[发明专利]基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构及其制造方法

说明书

本发明公开了基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构及其制造方法，新型熵源结构包括单晶硅衬底、设置于单晶硅衬底上侧的有源区及设置于有源区上侧的多晶硅，多晶硅覆盖有源区的部分形成沟道区，多晶硅由沟道区向外侧延伸的部分形成栅极外悬量；多晶硅两端的外悬量长度不相等,多晶硅外悬量较短的一端处的沟道区由于离子横向扩散而部分侵入形成漏电通道，且形成的漏电通道等效为并联在晶体管的源极和漏极之间的寄生电阻。上述新型熵源结构，多晶硅的外悬量的差异形成包含寄生电阻的熵源结构，寄生电阻的阻值呈随机分布，在电源电压及温度出现波动情况下熵源结构的电流具有较宽的分布及良好的分布均衡性，大幅提高了熵源结构的可靠性和随机性。

技术领域

本发明涉及集成电路硬件安全技术领域，尤其涉及一种基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构及其制造方法。

背景技术

建设数字中国是推动经济社会发展、促进国家治理体系和治理能力现代化的必然要求，也是满足人民日益增长的美好生活需要的客观条件。因此，在全球信息化大潮兴起的时代，中国参与数字时代的建设已是势在必行。随着网络技术的发展，数字化建设已经逐步进入到国家、企业和公众的视野中。在当今的数字化建设中，政府、企业都将原有业务流程和关键信息内容以数据形式存在于“云网”，数据已经成为数字时代的新型生产要素。但是，大量的重要信息汇集于网络之后，如果数据安全防护不到位，就增大了数据泄露的风险。

从软件层面实现信息安全的方式，主要是网络防御安全，这种方法易于实现、维护和更新，并且更加灵活。但是软件实现方法很大程度依赖于终端硬件设备的操作系统，如果该硬件设备受到物理层面的暴力攻击或者芯片层面的硬件漏洞攻击，那么就会存在代码或者数据被窃取、检索甚至篡改的危险。而在硬件层面实现信息安全的方式，与传统的密码学相一致，可分为密钥的生成和密钥的存储。密钥的生成主要通过搭建硬件电路来实现传统的加密算法，例如公钥密码算法RSA等，相较于软件，此过程不依赖于操作系统，所以不存在软件层面上的逆向工程破解，但实现安全性越高的硬件电路通常意味着需要更加复杂的设计以及更加昂贵的制造成本。此外，传统密钥会存储在非易失性存储器（Non-VolatileMemory，NVM）中。而非易失性存储器保存的数据在其掉电后并不会消失，如果使用暴力拆解芯片外部封装，使用微小的金属探针在特定条件下就可以读取存储器中的数据，从而导致数据泄露。

物理不可克隆函数（Physically unclonable function, PUF）作为一种新型的硬件安全模块电路，具有不可克隆和可靠性强等特点，是传统NVM较好的替代品，并且有望满足密钥存储的所有安全属性。PUF是通过其内部熵源结构随机地产生包含“0”和“1”的数字密钥，并且不会将密钥长时间存储于存储器中，这使得入侵者很难获取或者篡改PUF熵源结构中的随机数信息。我们知道，制造PUF芯片需要低成本、高可靠性的熵源，然而现有技术中的熵源对于电源电压、环境温度等变化较为敏感，使得熵源电压或电流分布的标准差变窄且不对称，从而导致最终产生的密钥可靠性较低，并且随机性较低（即“0”和“1”的分布不均衡）。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构，旨在解决现有技术方法中熵源可靠性较差的问题。

本发明实施例提供了基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构，其包括单晶硅衬底、设置于所述单晶硅衬底上侧的有源区及设置于所述有源区上侧的多晶硅；

所述多晶硅覆盖所述有源区的部分形成沟道区，所述多晶硅由所述沟道区向外侧延伸的部分形成栅极外悬量；

所述多晶硅的两端分别外悬于所述沟道区且两端的长度不相等，所述多晶硅外悬量较短的一端处的沟道区进行离子注入的过程中离子由于横向扩散而部分侵入，从而在所述多晶硅外悬量较短的一端处的沟道区形成漏电通道，且形成的所述漏电通道等效为并联在所述晶体管的源极与漏极之间的寄生电阻。

所述的基于栅极外悬量调制晶体管的新型熵源结构，其中，所述多晶硅的长边方向与所述有源区的长边方向相垂直，且所述沟道区位于所述有源区的中段。