[發明專利]一種改善超導量子器件EMC性能的器件結構與制備方法

有效

• 申請號: 202010962027.4
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112068047B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 伍文濤;林志榮;倪志;梁恬恬;王永良;張國峰;王鎮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L39/12
• 分類號: H01L39/12
• 代理公司: 上海泰博知識產權代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

1.一種超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

1）提供襯底；

2）于所述襯底上，于所述襯底的正面或背面沉積第一金屬層；

3）于所述金屬層上沉積第一絕緣層，刻蝕所述第一絕緣層形成第一溝槽，所述第一溝槽用于后續制備金屬屏蔽殼；

4）于所述第一絕緣層上制備金屬電阻層；

5）于所述金屬電阻層上制備第二絕緣層，在所述第二絕緣層上制備形成第一過孔，所述第一過孔用于連接所述金屬電阻層，在所述第二絕緣層上制備形成第二溝槽，所述第二溝槽與第一絕緣層溝槽位置對準，用于后續制備金屬屏蔽殼；

6）在所述襯底上依次制備第一超導薄膜層、勢壘層和第二超導薄膜層；

7）對所述第二超導薄膜層的進行刻蝕處理，形成約瑟夫森結區；

8）對所述勢壘層進行刻蝕處理以去除部分的所述勢壘層，保留所述約瑟夫森結區下方的所述勢壘層；

9）對所述第一超導薄膜層進行刻蝕處理，形成超導量子干涉器件的自感環路和引線結構；

10）于所述第二超導薄膜層上沉積第三絕緣層，在所述第三絕緣層上形成第二過孔，所述第二過孔用于連接所述金屬電阻層和引出所述約瑟夫森結的頂電極，在所述第三絕緣層上形成第三溝槽，所述第三溝槽與第二溝槽位置對準，用于后續制備金屬屏蔽殼；

11）于所述第三絕緣層上沉積第三超導薄膜層，對所述第三超導薄膜層進行刻蝕處理，以形成配線層、輸入線圈、反饋線圈和引線電極；

12）于所述第三超導薄膜層上沉積第四絕緣層，對第四絕緣層進行平坦化處理，在所述第四絕緣層上形成第四溝槽，所述第四溝槽與所述第三溝槽位置對準，用于后續制備金屬屏蔽殼；

13）于所述第四絕緣層上沉積第二金屬層，對所述第二金屬層進行刻蝕處理，以在所述第四絕緣層上形成金屬屏蔽殼蓋，于所述第一溝槽、第二溝槽、第三溝槽及第四溝槽中沉積第二金屬層，對所述第二金屬層進行刻蝕處理，以在所述第一溝槽、第二溝槽、第三溝槽及第四溝槽中形成四周金屬壁，與所述第一金屬層及所述金屬屏蔽殼蓋共同構成超導量子干涉器件封閉的金屬屏蔽殼，所述金屬屏蔽殼的尺寸為百微米量級。

2.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：所述第一金屬層及第二金屬層采用非超導薄膜層，所述非超導薄膜層不僅屏蔽環境電磁場信號，而且使由環境或約瑟夫森結輻射的高頻信號被快速損耗掉，避免超導薄膜感應電流形成渦流而影響超導量子干涉器件正常工作。

3.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：所述第一金屬層包括金層、銅層、鈀層中的任意一種；所述第二金屬層包括金層、銅層、鈀層中的任意一種；所述金屬電阻層包括TiPd層及TiAuPd層中的任意一種。

4.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：所述襯底包括Si/SiO₂襯底、MgO襯底及Al₂O₃襯底中的任意一種；所述第一絕緣層包括SiO₂層、SiO層及MgO層中的任意一種；所述第二絕緣層包括SiO₂層、SiO層及MgO層中的任意一種；所述第三絕緣層包括SiO₂層、SiO層及MgO層中的任意一種；所述第四絕緣層包括SiO₂層、SiO層及MgO層中的任意一種。

5.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：所述第一超導薄膜層、所述勢壘層和所述第二超導薄膜層構成的結構包括Nb/Al-AlOx/Nb結構、NbN/Al-AlOx/NbN結構及NbN/AlN/NbN結構中的任意一種。

6.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：所述刻蝕處理的工藝包括反應離子腐蝕工藝、離子束刻蝕工藝、剝離工藝及化學刻蝕工藝中的任意一種。

7.根據權利要求1所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于：采用化學機械拋光工藝對所述第四絕緣層進行平坦化處理，以保證所述第二金屬層的沉積。