[发明专利]一种铌基超导器件刻蚀方法

说明书

本发明提供一种铌基超导器件刻蚀方法，包括以下步骤：在全程保持真空状态的条件下，将待刻蚀的铌基器件放入至反应离子刻蚀腔，通入刻蚀气体进行刻蚀，所述刻蚀气体为C₄F₈、CHF₃、C₄F₆、含有C₄F₈的混合气体、含有CHF₃的混合气体或含有C₄F₆的混合气体，刻蚀结束后将器件取出。本刻蚀方案适用于硬掩膜或光刻胶掩膜Nb基样品，在大尺寸图形、亚微米级图形或更小尺寸的图形刻蚀上都能保证无沉积或较少的沉积；当刻蚀Nb‑AlOx‑Al‑Nb结构时可以有效停在Al或AlOx等材料组成的停止层上，同时刻蚀Nb至停止层后可以保证Nb材料无内掏的现象；本方法操作简单，刻蚀效果好，提高了器件的良率和产能。

技术领域

本发明属于超导器件制备领域，涉及一种铌基超导器件刻蚀方法。

背景技术

超导现象早在1911年就为世人所知。目前我国关于超导技术的各项研发均已步入正轨，且进入产业化运作，现已普遍运营在电力行业、通信领域、军事领域以及医疗领域等。随着超导技术的发展，超导量子器件的重要性逐渐突出，尤其在弱磁探测和量子计算领域倍受关注。超导电子学器件中，约瑟夫森结的制备是其中至关重要的一步。超导材料只有在特定的温度下才会呈现零电阻现象。超导材料主要分为高温超导和低温超导两大类，一般在常压下，液氮温度下有超导现象的材料成为高温超导体，在更低温度下才出现超导现象的材料成为低温超导体。约瑟夫森结以诺贝尔奖获得者英国物理学家布赖恩·约瑟夫森命。由两个超导体构成，它们被一个非常薄的非超导电层隔开，所以电子能够穿过绝缘层。当没有电压时超导体间的电流称作约瑟夫森电流（Josephson current），而电子通过障碍物的运动称作约瑟夫森隧穿（Josephson tunneling）。通过超导路径连结在一起的两个或多个结就构成了所谓的约瑟夫森干涉仪（Josephson interferometer）。

通常器件中，约瑟夫森结的结构有夹层结构和平面结构两类。夹层结构又成为三明治结，一般用于低温超导器件；平面结构一般多用于高温超导器件。低温超导器件中，Nb基器件的刻蚀是器件制备工艺中的一个难点。如Nb-AlOx-Al-Nb或Nb-Si-Nb结构进行反应离子刻蚀通常会出现Nb底部内掏（内掏形貌如图1a,1b,1c所示）或严重的侧壁沉积（严重沉积形貌如图2a,2b,2c所示）等问题，对器件的性能造成极大的影响。严重沉积的情况中，除有机物沉积外，还有较多的金属沉积，难以清洗，且对器件性能造成重要影响。同时由于在约瑟夫森结刻蚀过程中，Nb层与Al层性质不同，刻蚀方法也有所差异，如果使用氯基气体刻蚀，Al层容易吸附氯离子而造成腐蚀，如图7所示。因此如何实现刻蚀上面的Nb层和中间的Al层，并减少对下面Nb层的损伤，成为了目前Nb基器件刻蚀的急需解决的问题。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种铌基超导器件刻蚀方法。该刻蚀方法在进行刻蚀的过程中不产生或产生较少的沉积物的，保证刻蚀后Nb侧壁无严重的金属沉积或其他沉积物，实现光滑的台阶侧壁。

技术方案：一种铌基超导器件刻蚀方法，包括以下步骤：在全程保持真空状态的条件下，将待刻蚀的铌基器件放入至反应离子刻蚀腔，通入刻蚀气体进行刻蚀，所述刻蚀气体为C₄F₈、CHF₃、C₄F₆、含有C₄F₈的混合气体、含有CHF₃的混合气体或含有C₄F₆的混合气体，刻蚀结束后将器件取出。

进一步，所述反应离子刻蚀腔在通入刻蚀气体腔体后的真空度为0～100Pa。