一种处理衬底及制作倒装量子芯片的方法与流程

本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算，特别地，本申请涉及一种处理衬底及制作倒装量子芯片的方法。

背景技术：

1、倒装焊的工艺在超导量子芯片的多比特集成中显得尤为重要。在倒装焊的过程中，通常选择由铟作为连接材料。但是，从铟沉积到芯片的工艺流程中，铟暴露在空气中会非常容易产生表面氧化。那么，在其氧化的情况下，铟的氧化层在充当连接导线时，会造成失超的现象。而这对于超导量子芯片而言是非常严重的问题，需要竭力地避免。

技术实现思路

1、本申请的示例提供了一种处理衬底及制作倒装量子芯片的方法。其能够用以实现制作更高质量的芯片，避免因为倒装芯片中的层间互联结构氧化使得连接稳定性、信号传输质量等出现问题。

2、本申请示例的方案，通过如下内容实施。

3、在第一方面，本申请的示例提出了一种应用于通过倒装焊制作超导量子的衬底的处理方法。

4、其包括：

5、使具有金属互联件的衬底被约束于真空的或惰性气氛的处理环境中；以及定向地朝处金属互联件提供还原性气体预设时长；

6、其中，金属互联件以金属元素作为主体成分，金属互联件具有从金属互联件表面蔓延到内部、并且由主体成分反应形成的氧化层；

7、氧化层通过主体成分的自限氧化反应而从金属互联件表面深入至金属互联件内部、并具有深度尺寸；

8、在加热状态下，氧化层被还原性气体所还原，形成以金属元素为主的还原层；

9、预设时长依赖于从氧化层的深度尺寸。

10、在真空或惰性气氛的处理环境中对具有金属互联件的衬底进行处理可以避免其中的金属互联件继续或再次发生氧化。利用还原性气氛处理金属互联件的氧化层，使其被还原而去除氧化层能够避免后续使用衬底时遗留或存在氧化层而造成的潜在不利影响。

11、定向地朝处金属互联件提供还原性气体预设时长，可以使还原性气体能够持续地与金属互联件表面的氧化层接触和反应，从而也更容易将深层的氧化层还原，使得氧化层充分、彻底地被还原为金属。

12、根据本申请的一些示例，金属互联件为铟，氧化层为氧化铟，还原性气体包括甲酸以及可选的氮气，定向地朝金属互联件提供还原性气体预设时长的过程中金属互联件处于加热状态。

13、根据本申请的一些示例，还原性气体通过以下方式产生：

14、提供穿过甲酸液体的气流路径，气流路径具有上游进气端和下游出气端，上游进气端和下游出气端在甲酸液体中交汇，以及从上游进气端向甲酸液体连续地注入氮气，获得从甲酸液体从脱出作为还原性气体、并经由下游出气端排出的逃逸气；其中，逃逸气由作为载气的氮气和被氮气携带的甲酸构成。

15、根据本申请的一些示例，加热状态的金属互联件的温度大于200摄氏度。

16、根据本申请的一些示例，处理环境由封闭腔室提供，且处理方法还包括从封闭腔室向外部排气的尾气排出步骤，并且执行尾气排出步骤的时机为：在定向地朝金属互联件提供还原性气体的过程中或之后。

17、根据本申请的一些示例，定向地朝金属互联件提供还原性气体预设时长的过程中金属互联件处于加热状态，且加热状态的金属互联件是通过：以选定的温度曲线对常温下的金属互联件进行热处理实现。

18、根据本申请的一些示例，温度曲线包括第一阶段和第二阶段；

19、第一阶段是：供给热量以使金属互联件升温或保持在大于室温的选定温度；

20、第二阶段是：选择性地通过停止向金属互联件提供热量的方式或主动从金属互联件提取热量的方式降温。

21、根据本申请的一些示例，温度曲线是将第一阶段和第二阶段根据氧化层与还原性气体的反应过程选择性地组合而成。

22、根据本申请的一些示例，供给热量是通过与衬底直接地接触的加热板以热传导的方式实现；

23、根据本申请的一些示例，提取热量是通过向与衬底直接地接触的加热板提供冷媒实现。

24、在第二方面，本申请的示例提出了一种倒装量子芯片的制作方法。该制作方法包括：

25、提供经历了前述的衬底的处理方法的两个芯片；

26、将两个芯片间隔且彼此相对地定位，并确保两个芯片的金属互联件对准；

27、对两个芯片进行热压合，使二者的金属互联件结合而电性互联。

28、根据本申请的一些示例，两个芯片中的至少一个芯片是多层结构。

29、在第三方面，本申请的示例提出了一种倒装量子芯片的制作方法。

30、该制作方法包括在非氧化气氛或真空中，按照目标热处理曲线实施的热处理并且执行以下操作：

31、提供具有第一互联件的第一衬底；

32、提供在两侧表面配置正面互联件和背面互联件的插入衬底；

33、将第一衬底和插入衬底相对地定位至第一互联件和正面互联件共轴；

34、向第一互联件和正面互联件提供还原性气氛第一预设时间后，施加第一压力使第一互联件和正面互联件熔接；

35、提供具有第二互联件的第二衬底，并与插入衬底相对地定位、以使第二互联件与背面互联件共轴；

36、向第二互联件和背面互联件提供还原性气氛第二预设时间后，施加第二压力、以使第二互联件和背面互联件熔接；

37、其中，第一压力大于第二压力，第一互联件和正面互联件熔接时的热处理温度大于第二互联件和背面互联件熔接时的热处理温度。

38、根据本申请的一些示例，在施加第一压力使第一互联件和正面互联件熔接的过程中，定向地朝第一互联件和正面互联件中的一者提供惰性保护气。

39、根据本申请的一些示例，在施加第二压力、以使第二互联件和背面互联件熔接的过程中，定向地朝第二互联件和背面互联件中的一者提供惰性保护气

40、有益效果：

41、现有技术中，在使用具有金属互联件的衬底制作倒装焊芯片时，通常将衬底直接进行倒装焊，而未考虑金属互联件潜在氧化所可能导致的不利影响。定向提供还原性气体能够优化还原效果，提高还原性气体的利用率等。

技术特征：

1.一种衬底的处理方法，应用于通过倒装焊制作超导量子，其特征在于，处理方法包括：

2.根据权利要求1所述的衬底的处理方法，其特征在于，所述金属互联件为铟，氧化层为氧化铟，所述还原性气体包括甲酸以及可选的氮气，定向地朝金属互联件提供还原性气体预设时长的过程中金属互联件处于加热状态。

3.根据权利要求2所述的衬底的处理方法，其特征在于，还原性气体通过以下方式产生：提供穿过甲酸液体的气流路径，所述气流路径具有上游进气端和下游出气端，上游进气端和下游出气端在甲酸液体中交汇，以及从上游进气端向甲酸液体连续地注入氮气，获得从甲酸液体从脱出作为还原性气体、并经由下游出气端排出的逃逸气；其中，逃逸气由作为载气的氮气和被氮气携带的甲酸构成；

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的衬底的处理方法，其特征在于，所述处理环境由封闭腔室提供，且所述处理方法还包括从封闭腔室向外部排气的尾气排出步骤，并且执行尾气排出步骤的时机为：在定向地朝金属互联件提供还原性气体的过程中或之后。

5.根据权利要求1所述的衬底的处理方法，其特征在于，定向地朝金属互联件提供还原性气体预设时长的过程中金属互联件处于加热状态，且加热状态的金属互联件是通过：以选定的温度曲线对常温下的金属互联件进行热处理实现。

6.根据权利要求5所述的衬底的处理方法，其特征在于，所述温度曲线包括第一阶段和第二阶段，温度曲线是将第一阶段和第二阶段根据氧化层与还原性气体的反应过程选择性地组合而成；

7.根据权利要求6所述的衬底的处理方法，其特征在于，供给热量是通过与衬底直接地接触的加热板以热传导的方式实现；

8.一种倒装量子芯片的制作方法，其特征在于，制作方法包括：

9.一种倒装量子芯片的制作方法，其特征在于，制作方法包括在非氧化气氛或真空中，按照目标热处理曲线实施的热处理并且执行以下操作：

10.根据权利要求9所述的倒装量子芯片的制作方法，其特征在于，在施加第一压力使第一互联件和正面互联件熔接的过程中，定向地朝第一互联件和正面互联件中的一者提供惰性保护气；

技术总结
本申请公开了一种处理衬底及制作倒装量子芯片的方法，属于量子计算领域。衬底的处理方法包括定向地朝处于加热状态的金属互联件提供还原性气体预设时长；其中，衬底位于真空或惰性气氛环境中且具有金属互联件。通过将提供还原性气体可以使金属互联件免于被氧化，从而能够使得基于其制作的倒装焊结构具有更高的品质。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,赵勇杰
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13