專利名稱：半導(dǎo)體器件、卡，初始化、檢驗其真實性和身份的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)置有包括有源元件的電路的半導(dǎo)體器件，該電路存在于襯底的一面并由鈍化結(jié)構(gòu)覆蓋，該半導(dǎo)體器件還設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域以及第一和第二電極且具有第一阻抗的第一安全元件。
本發(fā)明還涉及設(shè)置有半導(dǎo)體器件的卡。本發(fā)明進(jìn)一步涉及初始化半導(dǎo)體器件的方法以及檢驗半導(dǎo)體器件真實性的方法和識別半導(dǎo)體器件的方法。
從EP-A300864已知這種半導(dǎo)體器件和這種卡。該已知器件的第一安全元件為具有兩個通過鈍化結(jié)構(gòu)電容性耦合在一起的電容器電極的電容器。該器件優(yōu)選地包括多個安全元件。當(dāng)檢驗器件的真實性時，將測量的電壓與計算的參考電壓相比較。如果不同，則不認(rèn)可真實性。
該已知器件的缺點是可以繞過安全元件。安全元件可以由具有相同電容的不干擾下面電路自由的其他結(jié)構(gòu)來替換。而且，如果后面再施加電極和鈍化結(jié)構(gòu)，不能檢測到便于看到電路的鈍化結(jié)構(gòu)和電極的去除。
因此本發(fā)明的第一個目的是提供一種在開篇段落里描述的那種半導(dǎo)體器件，其中在后面可以檢測到鈍化結(jié)構(gòu)的去除。
因為存在用于測量第一阻抗實際值的測量裝置，以及存在包括第一存儲元件的存儲器以便將實際值或其推導(dǎo)值作為第一參考值存儲在第一存儲元件中，所以實現(xiàn)第一目的。在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中有兩個位置，在那里可得到同一個值實際在安全元件中和存儲在存儲元件中。如果實際值基本上不再等于存儲的第一參考值，則必須有反向工程攻擊或一些其它的具有相同目的的攻擊。則不能認(rèn)可半導(dǎo)體器件的真實性。
可以執(zhí)行進(jìn)一步的測量以確保，如果實際值基本上等于第一參考值，則沒有反向工程攻擊。這種測量包括用于在第二頻率下測量、存儲和讀取第一安全元件的第二實際值的裝置；另一測量為提供具有不同參考值的第二安全元件和第二存儲元件。
應(yīng)該理解在本申請的內(nèi)容中，實際值或參考值的測量包括確定指示其、或代表其或相應(yīng)于其的任何參數(shù)。甚至介電常數(shù)在不同頻率下測量都具有不同的結(jié)果，則顯然該實際值不必為可以獨立別的任何地方獲得的值。然而，其為實際測量的值，且如果在相同條件下通過芯片重復(fù)測量，其必須提供相同的結(jié)果。
代替存儲該實際值，可以用算法裝置將測量的實際值修改為要存儲的實際值。例如，算法裝置由微處理器構(gòu)成。選擇地，其可以為在其中采用實際值的數(shù)據(jù)格式的電路。
優(yōu)選地，器件設(shè)置有第二安全元件，第二安全元件包括鈍化結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域且具有不同于第一阻抗的第二阻抗。且第二阻抗的實際值可以通過測量裝置測量并作為第二參考值存儲在存儲器的第二存儲元件中。提供不止一個安全元件大大增加了鈍化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。兩個安全元件可以為相同類型，例如電容器、電阻器、電感器、LC電路、變壓器，選擇地可以為不同類型。它們還可以隱藏于包括諸如互連線的大量其它結(jié)構(gòu)的層中。同樣，存儲元件隱藏于在其中存儲其它數(shù)據(jù)的存儲元件陣列中。還可以在不同的頻率下測量第一和第二阻抗。安全元件的數(shù)量可以大于二。優(yōu)選地，該數(shù)量便于安全元件覆蓋鈍化結(jié)構(gòu)的整個表面。由于實際原因，可以將這些作為安全元件陣列來提供。
為了實現(xiàn)第一和第二安全元件具有不同的阻抗，安全元件的結(jié)構(gòu)會不同或測量條件會不同。在有利的實施例中，鈍化結(jié)構(gòu)具有在電路上橫向變化的有效介電常數(shù)。因此阻抗的不同與物理實現(xiàn)方式的變化有關(guān)。術(shù)語“有效介電常數(shù)”用于表示一層或疊置層特性的且包括任何傳導(dǎo)率以及導(dǎo)磁率值的概念，疊置層的每一層為材料的混合物。
可以以各種方式實現(xiàn)鈍化結(jié)構(gòu)的有效介電常數(shù)。第一個例子為，鈍化結(jié)構(gòu)的厚度在整個電路上變化。第二個例子是鈍化結(jié)構(gòu)包括至少兩層，這兩層具有實質(zhì)上粗糙的界面。此外，這些層可以被部分混合或局部修改。而且，鈍化結(jié)構(gòu)可以由多層的疊置層組成。
在一個有利的實施例中，鈍化結(jié)構(gòu)包括鈍化層和安全層，該安全層包括不均勻分布在電路上的顆粒。該實施例中的安全元件可以具有取決于實際淀積工藝的阻抗。以下述幾種方式實現(xiàn)顆粒的不均勻分布安全層可以包含不同尺寸、不同成分、不同形狀、不同取向且濃度在電路上改變的顆粒。優(yōu)選地，顆粒具有安全元件的局部表面積的數(shù)量級的尺寸。其結(jié)果是，不能預(yù)測各個安全元件的阻抗。在初始化之前它們并非已知的。這具有存儲元件會包含幾乎唯一且能夠用于識別目的的參考值的優(yōu)點。與淀積工藝相關(guān)的阻抗的另一結(jié)果是一旦已經(jīng)除去安全層，則幾乎不能提供相同的安全層。
優(yōu)選地選擇安全層以至于幾乎不能除去且不能用任何顯微鏡觀察到安全層。在一個有利的實施例中，它包括陶瓷材料且可以用溶膠-凝膠工藝涂敷。安全層的一個例子是基于一鋁磷酸鹽，其在WO-A99/65074中公開。這種基體(matrix)材料的其他例子包括TiO2、SiO2(源于四乙氧基原硅酸鹽)和旋涂聚合物。這種安全層可以涂敷在鈍化層上，以便于確保下面電路的有源元件不會被污染。如果顆粒的尺寸與安全元件的局部表面積的尺寸相當(dāng)，則自動會有不均勻的分布。選擇地，例如，通過施加填充有顆粒的基體材料的不均勻懸浮體來將分布制成不均勻的。
第一安全元件的第一和第二電極可以具有各種形狀。如果第一安全元件主要是具有單匝的電感線圈，第一和第二電極通過單匝連接；即，它們是相同金屬線的一部分。如果第一和第二電極不是相同金屬線的一部分，它們存在于鈍化結(jié)構(gòu)的相同側(cè)或兩側(cè)。甚至可以是，一個電極存在于鈍化結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，而其它變化對技術(shù)人員是很顯然的。如果有多于一個的安全元件，且第二電極連接于接地層，則幾個第二電極被合并為一個。第二電極可以作為在一個點連接于接地層的基本上未構(gòu)圖的層來實現(xiàn)，尤其是如果這些第二電極存在于鈍化結(jié)構(gòu)的頂部?？梢允褂靡恍┢渌鼘?dǎo)電層來替換金屬層，諸如導(dǎo)電聚合物層或含有導(dǎo)電顆粒的層。這種未構(gòu)圖的導(dǎo)電層還用作ESD保護(hù)裝置。
在優(yōu)選的實施例中，鈍化結(jié)構(gòu)存在于金屬層的頂部，該金屬層包括第一和第二電極以及依照想要的設(shè)計連接有源元件的互連。該實施例的優(yōu)點是不需要為提供安全元件的第一和第二電極而淀積附加的金屬層。另一個優(yōu)點是，電極可以隱藏于互連結(jié)構(gòu)中，因為給予它們基本上相同的形狀。優(yōu)選地，第一安全元件的第一和第二電極構(gòu)成一對交叉指狀電極。在該實施例中，電極的表面積相對較大，這對于阻抗量是有利的。
該實施例特別適合于測量在第一和第二電極之間阻抗的電容性部分。通過選擇具有介電常數(shù)不同于鈍化結(jié)構(gòu)中主要材料的顆粒可以實現(xiàn)電容值的大變化。因而，它們具有比較高的介電常數(shù)，諸如BaTiO3、SrTiO3、TiN、WO3，或相當(dāng)?shù)偷?，諸如空氣(例如細(xì)孔)、有機(jī)電介質(zhì)材料或多孔的烷基取代的SiO2。
測量裝置的實施取決于要測量的阻抗的具體類型。如果測量阻抗的電容性部分，可以使用來自指紋傳感器領(lǐng)域中公知的測量裝置。例如，這種測量裝置是驅(qū)動裝置和讀出裝置的整體，如由US-A5,325,442公開的。選擇地，特別是如果安全元件的數(shù)量相對較少，使用常規(guī)電路來一個接一個地測量這些，其中測量設(shè)備并聯(lián)于阻抗放置。
在優(yōu)選的實施中，測量裝置包括振蕩器和二進(jìn)制計數(shù)器，使用振蕩器，可以測量被選擇的安全元件的阻抗的虛部，這產(chǎn)生具有取決于阻抗所述部分的頻率的信號。二進(jìn)制計數(shù)器會將該頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率比較。該實施的優(yōu)點是其標(biāo)準(zhǔn)元件的使用，諸如振蕩器和二進(jìn)制計數(shù)器。這些元件已經(jīng)存在于集成電路中且可以用作測量裝置。選擇且優(yōu)選地，可以添加附加的振蕩器和二進(jìn)制計數(shù)器。通常，使用交變電流進(jìn)行測量，然而也能使用直流電。
為了提高測量裝置測量的專一性，可以添加第二振蕩器和處理器功能元件。第二振蕩器會提供在不同頻率下的振蕩。事實上，不僅在一個頻率下而且在第二頻率下，重新施加的鈍化結(jié)構(gòu)必須具有與原始鈍化結(jié)構(gòu)相同的性能。用于在第二頻率測量的附加裝置的存在還具有增加設(shè)計自由度的優(yōu)點。例如，在一個晶片上處理的半導(dǎo)體器件設(shè)置有具有不同頻率的振蕩器。
在另一實施例中，通過向安全元件送入產(chǎn)生在半導(dǎo)體器件內(nèi)的已知頻率和振幅的方波來測量阻抗。測量電流作為該結(jié)果。然后通過半導(dǎo)體器件內(nèi)的A/D變換器裝置來數(shù)字化處理其計算的實際值。
存儲器可以為常規(guī)類型并包括存儲元件以及微處理器以能夠存儲并讀取數(shù)據(jù)。存儲元件優(yōu)選為一次性可編程的，諸如EPROM。然而，它們選擇地為常規(guī)存儲元件，諸如EEPROM、DRAM、SRAM和MRAM。
本發(fā)明的第二個目的是提供具有半導(dǎo)體器件的卡，該卡在除去和重新淀積半導(dǎo)體器件的鈍化結(jié)構(gòu)后不能工作。因為存在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，所以實現(xiàn)該第二目的。在卡的任何操作之前，會檢驗半導(dǎo)體器件的真實性，這將在根據(jù)本發(fā)明的檢驗真實性的方法的討論中進(jìn)一步詳細(xì)闡述。當(dāng)將第一安全元件的實際值與存儲在第一存儲元件中的第一參考值相比較時，實際上不能用另一鈍化結(jié)構(gòu)替換原始鈍化結(jié)構(gòu)，該另一鈍化結(jié)構(gòu)提供具有相同阻抗的所有安全元件。因此，可以檢測到包含本發(fā)明半導(dǎo)體器件的卡在去除和重新淀積鈍化結(jié)構(gòu)后不再可靠。
本發(fā)明的卡優(yōu)選為包括任何金融或?qū)Ｓ脭?shù)據(jù)或準(zhǔn)許進(jìn)入任何建筑或存取信息的智能卡。對這種智能卡的安全性要求呈穩(wěn)定增加，這關(guān)系到增加對這些智能卡的信任和使用。選擇地，該卡可以為能無接觸讀出的應(yīng)答器型卡。該卡也可以為鈔票。在這種情況中，半導(dǎo)體器件必須很薄。取決于半導(dǎo)體器件改善的鈍化結(jié)構(gòu)，可以減小互連層的數(shù)量，這樣降低器件的成本價格。另一種卡是用于移動電話的SIM卡。在無接觸讀出的情況中，卡會包含與存取裝置通信的天線。該半導(dǎo)體器件連接于所述天線。
由于本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第一阻抗不可預(yù)測，需要初始化方法。
因此，第三目的是提供初始化本發(fā)明半導(dǎo)體器件的方法。要實現(xiàn)該目的，該方法包括下述步驟在第一頻率下測量第一安全元件的第一阻抗的實際值；和將該實際值作為參考值存儲在第一存儲器元件中。
該方法不受限于具有其阻抗事實上不可預(yù)測的鈍化結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。在許多情況中，諸如在鈍化結(jié)構(gòu)包括填充有顆粒的層的情況中，僅能計算阻抗的平均值。實際值的測量和其作為第一參考值的存儲致使能夠獲得更精確的第一參考值。還可以是，在特定情況下能夠再次初始化半導(dǎo)體器件。為了重新使用的目的，這是優(yōu)選的，但是為了安全性的目的，則不是。例如，這種重新使用在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件用于存取建筑物的情況中是非常有利的。
在一個實施例中，在第二頻率下測量第一阻抗的實際值并將其作為第二參考值存儲在第二存儲器元件中。為了實現(xiàn)增強(qiáng)安全性，優(yōu)選地在多于一個的頻率下測量阻抗。作為結(jié)果，該值也必須在初始化期間測量并存儲。
認(rèn)識到，實際值在要被作為第一參考值存儲之前可以根據(jù)算法修改。例如，用整數(shù)值乘實際值以便于產(chǎn)生在0與1000之間的范圍內(nèi)的值。同樣，可以修改實際值以便于產(chǎn)生整數(shù)或可以將其數(shù)字化。
檢驗半導(dǎo)體器件真實性的方法公知于WO-A99/12121。該已知的方法包括在半導(dǎo)體器件與外部器件諸如讀卡機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。數(shù)字隨機(jī)值由外部器件產(chǎn)生并傳送到半導(dǎo)體器件。修改之后，隨機(jī)值被傳送回外部器件。只有修改值相應(yīng)于從隨機(jī)值推導(dǎo)出的檢驗值，那么認(rèn)可該器件的真實性。
其缺點是需要在半導(dǎo)體器件和外部器件兩者中執(zhí)行特定的修改過程。修改過程在外部器件中的存在會允許未經(jīng)授權(quán)的人發(fā)現(xiàn)修改過程是什么。
因此本發(fā)明的第四個目的是提供其中不需要修改過程的方法。要實現(xiàn)該目的，檢驗已經(jīng)被初始化的半導(dǎo)體器件的真實性的方法包括下述步驟在第一頻率下測量第一阻抗的實際值；讀取第一參考值；比較第一參考值與實際值；和如果至少在實際值與第一參考值之間的差小于預(yù)定的閾值，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件的真實性。
該方法基于實際值和第一參考值兩者物理地固定在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的認(rèn)識。由于它們都存在于相同器件中，不需要所有半導(dǎo)體器件滿足相同的條件，例如，在它們的全體中實施同一個修改過程或其裝置。預(yù)定的閾值通常很小，且被限定為以便于允許測量的不確定性或溫度和其它外部條件的影響。另一優(yōu)點是減小要被交換的數(shù)據(jù)的量級，由此允許更快的檢驗過程。
這里注意的是，在正常條件下，有多個具有阻抗的安全元件。因此可以期望所有的阻抗或至少它們中的一些必須在完全認(rèn)可半導(dǎo)體器件真實性之前與相應(yīng)的參考值相比較。
應(yīng)識別到，在與第一參考值比較之前，可根據(jù)算法修改實際值。例如，可以用整數(shù)值乘實際值以產(chǎn)生在0與1000之間范圍內(nèi)的值。同樣，可以修改實際值以產(chǎn)生整數(shù)，或可以將其數(shù)字化。如果有修改算法，將在半導(dǎo)體器件中實現(xiàn)該算法以致其不能被改編。在這種方法中，確保以相同方式修改實際值與第一參考值。
為了確保實際值和第一參考值不都被修改，有各種選擇，以至它們相等。第一種選擇是使實際值和第一參考值兩者的這種修改或替換很困難。例如通過將測量裝置與存儲元件集成在半導(dǎo)體器件的其他部件中來實現(xiàn)。第二種選擇是在第二頻率下測量第一阻抗的實際值并將其與相應(yīng)的第二參考值比較。
第三種選擇是在初始化期間第一參考值也存儲于半導(dǎo)體器件外。在初始化之后，將其從半導(dǎo)體器件傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件。在該中央數(shù)據(jù)庫器件中，將其作為唯一芯片識別碼的第一字符來存儲。在該方法中，其表示半導(dǎo)體器件的身份。在真實性檢驗期間，將第一參考值傳送到存取裝置。該存取裝置可以為或包括中央數(shù)據(jù)庫器件。選擇地，該存取裝置可以為有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件的讀卡機(jī)。然后比較第一參考值與唯一芯片識別碼的第一字符，且如果第一參考值相應(yīng)于唯一芯片識別碼的第一字符，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件的真實性。
在第一參考值在半導(dǎo)體器件初始化之前非已知的實施例中，所述第一參考值或一系列參考值可以用作半導(dǎo)體器件的識別序列號。這種序列號也稱作唯一芯片識別碼。例如，其可以用于在其中個人可以用設(shè)置有半導(dǎo)體器件的卡存取信息或建筑物的情形中。另一種情形是用于特定銀行的金融交易的卡的情形，其中在進(jìn)行交易之前與銀行計算機(jī)接觸。這些情形涉及包括讀卡機(jī)和有限數(shù)量的卡的系統(tǒng)，每一張卡是已知的且可以被識別。由于第一參考值優(yōu)選取決于鈍化結(jié)構(gòu)的不可控制的變化?？赡艿膮⒖贾档臄?shù)量非常大。除此之外，不存在可被檢測到的序列號內(nèi)的圖形。由于鈍化結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和成分不受各種設(shè)計約束，可能的參考值的變化實際上是沒有限制的。
本發(fā)明的另一目的是提供識別半導(dǎo)體器件的方法。因為識別根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，該器件已經(jīng)被初始化以便在第一存儲元件中存儲第一參考值；且因為識別方法包括下述步驟，所以實現(xiàn)該目的讀取第一參考值；將第一參考值從半導(dǎo)體器件傳送到存取裝置，該存取裝置包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件，在中央數(shù)據(jù)庫器件中存儲唯一芯片識別碼的第一字符，該第一字符表示半導(dǎo)體器件的身份且相應(yīng)于在半導(dǎo)體初始化時的第一參考值；比較第一參考值與唯一芯片識別碼的第一字符；和如果第一參考值相應(yīng)于唯一芯片識別碼的第一字符，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件的身份。
參考附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的半導(dǎo)體器件、卡、初始化方法以及檢驗真實性方法的這些和其它方案，其中

圖1是半導(dǎo)體器件的第一實施例的圖解剖面圖；圖2是半導(dǎo)體器件的第二實施例的圖解剖面圖；圖3是半導(dǎo)體器件的第三實施例的圖解剖面圖；圖4是半導(dǎo)體器件的第四實施例的圖解剖面圖；圖5是半導(dǎo)體器件的示意圖；圖6示出半導(dǎo)體器件測量裝置的一個實施例；圖7示出半導(dǎo)體器件測量裝置的另一實施例；圖8是示出安全元件陣列與相關(guān)尋址電路的半導(dǎo)體器件的實施例的簡化示意圖；和圖9示意性示出包括卡和存取裝置以及中央數(shù)據(jù)庫器件的系統(tǒng)。
附圖為示意性地描繪且并非真實比例，且不同附圖中的相同參考標(biāo)記指示相應(yīng)的元件。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員很顯然，可以有本發(fā)明的可替換且等效的實施例而不脫離實質(zhì)的發(fā)明內(nèi)容，且本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求書限定。
在圖1中，半導(dǎo)體器件11具有硅襯底31，該襯底具有第一面32。在第一面32上，器件11設(shè)置有第一有源元件33和第二有源元件43。在該例子中，這些有源元件33、43為具有發(fā)射區(qū)34、44、基區(qū)35、45、集電區(qū)36、46的雙極性晶體管。
所述區(qū)34-36、44-46設(shè)置在由構(gòu)圖的氧化硅絕緣層38覆蓋的第一層37中。構(gòu)圖絕緣層38以便其在發(fā)射區(qū)34、44和基區(qū)35、45具有接觸窗口。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，場效應(yīng)晶體管的存在取代雙極性晶體管或除雙極性晶體管之外還存在場效應(yīng)晶體管。此外本領(lǐng)域人員公知，諸如電容器、電阻器和二極管的其它元件也集成在半導(dǎo)體器件11中。
在絕緣層38中的這些接觸窗口處，所述區(qū)連接于互連39、40、41、42。在該實施例中的互連在第一級和第二級延伸。通常公知，互連結(jié)構(gòu)可以包括多個級。在互連與有源元件之間，通常存在未示出的阻擋層。例如，互連39、40、41、42由Al或Cu用公知的方法制造且由優(yōu)選具有低介電常數(shù)的電介質(zhì)層47覆蓋并互相絕緣。未示出附加存在的阻擋層。另一金屬層28存在于這些電介質(zhì)層47之間。在該金屬層28中，第一安全元件12A的電極14、15被限定處于4μm的相互距離。第一安全元件還包括構(gòu)造為鈍化結(jié)構(gòu)50的局部區(qū)域的電介質(zhì)17。在該實施例中該鈍化結(jié)構(gòu)50包括0.50μm厚度的磷硅酸鹽玻璃的粘合層51、0.60μm厚度的SiN鈍化層52和3.0μm厚度的一鋁磷酸鹽安全層53。通過水中旋涂按重量計15％的一鋁磷酸鹽的混合物來提供該層。按重量計20-50％顆粒的混合物并隨后在100-150℃下干燥。選擇地，其通過噴涂按重量計5-10％的一鋁酸鹽來提供。在干燥后，在400-500℃下對該層退火以允許由于發(fā)生從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)造成的凝聚。安全層53已被平坦化，且在其上存在作為封裝54的環(huán)氧材料。例如，可以構(gòu)圖安全層53以便限定用于連接至PCB的接觸焊盤。
含于安全層53中的顆粒為TiO2、TiN、SrTiO3和/或改性的BaTiO3。
例如，這種改性的BaTi03公開在US6,078,494中。鈍化結(jié)構(gòu)50中的這些顆粒和其它材料的相對介電常數(shù)和導(dǎo)電率在表1中示出。
表1存在于鈍化結(jié)構(gòu)中的幾種材料的相對介電常數(shù)(相對于真空)和導(dǎo)電率。
圖2示出本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11的第二實施例。在該實施例的器件11中，第一安全元件12A是包括具有第一電極14、第二電極15以及電介質(zhì)17的電容器和具有兩個繞組55、56的線圈的LC結(jié)構(gòu)。與圖1的實施例相反，第一和第二電極14、15不存在于鈍化結(jié)構(gòu)50的相同面上的相同層中。第一電極14和第二繞組56存在于鈍化結(jié)構(gòu)50與有源元件33、43之間的金屬層28中。各自通過互連48連接于另外的電路?；ハ噙B接的第二電極15和第一繞組55存在于鈍化結(jié)構(gòu)50與封裝54之間的附加金屬層58中。通過附加鈍化層59保護(hù)附加金屬層58不受封裝54的影響。
圖3示出本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11的第三實施例。該實施例的器件11包括第一安全元件12A、第二安全元件12B和第三安全元件12C。所有這些安全元件12A、12B、12C為具有公共第二電極15的電容器，該第二電極15連接于接地層。安全元件12A、12B、12C具有不同的第一電極14A、14B、14C。它們很好地集成在一個陣列中，將參考圖5進(jìn)一步闡述。
圖4示出本發(fā)明半導(dǎo)體器件11的第四實施例。附圖示出層31、37至42、47和48的整體作為襯底131。該實施例的器件11包括第一、第二和第三安全元件12A、12B、12C。該實施例的鈍化結(jié)構(gòu)50包括各種材料的構(gòu)圖層61、62、63；SiO2金屬間電介質(zhì)層64；SiN鈍化層52和TiN的安全層。
第一安全元件12A為一個電容器且具有第一和第二電極14A、15A，其中電極存在于鈍化結(jié)構(gòu)50的相同面上的金屬層28中。電介質(zhì)17A為由甲基取代中孔SiO2制成的構(gòu)圖層61的一部分，該甲基取代中孔SiO2由使用非極性表面活性劑的以1∶1的摩爾比的四乙氧基原硅酸鹽(TEOS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)來獲得。其具有2.0的相對介電常數(shù)。電極14A與15A之間的距離為2.0μm，電極長度為10μm，而電極高度為0.7μm。因而，如不考慮任何寄生電容來計算，第一安全元件12A具有6,3.10-5pF的電容。
第二安全元件12B為電容器且具有第一和第二電容器電極14B、15B以及中間電容器電極57。電介質(zhì)17B包括部分SiO2金屬間電介質(zhì)層64和構(gòu)圖的SiN層62。存在于相同金屬層28中的第一與第二電極14B、15B之間的相互距離為0.5μm，電極長度為40μm，而電極高度為0.7μm。電極的寬度為20μm，而電極14B、15B與中間電極57之間的距離為0.1μm(0.04μm的SiN和0.06μm的SiO2)。因而，如不考慮任何寄生電容來計算，第二安全元件12B具有2.40.10-2pF的電容。
第三安全元件12C為電容器且具有存在于金屬層28中的第一和第二電容器電極14C、15C。電介質(zhì)17C具有溝道形狀且為構(gòu)圖的SiO2層63的一部分。第一與第二電極14B、15B之間的相互距離為0.5μm，溝道的長度為100μm，而電極的高度為0.7μm。因而，如不考慮任何寄生電容來計算，第三安全元件12C具有5.4.10-3pF的電容。
圖5是半導(dǎo)體器件11與存取裝置2一起的一個實施例圖。半導(dǎo)體器件11包括多種裝置測量裝置4、存儲器7、控制裝置8和驗證控制器9。此外，半導(dǎo)體器件包括多個安全元件12以及開關(guān)10。存儲器7包括多個存儲元件7A、7B、7 C，...，以及存儲控制器5和讀取控制器6?？刂蒲b置8和驗證控制器9可以集成為一個功能元件，該功能元件為微處理器或?qū)Ｓ秒娐贰？刂蒲b置8不僅用于單獨為測量、存儲和讀取安全元件12阻抗的控制，而且可以控制整個半導(dǎo)體器件的功能，包括具有金融或身份數(shù)據(jù)的額外的存儲器。同樣，集成電路設(shè)計領(lǐng)域的任何技術(shù)人員會理解，存儲器7不需要僅為安全元件12的阻抗而設(shè)計。在該例子中，安全元件12為電容器并在一面連接于接地層。存取裝置2通常為讀卡機(jī)、但也可以為一些其它器件，例如，執(zhí)行初始化的設(shè)備。
半導(dǎo)體器件11中的電路功能如下在初始化期間，信號從存取裝置2發(fā)送到半導(dǎo)體器件11，要求初始化。該信號進(jìn)入控制裝置8?？刂蒲b置8會向測量裝置4發(fā)送信號，指示安全元件12要被測量。優(yōu)選的，該信號為可以用其選擇、測量和存儲第一安全元件12的信號；在這種情況中，微處理器不需要包含于測量裝置4中。在該優(yōu)選實施例中，從控制裝置到測量裝置4的信號數(shù)量等于或大于安全元件12的數(shù)量。在測量之后，將第一阻抗的實際值經(jīng)由開關(guān)10發(fā)送到存儲器7。存儲控制器5將實際值存儲在第一存儲元件7A中。優(yōu)選地，信號從存儲控制器5發(fā)送到控制裝置8以指示第一參考值存儲成功完成。
只要初始化沒有完成，開關(guān)10會提供對存儲控制器5的訪問。在初始化完成之后，控制裝置8會向開關(guān)10提供信號。該信號使開關(guān)10改變其狀態(tài)并隨后向驗證控制器提供信號。開關(guān)10可以以下述幾種方式實現(xiàn)它可以是晶體管或pin二極管。選擇地，它可以為反熔絲和熔絲的結(jié)合，其中熔絲存在于連接存儲控制器5的出口，而反熔絲存在于到驗證控制器9的出口?？刂蒲b置10的信號會為或會提供電壓峰值，允許斷開輸出連接存儲控制器5和關(guān)閉輸出連接驗證控制器9。在該實施例中，開關(guān)僅轉(zhuǎn)換一次，諸如來自5,032,708中本身公知的。因為在初始化期間可以在存取裝置2與半導(dǎo)體11之間制作接觸，所以即使半導(dǎo)體器件11與存取裝置2之間的正常通信是無接觸的，也可以提供這種電壓峰值。其它實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。不排除對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，開關(guān)10和存儲控制器5集成在一個功能單元中。
在檢驗半導(dǎo)體器件11的真實性或身份時，電路操作如下在初始化期間，信號從存取裝置2發(fā)送到半導(dǎo)體器件11，請求檢驗。該信號進(jìn)入控制裝置8?？刂蒲b置8會向測量裝置4發(fā)送信號，指示安全元件12要被測量。這以與初始化期間相同的方式進(jìn)行。將第一阻抗的實際值經(jīng)由開關(guān)10發(fā)送到驗證控制器9。該驗證控制器9還具有或接收第一阻抗的第一參考值。在從控制裝置8或選擇地從驗證控制器9獲得信號后，該第一參考值已經(jīng)由讀取控制器6從第一存儲元件12A中讀出。然后比較實際值與第一參考值。如果兩值之間的差小于預(yù)定的閾值，例如3％，然后向控制裝置8發(fā)送肯定信號-表明良好(statingokay)。立即，或在所有實際值與所有參考值比較之后，或在選定數(shù)量的實際值與相應(yīng)參考值比較之后，進(jìn)行該操作。優(yōu)選地，在肯定信號的情況下，還將參考值發(fā)送到控制裝置8。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解實際通信會經(jīng)歷各種算法。預(yù)定的閾值取決于測量裝置的精度。其選擇地可以為10或20％，尤其是如果安全元件的數(shù)量大，例如10或更大。再次選擇地，其可以小于1％，這部分取決于用戶的要求和集成電路設(shè)計領(lǐng)域的情況。
圖6示出半導(dǎo)體器件11的測量裝置4的第一實施例。還示出安全元件12A、12B和12C。該實施例的測量裝置4測量安全元件12的阻抗的虛部。事實上，振蕩器82向計數(shù)器84提供信號，其頻率取決于被測量的安全元件12的阻抗的所述虛部。計數(shù)器84將該頻率與具有時鐘頻率的信號相比較。該信號源自帶有電容器87和電阻器88的振蕩器，電容器和電阻器具有精確且已知的值。在二進(jìn)制計數(shù)器84中比較的結(jié)果是可以被存儲的數(shù)字化信號。數(shù)字化信號是被測量的安全元件12的阻抗的實際值。實際值可以存在于任意類型的SI-單元或選擇地在任意的半導(dǎo)體特有值中，因為其無法與任何外部測量值比較。存在用于選擇哪個安全元件12A、12B、12C要被測量的選擇單元81。其會傳送信號以便于開關(guān)91、92、93中之一打開且安全元件12A、12B、12C中之一被測量。優(yōu)選，開關(guān)為晶體管。選擇地，可以測量安全元件12的想要的組合以便于最小化測量步驟的數(shù)量且沒有使安全性變得復(fù)雜。在本申請文件的內(nèi)容中，所述多個同時測量理解為測量第一安全元件12A的實際值。選擇單元還在測量步驟之后向計數(shù)器84提供信號以便于清除其結(jié)果。
選擇單元81可以為控制裝置8的一部分。此外振蕩器86可以體現(xiàn)為半導(dǎo)體器件11的時鐘發(fā)生器。在這種情況中，其可以不存在于測量裝置4中，且其信號經(jīng)由控制裝置8發(fā)送到計數(shù)器84。為了獲得足夠精確的實際值與參考值，以便于它們之間的差低于3-5％的閾值，調(diào)節(jié)振蕩器82、86以便于被校正在大約1％內(nèi)。以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常用方法，且優(yōu)選地通過提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)計來進(jìn)行該步驟。
優(yōu)選的，安全元件12C為參考元件，其實際值是已知的。例如，其通過在互連結(jié)構(gòu)中執(zhí)行該元件12C來實現(xiàn)，尤其是如果鈍化結(jié)構(gòu)50包括具有不均勻分布顆粒的安全層53的情況下也是如此。該參考安全元件12C用于優(yōu)化測量結(jié)果和來自二進(jìn)制計數(shù)器84的結(jié)果的實際值可能的推論。
圖7示出半導(dǎo)體器件11的測量裝置4的第二實施例，其很大程度上與第一實施例相同。在這種情況中，提供帶有電阻器95的第二振蕩器94以及開關(guān)96。這里的選擇單元81不僅選擇要測量的安全元件12A、12B、12C，還選擇要使用其測量安全元件12A、12B、12C的振蕩器82、94。由于振蕩器82、94比例不同，它們的頻率也不同。因此，該實施例可以在兩個頻率下測量阻抗。優(yōu)選地，存儲所得到的實際值。然后在功能性放置在二進(jìn)制計數(shù)器84之后的比較器中相互比較這些值。
圖8是半導(dǎo)體器件11的一個實施例的簡化示意圖，一起示出安全元件與測量裝置4和存儲器7的陣列。半導(dǎo)體器件11包括有源矩陣尋址傳感焊盤10，該傳感焊盤10具有安全元件12的X-Y陣列，該陣列由在每行具有c個安全元件12的r個行(1至r)組成。為了簡化，僅示出幾個行和列。該實施例的安全元件12為具有第一電極14和第二電極(未示出)的電容器。這些第二電極連接于接地層(也未示出)。第一電極14連接于有源器件，在該實施例中有源器件包括為場效應(yīng)晶體管(FET)形式的三端開關(guān)器件16。分別通過行(選擇)和列(傳感)尋址導(dǎo)線18和20的組，來尋址安全元件12的X-Y陣列。安全元件12的FET16的柵極和源極分別連接于行導(dǎo)線18和列導(dǎo)線20。FET的漏電極連接于第一電極14。相同行中的所有安全元件12連接于各自公共的行導(dǎo)線20。行導(dǎo)線18在它們的一端連接于行驅(qū)動電路，通常是指22，且列導(dǎo)線20在它們的一端連接于測量裝置，例如傳感電路4。
如下完成讀取陣列中各種安全元件12之間的電容變化。通過相關(guān)行(選擇)和列(傳感)導(dǎo)線18和20尋址每一安全元件12。由行驅(qū)動電路22向行導(dǎo)線18施加的選通脈沖導(dǎo)通與該行導(dǎo)線相關(guān)的元件行中的所有安全元件12的FET16。同時通過電路及測量裝置4向所有列導(dǎo)線20施加例如1.5V的供給電壓以便于在導(dǎo)通FET16同時那一行的電容器(即安全元件12)充電至列導(dǎo)線的電壓。電容器的充電電流沿列導(dǎo)線20向上流動并由測量裝置4內(nèi)的適當(dāng)?shù)姆糯笃髯x出。流入每一電容器的電荷量取決于電容器的大小。因此，通過測量每一列導(dǎo)線20中的充電電流，可以估算每一電容器的大小。繼續(xù)依次對陣列的安全元件的每一行重復(fù)該過程。
測量裝置4可以是各種構(gòu)造，諸如電流讀出電路構(gòu)造和電荷放大器電路構(gòu)造。例如這種電路結(jié)構(gòu)由US5,325,442公知，不需要進(jìn)一步公開。
由安全元件12的阻抗的實際值形成測量裝置4的輸出。該輸出優(yōu)選為數(shù)字信號。因此，如本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的，會意識到存儲器通常遵循常規(guī)慣例，且因此認(rèn)為不必要詳細(xì)描述這些元件。簡單地，將輸出傳送到微處理器25。在可能的輸出分析之后，在初始化運行情況中，微處理器25會將輸出作為參考值存入包括多個存儲器元件的存儲器7中，多個存儲器元件伴隨有多個安全元件12。在運行檢驗真實性的情況中，微處理器25會充當(dāng)讀控制器以從存儲元件讀取參考值。比較這些值。將結(jié)果發(fā)送到存取裝置2，例如讀卡機(jī)，優(yōu)選兼有實際值和/或參考值。
圖9示例性示出卡1、存取裝置2和中央數(shù)據(jù)器件3的系統(tǒng)。在該實施例中，當(dāng)在存取裝置2中檢測到卡1時，存取裝置2會與卡1相通信。以具有接觸的無接觸方式布置這種通信，兩種形式都為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知。在建立通信后，存取裝置向卡1提供信號，且尤其向存在于其上的半導(dǎo)體器件11提供信號，以獲得安全元件12的阻抗的實際值，并將這些值與相應(yīng)存儲元件7中的參考值相比較。結(jié)果，半導(dǎo)體器件會比較這些實際和參考值。然后將它們之間的差以及參考值傳送到存取裝置2。如果差小于預(yù)定閾值，該存取裝置2會認(rèn)可半導(dǎo)體器件的真實性，例如，該閾值為近似于約3至5％。由此，可以存取它。選擇地，它可以從中央數(shù)據(jù)庫器件3讀取唯一芯片識別碼。然后將實際值與唯一芯片識別碼相比較。如果它們基本上相等，會認(rèn)可半導(dǎo)體器件11的真實性。這是確定是否對每一半導(dǎo)體器件11進(jìn)行與唯一芯片識別碼比較的問題。例如，能夠確定這種比較僅當(dāng)半導(dǎo)體器件11在一定的時間周期內(nèi)沒有被存取裝置2認(rèn)可時需要。如果那樣的話，關(guān)于當(dāng)半導(dǎo)體器件11最終被認(rèn)可的信息優(yōu)選存儲在存取裝置2中。根據(jù)具體情況，中央數(shù)據(jù)庫器件3可以在存取裝置2的外部或內(nèi)部。同樣，中央數(shù)據(jù)庫器件3的一些信息被存儲在本地存儲器中。此外，取代在其中在半導(dǎo)體器件11中計算相應(yīng)實際值與參考值之間的差的實施例，將實際值和參考值兩者傳送到存取裝置2。還有可能不測量所有實際值，而僅測量它們中的一些。如果證明是在該部分測量中實際值與參考值之間的差基本上等于零，則在一定條件下可放棄剩余安全元件12的阻抗的測量。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括由鈍化結(jié)構(gòu)覆蓋的電路。其設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)局部區(qū)域且具有第一阻抗的第一安全元件。優(yōu)選地，存在其阻抗不同的多個安全元件。半導(dǎo)體器件還包括用于測量第一阻抗實際值的測量裝置和包括第一存儲元件的用于將實際值作為第一參考值存儲在第一存儲元件中的存儲器。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件通過其中將實際值作為第一參考值存儲的方法來初始化。通過比較再次測量的實際值與第一參考值來檢驗其真實性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件(11)，設(shè)置有包括有源元件(33，43)的電路，該電路存在于襯底(31)的一面(32)且由鈍化結(jié)構(gòu)(50)覆蓋，該半導(dǎo)體器件(11)還設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)(50)的局部區(qū)域與第一和第二電極(14，15)且具有第一阻抗的第一安全元件(12A)，其特征在于存在用于在第一頻率下測量第一阻抗實際值的測量裝置(4)，和存在包括第一存儲元件(7A)的存儲器(7)，以便于可以將實際值作為第一參考值存儲在第一存儲元件(7A)中。
2.如權(quán)利要求1中要求的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于器件(11)設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)(50)的局部區(qū)域與第一和第二電極(14B，15B)且具有不同于第一阻抗的第二阻抗的第二安全元件(12B)；和第二阻抗的實際值可以通過測量裝置(4)測量并作為第二參考值存儲在存儲器(7)的第二存儲元件(7B)中。
3.如權(quán)利要求1或2中要求的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于鈍化結(jié)構(gòu)(50)具有在電路上橫向改變的有效的介電常數(shù)。
4.如權(quán)利要求3中要求的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于鈍化結(jié)構(gòu)(50)包括鈍化層(52)和安全層(53)，該安全層(53)包括不均勻分布在電路上的顆粒。
5.如權(quán)利要求1或4中要求的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于鈍化結(jié)構(gòu)(50)存在于金屬層(28)頂部上，第一安全元件(12A)的第一和第二電極(14，15)存在于金屬層(28)中，和金屬層(28)還包括用于根據(jù)想要的設(shè)計連接有源元件(33，43)的互連(48)。
6.如權(quán)利要求1中要求的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于測量裝置(4)包括用于在第二頻率下測量第一和第二阻抗的實際值的振蕩器(94)。
7.如權(quán)利要求1中要求的半導(dǎo)體器件，其特征在于存在具有多個相關(guān)存儲元件(7)的多個安全元件(12)。
8.一種設(shè)置有如權(quán)利要求1至7中任意一個中所要求的半導(dǎo)體器件(11)的卡(1)。
9.一種初始化如權(quán)利要求1中要求的半導(dǎo)體器件(11)的方法，其特征在于在第一頻率下測量第一安全元件(12A)的第一阻抗的實際值；和將實際值作為第一參考值存儲在第一存儲元件(7A)中。
10.如權(quán)利要求9中要求的方法，其特征在于第一阻抗的實際值在第二頻率下測量并作為第二參考值存儲在第二存儲器元件(7B)中。
11.如權(quán)利要求9中要求的方法，其特征在于將第一參考值傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件(3)并用作唯一芯片識別碼的第一字符。
12.一種檢驗如權(quán)利要求1中要求的半導(dǎo)體器件(11)的真實性的方法，該半導(dǎo)體器件(11)已被初始化以便于將第一參考值存儲在第一存儲元件(7A)中，包括下述步驟在第一頻率下測量第一阻抗的實際值；讀取第一參考值，比較第一參考值與實際值，和如果實際值與第一參考值之間的差小于預(yù)定閾值，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件(11)的真實性。
13.如權(quán)利要求12中要求的方法，其特征在于已通過如權(quán)利要求10中要求的方法初始化半導(dǎo)體器件(11)，和在第二頻率下測量第一阻抗的實際值并將其與第二參考值相比較。
14.如權(quán)利要求12或13中要求的方法，還包括下述步驟將第一參考值從半導(dǎo)體器件(11)傳送到存取裝置(2)，該存取裝置包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件(3)，唯一芯片識別碼的第一字符存儲于該中央數(shù)據(jù)庫器件中，該第一字符表示半導(dǎo)體器件(11)的身份并相應(yīng)于在半導(dǎo)體器件(11)的初始化中的第一參考值；比較第一參考值與唯一芯片識別碼的第一字符；和如果第一參考值相應(yīng)于唯一芯片識別碼的第一字符，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件(11)的真實性。
15.一種識別如權(quán)利要求1中所要求的半導(dǎo)體器件(11)的方法，其中該器件已被初始化以便于將第一參考值存儲在第一存儲元件(7A)中，包括下述步驟讀取第一參考值；將第一參考值從半導(dǎo)體器件(11)傳送到存取裝置(2)，該存取裝置包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件(3)，唯一芯片識別碼的第一字符存儲在該中央數(shù)據(jù)庫器件中，該第一字符表示半導(dǎo)體器件(11)的身份且相應(yīng)于半導(dǎo)體器件(11)初始化中的第一參考值；比較第一參考值與唯一芯片識別碼的第一字符；和如果第一參考值相應(yīng)于唯一芯片識別碼的第一字符，專有地認(rèn)可半導(dǎo)體器件(11)的身份。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件(11)包括由鈍化結(jié)構(gòu)覆蓋的電路。其設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域且具有第一阻抗的第一安全元件(12)。優(yōu)選地，存在多個安全元件(12)，它們的阻抗不同。半導(dǎo)體器件(11)還包括用于測量第一阻抗實際值的測量裝置(4)和包括第一存儲元件(7A)的用于將實際值作為第一參考值存儲在第一存儲元件(7A)中的存儲器(7)。通過一種方法可以初始化本發(fā)明的半導(dǎo)體器件(11)，在該方法中將實際值作為第一參考值存儲。通過比較再次測量的實際值與第一參考值來檢驗其真實性。
文檔編號H01L21/3205GK1596470SQ02823591
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者P·E·德喬赫, E·羅克斯, R·A·M·沃特斯, H·L·皮克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司