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DE102007058003A1 - Halbleiterbauelement, Sensorelement, Verwendung eines Halbleiterbauelements sowie Verfahren zur Abwehr von Lichtangriffen - Google Patents

Halbleiterbauelement, Sensorelement, Verwendung eines Halbleiterbauelements sowie Verfahren zur Abwehr von Lichtangriffen Download PDF

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DE102007058003A1
DE102007058003A1 DE102007058003A DE102007058003A DE102007058003A1 DE 102007058003 A1 DE102007058003 A1 DE 102007058003A1 DE 102007058003 A DE102007058003 A DE 102007058003A DE 102007058003 A DE102007058003 A DE 102007058003A DE 102007058003 A1 DE102007058003 A1 DE 102007058003A1
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sensor element
semiconductor device
semiconductor
light
semiconductor substrate
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DE102007058003A
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Mayk Röhrich
Achim Gratz
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Infineon Technologies AG
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Die Erfindung zeigt ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat zumindest einer Halbleitersubstrat ausgebildeten Halbleiterstruktur und einem Sensorelement, wobei die Halbleiterstruktur zumindest eine Schaltungsanordnung aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement zur Erkennung von Lichtangriffen, sowie ein Verfahren welches Lichtangriffe erkennt und Gegenmaßnahmen einleitet.
  • Die Sicherheit von Schaltungsanordnungen in Halbleiterbauelementen beruht darauf, dass innerhalb der Schaltungsanordnung abgelegte und gespeicherte Daten für einen unautorisierten Zugriff nicht auslesbar sind. Unter anderem sind insbesondere Methoden bekannt, bei denen mit Hilfe von Lichtangriffen auf diese geheimen Daten unautorisiert zugegriffen wird. Durch die Lichtangriffe wird die Funktion der Schaltungsanordnung derart gestört, dass auf die abgelegten und geheimen Daten rückgeschlossen werden kann.
  • Als Schaltungsanordnung ist beispielhaft der Speicher einer Chipkarte zu nennen, in dem insbesondere Identifikationsschlüssel, Kreditkartendaten oder ähnliche zu verbergende Daten abgelegt sind.
  • Prinzipiell wird die auszuspähende Schaltungsanordnung von ihrem Gehäuse befreit. Die nun freiliegenden Schaltungsanordnungen werden gezielt mit einem hochenergetischen, teilweise synchronisierten und lokal begrenzten Lichtimpuls bestrahlt. Durch diese Bestrahlung werden entweder gezielt Sicherheitsmechanismen der Schaltungsanordnung deaktiviert bzw. zerstört oder gezielt Ladungsträger durch Absorption der Lichtteilchen innerhalb der Schaltungsanordnung freigesetzt. Die freige setzten Ladungsträger treten in Form von Elektronen-Loch-Paaren auf und werden beispielsweise zur Erzeugung von elektrischen Impulsen in der Schaltungsanordnung verwendet. Diese elektrischen Impulse führen dann zum Durchschalten oder Aktivieren von Teilen der Schaltungsanordnung. In beiden Fällen wird die Funktion der Schaltungsanordnung gestört und als Reaktion auf diese Störungen sind mitunter geheime Daten auslesbar. Dies wird im Folgenden als unautorisierter Zugriff bezeichnet.
  • Es ist ein Halbleiterbauelement einem Halbleitersubstrat, zumindest einer im Halbleitersubstrat ausgebildeten Halbleiterstruktur und zumindest einem Sensorelement vorgesehen, wobei die Halbleiterstruktur zumindest eine Schaltungsanordnung aufweist, das Sensorelement eine PIN Diode ist und zwei Anschlüsse aufweist, das Sensorelement in unmittelbarer Nähe zu Teilen der Schaltungsanordnung angeordnet ist und das Sensorelement ausgebildet ist, bei Bestrahlung des Halbleiterbauelements mittels Licht ein an den Anschlüssen abgreifbares elektrisches Signal zu erzeugen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Zusätzlich ist auch ein Verfahren zur Abwehr von Lichtangriffen in einem Halbleiterbauelement angegeben, wobei folgende Verfahrensschritte angewandt werden:
    • a) Erkennen einer Ladungsverschiebung zwischen den beiden Sensoranschlüssen durch eine Auswerteeinheit,
    • b) Erzeugen eines Alarmsignals innerhalb der Auswerteeinheit und
    • c) Blockieren und/oder Abschalten des Halbleiterbauelements bei Auftritt des Alarmsignals.
  • Nachfolgend wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, wobei die Figuren gleicher oder gleich wirkender Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen gezeichnet sind. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß beziehungsweise übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit einem Sensorelement zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Lichtbestrahlung
  • 2 eine Weiterbildung des in 1 dargestellten Halbleiterbauelements
  • 3 eine alternative Ausführung des in 1 dargestellten Halbleiterbauelements
  • 4 eine Draufsicht auf ein in 3 dargestelltes Halbleiterbauelement
  • 5 eine alternative Anordnung des Sensorelementes innerhalb des Halbleiterbauelements
  • 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel zum Erkennen und Abwehren von Lichtangriffen
  • 7 einen Teil eines Stromlaufplans einer Auswerteeinheit zum Abwehren von Lichtangriffen mittels Spannungsüberwachung
  • 8 in den 8a und 8b einen Teil eines Stromlaufplans einer Auswerteeinheit zum Abwehren von Lichtangriffen mittels Stromüberwachung
  • 9 einen Teil eines Stromlaufplans einer Auswerteeinheit zum Abwehren von Lichtangriffen mittels Differenz/Referenzüberwachung
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelementes zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Bestrahlung aufgezeigt. Ein Halbleitersubstrat 1 beinhaltet eine Halbleiterstruktur 2. In der Halbleiterstruktur sind Schaltungsanordnungen 21, 22, 23 und 24 eingebracht. Auf dem Halbleitersubstrat 1 ist ein Sensorelement 3 in unmittelbarer Nähe zu Teilen der Schaltungsanordnung 21–24 angeordnet. Das Sensorelement 3 ist hierbei als PIN Diode ausgestaltet und weist 2 Anschlüsse 61, 62 auf.
  • Die Bestrahlung des Halbleiterbauelements erfolgt nun durch eine Lichtquelle, wobei als Lichtquelle ein Licht emittierendes Bauelement verstanden ist, welches elektromagnetische Strahlung emittiert. Diese elektromagnetische Strahlung ist durch ihre Wellenlänge, ihre hochenergetischen Eigenschaften gekennzeichnet. Idealerweise ist die Lichtquelle synchronisiert und bestrahlt einen lokal begrenzten Bereich des Halbleiterbauelements. Diese Lichtquelle ist zumeist ein Laser oder eine vergleichbare Lichtquelle, welche mittels ihrer Kohärenz, ihrer hohen Energie sowie hohen Lichtintensität einen eingangs beschriebenen Lichtangriff verursachen kann.
  • Das Sensorelement 3 ist nun derart ausgebildet, bei unautorisiertem Zugriff durch Bestrahlung des Halbleiterbauelements ein elektrisches Signal zu erzeugen. Durch Ausgestalten des Sensorelements als PIN-Diode ist dies erreicht.
  • Eine PIN-Diode besitzt ähnlich wie eine herkömmliche PN Diode einen p- und einen n-dotierten Bereich. Zusätzlichen wird zwischen diesen beiden Bereichen ein intrinsischen Bereich angeordnet. Ein intrinsischer (oder auch eigenleitender) Bereich ist ein schwach bzw. nicht dotierter Bereich, wodurch sich nur wenig freie Ladungsträger im intrinsischen Bereich befinden und der Bereich sehr hochohmig ist.
  • Physikalisch betrachtet werden bei Bestrahlung des Halbleiterbauelementes Lichtquanten absorbiert, wodurch Ladungsträger erzeugt werden. Die freigesetzten Ladungsträger treten in Form von Elektronen-Loch-Paaren auf. Wird ein Halbleiterbauelement oder gezielt Schaltungsanordnungen 21–24 nun mittels Licht bestrahlt, so werden ein Teil der Lichtquanten auf das Sensorelement 3 treffen, da sich dieses in unmittelbarer Nähe zu Teilen einer Schaltungsanordnung 21–24 befindet.
  • Vorausgesetzt, dass die Photonenenergie des Lichtes ausreicht, ein Elektronen-Loch-Paar im Sensorelement 3 zu erzeugen, wird zwischen den Anschlüssen der in Sperrrichtung vorgespannten PIN-Diode ein Strom fließen, wenn die Photonen innerhalb der Raumladungszone absorbiert werden. Alternativ kann die PIN-Diode ohne Vorspannung betrieben werden, dann kann zwischen ihren Anschlüssen bei Absorption von Photonen eine Spannung gemessen werden. Die zusätzliche intrinsische Schicht bewirkt dabei eine Verbreiterung der Raumladungszone im Vergleich zu PN-Diode, dadurch wird das zur Absorption von Photonen Volumen und somit die Empfindlichkeit des Sensors erhöht. Eine Raumladungszone ist ein Bereich innerhalb eines Halbleiters, in dem entweder ein Überschuss oder ein Mangel an Ladungsträgern vorherrscht. Die Raumladungszone entsteht durch Diffusion der negativen Ladungsträger in den p-dotierten Bereich bzw. der positiven Ladungsträger in den n-dotierten Bereich.
  • Als Dotierung wird hier das Einbringen von Fremdatomen in eine Gitterstruktur bezeichnet, wobei vorzugsweise die p-Dotierung mittels Bor oder BF2, die n-Dotierung vorzugsweise mittels Phosphor und Arsen erreicht ist.
  • Durch das an der Raumladungszone anliegende Feld werden die Elektronen-Loch-Paare sehr schnell getrennt, wodurch elektrische Signale erzeugt werden. Diese elektrische Signale sind in Form von Strom oder Spannung an den beiden Anschlüssen 61, 62 zur Verfügung und sind dort abgreifbar. Somit weist das Sensorelement ein verbessertes Zeitverhalten als beispielsweise herkömmliche PN-Substratdioden auf. Diese Substratdioden sind in einem jeweiligen Halbleiterprozess entweder parasitär enthalten oder gezielt eingebracht. Somit erkennt eine PIN-Diode schnelle, kleinen und schwache Bestrahlungsimpulse einer Lichtquelle, wodurch ein effektiverer Schutz bei Lichtangriffen gegeben ist.
  • In 2 ist eine Weiterbildung des in 1 dargestellten Halbleiterbauelements aufgezeigt. Das Halbleiterbauelement weist wiederum ein Halbleitersubstrat 1 auf. Innerhalb des Halbleitersubstrats 1 befindet sich die Halbleiterstruktur 2. Innerhalb der Halbleiterstruktur 2 ist zumindest eine Schaltungsanordnung 21–24 angeordnet. Auf einer ersten Oberseite 11 des Halbleitersubstrat 1 ist eine erste Isolationsschicht 5 angeordnet. Idealerweise ist die Isolationsschicht 5 ein Siliziumoxid, idealerweise Siliziumdioxid. Auf der ersten Isolationsschicht 5 ist das Sensorelement 3 angeordnet, welches wie in 1 beschrieben ausgestaltet ist. Hier gekennzeichnet ist ein erster Bereich 31, der den p-dotierten Bereich des Sensorelements 3 darstellt, ein zweiter Bereich 32 stellt den n-dotierter Bereich des Sensorelements 3 dar. Zwischen den Bereichen 31 und 32 ist der intrinsische Bereich 33 angeordnet ist. Der Abstand 34 zwischen Bereich 31 und 32 ist wenige μm lang, idealerweise weniger als 10 μm.
  • Das Sensorelement 3 weist wiederum zusätzlich ersten Sensoranschluss 61 sowie einen zweiten Sensoranschluss 62 auf. Beide Sensoranschlüsse 61, 62 sind vorzugsweise elektrisch leitfähig ausgestaltet. Der erste Sensoranschluss 61 wird beispielsweise als Anode, der zweite Sensoranschluss 62 beispielsweise als Kathode bezeichnet.
  • Das in 2 dargestellte Halbleiterbauelement dient ebenso dem Erkennen von unautorisierten Zugriffen durch Bestrahlung mittels Licht. Vorzugsweise ist das Halbleiterbauelement nach 2 ein Logikbauelement aus einem Halbleitertechnologieprozess.
  • Wie in 2 dargestellt ist es vorteilhaft, diesen Lichtsensor oberhalb eines Halbleitersubstrats anzuordnen. Dadurch befindet sich das Sensorelement 3 in unmittelbarer Nähe zu Schaltungsanordnungen 21–24 . Bei Lichtangriffen wird somit zumindest ein Teil der Lichtquanten auf das Sensorelement 3 treffen und der in 1 beschriebenen Effekt zur Erzeugung von elektrischen Impulsen tritt ein, welches in einer nachfolgenden Schaltung siehe 7 bis 9 in ein Alarmsignal umgewandelt werden kann.
  • Vorzugsweise ist das Sensorelement 3 eine erste Polysiliziumschicht in einer Halbleitertechnologie. Hierdurch können durch Logikbauelemente nicht genutzte bzw. nicht verwendete Polysiliziumschichten für ein wie in 1 beschriebenes Sensorelement 3 genutzt werden. Dadurch werden keine zusätzlichen Prozessstrukturen verwendet, was ein kostengünstiges Produzieren dieses Halbleiterbauelements bedeutet.
  • Wesentlicher Vorteil ist hierbei, dass das Sensorelement 3 in das Halbleiterbauelement integriert ist, wodurch es mit einfachen Mitteln nicht möglich, ist das Sensorelement 3 abzukoppeln oder abzutrennen vom Rest der Schaltung. Darüber hinaus ist es für einen Angreifer nicht ersichtlich, dass diese Polysiliziumschicht ein Sensorelement 3 ist, da die Struktur des Sensorelements 3 für den bloßen Betrachter einem Widerstand ähnelt. Der Angreifer geht somit nicht davon aus, einen Sensorelement 3 vorzufinden.
  • In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements nach 1 aufgezeigt. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen 2 und 3 eingegangen. Zusätzlich ist zwischen der ersten Isolationsschicht 5 und dem Sensorelement 3 eine zweite Polysiliziumschicht 7 und eine zweite Isolationsschicht 8 angeordnet. Die zweite Polysiliziumschicht 7 weist darüber hinaus einen Steueranschluss 9 auf.
  • Wie in 2 ist auch in 3 die erste und zweite Isolationsschicht ein Siliziumoxid, bevorzugt ein Siliziumdioxid, was sehr gut zur Isolation zwischen den Polysiliziumschichten 3, 7 und dem Halbleitersubstrat 2 dient. In 3 befindet sich das Sensorelement 3 in einem Hochvoltgebiet eines Halbleiterbauelements. Die zweite Polysiliziumschicht 7 ist zur Ansteuerung bzw. Steuerung der Schaltungsanordnungen 21–24 eingebracht, welche im Halbleitersubstrat 1 vorgesehen sind. Vorzugsweise ist das Sensorelement 3 wie in 2 eine erste Polysiliziumschicht innerhalb eines Haibleitertechnologieprozesses, welche idealerweise nicht benutzt oder verwendet wird. Dadurch sind hier ebenfalls die in 2 erwähnten Eigenschaften gegeben.
  • In 2 und 3 ist der Bereich 34 eingezeichnet, welcher den Abstand zwischen dem p- und dem n-Bereich darstellt. Dieser Bereich ist vorzugsweise einige Mikrometer groß, sodass der Bereich zwischen p und n noch eine Diodencharakteristik hat, und eine Diffusion zwischen beiden Gebieten bei Eintreffen von Bestrahlung mittels Licht von außerhalb des Halbleiterbauelements zu einem Spannungsabfall führt. Je weiter die Bereiche 31 und 32 entfernt sind, desto intensiver muss die Bestrahlung sein, um einen elektrischen Impuls zu erzeugen.
  • In den 2 und 3 sind neben der eigentlichen Halbleiterstruktur 2 noch Isolationsstrukturen 4 eingebracht. Diese dienen bevorzugt zur elektromagnetischen Isolation der Halbleiterstruktur 2 vor elektrischen Einflüssen, wie Störeinkopplung und dergleichen. Bevorzugt sind zwischen den einzelnen Schaltungsanordnungen 21–24 innerhalb der Halbleiterstruktur 2 ebenfalls solche Isolationsstrukturen 4 angeordnet. Dadurch beeinflussen sich die einzelnen Schaltungsanordnungen 21–24 nur geringfügig, im Idealfall gar nicht.
  • In 4 ist eine Draufsicht des in 3 dargestellten Halbleiterbauelements dargestellt. Wie auch in den 2 und 3 ist eine Halbleiterstruktur 2 in einem Halbleiterbauelement dargestellt. Zur Funktionsweise der in 4 dargestellten Halbleiterbauelementanordnung, siehe Figurenbeschreibung 2 und 3.
  • In 5 ist eine alternative Anordnung des Sensorelements 3 zwischen mehreren verschiedener Schaltungsanordnungen 21, 22, 23 und 24 innerhalb einer Halbleiterstruktur 2 eines Halbleiterbauelements aufgezeigt. Auch hierbei ist die Draufsicht gezeichnet. Das Sensorelement 3 ist hierbei von diesen Schaltungsanordnungen 21–24 und von Isolationsstrukturen 4 umgeben. Das Sensorelement ist bevorzugt wie in 1 bis 3 beschrieben ausgestaltet.
  • Die Isolationsstrukturen 4 dienen dazu, elektromagnetisch verträglich und zum Teil isolierend die Schaltungsanordnungen 21 bis 24 vom Rest der Schaltungen abzugrenzen. Die Position des Sensorelements 3 ist hierbei derart gewählt, dass es in unmittelbarer Nähe zu den Schaltungsanordnungen 21–24 in das Halbleiterbauelement eingebracht ist. Hierdurch werden bei einem Lichtangriff möglichst viele, im Idealfall alle Schaltungsanordnungen 21–24 geschützt, auch wenn der Lichtangriff gezielt nur einen Teil einer Schaltungsanordnung 21–24 angreift. Vorzugsweise sind die Schaltungsanordnung 21 bis 24 Standardbibliothekszellen in einer Technologie. Das Sensorelement 3 ist wiederum vorzugsweise eine ungenutzte Polysiliziumschicht, wodurch ein einfaches realisieren und platzieren des Sensorelements 3 im Halbleiterbauelement möglich. Dies spart Kosten und erzeugt eine effektive Erkennung der Angriffe. Dadurch dass das Sensorelement 3 direkt oberhalb einer Schaltungsanordnung 21–24 platzierbar ist, ist ein Lichtangriff sehr einfach erkennbar.
  • Nicht dargestellt ist die Platzierung mehrerer Sensorelemente 3 in einem Halbleiterbauelement, wodurch jede Schaltungsanordnung 21–24 separat mit einem Sensorelement 3 ausgestattet ist. Eine Platzierung im Randgebiet des Halbleiterbauelements ist ebenfalls denkbar. Bevorzugt ist das Sensorelement 3 bzw. die Sensorelemente zwischen die Schaltungsanordnungen verschachtelt einzufügen. Sprich, die Sensorelemente sollten zwischen den Schaltungsanordnungen verwoben sein, um effektiv Lichtangriffe erkennen zu können.
  • In 6 ist nun eine Anordnung aufgezeigt, in der das Erkennen des Lichtangriffes in einer Auswerteeinheit weiter verarbeitet wird. Eine Lichtquelle 140 bestrahlt das Sensorelement 3. Mittels der Sensoranschlüsse 61 und 62 wird ein elektrisches Signal einer Auswerteeinheit 120 bereitgestellt. Innerhalb der Auswerteeinheit 120 wird das elektrische Signal in eine elektrische Messgröße umgesetzt. Diese Messgröße erzeugt innerhalb der Auswerteeinheit ein Alarmsignal 130, sobald ein Lichtangriff stattfindet. Dieses Alarmsignal 130 wird in 6 den Schaltungsanordnungen 21 bis 24 zugeführt.
  • Wird ein Alarmsignal 130 erzeugt, ist ein Lichtangriff erkannt worden. Bei Auftreten eines Alarmsignals 130 werden nun weitere Maßnahmen eingeleitet. In 6 wird dieses Alarmsignal 6 gezielt den Schaltungsanordnungen zur Verfügung gestellt, die vom Lichtangriff betroffen sind. Diese können nun bei Auftreten des Alarmsignals 130 abschalten, blockieren, in einen Reset geführt werden oder falsche Informationen bereitstellen.
  • In einem nicht dargestellten Fall wird das Alarmsignal 130 einer anderen, nicht vom Lichtangriff betroffenen Schaltungsanordnung zugeführt, welche weitere Maßnahmen, wie Blockade oder Reset oder dergleichen einleitet.
  • Die Auswerteeinheit 120 wird nachfolgend näher erläutert.
  • In 7 ist einen Teil eines Stromlaufplans einer Auswerteeinheit zum Abwehren von Lichtangriffen mittels Spannungsüberwachung dargestellt. Es sei hier bereits angemerkt, dass die Auswerteeinheit 120 nicht vollständig dargestellt ist, es wird lediglich das Wandeln des elektrischen Signals des Sensorelements 3 in einen Messgröße 100 aufgezeigt. Das Sensorelement 3 ist hierbei als Ersatzschaltbild Diode mit den Anschlüssen 61 und 62 dargestellt und stellt das elektrische Signal der Auswerteeinheit 120 bereit. Die Auswerteeinheit 120 weist ein Bezugspotential GND sowie ein Versorgungspotential VDD auf. Eine Reihenschaltung aus einem Strombegrenzungswiderstand R und dem Sensorelement 3 erzeugt nun einen Spannungswert 100, sobald ein elektrisches Signal geliefert ist. Dieser Spannungsmesswert 100 kann nun in der in 6 dargestellten Auswerteeinheit 120 als Messwert herangezogen werden. Dies ist nicht mehr dargestellt. Bei Überschreiten eines bestimmten Spannungsmesswertes 100, beispielsweise einem Volt, ist es möglich ein Alarmsignal 130 zu generieren wodurch die in 6 beschriebenen weiteren Maßnahmen eingeleitet werden.
  • In den 8a und 8b wird prinzipiell eine Strommessgröße 110 erzeugt, die ebenfalls dann erzeugt wird, wenn ein elektrisches Signal über die Sensoranschlüsse 61, 62 der Auswerteeinheit 120 zur Verfügung steht. Wie bereits in 6 und 7 erwähnt, ist die dargestellte Auswerteeinheit 120 zur Generierung eines Alarmsignals verwendet. Ähnlich wie in 7 wird die Erzeugung des Alarmsignals 130 nicht dargestellt.
  • In der 8a ist das Sensorelement wiederum als Diode dargestellt. Das bei einem Lichtangriff auftretende elektrische Signal wird einem Gate- und Drain-Anschluss eines ersten Feldeffekttransistors (FET) T1 zur Verfügung gestellt. Der Source-Anschluss des T1 ist mit Bezugspotential GND verknüpft. Der Drain-Anschluss von T1 ist zusätzlich mit einem weiteren Gate-Anschluss eines zweiten Transistors T2 verbunden. Der Source-Anschluss von T2 ist ebenfalls auf Bezugspotential GND gelegt.
  • Bei auftretendem elektrischen Signal erzeugt T1 einen Spannungsabfall zwischen Drain- und Source-Anschluss von T1. Diese Spannung dient als Steuerspannung am Gate-Anschluss des T2 FET. Ein dadurch erzeugter Strom zwischen Drain- und Source-Anschluss von T2 dient als Strommesswert 110.
  • Prinzipiell funktioniert die Schaltung nach 8b gleich der Schaltung nach 8a. Lediglich die Transistoren Ti und T2 sind nicht als NMOS Transistoren sondern als PMOS Transistoren T1, T2 ausgestaltet.
  • 9 zeigt einen Teil eines Stromlaufplans einer Auswerteeinheit 120 zum Abwehren von Lichtangriffen mittels Differenz/Referenzüberwachung. Hierbei wird ein zweites Sensorelement 3 innerhalb der Auswerteeinheit 120 versteckt integriert, sodass es für einen Lichtangriff nicht empfänglich ist. Das zweite Sensorelement 3 ist Idealerweise abgedeckt. Dieses abgedeckte Sensorelement 3 ist in 9 durch einen Kreis um die Diode dargestellt. Dieses abgedeckte Sensorelement 3 erzeugt nun einen konstanten Referenzwert am Transistor T4 durch den Strombegrenzungswiderstand R. Wird wiederum ein Lichtangriff stattfinden, wird am ersten Sensorelement ein elektrisches Signal erzeugt. Die Transistoren T3 und T4 sind als Differenzeingangstransistoren verschaltet. Am Gate-Anschluss des T4 wird der Referenzspannungswert angelegt, der von dem abgedeckten Sensorelement 3 erzeugt wird. Am Gate- Anschluss des T3 wird hingegen das elektrische Signal des ersten Sensorelement 3 angelegt. Die Transistoren T5 und T6 sind mittels Vorspannung Vbias vorgespannt. Eine Stromquelle Ibias erzeugt den nötigen Strom für das Differenzeingangspärchen T3 und T4.
  • Ein Spannungsmesswert 100 wird zwischen Source von T5 und Source von T6 abgegriffen. Bei einem Lichtangriff sind die Gate-Anschlüsse der Transistoren T3 und T4 unterschiedlich, wodurch zwischen den Source-Anschlüssen von T5 und T6 der Spannungsmesswert 100 größer null wird. Dieser Spannungsmesswert kann bei Überschreiten einer bestimmten Höhe, beispielsweise einem Volt, wiederum innerhalb der Auswerteeinheit 120 verwendet werden um ein Alarmsignal 130 zu generieren. Die Erzeugung des Alarmsignals 130 ist wiederum nicht dargestellt.
  • Die Polysiliziumschichten, die das Sensorelement 3 bilden sind vorzugsweise unsiliziertes Polysilizium welches bei der Herstellung bereits im Prozess integriert ist allerdings durch die Schaltungsanordnung 21–24 nicht verwendet wird. Dadurch sind für die Realisierung des Lichtsensors keine zusätzlichen Prozessschritte erforderlich. Selbstverständlich ist die Kombination mit herkömmlichen Lichtsensoren ebenfalls möglich. In den Hochvolt- und Mittelvoltbereichen kann ein solcher Lichtsensor direkt über der aktiven Schaltung realisiert sein da dort ein zweites Polysilizium normalerweise nicht genutzt wird. In der Anmeldung wird der Ausdruck elektrisches Signal und der Ausdruck elektrischer Impuls gleich verstanden.
    • 1
    Halbleitersubstrat
    11
    Erste Oberseite des Halbleitersubstrats
    2
    Halbleiterstruktur
    21
    Schaltungsanordnung 1
    22
    Schaltungsanordnung 2
    23
    Schaltungsanordnung 3
    24
    Schaltungsanordnung 4
    3
    Sensorelement, erste Polysiliziumschicht
    31
    P-dotierter Bereich des Sensorelements,
    32
    N-dotierter Bereich des Sensorelements,
    33
    Intrinsischer Bereich des Sensorelements
    34
    Abstand zwischen P- und N-dotiertem Bereich
    4
    Isolationsstruktur
    5
    Erste Isolationsschicht
    6
    Sensoranschlüsse
    61
    Erster Sensoranschluss, Anode
    62
    Zweiter Sensoranschluss, Kathode
    7
    Zweite Polysiliziumschicht
    8
    Zweite Isolationsschicht
    9
    Steueranschluss
    100
    Spannungsmesswert
    110
    Strommesswert
    120
    Auswerteeinheit
    130
    Alarmsignal
    140
    Lichtquelle
    IBias
    Vorstrom
    R
    Strombegrenzungswiderstand
    T1–T6
    MOSFET Transistoren
    VDD
    Versorgungspotenzial
    VBias
    Vorspannung
    Gnd
    Bezugspotenzial

Claims (14)

  1. Halbleiterbauelement mit: – einem Halbleitersubstrat (1), – zumindest einer im Halbleitersubstrat (1) ausgebildeten Halbleiterstruktur (2) und – zumindest einem Sensorelement (3), wobei: – die Halbleiterstruktur (2) zumindest eine Schaltungsanordnung (21, 22, 23, 24) aufweist, – das Sensorelement (3) eine PIN Diode ist und zwei Anschlüsse (61, 62) aufweist, – das Sensorelement (3) in unmittelbarer Nähe zu Teilen der Schaltungsanordnung (21, 22, 23, 24) angeordnet ist und – das Sensorelement (3) ausgebildet ist, bei Bestrahlung des Halbleiterbauelements mittels Licht ein an den Anschlüssen (61, 62) abgreifbares elektrisches Signal zu erzeugen.
  2. Ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle hochenergetische, synchronisierte oder lokal begrenzte Lichtimpulse aussendet.
  3. Ein Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: – das Halbleiterbauelement eine erste Isolationsschicht (5) auf einer ersten Oberseite (11) des Halbleitersubstrats (1) aufweist und – das Sensorelement (3) auf der ersten Isolationsschicht (5) angeordnet ist.
  4. Ein Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (3) eine Dünnfilm-PIN Diode ist.
  5. Ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, wobei der Abstand (34) zwischen p-dotiertem Bereich (31) und n-dotiertem Bereich (32) des Sensorelementes (3) unter 10 μm beträgt.
  6. Ein Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Sensorelement (3) eine erste Polysiliziumschicht ist.
  7. Ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei zwischen der ersten Isolationsschicht (5) und dem Sensorelement (3) zunächst eine zweite Polysiliziumschicht (7) gefolgt von einer zweiten Isolationsschicht (8) angeordnet ist und die zweite Polysiliziumschicht (7) einen Steueranschluss (9) für die Schaltungsanordnung (21, 22, 23, 24) aufweist.
  8. Ein Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterstruktur (2) zumindest eine zweite Schaltungsanordnung (21, 22, 23, 24) aufweist und die beiden Schaltungsanordnungen (21, 22, 23, 24) durch Isolationsstrukturen (4) getrennt sind.
  9. Sensorelement zur Erkennung von Lichtangriffen auf Schaltungsanordnungen in Halbleiterstrukturen, wobei: – das Sensorelement oberhalb der Schaltungsanordnungen innerhalb eines Halbleiterbauelements angeordnet ist, – das Sensorelement eine PIN-Diode ist, – die Raumladungszone des Sensorelements genügend groß ist, um geringe Ladungsverschiebungen, die durch Lichtangriffe verursacht sind, zu erkennen.
  10. Verwendung eines Halbleiterbauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Chipkarte, wobei das Halbleiterbauelement in einem Chipmodul angeordnet ist und dieses Chip modul innerhalb des Kartenkörpers der Chipkarte eingebracht ist.
  11. Verfahren zur Abwehr von Lichtangriffen in einem Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Verfahrensschritten: – Erkennen einer Ladungsverschiebung zwischen den beiden Sensoranschlüssen (61, 62) durch eine Auswerteeinheit, – Erzeugen eines Alarmsignals innerhalb der Auswerteeinheit, – Blockieren und/oder Abschalten des Halbleiterbauelements bei Auftritt des Alarmsignals.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erkennen mittels Spannungsüberwachung durchgeführt wird und das Alarmsignal erzeugt wird, sobald ein Spannungsmesswert überschritten wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erkennen mittels Stromüberwachung durchgeführt wird und das Alarmsignal erzeugt wird, sobald ein Strommesswert überschritten wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erkennen mittels Differenzüberwachung durchgeführt wird, wobei – ein zweites Sensorelement innerhalb des Halbleiterbauelements versteckt eingebracht ist, – das zweite Sensorelement abgedeckt ist und einen Referenzwert liefert und – das Alarmsignal erzeugt wird, sobald der Referenzwert von einem Messwert abweicht.
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