超导超大规模集成电路的先进制造工艺
摘要
我们回顾了 MIT Lincoln Laboratory 最近开发的 8-Nb 层全平坦化工艺的两个先进节点的显著特征，该工艺用于在 200 毫米晶圆上制造具有超大规模集成的 Single Flux Quantum (SFQ) 数字电路：SFQ4ee 和 SFQ5ee 节点，其中 'ee' 表示该工艺针对高能效 SFQ 电路进行了调优。前者具有八个超导层，最小特征尺寸为 0.5 {\mu}m，以及一个用于电路电阻器的 2 {\Omega}/sq Mo 层。后者具有九个超导层：八个最小特征尺寸为 350 nm 的 Nb 布线层，以及一个用于形成紧凑电感器的高动能电感（约 8 pH/sq）的薄超导 MoNx 层（Tc ~ 7.5 K）。一个具有较低氮含量的非超导（Tc < 2 K）MoNx 层被用作 6 {\Omega}/sq 平坦电阻器，用于 Josephson 结的分流和偏置。添加了另一个电阻层以形成 m{\Omega} 范围的层间夹层型电阻器，用于从逻辑单元的超导环路中释放不需要的磁通量子。两个工艺节点均使用 Au/Pt/Ti 接触金属化进行芯片封装。该技术采用一层 Nb/AlOx-Al/Nb JJs，其临界电流密度 Jc 为 100 {\mu}A/{\mu}m^2，最小直径为 700 nm。电路图案由 248-nm 光刻和高密度等离子体刻蚀定义。所有电路层均使用 SiO2 层间介质的化学机械平坦化 (CMP) 进行全平坦化。本文介绍并讨论了以下结果和主题：JJs 下方表面形貌对其特性和重复性的影响、临界电流和 Jc 目标设定、溶解在 Nb 中的氢的影响、用于电阻层和高动能电感层的 MoNx 特性、m{\Omega} 范围电阻器技术。
引用
@article{arxiv.1509.05081,
title = {Advanced Fabrication Processes for Superconducting Very Large Scale Integrated Circuits},
author = {Sergey K. Tolpygo and Vladimir Bolkhovsky and T. J. Weir and Alex Wynn and D. E. Oates and L. M. Johnson and M. A. Gouker},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.05081},
year = {2016}
}
备注
10 pages, 12 figures, 1 table, 27 references. The paper was presented on September 8, 2015 at the 12th European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS 2015, 6-10 September 2015, Lyon, France, IEEE Transaction on Applied Superconductivity, 2016