使用基于環式振蕩器的物理不可克隆函數及老化檢測電路的集成電路識別及可靠度驗證的制作方法
【技術領域】
[0001]各種特征涉及集成電路，且更具體來說，涉及使用基于環式振蕩器的物理不可克隆函數及老化檢測電路的集成電路(IC)識別(ID)及IC可靠度驗證。
【背景技術】
[0002]在計算遍布的時代中，存在與軟件版權保護、防偽IC(亦即，芯片)及系統可靠性有關的大量安全性問題。軟件保護是用以防止軟件的未經授權復制到一系列計算機安全技術。換言之，軟件必須能夠確定用戶是否經適當許可以使用軟件，且僅在被許可的情況下執行軟件。與軟件保護有關的另一問題為如何識別芯片或平臺(軟件在其上執行)是否為防偽芯片。防偽芯片已在產業中激增且成為電子裝置供應鏈的風險。因此，識別并限制防偽芯片在電子裝置供應鏈中的使用至關重要。
[0003]芯片上物理不可克隆函數(Physical Unclonable Funct1n，PUF)是利用IC內部的制造工藝變化的芯片唯一質詢響應機制。質詢與對應響應之間的關系是通過IC中的邏輯及互連件中的復雜統計變化來確定。可在先前技術中發現IC中的不同PUF實施。舉例來說，基于環式振蕩器的PUF利用IC的制造工藝變化，所述變化造成相同布局的環式振蕩器的頻率的隨機但靜態的變化。
[0004]圖1說明在先前技術中發現的基于環式振蕩器的PUF電路102的一個實例的示意框圖。多個環式振蕩器(R0)104可被同時啟用，且將所述多個RO的輸出發送至兩個或兩個以上開關(復用器)106、108。質詢充當至開關106、108的輸入，所述質詢使每一開關106、108接著自所述多個RO 104中選擇單一 R0。發送至開關106、108的質詢經設計以使得每一開關106、108選擇不同R0。歸因于半導體層級的輕微制造變化，選中RO各自具有與之相關聯的稍微不同諧振頻率，即使每一 RO已試圖使RO相同來制造。PUF輸出響應是通過如計數器110及112所測量/存儲的這些選中環式振蕩器的頻率的成對比較114產生。舉例來說，如果第一計數器110檢測高于第二計數器112的頻率，則可產生邏輯“ 1”，否則可產生邏輯“O”。以此方式，做出的所述比較表示質詢/響應機制，其中所選RO對為質詢且RO頻率比較結果為響應。
[0005]理想地，選為質詢的每一 RO對將產生唯一響應。所產生的響應不應能夠基于質詢輸入提前確定。此外，輸入至PUF中的相同質詢每次均應產生相同響應輸出。然而，隨時間過去及使用這些性質中的一或多者尤其可能未必適用。舉例來說，隨時間過去，一個RO的頻率可由于過度使用而慢下來，且相同質詢輸入可產生不同響應輸出(例如，邏輯“I”可轉換為“O”)。
[0006]類似上述的電路的基于RO的PUF電路可用以產生芯片識別符號碼。然而，僅依靠僅以此方式產生的芯片識別符號碼的芯片識別安全系統受固有限制。
[0007]由于CMOS工藝技術繼續沿著積極擴張路圖前進，故設計可靠電路對于每一技術里程碑來說已變得愈加具有質詢性。可靠性問題(例如偏壓溫度不穩定性(biastemperature instability，BTI)、熱載子注入(hot carrier inject1n，HCI)及時間相依介電質擊穿(time-dependent dielectric breakdown，TDDB))已變得更普遍，因為電場在奈米級CMOS裝置中繼續增加。這些質詢中的最緊迫質詢是由PMOS晶體管的S1-S1界面中的講產生造成的負偏壓溫度不穩定性(negative bias temperature instability，NBTI)。因此，數字電路降級的精確測量為設計老化容許電路的關鍵方面。
[0008]圖2說明在先前技術中發現的IC老化傳感器電路200的示意框圖。兩個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“受應力”的，因為第一 RO幾乎始終以供電電壓位準Vdd stk通電(亦即，第一 RO在連續操作)，所述供電電壓位準大于芯片的標稱供電電壓VDD。與之對比，第二 RO204(例如，ROkef)通常斷電(亦即，第二 RO不操作)。因而，在需要測量的時間期間，使兩個RO在標稱供電電壓Vdd下操作(亦即，打開)，且通過相位比較器206來測量RO 202與RO 204之間的頻率差。隨時間過去，受應力RO 202的操作頻率將相對于不受應力RO 204的操作頻率減小(亦即，fdiff將增加)。接著可通過分析f <??隨時間增加的量來確定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老化檢測器電路提供的益處的具有減小的實施所需芯片面積的經改良電路設計為有價值的。此外，始終需要系統的識別防偽芯片且執行芯片健康監視(亦即，檢測芯片老化)的增加的能力。
【發明內容】
[0010]一個特征提供一種集成電路，其包括:經配置以部分地實施物理不可克隆函數(PUF)的第一多個環式振蕩器；經配置以部分地實施老化傳感器電路的第二多個環式振蕩器；及耦接到所述第一多個環式振蕩器及所述第二多個環式振蕩器的環式振蕩器選擇電路，其中所述環式振蕩器選擇電路經調適以選擇來自所述第一多個環式振蕩器及/或所述第二多個環式振蕩器中的至少一者的至少兩個環式振蕩器輸出，且其中所述環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。根據一個方面，所述集成電路進一步包括經調適以接收并比較所述兩個環式振蕩器輸出且產生輸出信號的輸出函數電路。根據另一方面，所述第一多個環式振蕩器及所述第二多個環式振蕩器包含至少一通常共享環式振蕩器。根據又一方面，所述選擇電路包含接收來自所述多個第一環式振蕩器及所述多個第二環式振蕩器的輸出的兩個或兩個以上選擇開關，所述選擇開關選擇所述至少兩個環式振蕩器輸出。
[0011]根據一個方面，所述選擇電路響應于由處理電路接收的質詢而選擇所述至少兩個環式振蕩器輸出。根據另一方面，所述選擇電路響應于所述質詢而將所述至少兩個環式振蕩器輸出提供至所述處理電路。根據又一方面，所述第一多個環式振蕩器通過以下操作來實施所述物理不可克隆函數:選擇性地啟用所述第一多個環式振蕩器中的至少兩個環式振蕩器，其中由所述第一多個環式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產生唯一識別符。根據另一方面，選擇性地啟用的所述兩個環式振蕩器相互離開至少?ομπι而定位。
[0012]根據一個方面，所述第二多個環式振蕩器通過以下操作來實施所述老化傳感器電路:使所述第二多個環式振蕩器中的第一環式振蕩器連續地運行；使所述第二多個環式振蕩器中的第二環式振蕩器維持閑置，除非老化檢測經確定；及通過執行所述第一環式振蕩器與所述第二環式振蕩器之間的差分頻率測量來確定電路老化信息。根據另一方面，所述第二多個環式振蕩器的所述第一環式振蕩器及所述第二環式振蕩器彼此間的距離不超過1ym0根據又一方面，所述第二多個環式振蕩器的連續運行的環式振蕩器及閑置環式振蕩器的數個對是跨所述集成電路的各種部分而分散，以產生連續運行的環式振蕩器及閑置環式振蕩器的所述對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:提供經配置以部分地實施物理不可克隆函數(PUF)的第一多個環式振蕩器；提供經配置以部分地實施老化傳感器電路的第二多個環式振蕩器；提供環式振蕩器選擇電路；將所述環式振蕩器選擇電路耦接到所述第一多個環式振蕩器及所述第二多個環式振蕩器，其中所述環式振蕩器選擇電路經調適以選擇來自所述第一多個環式振蕩器及/或所述第二多個環式振蕩器中的至少一者的至少兩個環式振蕩器輸出，且在所述PUF與所述老化傳感器電路之間共享所述環式振蕩器選擇電路。根據一個方面，所述方法進一步包括:提供經調適以接收并比較所述兩個環式振蕩器輸出且產生輸出信號的輸出函數電路。根據另一方面，所述方法進一步包括:在所述第一多個環式振蕩器與所述第二多個環式振蕩器之間共享至少一環式振蕩器。根據又一方面，所述選擇電路包含經調適以接收來自所述多個第一環式振蕩器及所述多個第二環式振蕩器的輸出的兩個或兩個以上選擇開關，所述選擇開關選擇所述至少兩個環式振蕩器輸出。根據另一方面，所述選擇電路經調適以響應于由處理電路接收的質詢而選擇所述至少兩個環式振蕩器輸出。
[0014]根據一個方面，所述選擇電路經調適以響應于所述質詢而將所述至少兩個環式振蕩器輸出提供至所述處理電路。根據另一方面，所述第一多個環式振蕩器經調適以通過以下操作來實施所述物理不可克隆函數:選擇性地啟用所述第一多個環式振蕩器中的至少兩個環式振蕩器，其中由所述第一多個環式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產生唯一識別符。根據又一方面，所述第二多個環式振蕩器經調適以通過以下操作來實施所述老化傳感器電路:使所述第二多個環式振蕩器中的第一環式振蕩器連續地運行；使所述第二多個環式振蕩器中的第二環式振蕩器維持閑置，除非老化檢測經確定；及通過執行所述第一環式振蕩器與所述第二環式振蕩器之間的差分頻率測量來確定電路老化信息。根據又一方面，所述方法進一步包括:跨所述集成電路的各種部分分散所述第二多個環式振蕩器的連續運行的環式振蕩器及閑置環式振蕩器的數個對，以產生連續運行的環式振蕩器及閑置環式振蕩器的所述對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:用于實施物理不可克隆函數(PUF)的裝置；用于實施老化傳感器電路的裝置；及耦接到用于實施所述PUF的所述裝置及用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置的用于選擇信號的裝置，其中用于選擇的所述裝置經調適以選擇從用于實施所述PUF的所述裝置及用于實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信號，其中用于選擇的所述裝置通常由用于實施所述PUF的所述裝置及用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置共享。根據一個方面，所述集成電路進一步包括用于比較信號的裝置，用于比較的所述裝置經調適以接收并比較從用于實施所述PUF的所述裝置及用于實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信號，用于比較的所述裝置產生輸出信號。根據另一方面，用于實施所述PUF的所述裝置及用于實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式振蕩器。根據又一方面，用于實施所述PUF的所述裝置是通過以下操作來執行:選擇性地啟用用于實施所述PUF的所述裝置中的至少兩個環式振蕩器，其中由所述第一多個環式振蕩器間的制造變化引起的頻率變化產生唯一識別符。
[0016]根據一個方面，用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置是通過以下操作來執行:使用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置的第一環式振蕩器連續地運行；使用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置的第二環式振蕩器維持閑置，除非老化檢測經確定；及通過執行所述第一環式振蕩器與所述第二環式振蕩器之間的差分頻率測量來確定電路老化信息。根據另一方面，用于實施所述老化傳感器電路的所述裝置