[发明专利]用于减少非易失性存储器中数据残留的方法

说明书

技术领域

本发明涉及非易失性存储器的安全存储，具体涉及非易失性存储器中与浮栅结构有关的数据残留问题，属于信息安全技术领域。

背景技术

随着信息存储技术的迅猛发展，固态存储技术得到广泛应用。固态存储器可以分为易失性存储器和非易失性存储器。与断电即失数据的易失性存储器相比，非易失性存储器在电源暂时中断或较长时间处于断电状态时，仍然能够保持其中的数据^[1]。目前，以非易失性存储器为核心的固态存储技术广泛应用于计算机、汽车、移动设备、通讯和医疗等方面。

然而任何一种存储器都不是绝对安全的。非易失性存储器的应用是基于一种假设，即经过擦除操作，存储器中的信息不可恢复。但是，实际上并非如此，非易失性存储器中仍存在数据残留问题。非易失性存储器是以电荷的形式存储信息，在写入操作时，将电荷存储在浮栅中，在擦除操作时，让电荷流出浮栅^[2]。但是执行擦除操作并不能将写入操作中流入浮栅的电子完全擦干净，仍然有部分电荷残留在浮栅上，并表征在阈值电压等器件参数上^[3]。即使非易性存储器中的数据全为逻辑“1”，攻击者仍可以通过测量器件参数的具体模拟量，经运算分析，恢复存储器中的信息，使个人隐私或企业机密等受到威胁。

早在1996年，Peter Gutmann通过研究发现半导体存储器中存在数据残留问题^[4]，并在2001年对非易失性存储器EEPROM的存储单元中的数据残留现象进行了进一步研究，发现编程时间和单元条件等会影响存储器件的阈值电压^[5]。非易失性存储器中的数据残留与很多因素有关，例如写操作时间、擦除操作时间、偏置电压、工艺参数等。但是，并没有文章或者专利提出如何对这些影响因素进行仿真验证。因此，本发明从减少擦除操作后浮栅上残留的电子数的角度，通过改变器件的一些影响因素，使经过写/擦除操作之后，浮栅型非易失性存储器中的电子残留更少，从而减少非易失性存储器中的数据残留。

[参考文献]

1.曾莹，伍冬，孙磊等；先进半导体存储器——结构、设计与应用[M]，北京：电子工业出版社，2005，236-242。

2.刘寅，苏昱，朱钧；FLASH存储单元结构及功能研究[J]，清华大学学报(自然科学版),1999，39(S1)：91-94。

3.Skorobogatov S.Data remanence in flash memory devices[M].Cryptographic Hardware and Embedded Systems–CHES 2005.Springer Berlin Heidelberg,2005:339-353。

4.Gutmann P.Secure deletion of data from magnetic and solid-state memory[C].Proceedings of the Sixth USENIX Security SympoSium,San Jose,CA.1996,14。

5.Gutmann P.Data remanence in semiconductor devices[C].Proceedings of the 10th conference on USENIX Security SympoSium-Volume 10.USENIX Association,2001:4-4。

发明内容

非易失性存储器经过擦除操作后，浮栅上会残留部分电子。本发明提出一种用于减少非易失性存储器中数据残留的方法，基于软件仿真，通过改变器件的一些影响因素以减少擦除操作后浮栅上残留的电子数目，进而攻击者更难根据浮栅电子数猜测存储数据，即有效地降低恢复数据的概率。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于减少非易失性存储器中数据残留的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用Silvaco TCAD对非易失性存储单元进行建模，包括结构模型和电学特性模型，其中，结构模型至少包括利用干氧热氧化形成隧道氧化层；电学特性模型至少包括擦除操作中的源电压和擦除操作时间的设置；

步骤2：在结构模型和电学特性模型中确定对非易失性存储器中数据残留产生影响的因素对应的模型参数；其中，隧道氧化层厚度所对应的模型参数是干氧热氧化中扩散的总时间，源电压所对应的模型参数是擦除操作中的源电压，擦除操作时间所对应的模型参数是擦除操作中瞬态仿真总时间；