[发明专利]一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法

权利要求书

1.一种超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1）提供衬底；

2）于所述衬底上，于所述衬底的正面或背面沉积第一金属层；

3）于所述金属层上沉积第一绝缘层，刻蚀所述第一绝缘层形成第一沟槽，所述第一沟槽用于后续制备金属屏蔽壳；

4）于所述第一绝缘层上制备金属电阻层；

5）于所述金属电阻层上制备第二绝缘层，在所述第二绝缘层上制备形成第一过孔，所述第一过孔用于连接所述金属电阻层，在所述第二绝缘层上制备形成第二沟槽，所述第二沟槽与第一绝缘层沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；

6）在所述衬底上依次制备第一超导薄膜层、势垒层和第二超导薄膜层；

7）对所述第二超导薄膜层的进行刻蚀处理，形成约瑟夫森结区；

8）对所述势垒层进行刻蚀处理以去除部分的所述势垒层，保留所述约瑟夫森结区下方的所述势垒层；

9）对所述第一超导薄膜层进行刻蚀处理，形成超导量子干涉器件的自感环路和引线结构；

10）于所述第二超导薄膜层上沉积第三绝缘层，在所述第三绝缘层上形成第二过孔，所述第二过孔用于连接所述金属电阻层和引出所述约瑟夫森结的顶电极，在所述第三绝缘层上形成第三沟槽，所述第三沟槽与第二沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；

11）于所述第三绝缘层上沉积第三超导薄膜层，对所述第三超导薄膜层进行刻蚀处理，以形成配线层、输入线圈、反馈线圈和引线电极；

12）于所述第三超导薄膜层上沉积第四绝缘层，对第四绝缘层进行平坦化处理，在所述第四绝缘层上形成第四沟槽，所述第四沟槽与所述第三沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；

13）于所述第四绝缘层上沉积第二金属层，对所述第二金属层进行刻蚀处理，以在所述第四绝缘层上形成金属屏蔽壳盖，于所述第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽及第四沟槽中沉积第二金属层，对所述第二金属层进行刻蚀处理，以在所述第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽及第四沟槽中形成四周金属壁，与所述第一金属层及所述金属屏蔽壳盖共同构成超导量子干涉器件封闭的金属屏蔽壳，所述金属屏蔽壳的尺寸为百微米量级。

2.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一金属层及第二金属层采用非超导薄膜层，所述非超导薄膜层不仅屏蔽环境电磁场信号，而且使由环境或约瑟夫森结辐射的高频信号被快速损耗掉，避免超导薄膜感应电流形成涡流而影响超导量子干涉器件正常工作。

3.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一金属层包括金层、铜层、钯层中的任意一种；所述第二金属层包括金层、铜层、钯层中的任意一种；所述金属电阻层包括TiPd层及TiAuPd层中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述衬底包括Si/SiO₂衬底、MgO衬底及Al₂O₃衬底中的任意一种；所述第一绝缘层包括SiO₂层、SiO层及MgO层中的任意一种；所述第二绝缘层包括SiO₂层、SiO层及MgO层中的任意一种；所述第三绝缘层包括SiO₂层、SiO层及MgO层中的任意一种；所述第四绝缘层包括SiO₂层、SiO层及MgO层中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一超导薄膜层、所述势垒层和所述第二超导薄膜层构成的结构包括Nb/Al-AlOx/Nb结构、NbN/Al-AlOx/NbN结构及NbN/AlN/NbN结构中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述刻蚀处理的工艺包括反应离子腐蚀工艺、离子束刻蚀工艺、剥离工艺及化学刻蚀工艺中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：采用化学机械抛光工艺对所述第四绝缘层进行平坦化处理，以保证所述第二金属层的沉积。