破壞。獲息某些可能的受害者的個人信息則進行進一步的犯罪活動，從受害人帳戶上轉移或提取現款，兌付未經許可的信用卡，有時甚至於偷取全部身份證件。
偷盜公司業務與技術專有信息也是日益嚴重的問題。在商業活動中，昧著良心的競爭者與承包商，甚至局外投資商因利益驅動而偷盜專有信息，獲取公司商業策略，或在談判中得到不正當的好處。另外，在軟體與電子工業，也有不道德的工程師，因不能克服競爭對手已解決的技術難題，企圖通過反設計(reverse-engineering)半導體晶片，象GaAs集成電路晶片或矽晶片，來獲取競爭對手的技術秘密。
而且，普通的竊賊也學到了對付電子安全措施的辦法，他們仿造通常包含一個或多個集成電路的「晶片卡」、存取卡、電子徽章和姓名標籤。隨著越來越多地使用這種矽裝置控制出入大樓，仿造這種出入裝置的現象也勢必增多。
最後，電子裝置易於檢查對防護業帶來了嚴重影響。軍事上的敵人可以檢查繳獲的含有分類信息的電子裝置，以此來破壞國家的安全。
因此，需要一種較好的辦法，在諸如矽集成電路等半導體裝置中儲存信息，這種信息可免受竄改與侵擾。
本發明揭示了一種保密電路(即含有秘密信息的集成電路)可防止受到未經許可的檢查的方法，以及根據這種方法製造的安全電路，可免受未經許可的檢查。秘密數據或電路分布在隔開的集成電路層或晶片之間，每一層有電路的一部分，如果沒有另一層電路上的部分，就難以理解，如不破壞另一層，哪一部分也不能被直接檢查。這兩集成電路(IC)層直接相連，第一集成電路層的面跟第二集成電路層的面相對粘接，任一矽層上的保密電路直接與另一矽層上的電路直接相連，而無伸出包封集成電路的管殼之外的外部連接器。當集成電路層被分開或其中之一被破壞，儲存在任一面上的數據則被擦除或被破壞。任一集成電路層遭傷害或暴露於光照，都會破壞至少一個集成電路層上的數據或電路，使得數據或電路無法讀出。
在一些實施例中，本發明擴展到集成電路堆棧，象矽層堆棧，每一電路有部分配置在若干矽層之上。共享這些電路的矽層直接相連，每一矽層的面有部分與鄰近共享電路的矽層的部分相連。
根據本發明，保密矽層受到保護而不受另一矽層的檢查，不破壞一臨近矽層可觀察到矽層。除含有額外的保密電路部分的矽層外，沒有切除或燒掉部分。這樣，跟以前的技術相比，用本發明的技術，能使電路受到更高度的保護，且更安全。
讀過下述詳細說明及本發明各種實施例的附圖之後，對本發明就會有更充分的理解。但不要誤會說明與附圖是將本發明限於某特定實施例，這僅是為了便於解釋和理解。
圖1示出了現有技術的安全器件；圖2示出了根據本發明製作的器件；圖3示出了本發明的第二實施例，即有保護層的方案；圖4示出了本發明的第三實施例，其中反應層置於兩晶片之間；圖5示出了本發明的實施例，其中，為安全起見加了保護層；圖6示出了本發明的實施例，其中反應層置於兩晶片之間。
本發明描述了一種安全半導體器件。以下描述中列舉大量細節，如元件之間的距離，模具類型，等等。然而，很顯然，本領域技術人員，本發明即使沒有這些細節也可付諸實施。在其他情況下，熟知的結構與器件則以框圖形式示出，而不具體，以免衝淡本發明。
圖1示出現有工藝製造的安全器件。含有保密電子數據或編碼電路的第一矽層22跟第二矽層24由連結器26相連，第二矽層同樣含有保密電子數據或編碼電路。連結器26跟每一矽層22和24的一個或多個端頭28和29粘接。矽層22和24的設計中考慮了某些安全措施，以圖防止未經許可的檢查。處理功能分布在每一矽層22和24上，這樣一來，實際電路就更難以搞懂，有些電路做在矽層22和24上，其實沒有其它功能，而只是為了幹擾不期望的檢查。在圖1所示的以前工藝的封裝中，兩矽層22和24及連接器26由堅硬又易碎的材料包圍作保護層30，保護兩矽層22和24免受光和機械的破壞。由於保護層30的易碎性，當管殼受到稍大的損傷，包括保護層30破裂或燒毀，矽層22和24本身就會被破壞。
這些措施，儘管使檢查更困難，但並沒有消除對矽層22和24上的電路進行越權的機械、電子、或化學檢查的威脅，所以說，圖1所示的以前工藝製作的器件，實際上是不安全的。不期望的由物理或化學方式侵入器件是可能的。侵犯者可以物理方法打破或化學方法燒毀保護層30。兩種方法均可在黑暗環境中進行，以防止光敏電路因曝光而被破壞。這樣除去保護層30之後就暴露出每個矽層22和24的端頭28和29，這樣一來就可進行電子測試，可以暴露矽層的整個表面，使得可以目檢(藉助電子顯微鏡)矽層表面的全部或者說幾乎全部電子軌跡。
圖2示出根據本發明的一實施例製作的半導體器件。電路做在頂矽層42和底矽層44上，無外部連接器而融合，這樣這兩層相互間直接連通。請注意，矽器件只是作為其中一例，而不是僅限於矽，任何半導體器件，諸如GaAs器件，也可適用。在任一矽層上的布局，如果不破壞至少另一矽層的電路部分，就不能被檢查。在一種實施例中，頂矽層42上的邏輯電路譯出底矽層44上的信號。在另一種實施例中，每一矽層包含譯出另一矽層信號的邏輯電路。這樣就不需要保護層30，每一矽層保護另一矽層免受檢查。電子顯微鏡不能穿透任一矽層來檢查另一矽層。兩矽層都可以有有源電路，或者也可以將有源電路做在其中一矽層上，僅將互連或解碼器做在另一矽層上。另外，如果機密資料碰巧在軟體中，未經許可的檢查也不能把軟體移入另一晶片來進行檢查，如果在另一矽層上未執行實際邏輯電路，則儲存在一矽層上的軟體或數據將無用。當連接的表面裂開或曝光及暴露於空氣，器件即裂開，在其中一矽層或兩矽層上執行的秘密信息即被破壞。沒有了秘密信息，矽層也就無用。
圖2所示的本發明的一些實施例中，至少有一塊晶片保存密碼，在硬體或軟體中執行，將密碼傳送給另一晶片上的電路。接收密碼的電路這樣被執行後，如果收不到密碼就不可能操作，而且密碼被幹擾導致信息永久丟失。簡單地將根據本發明加以保護的軟體移至另一晶片進行未經許可的檢查不可能做到，如果沒有在至少一個其它矽層上形成的實際的邏輯電路，那麼，儲存在一矽層上的軟體或數據將會無效。當器件裂開時，在一層或多層矽層上的秘密信息即被破壞，如果沒有了秘密信息，矽層也就無用。另一方面，第一塊晶片可以包含當晶片斷開時即產生幹擾信號的電路，這幹擾信號破壞第二晶片上的信息或電路。作為第三種方法，如圖6所示，第一晶片改變第二晶片終端的電壓，從而在第二晶片上產生自毀功能。
秘密信息可以植入在其中一矽層上，或者可以分開，這樣，部分秘密信息就呈現在每一矽層上，而且可以在矽層上的幾個位置上。對秘密信息一種可能的實施例，其中包括在產生隨機密碼的矽層上的第一功能，而在第二矽層上被收到，轉譯並提供給第一矽層，在此，被轉譯的密碼用於跟最初的密碼進行比較，密碼轉移中產生的任何幹擾，都表示矽層的安全性受到了破壞。
圖3示出了本發明的實施例，其中，至少在一晶片上至少有一個電路包含EPROM，EEPROM，或快閃(Flash)EPROM。鑑於EPROM 35暴露於光線尤其是紫外光時，至少有部分被擦除，所以儲存於EPROM 35中的機密信息可以做得安全，只要保證每當含有EPROM 35的半導體層的布局跟其他層分開時即暴露於光照。在有些實施例中，不是在EPROM 35中儲存機密信息，而是電路在EPROM 35中儲存密碼，這樣當EPROM 35保留密碼時，防止數據被擦除，或電路被破壞。在後者方案中，將EPROM35暴露於光擦除了EPROM 35的密碼，因而在電路內產生一種反應要麼擦除其他數據，要麼破壞至少一矽層上的電路。
圖4示出本發明的實施例，其中，玻璃或矽材料層置於矽晶片之間。玻璃或矽材料的成分是這樣的任何可能燒毀或腐蝕矽晶片表面的材料實際上都能對玻璃或矽材料發生破壞性的反應。根據圖4闡述的實施例，強行燒去玻璃或矽材料以圖檢查第一或第二矽層的布局，只會導致矽層本身的破壞。對於有些實施例，玻璃或矽材料是多孔的，因而使得置於玻璃或矽材料上的酸或其他腐蝕性物質，得以轉移到電路本身的布局。應當考慮到，當本發明也同樣適用於GaAs半導體電路時，那麼，玻璃或矽材料就得換成化學性能跟GaAs襯底類似的其他材料，使用其他類型集成電路時則換成其他材料。這樣，如果說，置於一個或兩個集成電路層上，或置於兩集成電路層之間的材料受到燃燒、酸性或腐蝕的侵害，而使材料產生實質性破壞，那么半導體層本身也會受到破壞。
圖5示出本發明的實施例，其中，為更加安全起見添加了保護層。一對半導體晶片被幾層保護層所包圍，每片晶片面上的電路並列配置且與另一晶片面上的電路相連。該保護層內層30類似於現有工藝涉及的硬而脆的材料，它保護矽免受直接檢查，也避免受到反應層80的影響而性能惡化。反應層80活潑地跟空氣或大氣中的其他氣體發生反應，破壞晶片上的電路。反應層80受到第二保護層82的保護，因為它足夠結實，故能保護電路在晶片的運輸、安裝、使用及維修中不跟空氣或大氣中的其他氣體接觸。
圖6示出本發明的第三實施例，其中反應層80隻置於兩晶片之間。在圖6所示的實施例中，反應層80的化學成分不跟矽晶片42和44的襯底及電路發生反應。保護層80使晶片絕緣以免受損，否則，晶片在運輸和安裝中可能會受到損傷。
請注意圖3和圖4，如果反應層80的化學成分不以任何方式跟矽層的任何部分，或者做在其上的電路發生反應，那麼，內層30便可省去。另外，如果反應層80的化學成分僅跟矽層的部分發生反應，而不跟矽層的其他部分發生反應，那麼，就只有那些受反應層80影響的部分需要受內層30部分的保護。而且，整個反應層可以是惰性的，這樣就不需要內層30。
權利要求
1.一種形成多個集成電路的方法，包括如下步驟在第一半導體層的面上製作第一電路；在第二半導體層的面上製作第二電路；將第一半導體層的面跟第二半導體層的面並列配置，使第一電路跟第二電路連接。
2.根據權利要求1的所述方法，其中所述第二電路包括無源支持電路。
3.根據權利要求1的所述方法，其中所述第二電路包括有源支持電路。
4.根據如權利要求3的所述，為保證保密電路不受未經許可的檢查的方法，其中，所述有源支持電路包括EPROM。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，若嚴重傷害半導體層，或層的並置面暴露於光，就會破壞所述層或所述面。
6.一種為保證保密信息不受未經許可的檢查的方法，包括如下步驟將保密信息置於第一半導體層的面上之存儲器中；將第一電路置於半導體矽層的面上；將第一半導體層的面跟第二半導體層的面並列配置，使含有保密信息的存儲器跟第一電路連接。
7.根據如權利要求6所述，為保證保密電路不受未經許可的檢查的方法，其中，所述保密電路包括RAM，所述支持電路包括電池。
8.如權利要求6所述，為保證保密電路不受未經許可的檢查的方法，其中，所述支持電路包括RAM，所述保密電路包括電池。
9.一種安全集成電路器件，包括第一半導體層和第二半導體層，第一半導體層的面跟第二半導體層的面相粘接。
10.根據權利要求9的集成電路器件，每一層支持一個面上的電路，該面朝著另一層的粘接面。
11.根據權利要求10的集成電路器件，其中所述半導體層的每一層都有電路，這樣，所述第一層上的電路跟所述第二層上的電路共享功能。
12.根據權利要求10的集成電路器件，其中層相互分裂開，或至少對一層產生大的傷害，即改變或阻止電流流過至少上述一個電路。
13.權利要求10的集成電路器件，其中層相互分裂開，或至少對一層產生大的傷害，會致使信息或電路不能讀出。
14.一種集成電路器件，包括至少一塊半導體晶片，在其周圍存在一種成分，當晶片受到大的傷害時能破壞掉晶片。
15.根據權利要求10的集成電路器件，其中在分裂開或當電路結構的完整性受到破壞時，至少有一個電路立即產生破壞至少另一個做在一層或兩層上的電路的信號。
16.一種矽層堆棧，包括多層矽層粘接，其中，每一矽層的每一粘接面的至少一部分被鄰近矽層一部分覆蓋並直接粘接，保密電路或數據存在於至少一矽層的至少一面上的至少一個區內，這一矽層被鄰近矽層的面所覆蓋。
17.一種保證保密電路免受未經許可檢查的方法，包括下述工序將第一電路置於第一半導體層的面上；將第二電路置於第二半導體層的面上；將第一半導體層的面用第二半導體層的面覆蓋，並將第一電路與第二電路直接連結。
18.根據權利要求17所述的保證保密電路免受未經許可檢查的方法，還包括下述工序將化學成份置於半導體層之間或在其周圍，這樣，當層相互分開時，該化學成分轉變成另一化學成分。
19.根據權利要求17所述的保證保密電路免受未經許可檢查的方法，其中，該化學成分的轉變會破壞至少其中一層的部分。
20.根據權利要求17所述的保證保密電路免受未經許可檢查的方法，還包括下述工序將軟體或硬體密碼置於至少一層上的至少一個電路中，含有密碼的電路對層分開或受大的傷害很敏感，密碼對層分開或遭傷害的反應是，至少破壞部分的電路。
21.根據權利要求9所述的集成電路器件，還包括至少一層上至少存在一個EPROM，該EPROM儲存保密信息，當層分開或當一層至少部分被削去或被破壞，該EPROM即被暴露於光。
22.根據權利要求9所述的集成電路器件還包括至少在一層上至少存在一個EPROM，該EPROM儲存一個密碼，該EPROM保留這個密碼時，可防止數據被擦除或電路被破壞，該EPROM設在一層上，當它暴露於光時即擦除該EPROM中的密碼，而且在電路中產生一種反應要麼至少破壞一層上的電路，要麼擦除其他數據。
23.根據權利要求20所述的保證保密電路的方法，其中軟體或硬體密碼是RSA信息。
全文摘要
一種保證保密電路免受未經許可的檢查的方法,以及根據該方法的免受未經許可檢查的安全電路。在一種實施例中,保密數據或保密電路置於分開的矽層(42,44)的面上,每一矽層有部分電路。沒有另外的矽層,任一矽層都難以理解,而不破壞另一層,任一矽層也不能被檢查。兩矽層並列配置,第一矽層(42)的面跟第二矽層(44)的而相對貼合併融合,每一矽層上的保密電路直接跟另一矽層上的電路直接相連,而無外連接。當矽層分開或其中一矽層被破壞,儲存在每一面上的數據即被擦除或被破壞。任一矽層遭傷害,或任一矽層暴露於光,則破壞至少一矽層上的數據或電路,使得數據或電路不能讀出。
文檔編號H01L25/18GK1209217SQ96199936
公開日1999年2月24日 申請日期1996年12月12日 優先權日1995年12月20日
發明者M·羅倫德, R·希爾特 申請人:英特爾公司