本發(fā)明涉及知悉篡改的年齡傳感器及其用于性能退化的芯片內(nèi)監(jiān)測(cè)和篡改攻擊的檢測(cè)的用途，篡改攻擊試圖掩蓋包含該年齡傳感器的集成電路的真實(shí)工作年齡。本發(fā)明還涉及用于性能退化的芯片內(nèi)監(jiān)測(cè)的年齡傳感器，其通過(guò)考慮包含該年齡傳感器的集成電路的不尋?；蚩梢晒ぷ鳁l件，允許可靠地估計(jì)集成電路的真實(shí)工作年齡。

背景技術(shù)：

1、年齡傳感器，也被稱(chēng)為年齡監(jiān)測(cè)傳感器、硅年齡監(jiān)測(cè)器、硅里程表或性能退化監(jiān)測(cè)器，是廣泛使用的片上組件，它們被用于原位監(jiān)測(cè)老化和退化效應(yīng)，這些效應(yīng)對(duì)集成電路(ic)的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，或者甚至使ic的正確運(yùn)作處于危險(xiǎn)中，即ic或其部件的故障，這是由老化效應(yīng)引起的。在這些情形中，年齡傳感器的輸出信號(hào)可被用于采取預(yù)防性或保護(hù)性措施，諸如調(diào)節(jié)ic的工作條件。通常，ic的時(shí)鐘頻率被降低。

2、除了實(shí)現(xiàn)保護(hù)性措施來(lái)用于ic的安全工作之外，芯片年齡傳感器經(jīng)常用作防偽手段。事實(shí)上，從片上年齡傳感器的輸出中獲得或得出ic的工作年齡的估計(jì)允許客戶(hù)將ic的所估計(jì)的基于傳感器的工作年齡與來(lái)自供應(yīng)商的ic的聲明年齡進(jìn)行比較。一方面，如果基于傳感器的年齡信息與供應(yīng)商聲明的年齡信息不同，則可檢測(cè)到偽造的ic或經(jīng)篡改的ic，即集成電路的偽造。另一方面，基于傳感器的年齡信息與ic的供應(yīng)商聲明的年齡信息相匹配可以向客戶(hù)保證他可以信任供應(yīng)商。

3、準(zhǔn)確估計(jì)半導(dǎo)體ic的真實(shí)工作年齡在芯片回收(例如從損壞或功能失調(diào)的電路板上移除并翻新以在新電子設(shè)備中重復(fù)使用的仍然能用的芯片)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)背景下變得越來(lái)越重要。含有回收芯片的新電子設(shè)備的質(zhì)量和預(yù)期壽命嚴(yán)重取決于所回收芯片的工作年齡。特別是當(dāng)全球市場(chǎng)出現(xiàn)芯片短缺時(shí)，客戶(hù)可能會(huì)被誘惑從可能以較低的價(jià)格提供回收芯片的不可靠的供應(yīng)商處購(gòu)買(mǎi)，但不知道供應(yīng)商聲明的回收芯片的工作年齡是否與真實(shí)工作年齡相匹配。惡意供應(yīng)商也可能試圖通過(guò)在高溫下退火以矯正缺陷來(lái)人為復(fù)原他們回收的芯片。

4、準(zhǔn)確估計(jì)半導(dǎo)體ic的真實(shí)工作年齡在軍事和醫(yī)療裝備中最為重要，其中人的生命取決于半導(dǎo)體芯片在整個(gè)芯片壽命(這通常由供應(yīng)商規(guī)定)內(nèi)的可靠運(yùn)作。軍事和醫(yī)療裝備通常是昂貴的，并且只有在裝備的整個(gè)使用壽命內(nèi)使用才是有利可圖的。

5、文獻(xiàn)us2014/0103344?a1(tehranipoor[us]等人)，2014年4月17日，公開(kāi)了一種用于區(qū)分使用過(guò)的集成電路(諸如回收或偽造的ic)和未用過(guò)的電路的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置——管芯恢復(fù)傳感器——包括應(yīng)力環(huán)形振蕩器(即經(jīng)受電壓應(yīng)力的環(huán)形諧振器)和嵌入在ic中的參考環(huán)形振蕩器。應(yīng)力環(huán)形振蕩器和參考環(huán)形振蕩器之間的頻移用作ic的指紋，并指示ic的年齡。此外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析允許將工藝和溫度變異與老化效應(yīng)分開(kāi)。

6、所公開(kāi)的裝置的缺點(diǎn)是，總是需要參考環(huán)形振蕩器來(lái)估計(jì)ic的年齡，這使得該裝置的可靠運(yùn)作容易受到相對(duì)于參考環(huán)形振蕩器所執(zhí)行的篡改攻擊的影響。此外，應(yīng)力環(huán)形振蕩器可以通過(guò)退火攻擊以至少部分地矯正受影響的退化并從而掩蓋包含應(yīng)力環(huán)形振蕩器的ic的真實(shí)年齡而被操縱。退火攻擊是在升高的溫度下進(jìn)行的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于構(gòu)成所公開(kāi)的裝置的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)的工作溫度的預(yù)期波動(dòng)。

7、因此，需要能夠準(zhǔn)確估計(jì)集成電路的工作年齡并且真實(shí)的工作年齡不能被篡改攻擊(特別是退火攻擊)容易地隱藏的年齡傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為集成電路提供一種年齡傳感器，其準(zhǔn)確地估計(jì)集成電路的工作年齡，并向用戶(hù)通知旨在人為地復(fù)原集成電路的欺詐性退火攻擊。

2、以上目的由根據(jù)本發(fā)明的方法和器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3、在第一方面，本發(fā)明涉及用于估計(jì)經(jīng)歷性能退化的集成電路的工作年齡的傳感器。傳感器可選擇性地在常規(guī)使用模式或讀出模式下操作，并包括對(duì)溫度應(yīng)力和電壓應(yīng)力作出響應(yīng)的至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器，其中該至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器被配置成當(dāng)傳感器在常規(guī)使用模式中工作時(shí)接收集成電路的標(biāo)稱(chēng)工作電壓作為輸入信號(hào)，從而經(jīng)歷性能退化。該傳感器還包括對(duì)溫度應(yīng)力作出響應(yīng)的至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器，其中每一退火監(jiān)測(cè)器是預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)器，以考慮在欺詐性退火嘗試期間性能監(jiān)測(cè)器和退火監(jiān)測(cè)器的性能退化的加速松馳。每一性能監(jiān)測(cè)器和每一退火監(jiān)測(cè)器被配置成在傳感器以讀出模式工作時(shí)生成指示相應(yīng)監(jiān)測(cè)器的性能退化的輸出信號(hào)。

4、該傳感器是年齡傳感器，因?yàn)樗试S監(jiān)測(cè)性能監(jiān)測(cè)器的年齡相關(guān)退化狀態(tài)。在該傳感器被嵌入在集成電路中的實(shí)施例中，該退化狀態(tài)表示該集成電路的退化狀態(tài)。傳感器能夠檢測(cè)欺詐性退火攻擊，其中傳感器受到高溫退火處理，其目標(biāo)是反轉(zhuǎn)或中和性能監(jiān)測(cè)器所受的退化。檢測(cè)能力由第二監(jiān)測(cè)器實(shí)現(xiàn)，即退火監(jiān)測(cè)器，它是預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)器。在預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)器中，退火攻擊導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)器中存在的固有的高初始退化的降低。

5、在第二方面，本發(fā)明涉及用于估計(jì)經(jīng)歷性能退化的集成電路的工作年齡的傳感器。傳感器可選擇性地在常規(guī)使用模式或讀出模式下操作，并包括對(duì)溫度應(yīng)力和電壓應(yīng)力作出響應(yīng)的至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器，其中該至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器被配置成當(dāng)傳感器在常規(guī)使用模式中工作時(shí)接收集成電路的標(biāo)稱(chēng)工作電壓作為輸入信號(hào)，從而經(jīng)歷性能退化。該傳感器包括對(duì)溫度應(yīng)力作出響應(yīng)的至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器。每一退火監(jiān)視器包括電氣絕緣結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器與標(biāo)稱(chēng)工作電壓永久斷開(kāi)并隔離。此外，每一性能監(jiān)測(cè)器和每一退火監(jiān)測(cè)器被配置成在傳感器以讀出模式工作時(shí)生成指示相應(yīng)監(jiān)測(cè)器的性能退化的輸出信號(hào)。

6、電氣絕緣結(jié)構(gòu)可以被提供作為相應(yīng)退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器的一部分，該輸入連接器是可熔的并且已被熔斷以留下間隙。電氣絕緣結(jié)構(gòu)防止用戶(hù)接近相應(yīng)退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器并向其施加電壓應(yīng)力信號(hào)。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，傳感器可以包括讀出單元。讀出單元被配置成檢測(cè)性能監(jiān)視器和退火監(jiān)視器生成的輸出信號(hào)，并基于檢測(cè)到的輸出信號(hào)來(lái)確定每一性能監(jiān)視器和每一退火監(jiān)視器的性能變量。性能變量是相應(yīng)監(jiān)視器的性能狀態(tài)的數(shù)字表示。

8、本發(fā)明還涉及一種傳感器系統(tǒng)，包括根據(jù)第一方面所述的年齡傳感器和分析單元，所述分析單元被配置成接收由讀出單元確定的性能變量，檢測(cè)每一性能監(jiān)測(cè)器的性能變量的變化，并基于此來(lái)生成對(duì)集成電路的工作年齡的估計(jì)。

9、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，可以在包含年齡傳感器的ic中進(jìn)行篡改檢測(cè)的同時(shí)獲得現(xiàn)場(chǎng)性能退化監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)性能退化監(jiān)測(cè)是芯片制造商經(jīng)常熱衷獲得來(lái)用于反饋的寶貴信息來(lái)源。該現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)允許芯片制造商在芯片達(dá)到預(yù)期壽命的終點(diǎn)時(shí)或在早期故障的情況下標(biāo)識(shí)芯片故障的原因，并允許芯片制造商不斷改進(jìn)其加工步驟。該現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)還允許將芯片所受的實(shí)際老化與借助于加速設(shè)備測(cè)試所開(kāi)發(fā)的芯片年齡模型進(jìn)行比較。

10、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，可以在不需要參考信號(hào)發(fā)生器的情況下生成傳感器輸出，該參考信號(hào)發(fā)生器可能是篡改攻擊的目標(biāo)。

11、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，年齡傳感器所生成的輸出信號(hào)可以在軟件或硬件中進(jìn)行分析，例如后處理和進(jìn)一步分析。為此，可以提供分析單元的硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。分析單元的軟件實(shí)現(xiàn)，或由還包含年齡傳感器的ic的現(xiàn)有組件組成的分析單元，的優(yōu)點(diǎn)是年齡傳感器本身需要更少的資源，更緊湊，且較不昂貴。

12、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，可以通過(guò)單個(gè)年齡傳感器來(lái)檢測(cè)不同的欺詐性攻擊，包括退火攻擊(即高溫退火攻擊)和過(guò)電壓攻擊，例如當(dāng)通過(guò)施加年齡傳感器也與之相關(guān)的更高工作電壓(高于標(biāo)稱(chēng)工作電壓)使具有年齡傳感器的ic超頻時(shí)。

13、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，抗篡改年齡傳感器可以以緊湊的形式提供，例如作為集成電路設(shè)計(jì)的ip塊，其可以容易地集成并在許多不同的ic設(shè)計(jì)中重新使用。ic制造期間不需要額外的加工掩?；虿牧?；只需分配用于ip塊的設(shè)計(jì)空間。此外，抗篡改年齡傳感器可以很容易地被適配來(lái)相關(guān)于不同制造技術(shù)而可靠地運(yùn)作，包括商用cmos技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

14、本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，單個(gè)年齡傳感器可以考慮不同的退化機(jī)制，例如偏置溫度不穩(wěn)定性(正和/或負(fù))、熱載流子退化和/或電遷移。更具體而言，可以有利地考慮與這些不同退化機(jī)制相關(guān)的不同松弛行為，以便獲得含有年齡傳感器的ic的工作年齡的更準(zhǔn)確估計(jì)。優(yōu)選年齡傳感器具有專(zhuān)門(mén)適配的性能監(jiān)測(cè)器和/或退火監(jiān)測(cè)器，其使得對(duì)包含年齡傳感器的ic的老化而言，一種退化機(jī)制被增強(qiáng)而超過(guò)其他退化機(jī)制。本發(fā)明的具體實(shí)施例可以包括年齡傳感器中的性能監(jiān)測(cè)器，其專(zhuān)門(mén)被適配成增強(qiáng)由熱載流子效應(yīng)造成的退化，例如熱載流子注入增強(qiáng)性能監(jiān)測(cè)器，其生成的輸出信號(hào)更強(qiáng)地受到包含年齡傳感器的ic的使用時(shí)間的影響，從而允許對(duì)ic的工作時(shí)間/年齡進(jìn)行更準(zhǔn)確的估計(jì)。

15、在又一方面，本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)年齡監(jiān)測(cè)集成電路中的欺詐性退火嘗試的方法。該方法包括提供根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面的傳感器，檢測(cè)傳感器的至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的性能退化，以及如果檢測(cè)到的該至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的性能退化低于預(yù)定閾值，則發(fā)出退火篡改的通知信號(hào)。

16、該方法還可包括以下步驟：通過(guò)將集成電路的標(biāo)稱(chēng)工作電壓施加到至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器的輸入端，使傳感器的該至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器受到常規(guī)電壓應(yīng)力，而至少一個(gè)預(yù)應(yīng)力退火監(jiān)測(cè)器不經(jīng)受電壓應(yīng)力。然后，檢測(cè)至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器的性能退化，并且如果假定沒(méi)有發(fā)出退火篡改的通知信號(hào)，則估計(jì)年齡監(jiān)測(cè)集成電路的工作年齡。該估計(jì)基于檢測(cè)到的至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器的性能退化。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供第一方面的傳感器可包括提供至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器和至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器，其中至少一個(gè)性能監(jiān)測(cè)器和至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器對(duì)電壓應(yīng)力和溫度應(yīng)力作出響應(yīng)，并被配置成生成指示相應(yīng)監(jiān)測(cè)器的退化狀態(tài)的輸出信號(hào)；通過(guò)將電壓應(yīng)力信號(hào)施加到至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器，使至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器經(jīng)受電壓應(yīng)力信號(hào)，其中至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的預(yù)應(yīng)力是通過(guò)所施加的電壓應(yīng)力信號(hào)下的加速退化來(lái)獲得的；以及永久隔離至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器，使得其在電壓應(yīng)力信號(hào)的任何進(jìn)一步施加期間變得不可接近。永久隔離至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的輸入連接器可包括熔斷在至少一個(gè)退火傳感器的輸入連接器的可熔部分中提供的保險(xiǎn)絲，其中保險(xiǎn)絲的所述熔斷與至少一個(gè)退火監(jiān)測(cè)器的預(yù)應(yīng)力同時(shí)發(fā)生。

18、在所附獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的特定和優(yōu)選方面。來(lái)自從屬權(quán)利要求的特征可以與獨(dú)立權(quán)利要求的特征以及與其他從屬權(quán)利要求的特征適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合，而不僅僅是如在權(quán)利要求書(shū)中明確闡述的那樣。

19、出于對(duì)本發(fā)明以及相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)加以總結(jié)的目的，以上在本文中已描述了本發(fā)明的某些目的和優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，不必所有此類(lèi)目的或優(yōu)點(diǎn)都可根據(jù)本發(fā)明的任何特定實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明能以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化如本文中所教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式來(lái)具體化或執(zhí)行，而不必實(shí)現(xiàn)如本文中可能教導(dǎo)或建議的其他目的或優(yōu)點(diǎn)。

20、從本文以下描述的(諸)實(shí)施例，本發(fā)明的以上和其他方面將是顯而易見(jiàn)的并參考(諸)實(shí)施例來(lái)闡明。