JP2017216031A - 不揮発性メモリ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、PUF(物理的複製困難関数;Physically Unclonable Function)やFHD(フォーミング隠蔽データ:Forming Hidden Data)技術が提案されている。PUF技術は、製造ばらつきを活用してICごとに異なるユニークな個体識別情報を生成する技術である。以降、本明細書ではPUF技術により生成された個体識別情報を「PUFデータ」と呼ぶ。PUFデータはICの物理特性のばらつきに関連づけられた各デバイス固有の乱数データであると言える。ICごとにその物理特性を人為的に制御することが不可能であるため、物理的な複製が不可能なデータを生成することができる。
・初期状態の抵抗変化素子は、可変状態の抵抗変化素子に比べ、揺らぎや経年劣化が小さく、安定的で信頼が高い。
非特許文献2では、可変状態の抵抗値のばらつきを利用しているため、経年劣化が大きく安定的なPUFデータの再現性に課題があった。
特許文献3では、初期状態と可変状態の第1抵抗状態とを区別するFHDデータの判定閾値を設定し、FHDデータを初期状態と第1抵抗状態とで記録する。このFHDデータの判定閾値は、ReRAMの抵抗変化素子の可変状態における第1抵抗状態と第2抵抗状態とを区別する通常記録データの判定閾値とは異なる。これにより、セキュリティ性が向上する。しかし、本願発明者らは、FHD技術の検討を進めていく上で以下の点に気付いた。すなわち、高温環境時(例えば125℃)では、周辺回路の各トランジスタのリーク電流が増大する。よって、非常に僅かな電流差を判別するFHDデータの判定閾値では、判定閾値の電流値(約1uA)をリーク電流(1〜1.5uA)が上回る。このため、通常記録データで用いられている回路を利用したFHDデータの読み出しが困難となる。
(本開示で用いる抵抗変化型不揮発性メモリ装置の概要)
図9は、実施の形態にかかる抵抗変化型不揮発性メモリ装置100の概略構成の一例を示すブロック図である。また、図10は、実施の形態にかかる抵抗変化型不揮発性メモリ装置100が備えるメモリセル91の概略構成の一例を示す断面図である。なお、抵抗変化型不揮発性メモリ装置は、不揮発性メモリ装置の一例である。本実施形態では、抵抗変化型不揮発性メモリ装置を、不揮発性メモリ装置、抵抗変化型不揮発性メモリ、または不揮発性メモリともいう。
一つの応用例は、本開示により生成されるPUFデータによる秘密鍵の暗号と、暗号化秘密鍵のFHDデータ記録によるデータの隠蔽、さらに認証方法を開示する。
リーダライタ501は、RAM503と、入出力インタフェース(I/F)部504と、CPU505と、暗号処理回路506と、不揮発性メモリ装置515とを有している。
ICカード502は、入出力インタフェース(I/F)部520と、CPU521と、暗号処理回路522と、RAM523と、不揮発性メモリ装置530とを有している。
7 ユーザデータ領域
8 データ領域
10 不揮発性メモリ装置
11 読み出し回路
14 書き込み回路
15 制御回路
16 アドレス入力回路
17 カラムデコーダ回路
18 ロウデコーダ回路
20 メモリセルアレイ
21 メモリセル
22 メモリ本体部
23 抵抗変化素子
24 トランジスタ
25、25a 中央値検出回路
26 ID閾値レジスタ
27 データ閾値レジスタ
28 閾値選択回路
30 センスアンプ回路
31 コンパレータ
32 抵抗値カウンタ
33 プリチャージ用PMOSトランジスタ
34 ロード電流用PMOSトランジスタ
35 比較器
36 クランプ用NMOSトランジスタ
37 ユーザデータ領域読み出し用NMOSトランジスタ
38 ディジタルIDデータ領域読み出し用NMOSトランジスタ
39 読み出し電圧設定回路
90 メモリセルアレイ
91 メモリセル
92 メモリα領域
93 メモリβ領域
94 制御装置
100 抵抗変化型不揮発性メモリ装置
128 判定値生成回路
135 データ生成回路
136 コンデンサ
200 選択回路
201 アップダウンカウンタ
202 乗算器
400 誤り訂正およびパリティー生成回路
401 全チャンネル加算器
402 加算器
403 データラッチ回路
500 通信システム
501 リーダライタおよびデータサーバー(リーダライタ)
502 ICカード
504、520 入出力インタフェース(I/F)部
506、522 暗号処理回路
508、526 秘密鍵記憶部
509、527 データ記憶部
510、528 ROM部
511、525 固有ID記憶部
515、530 不揮発性メモリ装置
540 全ICカード固有ID記憶部
Claims (11)
- 可変状態および初期状態の何れかを取り、前記初期状態の少なくとも一つのメモリセルを含む第2メモリグループを含む、抵抗変化型の複数のメモリセルと、
前記複数のメモリセルから抵抗値情報を読み出す抵抗検出回路、および前記抵抗検出回路が読み出した前記抵抗値情報に応じたディジタルデータを生成するデータ生成回路を備えた読み出し回路と、を備え、
前記抵抗検出回路は、可変状態のメモリセルを読み出すための第1読み出し電圧と、前記第1読み出し電圧よりも大きく、前記初期状態から前記可変状態に変化するための電気的ストレスであるフォーミングパルスの電圧よりも小さい第2読み出し電圧とを選択的に印加する電圧印加回路を備え、
前記電圧印加回路が前記第2メモリグループの前記少なくとも一つのメモリセルに前記第2読み出し電圧を印加することにより、前記抵抗検出回路は当該少なくとも一つのメモリセルから前記抵抗値情報を読み出す、不揮発性メモリ装置。 - 前記複数のメモリセルは、さらに、前記可変状態の複数のメモリセルを含む第1メモリグループを含み、
前記読み出し回路は、さらに、前記第2メモリグループの前記少なくとも一つのメモリセルが読み出される場合、前記電圧印加回路が当該少なくとも一つのメモリセルに印加する電圧を前記第2読み出し電圧に設定し、前記第1メモリグループの前記複数のメモリセルが読み出される場合、前記電圧印加回路が当該複数のメモリセルに印加する電圧を前記第1読み出し電圧に設定する電圧設定回路を備え、
前記可変状態の前記複数のメモリセルは、それぞれ、極性の異なる電圧パルスが印加されることによって抵抗値が複数の可変抵抗値範囲の間を可逆的に遷移し、
前記初期状態の前記少なくとも一つのメモリセルは、それぞれ、前記フォーミングパルスが印加されない限り前記可変状態とならず、かつ抵抗値が前記可変抵抗値範囲と重複しない初期抵抗値範囲にある、請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。 - 前記第2メモリグループの前記少なくとも一つのメモリセルは、前記初期状態の複数のメモリセルを含む請求項1または2に記載の不揮発性メモリ装置。
- 前記データ生成回路は、前記第2メモリグループに含まれる前記複数のメモリセルの前記抵抗値情報を互いに比較することで第1セキュリティデータを生成する、請求項1から3の何れかに記載の不揮発性メモリ装置。
- さらに、前記第2メモリグループの前記複数のメモリセルから得られる前記抵抗値情報から判定値を生成する判定値生成回路を含み、
前記データ生成回路は、前記判定値生成回路が生成した前記判定値を利用して、前記第2メモリグループの前記少なくとも一つのメモリセルから前記抵抗検出回路が読み出した前記抵抗値情報に応じた第1セキュリティデータを生成する、請求項1〜4の何れかに記載の不揮発性メモリ装置。 - 前記判定値は、2値化基準値である、請求項5に記載の不揮発性メモリ装置。
- 前記初期状態の前記少なくとも一つのメモリセルは、前記第2メモリグループに含まれるメモリセル全体の半数以上である、請求項1〜6の何れかに記載の不揮発性メモリ装置。
- 前記可変状態は、第1抵抗状態と当該第1抵抗状態よりも抵抗値の高い第2抵抗状態とを含み、
前記初期状態の抵抗値は、前記第2抵抗状態の抵抗値よりも高い、請求項2に記載の不揮発性メモリ装置。 - 前記第1メモリグループには、前記第1抵抗状態と前記第2抵抗状態とを利用したデータが記録され、
前記第2メモリグループには、前記可変状態と前記初期状態とを利用した、第2セキュリティデータが記録される、請求項8に記載の不揮発性メモリ装置。 - 前記データ生成回路は、前記第2メモリグループに含まれる前記複数のメモリセルの前記抵抗値情報を互いに比較することで第1セキュリティデータを生成し、
前記第2メモリグループには、前記第1セキュリティデータと前記第2セキュリティデータとが記録されている、請求項9に記載の不揮発性メモリ装置。 - 前記データ生成回路は、前記第2メモリグループに含まれる前記複数のメモリセルの前記抵抗値情報を互いに比較することで第1セキュリティデータを生成し、
前記第2メモリグループには、前記第1セキュリティデータを利用して暗号化された第3セキュリティデータが記録されている、請求項9に記載の不揮発性メモリ装置。
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