一种空气桥的制备方法及一种超导量子器件与流程

1.本技术属于量子信息领域，尤其是量子计算技术领域，特别地，本技术涉及一种空气桥的制备方法及一种超导量子器件。背景技术：2.随着量子芯片上集成的元器件的尺寸的不断减小和集成密度的不断提高，量子芯片的布线策略已经成为了一个非常关键的问题。空气桥作为一种能够连接两个或多个器件的悬空的结构，为实现灵活布线提供了一种可选方案。3.然而，在衬底的外延层上制备空气桥时往往需要先进行金属沉积工艺以形成空气桥图形，然后再进行刻蚀去除空气桥图形以外的残留金属，而制备工艺中刻蚀去除位于外延层上的残留金属的过程极易对外延层造成损伤。发明创造内容4.本技术的目的是提供一种空气桥的制备方法及一种超导量子器件，以解决现有技术中的不足，它在制备空气桥过程中能够较准确的控制刻蚀终点，不易对外延层造成损伤影响。5.本发明的一个方面提供一种空气桥的制备方法，包括：6.提供形成有外延层的衬底，所述外延层包括分隔的第一子层和第二子层；7.形成桥支撑层于所述第一子层和所述第二子层之间；8.形成金属层于所述衬底在所述桥支撑层一侧的表面，所述金属层包括覆盖所述桥支撑层且连接所述第一子层和所述第二子层的空气桥；9.形成抗蚀层覆盖所述空气桥；10.依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层，且所述第二刻蚀液的浓度小于所述第一刻蚀液的浓度；11.去除所述抗蚀层和所述桥支撑层获得所述空气桥。12.在一些实施方式中，所述形成桥支撑层于所述第一子层和所述第二子层之间的步骤，包括：13.涂覆光刻胶于所述外延层以获得光刻胶层；14.图形化所述光刻胶层以获得位于所述第一子层和所述第二子层之间的所述桥支撑层。15.在一些实施方式中，所述桥支撑层的两侧形成有遮挡层，所述桥支撑层和所述遮挡层之间限定形成用于暴露出部分所述第一子层的第一窗口以及用于暴露出部分所述第二子层的第二窗口，所述第一窗口用于限定形成所述空气桥与所述第一子层的连接端，所述第二窗口用于限定形成所述空气桥与所述第二子层的连接端。16.在一些实施方式中，所述第一窗口和所述第二窗口的截面大小不超过15um×15um。17.在一些实施方式中，所述遮挡层的高度大于所述桥支撑层的高度。18.在一些实施方式中，在所述形成金属层于所述衬底在所述桥支撑层一侧的表面的步骤之前，还包括：圆角化所述桥支撑层的边角。19.在一些实施方式中，所述外延层和所述金属层为同种超导金属材质。20.在一些实施方式中，所述外延层和所述金属层均为铝。21.在一些实施方式中，依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层的步骤，包括：利用第一刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层的第一厚度部分；利用第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层的第二厚度部分；其中，所述第一厚度部分为所述金属层的厚度的50％-80％，所述第二厚度部分为所述金属层的厚度的20％-50％。22.本发明的另一个方面提供一种超导量子器件，所述超导量子器件包括根据所述的制备方法制备的空气桥。23.与现有技术相比，本发明的方案先在形成有包括分隔的第一子层和第二子层的外延层的衬底上，形成桥支撑层于所述第一子层和所述第二子层之间；然后，形成金属层于所述衬底在所述桥支撑层一侧的表面，所述金属层包括覆盖所述桥支撑层且连接所述第一子层和所述第二子层的空气桥；再形成抗蚀层覆盖所述空气桥；接着，依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层，且所述第二刻蚀液的浓度小于所述第一刻蚀液的浓度；最后，去除所述抗蚀层和所述桥支撑层获得所述空气桥，即能够制备出将分隔的第一子层和第二子层连接的空气桥，且本实施例中先利用第一刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层的一部分，再利用浓度小于第一刻蚀液浓度的第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层的剩余部分，因而在去除位于外延层上的残留金属时，刻蚀进度可控，不易发生过刻，从而能够避免对外延层造成损伤。附图说明24.图1为本技术实施例提供的一种衬底的结构示意图；25.图2为本技术实施例提供的一种空气桥的制备方法的步骤流程示意图；26.图3为本技术实施例提供的一种空气桥的制备方法的流程图；27.图4为本技术实施例提供的另一种空气桥的制备方法的步骤流程示意图。28.附图标记说明：29.1-衬底，2-外延层，3-光刻胶层，4-金属层，5-抗蚀层，30.21-第一子层，22-第二子层，31-桥支撑层，32-遮挡层，33-第一窗口，34-第二窗口，41-空气桥。具体实施方式31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。32.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。33.另外，应该理解的是，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案″上″时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层″下″时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层″上″和″下″的指代。34.图1为本技术实施例提供的一种由共面波导传输线的结构示意图，示意性的表示出量子芯片上的一段共面波导传输线的立体结构。35.下面介绍空气桥在量子芯片布线时的一种应用场景，在超导体系的量子芯片中，衬底上形成有读取信号线、读取谐振腔、量子比特的调控信号线、地等结构，读取信号线、读取谐振腔和量子比特的调控信号线均由共面波导传输线构成。该传输线对地的图形结构形成割裂，示例性的，参照图1所示，在衬底1上形成的外延层2被共面波导传输线等结构分割，形成割裂开的第一子层21和第二子层22，这种割裂导致量子芯片在信号输入时，传输线两侧的第一子层21、第二子层22具有电势差，从而激发寄生槽线模式继而影响量子比特的相干性，为了解决这一问题，则需要消除传输线两侧的第一子层21、第二子层22的电势差。空气桥是一种利用三维的金属导线，它可以将二维平面上被分割的第一子层21、第二子层22连接起来平衡电势。36.而在目前的相关技术中，在衬底1的外延层2上制备空气桥时往往需要先进行金属沉积工艺以形成连接第一子层21和第二子层22的空气桥，然后再进行刻蚀去除空气桥以外的残留金属，而在去除位于外延层上的残留金属时，极易对外延层造成损伤，本技术针对于此提出解决方案。37.图2中a至f为本技术实施例提供的一种空气桥的制备方法的步骤流程示意图。38.图3为本技术实施例提供的一种空气桥的制备方法的流程图。39.图4中a至f为本技术实施例提供的另一种空气桥的制备方法的步骤流程示意图。40.需要说明的是，图2和图4为本发明实施例中空气桥的制备方法的各步骤流程中mn截面的示意图。41.参见图2、图3和图4，并结合图1所示，本技术的实施例提供了一种空气桥的制备方法，包括步骤s100至步骤s600，其中：42.s100、提供形成有外延层2的衬底1，所述外延层2包括分隔的第一子层21和第二子层22，示例性的，第一子层21和第二子层22被共面波导传输线分割开，具体实施时，不限于此，例如，第一子层21和第二子层22也可以是因为被槽或者其他元器件分隔开，可以理解的是，外延层2可以是利用沉积、镀膜等工艺形成于衬底1上。43.s200、形成桥支撑层31于所述第一子层21和所述第二子层22之间，可以理解的是，本步骤中，所述桥支撑层31用于支撑限定空气桥的结构，桥支撑层31的高度和宽度根据空气桥的设计尺寸进行调整，桥支撑层31的材质可以根据需要选择，例如，可以是sio2，光刻胶(如s1813光刻胶等)等。44.s300、形成金属层4于所述衬底1在所述桥支撑层31一侧的表面，所述金属层4包括覆盖所述桥支撑层31且连接所述第一子层21和所述第二子层22的空气桥41，可以理解的是，空气桥41包括位于所述桥支撑层31表面的空气桥面，及分别将空气桥面和第一子层21、第二子层22连接的空气桥墩，示例性的，可以利用金属沉积工艺在所述衬底1上沉积金属材料，所述衬底1在所述桥支撑层31一侧的表面即形成金属层4，经所述桥支撑层31的支撑限定作用即形成连接所述第一子层21和所述第二子层22的空气桥41；为增强空气桥41的空气桥墩的强度，在形成金属层4时，还可以利用斜蒸发工艺增加空气桥41的空气桥墩的厚度，即增加覆盖在所述桥支撑层上的金属的侧向厚度。45.s400、形成抗蚀层5覆盖所述空气桥41以形成对所述空气桥41的抗蚀保护。46.s500、依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4，且所述第二刻蚀液的浓度小于所述第一刻蚀液的浓度，可以理解的是，本步骤中，先利用所述第一刻蚀液先刻蚀去除一部分裸露的所述金属层4，然后再利用第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的剩余部分，且在刻蚀去除的过程中，由于抗蚀层5对所述空气桥41的抗蚀保护，空气桥41得以保留。47.s600、去除所述抗蚀层5和所述桥支撑层31获得所述空气桥41。48.在本发明的实施例中，步骤s100至步骤s600先在形成有包括分隔的第一子层21和第二子层22的外延层2的衬底1上，形成桥支撑层31于所述第一子层21和所述第二子层22之间；然后，形成金属层4于所述衬底1在所述桥支撑层31一侧的表面，所述金属层4包括覆盖所述桥支撑层31且连接所述第一子层21和所述第二子层22的空气桥41；再形成抗蚀层5覆盖所述空气桥41；接着，依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4，且所述第二刻蚀液的浓度小于所述第一刻蚀液的浓度；最后，去除所述抗蚀层5和所述桥支撑层31获得所述空气桥41，即能够制备出将分隔的第一子层21和第二子层22连接的空气桥41，且本实施例中先利用第一刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的一部分，再利用浓度小于第一刻蚀液浓度的第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的剩余部分，因而在去除位于外延层2上的残留金属时，刻蚀进度可控，刻蚀终点易于得到确认，不易形成过刻，从而避免对外延层2造成损伤。49.作为本发明的一些实施例，步骤s200中所述形成桥支撑层31于所述第一子层21和所述第二子层22之间的步骤，包括：先旋涂s1813光刻胶于所述外延层2以获得光刻胶层3，可以理解的是，本发明方案在具体实施时，并不限于上述型号的光刻胶；再经曝光显影等工艺图形化所述光刻胶层3，获得位于所述第一子层21和所述第二子层22之间的所述桥支撑层31，本步骤中利用一种光刻胶即可形成所需的图形结构。50.在其中一实施方式中，光刻胶层3经曝光显影等工艺图形化后，所述桥支撑层31的两侧形成有遮挡层32，所述桥支撑层31和所述遮挡层32之间限定形成第一窗口33和第二窗口34，经第一窗口33暴露出部分所述第一子层21的表面，经第二窗口34暴露出部分所述第二子层22的表面，所述第一窗口33用于限定形成所述空气桥41与所述第一子层21的连接端，所述第二窗口34用于限定形成所述空气桥41与所述第二子层22的连接端。示例性的，所述第一窗口33、所述第二窗口34的截面大小均不超过15um×15um，可以理解的是，第一窗口33、第二窗口34在形成金属层4时用于限定形成空气桥41的桥墩，控制所述第一窗口33、所述第二窗口34的截面大小即能够控制在外延层2上的裸露的金属层4的厚度，进而有助于降低步骤s500中刻蚀去除过程中对外延层的损伤。51.为减少空气桥41与金属层4的其他部分之间的粘连，便于刻蚀去除裸露的所述金属层4，以及去除所述抗蚀层5和所述桥支撑层31，在一实施方式中，所述遮挡层32相对于衬底1表面的高度h大于所述桥支撑层31相对于衬底1表面的高度h，示例性的，1.5h≤h≤3h；为使得所述遮挡层32的高度大于所述桥支撑层31的高度，在经曝光显影等工艺图形化所述光刻胶层3之前，可以在形成的光刻胶层3上针对待形成桥支撑层31的区域进行定向去除工艺，以使得该区域的高度相对于光刻胶层3上其他区域的高度较小，然后再对光刻胶层3进行曝光显影等工艺以图形化。52.为防止利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4时，光刻胶层3在与外延层2的接触面的边缘发生翘起，进而导致刻蚀液对外延层2形成钻蚀而在外延层2的表面形成坑点，在旋涂s1813光刻胶于所述衬底1以获得光刻胶层3的步骤之前，先在外延层2的表面涂覆一层增黏剂以增强s1813光刻胶与外延层2之间的黏附性，进而避免光刻胶层3在与外延层2的接触面的边缘发生翘起。53.作为本发明的一些实施例，在所述形成金属层4于所述衬底1在所述桥支撑层31一侧的表面的步骤之前，还包括：54.圆角化所述桥支撑层31的边角，参照图4所示，并对比性的结合图2所示，鉴于有折角的桥支撑层31所限定形成的空气桥41也具有折角，而折角结构使得空气桥41结构稳定性较差，易发生坍塌，在桥支撑层31的边角经圆角化处理后，经该桥支撑层31限定形成的空气桥41也具有圆角，有助于降低应力，提高结构稳定性，进而降低了去除桥支撑层31后空气桥41易发生坍塌的风险，本步骤中，可以针对图形化后的光刻胶层3采用加热回流的方式使得所述桥支撑层31形成圆角，也可以采用定向刻蚀打磨所述桥支撑层31的边角的方式形成圆角。55.为控制刻蚀进度，防止利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4时对外延层2造成损伤，在形成抗蚀层5覆盖所述空气桥41时，所述抗蚀层5覆盖所述第一窗口33和第二窗口34，即在形成金属层4后形成的抗蚀层5不但覆盖所述空气桥41还将第一窗口33和第二窗口34的剩余空间完全填充，在此后利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀时，刻蚀液沿着抗蚀层5和遮挡层32之间的金属进行刻蚀，刻蚀液进行刻蚀的通道受到严格限定，有利于控制刻蚀进度，避免发生过刻而损伤外延层2。56.作为本发明的一些实施例，所述外延层2和所述金属层4均为超导金属材质以适应超导体系的量子芯片，示例性的，所述外延层2和所述金属层4采用同一种超导金属材质以提高信号传输特性，例如，所述外延层2和所述金属层4均为铝。57.作为本发明的一些实施例，步骤s500中依次利用第一刻蚀液和第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的步骤，包括：先利用第一刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的第一厚度部分；再利用第二刻蚀液刻蚀去除裸露的所述金属层4的第二厚度部分；其中，所述第一厚度部分为所述金属层4的厚度的50％-80％，所述第二厚度部分为所述金属层4的厚度的20％-50％。示例性的，第一刻蚀液为醋酸、磷酸、硝酸的混合溶液，第二刻蚀液为第一刻蚀液经稀释后的混合溶液，例如，第一刻蚀液为醋酸标准溶液、磷酸标准溶液、硝酸标准溶液的体积比为77％∶19％∶4％的混合溶液，第二刻蚀液为第一刻蚀液、去离子水的体积比为1∶1的混合溶液，其中，所采用的醋酸标准溶液的平均分子量为60.05，磷酸标准溶液的平均分子量为63.01，硝酸标准溶液的平均分子量为9800。为保证刻蚀速度可控，第一刻蚀液、第二刻蚀液均在恒温下进行刻蚀。58.本发明的实施例还提供了一种超导量子器件，例如，超导体系的量子芯片，所述超导量子器件包括根据本发明的实施例中的制备方法制备的空气桥。59.需要说明的是，在目前的空气桥制备相关技术中，大多是利用光刻胶将所需图形转移到另一种牺牲层上制作空气桥的方法，这个过程采用多种光刻胶，本发明的实施例中适用于利用一种光刻胶即可实现空气桥的制备，并且可以避免折角导致的空气桥41的结构稳定性较差的问题，而且在本实施例的空气桥制备过程中不易对外延层2造成损伤。60.以上依据图式所示的实施例详细说明了本技术的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本技术的较佳实施例，但本技术不以图面所示限定实施范围，凡是依照本技术的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本技术的保护范围内。