DE3881596T2

DE3881596T2 - Anordnung zur Detektion der Ablösung der Passivierungsschicht einer integrierten Schaltung.

Info

Publication number: DE3881596T2
Application number: DE88401721T
Authority: DE
Inventors: Jacek Kowalski
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics Inc
Current assignee: STMicroelectronics lnc USA
Priority date: 1987-07-10
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2008-07-02
Also published as: FR2617979A1; EP0300864A3; FR2617979B1; JP2632703B2; EP0300864A2; DE3881596D1; US4868489A; EP0300864B1; JPS6430796A

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung einer integrierten Schaltung zum Gegenstand. Sie betrifft im Bereich der Halbleiter insbesondere denjenigen der Bankkarten, bei denen elektronische integrierte Schaltungen verwendet werden, einerseits um Salden von einzelnen Bankkonten auf dem laufenden zu halten und/oder andererseits, um durch einen registrierten Geheimcode als Zugriffsschlüssel zu Bankmaschinen (beispielsweise Banknotenautomaten) zu dienen.
Eines der wichtigsten Probleme, denen man bei auf Bankkarten angeordneten integrierten Schaltungen begegnet, zeigt sich in den Fälschungsrisiken. Angesichts der Tatsache des Vertrauens, das diesem neuen Transaktionsfinanzmittel gewährt wird, muß nämlich deren Unverletzlichkeit so sichergestellt werden, wie die Umstände sind. So sind beispielsweise Systeme erfunden worden, die die Benutzung des Gleichspannungsversorgungskreises einer mit einer derartigen integrierten Schaltung versehenen Bankkarte verhindern, um zu versuchen, die Geheimcodes zu finden, die diese Karten enthalten können. Zu diesem Zweck ist die im Inneren der integrierten Schaltung zu deren Polarisierung verwendbare Spannung unabhängig von der Versorgungsspannung gemacht worden. Außerdem sind die Ausgangskreise der integrierten Schaltkreise derart modifiziert worden, daß diese Versorgung keinen unterschiedlichen Strom gemäß den im Speicher der integrierten Schaltung gelesenen logischen Zuständen ausgibt, und übertragen werden logische Zustände 1 oder logische Zustände 0. Bei einer weiteren Ideendisposition ist die Gestaltung von für die Programmierung der integrierten Schaltkreise verwendbaren Kontaktanschlüssen derart modifiziert worden, daß jegliche Einwirkung an diesen Anschlüssen nach dieser Programmierung ohne Wirkung wäre. Die Phantasie der Betrüger ist jedoch grenzenlos.
Man hat sich nämlich klargemacht, daß es möglich war, die Funktion einer integrierten Schaltung zu kennen und durch Deduktion zu verstehen, wenn die Passivierungsschicht fortgenommen worden ist, die die Schaltung am Ausgang ihrer Fertigung überdeckt, und wenn Speicherstellen ihres Speichers ausgewählt werden, indem das Durchtreten des Stroms in den Verbindungen der integrierten Schaltung mit einem Elektronenmikroskop vollständig beobachtet wird. Ein derartiges Problem ist beispielsweise im Dokument EP-A-0 169 941 beschrieben. Zur Behebung des Problems beschreibt das Dokument EP-A-0 169 941 eine Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung, umfassend einen Schaltkreis zur Detektierung des Abtrennens einer Leitung, was zu dieser Entpassivierung führt. Die Leitung befindet sich oberhalb der Passivierung. Obwohl dieses Betrugsmittel sehr kostspielig ist, wird der Schutz gegen diese Fälschung ein Erfordernis.
Ziel der Erfindung ist die Behebung dieses speziellen Betrugsproblems. Um es zu lösen, wird die Tatsache ausgenutzt, daß die durch eine Leitung, eine weitere Leitung der integrierten Schaltung oder in bezug auf eine Verbindung der integrierten Schaltung oder in bezug auf eine allgemeine Masse, dargestellte Kapazität durch das Entfernen dieser Passivierungsschicht geändert wird. Diese Leitungskapazität ist nämlich sehr viel größer, wenn die Passivierung vorhanden ist, sie ist hingegen viel geringer, wenn diese entfernt worden ist. Ausgehend von dieser Bemerkung wird bei der Erfindung an den Anschlüssen einer solchen Kapazität ein Detektor angeschaltet, umfassend einen kritischen Auslöseschwellwert, der zwischen elektrischen Zuständen liegt, die die betrachtete Leitung vor und nach dem Entpassivierungsvorgang annehmen kann. Es können zu diesem Zweck speziell ausgeführte Leitungen verwendet werden. Es können auch bereits in der Anordnung der integrierten Schaltung vorhandene Leitungen verwendet werden: beispielsweise Leitungen der Speicheranordnung. Da der Entpassivierungsdetektor sehr klein sein kann (er umfaßt bei einem Beispiel sechs Transistoren), kann im übrigen eine bestimmte Anzahl dieser Detektoren an mehreren Stellen der integrierten Schaltung derart angeordnet werden, daß die Neutralisierung dieser Detektoren durch eine von außen angenäherte Elektrode gesperrt wird. Wenn die Zahl dieser Detektoren zu groß ist, wird die Zahl der Neutralisierungselektroden zu groß und sie wird das Feld des Elektronenmikroskops überdecken.
Die Erfindung betrifft daher eine Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (1-5) zur Detektion einer Änderung einer Leitungskapazität (Cab) umfaßt, die aus dieser Entpassivierung resultiert.
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und bei der Durchsicht der sie begleitenden Figuren besser verstanden. Diese sind lediglich zu Beispielszwecken und keinesfalls die Erfindung einschränkend gegeben. Die Figuren zeigen:
Figur 1 ein Beispiel einer Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine spezielle Form von bei der Detektionsvorrichtung verwendeten speziellen Leitungen.
Figur 1 stellt eine Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung gemäß der Erfindung dar. Die Vorrichtung umfaßt zwei vorzugsweise metallisierte Leitungen, die Leitungen A und B. Die Leitungen weisen jeweils in bezug auf eine allgemeine Masse M Kapazitäten Ca und Cb auf, die sich jeweils aus ihrem physikalischen Gegensatz ergeben. Die Leitungen A und B weisen außerdem zwischeneinander eine Kapazität Cab auf, die sich aus ihrer wechselseitigen Nähe ergibt. Wenn ein Signal, beispielsweise eine Spannungsstufe auf eine der Leitungen, die Leitung A, gegeben wird, überträgt sich das Signal mittels der Kapazitäten Cab und Cb auf die Leitung B. Die Kapazitäten Cab und Cb bilden hier eine kapazitive Teilerbrücke. Diese Brücke versorgt die Leitung B, die sonst elektrisch in Luft angesehen werden kann. Wenn Va die Höhe der Spannungsstufe ist, hat der Wert der auf der Leitung B induzierten Spannung den Wert
Vb = Va. Cab / (Cab + Cb).
Wenn die Passivierung vorhanden ist, hat die Kapazität Cab den Wert Cab1 und die Spannung Vb wird, Vb1 wie
Vb1 = Va. Cab1 / (Cab1 + Cb).
Ohne die Passivierung hat Cab hingegen den Wert Cab2 und diese Spannung wird Vb2 wie
Vb2 = Va. Cab2 / (Cab2 + Cb).
Indem festgesetzt wird, daß Cb gleich k.Cab2 ist und daß Cabl gleich n.Cab2 ist, kann geschrieben werden, daß die Änderung DVb von Vb zwischen einem und dem anderen Zustand geschrieben werden kann:
DVb = Va.k (n - 1) / (n + k) (1 + k).
Damit der Detektor gut funktioniert, ist es erforderlich, DVb möglichst groß zu erhalten. Eine mathematische Probe zeigt, daß in diesem Fall der Koeffizient k so klein wie möglich sein muß und daß der Koeffizient n so groß wie möglich sein muß. Der Koeffizient k hängt hauptsächlich von der elektrischen Anordnung der Anschlüsse (Figur 2) ab und ist derart festgelegt, daß er eine Spannung Vb1 größer als ein Schwellwert, selbst für einen schlechteren Fall hat (geringe Stufenspannung: beispielsweise lediglich 4 Volt), wenn die Schaltung noch passiviert ist. Bestens kann der Koeffizient k gleich etwa 3 sein. In der Praxis wird ein größerer Koeffizient k unter Berücksichtigung der Fertigungsstreuung ausgewählt. Was den Koeffizienten n anbelangt, hängt er hauptsächlich von der Dielektrizitätskonstanten der Passivierungsschicht ab. Da er möglichst groß sein soll, wird n praktisch immer kleiner als 3 genommen.
Bei einem Zahlenbeispiel mit k = 10 und n = 2,5, das vorkommt, können Spannungen Vb1 und Vb2 jeweils vor und nach Entpassivierung berechnet werden. Die Berechnung erfolgt jedesmal in einem schlechteren Fall, d.h. im ersten Fall, wenn der Wert der Spannungsstufe klein ist (4 Volt) bzw. im zweiten Fall, wenn dieser Wert der Stufe hoch ist (6 Volt). Die Werte dieser Spannungen sind mit diesem Beispiel jeweils Vb1 = 0,8 Volt und Vb2 = 0,55 Volt. Dieser Unterschied kann durch einen Detektionskreis detektiert werden, der im wesentlichen einen Komparator umfaßt. Es kann dort eine große Zahl von Lösungen geben.
Eine der einfacheren ist in Figur 1 dargestellt. Der Detektionskreis umfaßt einen P-Kanal-Transistor 1 in Reihe mit einem N-Kanal-Transistor 2 zwischen der elektrischen Versorgung Vcc der integrierten Schaltung und der Masse M. Die Leitungen A und B sind jeweils an die Gates der Transistoren 1 und 2 angeschlossen. Ein im Mittelpunkt der Transistoren 1 und 2 angeschlossener Inverter 3 invertiert das an dem Mittelpunkt verfügbare Signal. Ein P-Kanal-Transistor 4 ist auf dem Inverter in Rückkopplung zwischen dem Eingang des Inverters und der Versorgungsspannung Vcc angeschlossen. Der Kreis 3-4 ist ein bistabiler Kreis. Vorzugsweise wird die auf die Leitung A gegebene Spannungsstufe CLK gleichzeitig wie eine Stufe mit komplementärer Polarität KLC auf das Gate eines N-Kanal-Transistors 5 gegeben, der parallel zwischen der Leitung B und der Masse M geschaltet ist. Wenn CLK den Wert Null hat, bringt der durch KLC leitend gemachte Transistor 5 die Spannung auf der Leitung B auf Null. Der Transistor 1 ist nun leitend und der Transistor 2 ist nun gesperrt derart, daß am Ausgang des Inverters 3 ein Signal Null verfügbar ist. Wenn die Spannungstufe angelegt wird, gelangt das Signal CLK zu 1 und das Signal KLC geht zu Null über. Der Transistor 5 gelangt in den gesperrten Zustand, während die Spannung Vb auf der Leitung B induziert wird.
Wenn die Passivierung noch vorhanden ist, wird die Spannung Vb Vb1 (in einem Beispiel 0,8 Volt). Diese Spannung ist größer als der Schwellwert für das Leitendsein des Transistors 2 derart, daß der Transistor leitend ist und den Eingang des Inverters 3 auf Null bringt. Als Folge ändert der bistabile Kreis 3-4 die Polarität: sein Ausgang geht zu 1 über. Wenn hingegen die Passivierung entfernt worden ist, ist die Spannung Vb2 (0,55 Volt) kleiner als der Schwellwert für das Leitendsein des Transistors 2: Dieser bleibt gesperrt, während der Transistor 1, der an seinem Gate eine positive Stufe empfängt, gesperrt wird. Der Mittenpunkt der beiden Transistoren 1 und 2, der auf kein spezielles Potential gebracht ist, wird durch den bistabilen Kreis 3-4 nun in seinem vorhergehenden Zustand gehalten. Der Ausgang des Inverters 3 bleibt Null. Er wechselt somit keinen Zustand. Es sei nun festgestellt, daß die einfachere Nutzung des Detektors der Erfindung darin besteht, ein Taktsignal CLK durch den Passivierungsdetektionskreis übergehen zu lassen. Wenn die Passivierung noch oberhalb des Kreises vorhanden ist, wird das Taktsignal übertragen, wenn sie fehlt, wird das Taktsignal unterdrückt.
Obenstehend sind die schlechteren Fälle erwähnt worden, die sich aus einer defekten Versorgung der integrierten Schaltung ergeben, die geschützt werden soll. Insbesondere wenn die elektrische Versorgung im Augenblick der Entpassivierung zu groß ist, kann die auf der Leitung B induzierte Spannung proportional zu stark sein und ausreichend sein, um den Transistor 2 auszulösen. Es wird indessen diese Spannung begrenzt, indem zwischen der Leitung A und der Masse M eine bestimmte Zahl von Dioden wie 6 bis 9 in Reihe angeordnet wird. Der Zusatz der Leitungsschwellwerte dieser Dioden begrenzt die Spannung, die auf die Leitung A aufgeprägt werden kann. In diesem Fall ist die Detektion der Entpassivierung vom Wert Vcc unabhängig.
Figur 2 stellt eine bevorzugte Ausführungsweise der speziellen Leitungen A und B dar, die in der integrierten Schaltung eingesetzt werden sollen. Um den Koeffizienten k zu vergrößern, was günstig für eine Vergrößerung von DVb ist, muß die metallisierte Leitung B von der metallisierten Leitung A umgeben sein. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche der Leitung A auf das Maximum vergrößert und es wird ein minimaler Abstand zwischen den beiden Leitungen vorgesehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Detektion der Entpassivierung einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (1-5) zur Detektion einer Änderung einer Leitungskapazität (Cab) umfaßt, die aus dieser Entpassivierung resultiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Detektion zwei durch die Passivierung wechselseitig kapazitiv gekoppelte (Cab) Leitungen (A, B) und einen Massekreis (Ca, Cb) umfassen, der kapazitiv mit wenigstens einer der Leitungen durch Anordnung im Gegensatz zu dieser Leitung gekoppelt ist, wobei die Passivierungskapazität die Gegenkapazität einer kapazitiven Teilerbrücke bildet, die zwischen den beiden Leitungen und Masse (M) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Detektion einen bistabilen Komparator (2) umfassen, der mit dem Mittelpunkt der Teilerbrücke verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine (A) der beiden Leitungen die andere (B) umgibt.

5. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Leitungen durch einen Begrenzerkreis (6-9) mit Masse verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzerkreis (6-9) einen Satz von Dioden in Reihe umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung metallisiert ist.

8. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Reihe mit den Leitungen zur Übertragung eines Taktsignals (CLK) zu dem integrierten Schaltkreis angeordnet ist.

9. Integrierter Schaltkreis, versehen mit mehreren Detektoren gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8.