(57)【要約】本発明は、基板内に形成される集積回路を、能動シールドを用いて保護する装置を提示する。この能動シールドは、送信器、受信器、この送信器と受信器との間に延びる、少なくとも２つの導体トラック、ならびに、この送信器および受信器と接続された駆動および評価デバイスを有する。シールドは、集積回路を少なくとも部分的に覆う。基板上に付与された被覆材料は、集積回路の機械的保護を形成する。シールドはスイッチング装置を有し、これにより、第１のスイッチング状態にて、容量計測法が実行可能であり、第２のスイッチング状態にて、シールドの損傷が検出可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド（１）および基板上に付与された覆いを用いて該基板内に形成された集積回路（１３）を保護する装置であって、該シールドは、該集積回路（１３）を少なくとも部分的に覆い、送信器（２）、受信器（３）、該送信器（２）と該受信器（３）との間に延びる、少なくとも２つの導体トラック（４、５）、ならびに該送信器（２）および該受信器（３）と接続された駆動および評価デバイス（８）を備え、
該シールド（１）は、スイッチング装置（６）を有し、それによって、第１のスイッチング状態にて容量計測法が実行可能であり、第２のスイッチング状態にて該シールド（１）の損傷が検出可能であることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記スイッチング装置（６）は、前記導体トラック（４、５）の一部に提供されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スイッチング装置（６）は、複数のスイッチ（７）を有し、該スイッチ（７）は、導体トラック（４）にそれぞれ提供されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
２つの導体トラック（４、５）は、容量結合が可能であるように、それぞれ隣接し合って配置されることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の装置。
【請求項５】
スイッチ（７）を有する導体トラック（４）と、スイッチを有さない導体トラック（５）は、容量結合が可能であるように、それぞれ隣接し合って配置されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の装置。
【請求項６】
前記２つの導体トラック（４、５）は、互いに直接的に隣接し合って延びることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記２つの導体トラック（４、５）間に、少なくとも１つのさらなる導体トラック（１５）が位置することを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項８】
前記さらなる導体トラック（１５）は、浮動状態にあることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記スイッチング装置（６）の前記スイッチ（７）は、前記駆動および評価デバイス（８）と接続され、該駆動デバイスおよび評価デバイス（８）によって制御可能であることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
前記シールド（１）の前記受信器（３）は、前記駆動および評価デバイス（８）と接続されることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記スイッチング装置（６）は、前記送信器（２）の部分であることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
基板内に形成された集積回路（１３）を、請求項１〜８の１つに記載の装置を用いて「リバースエンジニアリング」から保護する方法であって、該方法は、
ａ）前記駆動および該評価デバイス（８）によって、前記スイッチング装置（６）の前記スイッチング状態を選択する工程と、
ｂ）前記送信器（２）によって、信号をそれぞれ前記導体トラック（４、５）に付与する工程と、
ｃ）該駆動および評価デバイス（８）によって、前記受信器（３）によって受信された該信号を評価する工程と、
ｄ）該駆動および評価デバイス（８）によって、該信号が評価された場合、該集積回路の機能変更を引き起こす工程と、
ｅ）予定された信号である場合、工程ａ）〜工程ｄ）を繰返す工程と
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記スイッチング状態の選択は、前記駆動および評価デバイス（８）によって、選択的または交互に行なわれることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スイッチング状態は、周期的またはランダムな時間間隔で切り換えられることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記スイッチング装置（６）が、前記第２のスイッチング状態にある場合、少なくとも、スイッチを有する導体トラック（４）に存在する信号と、スイッチを有しない隣接する導体トラック（５）に存在する信号は、異なることを特徴とする、請求項１２〜１４の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、シールドおよび該基板上に付与された覆いを用いて、基板内に形成された集積回路を保護する装置に関する。シールドは、該集積回路を少なくとも部分的に覆い、送信器、受信器、この該送信器と該受信器との間に延びる、少なくとも２つの導体トラック、ならびに該送信器および受信器と接続された駆動および評価デバイスを備える。
【０００２】
集積回路を分析、いわゆる「リバースエンジニアリング（Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）」を行なうことが可能である。この分析は、単に機能方法を分析することか、あるいはデータ内容または機能シーケンスを操作する目的で、機能方法に影響を及ぼすことに利用され得る。分析の目的で、第１のステップにて、最初に、チップの表面を覆う材料が分解される。この材料は、半導体構成要素のハウジングを形成する樹脂材料か、または、チップの表面および電気的接続を機械的な損傷から保護するためにのみ利用される、いわゆる「グローブトップ（Ｇｌｏｂｅ　Ｔｏｐ）」のどちらかであり得る。このような「グローブトップ」は、例えば、スマートカードモジュールにおいて用いられる。チップのパシベーション層上に、さらに、通常、薄い樹脂層（「イミド」、「フォトイミド（Ｐｈｏｔｏｉｍｉｄ）」）が付与される。さらに、この層は、リバースエンジニアリング法において除去される。半導体チップを包囲するか、または覆う材料が除去された後、通常、半導体チップのパシベーション層がアクセス可能である。パシベーション層は、エッチング法、レーザ法またはＦＩＢ（収束イオンビーム）法を用いて、選択的に除去可能であり得る。これによって、信号線へのアクセスが取得される。
【０００３】
集積回路の分析は、原則的に、望ましくない。特に、セキュリティに関連した回路、例えば、電子財布等の機能を含む、スマートカード上のマイクロ制御器において、リバースエンジニアリングは、可能性に応じて阻止され得る。実際には、このような分析を少なくとも困難にし得る、種々の方法が既に存在する。集積回路を保護するために、いわゆるシールドを用いて回路を覆うことが公知である。この場合、シールドは、集積回路上に延びる少なくとも２つの導体トラックを含む。受動シールドの場合、導体トラックの少なくとも１つに、半導体チップの供給電位が存在し、もう一つの導体トラックに、接地電位が存在する。これらの導体トラックの中断または短絡は、評価回路によって検出される。この評価回路は、その後、集積回路をより安全な状態にする。これは、例えば、リセットを引き起こすか、または記憶内容を消去することであり得る。いわゆる能動シールドの場合、それぞれの導体トラックに存在する信号は、駆動および評価デバイスによって変更され得る。これによって、受動シールドに関して、分析に対するセキュリティは強化される。なぜなら、シールドは、バイパスまたは配線し直し（Ｕｍｖｅｒｄｒａｈｔｕｎｇ）によって機能を果たす能力が与えられ得るのではないからである。この場合、導体トラックの流れ（Ｖｅｒｌａｕｆ）は、蛇行形状または格子形状で複数のレベルにおいて実現され得る。
【０００４】
ＷＯ９７／３６３２６号から、成形材料からなる樹脂ハウジングの除去が検出され得る方法および装置が公知である。この場合、樹脂成形材料が除去される際に、２つの導体トラック間で変化するキャパシタンスが検出される。この目的のために、樹脂成形材料ハウジングにおいて、複数のセンサが提供される。しかしながら、これらのセンサは、樹脂成形材料が除去される前に、すでに容易に確認し得、従って、ハウジングを除去する際に、選択的に省略され得るので、キャパシタンスの変化は検出され得ない。
【０００５】
さらに、ＵＳ４，８６８，４８９号から、パシベーション層の除去がチップ表面を介して検出される方法が公知である。このために、複数の、比較的大きく形成された検出器が提供される。その大きさゆえに、この検出器は用意に認識可能であり、従って、迂回可能である。さらに、上述の米国特許に記載される構成は、集積回路を覆うシールドが、検出器のある位置において、それぞれ１つの開口部（Ａｕｓｓｐａｒｕｎｇ）を有しなければならないという不利な点を有する。これによって、分析が可能になる、弱い位置が生成される。
【０００６】
従って、本発明の課題は、分析に対する保護の改善が可能である、基板内に形成される集積回路を保護する装置を提示することである。さらに、リバースエンジニアリングに対してこのような集積回路を保護する方法が提示される。
【０００７】
この課題は、請求項１（装置）および請求項１２（この装置を保護する方法）の特徴によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項から明らかである。
【０００８】
本発明は、基板内に形成された集積回路を、能動シールドを用いて保護する装置を提示する。この集積回路の場合、シールドはスイッチング装置を有する。その結果、第１のスイッチング状態にて、容量性計測法が実行可能であり、第２のスイッチング状態にて、シールドの損傷が検出可能である。
【０００９】
従って、能動シールドは、本発明により、２つの機能間で切り換え可能である。スイッチング装置が第２のスイッチング状態にある場合、導体トラック間で短絡、または中断された導体トラックが認識され得る。従って、能動シールドにおける操作が認識可能であり、ここで、この機能性は、能動シールドの一般的な機能方法に対応する。
【００１０】
スイッチング装置が第１のスイッチング状態を有する場合、容量計測法は、２つの信号線間で実行される。例えば、線のうちの１つに信号が付与される。この信号は、２つの線間のキャパシタンスが対応して高い場合、評価回路によって第２の線上で検出され得る。この場合、１つの導体トラックに供給された信号は一定であり、周期的またはランダムな特性を有する。
【００１１】
本発明による装置は、上述の２つの計測法が互いに対して保護し合う特別な利点を有する。容量計測法は、は、例えば、ＦＩＢ法を用いて、２つの導体トラック間に短絡ハンガー（Ｋｕｒｚｓｃｈｌｕｓｓｂｕｅｇｅｌ）を付与することによって回避され得る。しかしながら、このような攻撃は、スイッチング装置が第２のスイッチング状態にある場合、「通常の」動作モードによって検出される。他方、容量計測法は、従来の能動シールド法を保護する。なぜなら、攻撃するためには、被覆剤慮の除去が必要とされ、この除去は、容量計測法によって検出されるからである。
【００１２】
能動シールドにスイッチング装置を提供することのみを条件とする、２つの検出方法を組み合わせることによって、集積回路の分析に対する保護は、実質的に強化され得る。両方の計測法は、従来技術と異なって、空間的に分離されないので、局所的に限定された攻撃も、もはや目的を達成しない。
【００１３】
本発明の有利な実施形態において、スイッチング装置は、導体トラックの一部分にのみ提供される。スイッチング装置は、好適には、複数のスイッチを有し、これらのスイッチは、それぞれ導体トラックに提供される。好適には、スイッチを有する導体トラックと、スイッチを有さない導体トラックとは、容量結合が可能であるように、それぞれ隣接し合って配置される。この場合、容量結合は、スイッチを有さない導体トラック内に供給された信号が、容量結合された導体トラックにおいて、受信器によってほぼ同一に受信されるようでなければならない。この場合、２つの導体トラックは、１つの変形において、互いに直接的に隣接し合って延び得る。別の変形によると、２つの導体トラック間に、少なくとも１つのさらなる導体トラックが配置され得る。この、少なくとも１つのさらなる導体トラックは、有利にも浮動状態にある。すなわち、この導体トラックは、計測法には利用されない。この実施形態によって、２つの導体トラック間で、より大きな容量結合が達成され得る。２つの導体トラック間において、さらに、少なくとも断片的に導体トラックが延び得、これは、計測法のために用いられる。
【００１４】
有利にも、スイッチング装置のスイッチは、駆動および評価デバイスと接続され、これらによって制御可能である。同様に、シールドの受信器は、適切にも、駆動および評価デバイスと接続される。従って、スイッチング装置のスイッチおよび受信器は、駆動および評価デバイスによって、どの計測法が実施されるかという、対応する情報を取得する。一部分が駆動および評価デバイスであり得る受信器は、その後、予定された信号が受信されるかどうか、または外部から操作が実行されるかどうかを区別することができる。
【００１５】
本発明の実施形態において、スイッチング装置は送信器の部分である。この場合、送信器は、駆動および評価デバイスと接続される。
【００１６】
基板内に形成された集積回路を「リバースエンジニアリング」から保護する、本発明による方法は、以下の工程、
ａ）駆動および評価デバイスによって、スイッチング装置を選択する工程、
ｂ）送信器によって、それぞれ１つの信号を導体トラックに付与する工程、
ｃ）駆動および評価デバイスによって、受信器によって受信される信号を評価する工程、
ｄ）該駆動および評価デバイスによって信号が評価された場合、該集積回路の機能変更を引き起こす工程、
ｅ）予定された結果である場合、工程ａ〜工程ｄを繰返す工程
を包含する。
【００１７】
好適には、スイッチング装置のスイッチング状態の選択は、駆動および評価デバイスによって、選択的または交互に行なわれる。従って、シールドは、駆動および評価デバイスによる制御に応じて、能動シールドの容量計測法と通常の動作モードとの間を切り換える。
【００１８】
特に良好な保護は、スイッチング装置のスイッチング状態が周期的またはランダムな時間的間隔で変化する場合に達成される。
【００１９】
セキュリティのさらなる強化は、スイッチング装置が、第２のスイッチング状態、すなわち通常の動作モードにある場合、少なくとも、スイッチを有する導体トラック、およびスイッチを有しない隣接する導体トラックに存在する信号が異なることによって可能になる。
【００２０】
本発明は、以下における両方の図を参照して、さらに詳細に説明される。
【００２１】
図１および図２は、基板内に形成された集積回路を保護する、本発明による装置の基本的構成を示す。これらの図は、個々の構成要素それぞれに割り当てられた機能のみを示す。しかしながら、これらの図は、示された構成要素が、空間的にどのように互いに配置されるかについて教示しない。
【００２２】
基板内の集積回路を分析されないように守る可能性は、集積回路の基板から離れた主用面上を、シールドを用いて、少なくとも部分的に覆うことである。この場合、少なくとも、重要な（ｋｒｉｔｉｓｃｈ）信号を搬送する、集積回路の導体トラックを覆い得る。ここで、能動シールドは、図１に示すように、送信器２、受信器３、駆動および評価デバイス８、および、送信器２と受信器３との間に延びる少なくとも２つの導体トラック４、５を備える。図１において、互いに平行に延びる４つの導体トラック４、５が設けられる。送信器２と受信器３との間の導体トラックの数は、原則的に、任意に多くしてよい。有利にも、導体トラック４、５は、蛇行形状または格子形状で、２つ以上のレベルにおいて互いに向き合って配置される。
【００２３】
能動シールドの通常の動作モードにて、図１に示されるように、送信器２によって導体トラック４、５の各々に信号が付与される。この信号は、導体トラック４、５が無傷の場合、受信器３によって、全く同様に受信されなければならない。駆動および評価デバイス８は、送信器に所与の大きさ（Ｈｏｅｈｅ）で信号を送信させ、受信器３によって取得された信号を評価する。受信された信号が、送信された信号と一致しない場合、駆動および評価デバイス８は、導体トラック１４を介して集積回路１３に機能を切り換えさせる。この切り換えは、例えば、記憶媒体内に存在するデータを消去するか、リセットを行なうことである。
【００２４】
集積回路の操作または分析は、一方で、半導体チップを包囲する被覆材料（図示せず）、および集積回路上に存在するシールドが除去、または迂回されなければならないことを条件とする。本発明により、ここで、すでに覆いの除去を検出することが可能である。概念「覆い」は、ここで、集積回路のパシベーション上の、グローブトップ等の被覆材料とも、場合によっては、追加的に存在する１つ以上の保護層とも理解される。
【００２５】
この目的のために、本発明による装置は、導体トラック４、５の一部分に提供されるスイッチング装置６を有する。本例示の実施形態において、４で表示される導体トラックは、そのようなスイッチを有する。５で表示される導体トラックには、スイッチが提供されない。スイッチは、簡単なトランジスタとして、論理として、またはゲートとして提供され得る。
【００２６】
スイッチング装置、すなわち、スイッチング装置のそれぞれのスイッチは、駆動および評価デバイス８と接続される。同様に、受信器３は、駆動および評価デバイス８と接続される。スイッチング状態は、駆動および評価デバイス８によって制御される。同様に、受信器３に、スイッチング装置の状態について通知され、従って、受信信号の正確な評価が行なわれ得る。
【００２７】
この図１において、スイッチング装置６のスイッチ７は閉じられているので、導体トラック４は、一般的な能動シールドの実施形態に対応する。
【００２８】
図２において、スイッチング装置６のスイッチ７は、導体トラック４が送信器と受信器３との間で中断するように、駆動および評価デバイス８によって駆動される。
【００２９】
本発明により、スイッチ７を有する導体トラック４、およびスイッチを有しない導体トラック５は、スイッチが開かれた場合に、導体トラック４、５間に容量結合が生じ得るように、互いに隣接し合って配置される。上方の導線の対は、本例示の実施形態において、直接的に隣接し合って延び、他方、下方の導線の対の導体トラック４、５間に、浮動の、さらなる導体トラックが提供される。この変形の場合、容量計測中に、より強い容量結合が可能である。従って、送信器２によって導体トラック５に供給された信号は、受信器３において接続された、導体トラック４および５の端部にて受信されなければならない。
【００３０】
図２に示される容量計測法と、図１による通常の計測法との差別化を行なうために、通常の計測法で、導体トラック４と導体トラック５に異なった信号を供給することは有利である。通常の計測法の場合、その後、受信器３において、対応して、異なった計測信号が受信されなければならない。しかしながら、容量計測法の場合、導体トラック４および５において、受信器３から、ほぼ同一の信号値が受信されなければならない。
【００３１】
駆動および評価デバイス８は、ランダムまたは周期的に切り換わる信号シーケンスを能動シールドに送信し、ここで、このシールドは、所与の期間それぞれについて、容量計測法、および、その後、通常の計測法を実行する。すなわち、容量計測法と通常の計測法とを切り換える。容量計測法を用いて、チップの覆い、グローブトップ、またはパシベーション上の樹脂保護層（例えば、「イミド」）の除去、さらに、パシベーション層自体の除去が検出され得る。通常の計測法は、送信器と受信器との間の導体トラックの損傷を検出する。送信データと受信データが異なる場合、機能シーケンスにおける集積回路は影響を受ける。
【００３２】
受信器２および送信器３は、駆動および評価デバイス８の構成部分であり得る。これらは、有利にも、操作を防止するために、能動シールドの導体トラックの下に配置される。これらは、それどころか、集積回路１３の構成部分であり得る。
【００３３】
集積回路１３が、能動シールド１の近傍に配置される、この図１および図２において、互いの空間的配置に関する情報はないことに、再度、注意されたい。この配置は、明瞭さのためだけに選択された。図３に模式的に示されるように、配線は、送信器２と受信器３との間の流れにおいて何度も位置を変更する。配線間の距離は、統計的平均値を示す。
【００３４】
本発明は、２つの検出方法を組み合わせることによって、分析に対する非常に確実な保護を可能にする。装置は、最小限の、追加的ハードウェアを用いることによって、すなわち、能動シールドの導体トラックにスイッチング装置を提供することによって実現可能である。検出方法は、空間的に分離されないので、局所的な攻撃戦略はもはや不可能である。本発明は、両方の計測法、すなわち、容量計測法および通常の計測法を互いに保護し合うという利点をさらに有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、基板内に形成された集積回路を通常の動作モードで保護する、本発明による装置の基本的構成を示す。
【図２】図２は、容量計測法が実行可能である、本発明による装置の基本的図を示す。
【図３】図３は、本発明による装置の、さらなる例示の実施形態を示す。
【国際公開パンフレット】
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2004507112.tif 000004
2004507112.tif 000005
2004507112.tif 000006
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2004507112.tif 000018
2004507112.tif 000019
2004507112.tif 000020
2004507112.tif 000021
【国際調査報告】
2004507112.tif 000022
2004507112.tif 000023
2004507112.tif 000024
2004507112.tif 000025
2004507112.tif 000026
2004507112.tif 000027