[发明专利]一种氮化硼衬底表面台阶刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种氮化硼衬底表面台阶刻蚀方法。

背景技术

近年来新型低维纳米材料如石墨烯、氮化硼、碳纳米管等的发现及成功制备，成为凝聚态领域研究的热点，随着它们独特新颖的物理化学性质逐渐被人们所发现，在微纳电子器件领域展现出巨大的应用前景。

六角氮化硼(h-BN)是一种与石墨烯结构类似的以SP²键合的层状六角晶格纳米材料，俗称白石墨烯。六角氮化硼与石墨烯具有类似的物理性质，如良好的热导率及稳定性，耐高温及腐蚀性，高硬度及化学稳定性等。由于其具有原子级平整的表面、无悬挂键、无电子掺杂，而被认为是一种石墨烯电子学器件的理想基底。同时由于六角氮化硼的离子成键方式与石墨烯不一样，因此也展现出石墨烯不同的物理性质如宽的带隙，高的电阻率，低介电常数等。这些优良的特性使得氮化硼纳米片在许多方面具有很好的应用前景，例如应用于高温下工作的微电子半导体器件、场发射器件、高温热传导复合材料、光电材料等。

但是，相对于石墨烯，氮化硼纳米片的制备方法不是很多。这主要是因为六方氮化硼中的相邻两个片层之间具有离子键的特征，这会导致其层间的作用力比石墨层间的范德华力要强一些，很难像石墨那样通过传统方法将六方氮化硼剥离开。

为了满足h-BN器件制备的需求，h-BN薄膜的图形化加工工艺显得尤为重要。当前h-BN图形化刻蚀多采用光刻结合等离子体刻蚀的方法，或者是在化学气相沉积系统中采用气体进行反应刻蚀，这些方法不能很好地控制刻蚀的层数或者厚度。

因此，如何提供一种氮化硼衬底表面台阶刻蚀方法，以使台阶刻蚀层数或厚度可控，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氮化硼衬底表面台阶刻蚀方法，用于解决现有技术中h-BN应用于微纳电子、光电器件以及集成电路等遇到的结构图形化问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化硼衬底表面台阶刻蚀方法，包括如下步骤：

S1：提供一六角氮化硼衬底；

S2：在所述六角氮化硼衬底表面形成掩膜层，并在所述掩膜层中形成暴露出所述六角氮化硼衬底表面的预设刻蚀图形；

S3：在所述掩膜层表面及所述预设刻蚀图形内沉积金属层；

S4：剥离所述掩膜层及其表面的金属层；

S5：对所述六角氮化硼衬底进行退火，然后去除所述预设刻蚀图形内的金属层，在所述六角氮化硼衬底表面得到单层氮化硼原子厚度的台阶。

可选地，所述掩膜层包括光刻胶或硬性掩膜板。

可选地，在所述掩膜层中形成所述预设刻蚀图形的过程中，采用紫外曝光法、电子束曝光法、X射线曝光法、离子束曝光法或纳米压印法在所述掩膜层中形成所述预设刻蚀图形的光刻图形。

可选地，所述金属层为单质金属Ni、Al、Zn、Mg、Fe、Sn、Pb或Co，或所述金属层为所述单质金属的合金。

可选地，所述金属层的厚度为2～100nm。

可选地，沉积所述金属层的方法为电子束蒸发法、溅射法、离子辅助沉积法或脉冲激光沉积法。

可选地，所述退火的气氛为Ar/H₂混合气体，气体流量比为200:100～200:20，退火温度范围是200～1000℃，退火时间为2～8小时。

可选地，采用湿法腐蚀去除所述预设刻蚀图形内的金属层。

可选地，所述湿法腐蚀采用HCl、(NH4)₂S₂O₈、HNO₃、H₂SO₄或乙酸溶液。

可选地，所述溶液的浓度为0.01～0.2mol/L，湿法腐蚀浸泡时间为1min～10hour。

可选地，所述六角氮化硼衬底采用机械剥离或化学气相沉积法得到。

可选地，于所述步骤S5之后，重复所述步骤S2～S5至少一次，在所述氮化硼衬底表面得到预设厚度的台阶。