一种用于集成电路芯片自毁结构的制作方法
【专利摘要】该发明公开了一种用于集成电路芯片自毁结构，结构包括：芯片、设置于芯片背面或正面迂回的通槽、设置在通槽中的金属、通槽首尾两端的金属上设置有电极，所述通槽遍布芯片正面或背面整个非工作区域，所述通槽总的金属杨氏模量大于70GPa，热膨胀系数是硅的5倍以上，其特征在于通槽两侧周期性设置有向外凸起的V型尖角；通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角，角尖相对且不重合。具有结构和工艺要简单，安全性、稳定性更高，应力集中的优点。
【专利说明】
一种用于集成电路芯片自毁结构
技术领域
[0001]本发明属于信息安全领域，涉及的是一种集成电路芯片自毁的方法和结构。
【背景技术】
[0002]微电子技术的不断发展使丰富、海量的信息可以固化到一块微小的芯片当中，而信息的价值往往远大于一块芯片的价值。电子产品的小型化、便携性也往往使它们更容易丢失。个人的手机、U盘等设备往往存储有隐私信息，一旦丢失可能会对自己的生活造成影响；企业里一块拥有核心技术的芯片一旦落入竞争者手中，竞争者通过反向很容易就可以窃取到相关芯片的核心技术，可能会让企业落入困境;政府、企业等部门的涉密信息一般都存储于硬盘、FLASH存储器中，一旦遗失将会造成不可估量的损失;战场上，我方的电子设备落入敌方手中很可能会造成作战方案的相关信息泄露，造成无法弥补的危害。为了避免芯片中的相关机密信息落入他人手中，需要在芯片中引入自毁技术。
[0003]为了让芯片彻底销毁以杜绝后患，目前的自毁方法有化学腐蚀、含能剂引发爆炸使芯片碎片化等。化学腐蚀法需要特定的容器存储化学试剂，这会增大自毁装置的体积，也增加了制造该装置的难度，另一方面这些化学试剂并不能保证长时间内化学性的稳定，而且化学试剂一旦泄露可能会对人体造成危害。含能剂一般采用的是铝热剂、多孔硅(和氧化剂混合)等。制备铝热剂需要将纳米氧化剂和纳米铝粉长时间搅拌，使他们充分混合。同时，为了降低触发温度，一般还需要在铝热剂中加入固态汽油、硫粉等易燃易爆物。之后将铝热剂滴定旋涂到芯片的指定区域上。用多孔硅作含能剂同样存在诸多问题，为了得到适当的触发温度，需要制备孔径大小、孔隙率满足要求的多孔硅。另外将氧化剂渗入到多孔硅中，需要历经多次滴定氧化剂、风干，再滴定、风干这样的步骤。在制造工艺上比较耗费人力，效率也很低。另外，上述铝热剂、氧化剂均属于易燃易爆物，在高温时会引发爆炸，而氧化剂如NaC104、CdC104受到猛烈撞击时也有可能爆炸。
[0004]芯片自毁的前提是自毁装置不影响芯片的正常工作，不影响芯片的制造工艺，在没有接收到自毁信号时绝对不会自毁更不会对人身存在安全隐患。而上述提到的自毁方法难以避免地存在安全隐患，在制造上和传统硅工艺也存在较大偏差。另外非常容易受外界环境变化的影响，例如温度、湿度的变化容易造成化学试剂和含能剂化学性质的改变，在芯片跌落或有很高的加速度等情况下也可能会引发含能剂自爆。因此需要一种与硅工艺兼容，不影响芯片正常工作，受外界环境影响较小的芯片自毁方法。
[0005]体硅的理论临界断裂应力约为4_7GPa，但Si在低于700°C是一种脆性材料，其泊松比为v = 0.27，在4%应变下即有断裂危险。而且，材料中通常存在各种缺陷或者微裂纹，这会使体硅的断裂条件大大降低，微小的弯曲(200-700MPa)即能导致硅片断裂。因为单晶硅的{111}面面间距最大，原子键密度最小，为其解理面，体硅顺着解理面其裂纹的扩展要比顺着其它面容易得多。针对单晶硅的上述特点，可以在芯片上人为引入应力集中区域，合理利用解理面，在减小硅片断裂难度的同时使芯片的碎裂区域可控。
【发明内容】
[0006]本发明针对【背景技术】中芯片销毁技术中存在的制造困难，可靠性、安全性低等问题，利用硅片呈脆性、易断裂的特点，提出了在硅片上刻蚀深槽，在槽内填充特定金属或者先填充金属后填充热膨胀剂，利用硅的热膨胀系数显著小于该特定金属和热膨胀剂的这一特点，使金属通电迅速产生焦耳热的同时金属和膨胀剂立即热膨胀，而硅片的热膨胀可以忽略不计，因而向硅片中引入了较大的应力和位移，使硅片断裂。另外针对单晶硅顺着解理面更容易断裂的特点，在解理面方向引入应力集中区域，可以降低硅片断裂的难度。
[0007]本发明的技术方案为一种用于集成电路芯片自毁结构，该结构包括:芯片、设置于芯片背面或正面迂回的通槽、设置在通槽中的金属、通槽首尾两端的金属上设置有电极，所述通槽遍布芯片正面或背面整个非工作区域，所述通槽总的金属杨氏模量大于70GPa，热膨胀系数是硅的5倍以上，其特征在于通槽两侧周期性设置有向外凸起的V型尖角;通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角，角尖相对且不重合。
[0008]进一步的，所述通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角之间设置有窄深槽，该窄深槽的侧壁与芯片的解理面平行。
[0009]进一步的，所述迂回的通槽底部首先设置热膨胀剂，再填入金属。
[0010]进一步的，所述V型尖角夹角为90°?120°，通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角距离小于等于25μπι。
[0011]进一步的，所述用于集成电路芯片自毁结构在自毁过程中两端金属电极加载脉冲式电压。
[0012]本发明的有益效果为:
[0013]1、本发明可以在短时间内使填充金属升温至200至300摄氏度，在该温度区间内，金属仍然具有较高的杨氏模量，而且体积膨胀量也较大，使硅片产生了较大的弯曲量，向硅片中引入了可观的应力。
[0014]2、同样是使芯片物理性断裂，本发明与含能芯片相比，结构和工艺要简单，安全性、稳定性更尚。
[0015]3、芯片中尖角处会产生应力集中，而且尖角的形状对应力集中效应会产生明显的影响。
[0016]4、尖角对尖角的结构可以使应力在应力集中的基础上进一步叠加，使该处率先产生裂纹，有利于芯片断裂。
[0017]5、使应力集中处位于单晶硅的解理面上，有利于硅片的断裂及裂纹扩展。
[0018]6、V形尖角的引入以及尖角与尖角的角对角处理实际上可以控制局部位置应力的大小以及最大应力出现的位置，进一步地可以控制芯片破坏区域以至破坏碎片数量。
【附图说明】
[0019]图1为衬底为〈110〉晶向时，解理面与硅片表面的夹角情况。
[0020]图2为衬底为〈100〉晶向时，解理面与硅片表面的夹角情况。
[0021]图3为实施例四的正视图，其特征是在实施例一的基础上，在深槽两侧增加V形尖角。
[0022]图4为实施例一、实施例四、实施例五的剖面图，其填充材料为金属锌。
[0023]图5为实施例一、实施例二的正视图。
[0024]图6为实施例二的剖面图，其填充材料为金属锌和热膨胀微球。
[0025]图7为实施例三的剖面图，其中槽5的侧面为{111}晶向。该结构在实施例一的基础上刻蚀了窄深槽，其目的是使裂纹沿解理面扩展。使用该种结构要求硅片为〈110〉晶向。
[0026]图8为实施例三的背面正视图，其特征是在实施例一的基础上，在硅片上刻蚀窄深槽，使窄深槽的侧面为硅片的解理面。
[0027]图9为图3中a点到b点的应力分布图。
[0028]图10为实施例五的背面正视图，其特征是在改变填充金属的图形，使硅片在深槽的拐角处产生应力集中点。
[0029]图11为实施例六的剖面图，其填充材料为金属锌，自毁结构与芯片工作区域在同一面。
[0030]其中，填充金属1、芯片2、电极3、热膨胀剂4、窄深槽5、芯片工作区6，V形尖角7、拐角8。
【具体实施方式】
[0031]作为可选的技术方案，可以在填充金属之前先填入热膨胀剂后再填入金属。某些材料在达到一定温度后相变(固态、液态、气态相互转化或者固态一级相变)，这些材料相变后会产生体积的变化。热膨胀微球(ThermalIy Expandable Microspheres)是一钟极其微小的球形颗粒，其外部为气密性良好的的热塑性球体，内部封装低沸点烃类，以氢氧化镁(Mg(0H)2)为分散剂，丙烯腈(AN)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要聚合单体，偶氮二异丁氰(AIBN)为引发剂，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为交联剂，利用悬浮聚合法制备。热膨胀微球在达到其临界温度之前体积基本保持不变，高于临界温度后球体内的烃类相变为气态，其体积会瞬间膨胀几十倍，球体外部的塑性材料可以保持住体积变化后的形态。另外热膨胀微球的临界温度可以通过制备工艺很好地控制。填充的金属用于通电升温使热膨胀微球达到其临界温度。
[0032]作为可选的技术方案，金属上所加的电压可以为脉冲式电压，这一方面可以避免金属因为的局部位置温度过高熔化导致断路，另一方面脉冲式电压可以引入循环应力，因而可以产生疲劳裂纹扩展。
[0033]实施例一
[0034]本实施例的剖面如图4所示，背面正视图如图5所示。包括金属锌I，硅片2、电极3，芯片工作区6。本实施例中，硅片正面是芯片的工作区域，背面是芯片的销毁装置。在背面刻蚀出深槽，槽内填充金属锌，最后将电极引出到芯片的控制电路上。本实施例中硅片尺寸为IcmX IcmX 350μηι(350μηι为常规芯片减薄后的厚度，下同)，槽的宽度为ΙΟΟμπι，厚度为75μηι，槽与槽之间的距离为I ΟΟμπι。当达到触发条件时，控制电路给电极加上电压。为了避免填充的金属在局部位置因为高温熔断，所加的电压可以为脉冲式电压。当电极电压为3V时，金属锌产生焦耳热并热膨胀，该自毁装置在15秒时间内升温至300摄氏度，此时硅片的最大弯曲量为240μηι，金属下方娃的应力为400MPa，娃的局部位置如金属的边缘和尖角处娃的应力约为IGPa0
[0035]实施例二
[0036]本实施例的剖面图如图6所示，背面正视图如图5所示。包括金属铜I，硅片2，电极3、热膨胀微球4，芯片工作区6。同样在芯片背面刻蚀深槽，然后先填充热膨胀微球，再填充金属铜，最后将电极引出到控制电路上。本实施例中硅片尺寸为IcmX IcmX350μπι，槽深100μπι、宽ΙΟΟμπι、槽间距ΙΟΟμπι，热膨胀微球厚度50μπι，金属铜厚度50μπι。满足触发条件后，金属铜通电产生焦耳热，当电极所加电压为3V时，温度在10秒内可以达到热膨胀微球的临界温度，此时热膨胀微球体积会迅速膨胀几十倍，可以使芯片物理销毁。
[0037]实施例三
[0038]本实施例的剖面图如图7所示，背面正视图如图8所示。包括金属铝I，硅片2，电极3、窄深槽5，芯片工作区6。本实施例同样先刻蚀深槽，在槽内填充金属铝，然后刻蚀窄深槽5，引出电极。本实施例中硅片尺寸为lcmXlCmX350μm，金属条的宽度为100μm，厚度为75μm，金属条之间的距离为IΟΟμπιο当硅片晶向为〈110>时，调整刻蚀方向可以使窄深槽5的剖面为{111}面。当电极电压为3V时，温度在10秒内可上升至300°C，硅片因金属铝热膨胀受力弯曲，弯曲量可达240um，硅片中应力达到400MPa。深槽处应力集中，且槽深方向与解理面的方向相同，这样会使裂纹顺着解理面扩展，大大降低了硅片断裂的难度。
[0039]实施例四
[0040]本实施例的剖面图如图4所示，背面正视图如图3所示。包括金属锌I，硅片2，电极
3、芯片工作区6。本实施例在实施例一的基础上在刻蚀的槽的两边增加了 V形尖角。本实施例中娃片的尺寸为I cm X IcmX 350ym，槽的宽度为I OOym，厚度为75μηι，槽与槽之间的距离为ΙΟΟμπι，槽边缘处的V形尖角的夹角为90°，尖角与尖角的距离为20um。接收到自毁信号，电极通电后金属锌迅速热膨胀，向芯片中引入应力，在V形尖角处会产生应力集中，尖角与尖角相对会使应力叠加，因而尖角尖端的应力远大于芯片中其他位置的应力，该处会率先产生裂纹。当电极所加电压为3V时，自毁装置在15秒内升温至300°C，金属锌因热膨胀向芯片中弓丨入应力。图9为图3中a点到b点的应力分布图，娃片中V形尖角处的应力为2.8GPa，而硅中其他区域的应力低于500MPa。因此通过这种方式一方面可以明显增大局部位置的应力从而降低硅片断裂难度，另一方面可以控制硅片的断裂区域。
[0041 ] 实施例五
[0042 ]本实施例的剖面图如图4所示，填充金属的图形如图1O所示。包括金属锌I，硅片2，电极3、芯片工作区6。本实施例在实施例一的基础上改变了刻蚀的槽的形状。本实施例中，娃片的尺寸为1011\10]1\35(^1]1，金属条的宽度为10(^1]1，厚度为7541]1，金属条之间的距离为ΙΟΟμπι。采用这种图形可以使金属锌在X方向和y方向的膨胀量相同，因而使金属锌在拐角处(图10中8所示)的X方向的应力等于y方向的应力，在这种情况下该点的合应力最大。电极接通电源后金属锌中会产生较大的电流，导致金属迅速升温热膨胀。电极电压为3V时，在15秒内升温至300°C，而拐角处硅片的应力明显高于硅片中其他位置，裂纹会从该处萌生。
[0043]实施例六
[0044]本实施例的剖面图如图11所示，自毁装置区域正视图如图3所示。包括金属锌，硅片2，电极3，芯片工作区6，V形尖角7。以上所论述的实施例中自毁结构均在芯片工作区的背面，本实施例中，自毁结构和芯片工作区域在同一面，自毁结构与芯片需要自毁的区域相邻。在该区域旁边刻蚀深槽，淀积金属锌，引出电极与控制电路完成互连。本实施例中槽的宽度和深度可以根据娃片的尺寸做调整。对于1011\10]1\35(^1]1的娃片，其深度为10(^1]1，厚度为75μπι，槽与槽之间的距离为ΙΟΟμπι。触发后，金属通电产生焦耳热并热膨胀。电极电压为3V时，自毁结构在15秒内升温至300摄氏度。因为自毁区域上面有很多凹槽，引入了很多应力集中点，在该温度下硅片呈脆性，很小的弯曲量即会使芯片断裂。裂纹扩展至芯片工作区域，芯片就会无法工作，完成自毁。
[0045]本发明通过某些金属热膨胀引入应力，通过顺着解理面刻蚀窄深槽、利用金属的V形尖角产生应力集中等方法降低硅片的断裂难度，可以使芯片在应力集中处首先产生裂纹进而使芯片断裂。本发明利用填充不同图形的金属，对芯片刻槽、填充膨胀剂等方法达到对芯片的可控销毁，具有销毁烈度低，稳定性高等特点。
【主权项】
1.一种用于集成电路芯片自毁结构，该结构包括:芯片、设置于芯片背面或正面迂回的通槽、设置在通槽中的金属、通槽首尾两端的金属上设置有电极，所述通槽遍布芯片正面或背面整个非工作区域，所述通槽总的金属杨氏模量大于70GPa，热膨胀系数是硅的5倍以上，其特征在于通槽两侧周期性设置有向外凸起的V型尖角;通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角，角尖相对且不重合。2.如权利要求说I所述的一种用于集成电路芯片自毁结构，其特征在于所述通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角之间设置有窄深槽，该窄深槽的侧壁与芯片的解理面平行。3.如权利要求说I所述的一种用于集成电路芯片自毁结构，其特征在于所述迂回的通槽底部首先设置热膨胀剂，再填入金属。4.如权利要求说I所述的一种用于集成电路芯片自毁结构，其特征在于所述V型尖角夹角为90°?120°，通槽迂回过程中相邻两段槽向外凸起的V型尖角距离小于等于25μπι。5.如权利要求说I所述的一种用于集成电路芯片自毁结构，其特征在于所述用于集成电路芯片自毁结构在自毁过程中两端金属电极加载脉冲式电压。
【文档编号】H01L23/544GK106098673SQ201610427727
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】王向展, 夏琪, 廖宇龙, 罗谦, 曹建强
【申请人】电子科技大学