钛酸锶薄膜减薄方法、电容器及其制造方法、存储器

本发明涉及半导体制造，特别涉及一种钛酸锶薄膜减薄方法、电容器及其制造方法、存储器。

背景技术：

1、随着半导体技术向纳米尺度不断演进，金属-绝缘体-金属（mim）电容器对高介电常数、超薄物理厚度及极低漏电流的要求达到了前所未有的高度。sto（srtio3，钛酸锶）作为一种典型的钙钛矿结构三元复合氧化物，因其在室温下具有极高的理论介电常数，被广泛认为是构建高电容密度mim电容器的核心介质材料。

2、在实际电容器制造中，为了满足高集成度及压缩物理尺寸的需求，通常需要将sto薄膜的厚度控制在10nm及以下。然而，当直接生长厚度在10nm及以下的sto超薄膜时，由于衬底界面效应、晶核早期生长不连续以及尺度效应导致的结晶困难，使得sto薄膜极易产生微裂纹与高浓度的固有缺陷，这不仅会导致器件的漏电流急剧增大，导致提早电压击穿，还会使膜层的介电常数大幅劣化，远低于块体值，从而无法满足高电容密度或者高介电常数的要求。

3、研究发现，sto的结晶度与厚度正相关，也就是说sto越厚，结晶后的sto越容易达到理论块体介电常数。因此，先制备较厚的sto膜层并进行退火结晶，再进行厚度减薄是获得超薄且极高介电常数的可行方案。

4、然而，若采用传统的反应离子刻蚀（rie）或高能等离子体干法刻蚀对较厚的sto薄膜进行减薄，由于这种刻蚀工艺主要依赖高能量的离子轰击和连续的化学反应，使得高能离子轰击不可避免地会在sto晶格内部引入大量的氧空位、晶格畸变及严重的等离子体损伤，导致sto介质层的漏电流急剧增大，诱发膜层提早发生电压击穿；而且，传统连续刻蚀难以实现原子层级别的精细厚度控制，极易发生过度刻蚀。若采用湿法化学刻蚀，则因湿法化学刻蚀具有各向同性，且极易沿晶界发生过快浸蚀，从而无法保持sto薄膜在纳米尺度下的原子级表面平整度。

5、此外，由于sto含有sr和ti两种不同的金属阳离子，在传统刻蚀中，sr和ti的化学反应活性及产物去除速率差异巨大（例如钛的氟化物相对易挥发，而锶的氟化物晶格能高、难以清除），这往往导致刻蚀后残留的sto表面出现严重的非化学计量比现象（富sr或富ti），破坏了原有的相稳定性与电学各向同性。

6、因此，如何在实现无损伤、保持高平整度减薄的同时，精确调控并维持多元氧化物的局域化学计量比平衡，是当前高性能超薄电介质储能领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钛酸锶薄膜减薄方法、电容器及其制造方法、存储器，以至少解决如何对sto薄膜实现精准、无损伤的减薄的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种钛酸锶薄膜减薄方法，包括：

3、提供结晶后的钛酸锶薄膜；

4、对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰，以在钛酸锶薄膜表面形成氟化修饰层；

5、对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离，以减薄钛酸锶薄膜的整体厚度；

6、重复进行等离子体化学修饰和选择性离子轰击剥离，直至钛酸锶薄膜的厚度达到目标厚度。

7、可选的，在所述的钛酸锶薄膜减薄方法中，所述对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰所采用的气体为sf6。

8、可选的，在所述的钛酸锶薄膜减薄方法中，所述对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离所采用的等离子体为ar等离子体或ar/h2构成的混合等离子体。

9、可选的，在所述的钛酸锶薄膜减薄方法中，在对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰之后，所述钛酸锶薄膜减薄方法还包括：

10、利用惰性气体对钛酸锶薄膜表面进行吹扫。

11、可选的，在所述的钛酸锶薄膜减薄方法中，在对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离之后，所述钛酸锶薄膜减薄方法还包括：

12、利用惰性气体对钛酸锶薄膜表面进行吹扫。

13、为解决上述技术问题，本发明还提供一种电容器制造方法，所述电容器制造方法包括：

14、提供衬底；

15、在衬底上形成底电极；

16、在底电极上形成介质层，所述介质层的材质为钛酸锶；

17、对介质层进行退火处理，以使钛酸锶结晶；

18、采用如上任一项所述的钛酸锶薄膜减薄方法对介质层进行减薄处理，以使介质层的厚度为目标厚度；

19、在介质层上形成顶电极，以得到mim电容结构。

20、可选的，在所述的电容器制造方法中，所述底电极的材质为pt、tin、ru、ruo2、mo、srruo3、ir中的至少一种；所述顶电极的材质为pt、tin、ru、ruo2、mo、srruo3、ir中的至少一种。

21、可选的，在所述的电容器制造方法中，所述介质层的初始厚度不小于15nm，目标厚度小于等于10nm。

22、可选的，在所述的电容器制造方法中，所述退火的温度为400~550℃，气氛为氮气或氧气。

23、可选的，在所述的电容器制造方法中，在得到mim电容结构之后，所述电容器制造方法还包括：

24、图案化mim电容结构，以得到独立的电容器。

25、为解决上述技术问题，本发明还提供一种电容器，利用如上任一项所述的电容器制造方法制造获得，所述电容器包括自下而上依次设置的衬底、底电极、介质层和顶电极；所述介质层的材质为钛酸锶。

26、为解决上述技术问题，本发明还提供一种存储器，包括如上所述的电容器。

27、本发明提供的钛酸锶薄膜减薄方法、电容器及其制造方法、存储器，包括：提供结晶后的钛酸锶薄膜；对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰，以在钛酸锶薄膜表面形成氟化修饰层；对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离，以减薄钛酸锶薄膜的整体厚度；重复进行等离子体化学修饰和选择性离子轰击剥离，直至钛酸锶薄膜的厚度达到目标厚度。通过等离子体化学修饰形成自限制的氟化修饰层，平衡了sr和ti两种金属元素氟化层的去除速率；通过选择性离子轰击剥离将氟化修饰层选择性移除，实现了表面原子级平整化修整效应，从而实现了原子级厚度精细控制、高表面平整度且无高能物理轰击损伤的sto薄膜减薄，解决了如何对sto薄膜实现精准、无损伤的减薄的问题。

1.一种钛酸锶薄膜减薄方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钛酸锶薄膜减薄方法，其特征在于，所述对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰所采用的气体为sf6。

3.根据权利要求1所述的钛酸锶薄膜减薄方法，其特征在于，所述对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离所采用的等离子体为ar等离子体或ar/h2构成的混合等离子体。

4.根据权利要求1所述的钛酸锶薄膜减薄方法，其特征在于，在对钛酸锶薄膜的表面进行等离子体化学修饰之后，所述钛酸锶薄膜减薄方法还包括：

5.根据权利要求1所述的钛酸锶薄膜减薄方法，其特征在于，在对氟化修饰层进行选择性离子轰击剥离之后，所述钛酸锶薄膜减薄方法还包括：

6.一种电容器制造方法，其特征在于，所述电容器制造方法包括：

7.根据权利要求6所述的电容器制造方法，其特征在于，所述底电极的材质为pt、tin、ru、ruo2、mo、srruo3、ir中的至少一种；所述顶电极的材质为pt、tin、ru、ruo2、mo、srruo3、ir中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的电容器制造方法，其特征在于，所述介质层的初始厚度不小于15nm，目标厚度小于等于10nm。

9.根据权利要求6所述的电容器制造方法，其特征在于，所述退火的温度为400~550℃，气氛为氮气或氧气。

10.根据权利要求6所述的电容器制造方法，其特征在于，在得到mim电容结构之后，所述电容器制造方法还包括：

11.一种电容器，利用如权利要求6~10任一项所述的电容器制造方法制造获得，其特征在于，所述电容器包括自下而上依次设置的衬底、底电极、介质层和顶电极；所述介质层的材质为钛酸锶。

12.一种存储器，其特征在于，包括如权利要求11所述的电容器。