TW202137588A - 製造高臨界溫度金屬氮化物層的方法 - Google Patents
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Abstract
一種製造包括超導層的元件之方法包括在基板上沉積晶種層，將晶種層暴露於含氧氣體或電漿以形成改質的晶種層，及在將晶種層暴露於含氧氣體或電漿之後直接在改質的晶種層上沉積金屬氮化物超導層。晶種層為第一金屬之氮化物，且超導層為不同的第二金屬之氮化物。
Description
本揭示案涉及使用晶種層來提高金屬氮化物層之超導臨界溫度。
在超導性之上下文中，臨界溫度(TC
)代表材料變為超導狀態之溫度。氮化鈮(NbN)為一種可用於超導應用之材料，例如，用於量子資訊處理，CMOS、LIDAR中之缺陷分析等之超導奈米線單光子偵測器(superconducting nanowire single photon detector; SNSPD）。氮化鈮之臨界溫度取決於材料之結晶結構及原子比率。舉例而言，參考第1圖，立方δ相NbN由於其相對「高」的臨界溫度而具有一些優勢，該溫度例如，9.7 K至16.5 K（所指示之製程溫度係針對特定的製造製程，且未必適用於其他製程及沉積腔室設計）。
氮化鈮可藉由物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)沉積在工件上。舉例而言，可在存在氮氣的情況下使用鈮靶材執行濺射操作。可藉由在含有靶材及工件之反應器腔室中誘發電漿來執行濺射。
在一個態樣中，一種製造包括超導層的元件之方法包括在基板上沉積晶種層，將晶種層暴露於含氧氣體或電漿以形成改質的晶種層，及在將晶種層暴露於含氧氣體或電漿之後直接在改質的晶種層上沉積金屬氮化物超導層。晶種層為第一金屬之氮化物，且超導層為不同的第二金屬之氮化物。
在另一態樣中，一種製造包括超導層的元件之方法包括在基板上沉積下部晶種層，直接在下部晶種層上沉積上部晶種層，及直接在上部晶種層上沉積金屬氮化物超導層。下部晶種層為第一金屬之氮化物，上部晶種層為第一金屬之氧化物或氮氧化物，且超導層為不同的第二金屬之氮化物。
在另一態樣中，一種製造包括超導層的元件之方法包括在基板上沉積晶種層，及直接在晶種層上沉積金屬氮化物超導層。晶種層為第一金屬之氧化物或氮氧化物，且超導層為不同的第二金屬之氮化物。
在另一態樣中，一種製造包括超導層的元件之方法包括在處於第一溫度之基板上沉積晶種層，將基板之溫度降低至低於第一溫度之第二溫度，將基板之溫度提高至高於第一溫度之第三溫度以形成改質的晶種層，及直接在處於第三溫度之該改質的晶種層上沉積金屬氮化物超導層。晶種層為第一金屬之氮化物，且超導層為不同的第二金屬之氮化物。
實施可包括以下特徵中之一或更多者。
將晶種層暴露於含氧氣體或電漿可包括將晶種層暴露於純氧氣。在基板上沉積晶種層可包括沉積具有3 nm至50 nm之厚度的層。上部晶種層可具有0.1 nm至1 nm之厚度或3 nm至50 nm之厚度。基板之溫度可自沉積晶種層之第一溫度降低至較低的第二溫度，且該溫度可上升至用於沉積金屬氮化物超導層之高於第二溫度的第三溫度。
實施可提供但不限於以下優勢中之一或更多者。金屬氮化物層（例如，NbN層）之臨界溫度可增大。此准許藉由具有更高臨界溫度之超導導線來製造元件，例如，SNSPD。工作溫度（2 K至3 K）與臨界溫度之間的較大差異提供了優越的偵測效率、更低的暗計數，及可能更快的時間響應。
應注意，「超導」指示材料在元件之工作溫度（例如，2 K至3 K）下變為超導的。在室溫或高於室溫之元件製造期間，或當未冷卻元件以用於操作時，該材料實際上並不超導。
在隨附圖式及以下描述中闡述一或更多個實施之細節。其他可能態樣、特徵及優勢將自實施方式、圖式及申請專利範圍變得顯而易見。
如上所述，氮化鈮（尤其δ相NbN）作為超導材料具有一些優勢。然而，δ相NbN可能難以以令人滿意之品質沉積。此外，工作溫度（2 K至3 K）與臨界溫度之間的差愈大，則元件效能愈佳。可使用氮化鋁(AlN)層作為晶種層以提高NBN層之臨界溫度。在不受任何特定理論限制的情況下，AlN晶種層可誘發NbN層中之結晶結構，其提供增大的臨界溫度。
然而，已令人驚訝地發現，在沉積NbN層之前將AlN晶種層暴露於大氣並處於室溫下可實際上提供比在AlN晶種層上執行NbN層的沉積更高之臨界溫度，例如，高出約0.5 K，而不會破壞真空及降低基板溫度。再次，在不受任何特定理論限制的情況下，已提出兩種非排他性之可能性。第一，將AlN暴露於大氣可導致薄的氧化鋁或氮氧化鋁層在AlN層之表面上形成，其誘發NbN層中之優越結晶結構。第二，藉由將基板之溫度自針對AlN之第一沉積溫度（例如，400℃）降低至室溫（亦即，20℃至22℃）並接著將基板之溫度回升至針對NbN之第二沉積溫度（例如，400℃）來對AlN晶種層熱循環可能會影響AlN晶種層中之應力，此可能影響其結晶結構，繼而可影響NbN層之結晶結構。
第2A圖為包括用作超導材料之金屬氮化物層108的元件100中之一些層的示意圖。第2B圖為元件100之示意圖，其中金屬氮化物層已形成為例如超導導線108'之特徵。元件100可為超導奈米線單光子偵測器(SNSPD)、超導量子干擾元件(superconducting quantum interference device; SQUID)、量子電腦中之電路（例如，RF線路）等。第3A圖至第3C圖為製造方法200之流程圖。
金屬氮化物層108係安置在支撐結構102上。支撐結構102可包括基板，例如，矽晶圓。該基板可為介電材料，例如，藍寶石、SiO2
、熔融二氧化矽或石英；或半導體材料，例如，矽、氮化鎵(GaN)或砷化鎵(GaAs)。儘管被繪示成單個方塊，但支撐結構102可包括多個下伏層。舉例而言，支撐結構102可包括分散式布拉格反射器(distributed Bragg reflector; DBR)，其包括由沉積在基板之上的高折射率及低折射率材料形成之多對層，或形成在基板上之波導。
晶種層結構103形成在支撐結構102之上。晶種層結構103包括下部層晶種層104及上部層晶種層106。
下部層晶種層104覆蓋支撐結構102之頂部，例如，與支撐結構102之頂表面直接接觸。下部晶種層104為金屬氮化物層。特定而言，下部晶種層104及超導層108為不同金屬的氮化物。下部晶種層104可為氮化鋁(AlN)。然而，氮化鉿(HfN)、氮化鉻(CrN)或鋁與鉿或鈧之合金的氮化物亦可能為適當的。
下部晶種層104可具有約3 nm至50 nm之厚度，例如，為約5 nm或約10 nm或約20 nm之厚度。下部晶種層104可具有(002)c軸晶體取向。下部晶種層104不需要在元件100之工作溫度下超導。可藉由標準化學氣相沉積或物理氣相沉積製程沉積（步驟202）下部晶種層104。沉積製程可藉由處於200℃至500℃（例如，400℃）之溫度的基板進行。
用於下部晶種層之例示性處理參數係施加至濺射靶材之為1 KW至5 kW的功率、其中氮氣及惰性氣體以3:100與6:1之間的比率（例如，約3:1）供應之為2毫托至20毫托的總壓力（氮氣及惰性氣體）、200℃至500℃之晶圓溫度，及不向晶圓施加偏置電壓。
上部晶種層106形成在下部晶種層104之頂部上，例如，與下部晶種層104之頂表面直接接觸（步驟204）。上部晶種層106為金屬氧化物或金屬氮氧化物層。特定而言，上部晶種層106為與下部晶種層104中之金屬氮化物的金屬相同之金屬的氧化物或氮氧化物。上部晶種層106可為氧化鋁或氮氧化鋁，因為此看起來提高了NbN之臨界溫度，例如，比氮化鋁作為晶種層提高了約0.5 K。然而，氧化鉿或氮氧化鉿、氧化鉻或氮氧化鉻或鋁與鉿或鈧之合金的氮化物或氮氧化物亦可能為適當的。
上部晶種層106可比下部晶種層104薄。取決於製造方法，上部晶種層106可為約0.1 nm至3 nm厚。在一些實施中，上部晶種層106僅為一至五個原子層厚，例如，二至三個原子層厚。上部晶種層106可具有(002)c軸晶體取向。上部晶種層106不需要在元件100之工作溫度下超導。
參考第3A圖，可用以形成上部晶種層106之金屬氧化物或金屬氮氧化物的一種技術為將下部晶種層104暴露於含氧及/或水之氣體中（步驟204a）。舉例而言，可將下部晶種層104暴露於空氣。作為另一實例，可將下部晶種層104暴露於純氧。作為另一實例，可將下部晶種層104暴露於氣體混合物，該氣體混合物含有20%至90%體積之氧及一或更多種其他氣體，諸如，氮及/或稀有氣體（例如，氬）。在一些實施中，氣體混合物包括水，例如，水汽或蒸汽。壓力可為1托至1個大氣壓，例如，0.8至1個大氣壓。
參考第3B圖，可用以形成上部晶種層106之金屬氧化物或金屬氮氧化物的另一技術為將下部晶種層104暴露於含氧(O2
)電漿之氣體中（步驟204b）。舉例而言，可將下部晶種層104暴露於純氧電漿。舉例而言，可將氧氣導向至電漿處理腔室中，且可在約100 W之功率下形成氧電漿。壓力可為2毫托至500毫托。大體而言，用於氧電漿處理之專用腔室可使用相對較高之壓力，例如，100毫托至500毫托，而若在用於沉積下部晶種層之同一腔室中執行氧電漿處理，則可使用相對較低之壓力，例如，2毫托至15毫托。
在不受任何特定理論限制的情況下，將AlN暴露於氧可導致熱氧化物或熱氮氧化物層（亦即，氧化鋁或氮氧化鋁層）在AlN層之表面上形成。
在一些實施中，具有下部晶種層之基板自沉積下部晶種層之第一溫度（例如，300℃至500℃）降低至較低的第二溫度（例如，20℃至300℃）。下部晶種層在較低的第二溫度下暴露於含氧氣體或電漿。第二溫度可比第一溫度至少低200℃。舉例而言，第二溫度可為室溫，亦即，20℃至22℃。基板接著上升至用於沉積超導層的金屬氮化物之升高的第三溫度。
在一些實施中，具有下部晶種層之基板維持在高溫下，例如，處於300℃或高於300℃，例如，處於沉積下部晶種層之同一溫度（例如，400℃），且基板在該高溫下暴露於含氧氣體或電漿。
在一些實施中，具有下部晶種層之基板自第一溫度降低至第二溫度，接著上升至升高的第三溫度（例如，處於300℃或高於300℃，例如，300℃至500℃），且下部晶種層在升高的第三溫度下暴露於含氧氣體或電漿。
暴露時間可取決於壓力及溫度，且可自1秒至120分鐘。舉例而言，室溫下對於大氣之暴露時間可為約45分鐘。作為另一實例，對於氧電漿之暴露時間（其中基板處於沉積下部晶種層之同一溫度（例如，約400℃））可為約30秒。
在第3A圖及第3B圖之技術中，上部晶種層106實際上為形成在下伏金屬氮化物層上之原生氧化物或原生氮氧化物，且因此預期為二至四個原子層厚。舉例而言，上部晶種層106可高達約1 nm厚。
參考第3C圖，可用以形成上部晶種層106之金屬氧化物或金屬氮氧化物的另一技術為藉由物理氣相沉積來沉積上部晶種層106。用於上部晶種層之例示性處理參數係施加至濺射靶材之為1 kW至5 kW的功率、其中氧氣及惰性氣體以3:100與6:1之間的比率供應之為2毫托至20毫托的總壓力（氧氣及惰性氣體）、200℃至500℃之晶圓溫度。亦存在用以沉積氧化鋁或氮氧化鋁之CVD及ALD技術。
在第3C圖之技術中，上部晶種層106之厚度取決於處理時間或沉積製程之迭代次數。舉例而言，上部晶種層106之厚度可為1 nm至2 nm。
參考第2A圖及第2B圖，在上部晶種層106上沉積超導金屬氮化物層108，例如，與上部晶種層106直接接觸。金屬氮化物層108由氮化鈮(NbN)、氮化鈦(TiN)或鈮鈦氮化物(Nbx
Ti1-x
N)形成。超導層108可具有4 nm至50 nm之厚度，例如，約5 nm或約10 nm或約20 nm。
可使用標準化學氣相沉積或物理氣相沉積製程沉積金屬氮化物層108。例示性處理參數係為1e-8托之基本壓力、施加至靶材之為1 kW至3 kW的功率、在處理期間為5毫托至7毫托之總壓力、400℃之晶圓溫度、不向晶圓施加偏置電壓，及足以獲得立方δ相NbN之氣體（如N2
）的百分比。在一些實施中，例如藉由切換新靶材，在用以沉積下部晶種層104及上部晶種層106之同一處理腔室中來沉積金屬氮化物層108。此准許更高處理量的製造。或者，在不破壞真空的情況下，可將基板輸送至不同沉積腔室。此准許在不將晶種層暴露於大氣的情況下且以較低的污染風險來沉積金屬氮化物層。
在沉積金屬氮化物層108之後，可在金屬氮化物層108上沉積覆蓋層110（步驟208）。覆蓋層110充當保護層，例如，用以防止金屬氮化物層108之氧化或其他類型之污染或損壞。覆蓋層108可為介電質，但不需要在元件100之工作溫度下為超導。覆蓋層108可為非晶矽(amorphous silicon, a-Si)。在一些實施中，覆蓋層108為與用於超導層108之金屬氮化物的金屬不同之材料的氮化物。用於覆蓋層108之材料的實例包括AlN、Al2
O3
、SiO2
及SiN。可藉由標準化學氣相沉積或物理氣相沉積製程沉積覆蓋層108。
可使用蝕刻形成穿過至少金屬氮化物層108之溝槽112，以形成超導導線108'或元件100所需之其他結構（步驟210）。導線108'可具有約25 nm至250 nm之寬度，例如，約60 nm。儘管第2B圖將溝槽112繪示為延伸穿過金屬氮化物層108及覆蓋層110且不延伸至上部晶種層106中，但其他配置係可能的。作為實例，溝槽112可部分地延伸至上部晶種層106中或完全穿過上部晶種層106，或完全穿過上部晶種層106並部分地延伸至下部晶種層104中或完全穿過下部晶種層104。
空氣可能含有污染物，因而對於上述製程中之任一者而言，可在不破壞真空的情況下在下部晶種層104上形成上部晶種層106，例如，不會自在其中沉積下部晶種層之沉積腔室移除基板，或不會在將基板自在其中沉積下部晶種層之沉積腔室傳送至在其中形成上部晶種層之腔室期間破壞真空。類似地，可在不破壞真空的情況下在上部晶種層106上形成金屬氮化物超導層108。
在藉由氧電漿處理（參見第3B圖）或藉由PVD（參見第3C圖）形成上部晶種層106的情況下，可使用具有脈衝PVD之應用材料Endura®
。下部晶種層之沉積與氧化物或氮氧化物之氧電漿處理或PVD可在同一腔室內執行。NbN沉積可在同一Endura工具中之不同腔室中執行，但不會破壞真空。
第4A圖為包括用作超導材料之金屬氮化物層108的元件100'中之一些層的示意圖。第4B圖為元件100'之示意圖，其中金屬氮化物層已形成為例如超導導線108'之特徵。元件100'類似於元件100，但元件100'之晶種層結構103具有單個金屬氧化物或金屬氮氧化物晶種層106'，而非具有下部晶種層及上部晶種層。除如下所論述以外，可如關於元件100所論述來配置及製造元件100'。第5圖為製造之方法200'的流程圖。
晶種層106'安置在支撐結構102之頂部上。晶種層106'為金屬氧化物或金屬氮氧化物。特定而言，晶種層106'為與超導層108中之金屬氮化物的金屬不同之金屬的氧化物或氮氧化物。晶種層106'可為氧化鋁或氮氧化鋁(AlN)，因為如此似乎提高了NbN之臨界溫度，例如，比氮化鋁作為晶種層提高了約0.5 K。然而，氧化鉿、氮氧化鉿、氧化鎵或氮氧化鎵亦可為適當的。不同於元件100，不存在與金屬氧化物或氮氧化物晶種層106'之底部直接接觸之同一金屬的金屬氮化物層。
晶種層106'可具有約3 nm至50 nm之厚度，例如，為約5 nm或約10 nm或約20 nm之厚度。晶種層106'可具有(002)c軸晶體取向。晶種層106'不需要在元件100之工作溫度下超導。可藉由標準化學氣相沉積或物理氣相沉積製程沉積（步驟204'）晶種層106'。沉積製程可藉由處於200℃至500℃（例如，400℃）之溫度的基板進行。
例示性處理參數係施加至濺射靶材之為1 kW至5 kW的功率、其中氮氣及惰性氣體以3:100與1:6之間的比率供應之為2毫托至20毫托的總壓力（氮及惰性氣體）、200℃至500℃之晶圓溫度，及不向晶圓施加偏置電壓。
可將具有脈衝PVD之應用材料Endura®
用於晶種層及超導層的沉積。舉例而言，可在第一腔室中執行氧化鋁的沉積，且可在同一工具中之不同腔室中執行NbN沉積，但不會破壞真空。
可在晶種層106'及超導層108的沉積之間施加熱循環。舉例而言，具有晶種層106'之基板自第一溫度降低至第二溫度，接著上升至用於沉積金屬氮化物超導層108之升高的第三溫度，例如，處於300℃或高於300℃，例如，300℃至500℃。或者，具有晶種層106'之基板可維持在高溫下，例如，處於300℃或高於300℃，例如，處於沉積晶種層106'之同一溫度，直至沉積金屬氮化物超導層108為止。
第6A圖為包括用作超導材料之金屬氮化物層108的元件100"中之一些層的示意圖。第6B圖為元件100"之示意圖，其中金屬氮化物層已形成為例如超導導線108'之特徵。元件100"類似於元件100'，但元件100"之晶種層結構103包括已經歷了熱循環之金屬氮化物的單個層，而非具有金屬氧化物或金屬氮氧化物之晶種層。除如下所論述以外，可如關於元件100及100'所論述來配置及製造元件100"。第7圖為製造之方法200"的流程圖。
晶種層104'安置在支撐結構102之頂部上。晶種層104'為金屬氮化物。特定而言，晶種層104'及超導層108為不同金屬的氮化物。晶種層104'可為氮化鋁。然而，氮化鉿或氮化鎵亦可為適當的。不同於元件100，晶種層104'與超導層108之間不存在金屬氧化物或金屬氮氧化物。
可藉由標準化學氣相沉積或物理氣相沉積製程直接在支撐結構102上沉積（步驟204'）晶種層104'。沉積製程可藉由處於200℃至500℃（例如，400℃）之第一溫度的基板進行。
在沉積之後，具有金屬氮化物晶種層之基板經歷熱循環（步驟205）。特定而言，具有晶種層之基板自沉積晶種層之第一溫度（例如，200℃至500℃）降低至較低的第二溫度。舉例而言，具有晶種層104'之基板自沉積晶種層之第一溫度（例如，300℃至500℃）降低至較低的第二溫度（例如，20℃至300℃）。第二溫度可比第一溫度至少低200℃。舉例而言，第二溫度可為室溫，亦即，20℃至22℃。晶種層可在處於真空中時或在暴露於氮及/或惰性氣體（例如，氬）時經歷熱循環。基板接著上升至用於沉積超導層的金屬氮化物之升高的第三溫度，例如，300℃至500℃。熱循環可改變晶種層104'之結晶結構。
在熱循環之後，可在晶種層104'上沉積超導層108的金屬氮化物。在不破壞真空或另外將晶種層暴露於氧或含氧蒸汽（例如，H2
O）的情況下沉積超導層108。
第8A圖及第8B圖分別繪示被配置為超導奈米線單光子偵測器(SNSPD)之元件100a的俯視圖及側視圖。元件100a可使用上述晶種層103之任一配置。
SNSPD元件100a可包括安置在支撐結構102上之至少一個超導導線108'。超導導線108'可連接在導電電極120之間。超導導線108'可以曲折圖案（例如，來回的平行線）佈置在支撐結構102上。在一些實施中，多個導線108'平行連接在電極120之間，其中每一導線108'覆蓋單獨的區域152，但可能僅存在覆蓋了元件100a之整個偵測區域的單個導線108'。另外，許多其他圖案係可能的，例如，之字形或雙螺旋形。
支撐結構102包括基板124及分散式布拉格反射器(DBR)126，該分散式布拉格反射器(DBR)126包括由高折射率及低折射率材料形成之多對層。
SNSPD元件100a藉由使光子（以光束10繪示）自元件100a之頂部靠近（例如，相對於基板124垂直入射）來工作。SNSPD元件之工作原理為待偵測之光子自頂部進入並照射在SNPSD上。在初始撞擊時或自DBR反射後，光子的吸收會在NbN奈米線上形成熱點，該熱點使NbN之溫度上升至臨界溫度以上，使得導線的一部分不再處於超導狀態。熱點周圍之區域可能出現電流擁擠，從而導致電流密度高於臨界電流密度，此可能破壞整條導線之超導狀態。可藉由使電流流經元件並監控電極之間的電壓差而以電學方式偵測NbN導線自超導狀態至正常電阻狀態之改變。
超導奈米線單光子偵測器(SNSPD)元件之另一形式包括波導，用以沿大體上平行於基板表面之軸將光子輸入至偵測器中。第9A圖及第9B圖繪示被配置為超導奈米線單光子偵測器(SNSPD)且具有波導138之元件100b。元件100b可使用上述晶種層103之任一配置。
SNSPD元件100b可包括安置在支撐結構102上之至少一個超導導線108'。（若干）超導導線108'可經佈置而形成複數個平行線，其中相鄰的線在交替的端部連接。儘管第9A圖繪示出四條平行線，但該元件可僅具有兩條平行線（例如，U形導線）或更大數目條線。超導導線108'可連接在導電電極之間。
支撐結構102可包括基板134、在基板134上之介電層136，及安置在介電層136上之波導138。介電層102c為具有第一折射率之第一材料，且波導102d為具有比第一折射率高的第二折射率之第二材料。
藉由光束10b示出之光子經由波導138自側面（例如，大體平行於基板132之頂表面）注入至元件中。特定而言，光子可沿大體平行於導線108'之平行線的軸（藉由箭頭A示出）進入。
另外，沿橫向於光傳播方向之軸，導線108'可位於波導138之中心附近。舉例而言，在元件之每一側上，在導線108'的外部邊緣與波導138的外部邊緣之間可存在縫隙130。此縫隙130可具有為波導之總寬度的約25%至30%之寬度。
大體而言，因為波導138下方之介電層136及波導138上方之空餘空間或空氣均具有比波導138低之折射率，所以波導138中之光子藉由全內反射被俘獲。然而，由於波導138與奈米線108'之間的光學耦合，光子可逃逸至奈米線108'中並因此被奈米線108'吸收。在此類型之元件中，光耦合效率可能非常高。
參考第9C圖，若波導138由適當的金屬氮化物（例如，氮化鋁）形成，則波導138之頂表面可提供下部晶種層，且可經處理以形成上部晶種層106，或上部晶種層106可直接形成在波導108上，亦即，不必沉積單獨的下部晶種層。
雖然已描述了特定實施，但可在不脫離本揭示案之基本範疇的情況下設計出其他及另外的實施。預期一個實施例之元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無需進一步敘述。然而，應注意，圖式僅繪示出例示性實施例。本發明之範疇由以下申請專利範圍確定。
10a:光束
10b:光束
100:元件
100':元件
100":元件
100a:元件
100b:元件
102:支撐結構
103:晶種層結構
103/104':晶種層
103/106':晶種層
104:下部晶種層
104':晶種層
106:上部晶種層
106':晶種層
108:金屬氮化物層
108':超導導線
110:覆蓋層
112:溝槽
120:導電電極
124:基板
126:分散式布拉格反射器(DBR)
130:縫隙
134:基板
136:介電層
138:波導
200:方法
200':方法
200":方法
202:步驟
204':步驟
204a:步驟
204b:步驟
204c:步驟
205:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
A:箭頭
第1圖為繪示作為處理溫度及氮原子百分比的函數之氮化鈮的相位之圖式。
第2A圖為包括金屬氮化物下部晶種層、金屬氧化物或氮氧化物上部晶種層及超導金屬氮化物層之元件的示意性橫截面圖。
第2B圖為第2A圖的元件之示意性橫截面圖，其中超導層已被蝕刻以形成超導導線。
第3A圖至第3C圖為製造第2A圖或第2B圖的元件之方法的流程圖。
第4A圖為包括金屬氧化物或氮氧化物晶種層及超導金屬氮化物層之元件的示意性橫截面圖。
第4B圖為第4A圖的元件之示意性橫截面圖，其中超導層已被蝕刻以形成超導導線。
第5圖為製造第4A圖或第4B圖的元件之方法的流程圖。
第6A圖為包括金屬氮化物晶種層及超導金屬氮化物層之元件的示意性橫截面圖。
第6B圖為第6A圖的元件之示意性橫截面圖，其中超導層已被蝕刻以形成超導導線。
第7圖為製造第6A圖或第6B圖的元件之方法的流程圖。
第8A圖為包括分散式布拉格(Bragg)反射器之SNSPD的示意性俯視圖。
第8B圖為第8A圖之元件的示意性橫截面側視圖。
第9A圖為包括波導之SNSPD的示意性俯視圖。
第9B圖為第9A圖之元件的示意性橫截面側視圖。
第9C圖為第9A圖的元件之另一實施的示意性橫截面側視圖。
在各個圖式中之相同元件符號及名稱指示相同元件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
200:方法
202:步驟
204:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
Claims (20)
- 一種製造包括一超導層的一元件之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板上沉積一晶種層，該晶種層為一第一金屬之一氮化物； 將該晶種層暴露於一含氧氣體或電漿以形成一改質的晶種層；以及 在將該晶種層暴露於該含氧氣體或電漿之後，直接在該改質的晶種層上沉積一金屬氮化物超導層，該超導層為一不同的第二金屬之一氮化物。
- 如請求項1所述之方法，其中將該晶種層暴露於該含氧氣體或電漿之步驟包括以下步驟：將該晶種層暴露於氧氣或氧電漿。
- 如請求項1所述之方法，其中該改質的晶種層包括為該第一金屬之一氮化物的一下部晶種層及為該第一金屬之一氧化物或氮氧化物的一上部晶種層。
- 如請求項1所述之方法，其中該第二金屬為氮化鈮、氮化鈦或鈮鈦氮化物，且該第一金屬為鋁。
- 一種製造包括一超導層的一元件之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板上沉積一下部晶種層，該下部晶種層為一第一金屬之一氮化物； 直接在該下部晶種層上沉積一上部晶種層，該上部晶種層為該第一金屬之一氧化物或氮氧化物；以及 直接在該上部晶種層上沉積一金屬氮化物超導層，該超導層為一不同的第二金屬之一氮化物。
- 如請求項5所述之方法，其中該第二金屬為氮化鈮、氮化鈦或鈮鈦氮化物，且該第一金屬為鋁。
- 如請求項5所述之方法，其中沉積該下部晶種層、沉積該上部晶種層及沉積該金屬氮化物超導層之步驟係在不破壞真空的情況下在一沉積工具中執行。
- 如請求項5所述之方法，其中沉積該下部晶種層、沉積該上部晶種層及沉積該金屬氮化物超導層之步驟包括物理氣相沉積製程。
- 一種製造包括一超導層的一元件之方法，該方法包括以下步驟： 在一基板上沉積一晶種層，該晶種層為一第一金屬之一氧化物或氮氧化物；以及 直接在該晶種層上沉積一金屬氮化物超導層，該超導層為一不同的第二金屬之一氮化物。
- 如請求項9所述之方法，其中該第二金屬為氮化鈮、氮化鈦或鈮鈦氮化物，且該第一金屬為鋁。
- 如請求項9所述之方法，其中沉積該晶種層及沉積該金屬氮化物超導層之步驟係在不破壞真空的情況下在一沉積工具中執行。
- 如請求項9所述之方法，其中沉積該晶種層及沉積該金屬氮化物超導層之步驟包括物理氣相沉積製程。
- 一種製造包括一超導層的一元件之方法，該方法包括以下步驟： 在處於一第一溫度之一基板上沉積一晶種層，該晶種層為一第一金屬之一氮化物； 將該基板之該溫度降低至低於該第一溫度之一第二溫度； 將該基板之該溫度提高至高於該第一溫度之一第三溫度以形成一改質的晶種層； 直接在處於該第三溫度之該改質的晶種層上沉積一金屬氮化物超導層，該超導層為一不同的第二金屬之一氮化物。
- 如請求項13所述之方法，其中該第二金屬為氮化鈮、氮化鈦或鈮鈦氮化物，且該第一金屬為鋁。
- 如請求項13所述之方法，包括以下步驟：在沉積該金屬氮化物超導層之前將該晶種層暴露於一含氧氣體或電漿。
- 如請求項15所述之方法，其中將該晶種層暴露於該含氧氣體或電漿之步驟係藉由處於該第二溫度之該基板執行的。
- 如請求項15所述之方法，其中將該晶種層暴露於該含氧氣體或電漿之步驟係藉由處於該第一或第三溫度之該基板執行的。
- 如請求項13所述之方法，包括以下步驟：自沉積該晶種層至沉積該金屬氮化物超導層，使該晶種層維持在一無氧環境中。
- 如請求項13所述之方法，其中該第二溫度比該第一溫度至少低200℃。
- 如請求項19所述之方法，其中該第二溫度為室溫。
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