[发明专利]随机码产生器及其相关控制方法

说明书

一种半导体芯片中的随机码产生器，包括：PUF记忆单元阵列、控制电路与验证电路。PUF记忆单元阵列包括m×n个PUF记忆单元。控制电路与验证电路连接至该PUF记忆单元阵列。于编程动作时，该控制电路编程该PUF记忆单元阵列。于验证动作时，该验证电路由该PUF记忆单元阵列中判断出p个PUF记忆单元为正常PUF记忆单元，并对应的产生映射信息，且p小于m×n。当该半导体芯片开始运作时，该控制电路根据该映射信息来读取该PUF记忆单元阵列中的该p个正常PUF记忆单元的储存状态，并组成随机码。

技术领域

本发明是一种随机码产生器与相关控制方法，且特别涉及一种利用物理不可复制技术(physically unclonable function，简称PUF技术)的随机码产生器及其相关控制方法。

背景技术

物理不可复制技术(physically unclonable function，简称PUF技术)是一种创新的方式用来保护半导体芯片内部的数据，防止半导体芯片的内部数据被窃取。根据PUF技术，半导体芯片内的随机码产生器(random code generator)能够提供随机码(randomcode)。此随机码可作为半导体芯片(semiconductor chip)上特有的身份码(ID code)，用来保护内部的数据。

一般来说，PUF技术是利用半导体芯片的制造变异(manufacturing variation)来获得独特的随机码。此制造变异包括半导体的制程变异(process variation)。也即，就算有精确的制程步骤可以制作出半导体芯片，但是其随机码几乎不可能被复制(duplicate)。因此，具有PUF技术的半导体芯片通常被运用于高安全防护的应用(applications withhigh security requirements)。

美国专利号US 9,613,714公开利用一次编程记忆单元(one time programmablecell，简称OTP记忆单元，OTP cell)来组成随机码产生器，用来产生随机码(random code)。

在随机码产生器中包括OTP记忆单元，OTP记忆单元中包括两个储存电路(storingcircuit)。其中，每个储存电路中具有反熔丝晶体管(antifuse transistor)。再者，OTP记忆单元又可称为物理不可复制记忆单元(简称PUF记忆单元，PUF cell)，且每个PUF记忆单元中可储存一个位的随机码。

一般来说，当反熔丝晶体管的栅极端(gate terminal)与源漏端(source/drainterminal)之间的电压差未超过其耐压时，反熔丝晶体管维持在高电阻值状态。反之，当反熔丝晶体管的栅极端与漏源端之间的电压差超过其耐压时，反熔丝晶体管的栅极氧化层会破裂(rupture)，使得反熔丝晶体管由高电阻值状态改变为低电阻值状态。

在美国专利号US 9,613,714中提出多种可产生随机码的PUF记忆单元。举例来说，请参照图1A与图1B，其所示出为现有PUF记忆单元及相关偏压示意图。

PUF记忆单元c1包括：选择晶体管S1、反熔丝晶体管A1、反熔丝晶体管A2以及选择晶体管S2。其中，选择晶体管S1的第一源/漏端连接至位线BL，选择晶体管S1的栅极端连接至字线WL；反熔丝晶体管A1的第一源/漏端连接至选择晶体管S1的第二源/漏端，反熔丝晶体管A1的栅极端连接至反熔丝控制线AF1；反熔丝晶体管A2的第一源/漏端连接至反熔丝晶体管A1的第二源/漏端，反熔丝晶体管A2的栅极端连接至反熔丝控制线AF2；选择晶体管S2的第一源/漏端连接至反熔丝晶体管A2的第二源/漏端，选择晶体管S2的栅极端连接至字线WL，选择晶体管S2的第二源/漏端连接至位线BL。