集成電路及其制造方法
【專利摘要】本公開涉及具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路以及制造這種集成電路的方法。具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的一種集成電路包括至少一個(gè)光伏電池和耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元。當(dāng)所述至少一個(gè)光伏電池暴露于輻射時(shí)，所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生電流，該電流引起所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的改變。具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的另一種集成電路包括至少一個(gè)光伏電池和耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的反應(yīng)材料，其中來(lái)自所述至少一個(gè)光伏電池的電流觸發(fā)所述反應(yīng)材料中的放熱反應(yīng)。
【專利說(shuō)明】集成電路及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及集成電路,更具體地，涉及檢測(cè)集成電路的篡改(tempering)和逆向工程(reverse engineering)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于硬件的“信任根”是用于任何安全計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)建塊。安全計(jì)算的關(guān)鍵要素需要授權(quán)(authorization)、將數(shù)據(jù)發(fā)送到被授權(quán)的源以及/或者將數(shù)據(jù)加載到指定裝置。通常，二進(jìn)制代碼的密鑰形成保護(hù)數(shù)據(jù)和比特流的基礎(chǔ)。典型地，這種密鑰存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中并且一直存在于集成電路(IC)上。如果攻擊方能夠從裝置提取該密鑰，則用于安全計(jì)算的整個(gè)基礎(chǔ)都處于危險(xiǎn)之中。例如，物理訪問(wèn)該裝置的攻擊方能夠?qū)π酒?delayer)并且基于晶體管的狀態(tài)讀出所存儲(chǔ)的代碼。因此，保護(hù)密鑰需要防篡改技術(shù)。例如，防篡改網(wǎng)可以包圍印刷電路板并且可以包括篡改傳感器芯片及其自己的電池組來(lái)阻止這種攻擊。如果傳感器檢測(cè)到該網(wǎng)正在被切割，則加密代碼被擦除。然而，這種防篡改技術(shù)可能相對(duì)昂貴并且因此可能不適用于在量產(chǎn)的、成本敏感的裝置(例如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、移動(dòng)裝置和傳感器)中實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本公開的實(shí)施例描述了具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路以及制造這種集成電路的方法。例如，一種具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路包括至少一個(gè)光伏電池和耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元(memory cell)。當(dāng)所述至少一個(gè)光伏電池暴露于輻射時(shí)，所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生電流，該電流引起所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的改變。類似地，一種用于制造具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路的方法，包括:在所述集成電路中形成至少一個(gè)光伏電池；在所述集成電路中制造至少一個(gè)存儲(chǔ)單元；以及將所述至少一個(gè)光伏電池耦合到所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元。當(dāng)所述至少一個(gè)光伏電池暴露于輻射時(shí)，所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生電流，該電流引起所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的改變。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路，包括:至少一個(gè)光伏電池；以及耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的反應(yīng)材料，其中來(lái)自所述至少一個(gè)光伏電池的電流觸發(fā)所述反應(yīng)材料中的放熱反應(yīng)。類似地，一種用于制造具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路的方法，包括:在所述集成電路中形成至少一個(gè)光伏電池；在所述集成電路中沉積反應(yīng)材料；以及使用武裝開關(guān)(arming switch)將所述至少一個(gè)光伏電池稱合到所述反應(yīng)材料。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]通過(guò)結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)描述，能夠容易地理解本公開的教導(dǎo)，在附圖中:
[0006]圖1示例出根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性裝置；[0007]圖2示例出根據(jù)本公開的實(shí)施例的處于“置位(set)”和“復(fù)位(reset)”狀態(tài)的示例性相變存儲(chǔ)單元；
[0008]圖3示例出根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性反應(yīng)材料(例如，薄金屬疊層)。
[0009]圖4示例出根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性反熔絲(例如，武裝開關(guān))；
[0010]圖5是根據(jù)本公開的實(shí)施例用于制造示例性裝置的方法的流程圖；以及
[0011]圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例用于制造示例性反熔絲(例如武裝開關(guān))的方法的流程圖。
[0012]為了便于理解，在可能的情況下使用了相同的附圖標(biāo)記以標(biāo)出這些圖所共有的相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本公開的實(shí)施例呈現(xiàn)了一種新穎的芯片上防篡改裝置，該防篡改裝置用于檢測(cè)物理篡改以及用于通過(guò)擦除數(shù)據(jù)來(lái)提供篡改響應(yīng)。示例性部件包括集成到各層級(jí)(level)的后端制程(back end of the line)(或后端(back end))互連結(jié)構(gòu)中的小型化的光伏電池(PV)、存儲(chǔ)諸如保密授權(quán)碼(secret authentication code)的敏感數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)(例如相變存儲(chǔ)器(PCM))、以及嵌入的反應(yīng)材料(RM)，該反應(yīng)材料可以包括當(dāng)被從光伏(PV)元件產(chǎn)生的電流脈沖觸發(fā)時(shí)反應(yīng)的多層薄膜金屬疊層。特別地，很多物理逆向工程技術(shù)需要通過(guò)成像(例如，來(lái)自掃描電子顯微鏡(SEM)的電子束、聚焦離子束(FIB)、X射線等)訪問(wèn)芯片結(jié)構(gòu)，并且因此產(chǎn)生輻射(例如,光電流、激光束誘導(dǎo)電流(LBIC)、電子束誘導(dǎo)電流(EBIC)等)。本公開的實(shí)施例通過(guò)使用小型光伏PV電池將來(lái)自篡改企圖的輻射轉(zhuǎn)變成觸發(fā)篡改響應(yīng)(例如，直接地或者通過(guò)在反應(yīng)材料中產(chǎn)生的放熱反應(yīng))的電流以擦除數(shù)據(jù)，來(lái)利用該原理。
[0014]篡改/攻擊的范圍為從用于提取密鑰的電探查和去層到引起故障(例如，取向改變狀態(tài)(flipping state))以迫使集成電路進(jìn)行未授權(quán)的操作。攻擊方典型地需要調(diào)配一些技術(shù)以便定位特定的電路和結(jié)構(gòu)，這通常涉及用于成像或誘導(dǎo)電流和故障的輻射。表1不例出幾種故障分析/篡改技術(shù)。
[0015]表1
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路，包括: 至少一個(gè)光伏電池；以及 耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，其中當(dāng)所述至少一個(gè)光伏電池暴露于輻射時(shí)，所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生電流，該電流引起所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一個(gè)光伏電池包括非晶硅、晶體硅、鍺、硅鍺、砷化銦鎵或砷化銦中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中由所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的電流觸發(fā)所述集成電路中的反應(yīng)材料中的放熱反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其中由所述反應(yīng)材料中的所述放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱改變所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其中所述反應(yīng)材料包括薄金屬膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其中所述反應(yīng)材料包括鎳、鋁、鈦、銅、鈀、硼、鉬、銅氧化物或鉿氧化物中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其中所述反應(yīng)材料分布在所述集成電路中的兩個(gè)或更多個(gè)位置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，還包括:武裝開關(guān)，當(dāng)該武裝開關(guān)處于高電阻狀態(tài)時(shí)該武裝開關(guān)防止電流從所述至少一個(gè)光伏電池流到所述反應(yīng)材料，其中當(dāng)所述武裝開關(guān)被置于低電阻狀態(tài)時(shí)電流從所述至少一個(gè)光伏電池流到所述反應(yīng)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其中所述反應(yīng)材料包括多個(gè)反應(yīng)材料區(qū)域，其中用于所述多個(gè)反應(yīng)材料區(qū)域中的第一反應(yīng)材料區(qū)域的電接觸的橫截面面積不同于用于所述多個(gè)反應(yīng)材料區(qū)域中的第二反應(yīng)材料區(qū)域的電接觸的橫截面面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，還包括:武裝開關(guān)，當(dāng)該武裝開關(guān)處于高電阻狀態(tài)時(shí)該武裝開關(guān)防止電流從所述至少一個(gè)光伏電池流到所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，其中當(dāng)所述武裝開關(guān)被置于低電阻狀態(tài)時(shí)電流從所述至少一個(gè)光伏電池流到所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單J Li ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元包括相變存儲(chǔ)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一個(gè)光伏電池包括多個(gè)光伏電池，所述多個(gè)光伏電池中的至少第一光伏電池位于所述集成電路的第一層中，并且所述多個(gè)光伏電池中的至少第二光伏電池位于不同于所述第一層的所述集成電路的第二層中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一個(gè)光伏電池包括多個(gè)光伏電池，所述多個(gè)光伏電池中的至少第一光伏電池包括第一材料，并且所述多個(gè)光伏電池中的至少第二光伏電池包括不同于所述第一材料的第二材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的集成電路，其中所述第一材料和第二材料具有不同的量子效率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述至少一個(gè)光伏電池包括多個(gè)光伏電池，其中所述多個(gè)光伏電池中的至少兩個(gè)具有不同的尺寸。
16.一種用于制造具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路的方法，包括: 在所述集成電路中形成至少一個(gè)光伏電池；在所述集成電路中制造至少一個(gè)存儲(chǔ)單元；以及 將所述至少一個(gè)光伏電池耦合到所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，其中當(dāng)所述至少一個(gè)光伏電池暴露于輻射時(shí)，所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生電流，該電流引起所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)的改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 在所述集成電路中包括至少一種反應(yīng)材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中由所述至少一個(gè)光伏電池產(chǎn)生的電流觸發(fā)所述反應(yīng)材料中的放熱反應(yīng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述反應(yīng)材料中的所述放熱反應(yīng)改變所述至少一個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 在所述至少一個(gè)光伏電池和所述反應(yīng)材料之間包括武裝開關(guān)，用于防止電流在所述至少一個(gè)光伏電池和所述反應(yīng)材料之間的流動(dòng)，其中所述武裝開關(guān)處于高電阻狀態(tài)；以及 將所述武裝開關(guān)置于低電阻狀態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成所述至少一個(gè)光伏電池包括形成多個(gè)光伏電池，所述多個(gè)光伏電池 中的至少第一光伏電池位于集成電路的第一層中，并且所述多個(gè)光伏電池中的至少第二光伏電池位于不同于所述第一層的所述集成電路的第二層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中所述至少一個(gè)光伏電池包括多個(gè)光伏電池,其中所述多個(gè)光伏電池中的至少兩個(gè)具有不同的尺寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中所述至少一個(gè)光伏電池包括多個(gè)光伏電池,所述多個(gè)光伏電池中的至少第一光伏電池包括第一材料，并且所述多個(gè)光伏電池中的至少第二光伏電池包括不同于所述第一材料的第二材料。
24.一種具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路，包括: 至少一個(gè)光伏電池；以及 耦合到所述至少一個(gè)光伏電池的反應(yīng)材料，其中來(lái)自所述至少一個(gè)光伏電池的電流觸發(fā)所述反應(yīng)材料中的放熱反應(yīng)。
25.一種用于制造具有篡改檢測(cè)和響應(yīng)裝置的集成電路的方法，包括: 在所述集成電路中形成至少一個(gè)光伏電池； 在所述集成電路中沉積反應(yīng)材料；以及 使用武裝開關(guān)將所述至少一個(gè)光伏電池耦合到所述反應(yīng)材料。
【文檔編號(hào)】G11C11/56GK103778955SQ201310484751
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月17日
【發(fā)明者】趙澤安, G·M·弗里茨, H·J·霍維爾, 金永希, D·法伊弗, K·P·羅德貝爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司