CN117460397A

CN117460397A - 图形化结构及其制造方法和约瑟夫森结的制造方法

Info

Publication number: CN117460397A
Application number: CN202311327106.8A
Authority: CN
Inventors: 请求不公布姓名; 贾志龙
Original assignee: Benyuan Quantum Computing Technology Hefei Co ltd
Current assignee: Benyuan Quantum Computing Technology Hefei Co ltd
Priority date: 2023-10-13
Filing date: 2023-10-13
Publication date: 2024-01-26

Abstract

本申请公开了一种图形化结构及其制造方法和约瑟夫森结的制造方法，属于超导量子芯片制造领域。图形化结构包括依次层叠分布的第一光刻胶层、硬掩膜层以及第二光刻胶层。其中，图形化结构具有沿所层叠的方向贯穿地分布的通孔。通孔在第一光刻胶层处构成第一沟道、在硬掩膜层处构成硬掩膜沟道以及在第二光刻胶层处构成第二沟道；并且其中的约瑟夫森结的线宽由硬掩膜沟道所限定。该图形化结构能够提供具有较精确的线宽的图形结构，以便能够获得高结构尺寸质量的约瑟夫森结器件。

Description

图形化结构及其制造方法和约瑟夫森结的制造方法

技术领域

本申请属于量子信息领域，尤其是超导量子芯片制造领域，特别地，本申请涉及一种图形化结构及其制造方法和约瑟夫森结的制造方法。

背景技术

在超导量子芯片的制造过程中，大部分工艺都采用双层电子束胶光刻工艺形成目标图形，再通过镀膜以制造约瑟夫森结。然而在实际的操作中，该方式所制造的约瑟夫森结存在着结构和性能一致性差的问题，从而使得研发进展受阻。

发明内容

本申请的示例提供了一种图形化结构及其制造方法和约瑟夫森结的制造方法。该方案用于实现制造具有较高尺寸精度的约瑟夫森结器件，从而提高所制造获得的约瑟夫森结的结构和性能一致性。

本申请示例的方案，通过如下内容实施。

在第一方面，本申请示例提出了一种用于制造约瑟夫森结的图形化结构。

该图形化结构包括：

依次层叠分布的第一光刻胶层、硬掩膜层以及第二光刻胶层；

其中，图形化结构具有沿层叠的方向贯穿地分布的通孔，通孔在第一光刻胶层处构成第一沟道、在硬掩膜层处构成硬掩膜沟道以及在第二光刻胶层处构成第二沟道；

其中，约瑟夫森结的线宽由硬掩膜沟道所限定。

根据本申请的一些示例，第二沟道的宽度大于硬掩膜沟道的宽度；和/或，硬掩膜沟道的宽度小于第一沟道的宽度。

根据本申请的一些示例，第一光刻胶层的光刻胶灵敏度大于第二光刻胶层的光刻胶灵敏度。

根据本申请的一些示例，第一光刻胶层的厚度大于硬掩膜层的厚度；

或者，第一光刻胶层的厚度大于第二光刻胶层的厚度；

或者，第一光刻胶层的厚度大于硬掩膜层的厚度与第二光刻胶层的厚度之和；

或者，硬掩膜层是金属层或无机化合物层，其中，化合物层的材质是二氧化硅或氮氧化硅，金属层是铝层或铌层。

在第二方面，本申请的示例提供了一种制造图形化结构的方法。该方法包括：

提供在表面形成有组合体的衬底，组合体包括从表面依次层叠的第一光刻胶材料、硬掩膜材料以及第二光刻胶材料；

光刻第一光刻胶材料，经显影以形成暴露硬掩膜材料的第一窗口；

通过第一窗口刻蚀硬掩膜材料，以形成暴露第二光刻胶的第二窗口；

通过第二窗口执行去除第二光刻胶的被选择区域的去胶操作，以形成暴露表面的部分区域的第三窗口；

其中，被去除的被选择区域至少包括由第二窗口沿层叠的方向投影到第二光刻胶材料所覆盖的区域；

硬掩膜材料对去胶操作是钝化的，从而使得第二窗口在硬掩膜材料经历去胶操作后未发生扩展。

根据本申请的一些示例，刻蚀硬掩膜材料是通过各向异性刻蚀实现的，去除第二光刻胶的被选择区域是通过各向同性刻蚀实现的；

或者，硬掩膜材料的第二窗口，和第二光刻胶材料的第三窗口构成底切结构；

或者，第一光刻胶材料和第二光刻胶材料是不同的，且具有不同的光刻敏感度；

或者，硬掩膜材料通过使用氯气进行干法刻蚀形成第二窗口，第二光刻胶材料通过使用氧等离子体去胶形成第三窗口。

在第三方面，本申请的示例提出了一种制造约瑟夫森结的方法。该方法包括：

在基板的目标区域内通过氧化以及两次斜蒸发步骤，形成由第一超导金属层以及氧化层以及第二超导金属层依此叠置形成的叠置结构；

其中，目标区域由形成于基板表面的图形化结构提供，图形化结构包括：底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶，底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶具有在层叠方向贯通的孔，且孔在硬掩膜以及顶层光刻胶形成底切结构。

根据本申请的一些示例，制造图形化结构的方法包括对在衬底上依次层叠有底层光刻胶材料、硬掩膜材料以及顶层光刻胶材料执行以下处理：

通过光刻工艺将第一图形转移到顶层光刻胶材料；

透过第一图形各向异性地干法刻蚀硬掩膜材料，以获得在硬掩膜材料分布的第二图形；以及

利用对蚀硬掩膜材料钝化的等离子体，透过第二图形各向同性地处理底层光刻胶材料，以实施干法去胶并获得在底层光刻胶材料分布的第三图形，其中，第三图形提供允许叠置结构分布的目标区域。

根据本申请的一些示例，等离子体是由非氧化性气体产生。

根据本申请的一些示例，制造约瑟夫森结的方法还包括：去除底层光刻胶，并将底层光刻胶以上的硬掩膜以及顶层光刻胶一并剥离。

本申请示例的方案，至少具有下述的有益效果：

本申请的示例中，选择具有三层结构的图形化结构作为模板，以制造约瑟夫森结，可以获得尺寸精度较高，且不同批次间的尺寸一致性更高的约瑟夫森结。因此，尺寸精度和尺寸一致性高的约瑟夫森结能够提供构和性能一致性更高，且与设计预期更吻合的器件。

图形化结构具有第一光刻胶层、硬掩膜层以及第二光刻胶层。其中，硬掩膜层具有区别于光刻胶层的特性。例如，对于操作光刻胶的光刻工艺，硬掩膜层能够维持其已经存在的图形(如槽、孔等)。因此，通过第二光刻胶层的图形在硬掩膜层形成另一图形后，再操作第一光刻胶的处理不会或者更少地改变在硬掩膜层中另一图形。因此，在制造约瑟夫森结的一个准备步骤(形成由第一光刻胶层、硬掩膜层以及第二光刻胶层构成的图形化结构)中，能够使获得的图形的尺寸(如线宽)与设计预期更符合，从而确保后续制造的约瑟夫森结的结构更精准和批次间更一致。而约瑟夫森结的性能在相对程度上依赖或者说关联于其结构尺寸，从而，前述的优势也可以改善基于其所制造的约瑟夫森结的性能的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明，以下将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为相关技术中三种已知的约色夫森结的结构示意图；

图2为相关技术中具有底切结构的双层胶的结构示意图；

图3为本申请示例中的具有硬掩膜和底切结构的三层叠置结构的结构示意图；

图4记载了本申请示例中的十字型的约瑟夫森结以及用于形成其的图形的结构示意图；

图5记载了本申请示例中制造图形化结构的工艺流程示意图。

具体实施方式

1962年，Josephson预言，对超导体-氧化层-超导体(简称为SIS)夹层结构(Sandwich，三明治结构)，当氧化层的厚度在左右，超导体中的Cooper对(库珀对)能无阻地通过氧化势垒层，形成无损耗的超电流。

这样的结构可以作为超导量子计算机中的重要结构，被用于构成超导量子比特。其可以被等效为一个非线性电感，从而与分流电容组成一种类似LC的谐振电路，并通过该结构引入非谐性，从提供形成量子比特的所需要的非均匀的能级结构。

上述的结构可以被描述为约瑟夫森结，并且约瑟夫森结在很大程度上决定或者说关联于超导量子计算机的性能。结合微纳加工工艺，目前已经制造了一些基于约瑟夫森结的超导量子比特以及芯片等。其中的超导量子比特例如包括相位量子比特、电荷量子比特、磁通量子比特、传输量子比特等。

如图1所示，一些已知的约瑟夫森结形式包括隧道结(a)、微桥结(b)以及点接触(c)。

在超导量子计算机中，主要使用的隧道结形式的约瑟夫森结。在结中，超导体可以选择为金属铝(或者也可以采用铌)。其中的铝具有较纯的超导态，因而可以使得所制造的比特的相干长度。而且，通过对其厚度的选择，可以实现不存在渗透磁通和伴随的噪声。同时，铝膜表面光滑、缺陷较少。

但是，铝易被空气氧化，而这对约瑟夫森结的制造是一个优点，也是一个缺点。例如，通过直接对铝膜实施氧化，从而得到质量可靠和相对介电常数较小的氧化势垒层。而其缺点在于：铝结的完整制造过程，需要长期保持在真空环境下，避免非希望的氧化。

一种可选的方案是使用多兰桥(DolanBridge)制备铝结。该方法使用双层胶，经过电子束曝光和显影生成悬浮桥，再以电子束不同角度蒸发铝膜和剥离等工艺。其他一些可选的示例中，也可以通过使用斜蒸发镀膜工艺，制造十字结结构。

在实践中，上述的工艺所制造的约瑟夫森结的性能在稳定性方面存在值得改进的空间。例如，不同批次的约瑟夫森结的临界电流或者结电阻存在不可接受的差异等。而与约瑟夫森结相关的因素可能包括材质、衬底、制造工艺条件、结构设计等等。准确地确定与调整其性能强相关的单个或几个因素可能是不那么容易的。

经过研究，在本申请的示例中，发明人提出了一种方案能够被用于改善所制造获得约瑟夫森结的性能的稳定性/一致性。并且，发明人指出，影响约瑟夫森结的性能的稳定性的一个重要因素是制造工艺的问题。其表现形式为：在前述使用双层胶制造约瑟夫森结的过程中所产生的工艺缺陷。

这种使用双层胶制造约瑟夫森结的工艺流程中各步骤所形成的结构如图2所示。其可以被大致描述为：在衬底上旋涂双层光刻胶(简称双层胶)，然后对其实施光刻操作，再经过显影将掩膜版图形转移到该双层光刻胶。

制造约瑟夫森结的版图结构尺寸较小，例如在微米尺度。因此，双层胶上的图形尺寸(例如可以被定义为线宽)也较小，因此，在实际操作时，发明人发现图形的边缘或侧壁会存在残胶或者水汽等。这些残留物附着在显影的沟道内，会造成后续制造约瑟夫森结的镀膜工艺中，发生镀膜脱落，或者直接地影响比特的性能。

有鉴于此，发明人选择通过进行清孔的方式进行处理。通过这样的处理可以将前述的残胶或水汽去除，以避免后续出现的脱膜或比特性能差的问题。

其中的去除残胶、水汽的方案(即清孔)例如可以是使用等离子体去胶操作。但是，意外地，发明人发现，由于该步骤中的清孔操作使得存在线宽展宽的现象。

这样的线宽会进而反映到约瑟夫森结中，即约瑟夫森结的线宽也会增大。换言之，由于约瑟夫森结的尺存较小，因此在使用双层胶制造用于镀膜的图形时会有残胶，而为了清除残胶所执行的操作可能会使得双层胶的图形线宽变大，从而使后续制造的约瑟夫森结的线宽也偏离设计预期(如比预期的结线宽更大)，进而不利地所制造的约瑟夫森结的性能一致性和稳定性。

那么，针对上述的问题，发明人认为一种可选的解决方案是：在形成图形化的光刻胶时，通过抑制所形成图形的展宽，并且避免残胶的存在能够较好地克服上述问题。

一些尝试中可以选择改变清孔的方式，以便达到既完成清孔，也避免线宽展宽；例如使用反应离子蚀刻(RIE)。或者，一些尝试中还可以选择调整双层胶的材质，或者该变清孔的工艺条件(如缩短清孔时间等)。

实践表明，上述的一些尝试并不能很好地完成既定的目标。例如这些方案可能因为实现难度大，或者因为效果不明显等原因而被放弃。对于前述使用RIE去胶(清孔)的方案，容易导致衬底被损伤。

综合研究和实践内容，发明人提出了一种解决方案。示例中，通过使用一种被描述为硬掩膜的结构来获得相关效果。

以下将就光刻胶和硬掩膜进行说明。

光刻胶是光刻工艺的核心材料。光刻胶(或称光致抗蚀剂、光阻剂)。光刻胶可以包括助剂、溶剂、感光树脂和光引发剂等。因此，光刻胶主要包括有机成分。与之所不同的是，硬掩膜可以是无机物，例如TiN、SiN、SiO₂等，或者硬掩膜还可以是单质金属膜如铝膜等。

那么可以理解，光刻胶和硬掩膜对图形化操作难受程度是不同的。换言之，一种图形化操作可以被选择被操作对象为光刻胶，同时不操作硬掩膜；或者，类似地，图形化操作可以被选择被操作对象为光刻胶，同时不操作硬掩膜。

基于此，通过在图形化操作时，选择对指定的光刻胶或硬掩膜操作，并且克服线宽发生展宽的情况。

图3公开了本申请示例中的解决方案的工艺流程示意图。其主要包括使用三层膜结构，并基于其进行光刻和刻蚀等操作。以下将就示例中的方案进行详述。

在这样的方案中，主要涉及使用一种用于制造约瑟夫森结的图形化结构。

示例中，该图形化结构包括依次层叠分布的第一光刻胶层、硬掩膜层以及第二光刻胶层。其中的第一光刻胶层和第二光刻胶层将硬掩膜夹持于其间。硬掩膜可以是金属掩膜或者介质掩膜。或者，其中的硬掩膜层可以是金属层或无机化合物层。化合物层的材质可以是二氧化硅或氮氧化硅；金属层是铝层或铌层。第一光刻胶层可以是mma，第二光刻胶层可以是pmma。该图形化结构还具有沿层叠的方向贯穿地分布的通孔。并且，该通孔在第一光刻胶层处构成第一沟道、在硬掩膜层处构成硬掩膜沟道以及在第二光刻胶层处构成第二沟道。

特别地，在使用该图形化结构制造约瑟夫森结时，约瑟夫森结的线宽由硬掩膜沟道所限定。以十字型的约瑟夫森结为例，图4中的A图为制造十字型的约瑟夫森结的图形结构，图4中的B图为所制造的十字型的约瑟夫森结的结构。其中线宽表示的是相互垂直的两条沟道的宽度—双向箭头表示的宽度。

在实际制造约瑟夫森结时，利用图3中去胶后的三层结构的图形化结构通过沉积的方式制造约瑟夫森结。因此，可以通过将硬掩膜的沟道宽度设计的比其上下两层光刻胶的沟道宽度更小，从而使得沉积的源材料的发射路径上通过最窄的位置是硬掩膜的沟道，从而由该硬掩膜的沟道限定结的线宽。

在图3中，光刻胶一(第一光刻胶)、硬掩膜以及光刻胶二(第二光刻胶)各自的沟道宽度被选择为：第一沟道的宽度大于硬掩膜沟道，且大于第二沟道的宽度；同时，第二沟道的宽度大于硬掩膜沟道的宽度。这样的构造，可以使得由硬掩膜和第一光刻胶形成底切结构，从而方便于后续进行剥离，同时也方便于通过斜蒸发制造约瑟夫森结。

在图3的工艺中，光刻和显影操作形成了在光刻胶二中的第二沟道，并且该第二沟道具有线宽a。

随后对硬掩膜的刻蚀操作在硬掩膜中形成了硬掩膜沟道，并且该硬掩膜沟道具有线宽b(可能的情况中，线宽a可能增加为线宽a’)；在操作硬掩膜的操作中可能会对第二沟道产生扩展效应，但是这并不影响后续形成的图形化结构被应用以制造如约瑟夫森结的器件。

再往后，对光刻胶一执行去胶操作，以在光刻胶一中形成第一沟道，并且该第二沟道具有线宽c。由于还存在光刻胶二，当对光刻胶一执行去胶操作时，那么光刻胶二也可能产生去除操作的影响，从而也可能对光刻胶二的第二沟道也产生扩展效应(可能的情况中，线宽a’可能增加为线宽a”，但是线宽b不发生改变)，但是这同样并不影响后续形成的图形化结构被应用以制造如约瑟夫森结的器件。

对于在图3方案中上述的底切结构，在双层光刻胶的情况中，可以通过配置两层胶对光刻的灵敏度(或称光刻胶灵敏度)来予以实现。其中的光刻胶灵敏度是指单位面积上入射的使光刻胶全部发生反应的最小光能量(对紫外光刻胶而言)或最小电荷量(对电子束光刻胶而言)。其中，数值越小表明灵敏度越高。因此，示例性地，示例中的第一光刻胶层的光刻胶灵敏度大于第二光刻胶层的光刻胶灵敏度。

前面讨论了一种各沟道宽度的示例，其他的一些示例中，也可以调整各沟道的宽度。例如，第二沟道的宽度与硬掩膜沟道的宽度相同，或者也可以考虑使得第一沟道的宽度与硬掩膜沟道的宽度相同。然而如前述，硬掩膜的线宽稳定性更高，在经历针对于光刻胶的光刻处理时仍能够保持其既有的沟道宽度。因此，将限制约瑟夫森结线宽的沟道设计为由硬掩膜确定是有利的。因为，这可以为工艺提供更充裕的操作空间；即硬掩膜具有对于针对光刻胶的操作的较高容忍度。

以上涉及了对沟道宽度、灵敏度等的调整，在其他示例中还可以调整各层的厚度。因此，部分示例中，第一光刻胶层的厚度被选择为大于硬掩膜层的厚度。或者，第一光刻胶层的厚度大于第二光刻胶层的厚度；或者，或者，第一光刻胶层的厚度大于硬掩膜层的厚度与第二光刻胶层的厚度之和。

为了方便实施，本申请示例中还公开了一种上述的图形化结构的制造方法。

参阅图5，该方法包括以下步骤：

步骤S101、提供在表面形成有组合体的衬底，其中的组合体包括从表面依次层叠的第一光刻胶材料、硬掩膜材料以及第二光刻胶材料。

衬底根据适用场景的不同可以有不同的选择，并无特别的限定。在超导量子计算机的情况中，衬底可以选择为硅或蓝宝石。其他示例中，衬底还可以选择为其他材质，例如GaN(氮化镓)、GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟)、AlN(氮化铝)、SiC(碳化硅)、Al₂O₃(氧化铝)或石英玻璃片。

基于所形成器件质量等方面的考量，可以选择对衬底实施表面处理。例如，表面处理包括对衬底的表面清洁、减薄、抛光等操作。这些表面处理能够减少衬底表面的污物、结构缺陷等。

其他的一些示例中，还可以选择对衬底表面的指定区域或位置予以部分材料的去除操作(如刻蚀等操作)，以在衬底形成凹槽或通孔。前述的凹槽或通孔能够作为容纳其他部件或元器件的结构；或者，凹槽或通孔还作为器件下方的部分区域的空气介质层。

或者，在另一些示例中，也可以选择在衬底的表面形成多个结构层，以备制造其他元器件的使用。

步骤S102、光刻第一光刻胶材料，经显影以形成暴露硬掩膜材料的第一窗口。

第一光刻胶可以是各种常见的光刻胶材料，例如pmma。所采用的光刻方式可以是根据光刻方式所确定的电子束或者紫外光曝光以实施光刻，然后使用诸如显影液予以显影。

通过显影形成的第一窗口的宽度根据需要设计，无特别之限定。例如当目标元器件是约瑟夫森结时，第一窗口的宽度可以是约瑟夫森结的超导层/超导电极的宽度。

示例性地，第一窗口的宽度为100nm。

步骤S103、通过第一窗口刻蚀硬掩膜材料，以形成暴露第二光刻胶的第二窗口。

刻蚀硬掩膜材料的方式例如可以是干法刻蚀。示例性，干法刻蚀可以是等离子体刻蚀，离子束刻蚀，或者反应离子刻蚀；所使用的可以是CF_x ⁺等离子体、氟化硫(SF6)等。或者，使用氯气进行干法刻蚀。当对硬掩膜材料被设计得厚度较大，且第二窗口的宽度较小时，第二窗口的深宽比较大，那么可能需要对硬掩膜实施各向异性的刻蚀。

例如，第二窗口的宽度例如为100nm。

步骤S104、通过第二窗口执行去除第二光刻胶的被选择区域的去胶操作，以形成暴露表面的部分区域的第三窗口。

第二光刻胶可以是各种常见的光刻胶材料，例如mma。不同的示例中，第二光刻胶可以选择为与第一光刻胶相同的材质。或者，根据需要也可以选择二者为不同的材料。对于第一光刻胶为pmma，而第二光刻胶为mma的示例，第一光刻胶材料和第二光刻胶材料具有不同的光刻敏感度，且第二光刻胶的灵敏度更高。

其中，第二光刻胶被去除的被选择区域例如至少包括由第二窗口沿层叠的方向投影到第二光刻胶材料所覆盖的区域。因此，可以知晓，第二窗口与第三窗口可以具有相同的宽度。或者，其他示例中，第三窗口比第二窗口更宽。即，通过将第二光刻胶所形成的第三窗口设计得更大(如大于硬掩膜的第二窗口的线宽)，可以使得硬掩膜与第二光刻胶构成底切结构，进而便于通过剥离的方式在需要时将图形化结构从衬底去除。例如可以通过选择以各向同性地刻蚀第二光刻胶，使其发生侧蚀，从而在纵向和横向都发生刻蚀。

第二光刻胶的去除操作可以是各种适用于曝光光刻胶的工艺手段。特别地，为了确保或者尽量地较少前述的展宽问题的产生，第二光刻胶的去胶操作被选择，使得硬掩膜材料对去胶操作是钝化的。如此，第二窗口在硬掩膜材料经历去胶操作后未发生扩展。一些示例中，可以使用氧等离子体去胶，通过去胶机实现。

以上描述讨论了图形化结构以及其制造方法，下面将就其应用实例进行说明。

示例中，制造约瑟夫森结的方法包括：在基板的目标区域内通过氧化以及两次斜蒸发步骤，形成由第一超导金属层以及氧化层以及第二超导金属层依此叠置形成的叠置结构。

基板上的目标区域由形成于基板表面的图形化结构提供。也即，基板包括衬底以及在衬底的表面上形成的图形化结构。其中的图形化结构包括：底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶构成的三层结构。

其中，底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶具有在层叠方向贯通的孔，且孔在硬掩膜以及顶层光刻胶形成底切结构。在这样的图形化结构的基础上，后续可以通过去除底层光刻胶，并将底层光刻胶以上的硬掩膜以及顶层光刻胶一并剥离，从而获得独立地存在的约瑟夫森结，并且也便于在将胶和掩膜去除而暴露的衬底表面实施其他操作例如制造电容、传输线等其他各种结构。

在上述方案中，两次斜蒸发中的一次用于形成约瑟夫森结的第一超导金属层，另一次用于用于形成约瑟夫森结的第二超导金属层。氧化则使得则由其中的第一超导金属层的表面氧化形成氧化层(作为约瑟夫森结的势垒层)。

其中在衬底上的图形化结构的制造方法可以参见前文描述。例如，制造图形化结构的方法包括对在衬底上依次层叠的底层光刻胶材料、硬掩膜材料以及顶层光刻胶材料执行以下处理：

通过光刻工艺将第一图形转移到顶层光刻胶材料；

利用对蚀硬掩膜材料钝化(可以避免硬掩膜发生展宽)的等离子体(可以氧等离子体，或者为了避免去除底层的光刻胶时发生对衬底的潜在氧化而使用非氧化性气体产生的等离子体)，透过第二图形各向同性地处理底层光刻胶材料，以实施干法去胶并获得在底层光刻胶材料分布的第三图形，其中，第三图形提供允许叠置结构分布的目标区域。

可以知晓，上述的第一图形、第二图形以及第三图形各自包括将其对应层的材料的被选择区域去除后留下的通孔结构。因此，在蒸发时，蒸发材料的粒子能够经过上一层图形进入下一层图形，直至到达衬底，并在衬底或其上的其他结构层的表面发生聚集、团聚、凝结、扩散等作用，并形成薄膜。

根据上述分析可以知晓，本申请示例的方案采用硬掩模防止等离子体刻蚀造成约瑟夫森结线宽展宽；同时，刻蚀硬掩膜形成的线条，相比比于电子束曝光显影形成的线条的稳定性更高。

值得指出的是，本申请实施例提供的制造工艺中，取决于所选择的材料，这些材料可以使用诸如化学气相沉积、物理气相沉积(例如，蒸发或溅射)的沉积工艺或外延技术以及其他沉积工艺来沉积。

示例性的，沉积工艺包括离子束辅助沉积法(IBAD)、真空蒸发镀膜法(Evaporation)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、化学气相沉积法(CVD)、溶胶-凝胶法(sol-gel)以及磁控溅射镀膜法(Magnetron 25 Sputtering)等。

另外，本申请实施例描述的制造工艺中，取决于要去除的材料，去除工艺可以包括例如湿蚀刻技术、干蚀刻技术或剥离(lift-off)工艺。可以使用已知的曝光(lithographic)技术(例如，光刻或电子束曝光)对形成本文所述的电路元件的材料进行图案化。

为了简洁起见，在本文中可以详细描述或不详细描述与半导体和/或超导器件以及集成电路(integratedcircuit，简称IC)制造相关的常规技术。此外，本文所述的各种任务和过程步骤可并入具有本文未详细描述的额外步骤或功能性的更综合程序或过程中。特别地，半导体和/或超导器件和基于半导体/超导体的IC的制造中的各个步骤是公知的，因此为了简洁起见，许多常规步骤将在此仅简要提及或将被完全省略而不提供公知的工艺细节。

上面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，前文参考附图描述一个或多个实施例。其中，贯穿全文相似的附图标记用于指代相似的组件。在上文的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个实施例的更透彻的理解。然而，很明显，在各种情况下，可以在没有这些具体细节的情况下实践一个或多个实施例，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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。

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。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，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，均应在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种用于制造约瑟夫森结的图形化结构，其特征在于，所述图形化结构包括：

其中，所述图形化结构具有沿所述层叠的方向贯穿地分布的通孔，所述通孔在第一光刻胶层处构成第一沟道、在硬掩膜层处构成硬掩膜沟道以及在第二光刻胶层处构成第二沟道；

其中，所述约瑟夫森结的线宽由硬掩膜沟道所限定。

2.根据权利要求1所述的用于制造约瑟夫森结的图形化结构，其特征在于，所述第二沟道的宽度大于硬掩膜沟道的宽度；

和/或，所述硬掩膜沟道的宽度小于所述第一沟道的宽度。

3.根据权利要求1所述的用于制造约瑟夫森结的图形化结构，其特征在于，第一光刻胶层的光刻胶灵敏度大于第二光刻胶层的光刻胶灵敏度。

4.根据权利要求1所述的用于制造约瑟夫森结的图形化结构，其特征在于，所述第一光刻胶层的厚度大于硬掩膜层的厚度；

或者，所述第一光刻胶层的厚度大于第二光刻胶层的厚度；

或者，所述第一光刻胶层的厚度大于硬掩膜层的厚度与第二光刻胶层的厚度之和；

或者，所述硬掩膜层是金属层或无机化合物层，其中，所述化合物层的材质是二氧化硅或氮氧化硅，所述金属层是铝层或铌层。

5.一种制造图形化结构的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供在表面形成有组合体的衬底，所述组合体包括从所述表面依次层叠的第一光刻胶材料、硬掩膜材料以及第二光刻胶材料；

光刻所述第一光刻胶材料，经显影以形成暴露硬掩膜材料的第一窗口；

通过第二窗口执行去除第二光刻胶的被选择区域的去胶操作，以形成暴露所述表面的部分区域的第三窗口；

其中，被去除的所述被选择区域至少包括由所述第二窗口沿所述层叠的方向投影到第二光刻胶材料所覆盖的区域；

所述硬掩膜材料对所述去胶操作是钝化的，从而使得第二窗口在硬掩膜材料经历去胶操作后未发生扩展。

6.根据权利要求5所述制造图形化结构的方法，其特征在于，刻蚀硬掩膜材料是通过各向异性刻蚀实现的，去除第二光刻胶的被选择区域是通过各向同性刻蚀实现的；

或者，所述硬掩膜材料通过使用氯气进行干法刻蚀形成第二窗口，所述第二光刻胶材料通过使用氧等离子体去胶形成第三窗口。

7.一种制造约瑟夫森结的方法，其特征在于，所述方法包括：

在基板的目标区域内通过氧化以及两次的斜蒸发步骤，形成由第一超导金属层以及氧化层以及第二超导金属层依此叠置形成的叠置结构；

其中，所述目标区域由形成于基板表面的图形化结构提供，所述图形化结构包括：底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶，底层光刻胶、硬掩膜以及顶层光刻胶具有在层叠方向贯通的孔，且孔在硬掩膜以及顶层光刻胶形成底切结构。

8.根据权利要求7所述的制造约瑟夫森结的方法，其特征在于，制造所述图形化结构的方法包括对在衬底上依次层叠有底层光刻胶材料、硬掩膜材料以及顶层光刻胶材料执行以下处理：

通过光刻工艺将第一图形转移到顶层光刻胶材料；

利用对蚀硬掩膜材料钝化的等离子体，透过第二图形各向同性地处理底层光刻胶材料，以实施干法去胶并获得在底层光刻胶材料分布的第三图形，其中，第三图形提供允许叠置结构分布的所述目标区域。

9.根据权利要求8所述的制造约瑟夫森结的方法，其特征在于，所述等离子体是由非氧化性气体产生。

10.根据权利要求7所述的制造约瑟夫森结的方法，其特征在于，所述方法还包括：去除底层光刻胶，并将底层光刻胶以上的硬掩膜以及顶层光刻胶一并剥离。