論文の概要: Optimizing CMOS-compatible, superconducting Titanium Nitride Resonators: Deposition Conditions and Structuring Processes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.00441v1
• Date: Sat, 28 Feb 2026 03:48:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-03 19:50:56.194743
• Title: Optimizing CMOS-compatible, superconducting Titanium Nitride Resonators: Deposition Conditions and Structuring Processes
• Title（参考訳）: CMOS互換超伝導窒化チタン共振器の最適化-析出条件と構造解析-
• Authors: Simon J. K. Lang, Alexandra Schewski, Ignaz Eisele, Johannes Weber, Carla Moran-Guizan, Zhen Lou, Moritz Singer, Benedikt Schoof, Marc Tornow, Thomas Mayer, Daniela Zahn, Rui N. Pereira, Christoph Kutter,
• Abstract要約: 我々は,200,mm径Si(100)基板上に堆積した窒化チタン(TiN)薄膜をベースとした超伝導コプラナー導波管(CPW)共振器の作製とその特性について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.404018926483985
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We report on the fabrication and characterization of superconducting coplanar waveguide (CPW) resonators based on titanium nitride (TiN) thin films deposited on 200\,mm diameter high-resistivity Si(100) substrates. We systematically investigate how deposition conditions, dry-etch power and in-situ resist strip temperature affect morphology, superconducting properties and dielectric losses. By tuning reactive sputtering conditions, three distinct preferred crystal orientations - (111), (200), and mixed are achieved. Our results demonstrate that all films exhibiting similar minimal two-level system (TLS) losses, with TiN111 exhibit the lowest median TLS losses $\tildeδ_\mathrm{TLS}$, and greater robustness against reoxidation. The applied structuring process, in contrast, had a far greater influence on the TLS loss than the crystal orientation of the TiN film and, consequently, the intrinsic material properties of the superconducting layer. The lowest TLS losses for all TiN depositons were achieved with a low power etch and low temperature resist strip. An additional buffered oxide etch (BOE) treatment could remove high-loss interfacial oxides at the metal-air (MA) and substrate-air (SA) interface and recover the etch-induced TLS losses. Consequently, TiN resonators exhibiting $\tildeδ_\mathrm{TLS}$ values as low as $9.67 \times 10^{-7}$ were realized. The corresponding median low-power loss, $\tildeδ_\mathrm{LP}$, amounts to $11.04 \times 10^{-7}$, which translates to an internal quality factor approaching one million. These findings highlight the critical role of process induced oxide formation at the MA and SA interfaces in limiting the performance of TiN resonators and provide a scalable, low-loss process compatible with industry-grade 200 mm CMOS qubit fabrication workflows.
• Abstract（参考訳）: 窒化チタン(TiN)薄膜を用いた超伝導コプラナー導波管(CPW)共振器の作製と特性評価について報告する。 本研究では, 析出条件, ドライエッチング力, その場ストリップ温度が形態, 超伝導特性, 誘電損失に与える影響を系統的に検討した。 反応性スパッタリング条件を調整することにより、3つの異なる結晶配向(111)、(200)、混合を実現する。 以上の結果から,TiN111はTLS損失の最小値が$\tildeδ_\mathrm{TLS}$であり,再酸化に対するロバスト性が高いことが示唆された。 一方,TiN薄膜の結晶配向よりもTLS損失に大きく影響し,超伝導層の固有の材料特性が向上した。 全TiN鉱床のTLS損失は低出力エッチングと低温レジストリップで達成された。 追加の緩衝酸化皮膜エッチング(BOE)処理により、金属空気(MA)および基板空気(SA)界面の高損失酸化物が除去され、エッチングによるTLS損失が回復した。 その結果、$\tildeδ_\mathrm{TLS}$9.67 \times 10^{-7}$のTiN共振器が実現した。 対応する中央値の低電力損失$\tildeδ_\mathrm{LP}$は11.04 \times 10^{-7}$であり、内部品質係数が100万に近づく。 これらの結果は、TiN共振器の性能を制限し、産業グレードの200 mm CMOS qubit 製造ワークフローと互換性のある、スケーラブルで低損失なプロセスを提供するMAおよびSA界面におけるプロセス誘起酸化物生成の重要な役割を浮き彫りにした。

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