專利名稱：保護(hù)集成電路芯片免受激光攻擊的方法
保護(hù)集成電路芯片免受激光攻擊的方法技術(shù)領(lǐng)域
該發(fā)明與集成電路芯片免受激光攻擊的保護(hù)有關(guān)。
技術(shù)背景
圖1為在半導(dǎo)體襯底3的內(nèi)部和頂部上形成的集成電路芯片1的簡略截面圖。襯 底3包含在其上部的有源層5，該有源層為外延層，電子器件(未示出)形成在該外延層中。 在該圖中，有源層5由絕緣層7的堆疊和導(dǎo)電互連線路9的堆疊覆蓋。一般設(shè)置有若干連 續(xù)的互連層。導(dǎo)電通孔(未示出)穿過絕緣層，以將導(dǎo)電線路一起連接至芯片的輸入-輸 出端11，并連接至有源層5的器件，從而形成電路互連。
在某些器件中，例如，諸如付款卡的安全組件，有源區(qū)域5的區(qū)域可以處理和/或 存儲諸如密鑰的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。這些器件可能會遭受一個(gè)目的在于獲得受保護(hù)的機(jī)密數(shù)據(jù)的篡 改。
在已知的攻擊中，所謂的“故障攻擊”包括故意干擾芯片的操作，以及分析該干擾 對其操作的影響。攻擊者特別會研究干擾對數(shù)據(jù)的影響，比如說輸出信號、用量或反應(yīng)時(shí) 間。他可能通過統(tǒng)計(jì)研究或者其它方法推導(dǎo)出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，比如說所用的算法，有可能還有密 鑰。
為了故意讓芯片的電路出故障，攻擊模式包含用激光束對芯片的局部區(qū)域進(jìn)行轟 擊。因而，故障能夠被注入到某些存儲單元中和/或某些組件的行為可能會被改變。應(yīng)該 注意的是，在激光攻擊中，芯片需要被通電。
由于在襯底的正面有金屬互連線路，很多時(shí)候激光攻擊在芯片的背面進(jìn)行。實(shí)際 上，在正面，激光束能通過雜亂的金屬線路而到達(dá)組件的幾率幾乎為零。而且，攻擊者無法 移走互連層，因?yàn)檫@會讓芯片無法工作，從而不可能進(jìn)行分析。
圖2為芯片1的簡化截面圖，圖示了在背面激光攻擊之前頻繁地對襯底3進(jìn)行初 步減薄的步驟。該步驟通過減少激光束經(jīng)過襯底而產(chǎn)生的衰減來提高激光攻擊的效率。為 了讓激光束可以接觸到有源區(qū)域5的組件，攻擊者需要從襯底3的底面或背面中去除襯底3 的一部分厚度。例如，由180微米厚度的襯底形成的芯片會在激光攻擊前被減少約130微 米的厚度。
為了防御欺詐，通常在安全芯片中設(shè)置一個(gè)與保護(hù)電路耦接的攻擊探測器件。當(dāng) 檢測到攻擊時(shí)，該保護(hù)電路對關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)施保護(hù)、隔離或者銷毀的措施。比如說，當(dāng)檢測到 攻擊時(shí)，其可以將芯片的電源斷開，重置芯片，和/或減少攻擊者可以檢測芯片對干擾反應(yīng) 的時(shí)間。
攻擊檢測方案可以是邏輯的。比加說，其可包含定時(shí)的將能夠確保數(shù)據(jù)未被修改 的完整性測試引入到計(jì)算中。這樣的方案的缺點(diǎn)是需要引入額外的計(jì)算步驟，因此增加了 芯片反應(yīng)時(shí)間。而且，完整性測試可能無法探測到攻擊者所引發(fā)的所有干擾。攻擊者則有 可乘之機(jī)，使攻擊者能夠獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
其它所謂的物理攻擊檢測方案特別包含對溫度變化、對紫外線、或?qū)射線敏感的、能夠檢測可疑行為的傳感器。象邏輯方案那樣，這些方案都不是完全可靠的。實(shí)際上， 在檢測到攻擊以前，攻擊者有機(jī)會來獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)。另外，這些方案實(shí)旋起來是復(fù)雜的，而 且增加了形成芯片所需要的硅表面面積。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供一種用于保護(hù)集成電路芯片免受激光攻擊的 系統(tǒng)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)方案的至少一些缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供一種可以改進(jìn)或甚至替代現(xiàn)有方案的系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目的是提供一種在用常規(guī)方法探測到攻擊之前能夠防止 攻擊者獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于保護(hù)集成電路芯片免受激光攻擊的方 法，所述集成電路芯片形成在半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部和頂部上，并且在襯底的上部中包含形成 組件的有源部分，該方法包括以下步驟在所述襯底中形成延伸于所述有源部分下方的吸 雜區(qū)域，該區(qū)域的上限在距所述襯底的上表面范圍在5微米和50微米之間的深度處；以及 在所述襯底中引入金屬雜質(zhì)，所述金屬雜質(zhì)適合于以范圍在每立方厘米IO17和IOw個(gè)原子 之間的濃度保留在所述吸雜區(qū)域中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，吸雜部位的形成包括在襯底中進(jìn)行深注入惰性氣體的 步驟，其后有一退火步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該惰性氣體為氦氣。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該區(qū)域延伸穿過的厚度為0. 5微米到5微米之間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該吸雜區(qū)域通過氧氣的沉積形成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該區(qū)域一直延伸到襯底的背面。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該方法包括在襯底中注入金屬原子的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該金屬雜質(zhì)包括鐵原子。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種一種在半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部和頂部上形成的集成電 路芯片，其包括在所述襯底的上部中的、在其中形成有組件的有源部分；以及在所述有源 部分下方以及在距所述襯底的上表面范圍在5微米和50微米之間的深度處的區(qū)域，所述區(qū) 域包含用于吸取金屬雜質(zhì)的部位，并且包含濃度范圍在每立方厘米IO17個(gè)原子到每立方厘 米IOw個(gè)原子之間的金屬原子。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該金屬原子包括鐵原子。
在下面的特定實(shí)施例的非限制性描述中，將結(jié)合附圖詳細(xì)地討論本發(fā)明的上述目 的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1如前述，為集成電路芯片的一部分的簡化截面圖2如前述，為圖1的芯片部分的襯底減薄之后的芯片部分的簡化截面圖3為示意性示出具有防御激光攻擊的保護(hù)系統(tǒng)的集成電路芯片的實(shí)施例的截 面圖；以及
圖4為示意性示出具有防御激光攻擊的保護(hù)系統(tǒng)的集成電路芯片的另一實(shí)施例 的截面圖具體實(shí)施方式
為清楚起見，相同的元件在不同的附圖中用相同的參考標(biāo)號表示，而且正如一般 集成電路的示圖，各個(gè)附圖并不按照比例。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面是在襯底中提供一保護(hù)層，其能使可能的攻擊激 光束衰減和散射，以便使該激光束變寬并防止它到達(dá)有源部分的精確區(qū)域。而且，在芯片的 每一點(diǎn)，激光能量都會被減弱。
圖3為示意性示出具有防御激光攻擊的保護(hù)系統(tǒng)的集成電路芯片21的實(shí)施例的 截面圖。如結(jié)合圖2所述的芯片1那樣，芯片21形成在襯底3的內(nèi)部和頂部上。襯底3包 括在有源部分5下方的、可對激光束進(jìn)行散射的區(qū)域23，在有源部分5中，形成有芯片組件。
在區(qū)域23中，已形成可容納金屬雜質(zhì)的吸雜部位(gettering site)。區(qū)域23包 括大濃度的有意引入的金屬雜質(zhì)，例如鐵、鎳、銅或者金原子。
半導(dǎo)體襯底中提供的吸雜區(qū)域已經(jīng)被設(shè)置成清除有源襯底區(qū)域的雜質(zhì)，這些雜質(zhì) 能夠降低某些組件的性能。此吸雜區(qū)域可以容納可能在生產(chǎn)過程中引入到襯底中的寄生雜 質(zhì)，從而使這些雜質(zhì)不會污染襯底的有源區(qū)域。這項(xiàng)技術(shù)尤其可用于功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。
形成吸雜區(qū)域的方法的一個(gè)例子包括在襯底的局部區(qū)域中進(jìn)行高劑量的惰性氣 體的注入，如氦氣、氬氣、或氙氣。適當(dāng)?shù)倪B續(xù)退火導(dǎo)致在此區(qū)域中形成氣泡和/或位錯(cuò)。這 樣形成的缺陷可以作為吸雜部位，其能夠容納出現(xiàn)在襯底中的可能的金屬雜質(zhì)。
在用諸如上述方法形成吸雜區(qū)域23后，通過例如注入鐵原子對襯底進(jìn)行有意的 污染。這樣，引入的雜質(zhì)集中在區(qū)域23中并且保留在那里。這些雜質(zhì)可以衍射/散射/衰 減可能的攻擊激光束，從而保護(hù)芯片21的組件。
污染的吸雜區(qū)域23應(yīng)該被設(shè)置在距有源區(qū)域5足夠近的距離處，從而在前面的減 薄步驟中，攻擊者無法在不損壞芯片的情況下將其移去?，F(xiàn)在，在其中形成有芯片組件的有 源區(qū)域5的厚度大約從3微米到10微米。用常規(guī)技術(shù)減薄后，襯底3的厚度約為50微米。 進(jìn)一步顯著減薄會有造成對芯片施加的機(jī)械應(yīng)力不平衡的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是互連線路和通孔可 能有斷裂的危險(xiǎn)，從而使芯片無法使用。
因此，作為一個(gè)例子，污染吸雜區(qū)域23厚度可以大約為0. 5微米到5微米，其形成 在有源區(qū)域5下方，在距襯底3的上表面范圍在12微米和20微米之間的距離處。但是，本 發(fā)明并不局限于這個(gè)特例。例如，吸雜區(qū)域可以延伸遍及幾乎襯底3的整個(gè)厚度，從襯底3 的背面到距離有源區(qū)域5幾個(gè)微米，比如說大約范圍在5微米到20微米。
圖4為示意性示出具有防御激光的保護(hù)系統(tǒng)的集成電路31另一實(shí)施例的截面圖。 在此例中，與結(jié)合圖3所述的芯片21相比，廣泛的吸雜區(qū)域33代替了薄的污染吸雜區(qū)域 23。吸雜區(qū)域33從襯底的背面一直延伸到距有源區(qū)域5大約范圍在5微米到20微米的距 離處。
芯片31可以在根據(jù)MDZ技術(shù)(魔幻潔凈區(qū))形成的硅晶圓的內(nèi)部和頂部上制 成^在虬 J. Binns 于 2002 年在"9th Int. Symp. Silicon Materials Science &Technology, Philadelphia, May 12-17，2002” 會議中公開的 “Effective intrinsic gettering for 200mm and 300mm P/P-wafers in a low thermal budget 0. 13 μ m advanced CMOSlogic process的文章中對此類晶圓有特別的描述，其可在“http://www. memc. com/”網(wǎng)站獲取。這樣的晶圓實(shí)際上包括在襯底中的、之前通過氧氣沉淀而形成的吸雜部位。該部位分布于 襯底的大部分厚度，從背面到距正面幾十微米。這些部位可以集中和容納可能存在的金屬 雜質(zhì)。
接著，通過諸如上述的鐵原子的注入實(shí)施對襯底進(jìn)行有意污染的步驟。
區(qū)域23 (圖幻或33 (圖4)中金屬雜質(zhì)最好選取高濃度。該濃度特別依賴于形成 吸雜區(qū)域的方法以及周來將金屬雜質(zhì)引入到該層中的方法。作為一個(gè)例子，對于諸如圖3 的區(qū)域23那樣的薄吸雜區(qū)域，可以通過以40keV和每平方厘米5X IO"5個(gè)原子注入氦氣來 形成吸雜部位，接著進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶?。然后可以從襯底背面以IOOkeV和每平方厘米IO12個(gè) 原子連續(xù)地注入鐵原子，以便在區(qū)域23中最后得到的鐵原子濃度大約范圍從每立方厘米 IO17到IOw個(gè)原子.
所設(shè)置的保護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其使攻擊者被迫增加激光束的能量來時(shí)芯片電 路注入故障，比如說大約10到100倍。相應(yīng)地，在攻擊者可以獲得關(guān)鍵數(shù)據(jù)以前，可以很容 易用常規(guī)方法來檢測到攻擊，比如說溫度變化檢測器。
而且，污染吸雜區(qū)域的存在，使攻擊者難于控制激光束在有源芯片區(qū)域的層處的 尺寸和位置。
所設(shè)置的保護(hù)系統(tǒng)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，其不需要對需要保護(hù)的芯片電路進(jìn)行任 何修改，也不需要對生產(chǎn)工藝進(jìn)行任何修改。而且，形成污染吸雜區(qū)所需的生產(chǎn)步驟與一般 的集成電路芯片生產(chǎn)方法相兼容。因此，所設(shè)置的系統(tǒng)可以用更少的花費(fèi)來很容易的保護(hù) 任何類型的電路。而且，這種保護(hù)系統(tǒng)并不增加形成芯片的硅表面面積。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的特別實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和修 改。
特別地，本發(fā)明并不局限于采用上述的金屬來制成聚集在有源芯片部分下的金屬 雜質(zhì)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員有能力采用任何其他合適的金屬來實(shí)施。
此外，上述的吸雜區(qū)域的金屬原子濃度大約范圍從每立方厘米IO17到IO18個(gè)原子。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以通過利用不同的濃度改變保護(hù)系統(tǒng)。另外，上述集成電路芯片的 各層的厚度與深度，特別是吸雜層的厚度與深度，都僅是為示范目的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員可以通過利用不同的厚度和深度來實(shí)施期望的操作。
上述提到了用于形成吸雜區(qū)域的多種技術(shù)，吸雜區(qū)域能夠聚集和容納被引入到半 導(dǎo)體襯底中的金屬雜質(zhì)。本發(fā)明并不局限于這些特例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以用任何方 法來制成吸雜區(qū)域。
類似的，在形成吸雜區(qū)域后，需要用金屬原子注入來有意污染襯底。本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可以用任何方法來在吸雜區(qū)域中引入所需濃度的金屬雜質(zhì)。
以上描述了集成電路芯片防御激光攻擊的保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)吸雜區(qū)域， 其中有意引入了金屬雜質(zhì)。然而，這樣的污染吸雜區(qū)域也可以用作其它用途。這樣，本發(fā)明 的目標(biāo)是具有吸雜區(qū)域的集成電路，該區(qū)域在芯片的有源部分下方延伸，接近有源部分，而 且包含高濃度的金屬雜質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)集成電路芯片Ol ；31)免受激光攻擊的方法，所述集成電路芯片形成 在半導(dǎo)體襯底(3)的內(nèi)部和頂部上，并且在襯底的上部中包含形成組件的有源部分(5)，該 方法包括以下步驟在所述襯底中形成延伸于所述有源部分(5)下方的吸雜區(qū)域03;33)，該區(qū)域的上限 在距所述襯底的上表面范圍在5微米和50微米之間的深度處；以及在所述襯底中引入金屬雜質(zhì)，所述金屬雜質(zhì)適合于以范圍在每立方厘米IO17和IO18個(gè) 原子之間的濃度保留在所述吸雜區(qū)域中。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中吸雜部位的形成包括在所述襯底中深注入惰性氣體的步 驟，然后進(jìn)行退火步驟。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述惰性氣體為氦氣。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中所述區(qū)域03)延伸的厚度范圍在0.5微米和5微米之間。
5.如權(quán)利要求1中的方法，其中吸雜部位通過氧氣的沉定形成。
6.如權(quán)利要求5的方法，其中所述區(qū)域(33)—直延伸到所述襯底的背面。
7.如權(quán)利要求1的方法，包括在所述襯底中注入金屬原子的步驟。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬雜質(zhì)包括鐵原子。
9.一種在半導(dǎo)體襯底(3)的內(nèi)部和頂部上形成的集成電路芯片(21 ；31)，其包括 在所述襯底的上部中的、在其中形成有組件的有源部分(5)；以及在所述有源部分( 下方以及在距所述襯底的上表面范圍在5微米和50微米之間的 深度處的區(qū)域，所述區(qū)域包含用于吸取金屬雜質(zhì)的部位，并且包含濃度范圍在每立方厘米 IO17個(gè)原子到每立方厘米IOw個(gè)原子之間的金屬原子。
10.如權(quán)利要求9中的芯片，其中所述金屬雜質(zhì)包括鐵原子。
全文摘要
一種保護(hù)集成電路芯片免受激光攻擊的方法，該芯片形成在半導(dǎo)體襯底的內(nèi)部與頂部上，且在襯底上部中包含形成組件的有源部分，該方法包括的步驟為在襯底中制成一延伸于有源部分下方的吸雜區(qū)域，該區(qū)域的上限在距襯底的上表面范圍在5微米和50微米之間的深度處，以及在襯底中引入擴(kuò)散的金屬雜質(zhì)。
文檔編號H01L21/02GK102034688SQ201010504549
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月5日
發(fā)明者帕斯卡·弗納拉, 法布萊斯·馬里內(nèi)特 申請人:意法半導(dǎo)體(胡希)公司