专利名称：安全半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及安全数据储存器件领域，确切地说，本发明涉及安全半导体器件层。
在信息时代，剽窃与盗用信息问题日益严重。电子储存的个人、财务和医疗信息受损关系到医院、银行和其他财务机构、雇主与保险商以及个人。个人信息的许多项目，如护照号码、社会保险号码、驾驶执照号码和母亲的婚前名，被用作口令存取其他数据。换句话说，一旦某个安全器件被破坏，其他也易受到破坏。获息某些可能的受害者的个人信息则进行进一步的犯罪活动，从受害人帐户上转移或提取现款，兑付未经许可的信用卡，有时甚至于偷取全部身份证件。
偷盗公司业务与技术专有信息也是日益严重的问题。在商业活动中，昧着良心的竞争者与承包商，甚至局外投资商因利益驱动而偷盗专有信息，获取公司商业策略，或在谈判中得到不正当的好处。另外，在软件与电子工业，也有不道德的工程师，因不能克服竞争对手已解决的技术难题，企图通过反设计(reverse-engineering)半导体芯片，象GaAs集成电路芯片或硅芯片，来获取竞争对手的技术秘密。
而且，普通的窃贼也学到了对付电子安全措施的办法，他们仿造通常包含一个或多个集成电路的“芯片卡”、存取卡、电子徽章和姓名标签。随着越来越多地使用这种硅装置控制出入大楼，仿造这种出入装置的现象也势必增多。
最后，电子装置易于检查对防护业带来了严重影响。军事上的敌人可以检查缴获的含有分类信息的电子装置，以此来破坏国家的安全。
因此，需要一种较好的办法，在诸如硅集成电路等半导体装置中储存信息，这种信息可免受窜改与侵扰。
本发明揭示了一种保密电路(即含有秘密信息的集成电路)可防止受到未经许可的检查的方法，以及根据这种方法制造的安全电路，可免受未经许可的检查。秘密数据或电路分布在隔开的集成电路层或芯片之间，每一层有电路的一部分，如果没有另一层电路上的部分，就难以理解，如不破坏另一层，哪一部分也不能被直接检查。这两集成电路(IC)层直接相连，第一集成电路层的面跟第二集成电路层的面相对粘接，任一硅层上的保密电路直接与另一硅层上的电路直接相连，而无伸出包封集成电路的管壳之外的外部连接器。当集成电路层被分开或其中之一被破坏，储存在任一面上的数据则被擦除或被破坏。任一集成电路层遭伤害或暴露于光照，都会破坏至少一个集成电路层上的数据或电路，使得数据或电路无法读出。
在一些实施例中，本发明扩展到集成电路堆栈，象硅层堆栈，每一电路有部分配置在若干硅层之上。共享这些电路的硅层直接相连，每一硅层的面有部分与邻近共享电路的硅层的部分相连。
根据本发明，保密硅层受到保护而不受另一硅层的检查，不破坏一临近硅层可观察到硅层。除含有额外的保密电路部分的硅层外，没有切除或烧掉部分。这样，跟以前的技术相比，用本发明的技术，能使电路受到更高度的保护，且更安全。
读过下述详细说明及本发明各种实施例的附图之后，对本发明就会有更充分的理解。但不要误会说明与附图是将本发明限于某特定实施例，这仅是为了便于解释和理解。
图1示出了现有技术的安全器件；图2示出了根据本发明制作的器件；图3示出了本发明的第二实施例，即有保护层的方案；图4示出了本发明的第三实施例，其中反应层置于两芯片之间；图5示出了本发明的实施例，其中，为安全起见加了保护层；图6示出了本发明的实施例，其中反应层置于两芯片之间。
本发明描述了一种安全半导体器件。以下描述中列举大量细节，如元件之间的距离，模具类型，等等。然而，很显然，本领域技术人员，本发明即使没有这些细节也可付诸实施。在其他情况下，熟知的结构与器件则以框图形式示出，而不具体，以免冲淡本发明。
图1示出现有工艺制造的安全器件。含有保密电子数据或编码电路的第一硅层22跟第二硅层24由连结器26相连，第二硅层同样含有保密电子数据或编码电路。连结器26跟每一硅层22和24的一个或多个端头28和29粘接。硅层22和24的设计中考虑了某些安全措施，以图防止未经许可的检查。处理功能分布在每一硅层22和24上，这样一来，实际电路就更难以搞懂，有些电路做在硅层22和24上，其实没有其它功能，而只是为了干扰不期望的检查。在图1所示的以前工艺的封装中，两硅层22和24及连接器26由坚硬又易碎的材料包围作保护层30，保护两硅层22和24免受光和机械的破坏。由于保护层30的易碎性，当管壳受到稍大的损伤，包括保护层30破裂或烧毁，硅层22和24本身就会被破坏。
这些措施，尽管使检查更困难，但并没有消除对硅层22和24上的电路进行越权的机械、电子、或化学检查的威胁，所以说，图1所示的以前工艺制作的器件，实际上是不安全的。不期望的由物理或化学方式侵入器件是可能的。侵犯者可以物理方法打破或化学方法烧毁保护层30。两种方法均可在黑暗环境中进行，以防止光敏电路因曝光而被破坏。这样除去保护层30之后就暴露出每个硅层22和24的端头28和29，这样一来就可进行电子测试，可以暴露硅层的整个表面，使得可以目检(借助电子显微镜)硅层表面的全部或者说几乎全部电子轨迹。
图2示出根据本发明的一实施例制作的半导体器件。电路做在顶硅层42和底硅层44上，无外部连接器而融合，这样这两层相互间直接连通。请注意，硅器件只是作为其中一例，而不是仅限于硅，任何半导体器件，诸如GaAs器件，也可适用。在任一硅层上的布局，如果不破坏至少另一硅层的电路部分，就不能被检查。在一种实施例中，顶硅层42上的逻辑电路译出底硅层44上的信号。在另一种实施例中，每一硅层包含译出另一硅层信号的逻辑电路。这样就不需要保护层30，每一硅层保护另一硅层免受检查。电子显微镜不能穿透任一硅层来检查另一硅层。两硅层都可以有有源电路，或者也可以将有源电路做在其中一硅层上，仅将互连或译码器做在另一硅层上。另外，如果机密资料碰巧在软件中，未经许可的检查也不能把软件移入另一芯片来进行检查，如果在另一硅层上未执行实际逻辑电路，则储存在一硅层上的软件或数据将无用。当连接的表面裂开或曝光及暴露于空气，器件即裂开，在其中一硅层或两硅层上执行的秘密信息即被破坏。没有了秘密信息，硅层也就无用。
图2所示的本发明的一些实施例中，至少有一块芯片保存密码，在硬件或软件中执行，将密码传送给另一芯片上的电路。接收密码的电路这样被执行后，如果收不到密码就不可能操作，而且密码被干扰导致信息永久丢失。简单地将根据本发明加以保护的软件移至另一芯片进行未经许可的检查不可能做到，如果没有在至少一个其它硅层上形成的实际的逻辑电路，那么，储存在一硅层上的软件或数据将会无效。当器件裂开时，在一层或多层硅层上的秘密信息即被破坏，如果没有了秘密信息，硅层也就无用。另一方面，第一块芯片可以包含当芯片断开时即产生干扰信号的电路，这干扰信号破坏第二芯片上的信息或电路。作为第三种方法，如图6所示，第一芯片改变第二芯片终端的电压，从而在第二芯片上产生自毁功能。
秘密信息可以植入在其中一硅层上，或者可以分开，这样，部分秘密信息就呈现在每一硅层上，而且可以在硅层上的几个位置上。对秘密信息一种可能的实施例，其中包括在产生随机密码的硅层上的第一功能，而在第二硅层上被收到，转译并提供给第一硅层，在此，被转译的密码用于跟最初的密码进行比较，密码转移中产生的任何干扰，都表示硅层的安全性受到了破坏。
图3示出了本发明的实施例，其中，至少在一芯片上至少有一个电路包含EPROM，EEPROM，或快闪(Flash)EPROM。鉴于EPROM 35暴露于光线尤其是紫外光时，至少有部分被擦除，所以储存于EPROM 35中的机密信息可以做得安全，只要保证每当含有EPROM 35的半导体层的布局跟其他层分开时即暴露于光照。在有些实施例中，不是在EPROM 35中储存机密信息，而是电路在EPROM 35中储存密码，这样当EPROM 35保留密码时，防止数据被擦除，或电路被破坏。在后者方案中，将EPROM35暴露于光擦除了EPROM 35的密码，因而在电路内产生一种反应要么擦除其他数据，要么破坏至少一硅层上的电路。
图4示出本发明的实施例，其中，玻璃或硅材料层置于硅芯片之间。玻璃或硅材料的成分是这样的任何可能烧毁或腐蚀硅芯片表面的材料实际上都能对玻璃或硅材料发生破坏性的反应。根据图4阐述的实施例，强行烧去玻璃或硅材料以图检查第一或第二硅层的布局，只会导致硅层本身的破坏。对于有些实施例，玻璃或硅材料是多孔的，因而使得置于玻璃或硅材料上的酸或其他腐蚀性物质，得以转移到电路本身的布局。应当考虑到，当本发明也同样适用于GaAs半导体电路时，那么，玻璃或硅材料就得换成化学性能跟GaAs衬底类似的其他材料，使用其他类型集成电路时则换成其他材料。这样，如果说，置于一个或两个集成电路层上，或置于两集成电路层之间的材料受到燃烧、酸性或腐蚀的侵害，而使材料产生实质性破坏，那么半导体层本身也会受到破坏。
图5示出本发明的实施例，其中，为更加安全起见添加了保护层。一对半导体芯片被几层保护层所包围，每片芯片面上的电路并列配置且与另一芯片面上的电路相连。该保护层内层30类似于现有工艺涉及的硬而脆的材料，它保护硅免受直接检查，也避免受到反应层80的影响而性能恶化。反应层80活泼地跟空气或大气中的其他气体发生反应，破坏芯片上的电路。反应层80受到第二保护层82的保护，因为它足够结实，故能保护电路在芯片的运输、安装、使用及维修中不跟空气或大气中的其他气体接触。
图6示出本发明的第三实施例，其中反应层80只置于两芯片之间。在图6所示的实施例中，反应层80的化学成分不跟硅芯片42和44的衬底及电路发生反应。保护层80使芯片绝缘以免受损，否则，芯片在运输和安装中可能会受到损伤。
请注意图3和图4，如果反应层80的化学成分不以任何方式跟硅层的任何部分，或者做在其上的电路发生反应，那么，内层30便可省去。另外，如果反应层80的化学成分仅跟硅层的部分发生反应，而不跟硅层的其他部分发生反应，那么，就只有那些受反应层80影响的部分需要受内层30部分的保护。而且，整个反应层可以是惰性的，这样就不需要内层30。
权利要求
1.一种形成多个集成电路的方法，包括如下步骤在第一半导体层的面上制作第一电路；在第二半导体层的面上制作第二电路；将第一半导体层的面跟第二半导体层的面并列配置，使第一电路跟第二电路连接。
2.根据权利要求1的所述方法，其中所述第二电路包括无源支持电路。
3.根据权利要求1的所述方法，其中所述第二电路包括有源支持电路。
4.根据如权利要求3的所述，为保证保密电路不受未经许可的检查的方法，其中，所述有源支持电路包括EPROM。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，若严重伤害半导体层，或层的并置面暴露于光，就会破坏所述层或所述面。
6.一种为保证保密信息不受未经许可的检查的方法，包括如下步骤将保密信息置于第一半导体层的面上之存储器中；将第一电路置于半导体硅层的面上；将第一半导体层的面跟第二半导体层的面并列配置，使含有保密信息的存储器跟第一电路连接。
7.根据如权利要求6所述，为保证保密电路不受未经许可的检查的方法，其中，所述保密电路包括RAM，所述支持电路包括电池。
8.如权利要求6所述，为保证保密电路不受未经许可的检查的方法，其中，所述支持电路包括RAM，所述保密电路包括电池。
9.一种安全集成电路器件，包括第一半导体层和第二半导体层，第一半导体层的面跟第二半导体层的面相粘接。
10.根据权利要求9的集成电路器件，每一层支持一个面上的电路，该面朝着另一层的粘接面。
11.根据权利要求10的集成电路器件，其中所述半导体层的每一层都有电路，这样，所述第一层上的电路跟所述第二层上的电路共享功能。
12.根据权利要求10的集成电路器件，其中层相互分裂开，或至少对一层产生大的伤害，即改变或阻止电流流过至少上述一个电路。
13.权利要求10的集成电路器件，其中层相互分裂开，或至少对一层产生大的伤害，会致使信息或电路不能读出。
14.一种集成电路器件，包括至少一块半导体芯片，在其周围存在一种成分，当芯片受到大的伤害时能破坏掉芯片。
15.根据权利要求10的集成电路器件，其中在分裂开或当电路结构的完整性受到破坏时，至少有一个电路立即产生破坏至少另一个做在一层或两层上的电路的信号。
16.一种硅层堆栈，包括多层硅层粘接，其中，每一硅层的每一粘接面的至少一部分被邻近硅层一部分覆盖并直接粘接，保密电路或数据存在于至少一硅层的至少一面上的至少一个区内，这一硅层被邻近硅层的面所覆盖。
17.一种保证保密电路免受未经许可检查的方法，包括下述工序将第一电路置于第一半导体层的面上；将第二电路置于第二半导体层的面上；将第一半导体层的面用第二半导体层的面覆盖，并将第一电路与第二电路直接连结。
18.根据权利要求17所述的保证保密电路免受未经许可检查的方法，还包括下述工序将化学成份置于半导体层之间或在其周围，这样，当层相互分开时，该化学成分转变成另一化学成分。
19.根据权利要求17所述的保证保密电路免受未经许可检查的方法，其中，该化学成分的转变会破坏至少其中一层的部分。
20.根据权利要求17所述的保证保密电路免受未经许可检查的方法，还包括下述工序将软件或硬件密码置于至少一层上的至少一个电路中，含有密码的电路对层分开或受大的伤害很敏感，密码对层分开或遭伤害的反应是，至少破坏部分的电路。
21.根据权利要求9所述的集成电路器件，还包括至少一层上至少存在一个EPROM，该EPROM储存保密信息，当层分开或当一层至少部分被削去或被破坏，该EPROM即被暴露于光。
22.根据权利要求9所述的集成电路器件还包括至少在一层上至少存在一个EPROM，该EPROM储存一个密码，该EPROM保留这个密码时，可防止数据被擦除或电路被破坏，该EPROM设在一层上，当它暴露于光时即擦除该EPROM中的密码，而且在电路中产生一种反应要么至少破坏一层上的电路，要么擦除其他数据。
23.根据权利要求20所述的保证保密电路的方法，其中软件或硬件密码是RSA信息。
全文摘要
一种保证保密电路免受未经许可的检查的方法,以及根据该方法的免受未经许可检查的安全电路。在一种实施例中,保密数据或保密电路置于分开的硅层(42,44)的面上,每一硅层有部分电路。没有另外的硅层,任一硅层都难以理解,而不破坏另一层,任一硅层也不能被检查。两硅层并列配置,第一硅层(42)的面跟第二硅层(44)的而相对贴合并融合,每一硅层上的保密电路直接跟另一硅层上的电路直接相连,而无外连接。当硅层分开或其中一硅层被破坏,储存在每一面上的数据即被擦除或被破坏。任一硅层遭伤害,或任一硅层暴露于光,则破坏至少一硅层上的数据或电路,使得数据或电路不能读出。
文档编号H01L25/18GK1209217SQ96199936
公开日1999年2月24日 申请日期1996年12月12日 优先权日1995年12月20日
发明者M·罗伦德, R·希尔特 申请人:英特尔公司