JSSC 2020第10期Other0.13µm

Si-Backside Protection Circuits Against Physical Security Attacks on Flip-Chip D

提出一种基于Si背面的BBM结构，用于防止物理安全攻击，保护加密密钥。

0.13-µm CMOS, 0.0025% size-overhead

Si背面保护BBM结构物理安全攻击加密密钥保护CMOS芯片

▸创新点1：提出了一种新型的Si-backside保护电路结构（BBM），通过在后端形成蜿蜒导线图案，有效检测恶意物理攻击导致的导线断开，实现了对芯片背面物理入侵的实时监控。该方法在0.13µm CMOS工艺下仅增加0.0025%的面积开销，具有极高的实用性。

▸创新点2：BBM结构不仅用于检测攻击，还兼具屏蔽功能，能同时抵御被动侧信道攻击（如功耗分析）和主动激光故障注入攻击，实现了多功能一体化防护。这种集成化设计避免了传统方案需要额外防护层的缺点。

▸创新点3：采用wafer-level via-last BBM工艺直接在芯片背面制作保护结构，无需占用正面布线资源或增加封装层数，解决了传统基于层压板的保护技术存在的布线复杂和成本高的问题。

▸创新点4：通过meander wire pattern的独特设计，在实现物理攻击检测的同时，其蜿蜒结构本身形成电磁屏蔽层，为加密电路提供额外的安全保障，这种双重功能设计在现有文献中未见报道。

Abstract

This article presents a cryptographic key protection technique from physical security attacks through Si-backside of IC chip. Flip-chip packaging leads to a serious security hole that allows emerging backside physical security attacks. The proposed backside buried metal (BBM) structure forming a meander wire pattern on the Si-backside detects unexpected disconnection of the meander and warns the malicious attempts to expose a vulnerable Si substrate. Moreover , the BBM meander also shields key i