阅读说明：本技术 一种在二维材料上加工光栅的方法 (Method for processing grating on two-dimensional material ) 是由 王磊 曲迪 陈帅 王俊 李宗宴 李文喆 刘新鹏 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：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。(The invention discloses a method for processing a grating on a two-dimensional material, which belongs to the technical field of semiconductor material processing and is characterized by comprising the following steps of: s1, marking by FIB processing and alignment; s2, taking a picture by SEM; s3, manufacturing a processing layout; s4, preprocessing a film source; s5, gluing; s6, EBL alignment; s7, developing; s8, RIE etching; and S9, removing the photoresist. The method directly etches a mark on the periphery of the position to be processed through FIB, then introduces an SEM picture comprising the mark and the position to be processed into drawing software, can visually judge the relative coordinate and direction of the position to be processed according to the SEM picture, and then exposes a pattern in the area to be processed in an EBL automatic alignment mode. The method can realize that the error of the processing position is less than 500nm, and the angle error is less than 0.1 degree; the method has the advantages of fewer process steps, low cost and low error rate.)

一种在二维材料上加工光栅的方法

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。

优选地，所述二维材料为二硫化钼或二硒化钨。

优选地，所述大十字标记的尺寸为200微米×10微米。

优选地，所述小十字标记的尺寸为100微米×5微米。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明主要针对机械剥离办法制备的二维材料，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。

附图说明

图1为本发明优选实施例的工艺流程图；

图2为本发明优选实施例的套刻标记示意图；

其中：1、二硫化钼；2、Si衬底；3、套刻标记；4、ZEP 520A；5、曝光图形；6、光栅；7、大十字标记；8、小十字标记。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本发明的技术方案为：

一种在二维材料上加工光栅的方法，二维材料为二硫化钼或二硒化钨，此处以二硫化钼为例；包括如下步骤：

步骤一、FIB(聚焦离子束，Focused Ion Beam)加工套刻标记3：利用FIB在硅衬底2上距离二硫化钼1待加工区域200微米的位置刻蚀1个大十字标记7(200微米×10微米)和4个小十字标记8(100微米×5微米)，刻蚀深度不能太浅，需要大于200nm，太浅的话，EBL(电子束曝光系统，Electron Beam Lithography)无法自动检测到标记从而影响套刻精度。加工过程避免离子束扫到二硫化钼，对其产生损坏。如图2所示，四个小十字标记的周期为200微米，使其在FIB的一个写场内加工，保证其周期的准确性；大十字标记在小十字标记左上方向300微米处，后续EBL(100KV)曝光找标记时，先找大十字标记，避免高能电子束扫到待曝光区域，破坏图形。

步骤二、SEM(扫描电子显微镜Scanning Electron Microscope)拍照：在SEM下，将4个小十字标记按照附图2所示的方向尽量转正，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。

步骤三、制作加工版图：首先在L-edit软件中画出步骤1所述的5个标记(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图片中二硫化钼上待加工的位置画出想要加工的图形。

步骤四、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。

步骤五、涂胶：利用涂胶机旋涂电子束光刻胶ZEP 520A4，为了增强光刻胶的稳定性和强度，使用180℃热板烘烤2min，去除光刻胶中多余溶剂。

步骤六、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，由于大十字标记距离待曝光区域较远，可以避免高能电子束扫到待曝光区域，破坏图形；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，最后根据小十字标记和待加工位置的相对坐标进行自动套刻曝光。

步骤七、显影：常温下，在ZEDN50中显影90s，接着在IPA中定影30S，得到曝光图形5。为了增加电子束光刻胶ZEP 520A的抗刻蚀性以及套刻标记的稳定性，进行高温坚膜烘烤，使用120℃热板烘烤2min。

步骤八、RIE刻蚀：对已经做好光刻胶图形的二硫化钼进行RIE刻蚀，气体Ar，流量25sccm，偏压功率50W，时间30s-1min，将光刻胶的图形转移到二硫化钼上，得到二硫化钼光栅6。

步骤九、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。

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。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。