DE69600376T2 - Passivierungs-Detektionsverfahren für integrierte Schaltungen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit einer dielektrischen Passivierungsschicht eines integrierten Schaltkreises. Sie bezieht sich außerdem auf einen Schaltkreis, der mit einem entsprechenden Detektor versehen ist.
• In einem integrierten Schaltkreis werden für gewöhnlich die aktiven Schichten mit mindestens einer dielektrischen Schutzschicht, Passivierungsschicht genannt, bedeckt. Diese Schicht dient zunächst dazu, zu verhindern, daß Verunreinigungen die elektrischen Eigenschaften des integrierten Schaltkreises verändern. Unterschiedliche Verfahren werden verwendet, um diese Schicht herzustellen, die es außerdem ermöglichen, eine relativ ebene Endoberfläche zu erreichen.
• Auf dem Gebiet des Schutzes von integrierten Schaltkreisen gegen jeden betrügerischen Eingriff erlaubt es diese Passivierungsschicht allein aufgrund ihrer Anwesenheit, die Untersuchung mit einem Elektronenmikroskop von internen statischen Signalen des integrierten Schaltkreises durchzuführen. Diese Isolatorschicht verhindert außerdem die Verwendung von Elektronikspitzen, um den Zustand interner Signale vorzugeben. Im übrigen ist es bekannt, einen Detektor für die Anwesenheit einer Passivierung zu verwenden, um gegebenenfalls ein Alarmsignal auszugeben. Das Alarmsignal kann die Funktion des Schaltkreises blockieren oder an ein intelligentes Organ des integrierten Schaltkreises abgeschickt werden. Photodetektoren (Dioden) werden ebenfalls verwendet. Man hat auch die kapazitive Kopplung von metallischen Interdigitalstrukturen verwendet. Bei normaler Funktion, wenn man einen Eingangsimpuls an die Struktur anlegt, erhält man am Ausgang an der anderen Struktur einen verstärkten Impuls. Diese Verstärkung dient als Basis für die Erfassung. Wenn man die Passivierungsschicht auf den Strukturen entfernt, ist der Verstärkungseffekt geringer, was am Ausgang zu einem abgeschwächten Impuls führt. Der Detektor erkennt diese Änderung und erzeugt ein Alarmsignal.
• Aber aufgrund der konstanten Weiterentwicklung bei der Entfernung von Schichten ist es fast schon leicht möglich, eine teilweise Entfernung der Passivierungsschicht durchzuführen, ohne einen Alarm auszulösen, trotz Detektoren.
• In dem Fall eines Detektors mit Interdigitalstruktur gelangt man außerdem dahin, die zwei Strukturen kurzzuschließen und am Ausgang ein verstärktes, erwartetes Signal anzulegen, wobei das Signal durch Simulation erzeugt wurde.
• Es wurde daher notwendig, einen Detektor vorzusehen, der die maximale Oberfläche des integrierten Schaltkreises abdecken kann. Mit anderen Worten, man kann es sich nicht erlauben, nur und einfach die bekannten Vorrichtungen zu vervielfachen, da die notwendigen elektronischen Schaltkreise zur Erfassung (insbesondere Vergleicher) dann zu umfangreich würden.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit einer Passivierung anzugeben, mit dem es möglich ist, eine optimale Überwachung der gesamten Oberfläche des integrierten Schaltkreises durchzuführen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen integrierten Schaltkreis anzugeben, der einen Detektor zum Erfassen der Anwesenheit einer Passivierung aufweist, welcher außerordentlich effizient ist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen integrierten Schaltkreis anzugeben, der einen Detektor zur Erfassung der Passivierung umfaßt, welcher schwer zu täuschen ist.
• Wie beansprucht betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit einer dielektrischen Passivierungsschicht auf einem integrierten Schaltkreis. Erfindungsgemäß besteht dieses Verfahren darin, eine Impulsfolge unterschiedlicher Breiten auf ein Ende einer Metalleitung, die um die Oberfläche des integrierten Schaltkreises unter der Passivierungsschicht gewickelt ist, auszugeben, die Zahl an Impulsen, die am anderen Ende der Metalleitung empfangen werden, zu zählen und diese Zahl mit wenigstens einem Referenzwert zu vergleichen, der typisch für den durch die Metalleitung und die Passivierungsschicht gebildeten Filter ist.
• Vorzugsweise synchronisiert man die Ausgabe und den Empfang durch einen Zufallsgenerator für ein Binärsignal.
• Die Erfindung betrifft außerdem einen integrierten Schaltkreis mit einem Detektor für die Anwesenheit einer dielektrischen Passivierungsschicht. Erfindungsgemäß umfaßt der Detektor eine Metalleitung, die um die Oberfläche des integrierten Schaltkreises unter der Passivierungsschicht gewickelt ist, einen Sender einer Impulsfolge unterschiedlicher Breiten an einem Ende der Metalleitung und einen Empfänger, der mit dem anderen Ende der Metalleitung verbunden ist, wobei der Empfänger dazu ausgelegt ist, die Zahl der empfangenen Impulse zu zählen und diese Zahl wenigstens mit einem Referenzwert zu vergleichen, der typisch für den Filter ist, der durch die Metalleitung und die Passivierungsschicht gebildet wird.
• Weitere Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung werden im einzelnen in der folgenden Beschreibung dargestellt, die lediglich Beispiele angibt, ohne daß die Erfindung auf diese beschränkt wäre, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
• - Fig. 1 ein Übersichtsdiagramm eines Detektorschaltkreises gemäß Erfindung darstellt;
• - Fig. 2 den Zeitverlauf ausgegebener und empfangener Signale gemäß dem Prinzip der Erfassung nach der Erfindung darstellt;
• - Fig. 3 ein Schema mit Einzelheiten eines integrierten Schaltkreises darstellt, der einen Detektorschaltkreis nach der Erfindung umfaßt, und
• - Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines integrierten Schaltkreises mit einer Metalleitung zeigt, die sich nach dem Prinzip der Erfindung um die Oberfläche wickelt.
• Ein Detektorschaltkreis nach der Erfindung umfaßt einen Sender 1, der eine Folge von Impulsen unterschiedlicher Breiten (Signal Se) an ein Ende 2a einer Metalleitung 2 ausgibt. Diese Metalleitung 2 ist um die Oberfläche des integrierten Schaltkreises unter einer Passivierungsschicht gewickelt. Das andere Ende 2b der Metalleitung ist mit dem Eingang eines Empfängers 3 verbunden.
• Der Sender umfaßt typischerweise Teilerschaltkreise für einen Referenztakt (wenigstens) und Synchronisationsschaltkreise, um die Folge von Impulsen zu bilden.
• Die Funktion des Empfängers 3 ist es, die Zahl an Impulsen zu zählen, die an dem Ende 2b empfangen wurden. Zu diesem Zweck kann der Empfänger einen Schaltkreis 4 zur Rückgewinnung von Impulsformen umfassen, typischerweise einen Schmitt-Trigger, der an seinem Ausgang mit einem Zähler 5 verbunden ist. Der Signalrückgewinnungsschaltkreis empfängt ein Signal Sr von der Metalleitung und liefert an den Zähler ein gefiltertes Signal Sf aus.
• Die Formen der Signale Se, die ausgesendet wurden, und Sr, die empfangen wurden, sind in Fig. 2 dargestellt.
• Die Metalleitung und die Passivierungsschicht bilden einen RC-Tiefpaßfilter. Durch Aussenden einer Pulsfolge unterschiedlicher Breiten an das Ende 2a erhält man am Ausgang nur die Impulse, deren entsprechende Frequenz Breiter als die Abschneidefrequenz dieses Filters ist. In dem Beispiel nach Fig. 2 verwendet man einfach eine Folge von Impulsen mit steigender Breite, die ein Vielfaches einer Referenzbreite τ haben. In diesem Beispiel zeigt auch das empfangene Signal abgeschwächte Impulse, bei denen die ersten Impulse der Breite τ und 2τ durch den Empfänger 3 nicht erfaßt werden. Ihre jeweilige Frequenz ist Breiter als die Abschneidefrequenz des Filters.
• Das rückgewonnene Signal Sf wird an den Takteingang des Zählers angelegt, der bei jedem neuen Impuls inkrementiert wird. Es reicht daher, die gezählte Zahl N mit einem Referenzwert Nref zu vergleichen, um ein binäres Signal Sd auszugeben, dessen Zustand "0" oder "1" anzeigt, ob eine Anomalie vorliegt. Dieser Referenzwert Nref wird am Ende der Herstellung in einer Testroutine des Schaltkreises bestimmt, bei welcher man eine Impulsfolge durch den Sender ausgeben läßt, um anschließend die Zahl Nref von am Ausgang empfangenen Impulsen zu zählen. Dieser Wert Nref wird danach in dem integrierten Schaltkreis in einem Register eines nicht flüchtigen und nicht löschbaren Speichers abgelegt.
• Wenn der abgezählte Wert N nicht mit dem Referenzwert Nref übereinstimmt, heißt das, daß der RC-Filter modifiziert wurde, d.h., daß die Passivierungsschicht entfernt oder beeinträchtigt worden ist und daher ein Alarm ausgelöst werden muß.
• Allgemein wird man den aktiven Zustand des Binärsignals Sd, das das Ergebnis des Vergleichs anzeigt, verwenden, um die Änderung des Zustands eines monostabilen Registers 7 auszulösen. Dieses Register kann z.B. von Zeit zu Zeit durch den Mikroprozessor des integrierten Schaltkreises in Verifikationsroutinen ausgelesen werden oder auch einen Interrupt an den Mikroprozessor abschicken. Nur der Mikroprozessor kann dieses Register auf Null zurücksetzen. Man kann außerdem dieses Signal Sd verwenden, um einen Selbstzerstörungsschaltkreis eines integrierten Schaltkreises zu aktivieren.
• Um den Vergleich durchzuführen, kann man einen Vergleichsschaltkreis 6 verwenden, der an einem Eingang den gezählten Wert N und am anderen Eingang den Referenzwert Nref empfängt.
• Der Vergleich könnte außerdem durch einen Mikroprozessor des integrierten Schaltkreises durchgeführt werden. In diesem Fall sieht man vor, daß das Ergebnis des Zählers in ein Register übertragen wird, das gelesen wird und dann durch den Zähler durch den Mikroprozessor während der Verifikationsroutinen reinitialisiert wird, und daß der gelesene Wert N verglichen wird mit dem Referenzwert Nref.
• Um die unterschiedlichen Elemente zu synchronisieren, verwendet man ein Taktsignal Ca. Dessen Frequenz hängt von der Länge der Impulsfolge ab, die man ausgeben möchte. Es wird an den Sender angelegt, um diesen zum Abschicken einer erneuten Impulsfolge zu veranlassen. Es wird an den Empfänger angelegt, um das Ergebnis an den Vergleicher oder ein Register (ansteigende Flanke) auszugeben und dann um den Zähler (abfallende Flanke) zu reinitialisieren. Es wird schließlich gegebenenfalls an den Vergleicher angelegt, um den Vergleich durchzuführen.
• Unter Berücksichtigung von Schwankungen von Funktionsparametern, wie der Spannung oder der Temperatur, die die Antwort des Filters aus Metalleitung und Passivierungsschicht modifizieren können, sind die Tests, die am Ende der Herstellung durchgeführt werden, derart, daß sie es ermöglichen, den Einfluß auf den Wert Nref unterschiedlicher möglicher Schwankungen zu messen. Man kommt somit dahin, ein Toleranzintervall zu definieren, das durch zwei Referenzwerte Nref1 und Nref2 eingegrenzt wird. Wenn der Zählwert N sich zwischen den zwei Werten befindet, kann das Ergebnis als korrekt angesehen werden. Man sieht vorzugsweise vor, den Vergleich mit diesen zwei Werten durchzuführen, um unnötigen Alarm zu unterdrükken, der ausgelöst wird durch Rauschen oder Schwankungen von Funktionsparametern.
• Man kann außerdem vorsehen, daß für den Fall, daß der integrierte Schaltkreis einen Mikroprozessor aufweist, eine numerische Filterung der Ergebnisse durchgeführt wird, um die Erfassung noch zu verfeinern. In diesem Fall wird der Mikroprozessor z.B. selbst den Vergleich durchführen, um eine Glättung der erhaltenen Ergebnisse zu bewirken.
• Die Erfindung erlaubt es, soweit beschrieben, die unterschiedlichen Probleme, die zuvor auftauchten, zu lösen. Tatsächlich wird es, da sich die Leitung um die Oberfläche wikkelt, sehr schwierig, eine Entfernung auch nur teilweise vorzunehmen, ohne daß die Eigenschaften des Filters dadurch beeinflußt werden: die normalerweise sehr kurzen Impulse werden daher empfangen und am Ausgang verrechnet, und das Ergebnis der einen oder mehreren Vergleichsoperationen wird falsch sein. Wenn man die Leitung unterbricht, erhält man überhaupt kein Signal am Ausgang mehr. Wenn dennoch schließlich die obengenannten Schwierigkeiten überwunden wären, müßte man immer noch die Impulsfolge, die am Ausgang erwartet wird, simulieren.
• Bei einer Weiterentwicklung sieht man, um die Erfassung sehr komplex werden zu lassen, noch die Verwendung eines Pseudozufallsgenerators vor, um den Synchronisationspuls Ca zu erzeugen. Das ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Generator 8 gibt einen Zufallswert an einen Zähler 9 aus, der diesen Wert bis auf Null herunterzählt, in Synchronisation mit einem Takt Ck1. Ein Ausgang Rc (Nulldurchgang) des Zählers ändert seinen Zustand, und diese Zustandsänderung wird durch eine monostabile Kippstufe 10 erfaßt, die den Synchronisationspuls Ca ausgibt. Der Generator wird kalibriert, damit der Synchronisationspuls in Intervallen ausgegeben wird, die Breiter als die Länge der auszugebenden Impulsfolge ist.
• Vorzugsweise arbeitet dieser Generator mit seiner eigenen Taktfrequenz ha. Diese Taktfrequenz kann selbst zufällig gemacht werden, indem man sie mit den Temperaturschwankungen oder Schwankungen der Versorgungsspannung des Schaltkreises schwanken läßt. Die Zufallswerte, die durch die Schieberegister des Generators erzeugt wurden, können auch in den Generator zurückgeschleift werden.
• Man kann so (Fig. 3) in dem integrierten Schaltkreis einen Mikroprozessor 11, einen nicht flüchtigen und nicht löschbaren Speicher 12 und ein Register 13 am Ausgang des Zählers 5 des Empfängers 3 haben. Dieser Mikroprozessor, dieser Speicher und dieses Register sind in dem Beispiel alle über einen Datenbus und einen Adreßbus B zugänglich. Die anderen Elemente des Empfängers 3 (Signalrückgewinnungsschaltkreis 4, Zähler 5), der Sender 1 und der Generatorschaltkreis für den Synchronisationsimpuls (8, 9, 10) sind selbst nicht zugänglich über diesen Bus. Der Generatorschaltkreis für den Impuls verfügt über einen Schaltkreis 14 zur Erzeugung seines eigenen Taktsignals aus einem Oszillator osc1. Eine Zeitbasis 15 mit einem weiteren Oszillator osc2 erlaubt es, die anderen notwendigen Taktsignale für den Schaltkreis zu erzeugen, insbesondere das Taktsignal Ck2 des Mikroprozessors und Ck3, das oder die notwendig sind für den Sender 1, um die Impulsfolge (Signal Se) zu erzeugen.
• Diverse unterschiedliche Strukturen sind möglich, und in dem Obigen handelt es sich nur um ein Beispiel, auf das die Erfindung keineswegs eingeschränkt ist, die durch die Ansprüche definiert ist.
• Fig. 4 zeigt schließlich perspektivisch einen integrierten Schaltkreis mit einer Metalleitung 2, die sich um die Oberfläche unter der äußeren Passivierungsschicht 16 wickelt. Unter der Metalleitung befindet sich eine Isolatorschicht 17 und die genannten aktiven Schichten des integrierten Schaltkreises.

Claims (11)

1. Verfahren zur Erfassung der Anwesenheit einer dielektrischen Passivierungsschicht (16) auf einem integrierten Schaltkreis, das Aussenden einer Impulsfolge (Se) unterschiedlicher Breiten auf ein Ende (2a) einer Metalleitung (2), die um die Oberfläche des integrierten Schaltkreises unter der Passivierungsschicht gewickelt ist, das Zählen der Zahl an Impulsen, die am anderen Ende der Metalleitung empfangen werden, und das Vergleichen dieser Zahl (N) mit wenigstens einem Referenzwert (Nref), der typisch für den durch die Metalleitung und die Passivierungsschicht gebildeten Filter ist, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es das Vergleichen der Zahl mit zwei Referenzwerten umfaßt, die ein Toleranzintervall definieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge sequentiell bei Aktivierung eines binären Signals erfolgt, das den Empfang synchronisiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungssequenz des binären Signals zufällig ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich durchgeführt wird durch einen Mikroprozessor des integrierten Schaltkreises, der außerdem eine numerische Filterung der erhaltenen Resultate durchführt.

6. Integrierter Schaltkreis mit einem Detektor für die Anwesenheit einer dielektrischen Passivierungsschicht, wobei der Detektor eine Metalleitung (2), die um die Oberfläche des integrierten Schaltkreises unter der Passivierungsschicht (16) gewickelt ist, einen Sender (1) einer Impulsfolge (Se) unterschiedlicher Breiten an einem Ende (2a) der Metalleitung und einen Empfänger (3), der mit dem anderen Ende (2b) der Metalleitung verbunden ist, umfaßt, wobei der Empfänger dazu ausgelegt ist, die Zahl der empfangenen Impulse zu zählen und diese Zahl wenigstens mit einem Referenzwert zu vergleichen, der typisch für den Filter ist, der durch die Metalleitung und die Passivierungsschicht gebildet wird.

7. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Vergleicher (6) umfaßt, der dazu ausgelegt ist, die gemessene Zahl mit zwei Referenzwerten zu vergleichen, die ein Toleranzintervall definieren.

8. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er nicht flüchtige Speicherelemente zum Abspeichern des oder der Referenzwerte umfaßt.

9. Integrierter Schaltkreis nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Schaltkreis zum sequentiellen Erzeugen eines binären Signals umfaßt, das an den Sender und an den Empfänger abgegeben wird, damit Impulsfolgen sukzessiv ausgesendet werden und die entsprechenden Messungen durchgeführt werden.

10. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis zum Erzeugen ein Zufallsgenerator ist.

11. Integrierter Schaltkreis nach einem der Ansprüche 9 oder 10, der einen Mikroprozessor umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger einen Zähler umfaßt, dessen Ausgang durch den Mikroprozessor ausgelesen wird, um den Vergleich mit den Referenzwerten durchzuführen und nachfolgend eine numerische Filterung der erhaltenen Ergebnisse durchzuführen.