一种超导电路及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超导电路及其制备方法，所述制备方法包括：（1）在衬底上制备钽层；（2）对所述钽层依次经一次钝化处理、光刻

【技术实现步骤摘要】
一种超导电路及其制备方法


[0001]本专利技术属于超导芯片
，具体涉及一种超导电路及其制备方法。

技术介绍

[0002]超导量子计算由于拥有巨大潜在的计算能力而受到广泛研究。实用的超导量子计算机需要能够实行大量的比特门操作，这就需要较长的相干时间。作为超导量子芯片的重要组成部分，超导电路可以用来调控和读取量子比特的状态，也可以对超导量子比特材料质量进行表征，还可以用来研究超导量子比特的退相干机制。在远低于超导临界温度的环境和近单光子的功率时，超导微波谐振器的本征品质因子越高，超导量子比特的相干时间越长。
[0003]在毫开尔文的温度及单光子功率下，超导微波谐振器的损耗主要由二能级缺陷(TLS)引起，虽然二能级缺陷的物理机制还在探索中，但有研究表明这些二能级缺陷主要分布在器件的衬底、金属以及空气的界面上，所以提高器件表面的洁净度、平整度、衬底结晶性，以及金属表面的均匀性，金属侧壁的平滑程度有利于提高器件的相干时间。
[0004]此外，对于超导量子电路，最重要的器件是约瑟夫森结、以及约瑟夫森结电极与Pad（常规金属接触点）之间电连接。约瑟夫森结电极与Pad的电连接涉及约瑟夫森结电极上、下超导金属层与Pad金属层之间的界面，且由于Pad有一定的厚度，所以还涉及到约瑟夫森结电极镀膜金属在Pad线路边缘的爬坡问题，如果Pad金属边缘太过陡直，镀膜金属将出现断裂，所以控制超导线路图形化膜层边缘的角度也有利于提高器件的成品率。
[0005]综上，为了减少二能级缺陷，制备高质量的超导电路，提高器件成品率，优化超导电路的制备方法至关重要。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超导电路及其制备方法，所述制备方法采用湿法刻蚀，并结合钝化工艺以及等离子体处理工艺，有效解决了现有技术中干法刻蚀带了的衬底损伤问题，改善了金属图形边缘的平滑程度，减少了器件的二能级损耗，提升了器件的致密性和稳定性，同时金属层坡度可调利于约瑟夫森结的制备。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种超导电路的制备方法，所述制备方法包括：（1）在衬底上制备钽层；（2）对所述钽层依次经一次钝化处理、光刻
‑
刻蚀处理以及二次钝化处理，得到超导电路；所述光刻
‑
刻蚀处理包括依次进行的涂胶、一次烘烤、图形化处理、二次烘烤、等离子体处理、湿法刻蚀以及光阻剥离。
[0008]本专利技术中，超导电路包括但不限于谐振器、读取馈线、控制线路或pad。
[0009]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过
以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0010]作为本专利技术优选的技术方案，步骤（1）所述衬底包括蓝宝石或高阻硅。
[0011]步骤（1）所述钽层的制备方式包括磁控溅射或分子束外延。
[0012]步骤（1）所述钽层的厚度为70
‑
400nm，例如70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、300nm、350nm或400nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，使用钽金属膜之前，先采用有机溶剂对金属衬底进行清洗，用于去除金属表面的杂质和有机物，示例性地，包括：先采用丙酮进行清洗，再采用异丙醇进行清洗，清洗后氮气风干。还可以使用紫外线臭氧清洗设备对表面进行清洁，用于去除有机污染物。
[0014]为进一步保证衬底的清洗效果，在采用丙酮清洗的过程中，控制温度为40
‑
50℃，同时配合超声处理。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，步骤（2）所述一次钝化处理的方式包括：采用食人鱼溶液浸泡10min以上。
[0016]经所述一次钝化处理后，钽层表面形成氧化钽层。
[0017]本专利技术中，食人鱼溶液由浓硫酸（98wt%）和过氧化氢（30wt%）组成，其中，浓硫酸与过氧化氢的体积比为2:1。采用食人鱼溶液浸泡可去除表面顽固的有机物和金属污染物，同时在钽薄膜表面形成致密的氧化钽层。与钽在自然氧化条件下形成的氧化钽（存在多种价态）相比，经食人鱼溶液处理后几乎均变为纯5价氧化钽，利于提高器件的性能。
[0018]在所述一次钝化处理与所述光刻处理之间进行干燥，可以使用热板或者烘箱进行干燥，干燥的温度大于100℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃或140℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]本专利技术中，通过干燥除去膜层表面的水汽，有利于提高光刻胶与膜层之间的附着力。此外，提高附着力的方法还包括在金属表面熏蒸六甲基二硅氮烷。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，光刻胶的选择包括但不限于AZ1500系列光刻胶。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤（2）所述一次烘烤的温度为100
‑
120℃，例如100℃、105℃、110℃、112℃、114℃、116℃、118℃或120℃等；时间为45
‑
120s，例如45s、50s、55s、60s、65s、70s、75s、80s、85s、90s、95s、100s、105s、110s、115s或120s等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，步骤（2）所述图形化处理包括依次进行的曝光和显影。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，步骤（2）所述二次烘烤的温度为130
‑
150℃，例如130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等；时间为2
‑
4min，例如2min、2.5min、3min、3.5min或4min等，上述数值的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术中，二次烘烤较一次烘烤的温度更高，优选地，控制二次烘烤温度比一次烘烤温度高20
‑
30℃，也可选择商用光刻胶的推荐的烘烤温度。根据光刻胶的具体型号，通过烘烤温度和烘烤时间可进一步改善光刻胶的硬度、附着力和耐腐蚀性，保证后期在刻蚀过
程中光刻胶不会局部或者整体脱落，避免腐蚀过程中光刻胶坍塌，对要刻蚀的金属薄膜形成包裹，导致出现刻蚀不彻底、图形边缘毛糙的问题，或者出现钻蚀问题。
[0025]作为本专利技术优选的技术方案，所述等离子体处理包括氧气等离子体处理。
[0026]进行氧气等离子体的过程中产生挥发性产物，通过真空泵排出。
[0027]本专利技术进行氧气等离子体处理过程中，形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导电路的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：（1）在衬底上制备钽层；（2）对所述钽层依次经一次钝化处理、光刻
‑
刻蚀处理以及二次钝化处理，得到超导电路；所述光刻
‑
刻蚀处理包括依次进行的涂胶、一次烘烤、图形化处理、二次烘烤、等离子体处理、湿法刻蚀以及光阻剥离。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述衬底包括蓝宝石或高阻硅；步骤（1）所述钽层的制备方式包括磁控溅射或分子束外延；步骤（1）所述钽层的厚度为70
‑
400nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述一次钝化处理前进行有机溶液处理；步骤（2）所述一次钝化处理的方式包括：采用食人鱼溶液浸泡10min以上；经所述一次钝化处理后，钽层表面形成氧化钽层；在所述一次钝化处理与所述光刻
‑
刻蚀处理之间进行干燥，干燥的温度大于100℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述一次烘烤的温度为100
‑
120℃，时间为45
‑
120s。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，熊康林，冯加贵，李书明，杨丽娜，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：