检测并阻止对安全系统的背面攻击的制作方法
【专利说明】检测并阻止对安全系统的背面攻击
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2014年8月6日提交的、标题为“Detecting and thwartingbackside attacks on secured systems”、并且署名为发明者 Ashutosh RavindraJoharapurkar和Sung Ung Kwak的美国临时申请N0.62/034, 029的优先权，由此通过引用的方式将该申请的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]本发明涉及用于集成电路(1C)的安全器件，并且更具体地涉及用于保护1C使其免受背面安全攻击的器件。
【背景技术】
[0004]随着现代晶片加工技术的出现，1C制造商已经开发了各种方法以增大1C的安全阈值。例如，在现代安全1C上，所有嵌入式存储器都被加密。另外，应用于现代实施方式的设计规则确保与安全相关的信号被路由到1C的下金属层，从而使侵入性正面分析明显更加难以执行。在另一个示例中，实施网格以防止正面攻击，所述网格为1C本身的顶部上的多余金属化层。通常，网格沉积在多个金属化层上以提高检测故障的可能性。如果1C被攻击者损害并且检测到故障，那么随后1C可以执行破坏存储在1C中的秘密数据的缓解例程。
[0005]然而，常规方法缺少对1C上的背面攻击的足够的保护。图1示出了常规管芯100的截面图，其中去除了衬底104的若干部分以形成用于背面安全攻击的沟槽。管芯100包括衬底104和层110，其中线118表示在层110沉积在衬底上之前的衬底的初始顶表面。若干部件可以沉积在层110中。例如，可以在管芯110的正面上实施网格116以防止正面攻击。在另一个示例中，晶体管120a可以包括扩散到衬底104中的一对漏极和源极、以及沉积在线116上方的栅极122，其中，这些部件可以设置在有源器件区106中。单个晶体管可以通过位于晶体管层次上方的金属互连而互相连接。出于说明的目的，在图1中仅示出了栅极层的顶部上的七个金属化层。通过使用诸如浅沟槽隔离(STI)之类的各种隔离技术来将晶体管互相分离。
[0006]对于背面安全攻击，可以对衬底104的下部105b进行碾磨或抛光，其中下部的典型厚度约为300 μ m。然后，根据攻击的类型，可以将衬底104的具有约15 μ m的典型深度的剩余的上部105a去除不同的深度，以形成沟槽。将存在关键信息的较小的感兴趣区域进一步碾磨至小的厚度，从而可以通过诸如激光扫描或其它可视技术之类的适合的技术来测量数据流。例如，攻击者可以使用聚焦离子束(FIB)技术，其为用于编辑电路的侵入性技术。FIB技术通常用于永久性修改层110的一部分和/或以高精确度选择性去除钝化层。FIB技术可以连接层110中的节点并且切断连接的节点之间的连接，以由此从管芯100中提取安全信息。为应用FIB技术，攻击者可以在衬底104的上部105上制造沟槽124a，以使从管芯100的背面照射的离子束可以到达层110中的部件。
[0007]可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺将管芯100中的晶体管中的一些互相分离。通常，在STI工艺期间，N阱、漏极和源极扩散到衬底的上部105a中。为进入通过STI工艺而分离的目标晶体管120b，攻击者可以去除105a的一部分，以在晶体管120b下方形成沟槽。然后，攻击者可以修改晶体管120b的熔丝位，从而可以规避管芯100的复制保护机制，以由此提取存储在管芯中的秘密信息。
[0008]为编辑管芯100中的电路，攻击者可以制造上至目标晶体管120c的沟槽124c并且去除目标晶体管的底部部分。攻击者可以操纵晶体管120c来改变决定，以由此控制/访问管芯100中的信号并且提取存储在管芯中的秘密信息。
[0009]出于说明的目的，在图1中仅示出了三种类型的背面安全攻击。然而，根据背面安全攻击的类型，攻击者可以制造不同形状和深度的沟槽。当前，常规管芯缺少适合的保护机制并且易受到背面安全攻击。因此，需要更好的解决方案以提供用于保护管芯使其免受背面安全攻击的机制。
【发明内容】
[0010]在本发明的一个方面中，用于保护衬底使其免受背面安全攻击的器件包括:第一电极，其形成在衬底中；第二电极，其形成在衬底中；以及电绝缘体，其形成在衬底中并且包围第一电极，以使电绝缘体下面的衬底在第一电极与第二电极之间形成电路径的一部分。当衬底被修改时，电路径的电阻发生变化，以由此检测背面安全攻击。
[0011]在本发明的另一方面中，芯片封装包括具有衬底以及用于保护衬底使其免受安全攻击的器件的管芯。器件包括:第一电极，其形成在衬底中；第二电极，其形成在衬底中；以及电绝缘体，其形成在衬底中并且包围第一电极。衬底的位于电绝缘体下面的部分在第一电极与第二电极之间形成电路径。电路径的电阻响应于衬底的部分的修改而发生变化，以由此检测衬底的安全攻击。
【附图说明】
[0012]将参考本发明的实施例，可以在附图中示出所述实施例的示例。这些图旨在进行说明而非进行限制。尽管通常在这些实施例的上下文中对本发明进行描述，但是应该理解的是，其并不是要将本发明的范围限制于这些特定实施例。
[0013]图1示出了常规管芯的截面图，其中，去除了衬底的若干部分以形成用于背面安全攻击的沟槽。
[0014]图2示出了根据本发明的一个实施例的管芯的截面图。
[0015]图3A和3B示出了图2中的安全器件的顶视图和截面图。
[0016]图4示出了根据本发明的另一个实施例的芯片封装的示意图。
[0017]图5A和5B示出了根据本发明的实施例的图2-4中的安全器件的电路实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0018]在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以提供对本发明的理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本发明。本领域技术人员将认识到，可以以多种方式并且使用多种装置来执行以下描述的本发明的实施例。本领域的技术人员还将认识到，附加的修改、应用和实施例都在本发明的范围内，作为本发明可以提供实用性的附加领域。因此，以下描述的实施例是对本发明的具体实施例的说明并且意在避免使本发明难以理解。
[0019]在说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合实施例所描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”等未必都指代同一个实施例。
[0020]此外，附图中的部件之间的连接不限于直接作用的连接。相反，在不背离本发明的教导的情况下，可以通过向附图中所示的部件之间的连接加入中间部件来对其进行修改或在其它情况下做出改变。
[0021]图2示出了根据本发明的一个实施例的管芯200的透视图。管芯200包括例如由体硅形成的衬底204、以及层210，其中线218表示在层210沉积在衬底上之前的衬底的初始顶表面。管芯200类似于图1中的管芯100，而不同之处在于，在衬底204中实施用于检测背面安全攻击的安全器件230。安全器件230可以包括传感器231和用于使电信号与安全器件230外部的器件进行通信的适合的连接机制232。为了简洁起见，连接机制232被示出为仅具有一个金属层，尽管在层210中还可以实施连接机制的其它适合的构造。要注意的是，安全器件230可以安装在其它适合的装