[发明专利]用于量子计算系统的信号分配

说明书

一种制造用于在量子计算器件的电路元件之间分配信号的载体芯片的方法包括：提供多层布线堆叠，该多层布线堆叠包括交替的电介质材料层和布线层；将覆盖层接合到多层布线堆叠，其中覆盖层包括单晶硅电介质层；在覆盖层内形成通路孔，其中通路孔延伸到多层布线堆叠的第一布线层；形成导电通路，该导电通路在通路孔内并电联接到第一布线层；以及在覆盖层的表面上形成电路元件，其中电路元件直接电联接到导电通路。

背景技术

量子计算是一种计算方法，其利用量子效应(诸如属于分离且相距遥远的实体的基础状态和纠缠的叠加)以比经典的数字计算机更高效地执行某些计算。与使用配置为处于两个双稳态(例如“0”和“1”)的“比特”来存储和操纵信息的数字计算机相比，量子计算系统旨在使用配置成量子态的叠加(例如，a|0+b|1)的“量子比特”来操纵信息。每个量子比特的量子态可以彼此纠缠，即，一个量子比特的测量结果与另一个量子比特的测量结果强相关。

发明内容

本公开涉及用于促进量子计算系统的信号分配的结构和技术。

总体上，在一些方面中，本公开所覆盖的结构包括：(i)多层布线堆叠，具有交替的电介质材料层和布线(诸如信号线)层；以及(ii)接合到多层布线堆叠的覆盖层，其中，与多层布线堆叠的电介质层相比，覆盖层由具有相对低的损耗的电介质材料形成。例如，覆盖层的低损耗电介质可以包括单晶硅或单结晶硅。诸如读出谐振器、控制线和/或控制电路的各种电路元件可以形成在覆盖层的暴露表面上。形成在覆盖层的暴露表面上的电路元件可以通过形成在覆盖层内的导电通路与多层布线堆叠内的一个或更多个信号层电联接。

包括多层布线堆叠和被接合的覆盖层的结构可以例如通过凸块接合而联接到包括量子计算电路元件(诸如量子比特)的分离的芯片。具体地，该结构被接合，使得低损耗覆盖层直接位于具有量子计算电路元件的芯片对面。

总体上，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以以一种方法来实现，其中该方法包括：提供多层布线堆叠，该多层布线堆叠包括交替的电介质材料层和布线层；将覆盖层接合到多层布线堆叠，其中覆盖层包括单晶硅电介质层；在覆盖层内形成通路孔，其中通路孔延伸到多层布线堆叠的第一布线层；形成导电通路，该导电通路在通路孔内并电联接到第一布线层；以及在覆盖层的表面上形成电路元件，其中该电路元件直接电联接到导电通路。

前述和其它实施方式可以每个可选地单独或组合地包括以下特征中的一个或更多个。例如，在一些实施方式中，覆盖层包括绝缘体上硅(SOI)晶片。在形成通路孔之前，可以去除SOI晶片的掩埋氧化物层和体硅层以暴露覆盖层的所述表面。在多层载体布线堆叠与覆盖层的所述表面之间的覆盖层的厚度可以在约2微米与约20微米之间。

在一些实施方式中，多层布线堆叠包括金属载体接合层，覆盖层包括金属覆盖接合层，其中将覆盖层接合到多层布线堆叠包括将金属载体接合层直接接合到金属覆盖接合层。

在一些实施方式中，将覆盖层接合到多层布线堆叠包括将多层布线堆叠的第一电介质层直接接合到覆盖层的单晶硅电介质层。

在一些实施方式中，多层布线堆叠包括金属载体接合层，将覆盖层接合到多层布线堆叠包括将金属载体接合层直接接合到覆盖层的单晶硅电介质层。

在一些实施方式中，覆盖层包括金属覆盖接合层，将覆盖层接合到多层布线堆叠包括将金属覆盖接合层直接接合到多层布线堆叠的第一电介质层。

在一些实施方式中，电路元件包括量子比特读出谐振器。

在一些实施方式中，在多层布线堆叠内的每个布线、在通路孔内的导电通路和在覆盖层上的电路元件包括超导体。该超导体可以包括铝、铌、铟、铌钛氮化物或钛氮化物中的至少一种。

在一些实施方式中，在多层布线堆叠内的电介质材料层包括气相沉积的氧化物层。