[发明专利]表面电极离子阱与光栅及探测器、及架构的集成方法

说明书

本发明提供表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，包括：在晶圆上形成硅光栅和硅结构并对硅结构离子注入退火；沉积第一介质层于硅结构的上方刻蚀外延窗口并外延硅或锗，离子注入退火后形成硅基光电探测器；沉积第二介质层并形成第一接触孔；沉积第三介质层并形成若干第一硅通孔和第二硅通孔；沉积第四介质层并形成电极，包括与硅基光电探测器对应的第一电极以及表面电极离子阱的第二电极；自第一电极向下形成第二接触孔和第三接触孔；自第二电极向下形成与硅通孔相对的第三接触孔；研磨晶圆背面露出第一硅通孔和第二硅通孔；沉积并形成钝化层窗口，并在钝化层窗口处形成重布线层和第一微凸块下金属或第一微凸块。本发明还提供架构的集成方法。

技术领域

本发明涉及离子阱量子比特的寻址与探测技术领域，特别是涉及一种表面电极离子阱与光栅及探测器、及架构的集成方法。

背景技术

量子比特是量子计算机的基本操作单元，离子阱因为具有相干时间长、逻辑门保真度高等优势，是研究量子比特的载体之一。在衬底表面通过光刻技术形成金属电极(射频电极和直流电极)的表面电极离子阱，得益于成熟的半导体光刻技术，能够在衬底的表面形成各种形状的金属电极，同时也很方便制备很多个相同的金属电极和多个硅光器件，即能够很容易地实现离子囚禁区域数量的扩展和寻址与探测的扩展。

目前，对于表面电极离子阱量子比特的寻址/探测多采用自由空间多束激光源和光电倍增管，存在寻址/探测用光路调试系统复杂、昂贵、庞大、误差大及可扩展性低等问题，一直制约着量子计算科学的研究和发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种稳定性强、小型化、通用性且可扩展性强的表面电极离子阱与光栅及探测器、及架构的集成方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，表面电极离子阱与光栅及探测器的集成方法，包括以下步骤：

提供晶圆，在晶圆的顶层光刻、刻蚀形成硅光栅和硅结构，对硅结构进行离子注入及退火；

沉积第一介质层，刻蚀硅结构上方的第一介质层以形成外延窗口，并通过外延窗口自硅结构的顶层外延硅或锗，离子注入及退火后形成硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器；

沉积第二介质层并刻蚀、化学机械抛光，自第二介质层的顶层向下形成面入射型硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器的第一接触孔；

沉积第三介质层，自第三介质层的顶层向下形成若干第一硅通孔和第二硅通孔；

沉积第四介质层，在第四介质层的顶层形成电极，电极包括与硅单光子雪崩探测器或硅基锗单光子雪崩探测器对应的第一电极，以及表面电极离子阱的第二电极；每一个第一电极均对应第一接触孔和第一硅通孔，且自每一个第一电极的底部分别向下形成与第一接触孔和第一硅通孔连接的第二接触孔和第三接触孔；每一个第二电极均对应第二硅通孔，且自每一个第二电极的底部向下形成与第二硅通孔连接的第三接触孔；

研磨晶圆的背面，使第一硅通孔和第二硅通孔露出；

在晶圆的背面沉积钝化层；

刻蚀钝化层，形成硅通孔的钝化层窗口，并在钝化层窗口处形成重布线层和第一微凸块下金属或第一微凸块；或在钝化层窗口处形成第一微凸块下金属或第一微凸块。

优选地，自第二介质层的顶层向下形成第一接触孔的步骤包括：

自第二介质层的顶层向下刻蚀以形成第一孔；

在第一孔的侧壁和底部沉积第一隔离层；

在第一孔内电化学镀膜或沉积第一金属；

化学机械抛光或刻蚀，以去除第二介质层表面的第一金属和第一隔离层。

优选地，第一金属为铜，在第一孔内采用电化学镀膜工艺填充铜且退火及化学机械抛光；