使用基于環(huán)式振蕩器的物理不可克隆函數(shù)及老化檢測(cè)電路的集成電路識(shí)別及可靠度驗(yàn)證的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]各種特征涉及集成電路，且更具體來(lái)說(shuō)，涉及使用基于環(huán)式振蕩器的物理不可克隆函數(shù)及老化檢測(cè)電路的集成電路(IC)識(shí)別(ID)及IC可靠度驗(yàn)證。
【背景技術(shù)】
[0002]在計(jì)算遍布的時(shí)代中，存在與軟件版權(quán)保護(hù)、防偽IC(亦即，芯片)及系統(tǒng)可靠性有關(guān)的大量安全性問(wèn)題。軟件保護(hù)是用以防止軟件的未經(jīng)授權(quán)復(fù)制到一系列計(jì)算機(jī)安全技術(shù)。換言之，軟件必須能夠確定用戶(hù)是否經(jīng)適當(dāng)許可以使用軟件，且僅在被許可的情況下執(zhí)行軟件。與軟件保護(hù)有關(guān)的另一問(wèn)題為如何識(shí)別芯片或平臺(tái)(軟件在其上執(zhí)行)是否為防偽芯片。防偽芯片已在產(chǎn)業(yè)中激增且成為電子裝置供應(yīng)鏈的風(fēng)險(xiǎn)。因此，識(shí)別并限制防偽芯片在電子裝置供應(yīng)鏈中的使用至關(guān)重要。
[0003]芯片上物理不可克隆函數(shù)(Physical Unclonable Funct1n，PUF)是利用IC內(nèi)部的制造工藝變化的芯片唯一質(zhì)詢(xún)響應(yīng)機(jī)制。質(zhì)詢(xún)與對(duì)應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系是通過(guò)IC中的邏輯及互連件中的復(fù)雜統(tǒng)計(jì)變化來(lái)確定。可在先前技術(shù)中發(fā)現(xiàn)IC中的不同PUF實(shí)施。舉例來(lái)說(shuō)，基于環(huán)式振蕩器的PUF利用IC的制造工藝變化，所述變化造成相同布局的環(huán)式振蕩器的頻率的隨機(jī)但靜態(tài)的變化。
[0004]圖1說(shuō)明在先前技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的基于環(huán)式振蕩器的PUF電路102的一個(gè)實(shí)例的示意框圖。多個(gè)環(huán)式振蕩器(R0)104可被同時(shí)啟用，且將所述多個(gè)RO的輸出發(fā)送至兩個(gè)或兩個(gè)以上開(kāi)關(guān)(復(fù)用器)106、108。質(zhì)詢(xún)充當(dāng)至開(kāi)關(guān)106、108的輸入，所述質(zhì)詢(xún)使每一開(kāi)關(guān)106、108接著自所述多個(gè)RO 104中選擇單一 R0。發(fā)送至開(kāi)關(guān)106、108的質(zhì)詢(xún)經(jīng)設(shè)計(jì)以使得每一開(kāi)關(guān)106、108選擇不同R0。歸因于半導(dǎo)體層級(jí)的輕微制造變化，選中RO各自具有與之相關(guān)聯(lián)的稍微不同諧振頻率，即使每一 RO已試圖使RO相同來(lái)制造。PUF輸出響應(yīng)是通過(guò)如計(jì)數(shù)器110及112所測(cè)量/存儲(chǔ)的這些選中環(huán)式振蕩器的頻率的成對(duì)比較114產(chǎn)生。舉例來(lái)說(shuō)，如果第一計(jì)數(shù)器110檢測(cè)高于第二計(jì)數(shù)器112的頻率，則可產(chǎn)生邏輯“ 1”，否則可產(chǎn)生邏輯“O”。以此方式，做出的所述比較表示質(zhì)詢(xún)/響應(yīng)機(jī)制，其中所選RO對(duì)為質(zhì)詢(xún)且RO頻率比較結(jié)果為響應(yīng)。
[0005]理想地，選為質(zhì)詢(xún)的每一 RO對(duì)將產(chǎn)生唯一響應(yīng)。所產(chǎn)生的響應(yīng)不應(yīng)能夠基于質(zhì)詢(xún)輸入提前確定。此外，輸入至PUF中的相同質(zhì)詢(xún)每次均應(yīng)產(chǎn)生相同響應(yīng)輸出。然而，隨時(shí)間過(guò)去及使用這些性質(zhì)中的一或多者尤其可能未必適用。舉例來(lái)說(shuō)，隨時(shí)間過(guò)去，一個(gè)RO的頻率可由于過(guò)度使用而慢下來(lái)，且相同質(zhì)詢(xún)輸入可產(chǎn)生不同響應(yīng)輸出(例如，邏輯“I”可轉(zhuǎn)換為“O”)。
[0006]類(lèi)似上述的電路的基于RO的PUF電路可用以產(chǎn)生芯片識(shí)別符號(hào)碼。然而，僅依靠?jī)H以此方式產(chǎn)生的芯片識(shí)別符號(hào)碼的芯片識(shí)別安全系統(tǒng)受固有限制。
[0007]由于CMOS工藝技術(shù)繼續(xù)沿著積極擴(kuò)張路圖前進(jìn)，故設(shè)計(jì)可靠電路對(duì)于每一技術(shù)里程碑來(lái)說(shuō)已變得愈加具有質(zhì)詢(xún)性?？煽啃詥?wèn)題(例如偏壓溫度不穩(wěn)定性(biastemperature instability，BTI)、熱載子注入(hot carrier inject1n，HCI)及時(shí)間相依介電質(zhì)擊穿(time-dependent dielectric breakdown，TDDB))已變得更普遍，因?yàn)殡妶?chǎng)在奈米級(jí)CMOS裝置中繼續(xù)增加。這些質(zhì)詢(xún)中的最緊迫質(zhì)詢(xún)是由PMOS晶體管的S1-S1界面中的講產(chǎn)生造成的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(negative bias temperature instability，NBTI)。因此，數(shù)字電路降級(jí)的精確測(cè)量為設(shè)計(jì)老化容許電路的關(guān)鍵方面。
[0008]圖2說(shuō)明在先前技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的IC老化傳感器電路200的示意框圖。兩個(gè)RO 202、204的輸出端耦接到確定RO 202與RO 204之間的頻率差fdiff的相位比較器206。第一 RO202(例如，ROstk)為“受應(yīng)力”的，因?yàn)榈谝?RO幾乎始終以供電電壓位準(zhǔn)Vdd stk通電(亦即，第一 RO在連續(xù)操作)，所述供電電壓位準(zhǔn)大于芯片的標(biāo)稱(chēng)供電電壓VDD。與之對(duì)比，第二 RO204(例如，ROkef)通常斷電(亦即，第二 RO不操作)。因而，在需要測(cè)量的時(shí)間期間，使兩個(gè)RO在標(biāo)稱(chēng)供電電壓Vdd下操作(亦即，打開(kāi))，且通過(guò)相位比較器206來(lái)測(cè)量RO 202與RO 204之間的頻率差。隨時(shí)間過(guò)去，受應(yīng)力RO 202的操作頻率將相對(duì)于不受應(yīng)力RO 204的操作頻率減小(亦即，fdiff將增加)。接著可通過(guò)分析f <??隨時(shí)間增加的量來(lái)確定IC老化傳感器電路200的老化，且因此又確定較大電路(傳感器電路200駐留于其上)的老化。
[0009]上述電路中的每一者占用IC的作用表面上的寶貴芯片面積。因此，可提取由PUF安全電路及IC老化檢測(cè)器電路提供的益處的具有減小的實(shí)施所需芯片面積的經(jīng)改良電路設(shè)計(jì)為有價(jià)值的。此外，始終需要系統(tǒng)的識(shí)別防偽芯片且執(zhí)行芯片健康監(jiān)視(亦即，檢測(cè)芯片老化)的增加的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]一個(gè)特征提供一種集成電路，其包括:經(jīng)配置以部分地實(shí)施物理不可克隆函數(shù)(PUF)的第一多個(gè)環(huán)式振蕩器；經(jīng)配置以部分地實(shí)施老化傳感器電路的第二多個(gè)環(huán)式振蕩器；及耦接到所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器及所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器的環(huán)式振蕩器選擇電路，其中所述環(huán)式振蕩器選擇電路經(jīng)調(diào)適以選擇來(lái)自所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器及/或所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的至少一者的至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出，且其中所述環(huán)式振蕩器選擇電路通常由所述PUF及所述老化傳感器電路共享。根據(jù)一個(gè)方面，所述集成電路進(jìn)一步包括經(jīng)調(diào)適以接收并比較所述兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出且產(chǎn)生輸出信號(hào)的輸出函數(shù)電路。根據(jù)另一方面，所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器及所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器包含至少一通常共享環(huán)式振蕩器。根據(jù)又一方面，所述選擇電路包含接收來(lái)自所述多個(gè)第一環(huán)式振蕩器及所述多個(gè)第二環(huán)式振蕩器的輸出的兩個(gè)或兩個(gè)以上選擇開(kāi)關(guān)，所述選擇開(kāi)關(guān)選擇所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出。
[0011]根據(jù)一個(gè)方面，所述選擇電路響應(yīng)于由處理電路接收的質(zhì)詢(xún)而選擇所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出。根據(jù)另一方面，所述選擇電路響應(yīng)于所述質(zhì)詢(xún)而將所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出提供至所述處理電路。根據(jù)又一方面，所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器通過(guò)以下操作來(lái)實(shí)施所述物理不可克隆函數(shù):選擇性地啟用所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器中的至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器，其中由所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產(chǎn)生唯一識(shí)別符。根據(jù)另一方面，選擇性地啟用的所述兩個(gè)環(huán)式振蕩器相互離開(kāi)至少?ομπι而定位。
[0012]根據(jù)一個(gè)方面，所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器通過(guò)以下操作來(lái)實(shí)施所述老化傳感器電路:使所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的第一環(huán)式振蕩器連續(xù)地運(yùn)行；使所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的第二環(huán)式振蕩器維持閑置，除非老化檢測(cè)經(jīng)確定；及通過(guò)執(zhí)行所述第一環(huán)式振蕩器與所述第二環(huán)式振蕩器之間的差分頻率測(cè)量來(lái)確定電路老化信息。根據(jù)另一方面，所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器的所述第一環(huán)式振蕩器及所述第二環(huán)式振蕩器彼此間的距離不超過(guò)1ym0根據(jù)又一方面，所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器的連續(xù)運(yùn)行的環(huán)式振蕩器及閑置環(huán)式振蕩器的數(shù)個(gè)對(duì)是跨所述集成電路的各種部分而分散，以產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)行的環(huán)式振蕩器及閑置環(huán)式振蕩器的所述對(duì)所定位于的所述集成電路的所述部分的局部電路可靠性信息。
[0013]另一特征提供一種制造集成電路的方法，所述方法包括:提供經(jīng)配置以部分地實(shí)施物理不可克隆函數(shù)(PUF)的第一多個(gè)環(huán)式振蕩器；提供經(jīng)配置以部分地實(shí)施老化傳感器電路的第二多個(gè)環(huán)式振蕩器；提供環(huán)式振蕩器選擇電路；將所述環(huán)式振蕩器選擇電路耦接到所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器及所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器，其中所述環(huán)式振蕩器選擇電路經(jīng)調(diào)適以選擇來(lái)自所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器及/或所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的至少一者的至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出，且在所述PUF與所述老化傳感器電路之間共享所述環(huán)式振蕩器選擇電路。根據(jù)一個(gè)方面，所述方法進(jìn)一步包括:提供經(jīng)調(diào)適以接收并比較所述兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出且產(chǎn)生輸出信號(hào)的輸出函數(shù)電路。根據(jù)另一方面，所述方法進(jìn)一步包括:在所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器與所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器之間共享至少一環(huán)式振蕩器。根據(jù)又一方面，所述選擇電路包含經(jīng)調(diào)適以接收來(lái)自所述多個(gè)第一環(huán)式振蕩器及所述多個(gè)第二環(huán)式振蕩器的輸出的兩個(gè)或兩個(gè)以上選擇開(kāi)關(guān)，所述選擇開(kāi)關(guān)選擇所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出。根據(jù)另一方面，所述選擇電路經(jīng)調(diào)適以響應(yīng)于由處理電路接收的質(zhì)詢(xún)而選擇所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出。
[0014]根據(jù)一個(gè)方面，所述選擇電路經(jīng)調(diào)適以響應(yīng)于所述質(zhì)詢(xún)而將所述至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器輸出提供至所述處理電路。根據(jù)另一方面，所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器經(jīng)調(diào)適以通過(guò)以下操作來(lái)實(shí)施所述物理不可克隆函數(shù):選擇性地啟用所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器中的至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器，其中由所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產(chǎn)生唯一識(shí)別符。根據(jù)又一方面，所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器經(jīng)調(diào)適以通過(guò)以下操作來(lái)實(shí)施所述老化傳感器電路:使所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的第一環(huán)式振蕩器連續(xù)地運(yùn)行；使所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器中的第二環(huán)式振蕩器維持閑置，除非老化檢測(cè)經(jīng)確定；及通過(guò)執(zhí)行所述第一環(huán)式振蕩器與所述第二環(huán)式振蕩器之間的差分頻率測(cè)量來(lái)確定電路老化信息。根據(jù)又一方面，所述方法進(jìn)一步包括:跨所述集成電路的各種部分分散所述第二多個(gè)環(huán)式振蕩器的連續(xù)運(yùn)行的環(huán)式振蕩器及閑置環(huán)式振蕩器的數(shù)個(gè)對(duì)，以產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)行的環(huán)式振蕩器及閑置環(huán)式振蕩器的所述對(duì)所定位于的所述集成電路的所述部分的局部電路可靠性信息。
[0015]另一特征提供一種集成電路，其包括:用于實(shí)施物理不可克隆函數(shù)(PUF)的裝置；用于實(shí)施老化傳感器電路的裝置；及耦接到用于實(shí)施所述PUF的所述裝置及用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置的用于選擇信號(hào)的裝置，其中用于選擇的所述裝置經(jīng)調(diào)適以選擇從用于實(shí)施所述PUF的所述裝置及用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置中的至少一者輸出的至少兩個(gè)信號(hào)，其中用于選擇的所述裝置通常由用于實(shí)施所述PUF的所述裝置及用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置共享。根據(jù)一個(gè)方面，所述集成電路進(jìn)一步包括用于比較信號(hào)的裝置，用于比較的所述裝置經(jīng)調(diào)適以接收并比較從用于實(shí)施所述PUF的所述裝置及用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置中的至少一者輸出的所述兩個(gè)信號(hào)，用于比較的所述裝置產(chǎn)生輸出信號(hào)。根據(jù)另一方面，用于實(shí)施所述PUF的所述裝置及用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置包含至少一通常共享環(huán)式振蕩器。根據(jù)又一方面，用于實(shí)施所述PUF的所述裝置是通過(guò)以下操作來(lái)執(zhí)行:選擇性地啟用用于實(shí)施所述PUF的所述裝置中的至少兩個(gè)環(huán)式振蕩器，其中由所述第一多個(gè)環(huán)式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產(chǎn)生唯一識(shí)別符。
[0016]根據(jù)一個(gè)方面，用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置是通過(guò)以下操作來(lái)執(zhí)行:使用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置的第一環(huán)式振蕩器連續(xù)地運(yùn)行；使用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置的第二環(huán)式振蕩器維持閑置，除非老化檢測(cè)經(jīng)確定；及通過(guò)執(zhí)行所述第一環(huán)式振蕩器與所述第二環(huán)式振蕩器之間的差分頻率測(cè)量來(lái)確定電路老化信息。根據(jù)另一方面，用于實(shí)施所述老化傳感器電路的所述裝置