具有防止逆向工程特性的半导体器件的制作方法
【专利说明】具有防止逆向工程特性的半导体器件
[0001]本申请要求2013年11月提交的美国专利申请号13/739，463的优先权，其是2012年10月30日提交的美国专利申请号13/663,921的继续部分，其是2011年7月29日提交的美国专利申请号13/194，452的分案，其要求2011年7月提交的美国临时申请序列号61/494，172的权益，在此通过引用并入其全部内容。
【背景技术】
[0002]希望能设计难以进行逆向工程的电子芯片，以保护电路设计。已知的逆向工程技术包括拆卸芯片层从而暴露出逻辑器件的方法。
[0003]半导体拆卸技术通常涉及成像器件层、去除该层、成像下一层、去除该层，以此类推直到实现半导体器件的完整表现。通常用光学或电子显微镜完成层的成像。通过用诸如研磨或抛光的物理手段、通过蚀刻特定化合物的化学手段、通过激光或聚焦离子束技术(FIB)，或者通过能够去除这些层的任何其它已知方法完成层的去除。图1示出由拆卸逆向工程技术成像的一些半导体层和区域。
[0004]一旦完成半导体器件拆卸，并且收集到成像信息，可以使用扩散层、多晶硅、限定用于创建逻辑门的MOS器件的阱区、以及限定这些逻辑门如何互连的金属层来重新构建该器件的逻辑功能。图2示出这些半导体层如何限定MOS器件。
[0005]美国专利号7711964公开了用于保护逻辑配置数据的一种方法。对用于逻辑器件的配置数据进行加密并用硅密钥对解密密钥进行加密。将加密后的解密密钥和配置传送到逻辑器件。用硅密钥来解密该解密密钥，其然后用于解密该配置数据。这种方法的一个问题是，如上所述，芯片无法防止物理逆向工程。
[0006]已知有许多其它的密码学技术。但是，所有的密码学技术都易受传统拆卸技术的攻击。
[0007]公开的是用于设计能够抵抗这些技术的半导体器件的方法。半导体器件包括不能清楚指示器件功能的物理几何形状。例如，半导体器件被设计为其逻辑器件中的两种或多种类型具有相同的物理几何形状。当执行拆卸方法时，两个或多个器件将显示同样的物理几何形状，但是，这两个或多个器件具有不同的逻辑功能。这可以防止执行逆向工程的人通过观察器件物理几何形状的公知方法确定逻辑功能。
[0008]采用所公开的方法和器件将迫使逆向工程采用更难的技术。这些技术更耗时、更昂贵，并且更有可能存在误差。
【发明内容】
[0009]本方法和器件呈现了难以用已知的技术进行逆向工程的半导体器件。
[0010]在一个方面中，一种ROM电路包括:第一 N沟道晶体管，其具有输出并且具有下述器件几何形状和器件特性，适于当P沟道电路连接到第一 N沟道晶体管时，以预定电压电平对输出进行偏置；传输晶体管，其连接在输出端和数据总线之间，该传输晶体管连接到字线，该字线适于当字线被断言时导通该传输晶体管；以及P沟道电路，其连接到数据总线，并且适于当传输晶体管导通时提供泄漏电流以充电在第一N沟道晶体管中的栅极。
[0011]一种器件是包括第一器件和第二器件的电子元件。第一器件具有第一几何形状和第一特性，而第二器件具有第二几何形状和第二特性。第一几何形状与第二几何形状是相同的，而第二特性与第一特性不同。电子元件可以包括额外的器件。这些器件可以是有源器件或者它们可以是硅化物多晶硅电阻器和非硅化物多晶硅电阻器。
[0012]第二器件是包括第一逻辑器件和第二逻辑器件的电子电路。第一逻辑器件和第二逻辑器件中的至少一个包括具有第一几何形状和第一特性的第一器件，以及具有第二几何形状和第二特性的第二器件。第一几何形状与第二几何形状相同，而第二特性与第一特性不同。
[0013]提供了能够抵抗逆向工程的半导体器件的制造方法。该方法包括提供一个或多个隐形偏压发生器，其包括具有第一几何形状和第一特性的第一器件，以及具有第二几何形状和第二特性的第二器件，其中第一几何形状与第二几何形状相同而第二特性与第一特性不同。提供多个逻辑器件，并且一个或多个隐形偏压发生器随机分布在逻辑器件内。
[0014]提供了能够抵抗逆向工程的半导体器件的设计方法。该方法包括提供一个或多个隐形偏压发生器，其包括具有第一几何形状和第一偏置电压的第一器件，以及具有第二几何形状和第二偏置电压的第二器件，其中第一几何形状与第二几何形状相同，而第二偏置电压与第一偏置电压不同。该方法还包括提供多个逻辑器件；以及在逻辑器件内随机分布的一个或多个隐形偏压发生器。
[0015]提供了能够抵抗逆向工程的半导体器件的另一种制造方法。该方法包括提供衬底，提供第一金属层，其中电子器件的输出位于第一金属层上。该方法还包括提供第二金属层，其中该电子器件的栅极位于第二金属层上，其中第一金属层位于第二金属层下方，并且为了测试输出的电平必须去除第二金属层。
[0016]本发明的这些和其它特征及目的将从应该根据附图来阅读的后面实施例的【具体实施方式】中得到更全面的理解。
[0017]就这一点而言，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是本发明在其应用上不限于本说明书所陈述的或附图所说明的构造细节和构件布置。本发明可以具有其它实施例并且可以用其它各种方式来实施或实现。此外，需要理解的是此处所采用的措辞和术语，以及摘要，是以说明为目的而不应被视为限制。
[0018]因此，本领域的技术人员应该理解本公开所依据的概念可以很容易地作为其它结构、方法和系统的设计基础，以实现本发明的各个方面。重要的是，应认为权利要求包括那些等同的构造，只要它们不脱离本发明的精神和范围。
【附图说明】
[0019]附图并入本说明书并形成本说明书的一部分，说明本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理；
[0020]图1说明通过拆卸逆向工程技术来成像的半导体层和区域；
[0021]图2说明半导体层如何限定MOS器件；
[0022]图3说明抵抗传统逆向工程的电路；
[0023]图4说明使用电平移位器的电路构造；
[0024]图5说明使用电平移位器的第二构造；
[0025]图6说明没有比较器的电路构造；
[0026]图7说明没有比较器的第二电路构造；
[0027]图8说明具有六个有源器件的电路构造；
[0028]图9A说明使用本公开技术的多路复用器；
[0029]图9B说明使用本公开技术的多路复用器的第二实施例；
[0030]图10示出“NAND (与非)”逻辑功能的实现方式；
[0031]图11示出“NOR(或非)”逻辑功能的实现方式；
[0032]图12示出“ INVERT (反相)”逻辑功能的实现方式；
[0033]图13示出“BUFFER(缓冲)”逻辑功能的实现方式；
[0034]图14示出“X0R(异或)”逻辑功能的实现方式；
[0035]图15示出“XN0R(异或非)”逻辑功能的实现方式；
[0036]图16A说明具有有源元件的IBG器件；
[0037]图16B说明具有有源元件的IBG器件的替代实施例；
[0038]图17说明包括电阻器的电路；
[0039]图18说明具有有源器件的硅晶片的侧视图；
[0040]图19示出根据本发明的一个方面的2晶体管(2T) IBG ROM电路；
[0041]图20示出根据本发明的2T IBG ROM的2x2阵列；
[0042]图21示出根据本发明的2T架构ROM系统的功能方框图；
[0043]图22示出根据本发明的2T IBG ROM的替代实施例；
[0044]图23示出根据本发明的一个方面的3晶体管(3T) IBG ROM的位对电路；
[0045]图24示出根据本发明的3T架构ROM系统的功能方框图；
【具体实施方式】
[0046]许多包含逻辑功能的半导体工艺提供在不同环境中使用的不同类型金属氧化物半导体(MOS)器件。例如，一个器件只能操作于较低电压下并且其尺寸可以调整为最小几何形状。另一个器件可以操作于较高电压下并且其尺寸不能调整为最小几何形状。使用这种设备允许半导体器件与外部信号接口，该外部信号的电压与内部最小尺寸器件相比更尚O
[0047]在前一示例中MOS器件的类型通常受控于扩散材料的电特性。用离子注入剂量和能量轻微地改变该材料的原子结构，从而改变这些特性。这种过程通常被描述为“掺杂”。传统的逆向工程拆卸技术不能检测到电特性的这种轻微改变。
[0048]为了提供能够抵抗这些逆向工程技术的器件，开发了隐形偏压发生器(IBG)。IBG可以被定义为具有至少两个内部器件的电子器件，其中其内部器件的物理几何形状不能用于确定IBG的操作特性。
[0049]IBG的一个例子是其中两个内部器件具有相同几何形状但是不同操作的器件。例如，第一器件可以是在第一电压电平下操作的晶体管，而第二器件是在不同电压电平下操作的晶体管。在另一个例子中，第一器件是硅化物电阻器而第二器件是非硅化物电阻器。在另一个例子中，导电油墨被用于创建电子电路，而油墨中的导电材料总量在两个元件之间变化。
[0050]IBG的另一个例子是其中两个内部器件具有不同几何形状但是相同操作特性的器件。例如，第一器件可以以第一特性操作的晶体管，而第二器件是以相同特性操作的更大晶体管。在另一个例子中，第一器件是硅化物电阻器而第二器件是非硅化物电阻器。在另一个例子中，导电油墨被用于创建电子电路，而油墨中导电材料的量在两个元件之间变化。
[0051]IBG电路的另一个例子包括具有多种可能的几何形状以及多种可能的操作特性的器件，而给定的几何形状和操作特性之间