[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

本發明提供一種改善超導量子器件EMC性能的器件結構與制備方法，器件結構包括襯底、第一金屬層，絕緣結構層，第一金屬層及金屬屏蔽殼蓋之間為超導量子干涉器件的結構區，該結構區其主要包括約瑟夫森結區、勢壘層、自感環路和引線結構、配線層、輸入線圈、反饋線圈和引線電極等。本發明可以提高超導量子干涉器件抗干擾能力，減小超導量子干涉器件的封裝體積，提高使用系統集成度。本發明的屏蔽殼僅百微米量級，其本征諧振頻率和低頻截止頻率遠高于超導量子干涉器件工作點，避免對器件的影響。此外，集成屏蔽殼采用金屬層，可以損耗約瑟夫森結高頻輻射，在器件陣列中增加了相鄰器件之間的隔離，避免相互串擾。

技術領域

本發明屬于半導體器件設計及制造領域，特別是涉及一種改善超導量子器件EMC性能的器件結構與制備方法。

背景技術

超導量子干涉器件(SQUID)是一種極靈敏的磁通傳感器，可以檢測任意能轉換成磁通的微弱信號。自1960年代問世以來，經半個世紀發展，已經廣泛應用于生物磁測量、地球物理探測、無損檢測、天文觀測以及放大電路系統等各種應用和研究領域。

SQUID器件具有極靈敏的探測能力，與常用的半導體探測器相比，更易受外界環境電磁場影響而不能正常工作。主要是因為SQUID器件是由josephson結構成，與半導體的PN結相比，josephson結表現出更復雜的高頻特性。首先，josephson結具有高頻振蕩特性，在工作點處(V～20uV@10GHz)自身高頻信號與外界電磁信號耦合，使得SQUID器件工作點處IV與曲線畸形，惡化工作性能，甚至無法正常工作；其次，josephson結具有強的非線性電感特性，與其電容和電路電感構成高頻諧振腔，在不同的電磁場信號泵浦下，表現出參量放大的功能；最后，josephson結IV曲線具有強非線性，該非線性使得噪聲或干擾信號與其本征高頻振蕩信號混頻而進入SQUID器件的直流和低頻段，使得SQUID器件噪聲性能急劇惡化。因此，改善SQUID器件的EMC性能是其走向廣泛應用的一個重要挑戰。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種超導量子干涉器件及其制備方法，用于解決現有技術中超導量子干涉器件的EMC性能難以改善的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種超導量子干涉器件的制備方法，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；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；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；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；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。