CN104867885A - 一种可自毁非易失性存储芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自毁非易失性存储芯片及其制备方法。本发明的可自毁非易失性存储芯片包括：存储芯片和形成在其上的自毁功能层；其中，自毁功能层从下至上依次包括绝缘层、加热层、钝化层和焊盘金属。本发明采用加热层与外部的自毁电路相连接，当自毁电路判断需要执行自毁时，向加热层发出脉冲发火信号，加热层发生电热效应，温度瞬间升高，加热位于其下方的存储芯片，超过存储芯片的内部结构的耐受温度，从而物理破坏存储芯片，使其发生不可逆的结构与功能损坏，实现存储芯片中信息的物理硬件自毁。本发明具有对现有存储芯片改动小、产量高、工艺较简单以及成本低等诸多优势，因而具有灵活的结构和广泛的适用性。

Description

一种可自毁非易失性存储芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及信息安全与自毁技术，具体涉及一种可自毁非易失性存储芯片及其制备方法。

背景技术

近几年来，随着大数据以及互联网技术的发展，大量可移动设备作为网络节点和网络终端被广泛应用在民用和军事领域。这些可移动设备中存储有大量敏感信息，当设备丢失或处于特殊环境中时，信息的安全销毁以防止用户信息泄露成为信息自毁领域的一大难题。传统自毁方式分为两种：软件自毁和硬件自毁。其中，软件自毁利用软件将存储介质中的数据擦除的方法进行，而硬件自毁通常采用大电流烧毁的方式。对于软件自毁，由于介质本身存储性质造成数据擦除不彻底，可以通过软件手段进行数据恢复，因而具有较差的自毁效果。而对于大电流烧毁的方式，则在毁钥信号能量和时间上存在壁垒，技术并不完善。

此外，基于大电流烧毁方式的硬件自毁实现成本高，周期长。实际应用过程中需要重新设计存储介质架构以匹配自毁电路的能量和结构要求。因此，基于大电流烧毁的方式难以适应现有各类存储介质硬件自毁的要求。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明设计了一种可自毁非易失性存储芯片及其制备方法，在现有存储芯片基础上，制备加热层并连接至外部的自毁电路，使现有各类存储芯片获得自毁的功能。

本发明的一个目的在于提供一种可自毁非易失性存储芯片。

本发明的可自毁非易失性存储芯片包括：存储芯片和形成在其上的自毁功能层；其中，自毁功能层从下至上依次包括绝缘层、加热层、钝化层和焊盘金属；绝缘层形成在存储芯片上，并且在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置设置多个通孔，以露出存储芯片的各个功能引脚；在绝缘层上没有设置通孔的位置形成加热层，加热层包括两端的加热电极和连接两个加热电极的作用区；在加热层上形成钝化层，在钝化层上与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与两个加热电极相对应的位置设置有焊盘通孔；在焊盘通孔内分别设置存储芯片焊盘金属和两个自毁焊盘金属，各个存储芯片焊盘金属分别与存储芯片的各个功能引脚相连接，并分别连接至外围电路，两个自毁焊盘金属分别与加热层的两个加热电极相连接，并分别连接至外部的自毁电路。

加热层的厚度不超过2μm；材料采用换热率高的材料，如镍铬合金，或者钨。为了减小电阻，加热层的作用区，形状为矩形，宽度在2μm～40μm之间，或者形状为中间窄两端宽的结构，并且为轴对称的图形，中间的最小宽度在2μm～40μm，两端的最大的宽度在40μm～400μm。

绝缘层的厚度在0.5μm～2μm之间，用于保持存储芯片和加热层之间的绝缘。钝化层位于最外层，材料采用与CMOS工艺相兼容的绝缘抗氧化材料，用于保护芯片，防止其被氧化。

自毁电路包括：数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元、电源和输出控制单元；其中，数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元和输出控制单元分别连接至电源；上位机或传感器通过数据总线连接至数据通信单元；数据通信单元接收来自上位机或传感器的信息，并将这些信息发送至逻辑判断单元；逻辑判断单元接收信息，并根据存储在存储单元中的指令判断当前时刻是否需要执行自毁，若不需要，则无动作，若需要则逻辑判断单元向输出控制单元发送自毁指令；输出控制单元接收来自逻辑判断单元的自毁指令，并通过发火控制端向加热层发出脉冲发火信号，控制加热层发热以执行自毁。电源与所有自毁电路内的单元连接，用于向其提供能量。两个加热电极分别连接至发火控制端和地端。

本发明的另一个目的在于提供一种可自毁非易失性存储芯片的制备方法。

本发明的可自毁非易失性存储芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)提供存储芯片；

2)淀积绝缘层：在存储芯片上覆盖一层绝缘材料，形成绝缘层，厚度不超过2μm之间；

3)淀积加热层：通过溅射、化学气相沉积CVD和离子注入等工艺在绝缘层上覆盖一层加热层的材料，厚度不超过2μm；

4)加热层的图形化：通过光刻和刻蚀对加热层的材料图形化，形成加热层，加热层包括两端的加热电极和连接两个加热电极的作用区；

5)淀积钝化层：在加热层上覆盖一层绝缘抗氧化材料，形成钝化层，厚度在0.2μm～2μm之间；

6)形成焊盘通孔：在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与加热层的两个加热电极相对应的位置，刻蚀钝化层，形成焊盘通孔；

7)形成焊盘金属：在焊盘通孔中填充焊盘金属，并对焊盘金属进行合金工艺，从而在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置形成多个存储芯片焊盘金属，以及与两个加热电极相对应的位置形成两个自毁焊盘金属，从而将存储芯片的各个功能引脚分别连接至外围电路，以及将两个加热电极分别连接至外部的自毁电路的发火控制端和地端。

进一步，将自毁芯片封装在封装体中，封装体包括封装外壳和引脚框架，将已制备好的可自毁非易失性存储芯片贴装在引脚框架上，并将焊盘金属分别连接至引脚框架的各个引脚，各个存储芯片焊盘金属分别连接至引脚框架的各个存储芯片引脚，以及两个自毁焊盘金属分别连接至引脚框架的两个自毁引脚，封装在封装外壳中，并露出引脚，从而将存储芯片的各个功能引脚分别通过引脚框架的各个存储芯片引脚连接至外围电路，以及将两个加热电极分别通过引脚框架的两个自毁引脚连接至外部的自毁电路。

存储芯片可以是flash存储芯片，也可以是eeprom存储芯片或其他非易失性存储芯片，存储芯片的各功能引脚一一对应连接至引脚框架的各个引脚上。

本发明的自毁芯片，当自毁电路判断封装体的存储芯片处于正常状态时，加热层不发生作用，存储芯片可以正常进行存储和读出功能；当自毁电路判断封装体的存储芯片处于非正常状态，需要存储芯片自毁时，通过发火控制端向加热层发出脉冲发火信号，加热层发生电热效应，温度瞬间升高，加热位于其下方的存储芯片，超过存储芯片的内部结构的耐受温度，从而物理破坏存储芯片，使其发生不可逆的结构与功能损坏，实现存储芯片中信息的物理硬件自毁。

本发明的优点：

本发明采用在存储芯片上设置加热层，加热层与外部的自毁电路相连接，当自毁电路判断需要执行自毁时，向加热层发出脉冲发火信号，加热层发生电热效应，温度瞬间升高，加热位于其下方的存储芯片，超过存储芯片的内部结构的耐受温度，从而物理破坏存储芯片，使其发生不可逆的结构与功能损坏，实现存储芯片中信息的物理硬件自毁。本发明可以与现有各类存储芯片工艺过程实现兼容，在不改变现有存储芯片设计结构基础上，实现存储芯片的物理自毁；具有对现有存储芯片改动小、产量高、工艺较简单以及成本低等诸多优势，因而具有灵活的结构和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的可自毁非易失性存储芯片的一个实施例的爆炸图；

图2为本发明的可自毁非易失性存储芯片的自毁电路的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例中，可自毁非易失性存储芯片包括：存储芯片1和形成在其上的自毁功能层；其中，自毁功能层从下至上依次包括绝缘层2、加热层3、钝化层4和焊盘金属5；绝缘层2形成在存储芯片1上，并且在与存储芯片的各个功能引脚11相对应的位置设置多个通孔21，以露出存储芯片的各个功能引脚；加热层3形成在绝缘层2上，包括两端的加热电极31和连接两个加热电极的作用区，加热层3不覆盖通孔21；在加热层3上形成钝化层4，在钝化层4上与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与两个加热电极相对应的位置设置有焊盘通孔41和43；在焊盘通孔内分别设置多个存储芯片焊盘金属51和两个自毁焊盘金属53，各个存储芯片焊盘金属51分别与存储芯片的各个功能引脚11相连接，两个自毁焊盘金属53分别与加热层的两个加热电极31相连接；将上述可自毁非易失性存储芯片贴装在引脚框架上，各个存储芯片焊盘金属51分别连接至引脚框架的各个存储芯片引脚，以及两个自毁焊盘金属53分别连接至引脚框架的两个自毁引脚，然后封装在封装外壳中，并露出引脚，从而存储芯片的各个功能引脚11分别通过引脚框架的存储芯片引脚连接至外围电路，以及两个加热电极31分别通过引脚框架的两个自毁引脚连接至外部的自毁电路。

本实施例中，加热层的作用区为两个短边相对的等腰梯形中间连接一个矩形。加热层的作用区还可以为矩形，宽度在2～40μm之间；材料采用镍铬合金。绝缘层的厚度在0.5μm～2μm之间。钝化层位于最外层，材料采用与CMOS工艺相兼容的绝缘抗氧化材料，用于保护加热层，防止其被氧化。

如图2所示，自毁电路包括：数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元、电源和输出控制单元；其中，数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元和输出控制单元分别连接至电源；上位机或传感器通过数据总线经引脚框架的引脚连接至数据通信单元；数据通信单元接收来自上位机或传感器的信息，并将这些信息发送至逻辑判断单元；逻辑判断单元接收信息，并根据存储在存储单元中的指令判断当前时刻是否需要执行自毁，若不需要，则无动作，若需要则逻辑判断单元向输出控制单元发送自毁指令；输出控制单元接收来自逻辑判断单元的自毁指令，并通过发火控制端向加热层发出脉冲发火信号，峰值不超过20V，控制加热层发热以执行自毁。电源与所有自毁电路内的单元连接，用于向其提供能量。两个加热电极分别连接至发火控制端和地端。

本实施例的可自毁非易失性存储芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)提供存储芯片；

2)淀积绝缘层：在存储芯片上采用CVD方法覆盖一层硅绝缘材料，形成绝缘层，厚度不超过1μm之间；

3)淀积加热层：通过溅射、化学气相沉积CVD和离子注入等工艺在绝缘层上覆盖一层加热层的材料，厚度不超过1μm；

4)加热层的图形化：通过光刻和刻蚀对加热层的材料图形化，形成加热层，加热层包括两端的加热电极和连接两个加热电极的作用区；

5)淀积钝化层：在加热层上覆盖一层氧化硅，形成钝化层，厚度1μm；

6)形成焊盘通孔：在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与加热层的两个加热电极相对应的位置，刻蚀钝化层，形成焊盘通孔；

7)形成焊盘金属：在焊盘通孔中填充焊盘金属，并对焊盘金属进行合金工艺，从而在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置形成多个存储芯片焊盘金属，以及与两个加热电极相对应的位置形成两个自毁焊盘金属，将存储芯片的各个功能焊盘和两个加热电极引出；

8)将上述已制备好的可自毁非易失性存储芯片贴装在引脚框架上，并将焊盘金属分别连接至引脚框架的各个引脚，各个存储芯片焊盘金属分别连接至引脚框架的各个存储芯片引脚，两个自毁焊盘金属分别连接至引脚框架的两个自毁引脚，然后封装在封装外壳中，并露出引脚，从而将存储芯片的各个功能引脚分别通过引脚框架的各个存储芯片引脚连接至外围电路，以及将两个加热电极分别通过引脚框架的两个自毁引脚连接至外部的自毁电路的发火控制端和地端。

存储芯片正常工作时，外部自毁电路没有动作，存储芯片1可以正常存储信息，当系统需要存储芯片1进行自毁时，外部自毁电路通过发火控制端向加热层3通电，加热层温度升高，同时造成其下方的存储芯片1的温度升高，当超过存储芯片1的最大耐受温度后，存储芯片1将发生物理破坏，从而实现物理硬件自毁。

如图2所示，振动传感器、硬盘密码认证、生物识别等分别连接至数据通信单元的传感器接口、密码认证和生物识别，计算机IP连接至数据通信单元的通讯接口。

对于存储芯片安装在计算机的硬盘中的情况，自毁决策芯片判断当前时刻是否需要执行自毁，分为以下几种情景：

(a)硬盘丢失：这种情况在移动硬盘中出现的较多，此时硬盘脱离原有计算机，在新计算机上可能进行数据的交互，进而造成数据泄露；因而，事先需要将硬盘与计算机绑定，当判断硬盘脱离原有绑定的计算机时；首先逻辑判断单元的计时模块进行自毁倒计时，以防止误操作引起的硬盘误自毁，在倒计时结束前，若补充识别信息，则自毁程序终结，进入正常硬盘启动流程，否则逻辑判断单元判断需要执行自毁。

(b)整机丢失：这种情况在笔记本电脑、平板电脑上较为普遍，此时硬盘虽然安装在原有计算机上，但非法使用者可以通过其它数据交互方式(例如硬盘直接拷贝、光盘刻录)使计算机内部数据泄露，这种情况下，将不能采取“识别已绑定的计算机”的策略；首先对用户进行认证，然后才能启动硬盘，认证采用生物识别与密码认证相结合的方式，若生物识别或密码错误，则不能启动硬盘，并判断需要执行自毁；需要注意的是，自毁决策芯片应该与计算机控制芯片独立，以防止被恶意程序篡改功能。

(c)外力破坏硬盘存储设备：如果通过传感器，或者机械结构检测到暴力强拆机的行为，首先进行自毁倒计时，以防止误操作引起的硬盘误自毁，在倒计时结束前，若补充识别信息，则自毁程序终结，进入正常硬盘启动流程，否则判断需要执行自毁。

(d)用户主观需要自毁：用户通过远程通讯模块发送自毁指令至数据通信单元，首先进行自毁倒计时，以防止误操作引起的硬盘误自毁，在倒计时结束前，若补充识别信息，则自毁程序终结，进入正常硬盘启动流程，否则判断需要执行自毁；同时，根据硬盘的安全级别也可以在主动自毁功能里加入身份识别功能，以防止人为利用硬盘自毁功能而故意破坏硬盘中的重要数据。

对于存储芯片安装在手机或者平板电脑中的情况，手机或平板电脑的使用环境要复杂得多，因此判断条件与硬盘有所区别，自毁决策芯片判断当前时刻是否手机丢失需要执行自毁，分为以下几种情景：

(a)手机与可穿戴电子设备互动：手机丢失后，脱离原使用者，通常不会再次与原使用者相遇，而普通手机与使用者每日均保持近距离接触且日均接触时间大于设定时间(8小时)，事先设定手机与可穿戴电子设备互动，周期性接收电子设备发来的信号，如果手机未接收到信号，则逻辑判断单元判断手机已经丢失，需要执行自毁；例如与智能手表进行周期性NFC通讯，从手机与NFC绑定开始起，手机每H小时，接收一次NFC信号，若未接收到NFC信号，则逻辑判断单元判断手机已经丢失，需要执行自毁，其中，H为正数，H取决于手机安全级别，级别越高，H越小。

(b)手机与充电器匹配：手机丢失后，通常脱离原充电设备，普通手机则普遍需要每日充电1次，事先为每个手机的充电器设置一个独特认证码，一部手机至多可以与N个充电器进行匹配，这样充电器在手机充电时可以被手机识别；若手机在D天内未与匹配的手机进行配对充电，则逻辑判断单元判断手机已经丢失，需要执行自毁，其中，N为自然数，N取决于手机安全级别，级别越高，N越小，D为正数，D取决于手机安全级别，级别越高，D越小。

(c)手机设定生物识别功能：开关机为物理按键，在按键上加装生物识别功能，这样不仅开机解锁屏幕需要使用生物识别与密码认证，关机也同样需要使用生物识别与密码认证，一旦检测到非法的开机与解锁或是非法的关机与解锁，则逻辑判断单元判断手机已经丢失，需要执行自毁。

(d)手机用户主观执行自毁：用户由于某些原因需要立即执行自毁，通过远程通讯模块发送自毁指令至数据通信单元，首先进行自毁倒计时，以防止误操作引起的硬盘误自毁，在倒计时结束前，若补充识别信息，则自毁程序终结，否则逻辑判断单元判断需要执行自毁；同时，根据手机的安全级别也可以在主动自毁功能里加入身份识别功能，以防止人为利用自毁功能而故意破坏手机中的重要数据。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，所述可自毁非易失性存储芯片包括：存储芯片和形成在其上的自毁功能层；其中，自毁功能层从下至上依次包括绝缘层、加热层、钝化层和焊盘金属；绝缘层形成在存储芯片上，并且在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置设置多个通孔，以露出存储芯片的各个功能引脚；在绝缘层上没有设置通孔的位置形成加热层，加热层包括两端的加热电极和连接两个加热电极的作用区；在加热层上形成钝化层，在钝化层上与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与两个加热电极相对应的位置设置有焊盘通孔；在焊盘通孔内分别设置存储芯片焊盘金属和两个自毁焊盘金属，各个存储芯片焊盘金属分别与存储芯片的各个功能引脚相连接，并分别连接至外围电路，两个自毁焊盘金属分别与加热层的两个加热电极相连接，并分别连接至外部的自毁电路。

2.如权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，所述加热层的厚度不超过2μm；材料采用镍铬合金，或者钨。

3.如权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，所述加热层的作用区，形状为矩形，宽度在2μm～40μm之间，或者形状为中间窄两端宽的结构，并且为轴对称的图形，中间的最小宽度在2μm～40μm，两端的最大的宽度在40μm～400μm。

4.如权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，所述钝化层的材料采用与CMOS工艺相兼容的绝缘抗氧化材料；所述绝缘层的厚度在0.5μm～2μm之间。

5.如权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，所述自毁电路包括：数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元、电源和输出控制单元；其中，数据通信单元、逻辑判断单元、存储单元和输出控制单元分别连接至电源；上位机或传感器通过数据总线连接至数据通信单元；数据通信单元接收来自上位机或传感器的信息，并将这些信息发送至逻辑判断单元；逻辑判断单元接收信息，并根据存储在存储单元中的指令判断当前时刻是否需要执行自毁，若不需要，则无动作，若需要则逻辑判断单元向输出控制单元发送自毁指令；输出控制单元接收来自逻辑判断单元的自毁指令，并通过发火控制端向加热层发出脉冲发火信号，控制加热层发热以执行自毁；两个加热电极分别连接至发火控制端和地端。

6.如权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片，其特征在于，进一步包括封装体，所述封装体包括封装外壳和引脚框架，已制备好的可自毁非易失性存储芯片贴装在引脚框架上，各个存储芯片焊盘金属分别连接至引脚框架的各个存储芯片引脚，以及两个自毁焊盘金属分别连接至引脚框架的两个自毁引脚，封装在封装外壳中，并露出引脚，从而将存储芯片的各个功能引脚分别通过引脚框架的各个存储芯片引脚连接至外围电路，以及将两个加热电极分别通过引脚框架的两个自毁引脚连接至外部的自毁电路。

7.一种权利要求1所述的可自毁非易失性存储芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)提供存储芯片；

2)淀积绝缘层：在存储芯片上覆盖一层绝缘材料，形成绝缘层，厚度不超过2μm之间；

3)淀积加热层：通过溅射、化学气相沉积CVD和离子注入等工艺在绝缘层上覆盖一层加热层的材料，厚度不超过2μm；

4)加热层的图形化：通过光刻和刻蚀对加热层的材料图形化，形成加热层，加热层包括两端的加热电极和连接两个加热电极的作用区；

5)淀积钝化层：在加热层上覆盖一层绝缘抗氧化材料，形成钝化层，厚度在0.2μm～2μm之间；

6)形成焊盘通孔：在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置以及与加热层的两个加热电极相对应的位置，刻蚀钝化层，形成焊盘通孔；

7)形成焊盘金属：在焊盘通孔中填充焊盘金属，并对焊盘金属进行合金工艺，从而在与存储芯片的各个功能引脚相对应的位置形成多个存储芯片焊盘金属，以及与两个加热电极相对应的位置形成两个自毁焊盘金属，从而将存储芯片的各个功能引脚分别连接至外围电路，以及将两个加热电极分别连接至外部的自毁电路的发火控制端和地端。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，进一步包括将自毁芯片封装在封装体中，封装体包括封装外壳和引脚框架，将已制备好的可自毁非易失性存储芯片贴装在引脚框架上，并将焊盘金属分别连接至引脚框架的各个引脚，各个存储芯片焊盘金属分别连接至引脚框架的各个存储芯片引脚，以及两个自毁焊盘金属分别连接至引脚框架的两个自毁引脚，封装在封装外壳中，并露出引脚，从而将存储芯片的各个功能引脚分别通过引脚框架的各个存储芯片引脚连接至外围电路，以及将两个加热电极分别通过引脚框架的两个自毁引脚连接至外部的自毁电路。