阅读说明：本技术 一种超导约瑟夫森结的制备方法 (Preparation method of superconducting Josephson junction ) 是由 张辉 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超导约瑟夫森结的制备方法,包括：在衬底上依次形成牺牲层和感光层；形成上沟道于感光层中,形成下沟道于牺牲层中,上沟道位于下沟道整体的上方且下沟道宽度大于上沟道宽度,通过上沟道和下沟道暴露出部分衬底,部分衬底包括第一区域和第二区域；沿着第一方向蒸镀形成金属材料层于第一区域时,感光层遮挡第二区域；氧化部分金属材料层形成第一金属层和绝缘层；以及沿着第二方向蒸镀形成第二金属层于暴露出的第二区域、以及第一区域和第二区域相交叉处的绝缘层上时,感光层遮挡第一区域,则于第一区域和第二区域相交叉处形成超导约瑟夫森结。本发明能够提高获得的超导约瑟夫森结的质量和可靠性。(The invention discloses a preparation method of a superconducting Josephson junction, which comprises the following steps: sequentially forming a sacrificial layer and a photosensitive layer on a substrate; forming an upper channel in the photosensitive layer, forming a lower channel in the sacrificial layer, wherein the upper channel is positioned above the whole lower channel, the width of the lower channel is greater than that of the upper channel, a part of the substrate is exposed through the upper channel and the lower channel, and the part of the substrate comprises a first area and a second area; when a metal material layer is formed in the first area by evaporation along the first direction, the photosensitive layer shields the second area; oxidizing part of the metal material layer to form a first metal layer and an insulating layer; and forming a second metal layer on the exposed second region and the insulating layer at the intersection of the first region and the second region by evaporation along a second direction, wherein the photosensitive layer shields the first region, and a superconducting Josephson junction is formed at the intersection of the first region and the second region. The invention can improve the quality and reliability of the obtained superconducting Josephson junction.)

一种超导约瑟夫森结的制备方法

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别涉及一种超导约瑟夫森结的制备方法。

背景技术

量子计算是一个很重要且已经被国内广泛关注的领域，实现量子计算的体系有半导体量子点、离子阱、基于超导约瑟夫森结的超导量子比特体系、核磁体系等等。超导约瑟夫森结是一种三层薄膜构成的结构，上下两层均为可在低温超导的金属，如铌膜或者铝膜，中间夹一层绝缘层，通常是一层三氧化二铝。基于超导约瑟夫森结的超导体系因其可扩展性好、门操作保真度高、可利用传统半导体微纳加工技术很方便制备等优点被认为是实现量子计算最有前景的体系之一。超导约瑟夫森结的制备则是超导量子比特的关键。

现有技术中，有不同的工艺方案可以制备出超导约瑟夫森结，但是大多制备工艺都需要利用光刻胶形成特定的图形层，并以图形层为掩膜在衬底上沉积金属材料，然后再剥离去除图形层，保留沉积在衬底上的金属图形，然而由于沉积时，图形层侧壁上形成金属材料残留，并且该金属材料残留易与衬底上的金属图形粘连，这就导致剥离时衬底上沉积形成的金属图形容易发生撕裂，形貌特征受到影响，进而影响约瑟夫森结的性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种超导约瑟夫森结的制备方法，以便更容易的制备超导约瑟夫森结，避免超导约瑟夫森结图形层与在光刻胶等上的残留金属粘连，而导致剥离工艺时发送撕裂，进而影响超导约瑟夫森结的性能和质量。

为了解决上述问题，根据本发明提供一种超导约瑟夫森结的制备方法，包括：

一种超导约瑟夫森结的制备方法，包括：

在衬底上依次形成牺牲层和感光层，其中，所述牺牲层位于所述衬底上，所述感光层位于所述牺牲层上，且所述牺牲层的厚度大于待制备的超导约瑟夫森结的厚度；

形成上沟道于所述感光层中，形成下沟道于所述牺牲层中，所述上沟道位于所述下沟道整体的上方且下沟道宽度大于上沟道宽度，通过所述上沟道和所述下沟道暴露出部分衬底，所述部分衬底包括第一区域和第二区域，且所述第一区域和所述第二区域相交叉；

沿着第一方向蒸镀形成金属材料层于所述第一区域，且沿着第一方向蒸镀时，所述感光层遮挡所述第二区域及其上方的下沟道侧壁，以及所述第一区域上方的下沟道侧壁；

氧化部分所述金属材料层形成第一金属层和绝缘层，其中，所述绝缘层位于所述第一金属层上；

沿着第二方向蒸镀形成第二金属层于暴露出的所述第二区域、以及所述第一区域和所述第二区域相交叉处的绝缘层上，且沿着第二方向蒸镀时，所述感光层遮挡所述第一区域及其上方的下沟道侧壁，以及所述第二区域上方的下沟道侧壁，则于所述第一区域和所述第二区域相交叉处第一金属层、绝缘层和第二金属层交叠形成超导约瑟夫森结。

优选地，所述第一方向在所述衬底表面的正投影与所述第一区域的延伸方向平行；和/或，所述第二方向在所述衬底表面的正投影与所述第二区域的延伸方向平行。

优选地，在所述沿着第一方向蒸镀形成金属材料层于所述第一区域的步骤之前，还包括：

采用离子束刻蚀工艺修正所述上沟道的尺寸和侧壁形貌。

优选地，所述第一区域和所述第二区域相互垂直，且所述第一方向与所述衬底表面之间的夹角大小为0～arctan(d₂/D₂)，以及所述第二方向与所述衬底表面之间的夹角大小为0～arctan(d₂/D₁)，其中，d₂为感光层的厚度，D₁为第一区域上方的上沟道宽度，D₂为第二区域上方的上沟道宽度。

优选地，所述氧化部分所述金属材料层的步骤包括：采用氩氧混合气体氧化部分所述金属材料层。

优选地，所述在衬底上依次形成牺牲层和感光层的步骤包括：

预烘烤所述衬底；

在所述衬底上涂覆第一光刻胶；

在160～200℃下烘烤2～10min后冷却制得所述牺牲层；

在所述牺牲层上涂覆第二光刻胶；

在110℃～120℃下烘烤1～3min后冷却制得所述感光层。

优选地，所述形成上沟道于所述感光层中，形成下沟道于所述牺牲层中的步骤包括：

曝光所述感光层和所述牺牲层；

烘烤所述感光层和所述牺牲层；

显影溶解部分所述感光层形成所述上沟道，并溶解部分所述牺牲层形成所述下沟道。

优选地，所述牺牲层的感光敏感性强于所述感光层的感光敏感性。

优选地，所述牺牲层的易溶解性强于所述感光层。

优选地，所述部分衬底包括一个所述第一区域和至少两个所述第二区域，且所述至少两个所述第二区域之间相互平行。

相比于现有技术，本发明首先通过在衬底上形成厚度大于待制备约瑟夫森结厚度的牺牲层以及在牺牲层上形成感光层；其次在感光层中形成上沟道，在牺牲层中形成下沟道，并且下沟道的宽度大于上沟道的宽度，通过下沟道和上沟道暴露出包括第一区域和第二区域的部分衬底，第一区域和第二区域呈相交叉状；再次根据第二区域上方的上沟道宽度和感光层厚度确定第一方向，以使沿着第一方向蒸镀形成金属材料层于所述第一区域时，感光层遮挡第二区域及其上方的下沟道侧壁，以及第一区域上方的下沟道侧壁；然后，对金属材料层进行部分氧化以形成第一金属层和绝缘层；最后再根据第一区域上方的上沟道宽度和感光层厚度确定第二方向，以使沿着第二方向蒸镀形成第二金属层时，感光层遮挡第一区域及其上方的下沟道侧壁，以及第二区域上方的下沟道侧壁，则在第一区域和第二区域相交叉处由第一金属层、绝缘层和第二金属层交叠形成所需的超导约瑟夫森结，并且由于感光层的遮挡作用，下沟道侧壁上无金属残留，且上沟道侧壁上的金属残留与形成的超导约瑟夫森结无粘连，因此，本发明在通过形成的上沟道控制超导约瑟夫森结形状尺寸的同时，解决了现有技术中与残留金属粘连的问题，以降低剥离工艺对超导约瑟夫森结的损伤，并且下沟道与形成的超导约瑟夫森结存在间隙，因而溶液易于浸入，有助于去胶剥离工艺。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例中超导约瑟夫森结的制备方法的流程图；

图2和图4是与本发明实施例中超导约瑟夫森结的制备方法的流程图相对应的结构示意图；

图3为图2剥离牺牲层、光刻胶胶层后的超导约瑟夫森结示意图；

图5为图4剥离牺牲层、光刻胶胶层后的超导约瑟夫森结示意图；

图6是本发明实施例中在形成上沟道和下沟道后衬底、牺牲层和感光层三层结构的立体示意图；

图7是本发明实施例中两次蒸镀角度的示意图；

其中，图2对应图6中A-A'处的剖面示意图；图4对应图6中B-B'处的剖面示意图。

图中：1-衬底；2-牺牲层；21-第一下沟道；22-第二下沟道；3-感光层；31-第一上沟道；32-第二上沟道；4-金属材料层；5-第一金属层；6-绝缘层；7-第二金属层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请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，也可以实现本申请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，不应对本发明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。

在下面的描述中，应该理解，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。

结合图1至图7，其中图2和图4中的制备流程示意图相对应，所不同的是图2对应图6中A-A'处的剖面示意图，图4对应图6中B-B'处的剖面示意图，即图2和图4以不同视角显示本发明实施例中超导约瑟夫森结的制备流程，并且图3的视角与图2相同，图5的视角与图4相同，本发明实施例提供的一种超导约瑟夫森结的制备方法，包括步骤S100～步骤S500，其中：

步骤S100、在衬底1上依次形成牺牲层2和感光层3，其中，所述牺牲层2位于所述衬底1上，所述感光层3位于所述牺牲层2上，且所述牺牲层2的厚度大于待制备的超导约瑟夫森结的厚度，如图2中2(a)和2(b)、图4中4(a)和4(b)所示。

在本实施例中所述衬底1的构成材料可以硅，例如采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(SOI)等。作为示例，在本实施例中，选用电阻率大于等于10000欧姆*厘米的硅材料作为衬底1。此外，所述衬底1的构成材料还可以选择其他类型，例如蓝宝石。

在一个例子中，衬底1在使用前进行预处理，包括：

对衬底1进行清洗，例如可以采用超声清洗，然后将衬底1转移到装有1-甲基-2-吡咯烷酮的有机溶液的容器中进行浸泡，再将衬底1转移到有去离子水的容器中进行浸泡，最后取出衬底用惰性气体吹干，获得干净的衬底1。

根据实际需要，还可以添加包括采用氢氟酸、硫酸等的酸洗过程。

经预处理后，在衬底1上依次形成牺牲层2和感光层3，做为一个例子的实施方式，在衬底1上依次形成牺牲层2和感光层3的步骤包括：

预烘烤所述衬底1；

在所述衬底1上涂覆第一光刻胶，涂覆第一光刻胶时采用旋涂工艺；涂覆后，在160～200℃下烘烤2～10min后冷却制得所述牺牲层2，如图2(a)、图4(a)所示；所述牺牲层2的厚度可以介于100nm～500nm之间，本实施例中牺牲层2的厚度为150nm。对第一光刻胶的烘烤温度可以是160℃，165℃，170℃，175℃，180℃，185℃，190℃等。根据不同烘烤温度，可以设置不同烘烤时间，可以介于2min～10min之间，例如2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min等。

在所述牺牲层2上涂覆第二光刻胶，涂覆第二光刻胶时采用旋涂工艺；涂覆第二光刻胶后，在110℃～120℃下烘烤1～3min后冷却制得所述感光层3，如图2(b)、图4(b)所示。

具体实施时，涂覆形成的牺牲层2的厚度大于待制备的约瑟夫森结的厚度，感光层3的厚度可以不做限定，但感光层3的厚度和两次蒸发的角度有关系，后续再做详细介绍；另外，牺牲层2和感光层3为不同的材质，其中，可选地：所述牺牲层2的感光敏感性强于所述感光层3的感光敏感性，例如：所述牺牲层2为MMA，所述感光层3为PMMA；或者，所述牺牲层2的易溶解性强于所述感光层3，更容易被显影液侵蚀，即具有更高的刻蚀选择比，例如：所述牺牲层2为LOR系列(LOR5B或LOR10B)，所述感光层3为S1813或SPR955等。

需要说明的是，感光敏感性即灵敏度，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)，并且数值越小表明灵敏度越高，曝光所需的剂量相应越小，曝光过程越快。

步骤S200、形成上沟道于所述感光层3中，形成下沟道于所述牺牲层2中，所述上沟道位于所述下沟道整体的上方，并且下沟道宽度大于上沟道宽度，本实施例中，所述上沟道包括第一上沟道31和第二上沟道32，所述下沟道包括第一下沟道21和第二下沟道22，第一上沟道31位于第一下沟道21整体的上方，第二上沟道32位于第二下沟道22整体的上方，第一下沟道21的宽度大于第一上沟道31的宽度，第二下沟道22的宽度大于第二上沟道32的宽度，通过所述上沟道和所述下沟道暴露出部分衬底1，所述部分衬底包括第一区域和第二区域，且所述第一区域和所述第二区域相交叉，本实施例中，通过第一上沟道31和第一下沟道21暴露出第一区域，通过第二上沟道32和第二下沟道22暴露出第二区域。

本实施例中，形成所述上沟道和所述下沟道的步骤具体包括：

如图2(c)、图4(c)所示，曝光所述感光层3和所述牺牲层2；

烘烤所述感光层3和所述牺牲层2进行定型以消除显影后侧壁形貌不平整的缺陷，使侧壁形貌尽量贴近垂直于衬底表面；

显影溶解部分所述感光层3形成所述上沟道(如图2(d)、图4(d)所示)，，并溶解部分所述牺牲层2形成所述下沟道(如图2(e)、图4(e)所示)，形成的第一上沟道31和第二上沟道32、第一下沟道21和第二下沟道22的立体示意图如图6所示。

在显影时，可以控制显影液温度在-15℃～0℃之间，例如-15℃，-14℃，-13℃，-12℃，-11℃，-10℃，-9℃，-8℃，-7℃，-6℃，-5℃，-4℃，-3℃，-2℃，-1℃，0℃等。由此，显影液与光刻胶反应的速率就会相对温和，显影过程也会更平稳，有助于获得较稳定的线宽和垂直于衬底表面的侧壁形貌。根据实际控制的显影液温度，显影时间介于30s～180s之间，例如40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s、120s、130s、140s、150s、160s、170s等。可以理解的是，温度越低，所需时间相对越长。

在上述温度范围内对设置的两层光刻胶显影，能够有效控制牺牲层2显影后的线宽，使其线宽稳定，上沟道和下沟道的尺寸能够更贴近实际需要，也便于控制上沟道和下沟道的侧壁形貌。

本发明采用低温显影技术，也就是将显影液控制在-15℃～0℃范围内，这样显影液与光刻胶的反应速率就会相对温和，显影过程也会更平稳，在两层光刻胶的设计下，使得结区线宽更稳定，可重复性更高。具体的，本发明能将显影后的线宽与设计线宽的偏差控制在5nm左右。

步骤S300、结合图2(f)、图4(f)和图7所示，在本步骤沿着第一方向蒸镀形成金属材料层4于所述第一区域，且沿着第一方向蒸镀时，所述感光层3遮挡所述第二区域、所述第二区域上方的下沟道侧壁(结合图6所示，即第二下沟道22的侧壁)，以及所述第一区域上方的下沟道侧壁(结合图6所示，即第一下沟道21的侧壁)，以免金属材料被蒸镀到所述第二区域而影响后续的工艺，同时避免金属材料镀到第二下沟道22的侧壁和第一下沟道21的侧壁上与衬底1表面形成的金属材料层4粘连。

本发明采用蒸镀工艺制备超导约瑟夫森结，蒸镀的金属材料选择超导金属，例如Ni、Al等，本实施例中采用蒸镀Al的方式，以在所述第一区域形成一层铝金属层。在本步骤中，蒸镀之前，可以先采用一步离子束刻蚀工艺对衬底1进行清洁、优化上沟道的尺寸和侧壁形貌，例如去除残留的光刻胶，进一步优化线宽的稳定性，优化第一上沟道31、第二上沟道32侧壁形貌保证侧壁垂直于衬底1的表面。

本步骤沿着第一方向蒸镀形成金属材料层4的厚度介于20nm～40nm之间。例如是20nm、21nm、22nm、23nm、24.5nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm、40nm等。

为使得在本次蒸镀金属材料时，能够通过第一上沟道31界定出金属层材料层4的形状尺寸，即保证蒸镀形成的金属材料层4的宽度与第一上沟道31的宽度相一致，本发明实施例中，所述第一方向在所述衬底表面的正投影与所述第一区域的延伸方向平行，即与所述第一区域长度延伸方向平行，在第一上沟道31的侧壁垂直于衬底1的表面时，也可以理解为所述第一方向与所述第一上沟道31的侧壁所在的平面相平行，这种方式在确保通过第一上沟道31界定出金属层材料层4的形状尺寸的同时，避免在蒸镀过程中，金属材料镀到第一下沟道21的侧壁上，以及第二下沟道22的侧壁上，造成与金属材料层4粘连。本发明实施例之所以避免蒸镀时发生粘连，主要是为了避免后续剥离去除衬底1上的牺牲层2和感光层3时，粘连容易造成衬底1表面形成的金属图形层撕裂，影响金属图形层的形貌和性能。

作为一种更为具体的实施方式，进一步地，在本发明实施例中，所述第一区域和所述第二区域相互垂直，例如呈“十”字型，且所述第一方向与所述衬底1的表面之间的夹角α的大小为0～arctan(d₂/D₂)，其中，d₂为感光层3的厚度，D₂为第二区域上方的上沟道32宽度，如图4(e)和图7所示。

在蒸镀时，可以依据实际第二上沟道32的宽度和感光层3的厚度调整第一方向的角度，本发明实施例按照以上要求设定蒸镀的角度，是在保证能够通过第一上沟道31界定出金属材料层4的形状尺寸的同时，避免金属材料镀到第一下沟道21的侧壁上而造成与金属材料层4粘连，并且避免金属材料镀到第二区域上以及第二下沟道22的侧壁上而影响后续工艺。

步骤S400、氧化部分所述金属材料层4形成第一金属层5和绝缘层6，其中，所述绝缘层6位于所述第一金属层5上，如图2(g)和图4(g)所示。

本步骤采用半导体器件制备时通用的氧化工艺即可。超导约瑟夫森结中间的氧化层厚度能达到1～2nm或者更薄，作为本发明实施例中一种优选的方式，本步骤采用氩氧混合气体氧化部分所述金属材料层4以形成第一金属层5和绝缘层6。相比现有技术而言，采用含氩氧混合气体氧化部分所述金属材料层4形成第一金属层5和绝缘层6，使得在所述金属材料层4表面形成很薄的一层绝缘层6的工艺过程可控，降低了对设备的要求以及实现难度。

另外，本实施例提供了氩氧混合气体的设定条件，即所述氩氧混合气体中氧气体积比介于85％～99％，所述氩氧混合气体的压强介于0.01torr～0.5torr之间，氧化时间介于5min～30min之间，在设定条件下有助于形成厚度精确可控的绝缘层6。

本发明采用氩氧混合气体，辅以氧化气压大小和氧化时间的调整，能方便的控制超导约瑟夫森结中绝缘层6的性质，例如三氧化二铝面积厚度以及其生长条件，从而使得约瑟夫森结的质量性能(如临界电流)相对可控。

发明人发现，若在氧气中增加氩气，并限定在特定比例范围内时，绝缘层6厚度则变得相对精确可控。由此，在绝缘层6厚度可控的情况下，约瑟夫森结的性能就可以有针对性的得以改进，例如电阻值，进而改进临界电流。

具体的，发明人研究发现，通常情况下，氧气压力只能够精确到0.01量级(举例：0.02torr)。在引入特定含量的氩气后，氧气压力得到稀释，具体体现在稀释后精度得以提升为0.001量级(举例：0.020torr)，即精度提高几倍甚至上十倍，在这种情况下，使得氧化绝缘层6的厚度的精度也得以提升。

其中，所述氩氧混合气体中氧气体积比介于85％～99％，所述氩氧混合气体的压强介于0.01torr～0.5torr之间，氧化时间介于5min～30min之间。

具体的，氧气体积比可以是86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％等。

具体的，混合气体的压强可以是0.020torr、0.030torr、0.035torr、0.040torr、0.045torr、0.05torr、0.055torr、0.06torr、0.065torr、0.07torr、0.075torr、0.08torr、0.085torr、0.09torr、0.095torr、0.100torr、0.105torr、0.110torr、0.115torr、0.120torr、0.125torr、0.130torr、0.135torr、0.140torr、0.145torr、0.15torr、0.155torr、0.16 0torr、0.165torr、0.170torr、0.175torr、0.180torr、0.185torr、0.190torr、0.195torr、0.200torr、0.225torr、0.250torr、0.255torr、0.300torr、0.335torr、0.350torr、0.355torr、0.400torr、0.415torr、0.450torr等。

具体的，氧化时间介于7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min等。

本步骤可以是将蒸镀形成金属材料层4的衬底1转移至氧化腔体中，在氧化过程中，保持氧化腔体中氩氧混合气体的持续通入，并维持氧化腔体中压强的稳定。

由此，以金属铝为例，在金属材料层4的表面(不与衬底1接触的面)形成氧化铝绝缘层6，则原金属材料层4中未被氧化的部分即为第一金属层5。

在本实施例中，第一金属层5的厚度介于20nm～40nm之间，例如21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、31nm、32nm、33nm、34nm、35nm、36nm、37nm、38nm、39nm等。

步骤S500、结合图2(h)图4(h)和图7所示，沿着第二方向蒸镀形成第二金属层7于暴露出的第二区域、以及所述第一区域和所述第二区域相交叉处的绝缘层6上且沿着第二方向蒸镀时，所述感光层3遮挡所述第一区域、所述第一区域上方的下沟道侧壁(结合图6所示，即第一下沟道21的侧壁)，以及所述第二区域上方的下沟道侧壁(结合图6所示，即第二下沟道22的侧壁)，则于所述第一区域和所述第二区域相交叉处第一金属层5、绝缘层6和第二金属层7交叠形成超导约瑟夫森结，且蒸镀形成的所述第二金属层7的上表面低于下沟道的上沿，即超导约瑟夫森结的上表面低于下沟道的上沿。

本步骤可以采用蒸镀工艺完成，在蒸镀时，可以依据实际第一上沟道31的宽度和感光层3的厚度调整第二方向的角度，达到在沿着第二方向蒸镀时避免金属材料镀到除第一区域和第二区域相交叉处之外的绝缘层6的上面，以及第一下沟道21的侧壁和第二下沟道22的侧壁而造成后续剥离工艺的困难。

本次蒸镀过程与步骤S300基本一致，差别在于，本次蒸镀形成的第二金属层7厚度可以不同。

具体的，所述第二金属层的厚度介于70nm～110nm之间。例如是75nm、76nm、77nm、78nm、79nm、80nm、81nm、82nm、83nm、84nm、85nm、86nm、87nm、88nm、89nm、90nm、91nm、92nm、93nm、94nm、95nm、96nm、97nm、98nm、99nm、100nm、101nm、102nm、103nm、104nm、105nm、106nm、107nm、108nm、109nm等。

类似地，为使得在本次蒸镀金属材料时，能够通过第二上沟道32界定出第二金属层7的形状尺寸，即保证蒸镀形成的第二金属层7的宽度与第二上沟道32的宽度相一致，本发明实施例中，所述第二方向在所述衬底表面的正投影与所述第二区域的延伸方向平行，即与所述第二区域长度延伸方向平行，在第二上沟道32的侧壁垂直于衬底1的表面时，也可以理解为所述第二方向与所述第二上沟道32的侧壁所在的平面相平行，这种方式在确保通过第二上沟道32界定出第二金属层7的形状尺寸的同时，可以避免在蒸镀过程中，金属材料镀到第二下沟道22的侧壁和第一下沟道21的侧壁上，造成与第二金属层7粘连。

其中，在所述第一区域和所述第二区域相互垂直时，例如呈“十”字型，所述第二方向与所述衬底1的表面之间的夹角β的大小为0～arctan(d₂/D₁)，其中，d₂为感光层3的厚度，D₁为第一区域上方的第一上沟道31宽度。

超导约瑟夫森结在形成后，需要将残留在侧壁上的金属以及牺牲层2和感光层3剥离去除才能形成如图3和图5所示的结构，但是沉积、溅射等等过程形成的金属层，都是侧壁上的残留金属和衬底1表面形成的金属图形层是连接在一起的，因此这一剥离去除过程很容易损伤到衬底1表面的金属图形层(即超导约瑟夫森结的形貌)，并不能够仅仅只去除侧壁上的残留金属。然而本发明实施例中，由于设置牺牲层2和感光层3，并使得形成在牺牲层2中的第一下沟道21、第二下沟道22的宽度大于形成在感光层3中的第一上沟道31、第二上沟道32的宽度，即整体沟道上窄下宽，于是在形成金属图形层时，第一上沟道31、第二上沟道32侧壁与衬底1之间悬空，则残留在第一上沟道31、第二上沟道32侧壁上的金属基本上不会与衬底1表面的金属图形层(例如衬底1表面上的第一金属层5、绝缘层6和第二金属层7)连接在一起，而且第一下沟道21、第二下沟道22的侧壁被感光层3遮挡，基本上也不会附着残留金属，于是衬底1表面的金属图形层相对而言是独立的，不与残留金属发生粘连，因此去除残留金属时更为方便，不容易对衬底1表面的金属图形层产生影响，进而有效确保超导约瑟夫森结的完整性，有助于提高超导约瑟夫森结的质量。

残留金属以及牺牲层2和感光层3的剥离去除可以是采用在80℃以上的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中浸泡3-4小时，在去除残留金属层时，还可以辅以离子束轰击，以高效快速的去除残留的金属。然后转移到异丙醇(IPA)溶液中泡3-10min，最后用氮气吹干即可。值得说明的是，相对于现有技术中衬底1表面形成的金属图形层与光刻胶紧密相贴的结构，本发明实施例中衬底1表面的金属图形层与牺牲层2之间留有空隙，因此便于溶液的浸入，剥离效果相对较好，避免在衬底1表面的图形层上形成残留。

在具体实施时，为了获得呈并联关系的约瑟夫森结结构，在本实施例中所述部分衬底包括一个所述第一区域和至少两个所述第二区域，且所述至少两个所述第二区域之间相互平行。更为优选的一种方式，所述第一区域和所述第二区域相互垂直。这种限制下，按照本发明实施例上述介绍的工艺流程制备约瑟夫森结，能够实现一次工艺流程即能同时制备两个及以上呈并联关系的约瑟夫森结结构，并且也能够避免衬底1表面形成的金属图形层和侧壁残留发生粘连的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。