超导互连结构的制备方法及超导量子电路的制备方法与流程

本申请属于通孔制备，尤其是硅通孔互连结构制备，特别地，本申请涉及一种超导互连结构及超导量子电路的制备方法。

背景技术：

1、随着量子芯片结构的改进和多比特技术的发展，超导量子电路变得越来越复杂，因此超导量子芯片逐渐向高集成度方向发展，二维平面集成逐渐面临挑战。硅通孔(through silicon via,tsv)技术通过在衬底上打孔并填充导电材料形成tsv互连结构将衬底正面电路和衬底背面电路进行互连。因此，借助硅通孔的工艺技术可以将超导量子电路的超导信号从衬底的一个表面传输到另一表面，从而可以将超导量子电路的一些结构形成在给定制造平面上方或下方，并借助硅通孔技术实现超导量子芯片三维方向垂直导通。因此，基于tsv的超导互连结构是超导量子芯片的制造过程的重要部分。

2、目前，基于tsv的超导互连结构一般通过先利用bosch工艺对衬底刻蚀形成硅通孔，然后利用pvd、cvd、ald等方式在硅通孔内或壁上沉积镀膜形成，但该过程普遍耗时较长，例如，热蒸发镀膜时，其沉积速率只有几十埃每秒，而硅通孔厚度有几百微米。

3、因此，亟需一种快速制备基于tsv的超导互连结构的方法。

4、发明创造内容

5、针对基于tsv的超导互连结构制备过程耗时较长的问题，本申请的目的是提供一种超导互连结构及超导量子电路的制备方法，以解决现有技术中的不足，它实现了基于硅通孔的超导互连结构的快速制备。

6、本申请的一个实施例提供了一种超导互连结构的制备方法，它包括：在衬底上形成盲孔；将熔融的超导材料填入所述盲孔形成超导元件；以及，在所述盲孔的底部的一侧，减薄所述衬底以形成贯穿所述衬底的通孔。

7、如上所述的制备方法，在一实施方式中，在所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤之前，还包括：在所述盲孔的内壁形成粘附浸润层。

8、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述粘附浸润层包括：粘附所述内壁的第一材料层；以及，以及粘附所述第一材料层的第二材料层。

9、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述第一材料层包括钛ti或镍ni，所述第二材料层包括金au或铜cu。

10、如上所述的制备方法，在一实施方式中，在所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤同时，还包括：

11、加热所述衬底至所述超导材料的熔点以上。

12、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤，包括：将所述超导材料形成颗粒；分立的熔融所述颗粒形成液滴填入所述盲孔。

13、如上所述的制备方法，在一实施方式中，在抗氧化环境中将熔融的超导材料填入所述盲孔。

14、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述抗氧化环境为真空环境。

15、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述抗氧化环境为非氧化性气体的环境。

16、如上所述的制备方法，在一实施方式中，非氧化性气体包括氮气n2、氢气h2、一氧化碳co、甲酸蒸汽中之一。

17、如上所述的制备方法，在一实施方式中，所述超导材料包括铟in、锡sn、铅pt、铟锡合金中至少之一。

18、本申请的另一个实施例提供了一种超导量子电路的制备方法，它包括：根据如上所述制备方法制备的超导互连结构；形成第一超导量子电路于所述通孔一端的所述衬底的表面，且所述第一超导量子电路与所述超导元件的一端连接；以及，形成第二超导量子电路于所述通孔另一端的所述衬底的表面，所述第二超导量子电路与所述超导元件的另一端连接。

19、如上所述的超导量子电路的制备方法，在一实施方式中，所述第一超导量子电路、所述超导元件和所述第二超导量子电路形成以下结构之一：脉冲控制信号线、磁通调控信号线、读取信号线、读取谐振腔。

20、与现有技术相比，本申请先在衬底上形成盲孔，然后将熔融的超导材料填入所述盲孔形成超导元件，再在所述盲孔的底部的一侧减薄所述衬底以使该盲孔形成贯穿衬底的通孔，由此获得的贯穿衬底的超导互连结构即为基于tsv的超导互连结构，可以基于该超导互连结构使通孔两端的衬底表面的电路互连。本申请的方案中，熔融的超导材料填充盲孔后减薄的方式耗时短、效率高，有助于实现基于tsv的超导互连结构的快速制备。

技术实现思路

技术特征：

1.一种超导互连结构的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤之前，还包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粘附浸润层包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一材料层包括钛或镍，所述第二材料层包括金或铜。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤同时，还包括：

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述将熔融的超导材料填入所述盲孔的步骤，包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在抗氧化环境中将熔融的超导材料填入所述盲孔。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧化环境为真空环境。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧化环境为非氧化性气体的环境。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，非氧化性气体包括氮气、氢气、一氧化碳、甲酸蒸汽中之一。

11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述超导材料包括铟、锡、铅、铟锡合金中至少之一。

12.一种超导量子电路的制备方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述第一超导量子电路、所述超导元件和所述第二超导量子电路形成以下结构之一：脉冲控制信号线、磁通调控信号线、读取信号线、读取谐振腔。

技术总结
本申请公开了一种超导互连结构及超导量子电路的制备方法，涉及硅通孔互连结构技术领域。本申请先在衬底上形成盲孔，然后将熔融的超导材料填入所述盲孔形成超导元件，再在所述盲孔的底部的一侧减薄所述衬底以使该盲孔形成贯穿衬底的通孔，由此即可获得贯穿衬底的超导互连结构，可以基于该超导互连结构使通孔两端的衬底表面的电路互连。本申请的方案中，熔融的超导材料填充盲孔后减薄的方式耗时短、效率高，有助于实现基于TSV的超导互连结构的快速制备。

技术研发人员：徐望胜,沈龙,张润潇,马亮亮,尤兵
受保护的技术使用者：合肥本源量子计算科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12