在集成电路上生成数据集的方法、集成电路及其制造方法与流程

本发明涉及具有使用物理不可克隆函数生成的数据集(dataset)的集成电路装置、以及用于生成此种数据集的方法。

背景技术：

物理不可克隆函数(physicalunclonablefunction，puf)是一种能够用在创造用于物理实体如集成电路的独特、随机密钥的处理程序。puf的使用是一种生成支持硬件固有安全(hardwareintrinsicsecurity，his)技术的标识符(id)的解决方案。puf已经使用在具有高安全性要求的应用如便携式和埋入式装置的密钥创造上。一种例示的puf是环式振荡器puf，其使用对于栅极的电路传导延迟来说固有的制造变异性。另一种例示的puf是静态随机存取存储器(sram)puf，其中晶体管中的临界电压不同使得sram电力开启在逻辑“0”或逻辑“1”。

期望的是，提供一种物理不可克隆函数，用于在工艺、电压、温度(process，voltage，temperature；pvt)条件下，以低位错误率和高可靠性在可编程电阻式存储器中创造数据集。

技术实现要素：

提供一种在一集成电路上生成一数据集的方法，该集成电路包含多个可编程电阻式存储单元。

所述方法包含施加一形成脉冲(formingpulse)到所述可编程电阻式存储单元的一集合中的所有成员。形成脉冲具有一形成脉冲电平，该形成脉冲电平的特色在于，在可编程电阻式存储单元的该集合的一第一子集中，引发从一初始电阻范围到一中间电阻范围的电阻变化，而在该形成脉冲之后，可编程电阻式存储单元的该集合的一第二子集具有落在该中间范围之外的电阻。第一子集和第二子集中的成员隶属，由响应于跨越所述集合的该形成脉冲的物理性变化所决定。

所述方法包含施加一编程脉冲(programmingpulse)到可编程电阻式存储单元的该第一子集和该第二子集。编程脉冲具有一编程脉冲电平，该编程脉冲电平的特色在于，引发第一子集从该中间范围到一第一最终电阻范围的电阻变化。该编程脉冲能够在一恶劣的环境条件下，使得可编程电阻式存储单元的一给定集合的第一子集和第二子集中的存储单元分布更加稳定。于在此所述的实施例中，编程脉冲能够使得第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的感测限度(margin)增加。在该编程脉冲之后，可编程电阻式存储单元的该第二子集中的存储单元能够维持在接近该初始电阻范围的电阻范围，否则具有在一第二最终电阻范围中的电阻，该第二最终电阻范围与该第一最终电阻范围不重叠。可编程存储单元的该集合的第一子集和第二子集，由形成脉冲与编程脉冲的组合所建立，并将会根据由材料的自然性质和制造程序所自然造成的可编程电阻式存储单元的变异而变化。

所述方法能够包含在施加形成脉冲之前，借由测试集成电路上的所述可编程电阻式存储单元中的一些可编程电阻式存储单元，找出形成脉冲电平。

为了找出形成脉冲电平，能够以迭代方式施加具有一测试脉冲电平的一测试脉冲到与要用在创造独特数据集的所述存储单元位在相同集成电路上、且较佳地具有相同结构的可编程电阻式存储单元。对于每次迭代，能够使用不同于先前使用的测试集合的可编程电阻式存储单元的一测试集合。能够决定在测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的所述存储单元的一比例。如果该比例低于一阈值，可接着更新测试脉冲电平，重复施加测试脉冲和决定比例的操作，直到所决定的比例达到该阈值、或更佳地落在大约50％(例如40％到60％)的一特定范围内，并且，能够基于在达到该阈值或落在该特定范围内的迭代中的测试脉冲电平，设定形成脉冲电平。

所述数据集能够用在形成例如是在安全协议的例子中对于挑战(challenge)的响应。一种使用数据集的方法包含使用一读取电压感测全部或部分的该数据集，该读取电压用在介于第一最终电阻范围与第二最终电阻范围之间的电阻，其中第一最终电阻范围与第二最终电阻范围由一读取限度分离。如前述提及，该读取限度能够大于初始电阻范围与该中间范围之间的限度。

所述可编程电阻式存储单元能够包括多个可编程电阻式存储元件。在一实施例中，可编程电阻式存储元件的特色能够在于，在一高电阻范围中的一初始电阻，其中所述中间电阻范围低于该高电阻范围，第一最终电阻范围低于中间电阻范围，第二最终电阻范围高于第一最终电阻范围。

在另一实施例中，可编程电阻式存储元件的特色能够在于，在一低电阻范围中的一初始电阻，其中所述中间电阻范围高于该低电阻范围，第一最终电阻范围高于中间电阻范围，第二最终电阻范围低于第一最终电阻范围。

施加如在此所述的形成脉冲，能够使得连接第一子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成，且并未使得连接第二子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成。

如在此所述的编程脉冲能够稳定并加强第一子集中的存储单元的该导电细丝的导电性，且并未使得第二子集中的存储单元的一导电细丝形成。

另外也提供一种制造一集成电路的方法，其根据在此提供的用于生成一数据集的方法。

另外也叙述一种装置，其包括一集成电路，该集成电路具有使用puf以创造和储存一独特数据集的一存储器。在所述技术这个方面的装置包含一控制器，该控制器配置成用以执行puf。该控制器能够包含位在与该存储器相同的集成电路上的一状态机、在能够置于与该存储器或者芯片内和芯片外逻辑的组合形成通讯的一分离系统上的逻辑如计算机程序。

本发明的其他方面和优点，能够通过阅读以下的附图和具体实施方式而明确。

附图说明

图1是一种装置的简化方块图，其包括具有使用puf以创造和储存一独特数据集的存储器的集成电路。

图2示出在包含可编程电阻式存储单元的集成电路上生成一数据集的例示流程图。

图3示出找出一形成脉冲电平的例示流程图。

图4绘示用于在集成电路上执行一物理不可克隆函数的一种例示系统。

图5a、5b和5c绘示在一可编程电阻式存储单元中的一导电细丝和一不导电细丝。

图6a和6b绘示在用以生成一数据集的操作中的多个电阻范围。

图7a、7b和7c绘示存储单元在如在此所述的一puf处理程序的不同阶段的电阻的机率图。

图8绘示用于找出一形成脉冲电平的不同条件。

图9～13绘示用于找出一形成脉冲电平的操作。

图14a、14b和14c绘示在一测试集合中施加测试脉冲的例示结果。

图15a和15b绘示在一第一pufid阵列中生成一第一数据集和在一第二pufid阵列中生成一第二数据集的结果。

图16绘示在高温烘烤条件下于例示的第一最终电阻范围与第二最终电阻范围之间的一读取限度。

【附图标记说明】

100、440：集成电路

110：任务函数电路

111、116、131、141：总线

115：访问控制块

120：输入/输出接口

122：走线

125：安全逻辑

130：存储阵列

140：控制器

210、220、230、310、320、330、340、350：步骤

410：系统

420：puf逻辑和驱动器

430：装置处置器/针测器

500：存储单元

510：金属氧化物存储元件

610、610b、620、620b、630、630b、640、640b、650、650b、710、720、730、740、750、940、950、1040、1050、1140、1150、1240、1250、1340、1350、1640、1650、1670：范围

705、905：电阻阈值

725：限度

745、1660：读取限度

具体实施方式

本技术的实施例的详细叙述，参照所附附图而提供。应理解的是，并没有将技术限制在明确公开的结构性实施例和方法的意图，而可以使用其他特征、元件、方法、和实施例来实行所述技术。较佳的实施例叙述来描述本技术，而非限制由权利要求所定义出的范围。本发明所属技术领域人员将认知到以下叙述的各种等价变型。各种不同实施例中的相似元件，通常以类似的元件符号加以指示。

图1是一装置的简化方块图，其包括多个可编程电阻式存储单元和一控制器，控制器用于执行puf以在所述可编程电阻式存储单元中储存一数据集。在这个例子中，所述装置包括一集成电路100，集成电路100具有使用可编程电阻式存储单元形成的一存储器，该存储器使用puf编程以创造和储存一独特的数据集，其能够用于例如作为独特的芯片id、用于认证或加密协议的密钥、或其他类型的秘密或独特数据值。

集成电路100包含任务函数电路(missionfunctioncircuit)110，其能够包括特殊用途逻辑(有时称为特定应用集成电路逻辑)、数据处理器资源(例如用在微处理器和数字信号处理器)、大型存储器(例如闪存、动态随机存取存储器(dram)、可编程电阻式存储器)、以及被称为芯片系统配置的各种不同类型电路的组合。集成电路100包含一输入/输出接口120，其能够包括提供存取到其他装置或网络的无线或有线端口。在这个简化的图解中，一访问控制块115设置在输入/输出接口120与任务函数电路110之间。访问控制块115由总线116耦接到输入/输出接口120，并由总线111耦接到任务函数电路110。一访问控制协议由访问控制块115所执行，以允许或禁止任务函数电路110和输入/输出接口120之间的通讯。

在访问控制块115的支持下，安全逻辑125在这个例子中设置在芯片上。安全逻辑125耦接到一puf编程的存储阵列130，其在puf执行之后储存一独特的数据集。该独特的数据集经由一puf编程控制器140而可在安全逻辑125旁的总线131上存取，并由跨越走线122与访问控制块115通讯的安全逻辑所使用。

puf编程的存储阵列130包括可编程电阻式存储单元，其包含具有一可编程电阻的可编程元件。可编程元件能够包括一金属氧化物，例如钨氧化物(wox)、铪氧化物(hfox)、钛氧化物(tiox)、钽氧化物(taox)、钛氮氧化物(tino)、镍氧化物(niox)、镱氧化物(ybox)、铝氧化物(alox)、铌氧化物(nbox)、锌氧化物(znox)、铜氧化物(cuox)、钒氧化物(vox)、钼氧化物(moox)、钌氧化物(ruox)、铜硅氧化物(cusiox)、银锆氧化物(agzro)、铝镍氧化物(alnio)、铝钛氧化物(altio)、钆氧化物(gdox)、镓氧化物(gaox)、锆氧化物(zrox)、铬掺杂srzro3、铬掺杂srtio3、pcmo、或lacamno等等。在一些案例中，存储单元的可编程元件能够是半导体氧化物，例如硅氧化物(siox)。

在装置的这个例子中，puf编程控制器140实施为例如是位在具有所述可编程电阻式存储单元的集成电路上的一状态机，puf编程控制器140提供信号以控制偏压配置提供电压的应用，以进行puf程序及其他涉及为了puf和为了读取储存在puf编程的存储阵列130中的数据集而存取puf编程的存储阵列130的操作。控制器140能够使用本发明所属技术领域所知的特殊用途逻辑电路来实施。在替代性的实施例中，控制器140包括一般用途处理器，能够实施在执行计算机程序以控制装置的操作的相同集成电路上。在又另外的实施例中，特殊用途逻辑电路和一般用途处理器的组合能够用于实施控制器140。

在一实施例中，一种装置包括一芯片外系统(例如图4中的410)和一集成电路(例如图4中的440、图1中的100)。芯片外系统用于控制物理不可克隆函数在集成电路上的执行。举例来说，芯片外系统能够运作集成电路上的一puf编程控制器(例如图1中的140)，以进行所有在施加形成脉冲、施加编程脉冲、和找出形成脉冲电平的操作中的一些操作。举例来说，系统能够将一电阻阈值传达到集成电路，该电阻阈值能够用在决定一形成脉冲电平。举例来说，系统能够将一形成脉冲电平传达到集成电路，该形成脉冲电平能够用在施加形成脉冲。举例来说，系统能够生成用于集成电路中的存储阵列中的测试集合的存储单元用在找出该形成脉冲电平的地址，并将地址传达到耦接至系统一集成电路。在另一实施例中，集成电路上的puf编程控制器140包含所有对于施加形成脉冲和编程脉冲、以及找出形成脉冲电平来说是必须性的逻辑。在这个实施例中，puf编程控制器140能够响应于来自一外部来源的设定命令而执行逻辑，无须用于在一集成电路上执行物理不可克隆函数的系统的控制。

puf编程控制器140配置成用以经由一总线141，施加一形成脉冲到puf编程的存储阵列130中的可编程电阻式存储单元的一集合中的所有成员。形成脉冲具有一形成脉冲电平，该形成脉冲电平的特色在于，在存储单元的该集合的一第一子集中，引发从一初始电阻范围到一中间电阻范围的电阻变化，而在该形成脉冲之后，可编程电阻式存储单元的该集合的一第二子集具有落在该中间范围之外的电阻。

puf编程控制器140配置成用以施加一编程脉冲到可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集。编程脉冲具有一编程脉冲电平，该编程脉冲电平的特色在于，引发第一子集从该中间电阻范围到一第一最终电阻范围的电阻变化。编程脉冲能够使得第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的感测限度增加。在该编程脉冲之后，可编程电阻式存储单元的第二子集中的存储单元能够维持在接近初始电阻范围的电阻范围，否则具有在一第二最终电阻范围中的电阻，该第二最终电阻范围与该第一最终电阻范围不重叠。可编程存储单元的该集合的第一子集和第二子集，由形成脉冲与编程脉冲的组合所建立，并将会根据由材料的自然性质和制造程序所自然造成的可编程电阻式存储单元的变异而变化。

puf编程控制器140能够配置成用以在施加形成脉冲之前，借由测试集成电路上的可编程电阻式存储单元中的一些存储单元，找出形成脉冲电平。受到测试的可编程电阻式存储单元能够是在puf编程的存储阵列130的测试集合中。可编程电阻式存储单元的测试集合与要用在创造独特数据集的所述存储单元位在相同的集成电路上。测试集合能够置于puf编程的存储阵列130中的一存储单元区块中、或puf编程的存储阵列130中的分散位置，或者是在装置上的其他位置。在一些实施例中，测试集合是puf编程的存储阵列130的一部份、或位在相邻于存储阵列130处，并使用与用于形成puf电路相同的工艺来形成，使得它们能够用在预测puf电路响应于在此所述的形成和编程处理程序的行为。

为了找出形成脉冲电平，puf编程控制器140能够配置成用以以迭代方式施加具有一测试脉冲电平的一测试脉冲到在相同集成电路上的可编程电阻式存储单元的多个测试集合中的一测试集合，并决定在测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的一比例，并且，如果该比例低于一阈值，接着更新测试脉冲电平，重复施加测试脉冲和决定比例的操作，直到所决定的比例达到该阈值，并且，基于在达到该阈值的迭代中的测试脉冲电平，设定形成脉冲电平。对于每次迭代，能够使用不同于先前使用的测试集合的可编程电阻式存储单元的一测试集合。

puf编程控制器140能够配置成用以经由安全电路(例如图1中的125)使用一读取电压来感测编程的存储阵列130中全部或部分的数据集，该读取电压用在介于第一最终电阻范围与第二最终电阻范围之间的电阻，其中第一范围与第二范围由一读取限度分离，该读取限度大于初始电阻范围与中间范围之间的限度。

可编程电阻式存储单元能够包括可编程电阻式存储元件。在一实施例中，可编程电阻式存储元件的特色能够在于，在一高电阻范围中的一初始电阻，其中所述中间电阻范围低于该高电阻范围，第一最终电阻范围低于中间电阻范围，第二最终电阻范围高于第一最终电阻范围。

在另一实施例中，可编程电阻式存储元件的特色能够在于，在一低电阻范围中的一初始电阻，其中所述中间电阻范围高于该低电阻范围，第一最终电阻范围高于中间电阻范围，第二最终电阻范围低于第一最终电阻范围。

施加如在此所述的形成脉冲，能够使得连接第一子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成，且并未使得连接第二子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成。

如在此所述的编程脉冲能够稳定并加强第一子集中的存储单元的该导电细丝的导电性，且并未使得第二子集中的存储单元的一导电细丝形成。

图2示出在包含可编程电阻式存储单元的集成电路上生成一数据集的例示流程图。在步骤210，借由测试集成电路上的可编程电阻式存储单元中的一些可编程电阻式存储单元，找出一形成脉冲电平。这个步骤参照图3作进一步的叙述。在步骤220，施加一形成脉冲到集成电路上的可编程电阻式存储单元的一集合。该形成脉冲具有在步骤210找出的形成脉冲电平。该形成脉冲电平的特色在于，在存储单元的该集合的一第一子集中，引发从一初始电阻范围到一中间电阻范围的电阻变化，而在该形成脉冲之后，可编程电阻式存储单元的该集合的一第二子集具有落在该中间范围之外的电阻。举例来说，对于具有在一高电阻范围中的初始电阻的基于wox(钨氧化物)的可编程电阻式存储器，一初始电阻范围能够介于约2700kohm(千欧姆)与3000kohm之间(图7a)，一中间电阻范围能够在约400kohm的一阈值电平之下的一范围中，并可例如介于约100kohm与400kohm之间(图7b)，第二子集在形成脉冲之后落在中间范围之外的一电阻能够在与初始电阻范围重叠的一范围中，否则维持在高于中间电阻范围的电阻。举例来说，第二子集能够具有在约2700kohm的一阈值电平之上的电阻。

在步骤230，施加一编程脉冲到可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集，其增加第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的读取限度。编程脉冲具有一编程脉冲电平，该编程脉冲电平的特色在于，引发第一子集从中间范围到在一第一最终电阻范围的电阻中的一阈值电平之下的电阻变化。编程脉冲能够使得第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的感测限度增加。在该编程脉冲之后，可编程电阻式存储单元的第二子集中的存储单元能够维持在于在远大于第一最终电阻范围的最大电平的一阈值电平之上的一电阻范围中，例如接近初始电阻范围，否则具有在一第二最终电阻范围中的电阻，该第二最终电阻范围与该第一最终电阻范围不重叠。可编程存储单元的该集合的第一子集和第二子集，由形成脉冲与编程脉冲的组合所建立，并将会根据由材料的自然性质和制造程序所自然造成的可编程电阻式存储单元的变异而变化。举例来说，对于具有在一高电阻范围中的初始电阻的基于wox(钨氧化物)的可编程电阻式存储器(图7c)，一第一最终电阻范围能够介于约0kohm与100kohm之间，一第二最终电阻范围能够介于约2700kohm与3000kohm之间。第一最终电阻范围与第二最终电阻范围由一读取限度745分离，其大于如参照图7b和7c所示和叙述的初始电阻范围与中间电阻范围之间的一限度725。

图3示出找出一形成脉冲电平的例示流程图，对应图2中的步骤210。在步骤310，施加具有一测试脉冲电平的一测试脉冲到可编程电阻式存储单元一新的测试集合。该测试集合具有小于可编程电阻式存储单元的所述集合的尺寸。举例来说，测试集合能够具有64位的尺寸，而所述集合能够具有1000位的尺寸。测试集合能够是在puf编程的存储阵列(例如图1中的130)中。对于每次迭代，使用一新的测试集合。如在此使用，一新的测试集合集成电路中的可编程电阻式存储单元不同于任何先前使用的测试集合的一测试集合。为了找出一形成脉冲电平的目的，可在集成电路上，例如puf编程的存储阵列130(图1)中，得到多个测试集合。在步骤320，决定在所述测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的一比例。

在步骤330，如果该比例低于一阈值(例如40％到50％)，接着在步骤340，更新测试脉冲电平，并重复施加测试脉冲的步骤310和决定比例的步骤320，直到所决定的比例达到该阈值。在重复步骤310和步骤320时，使用一新的测试集合。在找出形成脉冲电平的过程中对于每次迭代使用一新的测试集合，因此能够使用在初始电阻范围中的不同测试集合决定形成脉冲电平，以偕同在相同初始电阻范围中的可编程电阻式存储单元的所述集合使用。对应于更新的测试脉冲电平，能够决定不同测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的比例的一范围。举例来说，对于具有在一高电阻范围中的初始电阻的基于wox(钨氧化物)的可编程电阻式存储器(第9～13图)，对应于更新的、对应施加在个别测试集合上的不同字线电压和位线电压的测试脉冲电平，在不同测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的比例，具有介于8％和90％之间的一范围。

在步骤350，基于在达到该阈值的迭代中的测试脉冲电平，设定形成脉冲电平。步骤310、320、330、340、和350能够由参照示于图1的集成电路100所述的puf编程控制器140执行。形成脉冲电平能够基于用在一特定迭代的一特定测试脉冲电平，该特定测试脉冲电平的结果是，与在不同测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的比例的所述范围中的其他比例相比，更接近阈值的一比例。举例来说，如果阈值是50％，则形成脉冲电平能够基于在结果是53％的存储单元具有在中间电阻范围中的电阻的迭代中的测试脉冲电平(图11)。

图2和图3的程序够是用于制造一集成电路的工艺的一部分，该工艺包括形成多个可编程电阻式存储单元在集成电路上，连接该集成电路到一系统，该系统配置成用以施加一物理不可克隆函数到集成电路上的可编程电阻式存储单元，以及使用该系统，以在所述可编程电阻式存储单元中的可编程电阻式存储单元的一集合中，借由在此所述的处理程序，生成一数据集。在本发明所属技术领域的许多已知的制造程序中包含形成多个可编程电阻式存储单元的一个例子如lee等人的发明名称为“rramprocesswithroughnesstuningtechnology”的美国专利申请公开案第us2016/0218146号所示，该公开案通过引用并入本文，如同在本文中完全阐述一般。

图4绘示用于在集成电路上执行一物理不可克隆函数的一例示系统。多个可编程电阻式存储单元形成在集成电路上。该集成电路连接到一系统，该系统配置成用以施加一物理不可克隆函数到集成电路上的可编程电阻式存储单元。使用该系统，能够在所述可编程电阻式存储单元中的可编程电阻式存储单元的一集合中，生成一数据集。该系统能够使用例如参照图2和图3的流程图所述的方法。

系统所使用的方法能够包含施加一形成脉冲到所述集合中的所有成员，其中该形成脉冲具有一形成脉冲电平，该形成脉冲电平的特色在于，在可编程电阻式存储单元的集合的一第一子集中，引发从一初始电阻范围到一中间电阻范围的电阻变化，而在该形成脉冲之后，可编程电阻式存储单元的集合的一第二子集具有落在该中间范围之外的电阻。

系统所使用的方法能够包含施加一编程脉冲到可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集，其中该编程脉冲具有一编程脉冲电平，该编程脉冲电平的特色在于，引发第一子集从中间电阻范围到一第一最终电阻范围的电阻变化。编程脉冲能够使得第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的感测限度增加。在该编程脉冲之后，可编程电阻式存储单元的第二子集中的存储单元能够维持在接近初始电阻范围的电阻范围，否则具有在一第二最终电阻范围中的电阻，该第二最终电阻范围与该第一最终电阻范围不重叠。可编程存储单元的集合的第一子集和第二子集，由形成脉冲与编程脉冲的组合所建立，并将会根据由材料的自然性质和制造程序所自然造成的可编程电阻式存储单元的变异而变化。系统所使用的方法能够包含在施加形成脉冲之前，借由测试集成电路上的可编程电阻式存储单元的不同测试集合，找出形成脉冲电平。

用于在集成电路上执行一物理不可克隆函数的一例示系统，能够包含多个装置测试器、多个装置针测器(prober)、多个装置处置器、和多个接口测试配接器(interfacetestadapter)。装置测试器可与装置针测器交互作用，以测试晶圆形式的集成电路芯片。装置测试器也可与装置处置器交互作用，以测试封装后的集成电路。如图4所示，一例示的系统410包含puf逻辑和驱动器420、和耦接到装置测试器(420)的一装置处置器/针测器430。要受到puf逻辑和驱动器420支配的集成电路440，耦接到装置处置器/针测器430。集成电路440包含一安全电路。安全电路中的一pufid电路包含由施加到系统的形成脉冲与编程脉冲的组合所建立的可编程电阻式存储单元的集合的第一子集和第二子集。

在系统410中的一例示的集成电路，可为集成电路100，如参照图1所述者。在集成电路100的制造过程中，系统410进行第2和3图的流程图中所标识的动作。

图5a、图5b、和图5c绘示在一可编程电阻式存储单元中的一导电细丝和一不导电细丝。图5a绘示一可编程电阻式存储单元。一个可编程电阻式存储单元500包含一第一电极、一第二电极、和位于第一电极和第二电极之间的一可编程金属氧化物存储元件510。形成脉冲能够具有高到足以在存储单元的可编程金属氧化物存储元件中生成一导电部分的电压。在一些金属氧化物存储器材料中，该导电部分能够包括由跨越材料的电场所引发并排列以提供一导电路径的氧空缺。施加到存储单元如存储单元所述集合的第一子集和第二子集中的存储单元500的形成脉冲，能够使得连接第一子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成，且并未使得连接第二子集中的存储单元的第一电极和第二电极的一导电细丝形成。于是，第一子集中的存储单元能够在一低电阻状态(图5b)，而第二子集中的存储单元能够在一高电阻状态(图5c)。所述低电阻状态和高电阻状态能够用于在数据集中指示逻辑“1”或“0”。

在形成脉冲之后施加到可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集的编程脉冲，能够稳定并加强第一子集中的存储单元的该导电细丝的导电性，且并未使得第二子集中的存储单元的一导电细丝形成。

图5b绘示一例示的导电细丝，经由金属氧化物存储元件中氧空缺形成的两条导电路径，连接第一子集中的存储单元的第一电极和第二电极。图5c绘示一例示的不导电细丝，其中氧空缺并未形成连接第二子集中的存储单元的第一电极和第二电极的路径。虽然图5a、5b、和5c绘示可编程电阻式存储单元包含可编程金属氧化物存储元件，在此所述的技术能够应用到其他类型的可编程电阻式存储器材料。

图6a和6b绘示在用以生成一数据集的操作中的多个电阻范围。在具有一形成脉冲电平的一形成脉冲施加到可编程电阻式存储单元的一集合之前，该集合的所有成员在一初始电阻范围(例如范围610、610b)。在形成脉冲施加到该集合之后，可编程电阻式存储单元的集合的一第一子集中的电阻变化到一中间电阻范围(例如范围620、620b)，而可编程电阻式存储单元的集合的一第二子集具有落在中间范围之外(例如范围630、630b)的电阻。在编程脉冲施加到集合之后，第一子集的电阻从中间范围变化到一第一最终电阻范围(例如范围640、640b)，而可编程电阻式存储单元的第二子集具有在一第二最终电阻范围(例如范围650、650b)的电阻，第二最终电阻范围与第一最终电阻范围不重叠。

在如图6a所示的一实施例中，初始电阻范围(例如610)是一高电阻范围，中间电阻范围(例如620)低于初始电阻范围(例如610)，第一最终电阻范围(例如640)低于中间电阻范围(例如620)，第二最终电阻范围(例如650)高于第一最终电阻范围(例如640)。这个实施例中的编程脉冲称为设定脉冲。设定脉冲具有高到足以重新连接在存储单元的集合的第一子集的可编程电阻式存储元件中的细丝中的导电路径的电压，所以可编程存储元件在低电阻状态。细丝参照图5a、5b、和5c而有进一步的叙述。这个实施例适合用于其中存储单元具有在一高电阻范围中的初始电阻并接着形成到一较低的中间范围的技术，例如以造成高初始电阻的一氧化工艺制造的基于wox的可编程电阻式存储器。

在如图6b所示的另一实施例中，初始电阻范围(例如610b)是一低电阻范围，中间电阻范围(例如620b)高于初始电阻范围（例如610b)，第一最终电阻范围(例如640b)高于中间电阻范围，第二最终电阻范围(例如650b)低于第一最终电阻范围(例如640b)。这个实施例中的编程脉冲称为复位脉冲。复位脉冲具有高到足以打断在存储单元的集合的第一子集的可编程电阻式存储元件中的细丝中的导电路径的电压，所以可编程电阻式存储元件在高电阻状态。细丝参照图5a、图5b、和图5c图而有进一步的叙述。这个实施例适合用于其中存储单元具有在一低电阻范围中的初始电阻并接着形成到一较高的中间范围的技术，例如以造成低初始电阻的不同的一氧化工艺制造的基于wox的可编程电阻式存储器。

图7a、7b、和7c绘示存储单元在如在此所述的一puf处理程序的不同阶段的电阻的机率图。图7a绘示在具有一形成脉冲电平的一形成脉冲施加到可编程电阻式存储单元的集合之前，该集合的所有成员在一初始电阻范围，例如介于约2700kohm与3000kohm之间(例如范围710)。

图7b绘示在施加一形成脉冲到可编程电阻式存储单元的集合的所有成员之后的结果。形成脉冲具有一形成脉冲电平，该形成脉冲电平的特色在于，在可编程电阻式存储单元的集合的一第一子集中，引发从一初始电阻范围到一中间电阻范围的电阻变化，中间电阻范围例如介于约100kohm与400kohm之间(例如范围720)，而在该形成脉冲之后，可编程电阻式存储单元的集合的一第二子集具有落在该中间范围之外的电阻(例如范围730)。第一子集和第二子集中的成员隶属，由响应于跨越所述集合的该形成脉冲的物理性变化所决定。初始电阻范围与中间电阻范围由一读取限度725分离。形成脉冲所使用的一形成脉冲电平、和用于决定该形成脉冲电平的一电阻阈值705，参照图9～图13作叙述。

图7c绘示在施加一编程脉冲到可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集之后的结果。编程脉冲具有一编程脉冲电平，该编程脉冲电平的特色在于，引发第一子集从中间范围到一第一最终电阻范围的电阻变化，第一最终电阻范围例如介于约0kohm与100kohm之间(例如范围740)。编程脉冲能够使得第一子集中的存储单元与第二子集中的存储单元之间的感测限度增加。在该编程脉冲之后，可编程电阻式存储单元的第二子集中的存储单元能够维持在接近初始电阻范围的电阻范围，否则具有在一第二最终电阻范围(例如范围750)中的电阻，第二最终电阻范围与第一最终电阻范围不重叠。可编程存储单元的集合的第一子集和第二子集，由形成脉冲与编程脉冲的组合所建立，并将会根据由材料的自然性质和制造程序所自然造成的可编程电阻式存储单元的变异而变化。第一最终电阻范围与第二最终电阻范围由一读取限度745分离，其大于图7b所示的初始电阻范围与中间电阻范围之间的一限度725。这样的读取限度能够宽到足以确保在pvt(工艺、电压、温度)变化下储存数据集的可编程电阻式存储单元的第一子集和第二子集的可靠性。

图8绘示用于找出一形成脉冲电平的不同条件，接着形成脉冲电平能够控制数据集的随机性。所述条件能够包含施加到用于生成数据集的可编程电阻式存储单元的集合的电压和/或电流脉冲的高度。数据集的随机性与测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的一比例相关。如图8的例子所示，条件1、2、3、4、和5分别使得对应中间电阻范围的数据“0”具有测试集合中约10％、约30％、约50％、约80％、和约90％的存储单元。形成脉冲电平能够根据使用在此所述的技术的特定集成电路的设计规格进行调整。

图9～图13绘示用于找出一形成脉冲电平的操作。为了找出该形成脉冲电平，能够以迭代方式施加具有一测试脉冲电平的一测试脉冲到与要用在创造独特数据集的所述存储单元位在相同集成电路上、且较佳地具有相同结构的可编程电阻式存储单元的一测试集合。对于每次迭代，能够使用不同于先前使用的测试集合的可编程电阻式存储单元的一测试集合。能够决定在测试集合中具有在中间电阻范围中的电阻的存储单元的一比例。如果该比例低于一阈值，可接着更新测试脉冲电平，重复施加测试脉冲和决定比例的操作，直到所决定的比例达到该阈值并且，并且，能够基于在达到该阈值的迭代中的测试脉冲电平设定所述形成脉冲电平。

以经验决定的一电阻阈值905能够用于决定一存储单元是否具有低于电阻阈值并落在中间电阻范围中的电阻。如图9～图13的例子所示，电阻阈值905约700kohm。因为第一最终电阻范围与第二最终电阻范围由一宽的读取限度745(图7c)分离，电阻阈值905能够落在该宽的限度中，并用于决定哪些存储单元是在中间电阻范围中的目的。举例来说，取代700kohm，电阻阈值能够为800kohm、900kohm、和1000kohm。具有宽的限度的一个优点是，任何存储单元的电阻可能因为pvt(工艺、电压、温度)条件发生跨越限度的漂移而结果导致可靠性问题的情况，较不容易发生。

图9绘示用于找出形成脉冲电平的一例示条件1。条件1包含施加5v的一字线(wl)电压、5v的一位线(bl)电压、和41μa的一电流到可编程电阻式存储单元的一测试集合。条件1使得测试集合中8％的存储单元在设定状态或具有数据“0”(例如范围940)，且测试集合中92％的存储单元在初始电阻状态或具有数据“1”(例如范围950)。

图10绘示用于找出形成脉冲电平的一例示条件2。条件2包含施加2.5v的一字线电压、和4v的一位线电压到可编程电阻式存储单元的一测试集合。条件2使得测试集合中35％的存储单元在设定状态或具有数据“0”(例如范围1040)，且测试集合中65％的存储单元在初始电阻状态或具有数据“1”(例如范围1050)。

图11绘示用于找出形成脉冲电平的一例示条件3。条件3包含施加4v的一字线电压、和4v的一位线电压到可编程电阻式存储单元的一测试集合。条件3使得测试集合中53％的存储单元在设定状态或具有数据“0”(例如范围1140)，且测试集合中47％的存储单元在初始电阻状态或具有数据“1”(例如范围1150)。

图12绘示用于找出形成脉冲电平的一例示条件4。条件4包含施加2.5v的一字线电压、和4.5v的一位线电压到可编程电阻式存储单元的一测试集合。条件4使得测试集合中80％的存储单元在设定状态或具有数据“0”(例如范围1240)，且测试集合中20％的存储单元在初始电阻状态或具有数据“1”(例如范围1250)。

图13绘示用于找出形成脉冲电平的一例示条件5。条件5包含施加3.5v的一字线电压、和4.5v的一位线电压到可编程电阻式存储单元的一测试集合。条件5使得测试集合中90％的存储单元在设定状态或具有数据“0”(例如范围1340)，且测试集合中10％的存储单元在初始电阻状态或具有数据“1”(例如范围1350)。

举例来说，如果对于测试集合中存储单元的比例的期望阈值是约50％、或更佳地落在大约50％(例如40％到60％)的一特定范围内，则能够基于使用在达到该阈值、或落在该特定范围内(例如图10中的条件3)的迭代中的测试脉冲电平，或更佳地基于使用在落在所述特定范围内的迭代中的测试脉冲电平，没定形成脉冲电平。

图14a、图14b、和图14c绘示使用参照图11所述的条件3在一测试集合中施加测试脉冲的例示结果。在图14a的例子中，测试集合中的存储单元在大于3mohm(兆欧姆)的一初始电阻范围。在图14b的例子中，在施加对应条件3的测试脉冲之后，测试集合的一第一子集变化变化到一中间电阻范围，或者在形成状态。在图14c的例子中，在施加编程/设定脉冲之后，第一子集从中间电阻范围变化到低于50kohm的一第一最终电阻范围。

图15a和图15b绘示在一第一pufid阵列中生成一第一数据集(puf-id1)和在一第二pufid阵列中生成一第二数据集(puf-id2)的结果。如图15a和15b所示，本技术在第一pufid阵列(例如阵列01)与第二pufid阵列(例如阵列02)之间展现高独特性和不可预测的特性，其中各个pufid阵列包含1kbits(千位)。在这个例子中，第一pufid阵列和第二pufid阵列具有基于wox(钨氧化物)的可编程电阻式存储单元，其具有在一高电阻范围中的初始电阻。

对于在各种不同条件(例如分别在烘烤之前、在250℃烘烤0.25小时、和在250℃烘烤65小时)下的由本技术生成的数据集已进行可靠性测试。所述可靠性测试使用在烘烤之前、在250℃烘烤0.25小时之后、和在250℃烘烤65小时之后的一pufid阵列中的1000个存储单元。相比之下，pufid阵列中的该1000个存储单元于在二种不同条件下的烘烤之后的电阻状态，与pufid阵列中的该1000个存储单元在烘烤之前的电阻状态一致。于是，由本技术生成之数据集展现在高温(250℃)烘烤条件下误码率(biterrorrate，ber)的表现(ber＝0.00％)，并且能够应用于物联网(internetofthings，iot)产品和安全芯片。

图16绘示在高温烘烤条件(例如250℃)下于一第一最终电阻范围(例如范围1640)与一第二最终电阻范围(例如范围1650)之间的一读取限度1660。在这个例子中，读取限度1660介于400kohm与1000kohm之间，亦即，支持在700kohm+/-300kohm的一感测电阻阈值。读取限度1660宽到足以分离第一最终电阻范围和第二最终电阻范围，即使是在少数一些可能在高温烘烤条件(例如250℃)下引发的游曳(tail)位(例如范围1670)存在的情况下亦是如此。

本技术能够实施在其中存储单元具有在一高电阻范围中的初始电阻并接着形成到一较低的中间范围的装置中，包含过渡金属氧化物装置(基于wox的可编程电阻式存储器、基于五氧化二钽(ta2o5)的可编程电阻式存储器、基于二氧化铪(hfo2)的可编程电阻式存储器、基于钛氧氮化物(tion)的可编程电阻式存储器、基于tiox的可编程电阻式存储器)、导电细丝可编程电阻电阻式存储器(基于铜、基于银)、相变化存储器、和反熔丝装置(金属氧化物半导体(mos)或金属-绝缘体-金属(mim)结构，伴随着介电质崩溃，作为反熔丝存储单元)。

本技术能够实施在其中存储单元具有在一低电阻范围中的初始电阻并接着形成到一较高的中间范围的存储单元中，包含低初始电阻的金属氧化物存储器，例如wox可编程电阻式存储器，以及熔丝装置如金属熔丝、多晶硅熔丝和接触熔丝。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。