一种一次性可编程只读存储器及其制备方法和应用

本发明属于微电子器件，具体涉及一种一次性可编程只读存储器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、一次性可编程只读存储器（otp rom）是一种只能编程一次的非易失性存储器，其被广泛应用在芯片安全密钥存储、唯一芯片id固化以及低成本存储等领域。现有otp存储器依据编程机制的不同主要分为熔丝型otp存储器、反熔丝型otp存储器和浮栅型otp存储器，但这几类otp存储器均存在明显的缺陷，具体如下：

2、1）熔丝型otp存储器基于金属或多晶硅熔丝的通断实现数据存储，编程时通过施加高电流使熔丝熔断形成断路，该类器件结构简单，但存在编程电流大、功耗高的问题，且随着工艺节点缩小，熔丝的尺寸难以进行等比例缩减，进而限制了其在先进工艺中的应用；

3、2）反熔丝型otp存储器是利用栅氧化层或介质层在高压下的不可逆击穿实现编程，初始状态为高阻态，编程后形成永久性导电通路，该类器件与熔丝型otp存储器相比单元面积更小、编程电流更低，但仍然面临诸多挑战，例如：a）编程需要高电压，因而需要集成电荷泵等高压电路，增加了芯片面积和设计复杂度；b）随着cmos工艺向先进节点演进，需要降低栅氧化层厚度，而栅氧化层厚度降低后容易发生软击穿现象，会导致编程后导电通道不完全，最终出现数据保持失效的问题；

4、3）浮栅型otp存储器利用电荷存储机制实现数据写入，该类器件需要复杂的浮栅晶体管结构和擦除电路，不仅制造工艺复杂，而且与标准逻辑工艺不兼容，通常需要额外的光罩层，导致器件成本显著增大。

5、综上可知，现有otp存储器在结构复杂度、工艺兼容性、编程功耗、数据可靠性等方面还存在各自的局限性，根本无法完全满足实际应用需求。

6、因此，开发一种结构简单、工艺兼容、编程功耗低、数据保持性好的otp存储器具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种一次性可编程只读存储器及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种一次性可编程只读存储器，其组成包括依次层叠设置的衬底、底电极、铟锡锌氧化物（itzo）薄膜和顶电极，顶电极为氧亲和性金属电极。

4、优选地，所述衬底为玻璃衬底、柔性聚酰亚胺（pi）衬底、硅/二氧化硅（si/sio2）衬底、聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯（pen）衬底中的一种。

5、优选地，所述底电极的组成成分为氟掺杂二氧化锡（fto）、铟锡氧化物（ito）中的至少一种。

6、优选地，所述底电极的厚度为100nm～600nm。

7、优选地，所述铟锡锌氧化物薄膜的厚度为20nm～100nm。

8、优选地，所述顶电极的组成成分为al、ta、mg、ti、hf、zr中的至少一种。

9、优选地，所述顶电极的厚度为40nm～100nm。

10、一种如上所述的一次性可编程只读存储器的制备方法包括以下步骤：

11、1）采用喷雾热解法或化学气相沉积法在衬底表面沉积底电极材料，形成底电极；

12、2）采用磁控溅射法在底电极表面沉积铟锡锌氧化物，形成铟锡锌氧化物薄膜；

13、3）采用热蒸发法或磁控溅射法在铟锡锌氧化物薄膜表面沉积顶电极材料，形成顶电极。

14、优选地，步骤2）所述磁控溅射法的工艺参数包括：靶材为ito靶材和zno靶材，ito靶材的溅射功率为30w～100w，zno靶材的溅射功率为30w～130w，溅射气体为ar-o2混合气体，ar-o2混合气体的流量比（即ar、o2的流量比）为10:1～10，溅射气压为0.5pa～1pa，溅射时间为30s～300s。

15、一种射频识别（rfid）标签，其包含上述一次性可编程只读存储器。

16、优选地，所述射频识别标签包含多个串联的一次性可编程只读存储器。

17、一种如上所述的射频识别标签在无人售卖领域、快递物流领域、芯片id固化领域或密钥存储领域中的应用。

18、本发明的一次性可编程只读存储器的工作原理：本发明的一次性可编程只读存储器中的氧亲和性金属电极能够诱导itzo薄膜中的氧离子迁移，从而可以在itzo薄膜和氧亲和性金属电极（顶电极）的界面处发生不可逆的氧化反应形成永久阻挡层，最终实现一次性编程。

19、本发明的有益效果是：本发明的一次性可编程只读存储器具有结构简单、编程功耗低、稳定性高、存储窗口大、数据保持性好等优点，适合用于无人售卖、快递物流、芯片id固化、密钥存储等领域，且其制备方法简单、成本低廉、工艺兼容性好，适合进行大规模工业化生产和应用。

20、具体来说：

21、1）结构简单，成本低廉：本发明的一次性可编程只读存储器采用两端阻变器件结构，无需复杂的晶体管或浮栅结构，其制备工艺简单，与现有工艺的兼容性好，且无需额外的光罩，显著降低了制造成本；

22、2）编程功耗低：本发明的一次性可编程只读存储器是基于itzo薄膜的阻变机制进行编程，编程电压低（例如：forming电压分布在3.5v～4v之间），编程电流小，器件功耗低，适合低功耗应用场景；

23、3）稳定性高，存储窗口大：本发明的一次性可编程只读存储器在编程后能够形成稳定的阻挡层，可以实现不可逆的电阻转变，具有良好的数据保持性能（3000秒以上），存储窗口接近1000，满足高可靠性存储的实际应用需求；

24、4）工艺可控性好：本发明通过调节磁控溅射参数（例如：溅射功率、溅射气压、溅射气体的流量比、溅射时间等）可以精确控制itzo薄膜的厚度、成分以及氧空位含量，进而可以灵活调节器件性能；

25、5）本发明的一次性可编程只读存储器特别适用于低成本rfid标签，可以广泛应用在无人售卖、快递物流、芯片id固化、密钥存储等领域。

1.一种一次性可编程只读存储器，其特征在于，组成包括依次层叠设置的衬底、底电极、铟锡锌氧化物薄膜和顶电极；所述顶电极为氧亲和性金属电极。

2.根据权利要求1所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述衬底为玻璃衬底、柔性聚酰亚胺衬底、硅/二氧化硅衬底、聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚萘二甲酸乙二醇酯衬底中的一种。

3.根据权利要求1所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述底电极的组成成分为氟掺杂二氧化锡、铟锡氧化物中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述底电极的厚度为100nm～600nm。

5.根据权利要求1所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述铟锡锌氧化物薄膜的厚度为20nm～100nm。

6.根据权利要求1所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述顶电极的组成成分为al、ta、mg、ti、hf、zr中的至少一种。

7.根据权利要求1或6所述的一次性可编程只读存储器，其特征在于：所述顶电极的厚度为40nm～100nm。

8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的一次性可编程只读存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种射频识别标签，其特征在于，包含权利要求1～7中任意一项所述的一次性可编程只读存储器。

10.一种如权利要求9所述的射频识别标签在无人售卖领域、快递物流领域、芯片id固化领域或密钥存储领域中的应用。