【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超导量子计算与微纳加工，具体为一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺。
技术介绍
1、随着量子计算技术的飞速发展，超导量子比特作为一种极具潜力的量子计算元件，其性能的优化与加工技术的提升成为了研究的重点，超导量子计算微纳加工领域一直在探索更为高效、精确的加工方法，以满足日益增长的对高精度和小型化量子比特的需求，在这一背景下，本专利技术提出了一种基于聚焦离子束技术的超导量子比特折叠加工方法及工艺，旨在为超导量子计算领域提供一种新的加工手段。
2、然而，传统的超导量子比特加工方法主要基于平面加工工艺，这种方法在实现复杂三维结构的加工时面临巨大挑战，此外，传统的平面加工技术在对超导芯片的平行芯片磁场进行测量时，往往精度较低，无法准确获取关键信息，这对于深入研究超导材料的特性和优化芯片设计造成了阻碍，更重要的是，在晶圆的空间利用方面，现有技术无法充分发挥其潜力，导致超导比特的集成度受限，制约了超导量子比特的规模化开发及应用，传统技术在材料电磁缺陷、tls以及比特之间的串扰分布方面的研究也缺乏有效的手段。
3、因此，开发一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺，具有加工精度高、可重复性好、工艺兼容性好的优点，有望为超导量子计算领域带来革命性的变化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺，该通过聚焦离子束技术对超导薄膜材料及平面结构进行精确加工，实现了超导量子比特的折叠，
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一方面，一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，该加工方法的具体步骤为：
3、s100，衬底预处理与sio2图形初刻：选定12英寸及以下的硅、sic、gan的晶圆为基，运用原子力显微镜及应力测试仪，探测衬底表面形貌与应力初始值，运用krf准分子光刻技术蚀刻sio2图形，设计规则依超导比特功能布局与电气互联需求而定；
4、s200，介质层沉积与性能强化：在pecvd设备中，于80-100℃的低温区间，以sih4为主气源，其流量为50-150sccm，掺入少量n2o，流量为5-15sccm，100-300w射频功率激发等离子体沉积sio2膜，借助光学干涉仪以多光束干涉原理实时监测膜厚，确保膜厚均匀性偏差在±5％内、沉积速率稳定于0.5-2nm/s，以5-10℃/min的升温速率升至400-600℃区间，保温30-90min进行退火处理，从而将应力降至≤50mpa、消除微观缺陷，提升高温热预算至800℃以上，机械强度达到努氏硬度8-12gpa；
5、s300，超导约瑟夫森结的制备：在电子束蒸发腔室制备al/alox/al约瑟夫森结，沉积be-al膜前，于150-200℃degas处理30-60min，驱离杂质，选定沉积温为室温至150℃，沉积速率0.1-0.3nm/s速率，设定电子束流10-30ma、加速电压5-10kv，借石英晶体微天平实时监测膜厚，氧化制造10nmalox绝缘层，通过质量流量控制器调控o2流量5-15sccm、电容式薄膜真空计稳控腔压5×10-3-1×10-2torr、氧化时长20-40s，继续沉积te-al膜，进行光刻胶旋涂后以200-400μc/cm2进行电子束曝光转移设计图形，显影后通过离子束刻蚀be、te层，刻蚀能量300-500ev、束流10-30ma、角度5-15°，形成约瑟夫森结；
6、s400，膜层悬空结构加工：使用湿法刻蚀工艺刻蚀sio2膜实现悬空态，刻蚀温度20-25℃，刻蚀时长依据sio2膜厚与图形轮廓确定，借助反应动力学模型结合原位光学显微镜实时监测刻蚀前沿灰度变化及形态特征，在30-90s内动态优化刻蚀过程，刻蚀速率控制在10-30nm/s，制造扇形刻蚀区，扇形半径50-150μm、圆心角30-60°，精度±2°，悬空精度在±10μm内；
7、s500，fib辐照膜层折叠：将处理好的样品以50-100n夹紧力固定于6寸真空夹具在fib载台上，抽真空至＜10-6pa后，启动电子束与离子束，根据设备标准校准程序校准束斑尺寸、能量、扫描精度后，载台倾55°±1°、wd调6mm±0.1mm锁定加工区，根据设计蓝图绘制加工框并设定尺寸，以50pa±5pa的电流、30kev的能量进行辐照，利用sem实时采集图像分析薄膜应力-应变场演化，依据ta膜形变的应变率0.005-0.02％/s微调参数，扫描速率0.5-2μm/s阶梯调节、束斑尺寸5-15nm动态优化，控制形变速率0.05-0.2μm/s、方向精度±1°，直至ta膜立起来或达到弯曲的形态后，停止辐照；
8、s600，fib沉积功能进阶：移动铂探头至加工位，以10-20℃/min升温至300-400℃，绘制沉积区，长3-8μm、宽2-6μm、深1μm，精度±0.3μm，根据图形面积设100-250pa电流、30kev能量启动沉积，沉积前向腔室通入氩气驱离氧杂质，沉积速率依据pt沉积动力学方程与电场分布有限元模拟优化并精准控制在0.05-0.2μm/min，借助原子力显微镜监测表面形貌进行反馈调控，通过sem配能谱仪实时监测铂原子沉积分布均匀性、厚度精度，根据pt晶体生长模型与薄膜成核理论，通过高分辨透射电镜观测微观结构验证，根据薄膜材质特性与厚度范围定制辐照策略，结合tsv工艺预规划通孔布局，于薄膜折叠各阶段避干扰，借tsv实现垂直电气互联，提升集成度与性能。
9、进一步地，所述s100，衬底预处理与sio2图形初刻中蚀刻的线宽、间距、深度及图形轮廓精度的参数设定为：线宽依比特传输线宽、耦合强度理论精确计算为100-500nm，间距依电磁屏蔽、串扰抑制模型精准计算为200-800nm，深度依后续沉积膜厚、刻蚀工艺兼容性严格确定为100-300nm，图形轮廓精度＜±10nm。
10、更进一步地，所述s200，介质层沉积与性能强化中所沉积的sio2膜厚度为200-300nm。
11、更进一步地，所述s300，超导约瑟夫森结的制备中be-al膜厚度在95-105nm，te-al膜厚度98-102nm。
12、更进一步地，所述s300，超导约瑟夫森结的制备中光光刻胶旋涂的转速为3000-5000rpm，厚度为1-2μm。
13、更进一步地，所述s400，膜层悬空结构加工中使用湿法刻蚀工艺刻蚀下层sio2膜所使用溶液为氢氟酸hf溶液。
14、更进一步地，所述s500，fib辐照膜层折叠中电子束的束流为1-5na，离子束的束流为50-100pa。
15、更进一步地，所述s600，fib沉积功能进阶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，该加工方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S100，衬底预处理与SiO2图形初刻中蚀刻的线宽、间距、深度及图形轮廓精度的参数设定为：线宽依比特传输线宽、耦合强度理论精确计算为100-500nm，间距依电磁屏蔽、串扰抑制模型精准计算为200-800nm，深度依后续沉积膜厚、刻蚀工艺兼容性严格确定为100-300nm，图形轮廓精度＜±10nm。
3.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S200，介质层沉积与性能强化中所沉积的SiO2膜厚度为200-300nm。
4.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S300，超导约瑟夫森结的制备中BE-Al膜厚度在95-105nm，TE-Al膜厚度98-102nm。
5.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S300，超导约瑟夫森结的制备中光光刻胶旋涂的转速为3000
6.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S400，膜层悬空结构加工中使用湿法刻蚀工艺刻蚀下层SiO2膜所使用溶液为氢氟酸HF溶液。
7.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S500，FIB辐照膜层折叠中电子束的束流为1-5nA，离子束的束流为50-100pA。
8.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S600，FIB沉积功能进阶中FIB沉积功能进阶所涉薄膜材质特性为：单层包括Nb、Al、Ta、TiN；多层包括Nb/AlOx/Nb、Al/AlOx/Al。
9.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述S600，FIB沉积功能进阶中当厚度＜100nm时降能至15-25Kev、增速至1-3μm/s微调控形；当厚度≥300nm时增长辐照时长10-30min，采用多段辐照分3-5段，每段能量±5Kev微调。
10.一种超导量子芯片处理器折叠比特加工工艺，其特征在于，该加工工艺的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，该加工方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述s100，衬底预处理与sio2图形初刻中蚀刻的线宽、间距、深度及图形轮廓精度的参数设定为：线宽依比特传输线宽、耦合强度理论精确计算为100-500nm，间距依电磁屏蔽、串扰抑制模型精准计算为200-800nm，深度依后续沉积膜厚、刻蚀工艺兼容性严格确定为100-300nm，图形轮廓精度＜±10nm。
3.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述s200，介质层沉积与性能强化中所沉积的sio2膜厚度为200-300nm。
4.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述s300，超导约瑟夫森结的制备中be-al膜厚度在95-105nm，te-al膜厚度98-102nm。
5.根据权利要求1所述的一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法，其特征在于，所述s300，超导约瑟夫森结的制备中光光刻胶旋涂的转速为3000-5000rpm，厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦文斌，宿非凡，胡晨静，邓辉，严凯，张海斌，燕军祥，朱晓波，彭承志，潘建伟，
申请(专利权)人：合肥国家实验室，
类型：发明
国别省市：
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