具有晶体管的物理不可克隆功能的器件及制造方法技术

本文描述了具有晶体管的物理不可克隆功能的器件及制造方法。根据一个实施例，一种物理不可克隆功能器件包括晶体管对集合，晶体管对集合中的晶体管具有属于共同随机分布的经随机分布的有效阈值电压；差分读取电路，被配置为测量晶体管对集合中的晶体管对的晶体管的有效阈值电压之间的阈值差，并且将其中所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及写入电路，被配置为将不可靠的晶体管对的晶体管的有效阈值电压移位到共同随机分布内。

【技术实现步骤摘要】
具有晶体管的物理不可克隆功能的器件及制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2019年2月22日提交的法国专利申请号1901792的优先权，该申请以此通过引用合并于此。
本专利技术的实现和实施例涉及物理不可克隆功能(PUF)，特别是在包括晶体管的结构中。
技术介绍
物理上不可克隆的功能允许自动生成依赖于随机物理属性的唯一不可预测代码。因此，即使克隆这种功能不是不可能，但是非常困难。一方面，期望物理不可克隆功能足够鲁棒，以使它们在重复使用后或在温度变化的情况下尤其不会随时间变化。另一方面，期望容易可标识物理属性的随机变化，以便能够明确地区分各种数据。此外，期望物理不可克隆功能的产生不需要或仅需要很少的专用制造步骤。唯一不可预测代码通常包括随机数据序列，并且主要用作加密密钥。这些数据通常是秘密的。事实是，存在一些技术，特别是采用扫描电容显微镜(SCM)或扫描电子显微镜(SEM)的技术，它们能够提取秘密数据，即，能够通过测量、检查和/或分析来读取数据。对于旨在实现鲁棒的数据保留和数据可读性的常规结构尤其如此。具体地，增加了保留和区分用于读出的数据的能力的常规技术通常还增加了提取技术的能力以区分数据。
技术实现思路
根据一个实施例，一种物理不可克隆功能器件包括：晶体管对集合，晶体管对集合中的晶体管具有属于共同随机分布的经随机分布的有效阈值电压；差分读取电路，被配置为测量晶体管对集合中的晶体管对的晶体管的有效阈值电压之间的阈值差，并且将其中所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及写入电路，被配置为将不可靠的晶体管对的晶体管的有效阈值电压移位到共同随机分布内。根据另一实施例，一种方法包括：提供晶体管对集合，其中晶体管对集合中的晶体管的有效阈值电压根据共同随机分布而被随机分布；测量晶体管对集合中的晶体管的有效阈值电压之间的阈值差，并且将晶体管对集合中的所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及将不可靠的晶体管对中的晶体管的有效阈值电压移位到共同随机分布内。根据又一实施例，一种集成电路包括：多个晶体管对，其中多个晶体管对中的每个晶体管对的第一晶体管耦合至第一位线，并且多个晶体管对中的每个晶体管对的第二晶体管耦合至第二位线，并且多个晶体管对中的晶体管具有根据共同随机分布而经随机分布的有效阈值电压；读取电路，具有耦合到第一位线的第一输入和耦合到第二位线的第二输入，其中读取电路被配置为测量多个晶体管对中的每个晶体管对的第一晶体管和第二晶体管之间的阈值差，并且将所测量的阈值差与预定阈值进行比较；以及写入电路，耦合至多个晶体管对中的每个晶体管对的第一晶体管和第二晶体管的栅极，其中写入电路被配置为将每个晶体管对的第一晶体管和第二晶体管的有效阈值电压移位，以使得所测量的阈值差大于预定阈值并且在共同随机分布内。附图说明通过检查对完全非限制性实现和实施例的详细描述以及附图，本专利技术的其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：图1A图示了存储器的阈值分布；图1B图示了存储数据的晶体管的扫描电容显微照片SC；图2图示了本专利技术的一个示例实施例；图3图示了本专利技术的一个示例实施例；图4图示了本专利技术的一个示例实施例；图5图示了本专利技术的一个示例实施例；图6图示了本专利技术的一个示例实施例；图7图示了本专利技术的一个示例实施例；图8图示了本专利技术的一个示例实施例；图9图示了本专利技术的一个示例实现；图10图示了本专利技术的一个示例实现；图11图示了本专利技术的一个示例实施例。具体实施方式本专利技术的实现和实施例涉及物理不可克隆功能(PUF)，特别是在包括晶体管的结构中。根据一个实施例，差分读取电路还被配置为读取一对晶体管的逻辑状态，该逻辑状态由该对晶体管的有效阈值电压的值之间的大于裕度值的差限定。根据一个实施例，写入电路被配置为将每个不可靠成对的晶体管的有效阈值电压移位，以便将有效阈值电压之间的差增大到裕度值以上。根据一个实施例，写入电路被配置为通过生成用于热载流子注入以便在晶体管的栅极电介质中捕获电荷的状况来将晶体管的有效阈值电压移位。有利地，用于将晶体管的有效阈值电压移位的写入电路被配置为生成一系列写入脉冲，一系列写入脉冲各自生成用于热载流子注入的状况。有利地，差分读取电路被配置为在至少某些写入脉冲之间执行裕度验证，裕度验证包括将成对晶体管的有效阈值电压的值之间的差与裕度值进行比较。根据一个实施例，成对晶体管的集合的逻辑状态旨在形成随机数据序列。一种集成电路可以包括诸如在后面的实施例中定义的物理不可克隆功能器件、以及被配置为使用密钥来对数据加密的加密器件，密钥有利地包括随机数据序列。根据另一方面，提供一种过程，该过程包括产生物理不可克隆功能，该产生包括：制造旨在具有相同阈值电压的成对晶体管的集合；晶体管的阈值电压的有效值的随机分散形成晶体管的阈值电压的共同随机分布；测量成对晶体管的有效阈值电压之间的差，并且标识其有效阈值电压之间的差小于裕度值的所谓的不可靠的成对晶体管；以及以受控且受限的方式将每个不可靠的成对中的晶体管的有效阈值电压移位，使得经移位的阈值电压保持在共同随机分布内。根据一个实施例，该过程还包括读取一对晶体管的逻辑状态，该逻辑状态由该对晶体管的有效阈值电压的值之间的大于裕度值的差限定。例如，该移位包括将不可靠的成对中的晶体管的有效阈值电压之间的差增加到裕度值以上。根据一个实现，将晶体管的有效阈值电压移位包括生成用于热载流子注入的状况，以及在晶体管的栅极电介质中捕获电荷。有利地，将晶体管中的一个的有效阈值电压移位包括生成写入脉冲序列，每个写入脉冲生成用于热载流子注入的状况。有利地，该移位包括至少某些写入脉冲之间的裕度验证，裕度验证包括测量成对晶体管的有效阈值电压的值之间的差，并且将所测量的差与裕度值进行比较。根据一个实现，成对晶体管的集合的逻辑状态旨在形成随机数据序列。加密方法可以有利地包括使用密钥来对数据进行加密，其中密钥包括使用诸如由后一实现限定的过程获得的随机数据序列。图1A图示了旨在实现鲁棒的数据保持和数据可读性的常规技术，在该技术中数据由晶体管阈值电压Vt的水平限定。第一晶体管具有属于低水平分布D1的阈值电压Vt，低水平分布D1允许定义例如第一逻辑值“1”。第二晶体管具有属于高水平分布D0的阈值电压Vt，高水平分布D0允许定义例如第二逻辑值“0”。图1B图示了使用参考图1A呈现的技术来存储数据的晶体管的扫描电容显微照片SC。如果晶体管的位置已知，则容易地可提取所存储的数据序列1010。具体而言，可以在图像SC中看到黑圈中的第一晶体管(其阈值电压属于低水平分布D1)的沟道区域、以及白圈中的第二晶体管(其阈值电压属于高水平分布D0)的沟道区域。当然这是有问题的。因此，需要提供物理不可克隆功能结构，其相对于外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种物理不可克隆功能器件，包括：/n晶体管对集合，所述晶体管对集合中的晶体管具有属于共同随机分布的经随机分布的有效阈值电压；/n差分读取电路，被配置为测量所述晶体管对集合中的晶体管对的晶体管的所述有效阈值电压之间的阈值差，并且将其中所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及/n写入电路，被配置为将所述不可靠的晶体管对的晶体管的所述有效阈值电压移位到所述共同随机分布内。/n

【技术特征摘要】
20190222 FR 19017921.一种物理不可克隆功能器件，包括：
晶体管对集合，所述晶体管对集合中的晶体管具有属于共同随机分布的经随机分布的有效阈值电压；
差分读取电路，被配置为测量所述晶体管对集合中的晶体管对的晶体管的所述有效阈值电压之间的阈值差，并且将其中所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及
写入电路，被配置为将所述不可靠的晶体管对的晶体管的所述有效阈值电压移位到所述共同随机分布内。


2.根据权利要求1所述的器件，其中所述写入电路被配置为将所述晶体管的所述有效阈值电压移位，以将所述阈值差增加到所述裕度值以上。


3.根据权利要求1所述的器件，其中所述写入电路被配置为通过生成用于热载流子注入以在所述晶体管的栅极电介质中捕获电荷的状况来将所述晶体管的所述有效阈值电压移位。


4.根据权利要求3所述的器件，其中所述写入电路被配置为通过将一系列写入脉冲施加到所述晶体管来生成用于热载流子注入的所述状况。


5.根据权利要求4所述的器件，其中所述差分读取电路被配置为在所述一系列写入脉冲中的至少一个写入脉冲之后执行裕度验证，其中执行所述裕度验证包括将所测量的阈值差与所述裕度值进行比较。


6.根据权利要求1所述的器件，其中所述差分读取电路进一步被配置为读取所述晶体管对集合中的晶体管对的逻辑状态，其中当所述晶体管对中的所述晶体管的所述有效阈值电压之间的电压差超过所述裕度值时，所述逻辑状态由所述电压差限定。


7.根据权利要求6所述的器件，其中所述晶体管对集合的所述逻辑状态形成随机数据序列。


8.一种集成电路，包括：
根据权利要求7所述的物理不可克隆功能器件；以及
加密器件，被配置为使用密钥来加密数据，其中所述密钥包括所述随机数据序列。


9.一种方法，包括：
提供晶体管对集合，其中所述晶体管对集合中的晶体管的有效阈值电压根据共同随机分布而被随机分布；
测量所述晶体管对集合中的所述晶体管的有效阈值电压之间的阈值差，并且将所述晶体管对集合中的所测量的阈值差小于裕度值的晶体管对标识为不可靠的晶体管对；以及
将所述不可靠的晶体管对中的所述晶体管的所述有效阈值电压移位到所述共同随机分布内。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述移位包括：将所述不可靠的晶体管对的所述阈值差增加到所述裕度值以上。


11.根据权利要求9所述的方法，其中将所述晶体管的所述有效阈值电压移位包括：生成用于热载流子注入的状况，以将电荷捕获在所述晶体管的栅极电介质中。


12.根据权利要求11所述的方法，其中生成用于热载流子注入的所述状况包括：施加一系列写入脉冲，所述一系列写入脉冲各自生成用于热载流子注入的所述状况。


13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·拉罗萨，M·曼泰利，S·尼埃尔，A·雷尼耶，
申请(专利权)人：意法半导体克洛尔二公司，意法半导体鲁塞公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR