具有防止逆向工程特性的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有防止逆向工程特性的半導(dǎo)體器件
[0001]本申請(qǐng)要求2013年11月提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/739，463的優(yōu)先權(quán)，其是2012年10月30日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/663,921的繼續(xù)部分，其是2011年7月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3/194，452的分案，其要求2011年7月提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/494，172的權(quán)益，在此通過(guò)引用并入其全部?jī)?nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0002]希望能設(shè)計(jì)難以進(jìn)行逆向工程的電子芯片，以保護(hù)電路設(shè)計(jì)。已知的逆向工程技術(shù)包括拆卸芯片層從而暴露出邏輯器件的方法。
[0003]半導(dǎo)體拆卸技術(shù)通常涉及成像器件層、去除該層、成像下一層、去除該層，以此類(lèi)推直到實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的完整表現(xiàn)。通常用光學(xué)或電子顯微鏡完成層的成像。通過(guò)用諸如研磨或拋光的物理手段、通過(guò)蝕刻特定化合物的化學(xué)手段、通過(guò)激光或聚焦離子束技術(shù)(FIB)，或者通過(guò)能夠去除這些層的任何其它已知方法完成層的去除。圖1示出由拆卸逆向工程技術(shù)成像的一些半導(dǎo)體層和區(qū)域。
[0004]一旦完成半導(dǎo)體器件拆卸，并且收集到成像信息，可以使用擴(kuò)散層、多晶硅、限定用于創(chuàng)建邏輯門(mén)的MOS器件的阱區(qū)、以及限定這些邏輯門(mén)如何互連的金屬層來(lái)重新構(gòu)建該器件的邏輯功能。圖2示出這些半導(dǎo)體層如何限定MOS器件。
[0005]美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7711964公開(kāi)了用于保護(hù)邏輯配置數(shù)據(jù)的一種方法。對(duì)用于邏輯器件的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并用硅密鑰對(duì)解密密鑰進(jìn)行加密。將加密后的解密密鑰和配置傳送到邏輯器件。用硅密鑰來(lái)解密該解密密鑰，其然后用于解密該配置數(shù)據(jù)。這種方法的一個(gè)問(wèn)題是，如上所述，芯片無(wú)法防止物理逆向工程。
[0006]已知有許多其它的密碼學(xué)技術(shù)。但是，所有的密碼學(xué)技術(shù)都易受傳統(tǒng)拆卸技術(shù)的攻擊。
[0007]公開(kāi)的是用于設(shè)計(jì)能夠抵抗這些技術(shù)的半導(dǎo)體器件的方法。半導(dǎo)體器件包括不能清楚指示器件功能的物理幾何形狀。例如，半導(dǎo)體器件被設(shè)計(jì)為其邏輯器件中的兩種或多種類(lèi)型具有相同的物理幾何形狀。當(dāng)執(zhí)行拆卸方法時(shí)，兩個(gè)或多個(gè)器件將顯示同樣的物理幾何形狀，但是，這兩個(gè)或多個(gè)器件具有不同的邏輯功能。這可以防止執(zhí)行逆向工程的人通過(guò)觀察器件物理幾何形狀的公知方法確定邏輯功能。
[0008]采用所公開(kāi)的方法和器件將迫使逆向工程采用更難的技術(shù)。這些技術(shù)更耗時(shí)、更昂貴，并且更有可能存在誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本方法和器件呈現(xiàn)了難以用已知的技術(shù)進(jìn)行逆向工程的半導(dǎo)體器件。
[0010]在一個(gè)方面中，一種ROM電路包括:第一 N溝道晶體管，其具有輸出并且具有下述器件幾何形狀和器件特性，適于當(dāng)P溝道電路連接到第一 N溝道晶體管時(shí)，以預(yù)定電壓電平對(duì)輸出進(jìn)行偏置；傳輸晶體管，其連接在輸出端和數(shù)據(jù)總線(xiàn)之間，該傳輸晶體管連接到字線(xiàn)，該字線(xiàn)適于當(dāng)字線(xiàn)被斷言時(shí)導(dǎo)通該傳輸晶體管；以及P溝道電路，其連接到數(shù)據(jù)總線(xiàn)，并且適于當(dāng)傳輸晶體管導(dǎo)通時(shí)提供泄漏電流以充電在第一N溝道晶體管中的柵極。
[0011]一種器件是包括第一器件和第二器件的電子元件。第一器件具有第一幾何形狀和第一特性，而第二器件具有第二幾何形狀和第二特性。第一幾何形狀與第二幾何形狀是相同的，而第二特性與第一特性不同。電子元件可以包括額外的器件。這些器件可以是有源器件或者它們可以是硅化物多晶硅電阻器和非硅化物多晶硅電阻器。
[0012]第二器件是包括第一邏輯器件和第二邏輯器件的電子電路。第一邏輯器件和第二邏輯器件中的至少一個(gè)包括具有第一幾何形狀和第一特性的第一器件，以及具有第二幾何形狀和第二特性的第二器件。第一幾何形狀與第二幾何形狀相同，而第二特性與第一特性不同。
[0013]提供了能夠抵抗逆向工程的半導(dǎo)體器件的制造方法。該方法包括提供一個(gè)或多個(gè)隱形偏壓發(fā)生器，其包括具有第一幾何形狀和第一特性的第一器件，以及具有第二幾何形狀和第二特性的第二器件，其中第一幾何形狀與第二幾何形狀相同而第二特性與第一特性不同。提供多個(gè)邏輯器件，并且一個(gè)或多個(gè)隱形偏壓發(fā)生器隨機(jī)分布在邏輯器件內(nèi)。
[0014]提供了能夠抵抗逆向工程的半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)方法。該方法包括提供一個(gè)或多個(gè)隱形偏壓發(fā)生器，其包括具有第一幾何形狀和第一偏置電壓的第一器件，以及具有第二幾何形狀和第二偏置電壓的第二器件，其中第一幾何形狀與第二幾何形狀相同，而第二偏置電壓與第一偏置電壓不同。該方法還包括提供多個(gè)邏輯器件；以及在邏輯器件內(nèi)隨機(jī)分布的一個(gè)或多個(gè)隱形偏壓發(fā)生器。
[0015]提供了能夠抵抗逆向工程的半導(dǎo)體器件的另一種制造方法。該方法包括提供襯底，提供第一金屬層，其中電子器件的輸出位于第一金屬層上。該方法還包括提供第二金屬層，其中該電子器件的柵極位于第二金屬層上，其中第一金屬層位于第二金屬層下方，并且為了測(cè)試輸出的電平必須去除第二金屬層。
[0016]本發(fā)明的這些和其它特征及目的將從應(yīng)該根據(jù)附圖來(lái)閱讀的后面實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】中得到更全面的理解。
[0017]就這一點(diǎn)而言，在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明在其應(yīng)用上不限于本說(shuō)明書(shū)所陳述的或附圖所說(shuō)明的構(gòu)造細(xì)節(jié)和構(gòu)件布置。本發(fā)明可以具有其它實(shí)施例并且可以用其它各種方式來(lái)實(shí)施或?qū)崿F(xiàn)。此外，需要理解的是此處所采用的措辭和術(shù)語(yǔ)，以及摘要，是以說(shuō)明為目的而不應(yīng)被視為限制。
[0018]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解本公開(kāi)所依據(jù)的概念可以很容易地作為其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各個(gè)方面。重要的是，應(yīng)認(rèn)為權(quán)利要求包括那些等同的構(gòu)造，只要它們不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖并入本說(shuō)明書(shū)并形成本說(shuō)明書(shū)的一部分，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理；
[0020]圖1說(shuō)明通過(guò)拆卸逆向工程技術(shù)來(lái)成像的半導(dǎo)體層和區(qū)域；
[0021]圖2說(shuō)明半導(dǎo)體層如何限定MOS器件；
[0022]圖3說(shuō)明抵抗傳統(tǒng)逆向工程的電路；
[0023]圖4說(shuō)明使用電平移位器的電路構(gòu)造；
[0024]圖5說(shuō)明使用電平移位器的第二構(gòu)造；
[0025]圖6說(shuō)明沒(méi)有比較器的電路構(gòu)造；
[0026]圖7說(shuō)明沒(méi)有比較器的第二電路構(gòu)造；
[0027]圖8說(shuō)明具有六個(gè)有源器件的電路構(gòu)造；
[0028]圖9A說(shuō)明使用本公開(kāi)技術(shù)的多路復(fù)用器；
[0029]圖9B說(shuō)明使用本公開(kāi)技術(shù)的多路復(fù)用器的第二實(shí)施例；
[0030]圖10示出“NAND (與非)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0031]圖11示出“NOR(或非)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0032]圖12示出“ INVERT (反相)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0033]圖13示出“BUFFER(緩沖)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0034]圖14示出“X0R(異或)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0035]圖15示出“XN0R(異或非)”邏輯功能的實(shí)現(xiàn)方式；
[0036]圖16A說(shuō)明具有有源元件的IBG器件；
[0037]圖16B說(shuō)明具有有源元件的IBG器件的替代實(shí)施例；
[0038]圖17說(shuō)明包括電阻器的電路；
[0039]圖18說(shuō)明具有有源器件的硅晶片的側(cè)視圖；
[0040]圖19示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的2晶體管(2T) IBG ROM電路；
[0041]圖20示出根據(jù)本發(fā)明的2T IBG ROM的2x2陣列；
[0042]圖21示出根據(jù)本發(fā)明的2T架構(gòu)ROM系統(tǒng)的功能方框圖；
[0043]圖22示出根據(jù)本發(fā)明的2T IBG ROM的替代實(shí)施例；
[0044]圖23示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的3晶體管(3T) IBG ROM的位對(duì)電路；
[0045]圖24示出根據(jù)本發(fā)明的3T架構(gòu)ROM系統(tǒng)的功能方框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0046]許多包含邏輯功能的半導(dǎo)體工藝提供在不同環(huán)境中使用的不同類(lèi)型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件。例如，一個(gè)器件只能操作于較低電壓下并且其尺寸可以調(diào)整為最小幾何形狀。另一個(gè)器件可以操作于較高電壓下并且其尺寸不能調(diào)整為最小幾何形狀。使用這種設(shè)備允許半導(dǎo)體器件與外部信號(hào)接口，該外部信號(hào)的電壓與內(nèi)部最小尺寸器件相比更尚O
[0047]在前一示例中MOS器件的類(lèi)型通常受控于擴(kuò)散材料的電特性。用離子注入劑量和能量輕微地改變?cè)摬牧系脑咏Y(jié)構(gòu)，從而改變這些特性。這種過(guò)程通常被描述為“摻雜”。傳統(tǒng)的逆向工程拆卸技術(shù)不能檢測(cè)到電特性的這種輕微改變。
[0048]為了提供能夠抵抗這些逆向工程技術(shù)的器件，開(kāi)發(fā)了隱形偏壓發(fā)生器(IBG)。IBG可以被定義為具有至少兩個(gè)內(nèi)部器件的電子器件，其中其內(nèi)部器件的物理幾何形狀不能用于確定IBG的操作特性。
[0049]IBG的一個(gè)例子是其中兩個(gè)內(nèi)部器件具有相同幾何形狀但是不同操作的器件。例如，第一器件可以是在第一電壓電平下操作的晶體管，而第二器件是在不同電壓電平下操作的晶體管。在另一個(gè)例子中，第一器件是硅化物電阻器而第二器件是非硅化物電阻器。在另一個(gè)例子中，導(dǎo)電油墨被用于創(chuàng)建電子電路，而油墨中的導(dǎo)電材料總量在兩個(gè)元件之間變化。
[0050]IBG的另一個(gè)例子是其中兩個(gè)內(nèi)部器件具有不同幾何形狀但是相同操作特性的器件。例如，第一器件可以以第一特性操作的晶體管，而第二器件是以相同特性操作的更大晶體管。在另一個(gè)例子中，第一器件是硅化物電阻器而第二器件是非硅化物電阻器。在另一個(gè)例子中，導(dǎo)電油墨被用于創(chuàng)建電子電路，而油墨中導(dǎo)電材料的量在兩個(gè)元件之間變化。
[0051]IBG電路的另一個(gè)例子包括具有多種可能的幾何形狀以及多種可能的操作特性的器件，而給定的幾何形狀和操作特性之間