本发明属于光刻技术领域，具体涉及一种氮化硼薄膜的刻蚀方法。
背景技术：
六方氮化硼是一种室温下化学性质和物理性质稳定的电介质材料，常用于高温润滑剂、石墨烯等二维电子器件、深紫外发光器件和介电陶瓷等领域。在制备电子器件时，需要将氮化硼刻蚀成一定的图案，而六方氮化硼稳定的物理化学性质使六方氮化硼的光刻难以实现。在强酸、强碱溶液中或高温氢气还原气氛中，虽然能够刻蚀氮化硼，但是苛刻的刻蚀条件下六方氮化硼在刻蚀的过程中构成器件的其它组成部分也会被刻蚀。本专利通过压印技术将氧化石墨烯转移至氮化硼薄膜表面表面然后在硫化钼蒸气的条件下实现了光刻，专利中利用硫化钼蒸气催化氮化硼分解，避免了强酸、强碱和高温对器件的危害。
技术实现要素：
本发明针对氮化硼薄膜光刻技术，提出了一种利用硫化钼蒸气催化氮化硼分解刻蚀氮化硼薄膜的方法。
本发明方法采用压印法以表面有图案的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板为印章，将氧化石墨烯溶液转印到氮化硼薄膜表面，然后在硫化钼蒸气中在一定温度下保温一定时间，在氮化硼表面刻蚀出图案，完成PDMS表面的图案向氮化硼表面的转移。
本发明一种氮化硼刻蚀的方法的具体步骤是：
步骤(1)、氮化硼薄膜的制备
将表面生长有300nm厚氧化层的放入石英管中；石英管中持续通入氩气和氢气的混合气，氩气与氢气的流量比为1～3:2,将电炉温度升至900～1000℃后保温5～30分钟；保温期间向石英管内通入硼氨烷蒸气；保温结束后，将石英管冷却到常温，冷却速率为20～30℃/min，取出硅片，获得生长在硅片表面的氮化硼薄膜，氮化硼薄膜的厚度为20～300nm；其中硼氨烷蒸气通过水浴加热硼氨烷产生，水浴温度40～100℃。
步骤(2)、PDMS印章的制作
采用市售的道康宁Sylgard 184有机硅和光栅为原材料制备PDMS印章。PDMS制备过程：取道康宁Sylgard 184中的单体：引发剂10～3：1的体积比例，将它们混合，然后使用洁净的玻璃棒不停的搅拌1～3小时，保证反应产生的气体不断的跑出，同时防止反应过程中试剂粘结；搅拌1～3小时后，得到的混合试剂是一种粘度大的试剂，将混合试剂倒在光栅上，用玻璃棒使试剂均匀的涂覆在光栅表面，静置10～24小时；静置完成后，于50～70℃加热5～10小时得到PDMS弹性薄膜，将PDMS薄膜从光栅表面机械剥离获得表面有光栅图案的PDMS印章。
步骤(3)、氮化硼薄膜刻蚀图案的制备。
取氮化硼薄膜，在氮化硼薄膜表面滴加氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯的浓度为0.1-10mg/ml,每平方毫米氮化硼薄膜上滴加0.02-0.1ml；然后裁剪PDMS印章，将印有光栅图案的一面，覆盖氮化硼薄膜表面，将氧化石墨烯溶液夹在PDMS印章和氮化硼薄膜之间，使PDMS印章与氮化硼薄膜接触紧密。整个过程置于通风橱内。6～20小时后将PDMS印章与氮化硼薄膜分离，获得表面有氧化石墨烯刻蚀图案的氮化硼薄膜基片。
步骤(4)、氮化硼薄膜的刻蚀。
把二硫化钼粉体放入烧杯形状的石英坩埚中，将表面转印有氧化石墨烯的氮化硼基片覆盖在石英坩埚的口部，基片表面有氮化硼的面朝向石英坩埚内部。将盛有二硫化钼的石英坩埚和氮化硼基片放入石英管中，石英管中充入氩气和氢气的混合气至1个大气压，氩气与氢气的流量比为1～3:2,将石英管温度升至400～600℃后保温1～12小时，停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20～30℃/min，取出氮化硼薄膜，获得刻蚀后有一定图形的氮化硼薄膜。
本发明的有益效果：本发明方法通过二硫化钼蒸气催化分解氮化硼，降低了氮化硼光刻条件，方法简单、方便和可操作性强。
具体实施方式
例1：
步骤(1)、氮化硼薄膜的制备
将表面生长有300nm厚氧化层的硅片放入石英管中。石英管中持续通入氩气和氢气的混合气，氩气与氢气的流量比为1:2,将电炉温度升至900℃后保温30分钟。同时向石英管内通入硼氨烷蒸气，30分钟后关闭通入硼氨烷蒸气。硼氨烷蒸气通过水浴加热硼氨烷产生，水浴温度100℃。电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为30℃/min，然后关闭通入氢气和氩气，取出硅片，获得生长在硅片表面的氮化硼薄膜，氮化硼薄膜的厚度为300nm。
步骤(2)、PDMS印章的制作。采用市售的道康宁Sylgard 184有机硅和光栅为原材料制备PDMS印章。PDMS制备过程：取单体：引发剂约10：1的比例下，将它们混合，然后使用洁净的玻璃棒不停的搅拌约3小时，保证反应产生的气体不断的跑出，同时防止反应过程中试剂粘结；搅拌3小时后，得到的混合试剂是一种粘度大的试剂，将混合试剂倒在光栅上，用玻璃棒使试剂均匀的涂覆在光栅表面，静置24小时；静置完成后，于70℃加热10小时得到PDMS弹性薄膜，将PDMS薄膜从光栅表面机械剥离获得表面有光栅图案的PDMS印章。
步骤(3)、氮化硼薄膜刻蚀图案的制备。
取10mm X 8mm氮化硼薄膜，氧化石墨烯的浓度为0.1mg/ml,在氮化硼薄膜表面滴加8ml氧化石墨烯溶液。然后裁剪10mm X 8mm的PDMS印章，将印有光栅图案的一面，覆盖氮化硼薄膜表面，将氧化石墨烯溶液夹在PDMS和氮化硼薄膜之间，用50g重的物体压在印章上面使PDMS印章与氮化硼薄膜接触紧密。整个过程在通风橱内的15mm X 15mm X 15mm的正方体容器内进行。20小时后将PDMS印章与氮化硼薄膜分离，获得表面有氧化石墨烯刻蚀图案的氮化硼薄膜基片。
步骤(4)、氮化硼薄膜的刻蚀。
把5g二硫化钼粉体放入烧杯形状的石英坩埚中，将表面转印有氧化石墨烯的氮化硼基片覆盖在石英坩埚的口部，基片表面有氮化硼的面朝向石英坩埚内部。将盛有二硫化钼的石英坩埚和氮化硼基片放入石英管中，石英管中充入氩气和氢气的混合气至1个大气压，氩气与氢气的流量比为1:2,将电炉温度升至600℃后保温12小时，之后电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为30℃/min，取出氮化硼薄膜，获得刻蚀后有一定图形的氮化硼薄膜。
例2：
步骤(1)、氮化硼薄膜的制备。将表面生长有300nm厚氧化层的硅片放入石英管中。石英管中持续通入氩气和氢气的混合气，氩气与氢气的流量比为3:2,将电炉温度升至1000℃后保温5分钟。同时向石英管内通入硼氨烷蒸气，5分钟后关闭通入硼氨烷蒸气。硼氨烷蒸气通过水浴加热硼氨烷产生，水浴温度40℃。电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20℃/min，然后关闭通入氢气和氩气，取出硅片，获得生长在硅片表面的氮化硼薄膜，氮化硼薄膜的厚度为20nm。
步骤(2)、PDMS印章的制作。采用市售的道康宁Sylgard 184有机硅和光栅为原材料制备PDMS印章。PDMS制备过程：取单体：引发剂约10：3的比例下，将它们混合，然后使用洁净的玻璃棒不停的搅拌约1小时，保证反应产生的气体不断的跑出，同时防止反应过程中试剂粘结；搅拌1小时后，得到的混合试剂是一种粘度大的试剂，将混合试剂倒在光栅上，用玻璃棒使试剂均匀的涂覆在光栅表面，静置10小时；静置完成后，于50℃加热5小时得到PDMS弹性薄膜，将PDMS薄膜从光栅表面机械剥离获得表面有光栅图案的PDMS印章。
步骤(3)、氮化硼薄膜刻蚀图案的制备。
取10mm X 8mm氮化硼薄膜，氧化石墨烯的浓度为10mg/ml,在氮化硼薄膜表面滴加1.6ml氧化石墨烯溶液。然后裁剪10mm X 8mm的PDMS印章，将印有光栅图案的一面，覆盖氮化硼薄膜表面，将氧化石墨烯溶液夹在PDMS和氮化硼薄膜之间，用10g重的物体压在印章上面使PDMS印章与氮化硼薄膜接触紧密。整个过程在通风橱内的15mm X 15mm X 15mm的正方体容器内进行。6小时后将PDMS印章与氮化硼薄膜分离，获得表面有氧化石墨烯刻蚀图案的氮化硼薄膜基片。
步骤(4)、氮化硼薄膜的刻蚀。
把15g二硫化钼粉体放入烧杯形状的石英坩埚中，将表面转印有氧化石墨烯的氮化硼基片覆盖在石英坩埚的口部，基片表面有氮化硼的面朝向石英坩埚内部。将盛有二硫化钼的石英坩埚和氮化硼基片放入石英管中，石英管中充入氩气和氢气的混合气至1个大气压，氩气与氢气的流量比为3:2,将电炉温度升至400℃后保温1小时，之后电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为20℃/min，取出氮化硼薄膜，获得刻蚀后有一定图形的氮化硼薄膜。
例3：
步骤(1)、氮化硼薄膜的制备。将表面生长有300nm厚氧化层的硅片放入石英管中。石英管中持续通入氩气和氢气的混合气，氩气与氢气的流量比为1:1,将电炉温度升至950℃后保温15分钟。同时向石英管内通入硼氨烷蒸气，15分钟后关闭通入硼氨烷蒸气。硼氨烷蒸气通过水浴加热硼氨烷产生，水浴温度60℃。电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为25℃/min，然后关闭通入氢气和氩气，取出硅片，获得生长在硅片表面的氮化硼薄膜，氮化硼薄膜的厚度为150nm。
步骤(2)、PDMS印章的制作。采用市售的道康宁Sylgard 184有机硅和光栅为原材料制备PDMS印章。PDMS制备过程：取单体：引发剂约5：1的比例下，将它们混合，然后使用洁净的玻璃棒不停的搅拌约2小时，保证反应产生的气体不断的跑出，同时防止反应过程中试剂粘结；搅拌2小时后，得到的混合试剂是一种粘度大的试剂，将混合试剂倒在光栅上，用玻璃棒使试剂均匀的涂覆在光栅表面，静置15小时；静置完成后，于60℃加热8小时得到PDMS弹性薄膜，将PDMS薄膜从光栅表面机械剥离获得表面有光栅图案的PDMS印章。
步骤(3)、氮化硼薄膜刻蚀图案的制备。
取10mm X 8mm氮化硼薄膜，氧化石墨烯的浓度为5mg/ml,在氮化硼薄膜表面滴加5ml氧化石墨烯溶液。然后裁剪10mm X 8mm的PDMS印章，将印有光栅图案的一面，覆盖氮化硼薄膜表面，将氧化石墨烯溶液夹在PDMS和氮化硼薄膜之间，用30g重的物体压在印章上面使PDMS印章与氮化硼薄膜接触紧密。整个过程在通风橱内的15mm X 15mm X 15mm的正方体容器内进行。10小时后将PDMS印章与氮化硼薄膜分离，获得表面有氧化石墨烯刻蚀图案的氮化硼薄膜基片。
步骤(4)、氮化硼薄膜的刻蚀。
把10g二硫化钼粉体放入烧杯形状的石英坩埚中，将表面转印有氧化石墨烯的氮化硼基片覆盖在石英坩埚的口部，基片表面有氮化硼的面朝向石英坩埚内部。将盛有二硫化钼的石英坩埚和氮化硼基片放入石英管中，石英管中充入氩气和氢气的混合气至1个大气压，氩气与氢气的流量比为1:1,将电炉温度升至500℃后保温6小时，之后电炉停止加热，将石英管冷却到常温，冷却速率为25℃/min，取出氮化硼薄膜，获得刻蚀后有一定图形的氮化硼薄膜。