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超导量子比特和量子电路解决方案

探索领先的刻蚀和沉积解决方案,用于制造超导量子电路组件

用于量子的等离子体增强沉积和刻蚀解决方案

我们提供多种解决方案,适用于超导量子比特和量子电路:

  • 超导氮化物的原子层沉积,如 NbN、TiN
  • 隧穿势垒的原子层沉积,如 Al2O3、AlN
  • 超导金属和氮化物的等离子体刻蚀
  • 用于三维集成的硅深刻蚀,用于穿透硅通孔(TSV)
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超导TiN的原子层沉积

采用带有射频基片偏压的等离子体原子层沉积技术制备的超导TiN薄膜

我们成功地通过带电的等离子体ALD(原子层沉积)方法,沉积了超导性的TiN薄膜,通过带电过程来精确调节薄膜的性质,例如室温电阻率。因此,在250 C 下沉积的90纳米薄膜的临界温度达到了3K。

  • 90纳米TiN的临界温度约为3K
  • PlasmaPro ASP 系统中,高质量保形TiN薄膜的沉积速率>35纳米/小时
  • 射频偏压:可变以调节晶体结构、电阻率、薄膜密度和应力
  • 可进一步优化
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Resonator device

(图片来源: 格拉斯哥大学)

超导NbN的原子层沉积

s使用射频基板偏置(RF substrate bias)的等离子体ALD方法沉积超导性的NbN薄膜

我们已经开发了一种用于高温运行超导互连的NbN等离子体原子层沉积工艺

  • 射频偏压可调节应力,以实现最小的室温电阻率
  • >25纳米/小时的沉积速率,可获得高质量的保形氮化铌薄膜
  • 低室温电阻率与较高的超导转变温度(Tc)相关
  • 适用于制造垂直超导硅通孔的均匀涂覆
  • 50纳米NbN薄膜的Tc大于11K
  • 可采用更高温度的工艺,从而获得更高的Tc
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Bias RF power chart

添加少量偏压可以提高NbN薄膜的电阻率。

Tc = 12.9K diagram

改变等离子体功率是另一种调整沉积NbN应力的方法。

超导金属和金属氮化物的等离子体刻蚀

超导金属和金属氮化物的刻蚀:控制表面以减小噪声和信号损失

单层或叠层刻蚀可实现:

  • 光滑无残留的侧壁和表面
  • 精确控制刻蚀剖面
  • 集群到其他模块,进行无真空断点处理,如金属刻蚀后的隧穿势垒原子层沉积
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200 nm Nb etch

200纳米Nb刻蚀

光刻胶掩膜完全去除

200 nm Mo etch

200纳米Mo刻蚀

光刻胶掩膜部分去除

Vertical Al2O3 tunnel junction

垂直Al/Al2O3/Al隧穿结构多层刻蚀

隧穿势垒的原子层沉积

等离子体增强原子层沉积制备的全覆盖、无渗漏和低针孔的隧穿势垒

将等离子体ALD(PE-ALD)的优势与集群系统的能力与其他技术相结合,释放出独特的能力。

Al2O3等离子体ALD的主要优势:

  • 更高的击穿电压
  • 更低的泄漏电流
  • 低针孔率
  • 极为光滑的薄膜,降低噪声
  • 更高的密度
  • 原子层厚度精度
  • 每个周期的生长速率更快
  • 低碳和氢含量

在生长高质量PE-ALD Al2O3之前,可通过以下方式去除非晶态氧化物:

  • 使用基于氮化/还原等离子体的原位预清洁技术
  • 集成到ALE或金属刻蚀模块
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Tunnel barrier annotated diagram
Lower leakage current plasma ALD diagram and annotation

(图片来源:Jinesh等人,2011)

用于TSV的深硅刻蚀(DSiE)

用于3D集成的穿透硅通孔(TSV)

我们提供两种刻蚀工艺,用于制造垂直TSV,从而实现基于3D架构的超导量子电路的扩展:

  • Bosch刻蚀,具有高刻蚀速率和侧壁控制(最高可达20微米/分钟)
  • 低刻蚀速率和超光滑侧壁的低温刻蚀(最高可达2微米/分钟)

The PlasmaPro ASP原子层沉积系统能够以超过25纳米/小时的速率将符合要求的超导性氮化物沉积到TSV中。

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Diagram annotation
Bosch etch for TSV SEM

Bosch刻蚀用于TSV

Cryo etch SEM

低温刻蚀用于超光滑的侧壁特征

用于超导量子比特和量子电路应用的系统

这些解决方案由PlasmaPro ASPPlasmaPro 100沉积和蚀刻系统提供,能够生产小至200毫米晶圆的试样,并可集群以提高产量和避免真空中断。

我们的PlasmaPro 100平台能够高精度地沉积和刻蚀各种材料,适用于量子器件。

PlasmaPro ASP原子层沉积(ALD)系统经过精心设计,以确保高质量材料能够以灵活的方式沉积,运行多种化学反应,以提供优质的薄膜,用于器件集成。PlasmaPro ASP已经添加到Atomfab®产品系列平台中,以提供快速和低损伤的远程等离子体增强ALD。

牛津仪器在为快速发展的应用领域提供尖端解决方案方面具有悠久的历史,这些解决方案是量子技术的关键推动力,不仅限于器件制造解决方案。

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