[發明專利]一種在二維材料上加工光柵的方法

有效

• 申請號: 202110798895.8
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113448004B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 王磊;曲迪;陳帥;王俊;李宗宴;李文喆;劉新鵬
• 申請（專利權）人: 天津華慧芯科技集團有限公司
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F9/00;G03F7/20
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 蒙建軍

本發明公開了一種在二維材料上加工光柵的方法，屬于半導體材料加工技術領域，其特征在于，包括如下步驟：S1、FIB加工套刻標記；S2、SEM拍照；S3、制作加工版圖；S4、片源預處理；S5、涂膠；S6、EBL套刻；S7、顯影；S8、RIE刻蝕；S9、去膠。本發明通過FIB在待加工位置周邊直接刻蝕標記，然后將包括標記和待加工位置的SEM照片導入畫圖軟件，根據SEM照片可以直觀的判斷出待加工位置的相對坐標和方向，然后通過EBL自動套刻的方式，將圖形曝光在待加工區域。該方法可以實現加工位置誤差小于500nm，角度誤差小于0.1°；并且該方法工藝步驟較少，成本低，出錯率低。

技術領域

本發明屬于半導體材料加工技術領域，具體涉及一種在二維材料上加工光柵的方法。

背景技術

眾所周知，二維材料中的過渡金屬硫化物，例如二硫化鉬、二硒化鎢等，具有優異的光學與電學性能，這類材料具有可調的光子帶隙結構，已經成為納米光電子材料器件研究領域的研究熱點之一。單層過渡金屬硫化物具有直接帶隙，其在可見光波段，自由空間單層二硫化鉬的吸收為10-20％。近年來，基于過渡金屬硫化物類二維材料的光電器件研究快速發展，在能源、光電檢測、生物傳感等領域展示出重要的應用價值。

針對機械剝離辦法制備的二維材料，由于機械剝離制備的二維材料在片源上是隨機位置和角度分布的，并且尺寸較小，所以想在特定二維材料的特定位置和方向上加工，需要一種高定位精度的加工方法。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題，提供一種在二維材料上加工光柵的方法，通過FIB在待加工位置周邊直接刻蝕標記，然后將包括標記和待加工位置的SEM照片導入畫圖軟件，根據SEM照片可以直觀的判斷出待加工位置的相對坐標和方向，然后通過EBL自動套刻的方式，將圖形曝光在待加工區域。該方法可以實現加工位置誤差小于500nm，角度誤差小于0.1°；并且該方法工藝步驟較少，成本低，出錯率低。

本發明的目的是提供一種在二維材料上加工光柵的方法，包括如下步驟：

S1、FIB加工套刻標記：利用FIB在距離二維材料待加工區域200微米的位置刻蝕1個大十字標記和4個小十字標記，刻蝕深度大于200nm，四個小十字標記的周期為200微米，大十字標記在小十字標記左上方向300微米處，后續EBL曝光找標記時，先找大標記；

S2、SEM拍照：將4個小十字標記的方向轉正，在合適的放大倍數下，將小十字標記和待加工區域移到同一個視場下拍照；

S3、制作加工版圖：首先在L-edit軟件中畫出上述1個大十字標記和4個小十字標記，然后將SEM照片導入L-edit軟件中，調整SEM照片的單個像素點的大小以及照片的旋轉角度，使得SEM照片上的每個標記與版圖中對應的每個標記重疊，此時在SEM圖片中二維材料上待加工的位置畫出需要加工的圖形；

S4、片源預處理：將片源放在180℃熱板烘烤5min，然后使用氮氣槍吹掃片源，去除表面顆粒污染物；

S5、涂膠：利用涂膠機旋涂電子束光刻膠ZEP 520A，使用180℃熱板烘烤2min，去除光刻膠中多余溶劑；

S6、EBL套刻：將涂好光刻膠的片源放入EBL設備后，先在背散射電子探頭下尋找大十字標記，然后再通過大十字標記和小十字標記的相對坐標，找到小十字標記，最后根據小標記和待加工位置的相對坐標進行自動套刻；

S7、顯影：常溫下，在ZEDN50中顯影90s，接著在IPA中定影30S；進行高溫堅膜烘烤，使用120℃熱板烘烤2min；

S8、RIE刻蝕：對做好光刻膠圖形的二維材料進行RIE刻蝕，氣體為Ar，流量為25sccm，偏壓功率為50W，時間為30s-1min，將光刻膠的圖形轉移到二維材料上；

S9、去膠：將片源放入70℃去膠液中靜態浸泡10min-30min，去除表面光刻膠。