(57)【要約】  超伝導構造（１０）は、第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッド（１６）を有する第１の超伝導デバイス（１２）、第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッド（２６）を有する第２の超伝導デバイス（２２）、および複数の第１の超伝導コンタクトパッドならびに第２の複数の超伝導パッドのそれぞれの超伝導コンタクトパッドを互いに結合して、第１の超伝導デバイスを第２の超伝導デバイスに接合する所与のバンプ構造を備えた複数の超伝導バンプ構造（３０）を含む。各超伝導バンプ構造は、所与の超伝導コンタクトパッドの上面に配置された第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層（１８）、所与の超伝導コンタクトパッドの上面に配置された第２のＵＢＭ層（２８）、および第１のＵＢＭ層を第２のＵＢＭ層に結合する超伝導金属層（２０）を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導構造を形成する方法であって、
第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面に第１の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの各々の前記上面に第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層を堆積させることと、
前記第１のＵＢＭ層の各々に超伝導金属層を堆積させることと、
前記超伝導金属層の各々の上面に第２の洗浄プロセスを実行することと、
第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面に第３の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの各々の前記上面に第２のＵＢＭ層を堆積させることと、
前記第１の超伝導デバイスの前記超伝導金属層を前記第２の超伝導デバイスのそれぞれの第２のＵＢＭ層に結合することによって、前記第１の超伝導デバイスおよび前記第２の超伝導デバイスを接続するようにボンディングプロセスを実行することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第１および第３の洗浄プロセスの両方が、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面の汚染物を除去するために酸素ベースのプラズマプロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面の酸化物を除去するためにフッ化水素（ＨＦ）酸エッチングを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面を洗浄するために、アルゴンベースのスパッタプロセスを実行することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の洗浄プロセスが、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングを実行して、前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの前記上面を洗浄することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２のＵＢＭ層が、付着を促進し、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２のＵＢＭ層が、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせのうちの１つから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超伝導金属層が、インジウムから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の洗浄プロセスが、塩酸（ＨＣｌ）エッチング、ギ酸エッチング、または二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングのうちの１つであって、前記超伝導金属層の前記上面の酸化物を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第４の洗浄プロセスが、前記第２のＵＢＭ層の各々の前記上面を洗浄するための酸素およびアルゴンベースのプラズマプロセスである、請求項８に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
超伝導構造を形成する方法であって、
第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面に第１の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの各々の前記上面に、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する金の第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層を堆積させることと、
前記第１のＵＢＭ層の各々に超伝導金属層を堆積させることと、
前記超伝導金属層の各々の上面に第２の洗浄プロセスを実行することと、
第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面に第３の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの各々の前記上面に、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する金の第２のＵＢＭ層を堆積させることと、
前記第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することと、
前記第１の超伝導デバイスの前記超伝導金属層を前記第２の超伝導デバイスのそれぞれの第２のＵＢＭ層に結合することによって、前記第１の超伝導デバイスおよび前記第２の超伝導デバイスを接続するようにボンディングプロセスを実行することと、を含む、方法。
【請求項１１】
前記第１および第３の洗浄プロセスの両方が、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面の汚染物を除去するために酸素ベースのプラズマプロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面の酸化物を除去するためにフッ化水素（ＨＦ）酸エッチングを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの前記上面を洗浄するために、アルゴンベースのスパッタプロセスを実行することと、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の洗浄プロセスが、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングを実行して、前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの前記上面を洗浄することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記超伝導金属層が、インジウムまたはインジウム含有合金から形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の洗浄プロセスが、塩酸（ＨＣｌ）エッチング、ギ酸エッチング、または二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングのうちの１つであって、前記超伝導金属層の前記上面の酸化物を除去する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記第４の洗浄プロセスが、前記第２のＵＢＭ層の各々の前記上面への酸素およびアルゴンベースのプラズマプロセスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記ボンディングプロセスが、フリップチッププロセスである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
超伝導構造であって、
第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドを有する第１の超伝導デバイスと、
第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドを有する第２の超伝導デバイスと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記第２の複数の超伝導パッドのそれぞれの超伝導コンタクトパッドを互いに結合して、前記第１の超伝導デバイスを前記第２の超伝導デバイスに接合する所与の超伝導バンプ構造を備えた複数の超伝導バンプ構造と、を備え、前記複数の超伝導バンプ構造の各々が、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層と、
前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第２のＵＢＭ層と、
前記第１のＵＢＭ層を前記第２のＵＢＭ層に結合する超伝導金属層と、を備える、超伝導構造。
【請求項１８】
前記第１および第２のＵＢＭ層が、付着を促進し、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する、請求項１７に記載の超伝導構造。
【請求項１９】
前記第１および第２のＵＢＭ層が、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせのうちの１つから形成される、請求項１８に記載の超伝導構造。
【請求項２０】
前記超伝導金属層が、インジウムから形成される、請求項１９に記載の超伝導構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１８年８月２１日に出願された米国特許出願第１６／１０７３２１号から優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
政府の権益
本発明は、政府契約番号３００５９２６９の下で行われた。したがって、米国政府は、その契約に明記されている本発明に対する権利を有する。
【０００３】
本発明は、概して超伝導体、より具体的には超伝導構造を形成するための方法論に関する。
【背景技術】
【０００４】
超伝導回路は、通信信号の完全性または計算能力が必要とされる国家安全保障アプリケーションに大幅な強化を提供することが期待される、量子コンピューティングおよび暗号化アプリケーション用に提案された主要なテクノロジーの１つである。それらは１００ケルビン未満の温度で動作する。超伝導デバイスの製造に関する取り組みは、ほとんどが大学または政府の研究所に限定されており、超伝導デバイスの大量生産についてはほとんど発表されていない。したがって、これらの実験室で超伝導デバイスを製造するために使用される方法の多くは、迅速で一貫した製造が不可能なプロセスまたは機器を利用している。最近、従来の半導体プロセスで利用されているものと同様の技術を利用して、超伝導回路を大量生産する動きがある。
【発明の概要】
【０００５】
一例では、超伝導構造を形成する方法が提供されている。本方法は、第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面に第１の洗浄プロセスを実行することと、複数の第１の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層を堆積させることと、第１のＵＢＭ層の各々に超伝導金属層を堆積させることと、超伝導金属層の各々の上面に第２の洗浄プロセスを実行することと、を含む。本方法は、第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面に第３の洗浄プロセスを実行することと、複数の第２の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に第２のＵＢＭ層を堆積させることと、をさらに含む。次に、第１の超伝導デバイスの超伝導金属層を第２の超伝導デバイスのそれぞれの第２のＵＢＭ層に結合することによって、第１の超伝導デバイスおよび第２の超伝導デバイスを接続するようにボンディングプロセスが実行される。
【０００６】
別の例では、超伝導構造を形成する方法が提供されている。本方法は、第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面に第１の洗浄プロセスを実行することと、複数の第１の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する、限定はされないが、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせで構成される第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）を堆積させることと、第１のＵＢＭ層の各々に超伝導金属層を堆積させることと、超伝導金属層の各々の上面に第２の洗浄プロセスを実行することと、を含む。本方法は、第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面に第３の洗浄プロセスを実行することと、複数の第２の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に、超伝導体と同様の特性を提供するように、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有する、限定はされないが、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせで構成される第２のＵＢＭを堆積させることと、第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することと、をさらに含む。次に、第１の超伝導デバイスの超伝導金属層を第２の超伝導デバイスのそれぞれの第２のＵＢＭ層に結合することによって、第１の超伝導デバイスおよび第２の超伝導デバイスを接続するようにボンディングプロセスが実行される。
【０００７】
さらに別の例では、第１の超伝導デバイスの上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドを有する第１の超伝導デバイスと、第２の超伝導デバイスの下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドを有する第２の超伝導デバイスと、複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび第２の複数の超伝導パッドのそれぞれの超伝導コンタクトパッドを互いに結合して、第１の超伝導デバイスを第２の超伝導デバイスに接合する所与の超伝導バンプ構造を備えた複数の超伝導バンプ構造と、を備える、超伝導構造が提供されている。複数の超伝導バンプ構造の各々は、複数の第１の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層と、複数の第２の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第２のＵＢＭ層と、第１のＵＢＭ層を第２のＵＢＭ層に結合する超伝導金属層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】チップオンチップ超伝導構造の斜視図を示す。
【図２】超伝導バンプ構造の概略断面図を示す。
【図３】プラズマ洗浄プロセスを受けている間の第１の超伝導デバイスの例の概略断面図を示す。
【図４】エッチングプロセスを受けている間の図３の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図５】別のエッチングプロセスを受けている間の図４の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図６】第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層を形成するための材料堆積後の図５の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図７】超伝導金属層を形成するための材料堆積後の図６の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図８】さらに別のエッチングプロセスを受けている間の図７の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図９】プラズマ洗浄プロセスを受けている間の第２の超伝導デバイスの例の概略断面図を示す。
【図１０】エッチングプロセスを受けている間の図９の第２の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図１１】別のエッチングプロセスを受けている間の図１０の第２の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図１２】第２のＵＢＭ層を形成するための材料堆積後の図１１の第１の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図１３】さらに別のエッチングプロセスを受けている間の図１２の第２の超伝導デバイスの概略断面図を示す。
【図１４】第１の超伝導デバイスおよび第２の超伝導デバイスのフリップチップボンディングプロセスを受けた後の最終構造の概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示は、２つ以上の超伝導デバイスからの超伝導構造の形成に関する。２つ以上の超伝導デバイスは、バンプボンド構造を介して互いに電気的および機械的に結合することができる。バンプボンド構造は、フリップチップ統合などの超伝導デバイス間の超伝導相互接続を達成するバンプボンディングプロセスから形成される。特に、製造プロセスは、その後のフリップチップ統合のために実質的に酸化物を含まない超伝導バンプ構造を生成するために本明細書に記載されている。この開示は、非超伝導バンプ構造をもたらすアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）に厚い通常の金属を使用するシステムの制限に対処する。特に、金属化されたコンタクトは、酸化物や汚染された表面のために劣化する可能性があり、これは超伝導アプリケーションで特に懸念される可能性がある本明細書に記載のプロセスは、表面酸化物を実質的に含まない改良された超伝導バンプ構造を実証する。
【００１０】
その後のフリップチップ統合のための超伝導バンプを達成するために、すべての残留酸化物および汚染物が各界面で除去される。これを実現するには、ボンディング前の追加のクリーニングステップで残留物（例えば、炭化水素）を除去し、汚染された酸化界面を取り除き、各超伝導コンタクトにクリーンなボンディング環境を提供する。本プロセスでは、バンプの下のコンタクトパッドを不動態化して、バンプ金属の堆積前に周囲にさらされることによる酸化を防ぐことができる。加えて、本プロセスは、超伝導金属層と同様の超伝導特性を示すように選択された厚さを有する通常の金属を含む単一のＵＢＭ層から形成されたＵＢＭスタックを提供する。したがって、本明細書に記載のプロセスは、複数の層および２０００Åを超える厚さを有するＵＢＭ金属スタックを使用し、界面酸化物の存在を無視するか、または酸化物の除去を助けるためにフラックスを使用する従来のバンプボンディングプロセスを超える改善となる。厚いＵＢＭスタック、界面酸化物、フラックス、および残留物は、超伝導コンタクトを阻害する。
【００１１】
図１は、チップオンチップ超伝導構造１０の例の斜視図を示す。図２は、超伝導構造１０の例示的な超伝導バンプ構造３０の概略断面図を示す。チップオンチップ超伝導構造１０は、複数の超伝導バンプ構造３０を通じて、第２の超伝導デバイス２２（例えば、上部デバイスまたは補助デバイス）に接続された第１の超伝導デバイス１２（例えば、下部デバイスまたは主デバイス）を含む。超伝導構造は、別の超伝導デバイスに接続された複数の超伝導デバイスを含むことができる。超伝導デバイスは、基板ウェーハ、信号を別のデバイスに渡すためのパッケージデバイス、集積回路（ＩＣ）、または他の様々なタイプの超伝導デバイスであり得る。
【００１２】
第１の超伝導デバイス１２は、第１の超伝導デバイス１２の上側に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッド１６を含む。複数の第１の超伝導コンタクトパッド１６は、複数の第１の超伝導コンタクトパッド１６を、第１の超伝導デバイス１２内のビアおよび／または回路などの他の電気要素に電気的に結合する導電線１４に結合される。第２の超伝導デバイス２２は、第２の超伝導デバイス２２の下側に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッド２６を含む。複数の第２の超伝導コンタクトパッド２６は、複数の第２の超伝導コンタクトパッド２６を、第２の超伝導デバイス２２内のビアおよび／または回路などの他の電気要素に電気的に結合する導電線２４に結合される。第１の超伝導デバイス１２は、それぞれ、第１および第２の超伝導構造１２および２２の対応する超伝導コンタクトパッドを通じてデバイスを互いに接合する複数の超伝導バンプ構造３０によって、第２の超伝導デバイス２２に電気的および機械的に結合される。
【００１３】
図２を参照すると、超伝導バンプ構造３０は、複数の第１の超伝導コンタクトパッド１６の所与の第１の超伝導コンタクトパッドを覆う第１のＵＢＭ層１８、複数の第２の超伝導コンタクトパッド２６の所与の第２の超伝導コンタクトパッドを覆う第２のＵＢＭ層２８、および第１のＵＢＭ層１８を第２のＵＢＭ層２８に結合する超伝導金属層２０から形成されている。第１のＵＢＭ層１８および第２のＵＢＭ層２８は、付着を促進し、および／またはほとんどの金属で自然に発生する自然酸化物の形成を防ぐためのバリア層として作用し、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない金属から形成することができる。約１０Å〜約１０００Åの厚さを有するＵＢＭ金属層を採用することにより、超伝導金属層と同様の超伝導特性を示すことができる通常の金属層が提供される。超伝導金属層２０は、約０．５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの厚さを有するインジウムまたは何か他の超伝導金属で形成することができる。
【００１４】
ここで図３〜図１４に目を向けると、図１〜図２に示されているものと同様の超伝導構造の形成に関連して製造が議論されている。本実施例は、２つの超伝導デバイスを互いに接合するためのバンプ構造を形成するプロセスフローに関して説明されることを理解されたい。本プロセスフローは、超伝導コンタクトパッドの上側を備えた第１の超伝導デバイス（例えば、いくつかの第１のＩＣを有するウェーハ、第１のＩＣ）の提供、および超伝導コンタクトパッドの下側を備えた第２の超伝導デバイス（例えば、第２のＩＣ）の提供から始まる。本実施例は、超伝導コンタクトパッドを通じて信号を通過させるためのコンタクトの超伝導性を保持しながら、コンタクトパッドの酸化を軽減するサイズの超伝導コンタクトパッド上のＵＢＭ金属層の堆積に関してさらに説明される。本実施例は、過剰なフォトレジスト残留物を除去し、汚染および酸化された界面を取り除き、各超伝導コンタクトパッドにクリーンなボンディング環境を提供するために、ボンディングの前に洗浄プロセス（複数可）を受ける超伝導デバイスの上側および下側の超伝導コンタクトパッドに関して説明される。
【００１５】
図３は、製造の初期段階における超伝導構造の第１の超伝導デバイス５０（例えば、第１のＩＣまたは第１の基板ウェーハ）の断面図を示す。第１の超伝導デバイス５０は、いくつかの回路機能を実施するための従来のおよび／または超伝導の回路、または他の超伝導デバイスに接続するためのパススルービアを含むことができる。回路またはビアの部分は、機能および／または信号を第２の超伝導デバイスと共有するために、１つ以上の導電線（図示せず）を介して、複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６に接続することができる。複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６は、ニオブまたはアルミニウムを含むがこれらに限定されない超伝導金属で形成することができる。第１の超伝導デバイス５０は、第１の基板ウェーハから個々の第１のＩＣに切断される複数の第１のＩＣを有する第１の基板ウェーハであることができ、または第１の超伝導デバイス５０は、第１のＩＣであることができる。例示の目的で、説明は、第１のＩＣまたは第１の基板ウェーハとは異なり、第１の超伝導デバイス５０に言及する。
【００１６】
図３はまた、複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の上面から残留物（例えば、炭化水素）を除去するために、第１の超伝導デバイス５０の上側にプラズマ洗浄プロセス１００を実行することを示す。第１の超伝導デバイス５０は、プラズマ洗浄プロセス１００を実行するためのチャンバ内に存在することができ、これは、酸素（Ｏ２）ベースのプラズマプロセスであり得る。酸素ベースのプラズマプロセスでは、酸素を使用して残留物を酸化し、真空ポンプを使用して除去され得る副産物を形成する。
【００１７】
次に、図４に示すように、エッチングプロセス１１０が、第１の超伝導デバイス５０および複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の上側に実行されて、主にプラズマおよび環境に起因する酸化物を複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６から除去する。エッチングプロセス１１０は、フッ化水素（ＨＦ）酸エッチングなどのウェットエッチングであり得る。ＨＦエッチングの後に、脱イオン水（ＤＩ）リンスが続く。スピン／リンス／ドライプロセスが続き得る。
【００１８】
次に、図５を参照すると、エッチングプロセス１２０が、第１の超伝導デバイス５０および複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の上側で実行される。エッチングプロセス１２０は、複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の上面をその場で洗浄するためのアルゴンスパッタドライエッチングまたはイオンミルであり得る。代わりに、エッチングプロセス１２０は、気相エッチング、例えば、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）であり得、任意の残留する自然酸化物を除去し、複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の上面をフッ素不動態化する。
【００１９】
次に、第１の超伝導デバイス５０の上側が、コンタクト材料充填を受けて、第１のＵＢＭ層５８を複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６の各々に堆積させて、図６に示すような結果の構造を形成する。第１のＵＢＭ層５８は、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有し、付着を促進し、および／またはほとんどの金属で自然に発生する自然酸化物の形成を防止するバリアとして作用する金属層であり得る。加えて、第１のＵＢＭ層５８は、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない金属から形成することができる。第１のＵＢＭ層５８の厚さは、第１のＵＢＭ層５８が、複数の第１の超伝導コンタクトパッド５６と同様の超伝導特性を有することができるように選択することができる。第１のＵＢＭ層５８は、蒸着またはスパッタリングなどの標準的なコンタクト材料堆積を使用して堆積させることができる。
【００２０】
次に、図７に示すように、超伝導金属層６０が第１のＵＢＭ層５８上に堆積される。超伝導金属層６０は、蒸着などの標準的なコンタクト材料堆積を使用して堆積させることができ、例えば、約０．５マイクロメートル〜約５０マイクロメートルの厚さを有するインジウムなどの超伝導金属であり得る。超伝導金属層６０は、第１のＵＢＭ層５８と同じ堆積チャンバ内でその場で堆積させることができる。図３〜図７のプロセスが基板ウェーハ上で実行される例では、基板ウェーハは次に複数の第１のＩＣに切断される。
【００２１】
次に、第１の超伝導デバイス５０は、図８に示されるように、第１の超伝導デバイス５０の上側でエッチングプロセス１３０を受けて、超伝導金属層６０上に形成された任意の酸化物を除去する。エッチングプロセス１３０は、別の超伝導デバイスと接合する直前の塩酸（ＨＣｌ）エッチングまたはギ酸エッチングであり得る。代わりに、エッチングプロセス１３０は、超伝導金属層６０上の任意の残留する自然酸化物を除去し、超伝導金属層６０の上面を不動態化するためのＸｅＦ２  エッチングであることができる。続いて、第１の超伝導デバイス５０は、第２の超伝導デバイスにボンディングする準備ができている。
【００２２】
図９は、製造の初期段階における第２の超伝導デバイス８０の断面図を示す。第２の超伝導デバイス８０は、いくつかの回路機能を実施するための従来のおよび／または超伝導の回路、ならびに／または信号を他のデバイスに渡すための超伝導ビアを含むことができる。回路の一部は、機能および／または信号を１つ以上の他のＩＣと共有するために、１つ以上の導電線（図示せず）を介して複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４に接続することができる。複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４は、ニオブまたはアルミニウムなどの超伝導金属で形成することができる。第２の超伝導デバイス８０は、第２の基板ウェーハから個々の第２のＩＣ（複数）または第２のＩＣに切断される複数の第２のＩＣを含むことができる第２の基板ウェーハであり得る。
【００２３】
図９はまた、第２の超伝導デバイス８０の下側にプラズマ洗浄プロセス１４０を実行して、複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４の上面から残留物（例えば、炭化水素）を除去することを示す。第２の超伝導デバイス８０は、プラズマ洗浄プロセス１４０を実行するためのチャンバ内に存在することができ、これは、酸素（Ｏ２）ベースのプラズマプロセスであり得る。酸素ベースのプラズマプロセスでは、酸素を使用して残留物を酸化し、残留物は、真空ポンプを使用して除去され得る。
【００２４】
次に、図１０に示すように、エッチングプロセス１５０が、第２の超伝導デバイス８０および複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４の下側に実行されて、主にプラズマプロセスおよび環境に起因する酸化物を複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４から除去する。ウェットエッチングプロセス１５０は、フッ化水素（ＨＦ）酸エッチングなどのウェットエッチングであり得る。ＨＦエッチングの後に、脱イオン水（ＤＩ）リンスが続く。スピン／リンス／ドライプロセスが続き得る。
【００２５】
次に、図１１を参照すると、エッチングプロセス１６０が、第２の超伝導デバイス８０および複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４の下側で実行される。エッチングプロセス１２０は、複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４の上面をその場で洗浄するためのアルゴンスパッタドライエッチングまたはイオンミルであり得る。
【００２６】
次に、第２の超伝導デバイス８０の下側が、コンタクト材料充填を受けて、第２のＵＢＭ層８６を複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４の各々に堆積させて、図１２に示すような結果の構造を形成する。第２のＵＢＭ層８６は、約１０Å〜約１０００Åの厚さを有し、付着を促進し、および／またはほとんどの金属で自然に発生する自然酸化物の形成を防止するバリアとして作用する金属であり得る。加えて、第２のＵＢＭ層８６は、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない金属から形成することができる。第２のＵＢＭ層８６の厚さは、第２のＵＢＭ層８６が、複数の第２の超伝導コンタクトパッド８４と同様の超伝導特性を有することができるように選択することができる。第２のＵＢＭ層８６は、蒸着またはスパッタリングなどの標準的なコンタクト材料堆積を使用して堆積させることができる。
【００２７】
次に、図１３に示すように、第２のプラズマ洗浄プロセス１７０が、第２の超伝導デバイス８０の下側に実行されて、第１の超伝導デバイス５０の上側と接合する直前に、第２のＵＢＭ層８６の上面から任意の自然酸化物を除去する。第２のプラズマ洗浄プロセス１７０は、酸素ベースのプラズマプロセス）と、それに続く、酸素ベースのプラズマプロセスから酸化物を除去するためのアルゴンベースのプラズマプロセス）であり得る。
【００２８】
図１４の構造を提供するために、エッチングプロセス１３０および第２のプラズマ洗浄プロセス１７０を実行した直後に、超伝導構造５０の上部を超伝導構造８０の下側に接合するためにボンディングプロセスが実行される。ボンディングプロセスは、様々な異なるフリップチップボンディング技術のうちの１つを介して、超伝導金属層６０を第２のＵＢＭ層８６に接合するフリップチッププロセスであり得る。
【００２９】
説明を単純化するために、「上に置く（ｏｖｅｒｌａｙ）」、「上にある（ｏｖｅｒｌａｙｉｎｇ）」、「下に敷く（ｕｎｄｅｒｌａｙ）」、および「下にある（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ））」という用語（および派生語）は、選択された方向における２つの隣接する表面の相対位置を示すために本開示全体で使用される。加えて、本開示全体で使用される「上部（ｔｏｐ）」および「下部（ｂｏｔｔｏｍ）」という用語は、選択された方向の対向する表面を示す。同様に、「上の（ｕｐｐｅｒ）」および「下の（ｌｏｗｅｒ）」という用語は、選択した方向における相対位置が、説明を目的としていることを示す。実際、本開示全体で使用される例は、１つの選択された方向を示している。しかしながら、記載された例では、選択された方向は任意であり、本開示の範囲内で他の方向が可能である（例えば、逆さま、９０度回転など）。
【００３０】
上記は、主題の開示の例である。もちろん、主題の開示を説明する目的で構成要素または方法論の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、主題の開示のさらに多くの組み合わせおよび順列が可能であることを認識することができる。したがって、主題の開示は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内にあるそのようなすべての変更、修正および変形を包含することを意図している。加えて、開示または請求項が「ある（ａ）」、「ある（ａｎ）」、「第１の（ａ  ｆｉｒｓｔ）」、または「別の（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの同等物を列挙している場合、それは、１つ以上のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を要求も除外もしない。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」がクレームにおいて移行語として使用されるときに解釈されるのと同じように「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の様態で包括的であることが意図されている。最後に、「に基づく（ｂａｓｅｄ  ｏｎ）」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味すると解釈される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年1月15日(2021.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導構造を形成する方法であって、前記方法が、
第１の超伝導デバイスの上側上に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面に第１の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層を堆積させることと、
前記第１のＵＢＭ層の各々に超伝導金属層を堆積させることと、
前記超伝導金属層の各々の上面に第２の洗浄プロセスを実行することと、
第２の超伝導デバイスの下側上に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面に第３の洗浄プロセスを実行することと、
前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの各々の上面に第２のＵＢＭ層を堆積させることと、
前記第１の超伝導デバイスの超伝導金属層を前記第２の超伝導デバイスのそれぞれの第２のＵＢＭ層に結合することによって、前記第１の超伝導デバイスおよび前記第２の超伝導デバイスを接続するようにボンディングプロセスを実行することと、
を備える、方法。
【請求項２】
前記第１の洗浄プロセスおよび前記第３の洗浄プロセスの両方が、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面上の汚染物を除去するために酸素ベースのプラズマプロセスを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面上の酸化物を除去するためにフッ化水素（ＨＦ）酸エッチングを実行することと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドの上面を洗浄するために、アルゴンベースのスパッタプロセスを実行することと、
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の洗浄プロセスが、二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングを実行して、前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドの上面を洗浄することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のＵＢＭ層および前記第２のＵＢＭ層が、付着を促進し、超伝導体と同様の特性を提供するように、１０Å乃至１０００Åの間の厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のＵＢＭ層および前記第２のＵＢＭ層が、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせのうちの１つから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記超伝導金属層が、インジウムから形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の洗浄プロセスが、塩酸（ＨＣｌ）エッチング、ギ酸エッチング、または二フッ化キセノン（ＸｅＦ２）エッチングのうちの１つであって、前記超伝導金属層の上面上の酸化物を除去する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第４の洗浄プロセスが、前記第２のＵＢＭ層の各々の上面を洗浄するための酸素およびアルゴンベースのプラズマプロセスである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のＵＢＭ層の各々の上面に第４の洗浄プロセスを実行することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ボンディングプロセスが、フリップチッププロセスである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
超伝導構造であって、
第１の超伝導デバイスの上側上に配置された複数の第１の超伝導コンタクトパッドを有する第１の超伝導デバイスと、
第２の超伝導デバイスの下側上に配置された複数の第２の超伝導コンタクトパッドを有する第２の超伝導デバイスと、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドおよび前記第２の複数の超伝導パッドのそれぞれの超伝導コンタクトパッドを互いに結合して、前記第１の超伝導デバイスを前記第２の超伝導デバイスに接合する所与の超伝導バンプ構造を有する複数の超伝導バンプ構造であって、前記複数の超伝導バンプ構造の各々が、
前記複数の第１の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第１のアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層と、
前記複数の第２の超伝導コンタクトパッドのうちの所与の１つの上面に配置された第２のＵＢＭ層と、
前記第１のＵＢＭ層を前記第２のＵＢＭ層に結合する超伝導金属層と、
を備える、超伝導バンプ構造と、
を備える、超伝導構造。
【請求項１３】
前記第１のＵＢＭ層および前記第２のＵＢＭ層が、付着を促進し、超伝導体と同様の特性を提供するように、１０Å乃至１０００Åの間の厚さを有する、請求項１２に記載の超伝導構造。
【請求項１４】
前記第１のＵＢＭ層および前記第２のＵＢＭ層が、金、チタン、クロム、白金、またはそれらの組み合わせのうちの１つから形成される、請求項１３に記載の超伝導構造。
【請求項１５】
前記超伝導金属層が、インジウムから形成される、請求項１４に記載の超伝導構造。
【国際調査報告】
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