[发明专利]一种在二维材料上加工光栅的方法

说明书

本发明公开了一种在二维材料上加工光栅的方法，属于半导体材料加工技术领域，其特征在于，包括如下步骤：S1、FIB加工套刻标记；S2、SEM拍照；S3、制作加工版图；S4、片源预处理；S5、涂胶；S6、EBL套刻；S7、显影；S8、RIE刻蚀；S9、去胶。本发明通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记，然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件，根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向，然后通过EBL自动套刻的方式，将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm，角度误差小于0.1°；并且该方法工艺步骤较少，成本低，出错率低。

技术领域

本发明属于半导体材料加工技术领域，具体涉及一种在二维材料上加工光栅的方法。

背景技术

众所周知，二维材料中的过渡金属硫化物，例如二硫化钼、二硒化钨等，具有优异的光学与电学性能，这类材料具有可调的光子带隙结构，已经成为纳米光电子材料器件研究领域的研究热点之一。单层过渡金属硫化物具有直接带隙，其在可见光波段，自由空间单层二硫化钼的吸收为10-20％。近年来，基于过渡金属硫化物类二维材料的光电器件研究快速发展，在能源、光电检测、生物传感等领域展示出重要的应用价值。

针对机械剥离办法制备的二维材料，由于机械剥离制备的二维材料在片源上是随机位置和角度分布的，并且尺寸较小，所以想在特定二维材料的特定位置和方向上加工，需要一种高定位精度的加工方法。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种在二维材料上加工光栅的方法，通过FIB在待加工位置周边直接刻蚀标记，然后将包括标记和待加工位置的SEM照片导入画图软件，根据SEM照片可以直观的判断出待加工位置的相对坐标和方向，然后通过EBL自动套刻的方式，将图形曝光在待加工区域。该方法可以实现加工位置误差小于500nm，角度误差小于0.1°；并且该方法工艺步骤较少，成本低，出错率低。

本发明的目的是提供一种在二维材料上加工光栅的方法，包括如下步骤：

S1、FIB加工套刻标记：利用FIB在距离二维材料待加工区域200微米的位置刻蚀1个大十字标记和4个小十字标记，刻蚀深度大于200nm，四个小十字标记的周期为200微米，大十字标记在小十字标记左上方向300微米处，后续EBL曝光找标记时，先找大标记；

S2、SEM拍照：将4个小十字标记的方向转正，在合适的放大倍数下，将小十字标记和待加工区域移到同一个视场下拍照；

S3、制作加工版图：首先在L-edit软件中画出上述1个大十字标记和4个小十字标记，然后将SEM照片导入L-edit软件中，调整SEM照片的单个像素点的大小以及照片的旋转角度，使得SEM照片上的每个标记与版图中对应的每个标记重叠，此时在SEM图片中二维材料上待加工的位置画出需要加工的图形；

S4、片源预处理：将片源放在180℃热板烘烤5min，然后使用氮气枪吹扫片源，去除表面颗粒污染物；

S5、涂胶：利用涂胶机旋涂电子束光刻胶ZEP 520A，使用180℃热板烘烤2min，去除光刻胶中多余溶剂；

S6、EBL套刻：将涂好光刻胶的片源放入EBL设备后，先在背散射电子探头下寻找大十字标记，然后再通过大十字标记和小十字标记的相对坐标，找到小十字标记，最后根据小标记和待加工位置的相对坐标进行自动套刻；

S7、显影：常温下，在ZEDN50中显影90s，接着在IPA中定影30S；进行高温坚膜烘烤，使用120℃热板烘烤2min；

S8、RIE刻蚀：对做好光刻胶图形的二维材料进行RIE刻蚀，气体为Ar，流量为25sccm，偏压功率为50W，时间为30s-1min，将光刻胶的图形转移到二维材料上；

S9、去胶：将片源放入70℃去胶液中静态浸泡10min-30min，去除表面光刻胶。