用於檢測集成電路上的攻擊的設備的製作方法

2023-04-23 09:13:31

專利名稱：用於檢測集成電路上的攻擊的設備的製作方法
用於檢測集成電路上的攻擊的設備
狄領域
;^^開文本涉及一種用於衝&則通過接觸集成電路的攻擊的設備。該種攻擊通 常是指'M^v攻擊"，包括向集成電路的區域上直接施加導電探針以從集成電路採 集信號。在集成電路中，有源區包括用於處理機密數據的電路，例如銀行卡晶片 或收費電^v^用中訪問控制晶片中的電^各。
背景狄
為了保護位於有源區內的電路免受^f可非;^f^v， /"口的是^^; 整個或 部分電路表面的面罩。該面罩通常由一個或多個導電路徑形成，其中該導電遊4至 在^f呆護的有源區上部的一個或幾個金屬層中形成。
該導電路徑的目的是檢測它們的屬性(例如它們的電阻或電容)的不連續性 或任何電氣 文性。該導電路徑以不規則和隨機的方式沿要保護的電路的整個表面 或僅一個區i4^伸。如果"黑客"試圖通過《1入一個或幾個探針而跨過包4射鈔|^1
的金屬層，那麼^;則電^^檢測出導電^^中的斷裂。
該解決方案的缺點在於它不能檢測覆蓋導電路徑的絕緣層的移除。 一旦導電 3斜錄露，那麼"黑客"可^^夕卜部將該導電^4聖翻倍以模仿電氣連續性。那麼， 在沒有被檢測到的情況下，該導電贈4聖會中斷。

發明內容
本發明的至少一種實施方式的目的在於通過檢測覆蓋集成電路的絕緣層的 移除，來改iiM"於侵入集成電路的攻擊的檢測。
這樣，本發明的實施方式提供一種包括侵入攻擊檢測設備的集成電路。 該設備包括由導電材料形成並由絕緣材料包圍的單個部件，該單個部件包 括至少一個蝕刻的或壓縮的伸長的導電軌道，其中該導電軌道連接至移動 元件，該設備還包括至少一個遠離所述部件的導電部分，以及用於檢測該部件和導電部分之間電連接的電路。這會導致由於移除絕緣材料，在攻擊 中所述軌道長度變化，使得移動元件移動，直到所述移動元件接觸該導電 部分。
根據本發明的實施方式，該單個部件包括沿第一方向延伸的第一桿，沿第二 方向延伸的第j幹，該第二方向相對於第一方向傾斜，並在第一結合區處連接至 第一桿的第一側面，以及沿第三方向延伸的第三桿，該第三方向相對於第一方向 傾斜，並在第二結合區處連接至與第一側面相對的第一桿的第二側面，第一和第 二結合區沿第一方向移位。至少一個導電部分遠離第一、第二和第三桿，並布置 為與第一或第二側面相對。這會導致由於移除絕緣材料，在攻擊中第二和第 三桿的長度變化，使得第一桿旋轉，直到所述第一桿接觸該導電部分。
根據本發明的實施方式，第一桿包括第一和第二端部。該導電部分布置為在 第一端部處與第一側面相對，該電路包括在第二端部處布置為與第二側面相對， 並遠離第一、第二和第三桿的附加的導電部分。這會導致由於移除絕緣材料， 在攻擊中第二和第三桿的長度變化，使得第一桿旋轉，從而所述第一端部 與所述導電部分接觸，所述第二端部與所述附加的導電部分接觸。
根據本發明的實施方式，第^幹在導電材料上具有更大橫截面的第一^iiJl 繼續延伸，第三桿導電材料上在具有更大橫截面的第^til上繼續延伸。
衝艮據本發明的實施方式，第二和第三桿屬於導電^4聖。
根據本發明的實施方式，第^幹的橫截面在第一結合區處減小，以及第三桿 的橫截面在所述第二結合區處減小。
根據本發明的實施方式，第一桿包括錐形表面，用於在所述第一桿旋轉期間 支撐所述導電部分。
根據本發明的實施方式，第二和第三方向彼此平行並與第一方向垂直。
本發明的實施方式^y是供了一種用於製造集成電路的方法，該集成電路包括
用於;^則通過接觸的攻擊的設備，該方法包括步驟形成由導電材料形成，並由
絕糹"才料包圍的單^p件，該單個部件包括至少一個伸長的並連接至移動元件的
導電4Ait，形成至少一個遠離該部件的導電部分，以及形成用於衝&則所述部件和 所述導電部分之間產生電連接的電路，並包^ii火步驟。這會導致在導電執道中
5產生拉伸應力或壓縮應力，以及由於移除絕^#料，在攻擊中所述^il長度變化， 使得所述移動元件一直移動，直到所述移動元件4妻觸導電部分。
結合附圖，將在下述特定實施方式的非限制性描述中，詳細描i^^發明的前
述目的，特;f詠優勢。


圖1意在示出iM技術的狀態；
圖2是根據本發明實施方式的用於通過和集成電踏接觸^^r測攻擊的設備的 簡化俯視圖3是圖2的衝全測i殳備的筒^^黃截面4見圖4是與圖3類似的4黃截面-見圖，示出了通過4矣觸的攻擊的原理；
圖5是與圖2類似的視圖，示出了才財居本發明的該實施方式的檢測設備在通 過才妄觸的攻擊中的運4亍；
圖6示出了才財居^^則設^t爭徵尺寸，圖2的;^則設備的運行^l丈的變化；以
及
圖7和8是根據本發明實施方式的檢測設備的細節的俯視圖。 M實施方式
為了清^&見，在不同的附圖中，相同的元件被指定了和集成電路表示中通 常使用的相同的附圖標記，各種附圖不依比例繪喇。在下述描述中，考慮包括基 底(例如，固態半#基底，絕緣體上;B吉構基底(SOI),等)的集成電路，其中該
基底由堆疊的絕糹斜才料層覆蓋，其中在該絕緣材料層處提供不同金屬層的金屬軌
道。給定金屬層上的金屬專Ait可被布置在絕緣層的表面上或形成於絕緣層中，並 和該表面位於同一水平面上。距離基底最遠的金屬4Ait被稱為指最後的金屬層或 上金屬層上的金44Ait。最後的金屬層上的金屬4Ail)^色緣層覆蓋，通常該絕緣 層被稱為鈍化層。
根據本發明的實施方式，至少部分地通過給定金屬層的金屬軌道形成 一種設備，該設備用於檢測覆蓋給定金屬層的金屬軌道的絕緣層的移除。 有利的是，根據一種實施方式，形成檢測設備的金屬軌道也可屬於保護面 罩的導電路徑。本發明的實施方式基於下述事實用於製造集成電路的傳統方法在不同金屬層的金屬軌道上引起拉伸應力的出現。這是由於下述事
實 一旦已經形成金屬軌道和絕緣層，通常執行退火。退火使得金屬軌道 的晶粒生長，晶界密度降低。假設包圍金屬軌道的絕緣材料強制金屬軌道 保持它們的形狀，那麼這會在金屬軌道中產生拉伸應力。移除包圍金屬軌 道的絕緣材料會釋放這些軌道中的應力。本發明的實施方式提供了 一種用 於在侵入攻擊中檢測絕緣材料移除的設備。該設備包括機械開關，該機械 開關包括移動元件，其在釋放應力時被移動以建立電接觸。檢測該電接觸 的產生，該電接觸代表絕緣材料移除。
圖1是傳統的具有保護面罩的集成電路的立體圖。該電路包括由堆疊 的絕緣層覆蓋的基底S，其中所述絕緣層與不同的金屬層Ml...Ms相關聯。 在這些金屬層的一層(例如上金屬層Ms)中形成由端子V和W劃定的導 電路徑L。導電路徑L在其端部連接至能夠檢測導電路徑L中斷的電路(未 示出)。
圖2示出了根據本發明實施方式的檢測設備5。設備5包括連接至檢 測電路C的機械開關10。更具體地，圖2是根據本發明實施方式的集成電 路的同一金屬層的金屬軌道的部分簡化俯視圖，其中該金屬軌道形成開關 10,檢測電路C由方框示意性地表示。開關10可在同一金屬層的層上幾 個位置被複製。它還可以在同一集成電路的幾個金屬層上被複製。
在導電路徑L所在層上形成開關10，其中導電路徑包括第一和第二金 屬軌道12、 14。它包括與長為L1，寬為￡1的金屬軌道對應且沿直線中心 軸Al延伸的臂16。臂16將軌道12繼續延伸，並具有比軌道12的橫截面 小的4黃截面。開關IO進一步包括與長度為L2，寬度為￡2的金屬軌道對應 且沿直線中心軸A2延伸的臂18。臂18將軌道14繼續延伸，並具有比軌 道14的一黃截面小的橫截面。軸Al和A2例如是平行的。在該實施方式中， 臂16、 18基本具有恆定的橫截面。
開關10進一步包括與長度為L3,寬度為￡3的金屬軌道對應且沿著垂 直於軸Al和A2的直線中心軸A3延伸的杆20。杆20包括中心部分22和 兩個自由端23、 24。中心部分22包括兩個相對的側面25、 26。開關10 相對於對稱平面P對稱，其中該對稱平面P距離端部23和24等距且對應 於與軸A3垂直的平面。將平面P和軸A3之間的交點稱為O。將與軸Al和A2垂直並包含軸A3的平面稱為P'。在與軌道12相對的端部，臂16 在結合區27處連接至中心部分22的表面25。在與導電軌道14相對的端 部，臂18在結合區28處連接至中心部分22的表面26。這樣，臂16、 18 布置在杆20的兩側。並且，臂16、 18位於平面P的兩側。將結合區27 的中部和結合區28的中部之間(即在該實施方式中，軸Al和A2之間) 的距離稱為間隙ec ，該S巨離沿方向A3 #1測量。
開關10進一步包括金屬軌道29、 30。軌道29和臂16布置在杆20相 同的一側，其中該軌道29在中心部分22的表面25上緊鄰端部23 —部分 的反方向延伸。軌道30和臂18布置在杆20相同的一側，該軌道30延伸 到中心部分22的表面26上的在端部24 —側的一部分的前方。軌道29和 30連接至電路C，該電路C能夠檢測軌道29, 30是否彼此電連接。
在圖2示出的實施方式中，臂16、 18，軌道12、 14以及杆20由單個部件構成。
圖3示出了沿A-A的開關10的部分簡化的橫截面圖。開關10在集成電路 31處形成，該集成電路包括半^M^基底32 (例如由矽形成的基底)，其中該基底 覆蓋堆疊的絕緣層，在該絕緣層處布置不同金屬層的金屬軌道。例如，已經示出 金屬層Ms-l的金屬^cil34、 36,其和絕緣層38的表面位於同一水平面。已經進 一步示出覆蓋絕緣層38和金44九道36和34的絕緣層40。金屬層Ms 20、 29的 金^4Aii^絕緣層40 Ji^伸。例如，金屬4Aii34、 36由銅製成，金^4Ait20、 29由鋁製成。被稱為鈍化層的絕緣層46覆蓋金屬軌道20、 29和絕緣層40。層 40、 46由相同的絕糹4#灃牛(例如二氧^e圭)製成。
用於製造集成電路31的方法包括退火步驟，該退火步驟包括下述步驟，在 形^IA金屬軌道20、 29的絕緣層46之後，在幾十W中，例如50分鐘內，將 集成電路31加熱至某個溫度(例如為幾百度數量級例如400°C )，例如400°C的 溫度並持續幾十^4中(例如50 ^!中)。退火步驟使得金屬M的金屬晶粒度增力口， 尤其是由於晶界密度減小，而使得臂16、 18中金屬晶粒度增加。晶粒度的增加 會在臂16、 18的金屬晶粒中產生可拉伸的應力。該可拉伸的應力不肯^皮釋故， il^由於存在絕緣層40、 46，其中該絕緣層包圍臂16、 18並強制它們保持它們 初始的形狀。
圖4是與圖3類似的—見圖，並說明了通過接觸的攻擊的原理。該攻擊包4舌在集成電路31的表面上期望發生接觸的位置蝕刻開口 50的初始步驟，其中理想地 是考慮觸點。開口 50由蝕刻絕緣層46形成。由於絕緣層40和46由相同的絕緣 材#^成，因此，不可能精確^W空制開口 50的深度。如^電路31中包^f關 IO的區域內執行攻擊(例如，複製導電^各徑L)，那麼開口 50會至少部分穿入絕 緣層40。在形成開口50U,杆20完全脫離，臂16和18至少部分脫離。
移除圍繞臂16、 18的絕*彖材灃+會導11#奪方文^#16、 18的可^立伸的應力，即， 長度L1和L2減小。由於臂16、 18在一個端部固定至軌道12、 14，因此，它們 的縮短使得棒杆20圍繞中心0旋轉，且軸A3基^4呆持在與平面P垂直的平面中。 棒杆20的旋##呈度旋轉的足夠多以接觸到金屬4腿29、 30。
圖5是圖2的詳細視圖，其示出了在蝕刻開口 50之後，開關10的狀態。由 於臂16和18彼此不伸長，因此，它們的縮短已經引起杆20的旋轉。可以觀蕃 到由於彎曲而引起的臂16、 18的輕孩￡變形。應力辨3文後，端部24距離平面P，最 近的i^彖和平面P，之間的距離被稱為杆20的空隙D。
連接至軌道29、 30的檢測電路C檢測杆20與金屬軌道29、 30的接觸。這 可以解釋為與接觸攻擊對應，並使得集成電路31停iLi^行。
圖6示出了在沒有4腿29 、 30的情況下，根據間隙ec觀測到的空隙D的變 化曲線51的實例。對於開關10來說，在長度L1、 L2和L3等於100pm， ￡1、 ￡2、 C3等於2pm，金屬層Ms的金屬軌道的厚度例如在0.3nm的數量級的 情況下，獲得曲線51。理想地是，杆20的空隙D儘可能的大，以保證在攻擊的 情況下，在杆20和金屬軌道29、 30之間總是存在接觸。在前述的實例中，對於 間隙ec在4nm凝:量級的情況下，可以獲得4.5pm數量級的空隙D。
在該實施方式中，在屬於保護面罩的導電贈、徑L處形成開關10。臂16、 18 和杆20 ;電連接至4Ait 12、 14。軌道12和14連接至能夠檢測導電路徑L中 斷的電路。這樣除了開關10提供的保護外，還提供了額外的保護。根據替換實 施方式，僅存在金屬軌道29。在這種情況下，該電路能夠4&則在金屬軌道29和 M12或14中的一個之間是否已經產生了電接觸。根據另一變形，4Ait29和 30對應於金屬墊。il^"於幾個開關10 ^Jtbf目鄰布置時可以是有利的。
圖7示出了4艮據本發明另一實施方式的開關52的詳細^L圖。開關52和開關 IO具有相同的結構，除了臂16在連接至杆20的端部處包括具有減小了的橫截面 的部分54，使得結合區27具有相對於臂16減小了的寬度￡4的橫截面。類似l也，臂18在連接至杆20的端部處包括具有減小了橫截面的部分56，使得結合區28 相對於臂18具有減小了的寬度￡5的橫截面。開關52的結合區27, 28在杆20 的旋轉期間比開關10的結合區27, 28更容易變形，其中開關10的結合區27， 28具有更大的一黃截面。對於相同的間隙來說，這樣能夠獲得比臂16, 18具有恆 定橫截面的情況更大的空隙D。例如，在沒有軌道29、 30，間隙ec在4nm數量 級的情況下，對於開關52來說，在長度L1 、 L2和L3等於lOOpm，寬度￡1 、 ￡2、 等於2nm，且金屬層Ms的金屬軌道的厚度在0,3nm的數量級，寬度￡4和￡5 在0.2pm的數量級的情況下，可以獲得10nm數量級的空隙D。
通常，按下述原則確定結合區27、 28的形狀在保證開關10足夠的機械電 阻的情況下，在沒有l^it29、 30時獲得杆20最大可能的空隙D。根據一個實例， 每個結合區27、 28在與平面P垂直的平面中可具有漏鬥的形狀。根據另一實例， 每個結合區27、 28可包括通孔。
圖8示出了4艮據本發明另一實施方式的開關60。開關60在杆20的每個端部 23包括定向的錐形表面62,這種定向使得在杆20的旋轉中，錐形表面62最終 支撐金屬軌道29。這能夠改進杆20和金屬軌道29之間的接觸。
在前述實施方式中，開關10、 52、 60由導電材料的部分形成，在集成電路 製造方法的退火步驟期間，所述導電材料的部分產生拉伸應力。作為一種變形， 該開關可以由導電材料的部分形成，其中在退火步驟中，所述導電材料的部分出 現壓縮應力。例如，該材料是半*材料，如多晶矽。由此，當應力辨，放時，開 關的臂16、 18易於拉長。在這種情況下，與圖2中示出的開關10相比，臂16 布置在平面P的右側，臂18布置在平面P的左側，使得當應力#^文時，杆20在 右側方向上旋轉，以保證金屬4Ail29, 30之間的電連接。
已經描述了本發明的特定實施方式。本領域技術人員能夠想到^ft替換方式 和變形。尤其是，在前迷的實施方式中，開關10具有對稱的形狀。但是，這不 是必須的。此外，在前述的實施方式中，在旋轉前，臂16、 18和杆20是直線形。 但是，在旋轉前，臂16、 18和杆20也可以是曲線形。
權利要求
1、一種包括侵入攻擊檢測設備(5)的集成電路(31)，所述設備包括由導電材料形成並由絕緣材料(40，46)包圍的單個部件，該單個部件包括至少一個蝕刻的或壓縮的伸長的導電軌道(16，18)，所述導電軌道連接至移動元件(20)；至少一個遠離所述部件的導電部分(29，30)；及用於檢測所述部件和所述導電部分之間電連接的電路(C)，由於移除絕緣材料，在攻擊中所述軌道的長度(L1，L2)變化，使得所述移動元件一直移動，直到所述移動元件接觸所述導電部分。
2、 如權利要求1所述的集成電路，其中所述單個部件包括 沿第一方向(A3)延伸的第一桿(20);沿第二方向(A1)延伸的第j^幹(16)，該第二方向相對於第一方向傾斜，並在第 一結合區(27)處連接至所述第一桿的第一側面(25);以及沿第三方向(A2)延伸的第三桿(18)，該第三方向相對於第一方向傾斜，並在第 二結合區(28)處連接至與第^f則面相對的第一桿的第二側面(26),所述第一和第二 結合區沿第一方向移位，其中所述至少一個導電部納29,30)遠離所述第一、第二和第三桿，並布置為 與第一或第二側面相對，這會導致由於移除絕緣材料，在攻擊中所述第二和 第三桿的長度(L1,L2)變化，使得所述第一桿一直旋轉，直到所述第一桿接 觸該導電部分。
3、 如權利要求2所述的電路，其中所述第一桿(20)包括第一和第二端部 (23,24),其中所述導電部^(29)布置為在第一端部處與第一側面(25)相對，所述電 路包括在第二端部處布置為與第二側面(26)相對，並遠離第一、第二和第三桿(20， 16， 18)的附加的導電部新30)，這會導致由於去除絕緣材料，在攻擊中所述第 二和第三桿的長度(L1,L2)變化，使得所述第一桿旋轉，從而所述第一端部 與所述導電部分接觸，所述第二端部與所述附加的導電部分接觸。
4、 如權利要求2所述的電路，其中所述第J^f(16)在導電材料上的具有更大 橫截面的第一4Ait(12)上繼續延伸，其中所述第三桿(18)在導電材料上的具有更大橫截面的第^^IAit(14)上繼續延伸。
5、 如權利要求2所述的電路，其中所述第二和第三才f(16, 18)屬於導電鴻農(L)。
6、 如權利要求2所述的電路，其中所述第^幹(16)的橫截面在所述第一結合 區(27)處減小，其中所述第三桿(18)的橫截面在所述第二結合區(28)處減小。
7、 如權利要求2所述的電路，其中所述第一桿(20)包^#形表面(62),用於 在所述第一斥幹^走壽爭期間支撐所述導電部新29)。
8、 如權利要求2所迷的電路，其中所述第二和第三方向(A1， A2)彼此平行並 與所述第一方向(A1)垂直。
9、 一種用於製造集成電路的方法，所述集成電路包括用於檢測通過接觸的 攻擊的i殳^(5)，所述方法包括步驟形成由導電材#^成，並由絕^##(40, 46)包圍的單個部件，所述單個部 件包括至少一個延長的並連接至移動元件(20)的導電4iit(16,18),並形成至少一 個遠離所述部件的導電部納29,30)，以及形Ai^於4全測所述部件和所述導電部分 之間產生電連接的電路；及退火，這導致在所述導電軌道中產生拉伸應力或壓縮應力，以及由於移去除絕糹^才 料，在攻擊中所述Mit長度(Ll,L2)變化，使得所述移動元件一直移動，直到所迷 移動元件接觸所述導電部分。
全文摘要
本發明提供一種用於檢測集成電路上的攻擊的設備，包括侵入式攻擊檢測設備的集成電路。該設備包括由導電材料形成並由絕緣材料包圍的單個部件，並包括至少一個蝕刻的或壓縮的伸長的導電軌道，其中該導電軌道連接至移動元件，該設備還包括至少一個遠離所述部件的導電部分以及檢測該部件和導電部分之間電連接的電路。由於移除絕緣材料，在攻擊中所述軌道的長度變化，使得移動元件移動，直到它接觸該導電部分。
文檔編號G01R31/00GK101650399SQ20091016260
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月13日 優先權日2008年8月13日
發明者克裡斯蒂安·裡弗羅, 帕斯卡·弗納拉 申請人:意法半導體(胡希)公司