芯片ROMKEY的版图结构和芯片的制作方法

芯片romkey的版图结构和芯片
技术领域
1.本发明涉及芯片技术领域，尤其涉及一种芯片romkey的版图结构和芯片。


背景技术：

2.芯片作为信息传播的重要载体，其功能和可靠性对信息安全起着至关重要的作用。近年来，随着集成电路产业的不断发展，芯片的设计水平也逐渐提高，芯片种类日趋丰富，其中包括数据保护电路、密码算法硬件加速器、内嵌cpu(central processing unit，中央处理器)的soc(system-on-chip，片上系统)系统等。与此同时，对芯片的各种攻击方法也层出不穷。这些攻击方法通过探测和分析芯片在运行过程中泄漏的功耗、时间、电磁波等信息来推断和获取芯片内密码系统的密钥，进而获得芯片存储数据。
3.rom(read-only memory，只读存储器)作为芯片重要的数据存储模块，通常是攻击者重点攻击的区域，一旦攻击者窃取到rom内的数据，芯片的安全机制很容易被破坏。为更好地保护rom内的数据，现在通用的技术是对rom内数据通过密钥进行加密存储，这种密钥通常被称为romkey。由此可见，romkey的设计对整个芯片的安全性至关重要。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种芯片romkey的版图结构，该芯片romkey的版图结构灵活性高，隐蔽性好，且可以被布局布线工具直接识别使用，可适用性强。
5.本发明的第二个目的在于提出一种芯片。
6.为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种芯片romkey的版图结构，包括：m个第一逻辑版图区，所述第一逻辑版图区用于实现第一逻辑功能；n个第二逻辑版图区，所述第二逻辑版图区用于实现第二逻辑功能；两个边缘版图区，所述边缘版图区用于在芯片布线时，实现与芯片内其他结构的对接；其中，m、n均为正整数，m个所述第一逻辑版图区和n个所述第二逻辑版图区按照预设顺序排列，并位于两个所述边缘版图区之间，用以实现m n位rom密钥。
7.另外，本发明实施例的芯片romkey的版图结构还可以具有如下附加的技术特征：
8.根据本发明的一个实施例，所述第一逻辑版图区包括：第一nwell区域、第一pplus区域、第一nplus区域、第一有源区、第二有源区、第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一连接孔、第二连接孔、第三连接孔和第四连接孔，其中，所述第一有源区、所述第一金属层、所述第一连接孔和所述第二连接孔均位于所述第一pplus区域，所述第二有源区、所述第三连接孔、所述第四连接孔和所述第三金属层均位于所述第一nplus区域，所述第一金属层通过所述第一连接孔与所述第一有源区连接，所述第二金属层通过所述第二连接孔与所述第一有源区连接，所述第二金属层还通过所述第三连接孔和所述第四连接孔与所述第二有源区连接，所述第一金属层用以连接芯片电源，所述第三金属层用以连接芯片的地；所述第一逻辑版图区还包括：第一电阻标识层，所述第一电阻标识层位于所述第一连接孔和所
述第二连接孔之间，且覆盖在所述第一有源区上方。
9.根据本发明的一个实施例，所述第二逻辑版图区包括：第二nwell区域、第二pplus区域、第二nplus区域、第三有源区、第四有源区、第四金属层、第五金属层、第六金属层、第五连接孔、第六连接孔、第七连接孔和第八连接孔，其中，所述第三有源区、所述第四金属层、所述第五连接孔和所述第六连接孔均位于所述第二pplus区域，所述第四有源区、所述第七连接孔、所述第八连接孔和所述第六金属层均位于所述第二nplus区域，所述第五金属层通过所述第五连接孔和所述第六连接孔与所述第三有源区连接，所述第五金属层还通过所述第七连接孔与所述第四有源区连接，所述第六金属层通过所述第八连接孔与所述第四有源区连接，所述第四金属层用以连接芯片电源，所述第六金属层用以连接芯片的地；所述第二逻辑版图区还包括：第二电阻标识层，所述第二电阻标识层位于所述第七连接孔和所述第八连接孔之间，且覆盖在所述第四有源区上方。
10.根据本发明的一个实施例，所述边缘版图区包括：第三nwell区域、第三pplus区域、第三nplus区域、第七金属层和第八金属层，其中，所述第七金属层位于所述第三pplus区域，用以连接芯片电源，所述第八金属层位于所述第三nplus区域，用以连接芯片的地。
11.根据本发明的一个实施例，所述第一有源区沿第一方向延伸，所述第二有源区沿第二方向延伸，所述第一有源区和所述第二有源区均相对所述第一逻辑版图区的中轴线对称，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直。
12.根据本发明的一个实施例，所述第一金属层呈t字形，并相对所述第一逻辑版图区的中轴线对称，且与所述第一逻辑版图区的两侧相交，两交点用于连接其他逻辑版图区或边缘版图区的用以连接芯片电源的金属层，所述第一金属层沿所述第一方向的一端通过所述第一连接孔与所述第一有源区靠近所述第一金属层的一端连接；所述第二金属层沿所述第一方向延伸，所述第二金属层的一端通过所述第二连接孔与所述第一有源区远离所述第一金属层的一端连接；所述第三金属层沿所述第二方向延伸，并与所述第一逻辑版图区的两侧相交，两交点用于连接其他逻辑版图区或边缘版图区的用以连接芯片的地的金属层。
13.根据本发明的一个实施例，所述第一逻辑版图区的第一pplus区域与所述第二逻辑版图区的第二nplus区域呈镜像对称，所述第一逻辑版图区的第一nplus区域与所述第二逻辑版图区第二pplus区域呈镜像对称。
14.根据本发明的一个实施例，任意一逻辑版图区和与其相邻的逻辑版图区或边缘版图区之间的距离为零。
15.根据本发明的一个实施例，所述第一逻辑版图区、所述第二逻辑版图区和所述边缘版图区的长度相同，且用以连接所述芯片电源的金属层与相应版图区的交点、用以连接所述芯片的地的金属层与相应版图区的交点均共线。
16.根据本发明的一个实施例，两个所述边缘版图区呈轴对称，且所述第七金属层、所述第八金属层均与相应边缘版图区的连接逻辑版图区的一侧相交。
17.根据本发明的一个实施例，所述第一金属层、所述第二金属层、所述第三金属层、所述第四金属层、所述第五金属层、所述第六金属层、所述第七金属层和所述第八金属层均位于metal1层，所述第一连接孔、所述第二连接孔、所述第三连接孔、所述第四连接孔、所述第五连接孔、所述第六连接孔、所述第七连接孔和所述第八连接孔均位于接触层。
18.为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种芯片，包括：数字逻辑区域，
所述数字逻辑区域位于芯片的中心区域；rom存储单元，所述rom存储单元位于所述芯片的边缘区域；本发明上述实施例的芯片romkey的版图结构，所述芯片romkey的版图结构位于所述数字逻辑区域。
19.另外，本发明实施例的芯片还具有如下附加的技术特征：
20.根据本发明的一个实施例，芯片romkey的版图结构的数量为多个，多个所述芯片romkey的版图结构分散在所述数字逻辑区域。
21.根据本发明实施例的芯片romkey的版图结构和芯片，芯片romkey可以数字标准单元的形式实现，通过内部子单元的不同组合，可以灵活实现多比特的密钥；通过与芯片内其他数字标准单元混合布局于芯片逻辑区域，使romkey单元更难被攻击者发现。另外，romkey版图采用低层走线，最高层金属仅为metal1，提升了攻击者使用fib等方式攻击芯片的难度；在romkey版图设计中加入电阻标识层，可以直接通过工具验证其正确性，降低了人为验证带来的风险。
22.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.图1是本发明第一实施例的芯片romkey的版图结构的示意图；
24.图2是本发明一个实施例的第一逻辑版图区的结构图；
25.图3是本发明一个实施例的第二逻辑版图区的结构图；
26.图4是本发明一个实施例的边缘版图区的结构图；
27.图5是本发明第二实施例的芯片的结构图。
具体实施方式
28.目前，romkey通常是通过硬件固化的形式实现。在芯片版图设计阶段，通过使相关单元固定地连接到电源或者地，实现逻辑1或者逻辑0，进而形成二进制格式的密钥，这种romkey的版图具有一定的规律性。随着芯片攻击手段的丰富，攻击者通过版图重构、fib(focused ion beam，聚焦离子束显微镜)等方式往往能较容易地破解现有芯片的防御技术，导致romkey在芯片中的位置较易被攻击者发现，成为被攻击的对象。
29.为解决上述问题，本发明提出了一种芯片romkey的版图结构和芯片。
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.下面参考附图1-5以及具体的实施方式描述本发明实施例的芯片romkey的版图结构和芯片。
32.图1是本发明第一实施例的芯片romkey的版图结构的示意图。
33.如图1所示，芯片romkey的版图结构10包括：m个第一逻辑版图区1、n个第二逻辑版图区2和两个边缘版图区3，m、n均为正整数，图1中m的取值为3、n的取值为5。
34.在该实施例中，第一逻辑版图区1用于实现第一逻辑功能，如逻辑“1”功能；第二逻辑版图区2用于实现第二逻辑功能，如逻辑“0”功能；边缘版图区3用于在芯片布线时，实现
与芯片内其他结构的对接。参见图1，m个第一逻辑版图区1和n个第二逻辑版图区2按照预设顺序(图1中3个第一逻辑版图区1排在第1、2、7位，5个第二逻辑版图区2排在第3、4、5、6、8位)排列，并位于两个边缘版图区3之间，用以实现m n位rom密钥。
35.要说明的是，第一逻辑版图区1和第二逻辑版图区2的数量和预设顺序可由芯片设计者根据二进制密钥大小决定。例如，需实现128位密钥，可以生成16个romkey标准单元(即芯片romkey的版图结构10)，每个romkey标准单元实现8位密钥，也可以生成32个romkey标准单元，每个romkey标准单元实现4位密钥，以此类推。
36.由此，通过m个第一逻辑版图区1、n个第二逻辑版图区2的设置，使得芯片romkey的版图结构10灵活性高；通过两个边缘版图区3的设置，并将m个第一逻辑版图区1、n个第二逻辑版图区2设置在两个边缘版图区3，可使得芯片romkey的版图结构10以数字标准单元形式实现，进而可以被布局布线工具直接识别使用，可适用性强，且可在芯片布局布线时实现romkey单元与其他标准单元之间的对接，避免产生设计规则检查上出现的问题。
37.作为一个可行的实施方式，参见图1，上述的两个边缘版图区3可呈轴对称，且第一逻辑版图区1、第二逻辑版图区2和边缘版图区3的长度相同，任意一逻辑版图区和与其相邻的逻辑版图区或边缘版图区之间的距离为零。由此，使得芯片romkey的版图结构10方便设计布局布线，且美观。
38.图2是本发明一个实施例的第一逻辑版图区的结构图。
39.在本发明的实施例中，如图2所示，第一逻辑版图区1包括：第一nwell区域11、第一pplus区域12、第一nplus区域13、第一有源区a1、第二有源区a2、第一金属层m1、第二金属层m2、第三金属层m3、第一连接孔v1、第二连接孔v2、第三连接孔v3、第四连接孔v4。
40.参见图2，第一有源区a1、第一金属层m1、第一连接孔v1和第二连接孔v2均位于第一pplus区域12，第二有源区a2、第三连接孔v3、第四连接孔v4和第三金属层m3均位于第一nplus区域13，第一金属层m1通过第一连接孔v1与第一有源区a1连接，第二金属层m2通过第二连接孔v2与第一有源区a1连接，第二金属层m2还通过第三连接孔v3和第四连接孔v4与第二有源区a2连接，第一金属层m1用以连接芯片电源vcc，第三金属层m3用以连接芯片的地gnd。
41.作为一个可行的实施方式，参见图2，第一有源区a2沿第一方向延伸，第二有源区a2沿第二方向延伸，且第一方向与第二方向垂直(例如，第一有源区a2沿竖直方向延伸，则第二有源区a2沿水平方向延伸)，第一有源区a1和第二有源区a2均相对于上述第一逻辑版图区1的中轴线对称。
42.进一步地，参见图2，第一金属层m1呈t字形，并相对第一逻辑版图区1的中轴线对称，且与第一逻辑版图区1的两侧相交，两交点用于连接其他逻辑版图区或边缘版图区的用以连接芯片电源的金属层，第一金属层m1沿第一方向的一端通过第一连接孔v1与第一有源区a1靠近第一金属层m1的一端连接；第二金属层m2沿第一方向延伸，第二金属层m2的一端通过第二连接孔v2与第一有源区a2远离第一金属层m1的一端连接；第三金属层m3沿第二方向延伸，并与第一逻辑版图区1的两侧相交，两交点用于连接其他逻辑版图区或边缘版图区的用以连接芯片的地的金属层。
43.由于现有的romkey版图通常仅通过metal(金属)连接，romkey在版图验证时不能被物理验证工具识别出具体逻辑，即无法通过验证工具来确保rom密钥正确性，存在较大的
风险。为此，本发明实施的第一逻辑版图区1还包括第一电阻标识层rsymbol layer1。
44.参见图2，第一电阻标识层rsymbol layer1位于第一连接孔v1和第二连接孔v2之间，且覆盖在第一有源区a1上方。由此，可使芯片物理验证工具可以直接识别romkey的版图结构，并判断其正确性，即使得本发明的芯片romkey的版图结构具有易于版图验证的特点。
45.图3是本发明一个实施例的第二逻辑版图区的结构图。
46.在本发明的具体实施例中，如图3所示，第二逻辑版图区2包括：第二nwell区域21、第二pplus区域22、第二nplus区域23、第三有源区a3、第四有源区a4、第四金属层m4、第五金属层m5、第六金属层m6、第五连接孔v5、第六连接孔v6、第七连接孔v7、第八连接孔v8。
47.参见图3，第三有源区a3、第四金属层m4、第五连接孔v5和第六连接孔v6均位于第二pplus区域22，第四有源区a4、第七连接孔v7、第八连接孔v8和第六金属层m6均位于第二nplus区域23，第五金属层m5通过第五连接孔v5和第六连接孔v6与第三有源区a3连接，第五金属层m5还通过第七连接孔v7与第四有源区a3连接，第六金属层m6通过第八连接孔v8与第四有源区a4连接，第四金属层m4用以连接芯片电源，第六金属层m6用以连接芯片的地。
48.为便于版图验证，参见图3，第二逻辑版图区2还包括第二电阻标识层rsymbol layer2。第二电阻标识层rsymbol layer2位于第七连接孔v7和第八连接孔v8之间，且覆盖在第四有源区a4上方。
49.参见图2、图3，第一逻辑版图区1的第一pplus区域12与第二逻辑版图区2的第二nplus区域23呈镜像对称，第一逻辑版图区1的第一nplus区域13与第二逻辑版图区2第二pplus区域22呈镜像对称。
50.图4是本发明一个实施例的边缘版图区的结构图。
51.在本发明的具体实施例中，如图1所示，上述的两个边缘版图区3分别对称放置于两侧，即两个边缘版图区3呈轴对称放置(例如，一个边缘版图区放置于最左侧，则另一个边缘版图区放置于最右侧)，第一逻辑版图区1和第二逻辑版图区2位于两个边缘版图区3之间。如图4所示，上述的边缘版图区3包括：第三nwell区域31、第三pplus区域32、第三nplus区域33、第七金属层m7和第八金属层m8。其中，第七金属层m7位于第三pplus区域32，用以连接芯片电源，第八金属层m8位于第三nplus区域33，用以连接芯片的地。
52.可选地，参见图4，第七金属层m7、第八金属层m8可均与相应边缘版图区的连接逻辑版图区的一侧相交。
53.在本发明的实施例中，参见图1-图4，第一金属层m1、第二金属层m2、第三金属层m3、第四金属层m4、第五金属层m5、第六金属层m6、第七金属层m7和第八金属层m8可均位于metal1层，采用低层走线，最高层金属仅为上述的metal1，由此提升了攻击者攻击芯片的难度。第一连接孔v1、第二连接孔v2、第三连接孔v3、第四连接孔v4、第五连接孔v5、第六连接孔v6、第七连接孔v7和第八连接孔v8可均位于接触层，方便布局。
54.参见图1，上述用以连接芯片电源的金属层与相应版图区的交点和用以连接芯片的地的金属层与相应版图区的交点均共线。由此，可方便芯片romkey的版图结构10的布局布线。
55.综上所述，本发明实施例的芯片romkey的版图结构，可以数字标准单元的形式实现，通过内部子单元romkey_1(即第一逻辑版图区1)和romkey_0(即第二逻辑版图区2)的不同组合，可以灵活生成多比特的密钥，且在芯片中该数字标准单元(记为romkey单元)可以
有多个，进而与芯片中的其他数字标准单元随机布局于芯片逻辑区域，使romkey单元更难被攻击者发现。同时，采用低层走线，最高层金属仅为metal1，提升了攻击者使用fib(focused ion beam，聚焦离子束显微镜)等方式攻击芯片的难度。另外，在版图设计时，通过加入rsymbol layer，使得romkey能够被版图验证工具识别，进而可以通过工具直接来验证其正确性，降低了只能由人工验证正确性而带来的风险。最后，所述romkey版图结构不受具体工艺限制，在cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)深亚微米工艺领域内具有非常强的可适用性。
56.图5是本发明第二实施例的芯片的结构图。
57.在本发明实施例中，如图5所示，芯片100包括：数字逻辑区域20、rom存储单元30和上述的芯片romkey的版图结构10。
58.参见图5，数字逻辑区域20位于芯片100的中心区域，rom存储单元30位于芯片100的边缘区域，芯片romkey的版图结构10位于数字逻辑区域20。
59.在一些实施方式中，芯片romkey的版图结构10的数量可以是多个，多个芯片romkey的版图结构10可以romkey标准单元的形式无规律分散在数字逻辑区域20。由此，使得芯片romkey的版图结构10更难被攻击者发现。
60.参见图5，芯片100还可以包括flash闪存单元40、模拟ip单元50、io接口单元60、电源管理单元70。flash闪存单元40、模拟ip单元50、io接口单元60、电源管理单元70、rom存储单元30均可围绕着数字逻辑区域20进行布局，设计布局的走线金属即为metal1。
61.在一些实施例中，romkey标准单元有多个时，每个romkey标准单元可实现密钥的位数和romkey标准单元数量并无具体限制，通过romkey标准单元数量和位数的不同组合可以使芯片100设计需要的rom密钥以多种形式实现。
62.作为一个示例，如需实现包含128位rom密钥的芯片。首先，由本发明提出的romkey的版图结构10根据rom密钥的顺序形成16个数字标准单元，即romkey1,romkey2,...romkey15,romkey16。每个romkey标准单元版图结构可实现8位二进制rom密钥，第一逻辑版图区1和第二逻辑版图区2结构的数量和顺序与8位rom二进制密钥一一对应，即romkey1的romkey1_[1]至romkey1_[8]对应rom密钥的1-8位，romkey2的romkey2_[1]至romkey2_[8]对应rom密钥的9-16位，以此类推，romkey15的romkey15_[1]至romkey15_[8]对应rom密钥的113-120位，romkey16的romkey16_[1]至romkey16_[8]对应rom密钥的121-128位。16个romkey数字标准单元版图结构完成后，将这些romkey数字标准单元一同放入该芯片100所使用的数字标准单元库，进而由布局布线工具通过调用这些数字标准单元完成布局布线，形成最终的全芯片版图，如图5所示。
[0063]
综上，本发明实施例的芯片100，芯片romkey以数字标准单元的形式实现，通过内部子单元的不同组合，可以灵活实现多比特的密钥；通过与其他数字标准单元混合布局于芯片逻辑区域，使romkey单元更难被攻击者发现。同时，romkey版图采用低层走线，最高层金属仅为metal1，提升了攻击者攻击芯片的难度，在romkey版图设计中加入电阻标识层，可以直接通过工具验证其正确性，降低了人为验证带来的风险。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0066]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0067]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0068]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0069]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。