JP6793044B2 - Non-volatile memory device - Google Patents

Non-volatile memory device Download PDF

Info

Publication number
JP6793044B2
JP6793044B2 JP2017004698A JP2017004698A JP6793044B2 JP 6793044 B2 JP6793044 B2 JP 6793044B2 JP 2017004698 A JP2017004698 A JP 2017004698A JP 2017004698 A JP2017004698 A JP 2017004698A JP 6793044 B2 JP6793044 B2 JP 6793044B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
circuit
memory cell
time information
memory cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017004698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017216030A (en
Inventor
裕平 吉本
裕平 吉本
佳一 加藤
佳一 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nuvoton Technology Corp Japan
Original Assignee
Nuvoton Technology Corp Japan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuvoton Technology Corp Japan filed Critical Nuvoton Technology Corp Japan
Priority to CN201710148010.3A priority Critical patent/CN107437431B/en
Priority to US15/593,333 priority patent/US9892783B2/en
Publication of JP2017216030A publication Critical patent/JP2017216030A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6793044B2 publication Critical patent/JP6793044B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本開示は、不揮発性メモリ装置に関し、特に、抵抗変化型の不揮発性メモリセルを複数有する不揮発性メモリ装置に関する。 The present disclosure relates to a non-volatile memory device, and more particularly to a non-volatile memory device having a plurality of resistance-changing non-volatile memory cells.

ネットバンキングやネットショッピングなど、インターネットを介して行われる電子商取引サービスの市場は急速に拡大している。このときの決済方法として電子マネーが用いられ、その媒体として利用されるIC(”Integrated Circuit”、以下同じ。)カードやスマートフォン端末も同様に利用が拡大している。これらのサービスには、決済時の安全性のため、通信における相互認証や通信データの暗号化にあたって常により高いレベルのセキュリティ技術が求められる。 The market for e-commerce services provided via the Internet, such as online banking and online shopping, is expanding rapidly. Electronic money is used as a payment method at this time, and the use of IC (“Integrated Circuit”, the same applies hereinafter) cards and smartphone terminals used as the medium is also expanding. For security at the time of payment, these services always require a higher level of security technology for mutual authentication in communication and encryption of communication data.

ソフトウェア技術に関しては、高度な暗号化アルゴリズムを中心としたプログラム処理の暗号化技術が蓄積されており、十分なセキュリティが達成されている。しかし、技術進歩により、回路内部の情報を外部から直接読み取られる懸念が急速に高まっている。 With regard to software technology, encryption technology for program processing centered on advanced encryption algorithms has been accumulated, and sufficient security has been achieved. However, due to technological advances, there is a rapidly growing concern that information inside the circuit can be read directly from the outside.

国際公開第2012/014291号International Publication No. 2012/014291 特表2013−545340号公報Special Table 2013-545340

“A 0.19pJ/b PVT−Variation−Tolerant Hybrid Physically Unclonable Function Circuit for 100% Stable Secure Key Generation in 22nm CMOS” Sanu K. Mathew, et al. ISSCC2014"A 0.19pJ / b PVT-Variation-Tolerant Hybrid Physically Uncle Toleration Circuit Circuit for 100% Table Secure Key Generation in 22nm CMOS" San. Mathew, et al. ISSCC2014 “耐タンパディペンダブルVLSIシステムの開発・評価” Takeshi Fujino,「ディペンダブルVLSIシステムの基盤技術」 CREST2009年採択テーマ2012年度実績報告資料"Development and evaluation of anti-tamper-resistant VLSI system" Takeshi Fujino, "Basic technology of dependable VLSI system" CREST 2009 adopted theme 2012 performance report material “Comprehensive Assessment of RRAM(登録商標)−based PUF for Hardware Security Applications” An Chen, IEDM2015“Comprehensive Assessment of RRAM®-based PUF for Hardware Security Applications” An Chen, IEDM2015

本開示は、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置を提供する。 The present disclosure provides a non-volatile memory device having a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving.

本開示の一態様にかかる不揮発性メモリ装置は、抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセルで構成されるメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイから、複数のメモリセルからなるメモリグループの単位で、前記複数のメモリセルの各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を行う読み出し回路と、前記読み出し回路による読み出し動作によって得られる前記複数のメモリセルの前記時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて、個体識別情報を生成するデータ生成回路とを備え、前記メモリセルアレイは、任意のデータが記憶されるユーザデータ領域と、可逆的に遷移可能な2つの抵抗状態のうちの一方の抵抗状態が書き込まれたディジタルIDデータ領域とを有し、前記読み出し回路及び前記データ生成回路は、前記ディジタルIDデータ領域に対して、それぞれ、前記読み出し動作、及び、前記個体識別情報の生成を行うThe non-volatile memory device according to one aspect of the present disclosure includes a memory cell array composed of a plurality of resistance-changing memory cells capable of holding data by utilizing a change in resistance value, and a plurality of memories from the memory cell array. By a read operation that acquires time information based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon that depends on the resistance value of each of the plurality of memory cells in a unit of a memory group composed of cells, and a read operation by the read circuit. The memory cell array includes user data in which arbitrary data is stored, including a data generation circuit that generates individual identification information based on the order of the time information of the plurality of obtained memory cells in ascending or descending order. The read circuit and the data generation circuit have a region and a digital ID data region in which one of the two resistance states that can be reversibly transitioned is written, and the read circuit and the data generation circuit refer to the digital ID data region. The reading operation and the generation of the individual identification information are performed, respectively .

本開示により、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置が提供される。 The present disclosure provides a non-volatile memory device having a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving.

実施の形態にかかる抵抗変化型不揮発性メモリ装置の概略構成の一例を示すブロック図A block diagram showing an example of a schematic configuration of a resistance-changing non-volatile memory device according to an embodiment. 実施の形態にかかる抵抗変化型不揮発性メモリ装置が備えるメモリセルの概略構成の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the schematic structure of the memory cell included in the resistance change type non-volatile memory apparatus which concerns on embodiment. ディジタルIDのセット状態における規格化抵抗値情報とそのばらつきについての標準正規分布の偏差との関係をプロットした図A plot of the relationship between the normalized resistance value information in the set state of the digital ID and the deviation of the standard normal distribution for its variation. 異なる2つのチップXとチップYの同一アドレスに対して書き込みを実行したときの各チップ間の同一アドレスの抵抗値の関係を示す図The figure which shows the relationship of the resistance value of the same address between each chip when writing is executed to the same address of two different chips X and Y. 抵抗変化素子における抵抗変化のメカニズムを説明する図The figure explaining the mechanism of resistance change in a resistance change element 実施の形態の不揮発性メモリ装置の具体的な構成例を示すブロック図A block diagram showing a specific configuration example of the non-volatile memory device of the embodiment. 不揮発性メモリ装置が備える読み出し回路とデータ生成回路の構成例を示す図The figure which shows the configuration example of the read circuit and the data generation circuit provided in the non-volatile memory device. 不揮発性メモリ装置が備えるセンスアンプ回路の構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of a sense amplifier circuit included in a non-volatile memory device 選択されたメモリセルをセンスアンプ回路が放電方式にて読み出す場合のタイミングチャートTiming chart when the sense amplifier circuit reads out the selected memory cell by the discharge method k個のセンスアンプ回路からの各Toutの立ち上がりエッジを示すタイミングチャートTiming chart showing rising edges of each Tout from k sense amplifier circuits 実施の形態の不揮発性メモリ装置の動作例を示すフローチャートFlow chart showing an operation example of the non-volatile memory device of the embodiment データ変換回路へ入力される変換信号とデータ変換回路で実行される各モードとの関係を示す図The figure which shows the relationship between the conversion signal input to a data conversion circuit and each mode executed by a data conversion circuit. Tout出力モードにおけるデータ変換回路のデータ変換を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining the data conversion of the data conversion circuit in the Tout output mode SAアドレスモードにおけるデータ変換回路のデータ変換を説明するためのタイミングチャートTiming chart for explaining the data conversion of the data conversion circuit in the SA address mode データ処理回路へ入力される処理信号とデータ処理回路で実行されるデータ処理の方法との関係についての説明図Explanatory drawing about the relationship between the processing signal input to the data processing circuit and the data processing method executed by the data processing circuit. 偶数/奇数方式におけるデータ処理回路のデータ処理を説明する図The figure explaining the data processing of the data processing circuit in the even / odd system 多数決方式におけるデータ処理回路のデータ処理を説明する図The figure explaining the data processing of the data processing circuit in the majority decision system 端末を市場に出荷する前におけるチャレンジレスポンス認証の動作例を示す図Diagram showing an operation example of challenge-response authentication before shipping the terminal to the market 端末を市場に出荷した後におけるチャレンジレスポンス認証の動作例を示す図Diagram showing an operation example of challenge-response authentication after the terminal is shipped to the market 不揮発性メモリ装置の固有IDデータ技術への応用例を示す図The figure which shows the application example to the unique ID data technology of a non-volatile memory device 固有IDデータ技術への応用例におけるデータ送受信の例を示す図The figure which shows the example of data transmission and reception in the application example to the unique ID data technology 実施の形態の第1変形例に係る不揮発性メモリ装置における複数のメモリセルからの読み出し動作を示す図The figure which shows the reading operation from a plurality of memory cells in the non-volatile memory apparatus which concerns on the 1st modification of embodiment 実施の形態の第1変形例に係る不揮発性メモリ装置における時間情報の読み出しとデータ変換の順序を示すタイミングチャートA timing chart showing the order of reading time information and data conversion in the non-volatile memory device according to the first modification of the embodiment. 実施の形態の第1変形例に係る不揮発性メモリ装置の動作例を示すフローチャートA flowchart showing an operation example of the non-volatile memory device according to the first modification of the embodiment. 実施の形態の第2変形例に係る不揮発性メモリ装置が備える制御回路の詳細な構成を示すブロック図A block diagram showing a detailed configuration of a control circuit included in the non-volatile memory device according to the second modification of the embodiment. 図25AにおけるSA0制御回路〜SAk制御回路の詳細な構成を示すブロック図A block diagram showing a detailed configuration of the SA0 control circuit to the SAk control circuit in FIG. 25A. 実施の形態の第2変形例に係る不揮発性メモリ装置における読み出し回路の動作例を示すタイミングチャートA timing chart showing an operation example of a read circuit in the non-volatile memory device according to the second modification of the embodiment.

(本開示の基礎となる知見)
一般的にはセキュリティを強化したICでは、内部に搭載する暗号回路を用いて機密情報を暗号化して利用しており、情報の漏洩を防止している。この場合、内部に保持している暗号鍵(「秘密鍵」ともいう。)の情報を外部に漏洩させないことが必須となる。
(Findings underlying this disclosure)
Generally, in an IC with enhanced security, confidential information is encrypted and used by using an internal encryption circuit to prevent information leakage. In this case, it is essential that the information of the encryption key (also referred to as "private key") held inside is not leaked to the outside.

暗号回路の方式の代表的なものとしては3DES(Triple Data Encryption Standard)やAES(Advanced Encryption
Standard)といったものが広く用いられている。これらの暗号化方式には、入出力となっている平文(暗号前データ)−暗号文のペアを入手し、最高速のコンピュータを駆使して解析しても、現実的な時間内では暗号鍵を特定できないような高度な暗号化アルゴリズムが採用されており、その安全性は確認されている。しかしながら、暗号化されたデータへのハッキングは安全であるとされていても、暗号鍵が直接ハッキングされる脆弱性が懸念されていた。
Typical cryptographic circuit methods include 3DES (Triple Data Encryption Standard) and AES (Advanced Encryption Standard).
Standard) is widely used. For these encryption methods, even if the plaintext (pre-encryption data) -ciphertext pair that is the input / output is obtained and analyzed using the fastest computer, the encryption key is within a realistic time. An advanced encryption algorithm that cannot identify is adopted, and its security has been confirmed. However, even if hacking of encrypted data is said to be secure, there is concern about the vulnerability that the encryption key is directly hacked.

古典的な手法のICでは、暗号鍵を内部のフューズROMや不揮発性メモリに保存していた。前者の構成には、X線投射などによってフューズ素子の状態を観察し、フューズ素子の導通・非導通を解析し、保存されている鍵情報をハッキングされる、という問題があった。また、後者の構成はX線投射では解析されないものの、不揮発性メモリのメモリ素子両端に直接プローブをあて電気的に素子の状態を読み取ることにより鍵情報をハッキングされる問題があった。そのため、セキュリティを強化したICでは内部回路に直接プローブを当てられないように最先端の微細プロセスを用いて製造される。つまり、最新技術のプローブの先端径よりも細い配線ルールをもつ微細プロセスでICを製造することで、プロービングによる解析の脅威を回避していた。 In the IC of the classical method, the encryption key is stored in the internal fuse ROM or non-volatile memory. The former configuration has a problem that the state of the fuse element is observed by X-ray projection or the like, the continuity / non-conduction of the fuse element is analyzed, and the stored key information is hacked. Further, although the latter configuration is not analyzed by X-ray projection, there is a problem that key information is hacked by directly applying probes to both ends of the memory element of the non-volatile memory and electrically reading the state of the element. Therefore, ICs with enhanced security are manufactured using the most advanced microprocess so that the probe cannot be directly applied to the internal circuit. That is, the threat of analysis by probing was avoided by manufacturing the IC by a fine process having a wiring rule smaller than the tip diameter of the probe of the latest technology.

しかし、このような対策に対して、サイドチャネル攻撃という手法がとられ始め、脅威とされてきている。サイドチャネル攻撃とは、特許文献1に説明されるように、各信号処理回路の実行時の半導体デバイスの消費電力、および消費電力に依存する輻射電磁波などのサイドチャネル情報を用いて、暗号鍵を特定する手法である。この手法が脅威である理由は、攻撃者(ハッカー)がICに物理的に損傷を与えず、実動作中に鍵情報をハッキングできることにある。 However, side-channel attacks have begun to be taken against such countermeasures, and have become a threat. As described in Patent Document 1, a side-channel attack uses side-channel information such as power consumption of a semiconductor device during execution of each signal processing circuit and radiated electromagnetic waves depending on the power consumption to obtain an encryption key. It is a method to identify. The reason why this method is a threat is that an attacker (hacker) can hack key information during actual operation without physically damaging the IC.

このようなサイドチャネル攻撃に分類される差分電力攻撃(DPA:Differential Power Analysis)は、1999年にP. Kocherによって発表された。このDPA手法は、IC動作時の信号値または信号遷移頻度と、消費電力との間に相関関係があることを利用している。具体的には、DPA手法は、このような相関関係を多数回積分し、ノイズを除去しながら機械学習制御をおこなうことで固定パターンを導き出し、鍵情報を特定する。特許文献1の例では、暗号処理回路の動作から特定される例が示されている。不揮発性メモリに記憶された鍵情報は、暗号処理を実行することをトリガとしたタイミングで読み出される。DPAの原理に鑑みれば、そのタイミングと同じようなタイミングで読み出されたデータが特定され取得されれば、DPAによりデータ内容が解析される恐れがある。また、ICの内部仕様書が漏洩するとICの制御方法がハッカーに理解され、上述のように不揮発性メモリに保存されたデータ全てが、暗号鍵情報も含めてハードコピーされ、ICの複製が作成されてしまう。 The differential power attack (DPA: Differential Power Analysis), which is classified as such a side channel attack, was introduced in 1999 by P.I. Announced by Kocher. This DPA method utilizes the fact that there is a correlation between the signal value or signal transition frequency during IC operation and the power consumption. Specifically, the DPA method integrates such correlations many times and performs machine learning control while removing noise to derive a fixed pattern and specify key information. In the example of Patent Document 1, an example specified from the operation of the encryption processing circuit is shown. The key information stored in the non-volatile memory is read out at a timing triggered by executing the encryption process. In view of the principle of DPA, if the data read at the same timing as that timing is specified and acquired, there is a possibility that the data content will be analyzed by DPA. In addition, if the internal specifications of the IC are leaked, the hacker understands the control method of the IC, and as described above, all the data stored in the non-volatile memory is hard-copied including the encryption key information, and a copy of the IC is created. Will be done.

近年、これらの課題を解決するために、PUF(物理的複製困難関数;Physically Unclonable Function)技術が提案されている(特許文献2、非特許文献1、2、3)。 In recent years, in order to solve these problems, PUF (Physical Replication Uncle Function) technology has been proposed (Patent Document 2, Non-Patent Documents 1, 2, and 3).

PUF技術は、暗号や相互認証を安全に行う上でセキュリティを高める重要な技術である。 PUF technology is an important technology that enhances security in performing encryption and mutual authentication securely.

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「ディジタルIDデータ」とも呼ぶ。ディジタルID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な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。 The PUF technology is a technology for generating unique individual identification information that differs for each IC by utilizing manufacturing variations. Hereinafter, in the present specification, the individual identification information generated by the PUF technique is also referred to as "digital ID data". It can be said that the digital ID data is random number data unique to each device associated with variations in the physical characteristics of the IC. Since it is impossible to artificially control the physical properties of each IC, it is possible to generate data that cannot be physically duplicated.

なお、物理特性のばらつきの制御がある程度可能であったとしても、製造時に発生するランダムな工程ばらつきを利用する場合は、各ICに固有でユニークなディジタルIDデータをPUF技術により作成するのは容易である。しかしながら、事前に決定した特定の個体識別情報を故意に作成することは、実際上は極めて困難である。半導体プロセスにおいて様々な物理特性に製造ばらつきが生じる。製造ばらつきとして、例えば、半導体プロセスにおけるドーピング量、酸化物厚さ、チャネル長、金属配線層の幅や厚さ、寄生抵抗や寄生容量などが挙げられる。 Even if it is possible to control the variation in physical characteristics to some extent, it is easy to create unique digital ID data unique to each IC by PUF technology when using the random process variation generated during manufacturing. Is. However, it is practically extremely difficult to intentionally create a specific individual identification information determined in advance. Manufacturing variations occur in various physical properties in the semiconductor process. Examples of manufacturing variations include doping amount, oxide thickness, channel length, width and thickness of metal wiring layer, parasitic resistance and parasitic capacitance in a semiconductor process.

具体的な先行例として、特許文献2や非特許文献1のようなSRAM−PUFが例示され得る。これらの例では、SRAMにおける各メモリセルにおいて、主にトランジスタのVtばらつき(動作電圧のばらつき)により電源投入時の初期値のディジタルデータが1状態になりやすいか、0状態になりやすいかが異なる現象を用いている。これは、各ICに搭載されたSRAMのセルごとに固有であり、異なっている。つまり、SRAMに電源投入したときの初期値データがディジタルIDデータとして用いられる。 As a specific precedent example, SRAM-PUF such as Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 can be exemplified. In these examples, in each memory cell in SRAM, it depends on whether the digital data of the initial value at the time of power-on tends to be in the 1 state or 0 state mainly due to the Vt variation (variation in the operating voltage) of the transistor. The phenomenon is used. This is unique and different for each SRAM cell mounted on each IC. That is, the initial value data when the power is turned on to the SRAM is used as the digital ID data.

その他にも特許文献1や非特許文献2では、アービター(Arbiter)PUFやグリッジPUFと呼ばれるPUF技術が紹介されている。アービターPUFやグリッジPUFでは、ゲート遅延や配線遅延を用いて組み合わせ回路の出力が入力に対してランダムに変化することを用いている。製造ばらつきによって変化するゲート遅延や配線遅延は、各ICにおける固有の遅延量となる。従って、ICごとに異なるものの各ICにおいては入力に対して、ほぼ等しい結果を出力するため、ディジタルIDデータを生成できる。 In addition, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 introduce PUF techniques called arbiter PUF and glitch PUF. In the arbiter PUF and the glitch PUF, the output of the combinational circuit changes randomly with respect to the input by using the gate delay and the wiring delay. The gate delay and wiring delay that change due to manufacturing variations are unique delay amounts in each IC. Therefore, although it differs for each IC, each IC outputs substantially the same result for the input, so that digital ID data can be generated.

更に最近では、非特許文献3のような、不揮発性メモリであるReRAMの抵抗値ばらつきを用いたPUF技術も紹介されている。ReRAM PUFでは、隣接する2つセルを同一状態に書込み、書き込み後の抵抗値ばらつきによる大小関係を比較することで、固有のデータを生成する方式である。 More recently, PUF technology using resistance value variation of ReRAM, which is a non-volatile memory, as in Non-Patent Document 3, has also been introduced. The ReRAM PUF is a method of generating unique data by writing two adjacent cells in the same state and comparing the magnitude relationship due to the variation in resistance value after writing.

このように、PUF技術により、各IC固有の乱数となるディジタルIDデータが複製できないデータとして生成される。このディジタルIDデータは、前述した秘密鍵を暗号化するデバイス鍵として用いられる。デバイス鍵(つまり、ディジタルIDデータ)によって暗号化された秘密鍵は、暗号化された状態で不揮発性メモリに保存される。すなわち、不揮発性メモリに記録された暗号化秘密鍵はデバイス鍵でしか元の秘密鍵データに復号できない。よって、ハッキングにより不揮発性メモリ内のデータが全てハードコピーされたとしても、各IC固有のデバイス鍵(つまり、ディジタルIDデータ)が複製できないため暗号化秘密鍵が元に戻せず利用することができない。 In this way, the PUF technology generates digital ID data, which is a random number unique to each IC, as data that cannot be duplicated. This digital ID data is used as a device key for encrypting the above-mentioned private key. The private key encrypted by the device key (that is, digital ID data) is stored in the non-volatile memory in the encrypted state. That is, the encrypted private key recorded in the non-volatile memory can be decrypted into the original private key data only with the device key. Therefore, even if all the data in the non-volatile memory is hard-copied by hacking, the device key unique to each IC (that is, digital ID data) cannot be duplicated, so the encrypted private key cannot be restored and used. ..

このようにPUF技術は、暗号や相互認証を安全に行う上でセキュリティを高める重要な技術である。 As described above, PUF technology is an important technology for enhancing security in performing encryption and mutual authentication securely.

しかしながら、PUF技術は、セキュリティ性だけでなく、ICカード、電子機器、車載ECUやセンサなど様々な小型のIoT製品に組み込むためには、低消費電力で省面積化されることが求められる。 However, PUF technology is required to have low power consumption and area saving in order to incorporate it into various small IoT products such as IC cards, electronic devices, in-vehicle ECUs and sensors as well as security.

本開示は、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置を提供する。 The present disclosure provides a non-volatile memory device having a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving.

実施の形態について説明する前に、ReRAMの原理に紐付けながら、本願発明者らによる実験で見出された知見について説明する。なお、以下の説明は、本開示を理解する上でのデータの一例であり、本開示を限定するものではない。 Before explaining the embodiment, the findings found in the experiments by the inventors of the present application will be described in connection with the principle of ReRAM. The following description is an example of data for understanding the present disclosure, and does not limit the present disclosure.

不揮発性メモリ装置は、たとえば、個体識別情報を生成する機能を備えている。不揮発性メモリ装置では、生成した個体識別情報をもとに、データの暗号化・復号化が行われるとともに、相互間の認証も行われ得る。より具体的には、本開示にかかる不揮発性メモリ装置は、抵抗変化メモリ素子の内容を読み出し、少なくとも部分的にその内容からディジタル識別子を導出する個体識別情報用にチップごとにユニークな固有の乱数データを生成する機能を備えている。これにより、電気的、物理的な複製を妨げることが可能になる。 The non-volatile memory device has, for example, a function of generating individual identification information. In the non-volatile memory device, data is encrypted / decrypted based on the generated individual identification information, and mutual authentication can also be performed. More specifically, the non-volatile memory device according to the present disclosure reads the contents of the resistance change memory element, and at least partially derives a digital identifier from the contents, and is a unique random number unique to each chip for individual identification information. It has a function to generate data. This makes it possible to prevent electrical and physical replication.

不揮発性メモリ装置は、たとえばモバイル型電子マネーで利用されるICチップを搭載したカードに搭載され得る。ICチップには、他に論理回路、揮発性メモリ装置、およびマイクロプロセッサーを具備する。これらを用いて暗号化機能やディジタル署名、ディジタル認証機能などの各種情報セキュリティ機能を実現する。これらの機能が実行されるときには秘密鍵によるデータ暗号が用いられる。ICカード内においても前述したように秘密鍵を複製できないように安全に保管することが望ましい。 The non-volatile memory device can be mounted on a card equipped with an IC chip used in, for example, mobile electronic money. The IC chip also includes a logic circuit, a volatile memory device, and a microprocessor. By using these, various information security functions such as encryption function, digital signature, and digital authentication function are realized. Data encryption with a private key is used when these functions are performed. As mentioned above, it is desirable to safely store the private key in the IC card so that it cannot be duplicated.

上述の秘密鍵の保管を実現するために前述のPUF技術が用いられる。PUF技術で得られた個体識別情報である乱数のディジタルIDデータをデバイス暗号鍵として、秘密鍵を暗号化して不揮発性メモリに保存する。ディジタルIDデータは、各ICで異なる乱数であるため、それを用いて暗号化されたデータも各ICで固有のデータ列となる。暗号化された秘密鍵がハッキングなどにより別のICにコピーされたとしても複製できないディジタルIDデータがコピーされないので、もとの秘密鍵を不正利用されることがない。 The above-mentioned PUF technology is used to realize the above-mentioned storage of the private key. The random digital ID data, which is the individual identification information obtained by the PUF technology, is used as the device encryption key, and the private key is encrypted and stored in the non-volatile memory. Since the digital ID data is a random number different for each IC, the data encrypted using the digital ID data is also a unique data string for each IC. Even if the encrypted private key is copied to another IC by hacking or the like, the digital ID data that cannot be duplicated is not copied, so that the original private key is not misused.

しかしながら、ICカードのような超小型機器には、PUF技術を具現化したディジタルIDデータ生成のための回路も高度に小型化することが要求される。更に、バッテリーが非搭載の一般的なICカードでは、通信時に得られるワイヤレス給電による電力で短時間のうちに各種機能を実行する必要がある。つまり、ディジタルIDデータの生成においても超低消費電力化と生成速度の高速化が同時に求められる。そこで本願発明者らは、かかる要求に応えられるようなディジタルIDデータの生成器として、いくつかの先行技術を検討した。 However, ultra-small devices such as IC cards are required to be highly miniaturized in circuits for generating digital ID data that embody PUF technology. Further, in a general IC card without a battery, it is necessary to execute various functions in a short time with the electric power obtained by wireless power supply during communication. That is, even in the generation of digital ID data, ultra-low power consumption and high generation speed are required at the same time. Therefore, the inventors of the present application have examined some prior arts as a generator of digital ID data that can meet such a demand.

非特許文献2では、先行例である各種PUF技術のベンチマークがなされている。特にディジタルIDデータの誤り率に着目すると、SRAM−PUFやグリッジPUFは環境変化も考慮すると最悪15%のデータ誤り率まで悪化するとされている。製造上の歩留まりを考えると20%以上のデータ誤りを許容する誤り訂正回路が必要であり回路規模がICにとって足かせとなってしまう。また、SRAM−PUFの場合の最新の研究では非特許文献1のように極めて低誤りのセルが報告されているが、誤り軽減のために対策が施された専用メモリセルを用いているため、セルサイズは22nmプロセスを用いているにもかかわらず4.66μmと極めて大きい。さらに特別なPUF用のSRAMセルを設けた場合、素子の特定が容易で耐タンパ性の問題となる。 Non-Patent Document 2 benchmarks various PUF techniques, which are precedent examples. Focusing on the error rate of digital ID data in particular, it is said that SRAM-PUF and glitch PUF deteriorate to a data error rate of 15% at worst in consideration of environmental changes. Considering the manufacturing yield, an error correction circuit that allows data errors of 20% or more is required, and the circuit scale becomes a hindrance to the IC. In addition, in the latest research in the case of SRAM-PUF, cells with extremely low errors have been reported as in Non-Patent Document 1, but since a dedicated memory cell with measures taken to reduce errors is used, The cell size is extremely large at 4.66 μm 2 despite using the 22 nm process. Further, when a special SRAM cell for PUF is provided, the element can be easily identified, which causes a problem of tamper resistance.

本願発明者らは、PUF技術の特徴を以下のように整理した。PUF技術の特徴は、主に次の2点にまとめられると考えられる。 The inventors of the present application have arranged the features of the PUF technology as follows. The features of PUF technology are considered to be summarized in the following two points.

特徴(1):複製できない物理的な現象から固有のディジタルIDデータ(個体識別情報)を得る。
特徴(2):物理的な現象は動的な回路制御によってのみ得られ、プローブによる直接的な読み取りといった静的な解析によっては必要とされる物理的な現象を得ることはできない。
Feature (1): Unique digital ID data (individual identification information) is obtained from a physical phenomenon that cannot be duplicated.
Feature (2): The physical phenomenon can be obtained only by dynamic circuit control, and the required physical phenomenon cannot be obtained by static analysis such as direct reading by a probe.

さらに本願発明者らは、PUF技術によって得られるディジタルIDデータに求められる主な性能を以下のようにまとめた。 Furthermore, the inventors of the present application have summarized the main performances required for digital ID data obtained by the PUF technology as follows.

性能(1):PUF技術によって得られるディジタルIDデータは高い乱数性がありICごとにユニークな固有データとなる。
性能(2):PUF技術を採用するとしても、そのために付加すべき回路のオーバーヘッドが小さく、低コストで実現かつ、ディジタルIDデータを生成する際の消費電力が小さい。
性能(3):各データビットを生成する生成回路の並列処理数を多くすることで、サイドチャネル攻撃への耐性がある。
性能(4):データの誤り率が小さく、誤り訂正回路の回路規模を小さくできる。
性能(5):ディジタルIDデータを生成するタイミングに制約が少なく生成速度が高速である。
Performance (1): The digital ID data obtained by the PUF technology has high random number and becomes unique unique data for each IC.
Performance (2): Even if PUF technology is adopted, the overhead of the circuit to be added for that purpose is small, it is realized at low cost, and the power consumption when generating digital ID data is small.
Performance (3): By increasing the number of parallel processes of the generation circuit that generates each data bit, it is resistant to side channel attacks.
Performance (4): The error rate of data is small, and the circuit scale of the error correction circuit can be reduced.
Performance (5): There are few restrictions on the timing of generating digital ID data, and the generation speed is high.

上述の特徴及び性能に対し、従来例として知られているSRAM−PUFでは、性能(5)に大きな制約がある。SRAM−PUFは原理上、電源の投入時にしか得られない。IC内部のSRAMは、データキャッシュとして利用するため、PUFによるIDデータ生成のときには一旦SRAM内のデータを退避するか、破棄しなければならずシステム動作上に大きな制約が発生する。また、この対策として任意のタイミングで生成するようにするためには非特許文献1のようにPUF専用のセルを別途設ける必要があり回路のオーバーヘッドが増加することから、上記性能(2)や(4)の要件を著しく低下させる。 With respect to the above-mentioned features and performance, the SRAM-PUF known as a conventional example has a large limitation in the performance (5). In principle, SRAM-PUF can only be obtained when the power is turned on. Since the SRAM inside the IC is used as a data cache, when ID data is generated by PUF, the data in the SRAM must be temporarily saved or discarded, which causes a big restriction on the system operation. Further, as a countermeasure against this, in order to generate at an arbitrary timing, it is necessary to separately provide a cell dedicated to PUF as in Non-Patent Document 1, and the overhead of the circuit increases. Therefore, the above performance (2) and ( It significantly reduces the requirement of 4).

本願発明者らは、以上のような課題を解決できる可能性のある新規なディジタルIDデータ生成方法を鋭意検討した。その結果、本願発明者らは、抵抗変化素子の書き込まれた抵抗値が正規分布にばらつく現象を見出し、抵抗値のばらつきから安定的なディジタルIDデータを生成することに想到した。 The inventors of the present application have diligently studied a novel digital ID data generation method that may solve the above problems. As a result, the inventors of the present application have found a phenomenon in which the written resistance value of the resistance changing element varies in a normal distribution, and have come up with the idea of generating stable digital ID data from the variation in the resistance value.

抵抗変化型のメモリ素子は、少なくとも第1の抵抗状態と、第1の抵抗状態よりも抵抗値の小さい第2の抵抗状態とを所定の電圧、極性および幅の電気的なパルス印加により変化する。通常は第1の抵抗状態と第2の抵抗状態とにディジタルデータ(たとえば「0」と「1」)を割り当て、情報として保存する。 The resistance change type memory element changes at least a first resistance state and a second resistance state having a resistance value smaller than that of the first resistance state by applying an electric pulse having a predetermined voltage, polarity and width. .. Normally, digital data (for example, "0" and "1") is assigned to the first resistance state and the second resistance state, and stored as information.

ここで本願発明者らは、上述の第1の抵抗状態、第2の抵抗状態、更に後述する初期状態の何れか1つの状態に属するセル群に着目し、そのセル群に含まれる各セルをその抵抗値に応じて2つに分類した。つまり、そのセル群に含まれる各セルを2値化(ディジタルデータ化)した。各セルの抵抗値はばらついており、そのばらつきを利用して各セルをディジタルデータに変換することで、より安全で安定な暗号化技術等に応用可能な、従来にないディジタルIDデータの生成方法を提供することが可能となった。これが本願発明者らによって得られた知見の一つである。 Here, the inventors of the present application pay attention to a group of cells belonging to any one of the above-mentioned first resistance state, the second resistance state, and the initial state described later, and each cell included in the cell group is selected. It was classified into two according to its resistance value. That is, each cell included in the cell group was binarized (digitalized). The resistance value of each cell varies, and by converting each cell into digital data using the variation, an unprecedented digital ID data generation method that can be applied to more secure and stable encryption technology, etc. It became possible to provide. This is one of the findings obtained by the inventors of the present application.

また、ディジタルIDデータの生成を行う多くの回路要素を、通常の不揮発性メモリ装置として搭載される回路と共通化することが可能となる。そのため、ディジタルIDデータの生成のために増加する回路規模を大きく抑制することができ高度に小型化し得る。 In addition, many circuit elements that generate digital ID data can be shared with circuits mounted as ordinary non-volatile memory devices. Therefore, the circuit scale that increases due to the generation of digital ID data can be greatly suppressed, and the size can be highly reduced.

さらに、不揮発性メモリ装置のデータ読み出しはメモリセルアレイの構造上、データを並列処理で複数読み出すため、ディジタルIDデータの生成スピードも飛躍的に高められる。同時に、サイドチャネル攻撃においても並列処理により輻射電磁波が並列数の総和で与えられるため攻撃に対する耐性を高められ得る。 Further, since the data read of the non-volatile memory device reads a plurality of data by parallel processing due to the structure of the memory cell array, the generation speed of digital ID data can be dramatically increased. At the same time, even in a side channel attack, the resistance to the attack can be improved because the radiated electromagnetic wave is given by the total number of parallel processes by parallel processing.

本願発明者らによる知見に基づいて、本開示の一態様の概要は以下のとおりである。 Based on the findings of the inventors of the present application, the outline of one aspect of the present disclosure is as follows.

本開示の一形態にかかる不揮発性メモリ装置は、抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセルで構成されるメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイから、複数のメモリセルからなるメモリグループの単位で、前記複数のメモリセルの各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を行う読み出し回路と、前記読み出し回路による読み出し動作によって得られる前記複数のメモリセルの前記時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて、個体識別情報を生成するデータ生成回路とを備える。なお、時間情報の昇順または降順における順位とは、時間情報が示す値の昇順または降順における順番(複数のメモリセルにおいて何番目であるかという値)である。 The non-volatile memory device according to one embodiment of the present disclosure includes a memory cell array composed of a plurality of resistance-changing memory cells capable of holding data by utilizing a change in resistance value, and a plurality of memories from the memory cell array. By a read circuit that acquires time information based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon that depends on the resistance value of each of the plurality of memory cells in a unit of a memory group composed of cells, and a read operation by the read circuit. A data generation circuit that generates individual identification information based on the order of the time information of the plurality of obtained memory cells in ascending or descending order is provided. The order in the ascending or descending order of the time information is the order in the ascending or descending order of the values indicated by the time information (the value of the number in a plurality of memory cells).

これにより、読み出し回路によって読み出された抵抗変化型の複数のメモリセルの抵抗値に依存する時間情報の順位に基づいてデータ生成回路によって個体識別情報が生成される。よって、同じ抵抗状態にあるメモリセルにおける抵抗低ばらつきに基づくPUFデータとしての個体識別情報が生成される。さらに、個体識別情報を生成する回路を、通常の不揮発性メモリ装置として搭載される回路と共通化することが可能となり、これにより、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置が実現される。 As a result, the individual identification information is generated by the data generation circuit based on the order of the time information depending on the resistance values of the plurality of resistance-changing memory cells read by the reading circuit. Therefore, individual identification information as PUF data based on low resistance variation in memory cells in the same resistance state is generated. Further, the circuit for generating individual identification information can be shared with the circuit mounted as a normal non-volatile memory device, which has a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving. A non-volatile memory device is realized.

ここで、前記読み出し回路は、前記複数のメモリセルのうちの少なくとも2以上のメモリセルに対して、前記時間情報を同時に読み出してもよい。 Here, the read circuit may simultaneously read the time information to at least two or more memory cells among the plurality of memory cells.

これにより、メモリグループの単位で、同時に、複数のメモリセルから時間情報が読み出されるので、サイドチャネル攻撃に対する耐性が高く、かつ、高速に個体識別情報が生成される。 As a result, time information is read from a plurality of memory cells at the same time in units of memory groups, so that individual identification information is generated at high speed with high resistance to side channel attacks.

また、前記データ生成回路は、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、前記複数のメモリセルのうちの前記参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報の前記順位が前記参照メモリセルの時間情報の前記順位よりも小さい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、前記データ生成用メモリセルの時間情報の前記順位が前記参照メモリセルの時間情報の前記順位よりも大きい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行うデータ変換回路を有し、前記データ変換回路によるデータ変換後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成する。 Further, the data generation circuit sets at least one of the plurality of memory cells in the memory group as a reference memory cell, and is a data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells. When the rank of the time information of the above is smaller than the rank of the time information of the reference memory cell, the first data is assigned to the data generation memory cell, and the rank of the time information of the data generation memory cell is changed. When the time information of the reference memory cell is larger than the rank, it has a data conversion circuit that performs data conversion for allocating the second data to the data generation memory cell, and the data after data conversion by the data conversion circuit. The individual identification information is generated based on the above.

これにより、メモリグループを構成する複数のメモリセルのうち少なくとも一つが参照メモリセルとして時間情報の順位の比較に用いられるので、参照メモリセルを固定的に設定する場合に比べ、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, at least one of the plurality of memory cells constituting the memory group is used as a reference memory cell for comparing the order of time information, so that the individual identification generated is compared with the case where the reference memory cell is fixedly set. The randomness of information is enhanced.

また、前記データ生成回路は、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、前記複数のメモリセルのうちの前記参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報と前記参照メモリセルの時間情報とを比較した際に、前記データ生成用メモリセルの時間情報が前記参照メモリセルの時間情報よりも小さい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、前記データ生成用メモリセルの時間情報が前記参照メモリセルの時間情報よりも大きい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行うデータ変換回路を有し、前記データ変換回路によるデータ変換後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成してもよい。 Further, the data generation circuit sets at least one of the plurality of memory cells in the memory group as a reference memory cell, and is a data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells. When the time information of the reference memory cell is compared with the time information of the reference memory cell, if the time information of the data generation memory cell is smaller than the time information of the reference memory cell, the first is the data generation memory cell. It has a data conversion circuit that allocates one data and allocates second data to the data generation memory cell when the time information of the data generation memory cell is larger than the time information of the reference memory cell. Then, the individual identification information may be generated based on the data after the data conversion by the data conversion circuit.

具体的には、前記参照メモリセルは、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルの時間情報の中から上位M(Mは2以上)番目の時間情報に対応するメモリセルに割り当てられてもよい。また、前記参照メモリセルは、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのアドレスの中から上位N(Nは自然数)番目のアドレスに対応するメモリセルに割り当てられてもよい。 Specifically, the reference memory cell may be assigned to the memory cell corresponding to the upper M (M is 2 or more) th time information from the time information of the plurality of memory cells in the memory group. .. Further, the reference memory cell may be assigned to the memory cell corresponding to the upper N (N is a natural number) address among the addresses of the plurality of memory cells in the memory group.

これにより、メモリグループを構成する複数のメモリセルのうち少なくとも一つが参照メモリセルとして時間情報の比較に用いられるので、参照メモリセルを固定的に設定する場合に比べ、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, at least one of the plurality of memory cells constituting the memory group is used as a reference memory cell for comparison of time information. Therefore, as compared with the case where the reference memory cell is fixedly set, the generated individual identification information Randomness is enhanced.

また、前記データ変換回路は、前記参照メモリセルに対して前記第1データを割り当ててもよい。 Further, the data conversion circuit may allocate the first data to the reference memory cell.

これにより、参照メモリセルに対してもデータを割り当てたうえで、個体識別情報が生成されるので、参照メモリセルに対してデータを割り当てない場合に比べ、個体識別情報の生成に用いられるメモリセルの個数が多くなり、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, the individual identification information is generated after allocating the data to the reference memory cell as well. Therefore, the memory cell used for generating the individual identification information is compared with the case where the data is not assigned to the reference memory cell. The number of individuals is increased, and the randomness of the generated individual identification information is enhanced.

また、前記第1データおよび前記第2データの一方は偶数であり、他方は奇数であり、前記データ生成回路は、前記データ変換回路によって前記複数のメモリセルに割り当てられた第1データと第2データの合計を算出し、合計の数が奇数であれば第1データを出力し、偶数であれば第2データを出力するデータ処理を行うデータ処理回路を有し、前記データ処理回路によるデータ処理後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成してもよい。 Further, one of the first data and the second data is an even number and the other is an odd number, and the data generation circuit is the first data and the second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit. It has a data processing circuit that calculates the total of data, outputs the first data if the total number is odd, and outputs the second data if the total number is even, and data processing by the data processing circuit. The individual identification information may be generated based on the later data.

これにより、データ変換回路によるデータ変換後のディジタルデータに対して、データ処理回路において、偶数/奇数方式によるデータ処理が加えられたうえで、個体識別情報が生成されるので、データ処理が加えられない場合に比べ、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, the individual identification information is generated after the data processing by the even / odd method is added to the digital data after the data conversion by the data conversion circuit in the data processing circuit, so that the data processing is added. Compared to the case without it, the randomness of the generated individual identification information is enhanced.

また、前記データ生成回路は、前記データ変換回路によって前記複数のメモリセルに割り当てられた第1データの個数と第2データの個数とを算出し、前記第1データの個数が前記第2データの個数よりも多ければ第1データを出力し、前記第1データの個数が前記第2データの個数よりも少なければ前記第2データを出力するデータ処理を行うデータ処理回路を有し、前記データ処理回路によるデータ処理後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成してもよい。 Further, the data generation circuit calculates the number of first data and the number of second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit, and the number of the first data is the number of the second data. The data processing circuit has a data processing circuit that outputs the first data if the number is larger than the number, and outputs the second data if the number of the first data is smaller than the number of the second data. The individual identification information may be generated based on the data after the data processing by the circuit.

これにより、データ変換回路によるデータ変換後のディジタルデータに対して、データ処理回路において、多数決方式によるデータ処理が加えられたうえで、個体識別情報が生成されるので、データ処理が加えられない場合に比べ、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, the individual identification information is generated after the data processing by the majority decision method is added to the digital data after the data conversion by the data conversion circuit in the data processing circuit. Therefore, when the data processing is not added. Compared with, the randomness of the generated individual identification information is enhanced.

また、前記データ変換回路は、変換信号に応じて前記データ変換の方法を選択し、前記データ処理回路は、処理信号に応じて前記データ処理の方法を選択し、前記データ生成回路は、前記個体識別情報の再生時には、前記変換信号および前記処理信号を含めたチャレンジ信号に基づき、前記データ変換回路および前記データ処理回路を用いて、前記個体識別情報を生成してもよい。 Further, the data conversion circuit selects the data conversion method according to the conversion signal, the data processing circuit selects the data processing method according to the processing signal, and the data generation circuit is the individual. At the time of reproducing the identification information, the individual identification information may be generated by using the data conversion circuit and the data processing circuit based on the conversion signal and the challenge signal including the processing signal.

これにより、外部から与えられる変換信号および処理信号を含めたチャレンジ信号に基づき、PUFデータである個体識別情報がレスポンスとして生成されるので、セキュリティ性の高いチャレンジレスポンス認証に適用できる不揮発性メモリ装置が実現される。 As a result, individual identification information, which is PUF data, is generated as a response based on the challenge signal including the conversion signal and the processing signal given from the outside, so that a non-volatile memory device that can be applied to highly secure challenge-response authentication can be used. It will be realized.

また、前記データ変換回路は、変換信号に応じて前記データ変換の方法を選択し、前記データ処理回路は、処理信号に応じて前記データ処理の方法を選択し、前記データ生成回路は、前記個体識別情報の再生時には、予め定められた固定の前記変換信号および前記処理信号を、それぞれ、前記データ変換回路および前記データ処理回路に入力することで、前記個体識別情報を生成してもよい。 Further, the data conversion circuit selects the data conversion method according to the conversion signal, the data processing circuit selects the data processing method according to the processing signal, and the data generation circuit is the individual. At the time of reproducing the identification information, the individual identification information may be generated by inputting the predetermined fixed conversion signal and the processing signal to the data conversion circuit and the data processing circuit, respectively.

これにより、予め定められた固定の変換信号および処理信号から、PUFデータである個体識別情報が生成されるので、セキュリティ性の高い固有IDデータ方式に適用できる不揮発性メモリ装置が実現される。 As a result, individual identification information, which is PUF data, is generated from a predetermined fixed conversion signal and processing signal, so that a non-volatile memory device that can be applied to a highly secure unique ID data system is realized.

以下、添付図面を参照しながら、これらの知見に基づく本開示の詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the present disclosure based on these findings will be described with reference to the accompanying drawings.

以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本開示を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。 Each of the embodiments described below is a specific example. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps, the order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present disclosure. Among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present disclosure are described as arbitrary components. Further, in the drawings, those having the same reference numerals may omit the description. Further, in order to make the drawings easier to understand, each component is schematically shown, and the shape, dimensional ratio, and the like may not be accurately displayed. Further, in the manufacturing method, the order of each step and the like can be changed as needed, and other known steps can be added.

(実施の形態)
(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1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2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、本明細書では、抵抗変化型不揮発性メモリ装置を、単に不揮発性メモリ装置ともいう。
(Embodiment)
(Overview of the resistance-changing non-volatile memory device used in the present disclosure)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the resistance change type non-volatile memory device 100 according to the embodiment. Further, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of a memory cell 91 included in the resistance change type non-volatile memory device 100 according to the embodiment. In this specification, the resistance change type non-volatile memory device is also simply referred to as a non-volatile memory device.

図1に示す例では、本実施の形態の抵抗変化型不揮発性メモリ装置100は、少なくともメモリセルアレイ90と、制御装置93とを備えている。なお、制御装置93は必ずしも抵抗変化型不揮発性メモリ装置100の一部である必要はなく、抵抗変化型不揮発性メモリ装置100外に接続された制御装置を用いて、以下に説明する動作が行われてもよい。 In the example shown in FIG. 1, the resistance-changing non-volatile memory device 100 of the present embodiment includes at least a memory cell array 90 and a control device 93. The control device 93 does not necessarily have to be a part of the resistance change type non-volatile memory device 100, and the operation described below can be performed by using the control device connected to the outside of the resistance change type non-volatile memory device 100. You may be broken.

メモリセルアレイ90は、抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセル91で構成され、本実施の形態では、複数のメモリセル91がアレイ状に配置された構成を有する。 The memory cell array 90 is composed of a plurality of resistance-changing memory cells 91 capable of holding data by utilizing a change in resistance value, and in the present embodiment, the plurality of memory cells 91 are arranged in an array. Has.

制御装置93は、抵抗値が同一の抵抗状態にあるメモリセル91群から複数の抵抗値情報(具体的には、抵抗値に対応する時間情報)を取得し、時間情報のばらつきを検出する。検出された時間情報に基づき、メモリセル91群から参照メモリセルを設定し、同一の抵抗状態にあるメモリセル群の各メモリセルと設定された参照メモリセルを比較することで、0または1のディジタルデータのいずれの値を割り当てるかを判定し、ディジタルIDデータを生成する。同一の抵抗状態とは、ディジタル情報の1状態を割り当てるために用いる1つの抵抗値範囲のことをいう。制御装置93は、後述する読み出し回路と、データ生成回路とを含む回路である。読み出し回路は、メモリセルアレイ90から、複数のメモリセル91からなるメモリグループの単位で、複数のメモリセル91の各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を同時に行う回路である。データ生成回路は、読み出し回路による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル91の時間情報を互いに比較することにより個体識別情報を生成する回路である。 The control device 93 acquires a plurality of resistance value information (specifically, time information corresponding to the resistance value) from a group of memory cells 91 having the same resistance value, and detects variation in the time information. Based on the detected time information, reference memory cells are set from the memory cell 91 group, and 0 or 1 is obtained by comparing each memory cell of the memory cell group in the same resistance state with the set reference memory cell. It is determined which value of the digital data is to be assigned, and the digital ID data is generated. The same resistance state means one resistance value range used for assigning one state of digital information. The control device 93 is a circuit including a read circuit described later and a data generation circuit. The read circuit is a read operation for acquiring time information from the memory cell array 90 in units of a memory group composed of a plurality of memory cells 91 based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon depending on the resistance value of each of the plurality of memory cells 91. It is a circuit that performs at the same time. The data generation circuit is a circuit that generates individual identification information by comparing the time information of a plurality of memory cells 91 obtained by the read operation by the read circuit with each other.

一般に、不揮発性メモリ装置において、メモリセルがもつ物理量に、例えばディジタル量の最小単位である2値情報を割り当てるとき、その物理量が、所定の閾値以上のある範囲に属するか、または所定の閾値未満のある範囲に属するかによって、2値情報のいずれを割り当てるかを変える。近年の不揮発性メモリ装置には誤り訂正回路が具備される。誤り訂正回路の誤り訂正処理によれば、一部のメモリセルの物理量が2値情報を割り当てるために予め想定された範囲に入らない場合であっても、その物理量から得られる2値情報は正しく復元される。これは、ディジタルIDデータをなすメモリセル群のうちの一部が同一の抵抗値範囲になくても良いことを意味する。本明細書の定義として、ディジタルIDデータをなすメモリセル群の少なくとも半数より多いメモリセルが同一の抵抗状態にあれば、本開示における諸機能を達成できるものとする。 Generally, in a non-volatile memory device, when a binary information, which is the minimum unit of a digital quantity, is assigned to a physical quantity of a memory cell, the physical quantity belongs to a range equal to or more than a predetermined threshold value or is less than a predetermined threshold value. Which of the binary information is assigned is changed depending on whether it belongs to a certain range of. A recent non-volatile memory device is provided with an error correction circuit. According to the error correction processing of the error correction circuit, even if the physical quantity of some memory cells does not fall within the range assumed in advance for allocating the binary information, the binary information obtained from the physical quantity is correct. It will be restored. This means that some of the memory cells forming the digital ID data do not have to be in the same resistance value range. As defined in the present specification, the various functions in the present disclosure can be achieved if at least half of the memory cells forming the digital ID data are in the same resistance state.

抵抗変化型不揮発性メモリ装置100の個体識別情報として利用されるディジタルIDデータを生成する際には、各抵抗値が、上述した第1の抵抗状態と第2の抵抗状態、あるいは後述する初期状態の何れかの同一の抵抗値範囲に属している複数の不揮発性メモリセルを利用する。当該複数の不揮発性メモリセルにはユーザデータは書き込まれない。つまり、抵抗値の書換えは行われない。各不揮発性メモリセルの抵抗値は、予め定められた抵抗値範囲に固定化されている。各抵抗値は同一の抵抗値範囲内でばらついており、そのばらつきが、抵抗変化型不揮発性メモリ装置100の固有の情報になる。 When generating digital ID data used as individual identification information of the resistance-changing non-volatile memory device 100, each resistance value is the first resistance state and the second resistance state described above, or the initial state described later. Multiple non-volatile memory cells belonging to the same resistance value range of any of the above are used. No user data is written to the plurality of non-volatile memory cells. That is, the resistance value is not rewritten. The resistance value of each non-volatile memory cell is fixed within a predetermined resistance value range. Each resistance value varies within the same resistance value range, and the variation becomes unique information of the resistance change type non-volatile memory device 100.

「抵抗値情報」とは、抵抗値と相関関係を有する情報であり、抵抗値そのものであってもよいし、抵抗値に応じて増減する値であってもよい。抵抗値に応じて増減する値としては、例えば後述するような、メモリセルに並列に接続されたコンデンサ(キャパシタ)に蓄積された電荷が選択されたメモリセルを介して放電される放電時間や、逆にディスチャージされたコンデンサに所定の定電流を流し所定のレベルまでチャージされる充電時間でもよい。該放電時間または充電時間は、メモリセルの抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づく時間情報の一例であり、具体的には、所定のクロック周期でカウントされたカウント値等であってもよい。なお、コンデンサは素子であることには限定されず、例えば配線などの寄生容量でもよい。 The "resistance value information" is information having a correlation with the resistance value, and may be the resistance value itself or a value that increases or decreases according to the resistance value. Values that increase or decrease according to the resistance value include, for example, the discharge time in which the electric charge accumulated in the capacitor connected in parallel with the memory cell is discharged through the selected memory cell, as described later. On the contrary, the charging time may be such that a predetermined constant current is passed through the discharged capacitor and the capacitor is charged to a predetermined level. The discharge time or charge time is an example of time information based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon that depends on the resistance value of the memory cell, and specifically, even if it is a count value counted in a predetermined clock cycle or the like. Good. The capacitor is not limited to an element, and may be a parasitic capacitance such as wiring.

抵抗値情報は、所定の分解能のセンスアンプによって測定された値であってもよい。あるいは、抵抗値情報は、センスアンプによって測定された値が、閾値によって区分けされた複数の抵抗値範囲のいずれに該当するかを判定することによって得られた値であってもよい。その場合、複数の抵抗値範囲のそれぞれは、一部の抵抗値範囲が、さらに細かく区分けされたものであってもよい。 The resistance value information may be a value measured by a sense amplifier having a predetermined resolution. Alternatively, the resistance value information may be a value obtained by determining which of the plurality of resistance value ranges the value measured by the sense amplifier corresponds to, which is divided by the threshold value. In that case, each of the plurality of resistance value ranges may be a part of the resistance value ranges further divided.

図2に示す例では、メモリセル91が備える抵抗変化素子120が、下地層122(例えば、Ta)と、第1電極124(例えば、Ir)と、抵抗変化層126(例えば、TaO)と、第2電極128(例えば、TaN)とを備えている。それぞれのメモリセル91には、特定のメモリセルを選択するためのトランジスタ129が接続されている。 In the example shown in FIG. 2, the resistance changing element 120 included in the memory cell 91 includes the base layer 122 (for example, Ta 2 O 5 ), the first electrode 124 (for example, Ir), and the resistance changing layer 126 (for example, TaO). x ) and a second electrode 128 (for example, TaN) are provided. A transistor 129 for selecting a specific memory cell is connected to each memory cell 91.

メモリセル91は、異なる複数の電気的信号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する可変状態を取りうる性質を有する。 The memory cell 91 has a property of being able to take a variable state in which a resistance value reversibly transitions between a plurality of variable resistance value ranges by applying a plurality of different electric signals.

「初期状態」とは、抵抗値が可変抵抗値範囲と重複しない初期抵抗値範囲にある状態をいう。初期状態にあるメモリセルは、フォーミングが行われない限り可変状態とならない。「フォーミング」とは、所定の電気的ストレスをメモリセルに印加して、メモリセルの抵抗値が複数の可変抵抗値範囲の間を可逆的に遷移する状態へと、メモリセルを変化させることをいう。 The "initial state" means a state in which the resistance value is in the initial resistance value range that does not overlap with the variable resistance value range. The memory cell in the initial state does not become the variable state unless forming is performed. "Forming" refers to applying a predetermined electrical stress to a memory cell to change the memory cell so that the resistance value of the memory cell reversibly transitions between a plurality of variable resistance value ranges. Say.

フォーミングのために印加される電気的ストレス(フォーミングストレス)は、例えば、所定の電圧と時間幅を有する電気的パルスである場合もあるし、複数の電気的パルスを組み合わせたものである場合もある。フォーミングストレスは累積的なストレスであってもよい。その場合、ストレスの累積量が所定量を超えたときに、メモリセル91(図2)は初期状態から可変状態に遷移する。 The electrical stress applied for forming (forming stress) may be, for example, an electrical pulse having a predetermined voltage and time width, or may be a combination of a plurality of electrical pulses. .. The forming stress may be cumulative stress. In that case, when the cumulative amount of stress exceeds a predetermined amount, the memory cell 91 (FIG. 2) transitions from the initial state to the variable state.

本実施の形態では、メモリセル91は、製造後、フォーミングをしなければ抵抗値が複数の可変抵抗値範囲の間を可逆的に遷移する可変状態とならないような性質を有しているとする。つまり、半導体プロセス等により製造した後、フォーミングストレスが印加される前の抵抗変化素子は、初期状態にあるとして説明する。 In the present embodiment, it is assumed that the memory cell 91 has a property that the resistance value does not become a variable state in which the resistance value reversibly transitions between a plurality of variable resistance value ranges unless forming is performed after manufacturing. .. That is, the resistance changing element after being manufactured by a semiconductor process or the like and before the forming stress is applied will be described as being in the initial state.

しかしながら、この性質は一例であり必須ではない。メモリセル91は、初期状態を取りうる素子でなくてもよく、たとえば、可変状態のみを有する、いわゆるフォーミングレスの素子であってもよい。 However, this property is an example and is not essential. The memory cell 91 does not have to be an element capable of taking an initial state, and may be, for example, a so-called formingless element having only a variable state.

図3を参照しながら、ディジタルIDのセット状態(「0」または「1」を書き込んだ状態)におけるメモリセルの抵抗値ばらつきの特性を説明する。図3は、ディジタルIDのセット状態におけるメモリセルの規格化抵抗値情報と、その規格化抵抗値情報のばらつきについての標準正規分布の偏差との関係をプロット(三角印をプロット)した図である。この図に示すように、メモリセルの正規分布は抵抗値情報に対してほぼ直線に分布している。このことから、抵抗分布のばらつきは極めてランダムな現象であることが示される。 With reference to FIG. 3, the characteristics of the resistance value variation of the memory cell in the set state of the digital ID (the state in which “0” or “1” is written) will be described. FIG. 3 is a diagram in which the relationship between the standardized resistance value information of the memory cell in the set state of the digital ID and the deviation of the standard normal distribution with respect to the variation of the standardized resistance value information is plotted (triangular marks are plotted). .. As shown in this figure, the normal distribution of memory cells is distributed almost linearly with respect to the resistance value information. From this, it is shown that the variation in the resistance distribution is an extremely random phenomenon.

図4を参照しながら、本開示の不揮発性メモリ装置ではディジタルIDデータが複製できない(つまり、複製が極めて困難である)理由について説明する。図4には、異なる2つのチップXとチップYの同一アドレスに対し、書き込み条件A(x印のプロット)と条件B(丸印のプロット)の2条件でそれぞれ書き込みを実行し、横軸をチップXの抵抗値、縦軸をチップYの抵抗値としたときの、各チップ間の同一アドレスの抵抗値の関係を示している。図4からも明らかなように、同一条件かつアドレスとの抵抗値の関係性は全く見えていない。これは、書き込みの電圧やパルス幅を変更した、条件Aと条件Bで比較しても同様である。つまり、同一の抵抗状態を持つメモリグループから更に2値のデータを生成する場合、任意のアドレスに対して任意のデータを書き分けることが不可能(つまり、極めて困難)であることがわかる。 With reference to FIG. 4, the reason why the digital ID data cannot be duplicated (that is, the duplication is extremely difficult) with the non-volatile memory device of the present disclosure will be described. In FIG. 4, writing is executed for the same address of two different chips X and Y under the two conditions of write condition A (plot of x mark) and condition B (plot of circle mark), respectively, and the horizontal axis is The relationship between the resistance values of the same address between the chips is shown when the resistance value of the chip X and the vertical axis are the resistance values of the chip Y. As is clear from FIG. 4, the relationship between the resistance value and the same condition under the same conditions is not visible at all. This is the same even if the condition A and the condition B in which the writing voltage and the pulse width are changed are compared. That is, when further binary data is generated from a memory group having the same resistance state, it is impossible (that is, extremely difficult) to write arbitrary data separately for an arbitrary address.

次に、本実施の形態で利用した抵抗変化素子における抵抗変化のメカニズムに紐付けながら、ディジタルIDデータの複製が極めて困難である理由について説明する。図5に示すように、抵抗変化素子は高電圧を印加するフォーミングにより、初期の絶縁状態から絶縁破壊が引き起こされ、抵抗変化層にフィラメントと呼ばれる導電性パスが形成される。このフィラメントはフォーミングにより、抵抗変化層内に酸素欠損が発生し、その酸素欠損の連なりによって形成される。そして、この発生する酸素欠損の発生箇所と個数は素子ごとにランダムである。また、酸素欠損が相対的に多く発生した抵抗は低くなり、欠損が相対的に少ない素子の抵抗は高くなっており、ばらつきが生じている。このようなばらつきは制御不可(つまり、制御が極めて困難)であり、酸素欠損の形成が多く、フィラメントパスが形成されやすい場合は、その抵抗変化素子の抵抗値はより低くなる。一方、酸素欠損の密度が一部でも低いところがある場合はフィラメントパスが形成されにくいため、その抵抗変化素子の抵抗値はより高くなる。各素子の抵抗値はばらついており、このようなばらつきを人為的に制御することはできない(つまり、制御することは極めて困難である)。 Next, the reason why it is extremely difficult to duplicate the digital ID data will be described while associating with the mechanism of resistance change in the resistance change element used in the present embodiment. As shown in FIG. 5, the resistance changing element is formed by applying a high voltage to cause dielectric breakdown from the initial insulating state, and a conductive path called a filament is formed in the resistance changing layer. This filament is formed by a series of oxygen deficiencies caused by oxygen deficiency in the resistance change layer due to forming. The location and number of oxygen deficiencies that occur are random for each element. Further, the resistance in which a relatively large amount of oxygen deficiency is generated is low, and the resistance of an element having a relatively small number of deficiencies is high, resulting in variation. Such variations are uncontrollable (that is, extremely difficult to control), and when oxygen deficiency is often formed and filament paths are likely to be formed, the resistance value of the resistance changing element becomes lower. On the other hand, when the density of oxygen deficiency is even partially low, the filament path is difficult to form, so that the resistance value of the resistance changing element becomes higher. The resistance value of each element varies, and such variation cannot be artificially controlled (that is, it is extremely difficult to control).

(抵抗変化型不揮発性メモリ装置の構成と回路基本動作)
図6は、実施の形態の不揮発性メモリ装置10の具体的な構成例を示すブロック図である。なお、図6はあくまで一例であり、実施の形態の不揮発性メモリ装置の具体的構成が図6に示される構成に限定されるものではない。
(Configuration and circuit basic operation of resistance-changing non-volatile memory device)
FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration example of the non-volatile memory device 10 of the embodiment. Note that FIG. 6 is merely an example, and the specific configuration of the non-volatile memory device of the embodiment is not limited to the configuration shown in FIG.

図6に示すように、実施の形態の不揮発性メモリ装置10は、半導体基板上に、メモリ本体部22を備えている。また不揮発性メモリ装置10は、さらにデータ入出力回路6と、制御回路15と、アドレス入力回路16とを備えている。 As shown in FIG. 6, the non-volatile memory device 10 of the embodiment includes a memory main body 22 on a semiconductor substrate. The non-volatile memory device 10 further includes a data input / output circuit 6, a control circuit 15, and an address input circuit 16.

メモリ本体部22は、読み出し回路11と、書き込み回路14と、カラムデコーダ回路17と、ロウデコーダ回路18と、データ生成回路25と、メモリセルアレイ20とを備えている。 The memory main body 22 includes a read circuit 11, a write circuit 14, a column decoder circuit 17, a row decoder circuit 18, a data generation circuit 25, and a memory cell array 20.

書き込み回路14は、選択されたメモリセル21へ各動作における所定の電圧を印加してデータを書き込む。 The writing circuit 14 applies a predetermined voltage in each operation to the selected memory cell 21 to write data.

読み出し回路11は、メモリセルアレイ20から、複数のメモリセル21からなるメモリグループの単位で、複数のメモリセル21の各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を同時(並列的)に行う回路であり、本実施の形態では、ビット線に流れる電流の変化を、後述する読み出し方式(放電現象)により検知し、選択されたメモリセルの抵抗値情報を時間情報として出力する。 The read circuit 11 acquires time information from the memory cell array 20 based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon depending on the resistance value of each of the plurality of memory cells 21 in a unit of a memory group composed of a plurality of memory cells 21. It is a circuit that performs operations simultaneously (in parallel). In this embodiment, a change in the current flowing through a bit line is detected by a read-out method (discharge phenomenon) described later, and resistance value information of a selected memory cell is obtained. Output as time information.

データ生成回路25は、読み出し回路11による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル21の時間情報を互いに比較することにより個体識別情報を生成する回路であり、本実施の形態では、2値のディジタルIDデータを生成するための基準となる参照メモリセルを設定し、各メモリセルの時間情報に基づき、2値のディジタルIDデータ(出力Dout)を生成する。 The data generation circuit 25 is a circuit that generates individual identification information by comparing the time information of a plurality of memory cells 21 obtained by the read operation by the read circuit 11 with each other. In the present embodiment, the data generation circuit 25 is a binary digital ID. A reference memory cell as a reference for generating data is set, and binary digital ID data (output Dout) is generated based on the time information of each memory cell.

ロウデコーダ回路18は、メモリセルアレイ20に接続されている複数のn本のワード線WLの中から1つのワード線WLを選択する。 The low decoder circuit 18 selects one word line WL from a plurality of n word line WLs connected to the memory cell array 20.

カラムデコーダ回路17は、複数のn本のビット線BLと複数のn本のソース線SLの中から並列読み出し数(メモリグループを構成するメモリセル数)であるk本のビット線BLと、それに対応するk本のソース線SLとを選択し、書き込み回路14および読み出し回路11へ接続する。 The column decoder circuit 17 includes k bit lines BL, which is the number of parallel reads (the number of memory cells constituting the memory group) from the plurality of n bit lines BL and the plurality of n source lines SL, and k lines of the bit lines BL. The corresponding k source lines SL are selected and connected to the write circuit 14 and the read circuit 11.

これら(書き込み回路14、読み出し回路11、データ生成回路25、ロウデコーダ回路18およびカラムデコーダ回路17)は並列的に読み出しおよび/または書き込みが行われる行および/または列の数に応じて動作する。 These (write circuit 14, read circuit 11, data generation circuit 25, row decoder circuit 18 and column decoder circuit 17) operate according to the number of rows and / or columns in which reads and / or writes are performed in parallel.

不揮発性メモリ装置10の読み出し回路11は時間情報として出力Toutを有する。読み出し回路11は、カラムデコーダ回路17とロウデコーダ回路18により選択されたk個のメモリセル(つまり、メモリグループ)がk本のビット線を介して、接続され、k個のメモリセルの時間情報であるToutをデータ生成回路25へ送信する。 The read circuit 11 of the non-volatile memory device 10 has an output Tout as time information. In the read circuit 11, k memory cells (that is, memory groups) selected by the column decoder circuit 17 and the row decoder circuit 18 are connected via k bit lines, and time information of k memory cells is obtained. Toout is transmitted to the data generation circuit 25.

また、データ生成回路25は、外部から与えられる変換信号と処理信号とに基づいて、入力されたToutを2値のディジタルIDデータDoutに変換する。つまり、データ生成回路25は、読み出し回路11から得られる時間情報(Tout)を利用し、2値のディジタルIDデータへ変換し、出力Doutとしてデータ入出力回路6に送信する。 Further, the data generation circuit 25 converts the input Tout into binary digital ID data Dout based on the conversion signal and the processing signal given from the outside. That is, the data generation circuit 25 uses the time information (Tout) obtained from the read circuit 11 to convert it into binary digital ID data, and transmits it to the data input / output circuit 6 as an output Dout.

図6に示すように、メモリ本体部22は、記憶領域として、ユーザデータ領域7とディジタルIDデータ領域8とを有する。ユーザデータ領域7にはユーザの任意のデータ(ユーザデータ)が記憶される。ユーザデータの書き込みおよび読み出しはユーザデータ領域7のアドレスが選択されて行われる。ディジタルIDデータ領域8では、ディジタルIDデータとして用いられる複製困難な個体識別情報を導き出すために、メモリセル群には同一の抵抗状態が書き込まれている。これにより、データ生成回路25から、出力Doutとして、ディジタルIDデータ(個体識別情報)が出力されることになる。 As shown in FIG. 6, the memory main body 22 has a user data area 7 and a digital ID data area 8 as storage areas. Arbitrary user data (user data) is stored in the user data area 7. The writing and reading of the user data is performed by selecting the address of the user data area 7. In the digital ID data area 8, the same resistance state is written in the memory cell group in order to derive individual identification information that is difficult to duplicate and is used as digital ID data. As a result, digital ID data (individual identification information) is output from the data generation circuit 25 as the output Dout.

なお、ユーザデータ領域7とディジタルIDデータ領域8は図6のようにワード線単位に分けられる必要はなく、メモリセルアレイ20上の任意の領域で区分けしても良い。物理的な領域区分の規則性を複雑にするほどハッキングなどの攻撃への耐性を高めることができる。 The user data area 7 and the digital ID data area 8 do not need to be divided into word line units as shown in FIG. 6, and may be divided into arbitrary areas on the memory cell array 20. The more complicated the regularity of the physical area division, the more resistant it is to attacks such as hacking.

メモリセルアレイ20は、ワード線単位で、WL0、WL1、WL2、・・・WLm−1をユーザデータ領域7と、WLm、・・・WLnをディジタルIDデータ領域8として切り分けられ、(1)互いに平行に延びるように形成された複数のワード線WL0、WL1、WL2、・・・WLm−k−1、WLm−k、・・・WLmと、(2)複数のワード線と交差し、かつ互いに平行に延びるようにして形成された複数のビット線BL0、BL1、・・・BLnと、(3)複数のワード線と交差し、かつ互いに平行に、かつビット線と平行に延びるようにして形成されたソース線SL0、SL1、SL2、・・・SLnと、を備える。複数のワード線と複数のビット線の立体交差点には、それぞれメモリセル21が配置されている。 The memory cell array 20 is divided into a user data area 7 for WL0, WL1, WL2, ... WLm-1 and a digital ID data area 8 for WLm, ... WLn in word line units, and (1) parallel to each other. Multiple word lines WL0, WL1, WL2, ... WLm-k-1, WLm-k, ... WLm formed so as to extend to (2) intersecting and parallel to the plurality of word lines. A plurality of bit lines BL0, BL1, ... BLn formed so as to extend to, and (3) formed so as to intersect with a plurality of word lines and extend parallel to each other and parallel to the bit lines. The source lines SL0, SL1, SL2, ... SLn are provided. Memory cells 21 are arranged at the three-dimensional intersections of the plurality of word lines and the plurality of bit lines.

それぞれのメモリセル21は、図8に示されるように、抵抗変化素子23とトランジスタ24とを備える。ワード線WL0、WL1、WL2、・・・WLm−k−1、WLm−k、・・・WLmはそれぞれのトランジスタ24のゲート端子に接続され、ビット線BL0、BL1、・・・BLnは、それぞれのメモリセル21が備える抵抗変化素子23の第2電極に接続され、抵抗変化素子の第1電極はトランジスタ24の第2主端子に各々接続され、ソース線SL0、SL1、SL2、・・・SLnは、トランジスタ24の第1主端子にそれぞれ接続されている。 Each memory cell 21 includes a resistance changing element 23 and a transistor 24, as shown in FIG. The word lines WL0, WL1, WL2, ... WLm-k-1, WLm-k, ... WLm are connected to the gate terminals of the respective transistors 24, and the bit lines BL0, BL1, ... BLn are respectively. The first electrode of the resistance changing element 23 is connected to the second electrode of the resistance changing element 23 included in the memory cell 21, and the first electrode of the resistance changing element is connected to the second main terminal of the transistor 24, respectively, and the source lines SL0, SL1, SL2, ... SLn Are connected to the first main terminal of the transistor 24, respectively.

抵抗変化素子23はメモリセル21において不揮発性メモリ素子として動作する。不揮発性メモリ装置10は、各メモリセル21が1個のトランジスタ24と1個の抵抗変化素子23とから構成される、いわゆる1T1R型の抵抗変化型不揮発性メモリ装置である。メモリセルの選択素子は前述のトランジスタに限定されない。例えばダイオードなどの2端子素子を用いても良い。 The resistance changing element 23 operates as a non-volatile memory element in the memory cell 21. The non-volatile memory device 10 is a so-called 1T1R type resistance change type non-volatile memory device in which each memory cell 21 is composed of one transistor 24 and one resistance change element 23. The selection element of the memory cell is not limited to the above-mentioned transistor. For example, a two-terminal element such as a diode may be used.

制御回路15はコントロール信号に基づき、カラムデコーダ回路17に対し、ビット線あるいはソース線のいずれか一方を選択し、書き込み時は書き込み回路14、読み出し時は読み出し回路11に接続させる。その上で、書き込み回路14あるいは読み出し回路11を動作させる。 Based on the control signal, the control circuit 15 selects either a bit line or a source line for the column decoder circuit 17 and connects it to the write circuit 14 at the time of writing and to the read circuit 11 at the time of reading. Then, the writing circuit 14 or the reading circuit 11 is operated.

抵抗変化素子23については、実施の形態において上述した抵抗変化素子120と同様の構成とすることができるので、詳細な説明を省略する。 Since the resistance changing element 23 can have the same configuration as the resistance changing element 120 described above in the embodiment, detailed description thereof will be omitted.

なお、図6に示す例では、メモリセルアレイ20の選択トランジスタとしてNMOSトランジスタが用いられているが、これに限定されず、PMOSトランジスタを用いても良い。 In the example shown in FIG. 6, an NMOS transistor is used as the selection transistor of the memory cell array 20, but the method is not limited to this, and a NMOS transistor may be used.

図7は実施の形態にかかる不揮発性メモリ装置10が備える読み出し回路11とデータ生成回路25の構成例を示す図である。読み出し回路11は、k個のメモリセルからなるメモリグループの単位で同時に時間情報を取得するために、k個の放電方式によるセンスアンプ回路30(SA0、SA1、SA2、・・・SAk)を有している。カラムデコーダ回路17より選択されたk本のビット線が、k個の放電方式によるセンスアンプ回路30に各々接続される。各センスアンプ回路30では、各々の時間情報が出力され、データ生成回路25へと送信される。これによって、メモリセルアレイ20を構成する複数のメモリセル21のうち、選択ワード線WLおよびカラムデコーダ回路17によって選択された複数のメモリセル21からなるメモリグループに対して、複数のメモリセル21の各々の抵抗値に依存する放電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作が同時に行われる。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a read circuit 11 and a data generation circuit 25 included in the non-volatile memory device 10 according to the embodiment. The read circuit 11 has k sense amplifier circuits 30 (SA0, SA1, SA2, ... SAk) by a discharge method in order to simultaneously acquire time information in units of a memory group consisting of k memory cells. doing. The k bit lines selected from the column decoder circuit 17 are connected to the sense amplifier circuit 30 by the k discharge method. Each sense amplifier circuit 30 outputs each time information and transmits it to the data generation circuit 25. As a result, among the plurality of memory cells 21 constituting the memory cell array 20, each of the plurality of memory cells 21 with respect to the memory group consisting of the plurality of memory cells 21 selected by the selected word line WL and the column decoder circuit 17. A read operation for acquiring time information is performed at the same time based on the discharge phenomenon that depends on the resistance value of.

データ生成回路25は、読み出し回路11による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル21の時間情報を互いに比較することによりディジタルIDデータ(個体識別情報)を生成する回路であり、データ変換回路28とデータ処理回路29で構成される。データ変換回路28には変換信号が入力され、データ処理回路29には処理信号が入力される。 The data generation circuit 25 is a circuit that generates digital ID data (individual identification information) by comparing the time information of a plurality of memory cells 21 obtained by the read operation by the read circuit 11 with each other, and is the data conversion circuit 28 and the data. It is composed of a processing circuit 29. A conversion signal is input to the data conversion circuit 28, and a processing signal is input to the data processing circuit 29.

データ変換回路28は、メモリグループ内の複数のメモリセル21のうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、複数のメモリセル21のうちの参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報と参照メモリセルの時間情報とを比較した際に、データ生成用メモリセルの時間情報が参照メモリセルの時間情報よりも小さい場合はデータ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、データ生成用メモリセルの時間情報が参照メモリセルの時間情報よりも大きい場合はデータ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行う。本実施の形態では、データ変換回路28において、変換信号に基づき、参照メモリセルが設定され、読み出し回路11からのToutから得られる各時間情報が0または1のデータとして2値化される。つまり、データ変換回路28では、変換信号に応じてデータ変換の方法が選択される。 The data conversion circuit 28 sets at least one of the plurality of memory cells 21 in the memory group as the reference memory cell, and sets the time information of the data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells 21. When comparing with the time information of the reference memory cell, if the time information of the data generation memory cell is smaller than the time information of the reference memory cell, the first data is assigned to the data generation memory cell and the data is generated. If the time information of the memory cell is larger than the time information of the reference memory cell, data conversion for allocating the second data to the data generation memory cell is performed. In the present embodiment, in the data conversion circuit 28, a reference memory cell is set based on the conversion signal, and each time information obtained from Tout from the read circuit 11 is binarized as 0 or 1 data. That is, in the data conversion circuit 28, the data conversion method is selected according to the conversion signal.

データ処理回路29は、処理信号に基づき、データ変換回路28によって2値化されたデータを別データに変換するための処理を加える回路である。つまり、データ処理回路29では、処理信号に応じてデータ処理の方法が選択される。 The data processing circuit 29 is a circuit that adds a process for converting the data binarized by the data conversion circuit 28 into another data based on the processed signal. That is, in the data processing circuit 29, the data processing method is selected according to the processing signal.

なお、データ変換回路28に入力される変換信号とその変換信号に基づくデータ変換回路28における参照メモリセルの設定方法、および、データ処理回路29に入力される処理信号とその処理信号に基づくデータ処理回路29におけるデータ処理方法については、後述で詳細に述べる。 A conversion signal input to the data conversion circuit 28 and a method of setting a reference memory cell in the data conversion circuit 28 based on the conversion signal, and a processing signal input to the data processing circuit 29 and data processing based on the processing signal. The data processing method in the circuit 29 will be described in detail later.

図8は実施の形態にかかる不揮発性メモリ装置10が備えるセンスアンプ回路30の構成例を示す回路図である。なお、本図には、センスアンプ回路30に接続されるメモリセル21も併せて図示されている。当該センスアンプ回路30は、読み出し回路11を構成するk個のセンスアンプ回路30の一つであり、コンパレータ31と、プリチャージ用PMOSトランジスタ33と、ロード用PMOSトランジスタ34と、クランプ用NMOSトランジスタ36とを備えている。 FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a sense amplifier circuit 30 included in the non-volatile memory device 10 according to the embodiment. Note that the memory cell 21 connected to the sense amplifier circuit 30 is also shown in this figure. The sense amplifier circuit 30 is one of the k sense amplifier circuits 30 that constitute the read circuit 11, and includes a comparator 31, a precharging MOSFET transistor 33, a loading MOSFET transistor 34, and a clamping NMOS transistor 36. And have.

コンパレータ31は、一方の入力端子にノードSENの電圧が入力され、他端には参照電圧となるVREFが入力され、出力は時間情報Toutとして、データ生成回路25に接続される。 In the comparator 31, the voltage of the node SEN is input to one input terminal, VREF as a reference voltage is input to the other end, and the output is connected to the data generation circuit 25 as time information Tout.

プリチャージ用PMOSトランジスタ33は、ゲート端子にプリチャージ制御信号PREが入力され、ソース端子に電源電圧VDDが入力され、ドレイン端子にノードSENが接続されている。 In the precharge epitaxial transistor 33, the precharge control signal PRE is input to the gate terminal, the power supply voltage VDD is input to the source terminal, and the node SEN is connected to the drain terminal.

ロード用PMOSトランジスタ34は、ゲート端子にロード制御信号LOADが入力され、ソース端子に電源電圧VDDが入力され、ドレイン端子にノードSENが接続されている。 In the load epitaxial transistor 34, a load control signal LOAD is input to the gate terminal, a power supply voltage VDD is input to the source terminal, and a node SEN is connected to the drain terminal.

クランプ用NMOSトランジスタ36は、ゲートにクランプ制御信号CLMPが入力され、ソース端子もしくはドレイン端子の何れか一方にノードSENが接続され、他端にはカラムデコーダ回路17を介して選択されたメモリセル21が接続されている。なお、図8ではカラムデコーダ回路17の図示は省略している。 In the clamping NMOS transistor 36, the clamp control signal CLMP is input to the gate, the node SEN is connected to either the source terminal or the drain terminal, and the other end is the memory cell 21 selected via the column decoder circuit 17. Is connected. Note that the column decoder circuit 17 is not shown in FIG.

またノードSENには、負荷容量として、キャパシタ136が接続されている。 A capacitor 136 is connected to the node SEN as a load capacitance.

ここで、センスアンプ回路30が時間情報であるカウント値(抵抗カウント値の一例)を出力する動作について、センスアンプ回路30の構成図(図8)と図9のタイミングチャートを用いて、具体的に説明する。 Here, the operation of the sense amplifier circuit 30 to output the count value (an example of the resistance count value) which is the time information is concretely described by using the configuration diagram (FIG. 8) and the timing chart of FIG. 9 of the sense amplifier circuit 30. Explain to.

図9は、実施の形態において選択されたメモリセルをセンスアンプ回路30が放電方式にて読み出す場合のタイミングチャートである。 FIG. 9 is a timing chart when the sense amplifier circuit 30 reads out the memory cells selected in the embodiment by the discharge method.

T1のプリチャージ期間では、プリチャージ制御信号PREはロウレベルとなり、プリチャージ用PMOSトランジスタ33はオン状態になる一方で、ロード制御信号LOADはハイレベルとなり、ロード用PMOSトランジスタ34はオフ状態となる。選択ワード線WLsの電位はロウレベルでトランジスタ24はオフ状態となっている。 During the precharge period of T1, the precharge control signal PRE is at a low level and the precharge epitaxial transistor 33 is on, while the load control signal LOAD is at a high level and the load epitaxial transistor 34 is off. The potential of the selected word line WLs is low and the transistor 24 is in the off state.

クランプ用NMOSトランジスタ36のゲート端子にVCLMPの電圧が印加されることで、選択ビット線BLsの電位はVCLMPからVT(クランプ用NMOSトランジスタ36の閾値)を引いた電位までプリチャージされる。選択ソース線SLsはGNDに固定される。ノードSENは電源電圧VDDまでプリチャージされる。 When the voltage of VCLMP is applied to the gate terminal of the clamping NMOS transistor 36, the potential of the selected bit line BLs is precharged to the potential obtained by subtracting VT (threshold value of the clamping NMOS transistor 36) from VCLMP. The selected source lines SLs are fixed to GND. The node SEN is precharged up to the power supply voltage VDD.

T2のセンス期間では、プリチャージ制御信号PREをハイレベルとすることで、プリチャージ用PMOSトランジスタ33がオフ状態となり、ロード制御信号LOADがロウレベルになることで、ロード用PMOSトランジスタ34はオン状態になる。また選択ワード線WLsの電位をハイレベルにすることで、NMOSトランジスタ24はオン状態となる。 In the sense period of T2, the precharge control signal PRE is set to a high level to turn off the precharge epitaxial transistor 33, and the load control signal LOAD is set to a low level, so that the load epitaxial transistor 34 is turned on. Become. Further, by setting the potential of the selected word line WLs to a high level, the NMOS transistor 24 is turned on.

そして選択ビット線BLsから選択されたメモリセル21を介して選択ソース線SLsへと電圧が印加され、放電が開始される。放電は予め定めらえたT2のセンス期間中まで実行される。放電時間中はノードSENの電位と参照電圧VREFの電圧とが比較され続け、ノードSENの電位が参照電圧VREFを上回る間は、ToutはGNDレベルが出力されるが、ノードSENの電位が参照電圧VREFを下回ると同時にToutはGNDから電源電圧VDDに反転する。この放電開始からToutの立ち上がり(立ち上がりエッジ)までの期間(放電時間)は、接続されたメモリセル21の抵抗値に依存する。読み出し時の抵抗変化素子23の抵抗値が高いほど放電時間は長くなる。この放電時間は、メモリセル21の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づく時間情報の一例である。 Then, a voltage is applied to the selected source line SLs via the memory cell 21 selected from the selected bit line BLs, and discharge is started. The discharge is carried out until a predetermined sense period of T2. During the discharge time, the potential of the node SEN and the voltage of the reference voltage VREF are continuously compared, and while the potential of the node SEN exceeds the reference voltage VREF, the Tout outputs the GND level, but the potential of the node SEN is the reference voltage. As soon as it falls below VREF, Tout reverses from GND to the power supply voltage VDD. The period (discharge time) from the start of discharge to the rise (rising edge) of Tout depends on the resistance value of the connected memory cell 21. The higher the resistance value of the resistance changing element 23 at the time of reading, the longer the discharge time. This discharge time is an example of time information based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon that depends on the resistance value of the memory cell 21.

T3のスタンバイ期間では、ノードSENがGNDに固定され、プリチャージ制御信号PREはロウレベルとなり、プリチャージ用PMOSトランジスタ33はオン状態になる一方で、ロード制御信号LOADはハイレベルとなり、ロード用PMOSトランジスタ34はオフ状態となる。選択ワード線WLsの電位はロウレベルでトランジスタ24はオフ状態となる。 During the standby period of T3, the node SEN is fixed to GND, the precharge control signal PRE is at a low level, the precharging epitaxial transistor 33 is in the ON state, while the load control signal LOAD is at a high level, and the loading ProLiant transistor is at a high level. 34 is in the off state. The potential of the selected word line WLs is low and the transistor 24 is turned off.

なお、上述したキャパシタ136の容量を調整することで、放電時間を調整することも可能である。キャパシタ136の容量が大きければ、ノードSENの放電時間も長くなり、容量が小さければ、ノードSENの放電時間は短くなる。キャパシタ136は、例えば、放電時間が速い低抵抗レベルの検出精度を向上させたいとき、効果的である。しかし、低い抵抗値の場合、放電時間がカウント値の分解能を上回る可能性があるため、区別できなくなる場合がある。そこで、ノードSENに容量負荷を上乗せし、放電時間を延長させることで、意図的に分解能で検出できるレベルの放電特性に調整することが可能となる。しかしながら、原理上放電方式の場合は高抵抗になればなるほど放電時間が長くなり、それにともなって放電の傾斜が緩やかに変化するため、カウント値に対する時間情報の分解能が向上する。つまり放電方式の場合は高抵抗側が高精度な時間情報を得ることのできる方式である。 It is also possible to adjust the discharge time by adjusting the capacity of the capacitor 136 described above. If the capacitance of the capacitor 136 is large, the discharge time of the node SEN is long, and if the capacitance is small, the discharge time of the node SEN is short. The capacitor 136 is effective, for example, when it is desired to improve the detection accuracy of a low resistance level having a fast discharge time. However, in the case of a low resistance value, the discharge time may exceed the resolution of the count value, so that it may not be distinguishable. Therefore, by adding a capacitive load to the node SEN and extending the discharge time, it is possible to intentionally adjust the discharge characteristics to a level that can be detected with resolution. However, in principle, in the case of the discharge method, the higher the resistance, the longer the discharge time, and the slope of the discharge changes gently accordingly, so that the resolution of the time information with respect to the count value is improved. That is, in the case of the discharge method, the high resistance side can obtain highly accurate time information.

また、図7に示されるように、読み出し回路11は、本実施の形態の不揮発性メモリ装置10において、k個のセンスアンプ回路30を有するため、最大k個のセンスアンプ回路30を同時に並列動作させることが可能となる。 Further, as shown in FIG. 7, since the read circuit 11 has k sense amplifier circuits 30 in the non-volatile memory device 10 of the present embodiment, a maximum of k sense amplifier circuits 30 can be operated in parallel at the same time. It becomes possible to make it.

図10は、k個のセンスアンプ回路30に同一の抵抗状態で構成されたディジタルIDデータ領域8内の各々異なるメモリセル21を接続し、同タイミングで放電を開始した場合の各Toutの立ち上がりエッジ(つまり、時間情報)を示すタイミングチャートを示している。なお、ノードSENもk本存在するが、図10では説明のため、ノードSENを重ねた表示で示している。図10に示すように、同一の抵抗状態においてもメモリセル毎に、僅かな抵抗値ばらつきをもつため、Toutの立ち上がりエッジのタイミングが異なっていることが確認できる。すなわち、本実施の形態のセンスアンプ回路30をk個同時に動作させることで、k個のメモリセル群(つまり、メモリグループ)における各抵抗値のばらつき(抵抗値の順位)を高精度かつ高速に検出することが可能である。 FIG. 10 shows the rising edge of each Tout when different memory cells 21 in the digital ID data area 8 configured in the same resistance state are connected to k sense amplifier circuits 30 and discharge is started at the same timing. A timing chart showing (that is, time information) is shown. Although there are k nodes SEN, FIG. 10 shows the nodes SEN in an superimposed manner for the sake of explanation. As shown in FIG. 10, even in the same resistance state, there is a slight variation in resistance value for each memory cell, so that it can be confirmed that the timing of the rising edge of Tout is different. That is, by operating k sense amplifier circuits 30 of the present embodiment at the same time, the variation (ranking of resistance values) of each resistance value in the k memory cell group (that is, the memory group) can be adjusted with high accuracy and high speed. It is possible to detect.

(抵抗変化型不揮発性メモリ装置のシステム動作)
図11は、実施の形態の不揮発性メモリ装置10の動作例を示すフローチャートである。以下、図11を参照しつつ、不揮発性メモリ装置10の動作を説明する。ここでは、読み出し回路11、および、データ生成回路25(データ変換回路28およびデータ処理回路29)によるディジタルIDデータ(個体識別情報)の生成処理が示されている。
(System operation of resistance-changing non-volatile memory device)
FIG. 11 is a flowchart showing an operation example of the non-volatile memory device 10 of the embodiment. Hereinafter, the operation of the non-volatile memory device 10 will be described with reference to FIG. Here, the generation processing of digital ID data (individual identification information) by the reading circuit 11 and the data generation circuit 25 (data conversion circuit 28 and data processing circuit 29) is shown.

ステップS31では、変換信号および処理信号をデータ生成回路25に入力することにより、モード/処理が選択される。この各モードおよび処理に関しては、後で詳細に説明する。続いて、ステップS32において、データ変換回路28は、ステップS31によって選択されたモード選択に基づき、並列動作のk個のメモリセル21からなるメモリグループの中から、1ビットを参照メモリセルとして設定する。ステップS33では、k個のセンスアンプ回路30は、同時に放電開始させ、各々Toutが立ち上がりエッジを出力する。ステップS34においては、データ変換回路28は、メモリグループの中から、ステップS32で設定された参照メモリセルのToutの立ち上がりエッジとその他のメモリセル(つまり、データ生成用メモリセル)のToutの立ち上がりエッジの比較を行い、参照メモリセルのToutの出力よりも早くToutが出力するビット(つまり、データ生成用メモリセル)に対してはステップS35のように1データ(「1」)を割当て、参照メモリセルの出力よりも遅くToutが出力するビット(つまり、データ生成用メモリセル)に対しては、ステップS36のように0データ(「0」)を割り当てる。つまり、データ変換回路28は、メモリグループ内の複数のメモリセルのうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、複数のメモリセルのうちの参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報と参照メモリセルの時間情報とを比較した際に、データ生成用メモリセルの時間情報が参照メモリセルの時間情報よりも小さい場合はデータ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、データ生成用メモリセルの時間情報が参照メモリセルの時間情報よりも大きい場合はデータ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行う。 In step S31, the mode / processing is selected by inputting the conversion signal and the processing signal to the data generation circuit 25. Each of these modes and processes will be described in detail later. Subsequently, in step S32, the data conversion circuit 28 sets one bit as a reference memory cell from the memory group consisting of k memory cells 21 in parallel operation based on the mode selection selected in step S31. .. In step S33, the k sense amplifier circuits 30 start discharging at the same time, and each Tout outputs a rising edge. In step S34, the data conversion circuit 28 includes the rising edge of the Tout of the reference memory cell set in step S32 and the rising edge of the Tout of the other memory cell (that is, the data generation memory cell) from the memory group. Is compared, and one data (“1”) is allocated to the bits (that is, the memory cell for data generation) output by Tout earlier than the output of Tout in the reference memory cell, as in step S35, and the reference memory is used. 0 data (“0”) is assigned to the bits (that is, the data generation memory cell) output by Tout later than the cell output, as in step S36. That is, the data conversion circuit 28 sets at least one of the plurality of memory cells in the memory group as the reference memory cell, and sets the time information of the data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells. When comparing with the time information of the reference memory cell, if the time information of the data generation memory cell is smaller than the time information of the reference memory cell, the first data is assigned to the data generation memory cell and the data is generated. If the time information of the memory cell is larger than the time information of the reference memory cell, data conversion for allocating the second data to the data generation memory cell is performed.

ステップS37では、データ変換回路28は、メモリグループ内の参照メモリセル以外の全てのビットが参照メモリセルとの比較とデータ割当が完了したのかを判定し、完了していなければ、ステップS38で次のアドレスに更新し、残りのメモリセルに対するデータ割当を実行する。ステップS39では、データ処理回路29は、ステップS31で選択されたデータ処理方法に基づき、データ変換回路28で割当られたディジタルデータに対して更にデータ処理を行う。ステップS40では、データ生成回路25は、ディジタルIDデータ領域8の全てのメモリグループに対して、データの割当の実行が完了しているかを判定し、最終のメモリグループであれば、処理が完了し、完了していなければステップS41に示すように、次のメモリグループでS31のモード選択とデータ処理方法の選択を行う。このようにして、最終のメモリグループについてデータ処理が完了することで、データ生成回路25から、ディジタルIDデータ(個体識別情報)が生成される。 In step S37, the data conversion circuit 28 determines whether all the bits other than the reference memory cell in the memory group have been compared with the reference memory cell and data allocation has been completed. If not, the next step is in step S38. Update to the address of and execute data allocation for the remaining memory cells. In step S39, the data processing circuit 29 further performs data processing on the digital data assigned by the data conversion circuit 28 based on the data processing method selected in step S31. In step S40, the data generation circuit 25 determines whether or not the execution of data allocation has been completed for all the memory groups in the digital ID data area 8, and if it is the final memory group, the process is completed. If it is not completed, as shown in step S41, the mode of S31 and the data processing method are selected in the next memory group. By completing the data processing for the final memory group in this way, digital ID data (individual identification information) is generated from the data generation circuit 25.

次に実施の形態にかかる不揮発性メモリ装置10のディジタルIDデータの生成処理における上述した図11におけるステップS31のモード/処理の選択および、処理後に反映されるステップS32の参照メモリセル設定とステップS37のデータ処理に関して、詳細に説明する。図12は、データ変換回路28へ入力される変換信号とデータ変換回路28で実行される各モードとの関係を示している。ここでのモード選択は、ステップS32のデータ変換回路28によるデータ変換の方法、より詳しくは、データ変換回路28による参照メモリセルの選択および設定方法のことを示している。具体的には、並列に読み出しが実行されるk個のメモリセルからなるメモリグループに対し、ディジタルIDを生成する際、変換信号には、モードを選択する変換信号である信号α(あるいは信号β)とモード実行時に必要なパラメータ値iがデータ変換回路28へ入力されることで、2値化の基準となる参照メモリセルが確定する。具体的には、信号αが入力されるとTout出力モードが選択され、信号βが入力されるとSAアドレスモードが選択される。なお、信号αまたは信号βと、パラメータ値iとを含めた信号が変換信号であってもよい。 Next, in the process of generating the digital ID data of the non-volatile memory device 10 according to the embodiment, the mode / process selection in step S31 in FIG. 11 described above, the reference memory cell setting in step S32 reflected after the process, and step S37 The data processing of the above will be described in detail. FIG. 12 shows the relationship between the conversion signal input to the data conversion circuit 28 and each mode executed by the data conversion circuit 28. The mode selection here indicates a method of data conversion by the data conversion circuit 28 in step S32, and more specifically, a method of selecting and setting a reference memory cell by the data conversion circuit 28. Specifically, when a digital ID is generated for a memory group consisting of k memory cells that are read in parallel, the conversion signal is a conversion signal α (or signal β) that selects a mode. ) And the parameter value i required for mode execution are input to the data conversion circuit 28, so that the reference memory cell that serves as the reference for binarization is determined. Specifically, when the signal α is input, the Tout output mode is selected, and when the signal β is input, the SA address mode is selected. The signal including the signal α or the signal β and the parameter value i may be a conversion signal.

[Tout出力モード(信号α)を選択した場合]
データ変換回路28にTout出力モードである信号αとパラメータ値jが入力された場合のデータ変換回路28でのデータ変換について、図13のタイミングチャートを用いて説明する。ディジタルIDデータ領域8内の同一抵抗状態である、k個のメモリセルからなるメモリグループが各々k個のセンスアンプ回路30に接続され、T2のセンス期間において同じタイミングで放電を開始する。各メモリセルは同一抵抗状態ではあるが、僅かな抵抗ばらつきが存在するため、放電特性(つまり、各センスアンプ回路30から出力される時間情報)は各メモリセルに応じて異なる。すなわち、ノードSENの電位がVREFを下回ったタイミングで出力される立ち上がりエッジも異なるため、k個のメモリセルからなるメモリグループにおいて、抵抗値の大きさに順位付けが可能となる。このTout出力モードにおいては、k個のメモリグループの中から、パラメータ値j番目に立ち上がりエッジを出力したメモリセルを参照メモリセルとして割り当てるモードとなる。図13に示す例では、Tout_1のメモリセルがj番目に立ち上がりエッジを出力している。そのため、2値のデータ出力においては、Tout_1の立ち上がりエッジが基準となり、Tout_1の立ち上がりエッジよりも早いタイミングで立ち上がったToutに対しては1データが割り当てられ、遅いタイミングで立ち上がったToutには0データが割り当てられることとなる。このように、Tout出力モードでは、参照メモリセルは、パラメータ値に依存して、メモリグループ内の複数のメモリセルの時間情報の中から上位M(Mは2以上)番目の時間情報に対応するメモリセルに割り当てられる。
[When Toout output mode (signal α) is selected]
The data conversion in the data conversion circuit 28 when the signal α in the Tou output mode and the parameter value j are input to the data conversion circuit 28 will be described with reference to the timing chart of FIG. A memory group consisting of k memory cells in the same resistance state in the digital ID data area 8 is connected to each of k sense amplifier circuits 30, and discharge is started at the same timing in the sense period of T2. Although each memory cell is in the same resistance state, the discharge characteristics (that is, the time information output from each sense amplifier circuit 30) are different depending on each memory cell because there is a slight resistance variation. That is, since the rising edge output when the potential of the node SEN falls below the VREF is also different, it is possible to rank the magnitude of the resistance value in the memory group consisting of k memory cells. In this Tout output mode, the memory cell that outputs the rising edge at the jth parameter value from the k memory groups is assigned as the reference memory cell. In the example shown in FIG. 13, the memory cell of Tout_1 rises to the jth position and outputs an edge. Therefore, in binary data output, the rising edge of Tout_1 is used as a reference, 1 data is assigned to Tout that rises earlier than the rising edge of Tout_1, and 0 data is assigned to Tout that rises later. Will be assigned. As described above, in the Tout output mode, the reference memory cell corresponds to the upper M (M is 2 or more) th time information from the time information of the plurality of memory cells in the memory group depending on the parameter value. Assigned to a memory cell.

[SAアドレスモード(信号β)を選択した場合]
データ変換回路28にSAアドレスモードを示す変換信号である信号βとパラメータ値hとが入力された場合のデータ変換回路28でのデータ変換について、図14のタイミングチャートを用いて説明する。Tout出力モードと同様、ディジタルIDデータ領域8内の同一抵抗状態のメモリグループに対し、同じタイミングで動作させることで、各抵抗値の大きさに順位付けを行う。SAアドレスモードで入力されたパラメータ値hは、Tout_0〜Tout_k内のTout_h番目のセンスアンプ回路30に接続されたメモリセルが参照メモリセルとして割り当てられる。図14に示すように、センス期間T2において、各々異なるタイミングでToutから立ち上がりエッジを出力する。図14に示す例では、Tout_hの立ち上がりエッジがメモリグループの5番目に出力されている。SAアドレスモードにおいては、Tout_hのメモリセルが参照メモリセルとして割り当てられるため、Tout_hよりも早いタイミング(1〜4番目)に立ち上がったメモリセルに対しては1データが割当られ、遅いタイミング(6〜k番目)のメモリセルに対しては、0データが割り当てられる。このように、SAアドレスモードでは、参照メモリセルは、パラメータ値に依存して、メモリグループ内の複数のメモリセルのアドレスの中から上位N(Nは自然数)番目のアドレスに対応するメモリセルに割り当てられる。
[When SA address mode (signal β) is selected]
The data conversion in the data conversion circuit 28 when the signal β which is the conversion signal indicating the SA address mode and the parameter value h are input to the data conversion circuit 28 will be described with reference to the timing chart of FIG. Similar to the Tout output mode, the memory groups in the same resistance state in the digital ID data area 8 are operated at the same timing to rank the magnitude of each resistance value. As for the parameter value h input in the SA address mode, the memory cell connected to the Tout_hth sense amplifier circuit 30 in Tout_0 to Tout_k is assigned as the reference memory cell. As shown in FIG. 14, in the sense period T2, rising edges are output from Tout at different timings. In the example shown in FIG. 14, the rising edge of Tout_h is output to the fifth memory group. In the SA address mode, since the memory cell of Tout_h is allocated as the reference memory cell, one data is allocated to the memory cell that started up earlier than Tout_h (1st to 4th), and the timing is late (6 to 6 to 4). 0 data is allocated to the kth) memory cell. As described above, in the SA address mode, the reference memory cell becomes the memory cell corresponding to the upper N (N is a natural number) th address among the addresses of the plurality of memory cells in the memory group, depending on the parameter value. Assigned.

なお、本実施の形態での参照メモリセルのデータとしての取り扱いは、データとして取り扱わない例を示しているが、その限りではない。参照メモリセルとして割り当てられたメモリセルに対して、0データを割り当てても良いし、1データを割り当てても良い。つまり、データ変換回路28は、参照メモリセルに対して第1データまたは第2データを割り当ててもよい。 Note that the handling of the reference memory cell as data in the present embodiment shows an example in which it is not treated as data, but the present invention is not limited to this. 0 data may be assigned or 1 data may be assigned to the memory cell assigned as the reference memory cell. That is, the data conversion circuit 28 may allocate the first data or the second data to the reference memory cell.

次に図11におけるステップS37で実行されるデータ処理回路29によるデータ処理について説明する。図15は、データ処理回路29へ入力される処理信号とデータ処理回路29で実行されるデータ処理の方法との関係についての説明図である。データ処理回路29は、データ変換回路28から出力された2値のディジタルデータに対して、処理信号A(あるいは、BかC)に依存して、追加のデータ処理を加える。処理信号Aは偶数/奇数方式を示し、処理信号Bは多数決方式を示し、処理信号Cは処理しないことを示す。 Next, the data processing by the data processing circuit 29 executed in step S37 in FIG. 11 will be described. FIG. 15 is an explanatory diagram of the relationship between the processing signal input to the data processing circuit 29 and the data processing method executed by the data processing circuit 29. The data processing circuit 29 adds additional data processing to the binary digital data output from the data conversion circuit 28, depending on the processing signal A (or B or C). The processing signal A indicates an even / odd system, the processing signal B indicates a majority voting system, and the processing signal C indicates that processing is not performed.

[偶数/奇数方式(信号A)を選択した場合]
処理信号として信号Aがデータ処理回路29に入力された場合は、データ処理回路29は、偶数/奇数方式を実行する。偶数/奇数方式について、図16の例を用いて説明する。図16の一例では同時に並列読み出しを実行するメモリセル(つまり、メモリグループ)が4ビットとし、データ変換回路28には、信号α(Tout出力モードを選択する信号)が入力され、パラメータ値3が入力されている。読み出し回路11において、4ビットを同時に読み出すことが開始された後、Toutの立ち上がりエッジが抵抗値のばらつきに応じて順に出力される。データ変換回路28において、パラメータ値が3として設定されているため、3番目に立ち上がりエッジを出力したメモリセルが参照メモリセルとして割り当てられ、参照メモリセルに応じて、他のメモリセル(つまり、データ生成用メモリセル)の出力が1と0のディジタルデータに変換される。偶数/奇数方式においては、データ処理回路29は、データ変換回路28から出力されたメモリグループのディジタルデータの和を算出し、その算出した値が偶数か奇数かで、データ処理を行う。本実施の形態では、偶数の場合を0、奇数の場合を1としている。図16の例においては、データ変換回路28の和が偶数となるために、最終的なデータ処理回路29の出力が0として出力される。
[When even / odd number method (signal A) is selected]
When the signal A is input to the data processing circuit 29 as a processing signal, the data processing circuit 29 executes the even / odd method. The even / odd number method will be described with reference to the example of FIG. In the example of FIG. 16, a memory cell (that is, a memory group) that simultaneously executes parallel reading is set to 4 bits, a signal α (a signal for selecting the Tou output mode) is input to the data conversion circuit 28, and a parameter value 3 is set. It has been entered. After the reading circuit 11 starts reading the four bits at the same time, the rising edge of the Tout is output in order according to the variation in the resistance value. In the data conversion circuit 28, since the parameter value is set to 3, the memory cell that outputs the third rising edge is assigned as the reference memory cell, and other memory cells (that is, data) are allocated according to the reference memory cell. The output of the generation memory cell) is converted into digital data of 1 and 0. In the even / odd system, the data processing circuit 29 calculates the sum of the digital data of the memory groups output from the data conversion circuit 28, and performs data processing depending on whether the calculated value is even or odd. In the present embodiment, an even number is 0 and an odd number is 1. In the example of FIG. 16, since the sum of the data conversion circuits 28 is an even number, the final output of the data processing circuit 29 is output as 0.

このように、偶数/奇数方式では、データ処理回路29は、データ変換回路28によって複数のメモリセルに割り当てられた第1データと第2データの合計を算出し、合計の数が奇数であれば第1データを出力し、偶数であれば第2データを出力するデータ処理を行う。なお、第1データおよび第2データの一方は偶数であり、他方は奇数である。 As described above, in the even / odd method, the data processing circuit 29 calculates the total of the first data and the second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit 28, and if the total number is odd. Data processing is performed to output the first data, and if it is an even number, output the second data. One of the first data and the second data is an even number, and the other is an odd number.

[多数決方式(信号B)を選択した場合]
処理信号として信号Bがデータ処理回路29に入力された場合は、データ処理回路29は、多数決方式を実行する。多数決方式について、図17の例を用いて説明する。図17のデータ処理回路29までの前提条件(並列読み出しビット数、変換モードおよび、Toutの立ち上がりエッジの出力順)の結果は全て図16と同じとしている。多数決方式においては、データ処理回路29は、データ変換回路28より出力されたディジタルデータの1の個数と0の個数を算出し、個数差を比較する。そして、データ処理回路29は、1の個数が多ければ、1を出力し、0の個数が多ければ、0を出力する。図17で示した例においては、1の個数が2、0の個数が1となり、1の個数が0の個数を上回るため、最終的なデータ処理回路29の出力が1として出力される。
[When the majority voting method (signal B) is selected]
When the signal B is input to the data processing circuit 29 as the processing signal, the data processing circuit 29 executes the majority decision method. The majority voting method will be described with reference to the example of FIG. The results of the preconditions (number of parallel read bits, conversion mode, and output order of the rising edge of Tout) up to the data processing circuit 29 of FIG. 17 are all the same as those of FIG. In the majority decision method, the data processing circuit 29 calculates the number of 1's and the number of 0's of the digital data output from the data conversion circuit 28, and compares the number difference. Then, the data processing circuit 29 outputs 1 if the number of 1s is large, and outputs 0 if the number of 0s is large. In the example shown in FIG. 17, the number of 1s is 2, the number of 0s is 1, and the number of 1s exceeds the number of 0s, so that the final output of the data processing circuit 29 is output as 1.

このように、多数決方式では、データ処理回路29は、データ変換回路28によって複数のメモリセルに割り当てられた第1データの個数と第2データの個数とを算出し、第1データの個数が第2データの個数よりも多ければ第1データを出力し、第1データの個数が第2データの個数よりも少なければ第2データを出力するデータ処理を行う。 As described above, in the majority decision method, the data processing circuit 29 calculates the number of the first data and the number of the second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit 28, and the number of the first data is the first. If the number of data is larger than the number of 2 data, the first data is output, and if the number of the first data is smaller than the number of the second data, the second data is output.

このように、データ処理方法の選び方に応じて、データ変換回路28からの出力が同じでも異なるデータが出力される場合が存在する。データ処理回路29を加えたことにより、データ変換回路28からのデータ出力とデータ処理回路29の出力データの予測が困難となりセキュリティ性が向上されることや、回路不具合の発生に対するディジタルIDデータの乱数性維持の効果が期待される。 As described above, depending on how the data processing method is selected, there are cases where different data is output even if the output from the data conversion circuit 28 is the same. By adding the data processing circuit 29, it becomes difficult to predict the data output from the data conversion circuit 28 and the output data of the data processing circuit 29, which improves security and a random number of digital ID data for the occurrence of a circuit failure. The effect of maintaining sexuality is expected.

この回路不具合とは、例えば、製造後初期の時点でのセンスアンプ回路30の不具合を示す。k個のセンスアンプ回路30の内、x番目のセンスアンプ回路30に不具合が発生し、メモリセルの抵抗状態に関係なく、立ち上がりエッジが常に最も遅れて出力されてしまう場合を想定する。このとき、ディジタルIDデータの再生において、アドレス順に各メモリグループのディジタルデータが生成されるが、センスアンプx番目の不具合により、x番目のメモリセルは常に同じ値が出力されてしまうため、これがデータに周期性を持たせる結果となり、乱数性が低下する。本実施の形態で述べたデータ処理回路29は、固定のデータを出力してしまうようなセンスアンプ回路30の不具合が発生したとしても、並列動作する他のセンスアンプ回路30が動作していれば、処理によってデータが濃縮され、最終的に出力されるデータが変化し得るため、乱数性を維持することができる。 This circuit defect indicates, for example, a defect of the sense amplifier circuit 30 at the initial stage after manufacturing. It is assumed that a problem occurs in the xth sense amplifier circuit 30 among the k sense amplifier circuits 30, and the rising edge is always output with the longest delay regardless of the resistance state of the memory cell. At this time, in the reproduction of the digital ID data, the digital data of each memory group is generated in the order of the address, but due to the problem of the xth sense amplifier, the same value is always output to the xth memory cell, so this is the data. As a result of giving periodicity to the data, the randomness is reduced. In the data processing circuit 29 described in the present embodiment, even if a problem occurs in the sense amplifier circuit 30 that outputs fixed data, if another sense amplifier circuit 30 that operates in parallel is operating, Since the data is enriched by the processing and the finally output data can be changed, the randomness can be maintained.

なお、図15の信号Cが入力された場合には、データ処理回路29において、未処理のままデータを出力してもよい。未処理の場合は、データ処理による濃縮が加わらないため、アクセスしたメモリセルのデータを一度の再生で出力でき、情報量が多い。データ出力速度の観点では、メリットがある。 When the signal C of FIG. 15 is input, the data processing circuit 29 may output the data as it is unprocessed. When it is not processed, the data of the accessed memory cell can be output by one playback because the enrichment by data processing is not added, and the amount of information is large. In terms of data output speed, there are merits.

[本実施の形態の抵抗変化型不揮発性メモリ装置のシステム応用例]
本実施の形態で述べたディジタルIDデータの生成方式は、例えば、サーバなどのホスト側と端末のデバイス側とのチャレンジレスポンス認証技術への応用ができる。チャレンジレスポンス認証とは、ホスト側で予め登録されたチャレンジ(入力)を端末側に送信し、受信した端末側は、その入力に反応して、その端末固有のレスポンス(出力)をホスト側に返し、ホスト側は登録された期待値とレスポンス値とを比較することで、認証を行う方式である。本実施の形態での、チャレンジレスポンス認証方式の利用の一例を図18、図19を用いて説明する。図18に示すように、市場に出荷する前に特定の端末(ReRAMデバイスZ)側に対しサーバ側が複数のチャレンジ値を送信することで、それらに対する固有のレスポンス値を得た後、レスポンス値を登録する。本実施の形態で述べたディジタルIDデータの生成方式では、チャレンジ値が、端末(ReRAMデバイスZ)が備えるデータ生成回路25に入力される変換信号、パラメータ値、処理信号に相当する。また、レスポンス値が、端末(ReRAMデバイスZ)が備えるデータ生成回路25が出力したディジタルIDデータ(個体識別情報)に相当する。
[System application example of the resistance change type non-volatile memory device of this embodiment]
The digital ID data generation method described in the present embodiment can be applied to, for example, a challenge-response authentication technique between a host side such as a server and a device side of a terminal. Challenge-response authentication is to send a challenge (input) registered in advance on the host side to the terminal side, and the receiving terminal side responds to the input and returns the response (output) unique to that terminal to the host side. , The host side is a method of authenticating by comparing the registered expected value and the response value. An example of using the challenge-response authentication method in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19. As shown in FIG. 18, the server side transmits a plurality of challenge values to a specific terminal (ReRAM device Z) side before shipping to the market, and after obtaining a unique response value for them, the response value is set. to register. In the digital ID data generation method described in the present embodiment, the challenge value corresponds to a conversion signal, a parameter value, and a processing signal input to the data generation circuit 25 included in the terminal (ReRAM device Z). Further, the response value corresponds to the digital ID data (individual identification information) output by the data generation circuit 25 included in the terminal (ReRAM device Z).

図19に示すように、市場に出荷後の端末の認証においては、サーバ側が、出荷前に登録されたチャレンジ値の中から任意にチャレンジ値を選択し、端末側に送信し、受け取った端末は、チャレンジ値に応じたレスポンス値を返す。レスポンス値を受け取ったサーバは、予め登録されているレスポンス値との照合を行い、一致していれば認証が完了する。 As shown in FIG. 19, in the authentication of the terminal after shipping to the market, the server side arbitrarily selects the challenge value from the challenge values registered before shipping, sends it to the terminal side, and receives the terminal. , Returns the response value according to the challenge value. The server that receives the response value collates with the response value registered in advance, and if they match, the authentication is completed.

なお、本例では、1回のチャレンジ値とレスポンス値の照合で認証が完了しているが、セキュリティ性を高くする場合は、複数回のチャレンジ値とレスポンス値を繰り返すことで認証されることもあり得る。 In this example, the authentication is completed by collating the challenge value and the response value once, but if security is to be improved, the authentication may be performed by repeating the challenge value and the response value multiple times. possible.

このように、不揮発性メモリ装置10がチャレンジレスポンス認証に応用された場合には、データ生成回路25は、ディジタルIDデータ(個体識別情報)の再生時には、少なくとも変換信号および処理信号を含めたチャレンジ信号に基づき、データ変換回路28およびデータ処理回路29を用いて、ディジタルIDデータ(個体識別情報)を生成する。 As described above, when the non-volatile memory device 10 is applied to the challenge response authentication, the data generation circuit 25 receives the challenge signal including at least the conversion signal and the processing signal at the time of reproducing the digital ID data (individual identification information). Based on the above, the data conversion circuit 28 and the data processing circuit 29 are used to generate digital ID data (individual identification information).

また、本実施の形態で述べたディジタルIDデータの生成方式は、固有IDデータ技術への応用も可能である。本実施の形態での固有IDデータ技術への応用の一例を図20、図21を用いて説明する。図20に示すように、実施の形態の不揮発性メモリ装置10のユーザデータ領域7には予め定めた固定値が格納されている。ここでの固定値は、ディジタルIDデータの再生時に使用する、変換信号、パラメータ値、処理信号である。固有IDデータでは、PUF領域であるディジタルIDデータ領域8から読み出された抵抗値情報(具体的には、時間情報)をデータ生成回路25が固定値を利用して再生するため、チャレンジレスポンス認証とは異なり、チャレンジのような外部入力が存在せず、再生時は、常に同じIDを出力することが特徴である。図20では、説明の簡略化のため、読み出し回路11の図示を省略している。この固有IDデータは、共通秘密鍵データを暗号化用の鍵として利用する。固有IDデータで暗号化された共通秘密鍵データは秘密暗号鍵データとしてユーザデータ領域7に格納される。 Further, the digital ID data generation method described in the present embodiment can also be applied to the unique ID data technology. An example of application to the unique ID data technology in this embodiment will be described with reference to FIGS. 20 and 21. As shown in FIG. 20, a predetermined fixed value is stored in the user data area 7 of the non-volatile memory device 10 of the embodiment. The fixed values here are conversion signals, parameter values, and processed signals used when reproducing digital ID data. In the unique ID data, the resistance value information (specifically, time information) read from the digital ID data area 8 which is the PUF area is reproduced by the data generation circuit 25 using the fixed value, so that challenge response authentication is performed. Unlike the challenge, there is no external input, and the same ID is always output during playback. In FIG. 20, the reading circuit 11 is not shown for the sake of brevity. This unique ID data uses the common private key data as a key for encryption. The common secret key data encrypted with the unique ID data is stored in the user data area 7 as the secret encryption key data.

次に本実施の形態のデータ送受信の例を図21に示す。送信側のデバイスAと受信側のデバイスBは、いずれも本実施の形態の不揮発性メモリ装置10を有し、各々が共通秘密鍵データを固有IDデータで暗号化した秘密鍵暗号データとして、ユーザデータ領域7に格納している。メッセージを送信する場合、送信側のデバイスAは、ユーザデータ領域7に格納された固定値と、PUF領域であるディジタルIDデータ領域8から読み出し回路11を介して得た時間情報とがデータ生成回路25に入力されることで得る固有IDデータAを用いて秘密鍵暗号データを暗号回路1に入力し、共通秘密鍵データとして復号する。復号された共通秘密鍵データは平文メッセージを暗号回路2に入力し暗号メッセージとしてデバイスBへ送信する。デバイスB側も、デバイスAと同様に、データ生成回路25より得られる固有IDデータBを、暗号回路1を介して共通秘密鍵データを復号する。受信した暗号メッセージは、共通秘密鍵を利用して、暗号回路2を介して平文メッセージに復号される。 Next, FIG. 21 shows an example of data transmission / reception according to this embodiment. Both the device A on the transmitting side and the device B on the receiving side have the non-volatile memory device 10 of the present embodiment, and each of them is a user as secret key encrypted data in which common secret key data is encrypted with unique ID data. It is stored in the data area 7. When transmitting a message, the device A on the transmitting side has a data generation circuit in which a fixed value stored in the user data area 7 and time information obtained from the digital ID data area 8 which is the PUF area via the read circuit 11 are used. The secret key encryption data is input to the encryption circuit 1 using the unique ID data A obtained by being input to the 25, and is decrypted as the common secret key data. The decrypted common private key data inputs a plaintext message into the encryption circuit 2 and transmits it to the device B as an encrypted message. On the device B side as well as the device A, the unique ID data B obtained from the data generation circuit 25 is decrypted from the common secret key data via the encryption circuit 1. The received encrypted message is decrypted into a plaintext message via the encryption circuit 2 by using the common private key.

上述した固有IDデータの利用方法により、共通秘密鍵をより強固に保護することが可能となる。例えば、ユーザデータ領域7の秘密暗号鍵データが盗難され、別デバイスに偽造コピーされたとしても、秘密暗号鍵データを復号するための固有IDデータがデバイス毎で異なるために復号することができない。すなわち、データ流出後の偽造デバイスの拡散を防止することが可能となる。 By the method of using the unique ID data described above, it is possible to more strongly protect the common private key. For example, even if the secret encryption key data in the user data area 7 is stolen and forged and copied to another device, it cannot be decrypted because the unique ID data for decrypting the secret encryption key data is different for each device. That is, it is possible to prevent the spread of counterfeit devices after data leakage.

このように、不揮発性メモリ装置10が固有IDデータに応用された場合には、データ生成回路25は、ディジタルIDデータ(個体識別情報)の再生時には、予め定められた固定の変換信号および処理信号を、それぞれ、データ変換回路28およびデータ処理回路29に入力することで、ディジタルIDデータ(個体識別情報)を生成する。 As described above, when the non-volatile memory device 10 is applied to the unique ID data, the data generation circuit 25 receives a predetermined fixed conversion signal and processing signal at the time of reproducing the digital ID data (individual identification information). Are input to the data conversion circuit 28 and the data processing circuit 29, respectively, to generate digital ID data (individual identification information).

以上のように、本実施の形態にかかる不揮発性メモリ装置10は、抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセル21で構成されるメモリセルアレイ20と、メモリセルアレイ20から、複数のメモリセル21からなるメモリグループの単位で、複数のメモリセル21の各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を同時に行う読み出し回路11と、読み出し回路11による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル21の時間情報を互いに比較することにより個体識別情報を生成するデータ生成回路25とを備える。 As described above, the non-volatile memory device 10 according to the present embodiment has a memory cell array 20 composed of a plurality of resistance-changing memory cells 21 capable of holding data by utilizing a change in resistance value, and a memory. A read circuit that simultaneously performs a read operation for acquiring time information from the cell array 20 in units of a memory group consisting of a plurality of memory cells 21 based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon that depends on the resistance values of the plurality of memory cells 21. 11 and a data generation circuit 25 that generates individual identification information by comparing the time information of a plurality of memory cells 21 obtained by the read operation by the read circuit 11 with each other.

これにより、読み出し回路11によって読み出された抵抗変化型の複数のメモリセルの抵抗値に依存する時間情報がデータ生成回路25で相互に比較されて個体識別情報が生成される。よって、同じ抵抗状態にあるメモリセルにおける抵抗低ばらつきに基づくPUFデータとしての個体識別情報が生成される。さらに、個体識別情報を生成する回路を、通常の不揮発性メモリ装置として搭載される回路と共通化することが可能となり、これにより、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置が実現される。 As a result, the time information depending on the resistance values of the plurality of resistance-changing memory cells read by the read-out circuit 11 is compared with each other in the data generation circuit 25, and individual identification information is generated. Therefore, individual identification information as PUF data based on low resistance variation in memory cells in the same resistance state is generated. Further, the circuit for generating individual identification information can be shared with the circuit mounted as a normal non-volatile memory device, which has a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving. A non-volatile memory device is realized.

なお、上記実施の形態では、読み出し回路11は、複数のメモリセル21について時間情報を取得する読み出し動作を同時に行ったが、必ずしも同時に読み出し動作を行う必要はない。 In the above embodiment, the read circuit 11 simultaneously performs read operations for acquiring time information for a plurality of memory cells 21, but it is not always necessary to perform read operations at the same time.

図22は、上記実施の形態の第1変形例に係る不揮発性メモリ装置における複数のメモリセルからの読み出し動作を示す図である。ここでは、32ビットの複数のメモリセルからなるメモリグループの単位で時間情報の読み出しと個体識別情報の生成とが行われるが、必ずしも32ビットの全てについて同時には読み出し動作が行われない例を図示している。 FIG. 22 is a diagram showing a read operation from a plurality of memory cells in the non-volatile memory device according to the first modification of the above embodiment. Here, an example is shown in which reading time information and generating individual identification information are performed in units of a memory group consisting of a plurality of 32-bit memory cells, but reading operations are not necessarily performed for all 32-bits at the same time. Shown.

図22に示すように、この不揮発性メモリ装置では、メモリセルアレイ20から32ビットのメモリセル21からなるメモリグループの単位で読み出し動作が行われるが、32ビットのメモリセル21の全てが同時に読み出されるのではなく、分割された8個の4ビット(サブグループ)の単位(分割0〜分割7)で順次、読み出し動作が行われる。なお、個々の4ビット(サブグループ)の単位では同時に読み出し動作が行われる。 As shown in FIG. 22, in this non-volatile memory device, a read operation is performed in units of a memory group consisting of a memory cell 20 to a 32-bit memory cell 21, but all of the 32-bit memory cells 21 are read at the same time. Instead, the read operation is sequentially performed in units of eight divided 4-bits (subgroups) (division 0 to division 7). It should be noted that the read operation is performed at the same time in each 4-bit (subgroup) unit.

また、図22に示す例では、分割1に属する一つのビットが参照メモリセル21aに設定されており、データ変換回路28によって、参照メモリセル21aの時間情報(抵抗カウント値)よりも小さい時間情報に対して「1」が割り当てられ、参照メモリセル21aの時間情報よりも大きい時間情報に対して「0」が割り当てられている。 Further, in the example shown in FIG. 22, one bit belonging to the division 1 is set in the reference memory cell 21a, and the data conversion circuit 28 provides time information smaller than the time information (resistance count value) of the reference memory cell 21a. "1" is assigned to the data, and "0" is assigned to the time information larger than the time information of the reference memory cell 21a.

図23は、本変形例に係る不揮発性メモリ装置における時間情報の読み出しとデータ変換の順序を示すタイミングチャートである。32ビットのメモリセル21が分割された8個の4ビット(サブグループ)の単位で順次、読み出し動作が行われ、その後、データ変換回路28によって32ビットのデータに変換される。すなわち、データ変換回路28は、32ビットのデータについて、「0」または「1」を割り当てる処理(「0/1化」)を行う。 FIG. 23 is a timing chart showing the order of reading time information and data conversion in the non-volatile memory device according to this modification. The 32-bit memory cell 21 is sequentially subjected to a read operation in units of eight 4-bits (subgroups) divided, and then converted into 32-bit data by the data conversion circuit 28. That is, the data conversion circuit 28 performs a process of assigning "0" or "1" to 32-bit data ("0/1 conversion").

図24は、本変形例に係る不揮発性メモリ装置の動作例を示すフローチャートである。このフローチャートは、上記実施の形態の動作例を示す図11のフローチャートにおける「PUF領域 抵抗値読み出し(S33)」が8個のステップ(「分割0 読み出し 抵抗値格納(S33a)」〜「分割7 読み出し 抵抗値格納(S33c)」)に置き換えられたものに相当する。8個のステップ(「分割0 読み出し 抵抗値格納(S33a)」〜「分割7 読み出し 抵抗値格納(S33c)」)は、図23に示される8個の4ビット(サブグループ)の単位での順次の読み出し動作に相当する。 FIG. 24 is a flowchart showing an operation example of the non-volatile memory device according to this modification. In this flowchart, “PUF region resistance value reading (S33)” in the flowchart of FIG. 11 showing an operation example of the above embodiment is performed in eight steps (“division 0 reading resistance value storage (S33a)” to “division 7 reading”. It corresponds to the one replaced by the resistance value storage (S33c) "). The eight steps (“division 0 read resistance value storage (S33a)” to “division 7 read resistance value storage (S33c)”) are sequentially performed in units of eight 4-bits (subgroups) shown in FIG. Corresponds to the read operation of.

以上のように、本変形例に示されるように、複数のメモリセル21からなるメモリグループの単位で時間情報を読み出す動作は、全ての複数のメモリセル21について同時に読み出される必要はない。全ての複数のメモリセル21が異なるタイミングで読み出されてもよいし、複数のメモリセル21からなるメモリグループを分割して得られるサブグループの単位で順次、読み出されてもよい。 As described above, as shown in this modification, the operation of reading the time information in units of the memory group composed of the plurality of memory cells 21 does not need to be read simultaneously for all the plurality of memory cells 21. All the plurality of memory cells 21 may be read out at different timings, or may be sequentially read out in units of subgroups obtained by dividing a memory group composed of the plurality of memory cells 21.

また、上記実施の形態では、データ生成回路25は、読み出し回路11による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル21の時間情報を互いに比較することにより個体識別情報を生成したが、必ずしも時間情報を互い比較する必要はなく、複数のメモリセル21の時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて個体識別情報を生成してもよい。 Further, in the above embodiment, the data generation circuit 25 generates individual identification information by comparing the time information of the plurality of memory cells 21 obtained by the read operation by the read circuit 11 with each other, but the time information is not necessarily generated by each other. It is not necessary to compare, and individual identification information may be generated based on the order of the time information of the plurality of memory cells 21 in ascending or descending order.

図25Aは、上記実施の形態の第2変形例に係る不揮発性メモリ装置が備える制御回路15aの詳細な構成を示すブロック図である。ここでは、複数のメモリセルの時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて個体識別情報を生成するのに適した制御回路15aの構成を示している。 FIG. 25A is a block diagram showing a detailed configuration of the control circuit 15a included in the non-volatile memory device according to the second modification of the above embodiment. Here, the configuration of the control circuit 15a suitable for generating individual identification information based on the order of the time information of the plurality of memory cells in the ascending or descending order is shown.

制御回路15aは、上記実施の形態における制御回路15の機能に加えて、外部から入力されるコントロール信号(設定値信号T1及び信号X)に基づいて所定の制御を行うセンスアンプ制御回路40を有する。センスアンプ制御回路40は、読み出し回路11を構成する各センスアンプ回路30に対してセンス開始(放電開始タイミング)を同時に行うか、各センスアンプ回路30について設定された時刻で行うかを選択する。 The control circuit 15a has a sense amplifier control circuit 40 that performs predetermined control based on control signals (set value signal T1 and signal X) input from the outside, in addition to the functions of the control circuit 15 in the above embodiment. .. The sense amplifier control circuit 40 selects whether to perform sense start (discharge start timing) simultaneously for each sense amplifier circuit 30 constituting the read circuit 11 or at a time set for each sense amplifier circuit 30.

信号Xは、読み出し回路11を構成する各センスアンプ回路30について、センス開始を同時に行うか(時間固定モード)、各センスアンプ回路30について設定された時刻に行うか(時間調整モード)を切り替えるためのモード選択信号である。 The signal X switches between the sense start at the same time (fixed time mode) and the set time for each sense amplifier circuit 30 (time adjustment mode) for each sense amplifier circuit 30 constituting the read circuit 11. Mode selection signal.

設定値信号T1は、時間調整モードにおける各センスアンプ回路30についてのセンス開始の時刻を示す情報を示す信号である。 The set value signal T1 is a signal indicating information indicating a sense start time for each sense amplifier circuit 30 in the time adjustment mode.

センスアンプ制御回路40は、タイマー回路41と、SA0制御回路42a〜SAk制御回路42dとを有する。 The sense amplifier control circuit 40 includes a timer circuit 41 and SA0 control circuits 42a to 42d.

タイマー回路41は、SA0制御回路42a〜SAk制御回路42dに対して共通の時間情報を供給する。 The timer circuit 41 supplies common time information to the SA0 control circuits 42a to 42d.

SA0制御回路42a〜SAk制御回路42dは、それぞれ、読み出し回路11を構成する各センスアンプ回路30に対応して設けられ、対応するセンスアンプ回路30に対してセンス開始のタイミングを示す信号を出力する回路である。図25Bは、SA0制御回路42a〜SAk制御回路42dの詳細な構成を示すブロック図である。SA0制御回路42a〜SAk制御回路42dは、それぞれ、設定値保持部45及び信号シーケンサ46を有する。 The SA0 control circuit 42a to the SAk control circuit 42d are provided corresponding to the respective sense amplifier circuits 30 constituting the read circuit 11, and output a signal indicating the timing of the sense start to the corresponding sense amplifier circuit 30. It is a circuit. FIG. 25B is a block diagram showing a detailed configuration of the SA0 control circuit 42a to the SAk control circuit 42d. The SA0 control circuit 42a to the SAk control circuit 42d have a set value holding unit 45 and a signal sequencer 46, respectively.

設定値保持部45は、設定値T1で示される情報のうち対応するセンスアンプ回路30について指示された時刻の情報(設定値T1)を保持するメモリである。信号シーケンサ46は、信号Xが時間固定モードを示す場合には、タイマー回路41からの時間情報に従って全てのセンスアンプ回路30に対して同じタイミングでセンス開始を示す信号を出力する。一方、信号シーケンサ46は、信号Xが時間調整モードを示す場合には、タイマー回路41からの時間情報が設定値保持部45に保持された設定値T1に達したタイミングでセンス開始を示す信号を出力する。 The set value holding unit 45 is a memory that holds information (set value T1) at a time indicated for the corresponding sense amplifier circuit 30 among the information indicated by the set value T1. When the signal X indicates the fixed time mode, the signal sequencer 46 outputs a signal indicating the start of sense to all the sense amplifier circuits 30 at the same timing according to the time information from the timer circuit 41. On the other hand, when the signal X indicates the time adjustment mode, the signal sequencer 46 outputs a signal indicating the start of sense at the timing when the time information from the timer circuit 41 reaches the set value T1 held in the set value holding unit 45. Output.

図26は、本変形例に係る不揮発性メモリ装置における読み出し回路11の動作例を示すタイミングチャートである。図26の(a)は、時間固定モードにおける動作例を示し、図26の(b)は、時間調整モードにおける動作例を示す。図26の(a)、(b)においては、4つのセンスアンプ回路30(SA0〜SA3)での放電のタイミング及びデータ変換回路28で検知される「順位」が図示されている。 FIG. 26 is a timing chart showing an operation example of the read circuit 11 in the non-volatile memory device according to this modification. FIG. 26A shows an operation example in the fixed time mode, and FIG. 26B shows an operation example in the time adjustment mode. In FIGS. 26A and 26B, the timing of discharge in the four sense amplifier circuits 30 (SA0 to SA3) and the “rank” detected by the data conversion circuit 28 are shown.

図26の(a)に示すように、信号Xが時間固定モードを示す場合には、センスアンプ制御回路40による制御の下で、センスアンプ回路30(SA0〜SA3)は、同時に放電を開始し、放電終了のタイミングT2を示す信号Tout_0〜Tout_3を出力する。よって、データ変換回路28は、放電終了のタイミングT2の早い順(すなわち、放電に基づく時間情報の小さい順、つまり、昇順)に、順位が検知される。この例では、SA1、SA3、SA2、SA0の順で、順位1、2、3、4が検知される。 As shown in FIG. 26 (a), when the signal X indicates a fixed time mode, the sense amplifier circuits 30 (SA0 to SA3) simultaneously start discharging under the control of the sense amplifier control circuit 40. , Signals Tout_0 to Tout_3 indicating the timing T2 of the end of discharge are output. Therefore, the data conversion circuit 28 detects the order in the order of the earliest discharge end timing T2 (that is, the order of the smallest time information based on the discharge, that is, the ascending order). In this example, ranks 1, 2, 3, and 4 are detected in the order of SA1, SA3, SA2, and SA0.

一方、図26の(b)に示すように、信号Xが時間調整モードを示す場合には、センスアンプ制御回路40による制御の下で、センスアンプ回路30(SA0〜SA3)は、対応する設定値T1に対応する時刻に放電を開始し、放電終了のタイミングT2を示す信号Tout_0〜Tout_3を出力する。よって、データ変換回路28では、放電終了のタイミングT2の早い順(すなわち、放電に基づく時間情報の小さい順、つまり、昇順)に、順位が検知される。この例では、SA2、SA0、SA1、SA3の順で、順位1、2、3、4が検知される。なお、本変形例では、時間情報の昇順に順位が付与されたが、時間情報の降順に順位が付与されてもよい。 On the other hand, as shown in FIG. 26B, when the signal X indicates the time adjustment mode, the sense amplifier circuits 30 (SA0 to SA3) have the corresponding settings under the control of the sense amplifier control circuit 40. The discharge is started at the time corresponding to the value T1, and the signals Tout_0 to Tout_3 indicating the timing T2 of the end of the discharge are output. Therefore, in the data conversion circuit 28, the order is detected in the order of the earliest discharge end timing T2 (that is, the order of the smallest time information based on the discharge, that is, the ascending order). In this example, ranks 1, 2, 3, and 4 are detected in the order of SA2, SA0, SA1, and SA3. In this modification, the order is given in ascending order of time information, but the order may be given in descending order of time information.

その後、データ変換回路28は、上記実施の形態と同様に、参照メモリセル21aに対応する時間情報の順位よりも小さい順位の時間情報を出力したメモリセルに対して第1データ(例えば、「1」)を割り当て、参照メモリセル21aに対応する時間情報の順位よりも大きい順位の時間情報を出力したメモリセルに対して第2データ(例えば、「0」)を割り当てるデータ変換を行う。データ変換によって得られたデータは、上記実施の形態と同様に、データ処理回路29においてデータ処理を受けた後、個体識別情報として、データ生成回路25から出力される。 After that, the data conversion circuit 28 outputs the first data (for example, "1") to the memory cell that outputs the time information having a rank smaller than the rank of the time information corresponding to the reference memory cell 21a, as in the above embodiment. ”) Is assigned, and data conversion is performed in which the second data (for example,“ 0 ”) is assigned to the memory cell that outputs the time information having a rank higher than the rank of the time information corresponding to the reference memory cell 21a. The data obtained by the data conversion is output from the data generation circuit 25 as individual identification information after being subjected to data processing in the data processing circuit 29, as in the above embodiment.

以上のように、本変形例では、不揮発性メモリ装置は、抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセル21で構成されるメモリセルアレイ20と、メモリセルアレイ20から、複数のメモリセル21からなるメモリグループの単位で、複数のメモリセル21の各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を行う読み出し回路11と、読み出し回路11による読み出し動作によって得られる複数のメモリセル21の時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて、個体識別情報を生成するデータ生成回路25とを備える。 As described above, in the present modification, the non-volatile memory device includes a memory cell array 20 composed of a plurality of resistance-changing memory cells 21 capable of holding data by utilizing a change in resistance value, and a memory cell array 20. A read circuit 11 that performs a read operation to acquire time information based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon depending on the resistance value of each of the plurality of memory cells 21 in a unit of a memory group composed of the plurality of memory cells 21. A data generation circuit 25 that generates individual identification information based on the order of the time information of the plurality of memory cells 21 obtained by the read operation by the read circuit 11 in the ascending or descending order is provided.

これにより、読み出し回路11によって読み出された抵抗変化型の複数のメモリセル21の抵抗値に依存する時間情報の順位に基づいてデータ生成回路25によって個体識別情報が生成される。よって、同じ抵抗状態にあるメモリセルにおける抵抗低ばらつきに基づくPUFデータとしての個体識別情報が生成される。さらに、個体識別情報を生成する回路を、通常の不揮発性メモリ装置として搭載される回路と共通化することが可能となり、これにより、低消費電力で省面積化を実現できるPUFとしての機能を有する不揮発性メモリ装置が実現される。 As a result, the individual identification information is generated by the data generation circuit 25 based on the order of the time information depending on the resistance values of the plurality of resistance-changing memory cells 21 read by the reading circuit 11. Therefore, individual identification information as PUF data based on low resistance variation in memory cells in the same resistance state is generated. Further, the circuit for generating individual identification information can be shared with the circuit mounted as a normal non-volatile memory device, which has a function as a PUF capable of realizing low power consumption and area saving. A non-volatile memory device is realized.

さらに、センスアンプ制御回路40は、信号Xの信号に基づき、各センスアンプ回路30について設定された時刻に動作開始を行うことができる。 Further, the sense amplifier control circuit 40 can start operation at a time set for each sense amplifier circuit 30 based on the signal of the signal X.

これにより、複数のメモリセル21の各々の抵抗値と放電現象または充電現象に基づく時間情報の依存性をなくすことができるため、例えば、プロービングなどの物理攻撃に対する抵抗値取得からデータを推測することが困難となるため、セキュリティ性を向上させることができる。 This makes it possible to eliminate the dependence of the resistance value of each of the plurality of memory cells 21 on the time information based on the discharge phenomenon or the charging phenomenon. Therefore, for example, the data can be estimated from the acquisition of the resistance value against a physical attack such as probing. Is difficult, so security can be improved.

また、データ生成回路25は、メモリグループ内の複数のメモリセル21のうち少なくとも一つを参照メモリセル21aとして設定し、複数のメモリセル21のうちの参照メモリセル21aを除くデータ生成用メモリセルの時間情報の順位が参照メモリセル21aの時間情報の順位よりも小さい場合はデータ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、データ生成用メモリセルの時間情報の順位が参照メモリセル21aの時間情報の順位よりも大きい場合はデータ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行うデータ変換回路28を有し、データ変換回路28によるデータ変換後のデータに基づいて、個体識別情報を生成する。 Further, the data generation circuit 25 sets at least one of the plurality of memory cells 21 in the memory group as the reference memory cell 21a, and the data generation memory cell excluding the reference memory cell 21a among the plurality of memory cells 21. If the order of the time information of the reference memory cell 21a is smaller than the order of the time information of the reference memory cell 21a, the first data is allocated to the data generation memory cell, and the order of the time information of the data generation memory cell is the reference memory cell 21a. It has a data conversion circuit 28 that performs data conversion that allocates second data to the data generation memory cell when it is larger than the order of time information, and individual identification is performed based on the data after data conversion by the data conversion circuit 28. Generate information.

これにより、メモリグループを構成する複数のメモリセル21のうち少なくとも一つが参照メモリセル21aとして時間情報の順位の比較に用いられるので、参照メモリセル21aを固定的に設定する場合に比べ、生成される個体識別情報の乱数性が高められる。 As a result, at least one of the plurality of memory cells 21 constituting the memory group is used as the reference memory cell 21a for comparing the order of time information, so that the reference memory cell 21a is generated as compared with the case where the reference memory cell 21a is fixedly set. The randomness of individual identification information is enhanced.

なお、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を具体化する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造および/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 It should be noted that many improvements and other embodiments of the present disclosure will be apparent to those skilled in the art from the above description. Therefore, the above description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best embodiments embodying the present disclosure. The details of its structure and / or function can be substantially modified without departing from the spirit of the present disclosure.

本開示にかかる不揮発性メモリ装置は、メモリ装置内部に含まれる抵抗変化型メモリ素子の抵抗値のばらつきから複製できない固有のディジタルIDデータを、安定かつ高セキュアに生成し、ディジタルIDデータを用いたデータ暗号及びホストコンピュータ及びサーバに認証を伴うアクセスを行うICやSoC(System on Chip)などへの搭載として有用である。 The non-volatile memory device according to the present disclosure stably and highly securely generates unique digital ID data that cannot be duplicated due to variations in the resistance values of the resistance change type memory elements contained in the memory device, and uses the digital ID data. It is useful for mounting on ICs, System on Chips, etc. that access data encryption and access to host computers and servers with authentication.

6 データ入出力回路
7 ユーザデータ領域
8 ディジタルID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、15a 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
21a 参照メモリセル
22 メモリ本体部
23 抵抗変化素子
24 トランジスタ
25 データ生成回路
28 データ変換回路
29 データ処理回路
30 センスアンプ回路
31 コンパレータ
33 プリチャージ用PMOSトランジスタ
34 ロード用PMOSトランジスタ
36 クランプ用NMOSトランジスタ
40 センスアンプ制御回路
41 タイマー回路
42a〜42d SA0〜SAk制御回路
45 設定値保持部
46 信号シーケンサ
90 メモリセルアレイ
91 メモリセル
93 制御装置
100 抵抗変化型不揮発性メモリ装置
120 抵抗変化素子
122 下地層
124 第1電極
126 抵抗変化層
128 第2電極
129 トランジスタ
136 キャパシタ
6 Data input / output circuit 7 User data area 8 Digital ID data area 10 Non-volatile memory device 11 Read circuit 14 Write circuit 15, 15a Control circuit 16 Address input circuit 17 Column decoder circuit 18 Row decoder circuit 20 Memory cell array 21 Memory cell 21a See Memory cell 22 Memory body 23 Resistance change element 24 Transistor 25 Data generation circuit 28 Data conversion circuit 29 Data processing circuit 30 Sense amplifier circuit 31 Comparator 33 Precharge plica transistor 34 Load MIMO transistor 36 Clamping NMOS transistor 40 Sense amplifier control Circuit 41 Timer circuit 42a to 42d SA0 to SAk Control circuit 45 Set value holding unit 46 Signal sequencer 90 Memory cell array 91 Memory cell 93 Control device 100 Resistance change type non-volatile memory device 120 Resistance change element 122 Base layer 124 First electrode 126 Resistance Change layer 128 Second electrode 129 Transistor 136 Capsule

Claims (11)

抵抗値の変化を利用してデータを保持可能な抵抗変化型の複数のメモリセルで構成されるメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイから、複数のメモリセルからなるメモリグループの単位で、前記複数のメモリセルの各々の抵抗値に依存する放電現象または充電現象に基づいて時間情報を取得する読み出し動作を行う読み出し回路と、
前記読み出し回路による読み出し動作によって得られる前記複数のメモリセルの前記時間情報のそれぞれの昇順または降順における順位に基づいて、個体識別情報を生成するデータ生成回路とを備え
前記メモリセルアレイは、任意のデータが記憶されるユーザデータ領域と、可逆的に遷移可能な2つの抵抗状態のうちの一方の抵抗状態が書き込まれたディジタルIDデータ領域とを有し、
前記読み出し回路及び前記データ生成回路は、前記ディジタルIDデータ領域に対して、それぞれ、前記読み出し動作、及び、前記個体識別情報の生成を行う、
不揮発性メモリ装置。
A memory cell array consisting of multiple resistance-changing memory cells that can hold data using changes in resistance value,
A read circuit that performs a read operation to acquire time information from the memory cell array in units of a memory group composed of a plurality of memory cells based on a discharge phenomenon or a charge phenomenon depending on the resistance value of each of the plurality of memory cells. ,
A data generation circuit that generates individual identification information based on the order of the time information of the plurality of memory cells obtained by the read operation by the read circuit in ascending or descending order is provided .
The memory cell array has a user data area in which arbitrary data is stored and a digital ID data area in which one of two resistance states that can be reversibly transitioned is written.
The read circuit and the data generation circuit perform the read operation and the generation of the individual identification information for the digital ID data area, respectively.
Non-volatile memory device.
前記読み出し回路は、前記複数のメモリセルのうちの少なくとも2以上のメモリセルに対して、前記時間情報を同時に読み出す
請求項1に記載の不揮発性メモリ装置。
The non-volatile memory device according to claim 1, wherein the read circuit simultaneously reads the time information from at least two or more memory cells among the plurality of memory cells.
前記データ生成回路は、
前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、前記複数のメモリセルのうちの前記参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報の前記順位が前記参照メモリセルの時間情報の前記順位よりも小さい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、前記データ生成用メモリセルの時間情報の前記順位が前記参照メモリセルの時間情報の前記順位よりも大きい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行うデータ変換回路を有し、
前記データ変換回路によるデータ変換後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成する、請求項1または2に記載の不揮発性メモリ装置。
The data generation circuit
At least one of the plurality of memory cells in the memory group is set as a reference memory cell, and the order of the time information of the data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells is the above. When the time information of the reference memory cell is smaller than the rank, the first data is assigned to the data generation memory cell, and the rank of the time information of the data generation memory cell is the time information of the reference memory cell. It has a data conversion circuit that performs data conversion that allocates second data to the data generation memory cell when it is larger than the above rank.
The non-volatile memory device according to claim 1 or 2, which generates the individual identification information based on the data after data conversion by the data conversion circuit.
前記データ生成回路は、
前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのうち少なくとも一つを参照メモリセルとして設定し、前記複数のメモリセルのうちの前記参照メモリセルを除くデータ生成用メモリセルの時間情報と前記参照メモリセルの時間情報とを比較した際に、前記データ生成用メモリセルの時間情報が前記参照メモリセルの時間情報よりも小さい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第1データを割り当て、前記データ生成用メモリセルの時間情報が前記参照メモリセルの時間情報よりも大きい場合は前記データ生成用メモリセルに対して第2データを割り当てるデータ変換を行うデータ変換回路を有し、
前記データ変換回路によるデータ変換後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成する、請求項1または2に記載の不揮発性メモリ装置。
The data generation circuit
At least one of the plurality of memory cells in the memory group is set as a reference memory cell, and time information of a data generation memory cell excluding the reference memory cell among the plurality of memory cells and the reference memory cell. When the time information of the data generation memory cell is smaller than the time information of the reference memory cell, the first data is assigned to the data generation memory cell and the data generation is performed. It has a data conversion circuit that performs data conversion that allocates second data to the data generation memory cell when the time information of the memory cell for data is larger than the time information of the reference memory cell.
The non-volatile memory device according to claim 1 or 2, which generates the individual identification information based on the data after data conversion by the data conversion circuit.
前記参照メモリセルは、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルの時間情報の中から上位M(Mは2以上)番目の時間情報に対応するメモリセルに割り当てられる、請求項3または4に記載の不揮発性メモリ装置。 The third or four claim, wherein the reference memory cell is assigned to the memory cell corresponding to the upper M (M is 2 or more) th time information from the time information of the plurality of memory cells in the memory group. Non-volatile memory device. 前記データ変換回路は、前記参照メモリセルに対して前記第1データを割り当てる、請求項3または4に記載の不揮発性メモリ装置。 The non-volatile memory device according to claim 3 or 4, wherein the data conversion circuit allocates the first data to the reference memory cell. 前記参照メモリセルは、前記メモリグループ内の前記複数のメモリセルのアドレスの中から上位N(Nは自然数)番目のアドレスに対応するメモリセルに割り当てられる、請求項3または4に記載の不揮発性メモリ装置。 The non-volatile according to claim 3 or 4, wherein the reference memory cell is assigned to the memory cell corresponding to the upper N (N is a natural number) th address among the addresses of the plurality of memory cells in the memory group. Memory device. 前記第1データおよび前記第2データの一方は偶数であり、他方は奇数であり、
前記データ生成回路は、
前記データ変換回路によって前記複数のメモリセルに割り当てられた第1データと第2データの合計を算出し、合計の数が奇数であれば第1データを出力し、偶数であれば第2データを出力するデータ処理を行うデータ処理回路を有し、
前記データ処理回路によるデータ処理後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成する、請求項3〜7のいずれか1項に記載の不揮発性メモリ装置。
One of the first data and the second data is an even number, and the other is an odd number.
The data generation circuit
The total of the first data and the second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit is calculated, the first data is output if the total number is odd, and the second data is output if the total number is even. It has a data processing circuit that processes the data to be output.
The non-volatile memory device according to any one of claims 3 to 7, which generates the individual identification information based on the data after data processing by the data processing circuit.
前記データ生成回路は、
前記データ変換回路によって前記複数のメモリセルに割り当てられた第1データの個数と第2データの個数とを算出し、前記第1データの個数が前記第2データの個数よりも多ければ第1データを出力し、前記第1データの個数が前記第2データの個数よりも少なければ前記第2データを出力するデータ処理を行うデータ処理回路を有し、
前記データ処理回路によるデータ処理後のデータに基づいて、前記個体識別情報を生成する、請求項3〜7のいずれか1項に記載の不揮発性メモリ装置。
The data generation circuit
The number of first data and the number of second data allocated to the plurality of memory cells by the data conversion circuit are calculated, and if the number of the first data is larger than the number of the second data, the first data Is provided, and if the number of the first data is smaller than the number of the second data, the data processing circuit for performing the data processing for outputting the second data is provided.
The non-volatile memory device according to any one of claims 3 to 7, which generates the individual identification information based on the data after data processing by the data processing circuit.
前記データ変換回路は、変換信号に応じて前記データ変換の方法を選択し、
前記データ処理回路は、処理信号に応じて前記データ処理の方法を選択し、
前記データ生成回路は、前記個体識別情報の再生時には、前記変換信号および前記処理信号を含めたチャレンジ信号に基づき、前記データ変換回路および前記データ処理回路を用いて、前記個体識別情報を生成する、請求項8または9に記載の不揮発性メモリ装置。
The data conversion circuit selects the data conversion method according to the conversion signal.
The data processing circuit selects the data processing method according to the processing signal and selects the data processing method.
When the individual identification information is reproduced, the data generation circuit generates the individual identification information by using the data conversion circuit and the data processing circuit based on the conversion signal and the challenge signal including the processing signal. The non-volatile memory device according to claim 8 or 9.
前記データ変換回路は、変換信号に応じて前記データ変換の方法を選択し、
前記データ処理回路は、処理信号に応じて前記データ処理の方法を選択し、
前記データ生成回路は、前記個体識別情報の再生時には、予め定められた固定の前記変換信号および前記処理信号を、それぞれ、前記データ変換回路および前記データ処理回路に入力することで、前記個体識別情報を生成する、請求項8または9に記載の不揮発性メモリ装置。
The data conversion circuit selects the data conversion method according to the conversion signal.
The data processing circuit selects the data processing method according to the processing signal and selects the data processing method.
When the individual identification information is reproduced, the data generation circuit inputs the predetermined fixed conversion signal and the processing signal to the data conversion circuit and the data processing circuit, respectively, so that the individual identification information can be obtained. The non-volatile memory device according to claim 8 or 9.
JP2017004698A 2016-05-26 2017-01-13 Non-volatile memory device Active JP6793044B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710148010.3A CN107437431B (en) 2016-05-26 2017-03-13 Nonvolatile memory device
US15/593,333 US9892783B2 (en) 2016-05-26 2017-05-12 Non-volatile memory device including memory cells having variable resistance values

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016105629 2016-05-26
JP2016105629 2016-05-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017216030A JP2017216030A (en) 2017-12-07
JP6793044B2 true JP6793044B2 (en) 2020-12-02

Family

ID=60577182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017004698A Active JP6793044B2 (en) 2016-05-26 2017-01-13 Non-volatile memory device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6793044B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7031326B2 (en) * 2018-01-22 2022-03-08 ブリルニクスジャパン株式会社 Solid-state image sensor, solid-state image sensor driving method, and electronic equipment
JP6894012B2 (en) * 2018-01-23 2021-06-23 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 Non-volatile memory device and its writing method
JP6646103B2 (en) * 2018-05-30 2020-02-14 ウィンボンド エレクトロニクス コーポレーション Semiconductor device
JP6937288B2 (en) * 2018-12-25 2021-09-22 パナソニック株式会社 Non-volatile memory device and challenge-response method
US11516028B2 (en) 2019-12-24 2022-11-29 CERA Licensing Limited Temperature sensing physical unclonable function (PUF) authentication system
GB201919297D0 (en) 2019-12-24 2020-02-05 Aronson Bill Temperature sensing physical unclonable function (puf) authenication system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5831202B2 (en) * 2011-12-20 2015-12-09 富士通株式会社 Individual information generation apparatus and individual information generation method
JP6380804B2 (en) * 2014-04-16 2018-08-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 Random number processing apparatus and random number processing method
JP6388235B2 (en) * 2014-05-21 2018-09-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 Data generating apparatus and data generating method
US9653161B2 (en) * 2014-11-21 2017-05-16 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Tamper-resistant non-volatile memory device comprising an arithmetic circuit that, in operation, calculates a binary reference value based on at least a part of the pieces of resistance value information, a read circuit that, in operation, selectively assigns, based on the binary reference value, one of two values to each of the pieces of resistance value information, and a write circuit that, in operation, performs a write operation corresponding to one of the two values among memory cells
US9548113B2 (en) * 2014-11-21 2017-01-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Tamper-resistant non-volatile memory device
CN105632543B (en) * 2014-11-21 2018-03-30 松下知识产权经营株式会社 Nonvolatile memory devices and integrated circuit card with tamper-resistance properties

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017216030A (en) 2017-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107437431B (en) Nonvolatile memory device
JP6474056B2 (en) Non-volatile memory device having tamper resistance, integrated circuit card, authentication method for non-volatile memory device, encryption method and decryption method using non-volatile memory device
JP6793044B2 (en) Non-volatile memory device
JP6617924B2 (en) Non-volatile memory device and integrated circuit card having tamper resistance, non-volatile memory device authentication method, and individual identification information generation method
JP6587188B2 (en) Random number processing apparatus, integrated circuit card, and random number processing method
JP6532024B2 (en) Tamper resistant nonvolatile memory device and integrated circuit card
JP6508478B2 (en) Tamper resistant nonvolatile memory device and integrated circuit card
JP6794297B2 (en) Authentication device and authentication method
US8590010B2 (en) Retention based intrinsic fingerprint identification featuring a fuzzy algorithm and a dynamic key
US8659969B2 (en) Semiconductor device
JP6817888B2 (en) Non-volatile memory device
Talukder et al. PreLatPUF: Exploiting DRAM latency variations for generating robust device signatures
TWI663604B (en) Method for operating a circuit including non-volatile memory cell and circuit using the same
US11195582B2 (en) Non-volatile memory device and method of writing to non-volatile memory device
Sakib et al. Flash memory based physical unclonable function
JP6937288B2 (en) Non-volatile memory device and challenge-response method
US11404119B1 (en) Non-volatile memory device and challenge response method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190805

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20200217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20200520

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200629

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201013

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201109

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6793044

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250