專利名稱：半導(dǎo)體器件,卡,系統(tǒng)以及初始化和檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件的真實(shí)性和身份的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有電路的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括有源元件，在襯底的一側(cè)設(shè)置該電路并由鈍化結(jié)構(gòu)覆蓋該電路，該半導(dǎo)體器件還設(shè)置有第一安全元件，該安全元件包括鈍化結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域并具有第一阻抗。
本發(fā)明還涉及一種包括半導(dǎo)體器件和存取器件的系統(tǒng)。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種設(shè)置有半導(dǎo)體器件的卡。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種初始化半導(dǎo)體器件的方法并涉及一種檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件的真實(shí)性的方法，以及涉及一種識別半導(dǎo)體器件的方法。
由EP-A300864中知道這種系統(tǒng)、這種半導(dǎo)體器件和這種智能卡。已知器件的第一安全元件是具有兩個電容器電極的電容器，該兩個電容器電極通過鈍化結(jié)構(gòu)電容性地耦合在一起。器件優(yōu)選包括多個安全元件。在檢驗(yàn)器件的真實(shí)性時，將測量的電壓與計(jì)算的參考電壓進(jìn)行比較。如果存在差異，就不能認(rèn)可真實(shí)性。
已知器件的一個缺點(diǎn)是安全元件可能被避開。安全元件可以由具有相同電容的其它結(jié)構(gòu)來替代，其并不干擾下面的電路。此外，為了觀察電路，如果后來重新施加該電極和該鈍化結(jié)構(gòu)，就不能檢測出該鈍化結(jié)構(gòu)和該電極是否移除(aremoval)。
本發(fā)明的第一目的是提供一種在開篇中提及的半導(dǎo)體器件，其中以后可以檢測鈍化結(jié)構(gòu)的移除。
本發(fā)明的第二目的是提供一種在開篇中提及的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以檢測出鈍化結(jié)構(gòu)的移除。
實(shí)現(xiàn)第一目的，其中設(shè)置用于測量第一和第二阻抗的實(shí)際值的測量裝置；以及設(shè)置用于將實(shí)際值傳送到外部存取器件的傳送裝置，外部存取器件包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件。
在半導(dǎo)體器件和存取器件的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)第二目的，其中
設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件；存取器件包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件；以及中央數(shù)據(jù)庫器件包括適合于將第一和第二安全元件的實(shí)際值分別存儲為第一和第二參考值的存儲元件。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，半導(dǎo)體器件具有有阻抗的安全元件，阻抗取決于鈍化結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。因此，阻抗差值就與物理實(shí)現(xiàn)的特征相關(guān)。將參照半導(dǎo)體器件進(jìn)行解釋，鈍化結(jié)構(gòu)的構(gòu)成可以按幾種方式依據(jù)電路而改變。在常規(guī)環(huán)境下，鈍化結(jié)構(gòu)的移除和隨后重新涂敷將導(dǎo)致安全元件的至少一個阻抗的變化。可以通過與僅在半導(dǎo)體器件之外出現(xiàn)的、例如作為在部分或連接到存取器件的中央數(shù)據(jù)庫器件中的數(shù)據(jù)比較來檢驗(yàn)實(shí)際值的正確性和由此檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件的真實(shí)性。可選擇地，通過與所說數(shù)據(jù)比較，就可以識別半導(dǎo)體器件的身份。用于識別的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)例如帳戶號碼可以用于用戶真實(shí)性的檢測。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，實(shí)際值沒有存儲在半導(dǎo)體器件上的存儲器中，而是被代替?zhèn)魉偷酵鈬嫒∑骷?。這是出于安全原因的優(yōu)點(diǎn)。這種存儲器可用于檢測重新涂敷的鈍化結(jié)構(gòu)是否符合原始數(shù)據(jù)。此外，即使移除了鈍化結(jié)構(gòu)，也可以修正器件的存儲器或互連設(shè)計(jì)以便將正確的實(shí)際值提供到外部器件。為了實(shí)現(xiàn)其所提議目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有三個特征在不改變安全元件的阻抗的條件下原則上不可以移除并取代鈍化結(jié)構(gòu)；測量裝置，用于測量所說的阻抗的實(shí)際值；以及傳送裝置，用于將所說的實(shí)際值傳送到存取器件。
測量裝置的實(shí)施將依據(jù)待測量的阻抗的具體類型。如果測量電容，可以采用指紋傳感器領(lǐng)域中公知的測量裝置。例如，這種測量裝置是從US-A5325442中公知的驅(qū)動裝置和檢測裝置的整體?？蛇x擇地，特別地如果安全元件的數(shù)量相對小，那么就可以用傳統(tǒng)電路一個接一個地測量這些安全元件，其中測量設(shè)備并聯(lián)于阻抗放置。應(yīng)當(dāng)理解，在本專利申請的上下文中，實(shí)際值的測量包括表示或代表它或?qū)?yīng)于它的任何參數(shù)的測定。因?yàn)榧词乖诓煌l率下測量出不同結(jié)果的介電常數(shù)，應(yīng)當(dāng)清楚，這種實(shí)際值不必是任何其它方式單獨(dú)獲取的數(shù)值。然而，它是實(shí)際測量的實(shí)際值；并且如果在相同條件下在沒有被攻擊的器件中重復(fù)測量，它必然會提供相同的實(shí)際值。
在優(yōu)選實(shí)施例中，測量裝置包括振蕩器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。利用振蕩器可以測量選定的安全元件的阻抗的虛部，其產(chǎn)生依據(jù)阻抗的所說部分的頻率的一個信號。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器將用標(biāo)準(zhǔn)頻率與該頻率進(jìn)行比較。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于使用標(biāo)準(zhǔn)元件，例如振蕩器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這些已經(jīng)在集成電路中出現(xiàn)了，并可以應(yīng)用于測量裝置?？蛇x擇地并可優(yōu)選地，可以增加附加的振蕩器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
為了提高測量裝置的特定測量，可以增加第二振蕩器和一處理器功能。第二振蕩器將在不同頻率下提供振蕩。實(shí)際上，不僅在一個頻率下而且還在第二頻率下，重新涂敷的鈍化結(jié)構(gòu)必須具有與最初鈍化結(jié)構(gòu)的相同特性。
在另一個實(shí)施例中，通過將在半導(dǎo)體器件之中產(chǎn)生的一個已知頻率和幅度的方波饋送到安全元件中可以測量阻抗。結(jié)果電流被測量。然后，通過半導(dǎo)體器件之中的A/D轉(zhuǎn)換器裝置來數(shù)字化處理計(jì)算的實(shí)際值。
傳送裝置通常是天線或電連接到在半導(dǎo)體器件形成其一部分的卡等之上設(shè)置的天線的任何電連接。可選擇地，傳送裝置可以由允許與存取器件物理接觸的接觸焊盤組成。這種傳送裝置和傳送實(shí)際值的方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。
為了提高傳送實(shí)際值時的安全性，優(yōu)選設(shè)置算法裝置，用于將測量的實(shí)際值修正為傳送的實(shí)際值。算法裝置例如由微處理器構(gòu)成?？蛇x擇地，它可以是一個電路，其中適應(yīng)實(shí)際值的數(shù)據(jù)格式。
在優(yōu)選實(shí)施例中，鈍化結(jié)構(gòu)具有在電路的橫向方向上變化的有效介電常數(shù)，以致第一阻抗不同于第二阻抗。在具體層或疊層的特性的意義上，使用術(shù)語“有效介電常數(shù)”，每層可以是材料的混合物。該術(shù)語還意味著包括任何導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率成分，它們在測量的實(shí)際值中有所反映?？梢园凑諑追N方式來改變這種構(gòu)成。第一實(shí)例是鈍化結(jié)構(gòu)的厚度在電路上變化。第二實(shí)例是鈍化結(jié)構(gòu)包括具有基本上粗糙界面的至少兩層。同樣，可以部分混合或局部修改各層。此外，鈍化結(jié)構(gòu)可以由多層的疊層組成。
第一和第二安全元件可以是相同類型-例如電容器、電阻器、電感器、LC電路、變壓器-但也可以是不同類型。而且，它們可以隱藏在包括大量的其它結(jié)構(gòu)如互連線的層中。而且，可以在不同頻率下測量第一和第二阻抗。
優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件包括多個安全元件，并且中央數(shù)據(jù)庫器件包括有關(guān)的多個相應(yīng)的存儲器元件。優(yōu)選地，該數(shù)量足以使鈍化結(jié)構(gòu)的整個表面被安全元件覆蓋。由于實(shí)際原因，這些可以設(shè)置為安全元件陣列。多個安全元件的設(shè)置顯著地提高了鈍化結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
在有利的實(shí)施例中，鈍化結(jié)構(gòu)包括鈍化層和安全層，該安全層包括在電路上非均勻分布的顆粒。在本實(shí)施例中，安全元件可以具有依據(jù)實(shí)際淀積工藝的阻抗?？梢园磶追N形式來實(shí)現(xiàn)顆粒的非均勻分布安全層可以含有在電路之上變化的不同尺寸、不同組分、不同形狀、不同取向的顆粒以及濃度。優(yōu)選地，顆粒具有安全元件的局部表面面積的數(shù)量級的尺寸。其結(jié)果是各個安全元件的阻抗不能預(yù)測。在初始化之前，它們是未知的。這就具有優(yōu)點(diǎn)，即存儲器元件將包含實(shí)際上唯一并可用于識別目的的參考值。依據(jù)淀積工藝的阻抗的另一個結(jié)果是一旦已經(jīng)移除了安全層就完全不能提供相同的安全層。
優(yōu)選選擇安全層使其非常難于移除，并且不可能用任何顯微鏡來觀測它。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，它包括陶瓷材料并可以應(yīng)用溶膠-凝膠工藝。安全層的一個實(shí)例是基于WO-A99/65074中已知的單鋁磷酸酯。這種基質(zhì)材料的其它實(shí)例包括TiO2、SiO2(從四乙氧基原硅酸酯中提供)和旋涂聚合物。為了確保電路之下的有源元件不被污染，可以在鈍化層上提供這種安全層。如果顆粒尺寸與安全元件的局部表面面積的尺寸相當(dāng)，那么將自動非均勻地分布?？蛇x擇地，例如，可以應(yīng)用填充有顆粒的基質(zhì)材料的非均勻懸浮液來進(jìn)行非均勻分布。
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-具有一匝的電感，那么第一和第二電極就可以通過一匝連接；即，它們是相同的金屬線的一部分。如果第一和第二電極不是相同的金屬線的一部分，那么就在鈍化結(jié)構(gòu)的相同側(cè)面或兩個側(cè)面上設(shè)置它們。甚至可在鈍化結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)置電極之一，其它變化對普通技術(shù)人員將是清楚的。如果多于一個安全元件，且第二電極接地，那么幾個第二電極就可以集成為一個。特別地，如果在鈍化結(jié)構(gòu)之上設(shè)置第二電極，那么就可以將這些第二電極排列為在一個點(diǎn)接地的基本上未構(gòu)圖層?？梢圆捎靡恍┢渌鼘?dǎo)電層來代替金屬層，例如導(dǎo)電聚合物的層或包括導(dǎo)電顆粒的層。還可以采用這種未構(gòu)圖的導(dǎo)電層作為ESD保護(hù)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，在金屬層的頂上設(shè)置鈍化結(jié)構(gòu)，該金屬層包括第一和第二電極。第一和第二電極構(gòu)成一對交叉指型電極。在本實(shí)施例中，電極的表面面積非常大，其有益于阻抗的幅度。實(shí)施例特別適合于在第一和第二電極之間的阻抗的電容性部分的測量。通過選擇不同于主材料介電常數(shù)或鈍化結(jié)構(gòu)中材料的介電常數(shù)的顆粒就可以實(shí)現(xiàn)電容的較大差異。因此，它們可以具有比較高的介電常數(shù)例如BaTiO3、SrTiO3、TiN、WO3或比較低例如空氣(例如細(xì)孔)、有機(jī)介電材料或多孔烷代SiO2。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，而且在金屬層中設(shè)置按所需圖形用于有源元件連接的互連。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是為了提供安全元件的電極不必淀積附加的金屬層。另一個優(yōu)點(diǎn)是電極可以隱藏在互連結(jié)構(gòu)中，其中使它們?yōu)榛旧舷嗤男螤睢?br> 本發(fā)明的第三個目的是提供提高了安全性的一種卡。其中設(shè)置本發(fā)明的半導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)該目的。由于通過本發(fā)明的半導(dǎo)體器件和系統(tǒng)提供對反向工程的保護(hù)，在本發(fā)明的卡中就實(shí)現(xiàn)了該目的。本發(fā)明的卡優(yōu)選是含有任何金融或個人數(shù)據(jù)或給出對任何建筑物或信息的存取的智能卡。用于這種智能卡的安全性要求呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長，其與增長的可信度和這些智能卡的使用相關(guān)。可選擇地，這種卡可以是非接觸讀取的無線發(fā)射機(jī)應(yīng)答器類型的卡。在此實(shí)施例中，在卡上設(shè)置天線，半導(dǎo)體器件連接到該天線?？ㄟ€可以是紙幣。在此情況下，半導(dǎo)體器件必須非常薄。半導(dǎo)體器件的改進(jìn)鈍化結(jié)構(gòu)就能夠減少互連層的數(shù)量，由此降低器件的成本價格?？ǖ牧硪环N類型是用于移動電話的SIM卡。
本發(fā)明的第四目的是提供一種初始化用于本發(fā)明的系統(tǒng)的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的方法。實(shí)現(xiàn)該目的，其中測量第一和第二阻抗的實(shí)際值；以及將實(shí)際值傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件以便分別在第一和第二存儲器元件中存儲為第一和第二參考值。
該方法并不限于具有實(shí)際不可預(yù)測的阻抗的鈍化結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。在許多方面，其中鈍化結(jié)構(gòu)包括填充有顆粒的層的這種情況，只計(jì)算阻抗的平均值。實(shí)際值的測量和存儲為第一參考值使得就能夠獲得更為精確的第一參考值。而且，半導(dǎo)體器件可以在某些條件下再次初始化。如果期望再次使用，則優(yōu)選這種方法，如果處于安全的目的，則不這樣做。這種再次使用可能是一種優(yōu)點(diǎn)，例如，在上下文中，使用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件來用于訪問建筑物。
在一個實(shí)施例中，在第二頻率下測量第二實(shí)際值。為了實(shí)現(xiàn)改善的安全性，優(yōu)選在多于一個頻率條件下來測量阻抗。結(jié)果，就應(yīng)當(dāng)測量該值以及將該值傳送到在初始化期間用于存儲的存取器件。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在將實(shí)際值傳送到存取器件之前，可根據(jù)算法進(jìn)行修正。例如，實(shí)際值可以乘以整數(shù)值，以至產(chǎn)生在0和1000之間范圍的一個值。同樣，可以修正實(shí)際值，以至產(chǎn)生一個整數(shù)或使其數(shù)字化。
本發(fā)明的第五目的是提供一種檢測半導(dǎo)體器件的真實(shí)性的方法，該方法可以檢測鈍化結(jié)構(gòu)的移除和鈍化結(jié)構(gòu)以及它的再次涂敷，該方法假定半導(dǎo)體器件已經(jīng)通過本發(fā)明的初始化方法進(jìn)行了初始化。提供檢驗(yàn)本發(fā)明的具有身份的半導(dǎo)體器件的真實(shí)性的方法，包括步驟測量第一阻抗的實(shí)際值，將實(shí)際值傳送到存取器件；將半導(dǎo)體器件的身份提供到中央數(shù)據(jù)庫器件；讀取對應(yīng)于半導(dǎo)體器件的第一參考值，從中央數(shù)據(jù)庫器件中將第一參考值提供到存取器件，以及只要實(shí)際值和第一參考值之間的差值小于預(yù)定閾值，就認(rèn)可半導(dǎo)體器件的真實(shí)性。
本發(fā)明的方法使用本發(fā)明的系統(tǒng)的特征。半導(dǎo)體器件的身份可以是數(shù)字或其它事件，并且通常通過半導(dǎo)體器件將其自動提供到存取器件，而用戶不用任何特殊操作。
這里應(yīng)當(dāng)注意，在常規(guī)條件下，將存在具有阻抗的多個安全元件。因此，希望在完全識別半導(dǎo)體器件的真實(shí)性之前，所有阻抗或至少多個阻抗必須與相應(yīng)的參考值進(jìn)行比較。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在實(shí)際值與第一參考值進(jìn)行比較之前，可以根據(jù)算法修正實(shí)際值。例如，實(shí)際值可以乘以整數(shù)值，以至產(chǎn)生一個在0和1000之間范圍的值?？蛇x擇地，可以修正實(shí)際值，以至產(chǎn)生一個整數(shù)，或?qū)⑵鋽?shù)字化。如果存在修正算法，在半導(dǎo)體器件中進(jìn)行該修正算法，那么就不能被改編。在此方式下，應(yīng)保證以相同方式來修正實(shí)際值和第一參考值。
預(yù)定閾值通常非常小，大約3-5％，并取決于安全元件的數(shù)量以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)。為了校正測量的不確定性或溫度和其它外界條件的影響，限定安全元件的數(shù)量以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)。
本發(fā)明的第六目的是提供一種確定具有身份碼的半導(dǎo)體器件的身份的方法，在半導(dǎo)體器件中沒有存儲該身份碼。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，在確定本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的方法中實(shí)現(xiàn)該目的，該半導(dǎo)體器件已通過在第一和第二存儲器元件中分別將第一和第二阻抗存儲為第一和第二參考值完成初始化，以及具有至少部分通過第一和第二阻抗的實(shí)際值的組合來限定的一個身份，該方法包括步驟測量第一和第二阻抗的實(shí)際值，將實(shí)際值傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件；只要至少實(shí)際值和第一參考值之間的差值小于預(yù)定閾值，就認(rèn)可半導(dǎo)體器件的身份。
該識別方法允許反向識別和安全特征。例如，在識別銀行帳戶所有者的情況下，可以采用實(shí)際值的組合作為身份。銀行帳號可以通過所有者依次提供并作為安全特征?？蛇x擇地，可以將本發(fā)明的方法用于提供訪問建筑物或提供特定的數(shù)據(jù)串。在此情況下，實(shí)際值的組合可以使用為主要識別手段。這種實(shí)際值的組合還稱為唯一芯片識別碼。在許多情況下，特別需要這種唯一芯片識別碼，其中用戶不希望由系統(tǒng)作為特定個人進(jìn)行識別。例如，這可以是醫(yī)療擋案存檔的情況。
這里應(yīng)當(dāng)注意，在常規(guī)情況下，存在具有阻抗的多個安全元件。因此，希望在完全識別半導(dǎo)體器件的真實(shí)性之前，所有阻抗或至少多個阻抗必須與相應(yīng)的參考值進(jìn)行比較。這里還應(yīng)當(dāng)注意，除了本發(fā)明的方法之外，可以采用其它識別處理。因此實(shí)際值的組合僅僅是識別碼的一部分。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在實(shí)際值與第一參考值進(jìn)行比較之前，可以根據(jù)算法修正實(shí)際值。例如，實(shí)際值可以乘以整數(shù)值，以至產(chǎn)生一個在0和1000之間范圍的值。可選擇地，可以修正實(shí)際值，以至產(chǎn)生一個整數(shù)，或?qū)⑵鋽?shù)字化。如果存在修正算法，在半導(dǎo)體器件中進(jìn)行該修正算法，那么就不能被改編。在此方式下，應(yīng)保證以相同方式來修正實(shí)際值和第一參考值。
預(yù)定閾值通常非常小，大約3-5％，并取決于安全元件的數(shù)量以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)。為了校正測量的不確定性或溫度和其它外界條件的影響，限定安全元件的數(shù)量以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)。
將參照附圖，進(jìn)一步解釋本發(fā)明的系統(tǒng)、半導(dǎo)體器件、卡、初始化方法和檢測身份的方法的這些和其它特征。


圖1是半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的簡要剖面圖；圖2是半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例的簡要剖面圖；圖3是半導(dǎo)體器件的第三實(shí)施例的簡要剖面圖；圖4是半導(dǎo)體器件的第四實(shí)施例的簡要剖面圖；圖5是系統(tǒng)的示意圖；圖6示出了半導(dǎo)體器件的測量方法的一個實(shí)施例；以及圖7示出了半導(dǎo)體器件的測量方法的另一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
附圖是示意性繪制并不按實(shí)際比例，在不同附圖中的參考數(shù)字指相應(yīng)的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神下可以有替換且等效于本發(fā)明的實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍僅僅將通過權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
在圖1中，半導(dǎo)體器件11具有有第一面32的硅襯底31。在該面32上，器件11設(shè)置有第一有源元件33和第二有源元件43。在本實(shí)施例中，這些有源元件33、43是具有發(fā)射區(qū)34、44、基區(qū)33、43和集電極區(qū)36、46的雙極晶體管。
在由構(gòu)圖的氧化硅絕緣層38覆蓋的第一層37中設(shè)置所說的區(qū)34-36、44-46。構(gòu)圖絕緣層38，以致它具有在發(fā)射區(qū)34、44和基區(qū)35、45處的接觸窗口。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知，可以用場效應(yīng)晶體管來代替雙極晶體管或除雙極晶體管之外還存在場效應(yīng)晶體管。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還公知，可以在半導(dǎo)體器件中集成其它元件，例如電容器、電阻器和二極管。
在絕緣層38的這些接觸窗口處，所說的區(qū)連接到互連39、40、41、42。在本實(shí)施例中，互連第一級和第二級延伸。眾所周知，互連結(jié)構(gòu)可以包含許多級。通常在互連和有源元件之間設(shè)置阻擋層(未示出)。例如，按照公知的方式用Al或Cu來制造互連39、40、41、42，優(yōu)選互連39、40、41、42由低介電常數(shù)的電介質(zhì)層47覆蓋并彼此絕緣。此外，未示出設(shè)置的阻擋層。在這些電介質(zhì)層47之間設(shè)置另一金屬層28。在該金屬層28中，以彼此4μm的距離限定出第一安全元件12A的電極14、15。第一安全元件還包括構(gòu)成為鈍化結(jié)構(gòu)50的局部區(qū)域的電介質(zhì)17。在本實(shí)施例中，該鈍化結(jié)構(gòu)包括0.50μm厚度的磷硅玻璃的粘接層51、0.60μm厚度的SiN的鈍化層52和3.0μm厚度的單鋁磷酸鹽的安全層53。通過旋涂水中15重量％的單鋁磷酸鹽、20-50重量％的顆粒的成分、隨后在約100-150℃下干燥來提供該層。可選擇地，可以通過噴涂涂敷5-10重量％的單鋁磷酸鹽來提供它。在干燥之后，由于發(fā)生液相到固相的轉(zhuǎn)變，因此在400-500℃下退火該層使其致密。平坦化安全層53，其上設(shè)置環(huán)氧材料作為封裝54。例如，可以構(gòu)圖安全層53，以限定用于連接印刷電路板的接觸焊盤。
在安全層53中含有的顆粒是TiO2、TiN、SrTiO3和/或改性的BaTiO3。例如，在US6078494中就公開了這種改性的BaTiO3。在表1中，示出了鈍化結(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。

表1在鈍化結(jié)構(gòu)中可能設(shè)置的幾種材料的相對介電常數(shù)(相對真空的介電常數(shù))和導(dǎo)電率圖2示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11的第二實(shí)施例。在本實(shí)施例的器件11中，第一安全元件12A是包括電容器和具有兩個繞組55、56的線圈的LC結(jié)構(gòu)，電容器具有第一電極14、第二電極15和電介質(zhì)17。與圖1的實(shí)施例相比，沒有在鈍化結(jié)構(gòu)50的同一側(cè)面上的相同層中設(shè)置第一和第二電極14、15。在鈍化結(jié)構(gòu)50和有源元件33、43之間的金屬層28中設(shè)置第一電極14和第二繞組56。第一電極14和第二繞組56兩者通過互連48連接到附加電路。在鈍化結(jié)構(gòu)50和封裝54之間的附加金屬層58中，設(shè)置彼此連接的第二電極15和第一繞組55。通過附加鈍化層59來使附加金屬層58受到封裝54保護(hù)。
圖3示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11的第三實(shí)施例。本實(shí)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是具有接地的公共第二電極15的電容器。安全元件12A、12B、12C具有不同的第一電極14A、14B、14C。這些可以很好地集成為一個陣列，并將參照圖5進(jìn)行進(jìn)一步解釋。
圖4示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件11的第四實(shí)施例。在該附圖中，層31、37-42、47和28的整體組件顯示為襯底131。本實(shí)施例的器件11包括第一、第二和第三安全元件12A、12B、12C。本實(shí)施例的鈍化結(jié)構(gòu)50包括不同材料的已構(gòu)圖層61、62、63、SiO2的金屬間電介質(zhì)層64、SiN鈍化層52和TiN安全層。
第一安全元件12A是電容器并具有在金屬層28中設(shè)置的第一和第二電極14A、15A。電介質(zhì)17A是由中孔甲代SiO2形成的已構(gòu)圖層61的一部分，從1∶1的摩爾比的非極性表面活性劑的四乙氧基原硅酸酯(TEOS)和甲基三甲氧基硅(MTMS)中獲得中孔甲代SiO2。其具有2.0的相對介電常數(shù)。電極14A、15A之間的距離為2.0μm，電極的長度為10μm，并且電極的高度為0.7μm。因此，第一安全元件12A具有6，3.10-5pF的容量，計(jì)算時不用考慮任何寄生電容。
第二安全元件12B是電容器并具有在金屬層28中設(shè)置的第一和第二電極14B、15B以及中間電容器電極57。電介質(zhì)17B包括SiO2的金屬間電介質(zhì)層64和SiN的已構(gòu)圖層62。第一和第二電極14B、15B之間的距離為0.5μm，電極的長度為40μm，并且電極的高度為0.7μm。電極的寬度為20μm，并且電極14B、15B和中間電極57之間的距離為0.1μm(0.04μm的SiN和0.06μm的SiO2)。因此，第二安全元件12B具有2.40.10-2pF的容量，當(dāng)計(jì)算時不用考慮任何寄生電容。
第三安全元件12C是電容器并具有在金屬層28中設(shè)置的第一和第二電極14C、15C。電介質(zhì)17C具有溝道形狀并且是SiO2的已構(gòu)圖層63的一部分。電極14B、15B之間的距離為0.5μm，溝道的長度為100μm，并且電極的高度為0.7μm。因此，第三安全元件12C具有5.4.10-3pF的容量，當(dāng)計(jì)算時不用考慮任何寄生電容。
圖5是具有存取器件2的半導(dǎo)體器件11的一個實(shí)施例的簡圖。半導(dǎo)體器件11包括測量裝置4、控制裝置8和傳送裝置6。而且，半導(dǎo)體器件包括多個安全元件12?？刂蒲b置8可以是微處理器或?qū)Ｓ秒娐?。控制裝置8不必單獨(dú)地專用于控制安全元件12的阻抗的測量，而是可以控制包含具有金融和識別數(shù)據(jù)的存儲器的整個半導(dǎo)體器件11的操作。在本實(shí)施例中，安全元件12是電容器并在其一側(cè)接地。
存取器件12通常是讀卡器，但可以是一些其它器件，例如具有進(jìn)行初始化的設(shè)備。它包括或連接到中央數(shù)據(jù)庫器件3。同樣，中央數(shù)據(jù)庫器件3的一些信息可以存儲在本地存儲器中。該中央數(shù)據(jù)庫器件3包含具有存儲器元件7A、7B、7C、...的存儲器7，其中將安全元件12A、12B、12C的實(shí)際值存儲為參考值。存儲器是傳統(tǒng)型存儲器并包括用于讀取和存儲的讀控制和存儲控制。設(shè)置驗(yàn)證控制9，用于比較實(shí)際值與參考值。它可以不是測量所有實(shí)際值，而且只是它的一部分。如果出現(xiàn)該部分的實(shí)際值和參考值之間的差值基本上為0，那么在確定條件下就可以放棄對其它安全元件12的阻抗測量。
在半導(dǎo)體器件11中的電路具有以下功能從存取器件2中將信號傳送到半導(dǎo)體器件11，請求測量第一安全元件12A的實(shí)際值，以及可能的其它或某些其它安全元件12B、12C、...的實(shí)際值。該信號輸入控制裝置8?？刂蒲b置8將信號傳送到測量裝置4，指示必須測量安全元件12。優(yōu)選該信號是借其可以選擇、測量并存儲第一安全元件12的信號；在此情況下，在測量裝置4中就不必包含微處理器。在本優(yōu)選實(shí)施例中，從控制裝置到達(dá)測量裝置4的信號數(shù)量將等于或大于安全元件12的數(shù)量。在進(jìn)行測量之后，必須在控制裝置8的易失性存儲器中存儲第一阻抗的實(shí)際值，或者可以直接將它傳送到存取器件2。
存取器件2將第一阻抗的實(shí)際值提供到中央數(shù)據(jù)庫單元3。在初始化期間，實(shí)際值將存儲在第一存儲器元件7A中作為第一參考值。在檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件11的真實(shí)性期間，實(shí)際值與第一參考值進(jìn)行比較，從第一存儲器元件7A中讀出該實(shí)際值。在識別半導(dǎo)體器件期間，第一參考值將與不同半導(dǎo)體器件的第一參考值進(jìn)行比較。優(yōu)選地，存儲器7為數(shù)據(jù)庫，并且可以在其中進(jìn)行搜索。
在實(shí)際值與第一參考值進(jìn)行比較中，如果兩個值之間的差值小于預(yù)定閾值例如3％，那么就唯一地認(rèn)可出半導(dǎo)體器件11的真實(shí)性或身份。預(yù)定閾值取決于測量裝置的精度。特別地，如果安全元件的數(shù)量非常大，例如為10或更多，那么它可選擇為10或20％。它也可選擇為小于1％。
圖6示出了半導(dǎo)體器件11的測量裝置4的第一實(shí)施例。并且示出了安全元件12A、12B和12C。本實(shí)施例的測量裝置4測量安全元件12的阻抗的安全虛部。事實(shí)上，振蕩器82將信號提供到計(jì)數(shù)器84，它的頻率取決于測量的安全元件12的所說的安全虛部。計(jì)數(shù)器84用具有時鐘頻率的信號與該頻率進(jìn)行比較。該信號來自具有電容器87和電阻器8 8的振蕩器中，電容器87和電阻器88兩者具有精確且公知的值。在二進(jìn)制-計(jì)數(shù)器84中比較的結(jié)果是一個可存儲的數(shù)字化信號。數(shù)字化信號表示出測量的安全元件12的阻抗的實(shí)際值。當(dāng)不用與任何外部測量值進(jìn)行比較時，實(shí)際值可以是任何類型的SI單位、或其它任何半導(dǎo)體特定值。設(shè)置選擇單元81，用于選擇待測量的安全元件12A、12B、12C。它傳送信號，以致開關(guān)91、92、93之一開啟，就測量安全元件12A、12B、12C中的一個。開關(guān)優(yōu)選為晶體管。可選擇地，可以測量所需的組合的安全元件12，以便使測量步驟數(shù)最小化或使安全性復(fù)雜化。在本申請的上下文中，這種同時多重測量將被理解為等效于測量第一安全元件12A的實(shí)際值。在測量步驟之后，選擇單元還將信號提供到計(jì)數(shù)器84，以便清除其結(jié)果。
選擇單元81可以是控制裝置8的一部分。而且，振蕩器86可以作為半導(dǎo)體器件11的時鐘發(fā)生器。在此情況下，在測量裝置4中可以不需要振蕩器86，并且它的信號可以通過控制裝置8傳送到計(jì)數(shù)器84。為了獲得足夠精確的實(shí)際值和參考值，以致它們之間的差值小于3-5％的預(yù)定閾值，調(diào)節(jié)振蕩器82、86以便校正為大約1％之內(nèi)。按本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方式、優(yōu)選通過提供適當(dāng)設(shè)計(jì)來進(jìn)行此步驟。
優(yōu)選安全元件12C是其實(shí)際值已知的參考元件。例如，可以通過在互連結(jié)構(gòu)中設(shè)置該元件12C來實(shí)現(xiàn)；尤其是如果鈍化結(jié)構(gòu)50包括具有非均勻分布的顆粒的安全層53的情況下也是如此。只要可適用，該基準(zhǔn)安全元件12C就可以用于優(yōu)化測量結(jié)果和用于對來自二極管計(jì)數(shù)器84的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際值的推論。
圖7示出了半導(dǎo)體器件11的測量裝置4的第二實(shí)施例，其很大程度上與第一實(shí)施例相同。在此情況下，提供具有電阻器95的第二振蕩器94以及開關(guān)96。這里，選擇單元81不僅選擇待測量的安全元件12A、12B、12C，它還選擇用其測量安全元件12A、12B、12C的振蕩器82、94。由于放大振蕩器82、94比例不同，它們的頻率就不同。因此，本實(shí)施例使它能夠在兩種頻率下測量阻抗。兩個測量的實(shí)際值被傳送到存取器件2。這些值可以在功能性位于后面的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器84的比較器中彼此進(jìn)行比較。
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。它提供有第一和第二安全元件，該安全元件包括鈍化結(jié)構(gòu)的局部區(qū)域并具有第一和第二電極。安全元件分別具有阻抗不同的第一和第二阻抗。完成本發(fā)明，其中鈍化結(jié)構(gòu)具有在電路的橫向方向上變化的有效介電常數(shù)。
通過測量裝置測量阻抗的實(shí)際值并通過傳送裝置傳送到存取器件。存取器件包括或有權(quán)訪問用于存儲阻抗的中央數(shù)據(jù)庫器件。而且，為了檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件的真實(shí)性或身份，存取器件可以用存儲的阻抗值與實(shí)際值進(jìn)行比較。
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，該電路設(shè)置在襯底(31)的一面(32)處并由鈍化結(jié)構(gòu)(50)覆蓋，該半導(dǎo)體器件(11)還設(shè)置有第一安全元件(12A)并設(shè)置有第二安全元件(12B)，第一安全元件(12A)包括鈍化結(jié)構(gòu)(50)的第一局部區(qū)域并具有第一阻抗，第二安全元件(12B)包括鈍化結(jié)構(gòu)(50)的第二局部區(qū)域并具有第二阻抗，每一個安全元件(12A，12B)設(shè)置有第一和第二電極(14，15)，其特征在于設(shè)置用于測量第一和第二阻抗的實(shí)際值的測量裝置(4)；以及設(shè)置用于將實(shí)際值轉(zhuǎn)送到外部存取器件(2)的傳送裝置(6)，該存取器件包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的器件，其特征在于設(shè)置算法裝置以便根據(jù)預(yù)定算法將測量的實(shí)際值修改為傳送的實(shí)際值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的器件，其特征在于鈍化結(jié)構(gòu)(50)具有在電路之上橫向變化的有效介電常數(shù)，以致第一阻抗不同于第二阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的半導(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)包括在電路之上非均勻分布的載流子材料和顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中所述的半導(dǎo)體器件(11)，其特征在于鈍化結(jié)構(gòu)(50)設(shè)置在金屬層(28)的頂部，以及安全元件(12A，12B)的第一和第二電極(14，15)設(shè)置在金屬層中并構(gòu)成一對交叉指型電極。
6.一種包括半導(dǎo)體器件(11)和存取器件(2)的系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置權(quán)利要求1至5中任何一個所述的半導(dǎo)體器件(11)；存取器件(2)包括或有權(quán)訪問中央數(shù)據(jù)庫器件(3)；以及中央數(shù)據(jù)庫器件(3)包括適合于將第一和第二阻抗的實(shí)際值分別存儲為第一和第二參考值的存儲元件(7A，7B)。
7.一種設(shè)置有權(quán)利要求1至5中任何一個所述的半導(dǎo)體器件(11)的卡。
8.一種初始化權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件(11)的方法，該半導(dǎo)體器件用于權(quán)利要求6中所述的系統(tǒng)中，其中測量第一和第二阻抗的實(shí)際值；以及將實(shí)際值傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件(3)以便在第一和第二存儲元件(7A，7B)中將實(shí)際值分別存儲為第一和第二參考值。
9.一種認(rèn)可在權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)中的權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件(11)的真實(shí)性的方法，通過分別在第一和第二存儲元件(7A，7B)中將第一和第二阻抗的實(shí)際值存儲為第一和第二參考值已對該半導(dǎo)體器件(11)進(jìn)行初始化，該方法包括步驟測量第一阻抗的實(shí)際值；將實(shí)際值傳送到存取器件(2)；將半導(dǎo)體器件(11)的身份提供到中央數(shù)據(jù)庫器件(3)；讀取對應(yīng)于半導(dǎo)體器件(11)的身份的第一參考值，從中央數(shù)據(jù)庫器件(3)中將第一參考值提供到存取器件(2)，以及如果實(shí)際值和第一參考值之間的差值小于預(yù)定的閾值，就認(rèn)可該半導(dǎo)體器件的真實(shí)性。
10.一種識別權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)中的根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件(11)的方法，該半導(dǎo)體器件(11)通過在第一和第二存儲元件(7A，7B)中將第一和第二阻抗的實(shí)際值分別存儲為第一和第二參考值已被初始化，以及具有由該第一和第二阻抗的實(shí)際值的組合至少部分限定的身份，該方法包括步驟測量第一和第二阻抗的實(shí)際值，將實(shí)際值傳送到中央數(shù)據(jù)庫器件；如果至少實(shí)際值和第一參考值之間的差值小于預(yù)定的閾值，就認(rèn)可半導(dǎo)體器件(11)的身份。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中的任何一個所述的方法，其特征在于在傳送測量的實(shí)際值之前，根據(jù)預(yù)定算法將實(shí)際值修該為傳送的實(shí)際值。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括一種由鈍化結(jié)構(gòu)(50)覆蓋的電路。半導(dǎo)體器件設(shè)置有包括鈍化結(jié)構(gòu)(50)的局部區(qū)域的第一和第二安全元件(12A，12B)，并設(shè)置有第一和第二電極。安全元件(12A，12B)分別具有阻抗彼此不同的第一和第二阻抗。因?yàn)殁g化結(jié)構(gòu)具有在該電路之上橫向變化的有效介電常數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。通過測量裝置測量阻抗的實(shí)際值并通過傳送裝置將阻抗的實(shí)際值轉(zhuǎn)送到存取器件。存取器件包括或有權(quán)訪問存儲阻抗的中央數(shù)據(jù)庫器件。而且，存取器件還可以用存儲的阻抗值與實(shí)際值比較，以檢驗(yàn)半導(dǎo)體器件的真實(shí)性或身份。
文檔編號H01L21/768GK1596471SQ02823598
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