[发明专利]一种用于蓝宝石基底镀铝膜的量子芯片的湿法刻蚀方法有效

专利信息
申请号: 202110133690.8 申请日: 2021-02-01
公开(公告)号: CN113215574B 公开(公告)日: 2022-02-08
发明(设计)人: 于扬;宋树清;兰栋 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: C23F1/36 分类号: C23F1/36;H01L39/24
代理公司: 国浩律师(南京)事务所 32284 代理人: 孟睿
地址: 210008*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 蓝宝石 基底 镀铝 量子 芯片 湿法 刻蚀 方法
【说明书】:

发明涉及一种用于蓝宝石基底镀铝膜量子芯片制备的湿法刻蚀方法。以蓝宝石作为衬底,清洗抛光的衬底表面;在抛光的衬底表面镀铝膜,在铝膜表面涂敷光刻胶,经曝光、显影获得有图形的掩膜芯片;将坚膜后的掩膜芯片在四甲基氢氧化铵中进行刻蚀去除与图形对应的铝膜;去除剩余全部光刻胶,获得量子芯片;其中,使用四甲基氢氧化铵刻蚀与图形对应的铝膜时,分多次进行刻蚀,每次刻蚀时间不超过1分钟,待溶解的光刻胶边缘凝固后再进行下一次刻蚀,直到铝膜被刻蚀干净。本发明不会引入额外的离子污染,节约了微波谐振腔的制备成本。

技术领域

本发明属于量子芯片技术领域,尤其涉及用于蓝宝石基底镀铝膜的量子芯片制备的湿法刻蚀方法,用于制备高性能超导量子比特微波谐振腔。

背景技术

在大多数情况下,超导微波谐振腔是在高纯蓝宝石衬底上用铝膜制备的。铝具有致密的氧化层和理想的超导转变温度,并且蓝宝石的低损耗正切小于10-9,而谐振腔由光刻和蚀刻来定义,其损耗是由耦合到两能级系统(TLS)的数量决定的。众所周知,TLS损耗主要产生在块状介质和材料之间的界面上。

使用传统工艺制作谐振腔主要是通过干法刻蚀或湿法刻蚀工艺来进行制备的。其中,干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。在进行铝的干法刻蚀时,通常会使用氩气、氯气和三氯化硼,通过起辉过程生成等离子体。等离子体形态的气体化学性质更为活泼,可以更快地与铝发生反应,实现刻蚀去除地目的,同时,可以利用电场对等离子体进行加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将铝表面的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。而湿法刻蚀是一种将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。铝膜腐蚀液是一种专门用于铝材料的腐蚀液,其成分包括硝酸(用于铝的氧化)、磷酸(用于溶解表面的氧化铝)、醋酸(用于缓冲)和水(作为溶剂)。

但上述两种传统的制作谐振腔的工艺方案都有其缺陷,使得生产出优质超导微波谐振腔芯片的可能性显著降低。具体而言,干法刻蚀的光刻胶受高能氯离子影响后会变性然后很难去除,残留的光刻胶会降低微波谐振腔的品质因子。传统湿法刻蚀使用的铝膜腐蚀液会带来额外的酸性离子,产生额外的离子污染以及电磁损耗,从而降低谐振腔的品质因子。

在微波谐振腔中,铝和衬底刻蚀出的界面要保证平滑,不能出现超过百纳米的波动,大的波动都会导致额外电磁损耗,最终降低品质因子。如果直接使用四甲基氢氧化铵进行刻蚀,当铝膜被刻完时,四甲基氢氧化铵不仅刻蚀了铝膜,还会对作为掩膜的光刻胶产生巨大的刻蚀效果,导致靠近显影出槽的光刻胶被刻蚀,使其无法完成良好的掩膜效果,最终让铝和衬底刻蚀出的界面产生大线宽的波动,无法实现高品质因子。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术缺陷,本发明提出一种用于蓝宝石基底镀铝膜量子芯片制备的湿法刻蚀方法。

为了解决上述技术问题,本发明提供一种用于蓝宝石基底镀铝膜量子芯片制备的湿法刻蚀方法,步骤如下:

以蓝宝石作为衬底,清洗抛光的衬底表面;

在抛光的衬底表面镀铝膜,在铝膜表面涂敷光刻胶,

经曝光、显影获得有图形的掩膜芯片;

将坚膜后的掩膜芯片在四甲基氢氧化铵中进行刻蚀去除与图形对应的铝膜;

去除剩余全部光刻胶,获得量子芯片;

其中,使用四甲基氢氧化铵刻蚀与图形对应的铝膜时,分多次进行刻蚀,每次刻蚀时间不超过1分钟,待溶解的光刻胶边缘凝固后再进行下一次刻蚀,直到铝膜被刻蚀干净。

较佳地,抛光的衬底表面平整度波动在0.2到0.5纳米以内。

较佳地,在紫外光臭氧或者等离子体去胶机中清洗抛光的衬底表面。

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