量子比特组件、量子比特组件制备方法、芯片及设备

技术领域

本申请涉及微纳加工技术领域，特别涉及一种量子比特组件、量子比特组件制备方法、芯片及设备。

背景技术

倒装焊超导量子芯片封装工艺是一种将两片平面量子芯片通过超导材料焊接，得到倒装焊超导量子芯片的工艺。

在倒装焊超导量子芯片工艺中，在超导电路层和焊点之间通常设置有一层凸点下金属(Under Bump Metal，UBM)层，避免焊点和超导电路层之间形成合金而破坏两者之间的超导电路结构。在相关技术中，凸点下金属层的材质通常为金材质。

然后，由于金为非超导材质，且金的剥离工艺较困难，残留的金颗粒会影响铝超导电路层的洁净度，从而影响倒装焊超导量子芯片的性能。

发明内容

本申请实施例提供了一种量子比特组件、量子比特组件制备方法、芯片及设备，可以提高倒装焊超导量子芯片的性能，该技术方案如下。

一方面，提供了一种量子比特组件，所述量子比特组件用于倒装焊超导量子芯片；所述量子比特组件包括：衬底、超导电路层、凸点下金属层以及焊点；

所述超导电路层位于所述衬底上；

所述凸点下金属层位于所述超导电路层上，且所述凸点下金属层与所述超导电路层形成超导连接；所述凸点下金属层的材质为金属铌；

所述焊点位于所述凸点下金属层上，且所述焊点与所述凸点下金属层形成超导连接。

另一方面，提供了一种量子比特组件制备方法，所述方法包括：

在衬底上制备超导电路层；

在所述超导电路层的上表面制备凸点下金属层；所述凸点下金属层与所述超导电路层形成超导连接；所述凸点下金属层的材质为金属铌；

在所述凸点下金属层的上表面制备焊点，获得用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件；所述焊点与所述凸点下金属层形成超导连接。

又一方面，提供了一种倒装焊超导量子芯片，所述倒装焊超导量子芯片包含两个如上所述的量子比特组件；

两个所述量子比特组组件之间通过焊点相焊接。

另一方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包含如上所述的倒装焊超导量子芯片。

另一方面，提供了一种生产线设备，所述生产线设备包括：光刻机、蒸镀机、以及离子束刻蚀机；所述光刻机、所述蒸镀机以及所述离子束刻蚀机用于合作制备如上所述的量子比特组件。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过在用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件中，在超导电路层和焊点之间设置一层材质为金属铌的凸点下金属层，由于金属铌为超导材料，并且，金属铌相比于金材质来说更容易进行剥离，对超导电路层的洁净度影响更小，并且，铌表面的氧化层相比于其他超导材料表面的氧化层更容易去除，从而和焊点之间形成更良好的超导接触，因此，通过金属铌作为凸点下金属层，可以极大的提高倒装焊超导量子芯片中两个平面超导量子芯片之间的超导性能，进而提高倒装焊超导量子芯片的性能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请涉及的量子比特组件的结构示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的量子比特组件制备方法的方法流程图；

图3是本申请涉及的量子比特组件的制备框架图；

图4是本申请一示例性实施例示出的量子比特组件制备方法的方法流程图；

图5是图4所示实施例涉及的金属铌膜层制备示意图；

图6是图4所示实施例涉及的铌膜对比图；

图7是图4所示实施例涉及的刻蚀曲线示意图；

图8是图4所示实施例涉及的不同气压下的铌膜表面电镜图像；

图9是图4所示实施例涉及的不同距离下的铌膜表面电镜图像；

图10是图4所示实施例涉及的不同镀膜功率下的铌膜表面电镜图像；

图11是图4所示实施例涉及的不同镀膜功率下的铌膜样品的超导转变温度示意图；

图12是图4所示实施例涉及的铌膜自然氧化特征曲线图；

图13是本申请一个实施例提供的方案应用场景的示意图；

图14是本申请一示例性实施例示出的生产线设备的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

量子比特(Qubit)：在量子信息学中是量子信息的计量单位。不同于经典比特只能处于0或1其中一个态，量子比特可以同时处于0和1态，即0和1的量子叠加态。

约瑟夫森结(Josephson Junction)：或称为超导隧道结。一般是由两块超导体夹以某种很薄的势垒层(厚度≤库珀(Cooper)电子对的相干长度)而构成的结构，例如S(Superconductor，超导体)—I(半导体或绝缘体(Insulator))—S(超导体)结构，简称SIS。在约瑟夫森结中，超导电子可以通过隧道效应而从一边穿过半导体或绝缘体薄膜到达另一边。

超导电路：当环境温度降低到一定阈值时，一些材料的电阻会消失，出现超导现象，用这些材料制作的电路结构称为超导电路。

量子芯片：一种基于量子力学规律的芯片，特别地，当所选载体为超导量子电路和约瑟夫森结时，该芯片称为超导量子芯片。

超导量子芯片是可用于研究量子计算的重要载体之一，其一般由衬底、波导膜层(又俗称大电路结构)、量子比特结构、以及其他结构等组成。波导膜层的主要作用为传递控制量子比特的微波和电磁场，从理论上来说，考虑到微波和电磁场的损耗，波导膜层的厚度要相对厚一些比较好，这样做出来的器件性能，如Q值会更佳。由于现阶段量子比特结构以约瑟夫森结为主，其双倾角蒸镀的制备方法限制了结区以及结与外电路连接的超导层厚度，所以大电路的波导膜层厚度也有了相应的限制。

倒装焊超导量子芯片：随着量子比特数目的增加，简单的平面量子芯片设计受制于尺寸大小而难以扩展。由此发展出了倒装焊超导量子芯片封装工艺。其工艺流程主要包括：在用于进行倒装焊工艺的两片芯片(顶片和底片)上分别制作接触焊点；将顶片和底片通过制作好的焊点进行压焊连接。

倒装焊超导量子芯片中的凸点下金属UBM层：在制作顶片和底片的接触焊点过程中，由于顶片和底片的超导电路结构是基于铝膜刻蚀形成的，而接触焊点所用的铟材料与铝材料易形成合金而无法超导，破坏超导电路结构。在制作铟柱焊点过程中，往往会引入UBM层作为铟柱焊点与顶(底)片的媒介。UBM层既需要满足与顶(底)片形成良好超导接触，也需要与铟柱焊点形成良好超导接触。

磁控溅射镀膜：磁控溅射镀膜是一种常见的镀膜方法，其基本原理是电子在电场和磁场的共同作用下与气体分子发生碰撞(通常为氮气分子或者氩气分子)，产生氮阳离子或者氩阳离子，阳离子轰击靶材表面，使得靶材原子蒸镀到衬底表面。

铌：一种超导金属材料，其超导转变温度约为9K。

离子束刻蚀：一种物理刻蚀方法，其基本原理是电子碰撞惰性气体分子(通常为氩气分子)，产生阳离子，阳离子在电场的作用下加速轰击样品表面达到物理刻蚀效果。

本申请实施例所示的方案，提供了一种用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件，比如，该量子比特组件可以是倒装焊超导量子芯片中的一个单片的平面超导量子芯片，或者，该量子比特组件也可以是上述平面超导量子芯片中的一部分。请参考图1，其示出了本申请一示例性实施例示出的量子比特组件的结构示意图。如图1所示，该量子比特组件可以包括衬底101、超导电路层102、凸点下金属层103以及焊点104；

超导电路层102位于衬底101上；

凸点下金属层103位于超导电路层102上，且凸点下金属层103与超导电路层102形成超导连接；凸点下金属层103的材质为金属铌；

焊点104位于凸点下金属层103上，且焊点104与凸点下金属层103形成超导连接。

在一种可能的实现方式中，上述焊点104的材质为金属铟。

在一种可能的实现方式中，超导电路层102的材质为铝。

在本申请实施例中，金属铟与金属铌之间可以形成良好的超导接触，并且金属铌与超导电路层之间也可以形成良好的超导接触，同时，金属铌作为凸点下金属层，还可以避免金属铟和铝制的超导电路层直接接触形成合金而破坏超导电路结构。

综上所述，本申请实施例所示的方案，通过在用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件中，在超导电路层和焊点之间设置一层材质为金属铌的凸点下金属层，由于金属铌为超导材料，并且，金属铌相比于金材质来说更容易进行剥离，对超导电路层的洁净度影响更小，并且，铌表面的氧化层相比于其他超导材料表面的氧化层更容易去除，从而和焊点之间形成更良好的超导接触，因此，通过金属铌作为凸点下金属层，可以极大的提高倒装焊超导量子芯片中两个平面超导量子芯片之间的超导性能，进而提高倒装焊超导量子芯片的性能。

本申请上述实施例中，使用超导金属铌作为UBM层，可以应用于倒装焊超导量子芯片(比如2比特倒装焊超导量子芯片，或者49比特倒装焊超导量子芯片等)中，实现多层铝制超导电路层之间的超导线路连接，铌膜作为UBM层能阻碍铝制电路与焊点铟间形成合金从而影响超导连接，同时其优良的刻蚀速率和方便的制备方法也大大提高了多层铝制超导线路连接的效率和性能。

本申请后续实施例提供一种量子比特组件的制备方案。请参考图2，其示出了本申请一示例性实施例示出的量子比特组件制备方法的方法流程图。如图2所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤201，在衬底上制备超导电路层。

其中，上述衬底可以由蓝宝石或者高阻硅构成，超导电路层可以由金属铝构成。

步骤202，在超导电路层的上表面制备凸点下金属层；凸点下金属层与超导电路层形成超导连接；凸点下金属层的材质为金属铌。

步骤203，在凸点下金属层的上表面制备焊点，获得用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件；焊点与凸点下金属层形成超导连接。

在本申请实施例中，焊点可以是金属铟构成的柱形结构。

在本申请实施例中，量子比特组件从下到上分别包含衬底、超导电路层、凸点下金属层以及焊点，相应的，在制备该量子比特组件时，也按照超导电路层、凸点下金属层以及焊点的顺序逐层进行制备。

综上所述，本申请实施例所示的方案，在衬底上逐层制备超导电路层、金属铌材质的凸点下金属层以及焊点；由于金属铌为超导材料，并且，金属铌相比于金材质来说更容易进行剥离，对超导电路层的洁净度影响更小，并且，铌表面的氧化层相比于其他超导材料表面的氧化层更容易去除，从而和焊点之间形成更良好的超导接触，因此，通过金属铌作为凸点下金属层，可以极大的提高倒装焊超导量子芯片中两个平面超导量子芯片之间的超导性能，进而提高倒装焊超导量子芯片的性能。

请参考图3，其示出了本申请涉及的量子比特组件的制备框架图。如图3所示，在本申请上述实施例中，超导金属铌作为倒装焊超导量子芯片的凸点下金属层进而制备铟焊点的主要制备步骤可以分为：

光刻显影定义UBM层图形(S31)、坚膜工艺提高光刻胶对铌膜应力的支持(S32)、离子束刻蚀去除铝膜表面的氧化层(S33)、高质量铌膜的生长(S34)、铌膜剥离(S35)、光刻显影定义焊点层图形(S36)、离子束刻蚀去除铌膜表面的氧化层(S37)、以及焊点制备(S38)。

结合上述图3，请参考图4，其示出了本申请一示例性实施例示出的量子比特组件制备方法的方法流程图。如图4所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤401，在衬底上制备超导电路层。

在本申请实施例中，可以通过蒸镀超导金属，光刻显影定义电路层及溶液刻蚀的步骤在衬底上制备超导电路层。

其中，上述超导电路层的材质为金属铝。

比如，首先在衬底(比如，衬底的材质可以是蓝宝石或者高阻硅)上蒸镀一层超导材料(比如金属铝)，然后在超导材料上层旋涂第一光刻胶，通过光刻显影的方式在超导材料表面定义出超导电路层的图形，此时衬底上包含一层超导材料，以及超导材料上层未被光刻显影去除的第一光刻胶；然后使用酸性溶液蚀刻定义出来的电路图形，最后通过去胶液和去离子水去除残留的第一光刻胶旋涂，并在衬底上保留上述超导电路层。

其中，上述的第一光刻胶是正性光刻胶。

上述的光刻方式可以为紫外曝光或者激光直写。

上述的显影液可以为四甲基氢氧化铵(Tetramethylammonium Hydroxide，TMAH)，或TMAH稀释液等等。

比如，在本申请实施例中，可以在样品(即蒸镀有超导材料的衬底样品)上旋涂AZ6112光刻胶，并以一定的温度(比如100℃)烘烤一段时间；然后将样品放入激光直写设备(即上述光刻机)中，以特定参数刻写出图形(即上述超导电路层对应的图形)；然后将样品置于2.38％的TMAH溶液中显影一段时间，接着放入去离子水中进行定影。

其中，显影是指在衬底表面光刻胶中产生图形的关键步骤。光刻胶经过曝光后可溶解区域可以被化学显影剂溶解，并将可见的岛或者窗口图形留在衬底表面。对于正胶(正性光刻胶)来说，在显影过程中，非曝光区的光刻胶由于在曝光时并未发生化学反应，在显影时也就不会存在酸碱中和，因此非曝光区的光刻胶将被保留下来，而经过曝光的正性光刻胶会被逐渐溶解。对于负胶(负性光刻胶)来说，非曝光区的负胶在显影液中首先形成凝胶体，然后再分解。显影后留下的光刻胶图形将在后续的刻蚀和离子注入等工艺中作为掩模。

步骤402，在衬底上制备覆盖超导电路层的光刻胶。

在本申请实施例中，在衬底上制备好超导电路层之后，即可以在衬底上旋涂一层第二光刻胶，该第二光刻胶覆盖上述超导电路层。

其中，上述第二光刻胶和第一光刻胶可以是相同材质的光刻胶，也可以是不同材质的光刻胶。

步骤403，通过光刻显影的方式去除超导电路层上表面的第一目标区域的光刻胶；第一目标区域是凸点下金属层所在的区域。

在本步骤中，在旋涂了覆盖超导电路层的第二光刻胶之后，可以通过光刻显影的方式，将超导电路层上表面上，需要制备凸点下金属层的区域(即上述第一目标区域)的第二光刻胶去除，并保留其余区域的第二光刻胶。

步骤404，在去除第一目标区域的光刻胶之后，对衬底上剩余的光刻胶进行第一时长的烘烤。

在一种可能的实现方式中，第一时长所在的时长区间为1分钟至2分钟。

步骤405，对第一目标区域及衬底上剩余的光刻胶进行第二时长的离子束刻蚀。

请参考图5，其示出了本申请实施例涉及的金属铌膜层制备示意图。如图5所示，在申请实施例中，铌膜作为UBM层，是通过剥离的工艺获得的；其基本原理为利用光刻工艺露出UBM层生长区域，镀膜完成后再使用去胶液(比如Remover PG)清洗掉光刻胶，从而只保留生长的UBM层铌膜。

在实际镀膜过程中，由于铌膜表面存在很大的应力，如果没有做很好的样品表面处理，铌膜层应力会导致膜层龟裂，这会导致后续对光刻胶进行剥离的过程中，无法将光刻胶及其表面的铌膜层完全剥离，从而影响超导电路的洁净度，降低超导量子芯片的性能。请参考图6，其示出了本申请实施例涉及的应力作用下龟裂的铌膜和工艺优化后高质量的铌膜对比图。其中，图6中左侧的铌膜发生龟裂，后续剥离过程中将无法完全的对光刻胶及其表面的铌膜层进行剥离，而右侧的铌膜未发生龟裂，后续剥离过程中，可以更干净地剥离光刻胶及其表面的铌膜层，获得高质量的UBM层。

对于上述问题，在本申请实施例所示的方案中，可以在制备金属铌膜层之前，对光刻显影之后的第二光刻胶进行处理，以提高第二光刻胶对铌膜的应力的支持作用。其中，上述处理方式包括坚膜工艺(即显影完成后在热板上进行烘烤)，以及离子束刻蚀工艺。

在通常情况下，在光刻之前可以对光刻胶进行烘烤，而光刻显影完成后不再对光刻胶进行烘烤；而在本申请实施例所示的方案中，可以增加在光刻显影完成后，再对光刻胶进行一次烘烤的操作，以提高光刻胶对铌膜的应力的支持作用。

此外，本申请实施例所示的方案，还可以在光刻显影完成后，对光刻胶进行一次离子束刻蚀，从而在光刻胶表面形成刻蚀痕迹，增大光刻胶与铌膜层的接触面积，从而提高光刻胶对铌膜的应力的支持作用。

请参考下述表1，以光刻胶为AZ6112光刻胶为例，其示出了本申请实施例涉及的铌膜应力作用下薄膜龟裂的时间表。

表1

通过比较实验组3和实验组4可以得到，离子束刻蚀工艺能够增加光刻胶(AZ6112)对于铌膜应力的支持作用；通过比较实验组4和实验组5可以得到，坚膜工艺可以在离子束刻蚀工艺的基础上，进一步提高光刻胶AZ6112对于铌膜应力的支持作用；通过比较实验组5和实验组6可以得到，坚膜时间在1分钟左右即可以提升光刻胶AZ6112对于铌膜应力的支持，从而满足UBM层的生长需求。

基于上述表1所示的实验数据，本申请实施例所示的方案可以将对衬底上剩余的光刻胶进行烘烤的第一时长设置为1分钟左右，比如，可以设置第一时长为1分钟或者2分钟，或者，也可以设置第一时长为1分钟至2分钟之间的任意时长。

本申请实施例中，上述对超导电路层上表面的第一目标区域进行离子束刻蚀的步骤除了可以改善剩余的光刻胶对铌膜应力的支持作用之外，还可以去除超导电路层上表面的第一目标区域的氧化层。

铝作为一种超导金属材料，其临界转变温度为1.196K，其易于形成铝/氧化铝/铝结构的约瑟夫森结，因此铝被广泛应用于超导电路制备。

铝制材料暴露在空气中时，会在表面形成一层致密的氧化层，该氧化层具有绝缘作用，会影响超导性能。因此，在本申请实施例中，在超导电路层的上层制备凸点下金属层之前，可以对超导电路层上表面的第一目标区域进行离子束刻蚀，以去除超导电路层上表面的第一目标区域的氧化层。

在一种可能的实现方式中，离子束刻蚀的第二时长的范围为120秒至180秒。

本申请实施例中，通过铝膜制备的一组膜条电阻，通过测量其不同刻蚀时间后的膜条电阻的实验结果，进而推算出氧化层厚度和刻蚀掉氧化层所需要的刻蚀时间。该方法原理为刻蚀后电阻值/刻蚀前电阻值＝刻蚀前铝膜厚度/刻蚀后铝膜厚度≈刻蚀前铝和氧化铝的总厚度/刻蚀后铝和氧化铝的总厚度。

请参考图7，其示出了本申请实施例涉及的刻蚀曲线示意图。如图7所示，对于相同刻蚀条件的离子源，对氧化铝和铝的刻蚀速率不同，请参考图7中不同斜率的刻蚀曲线，其中，刻蚀曲线71是某个刻蚀条件下的离子源对氧化铝进行刻蚀时的刻蚀厚度和刻蚀时间的曲线，其对应关系为y＝0.0617x；其中，y为刻蚀厚度，x为刻蚀时间；刻蚀曲线72是相同刻蚀条件下该离子源对铝进行刻蚀时的刻蚀厚度和刻蚀时间的曲线，其对应关系为y＝0.1583x-9.765；刻蚀曲线71和刻蚀曲线72相交的时间点(101.087s)可以视为氧化层刚好被刻蚀掉的时间，基于上述实验结果，取150s左右的时长作为刻蚀时间(即上述第二时长)，保证铝与铌的超导接触。比如，本申请实施例所示的方案可以将对第一目标区域及衬底上剩余的光刻胶进行离子束刻蚀的第二时长设置在2分钟至3分钟之间，比如，该第二时长可以是120s、150s或者180s等等，或者，也可以设置第二时长为2分钟至3分钟之间的其它任意时长。

在去除超导电路层上表面的第一目标区域的氧化层之后，即可以在超导电路层的上表面的第一目标区域制备凸点下金属层，该过程请参考后续步骤。

步骤406，在光刻胶以及第一目标区域上制备金属铌膜层。

在一种可能的实现方式中，在光刻胶以及第一目标区域上制备金属铌膜层，包括：

通过磁控溅射的方式，在光刻胶以及第一目标区域上制备金属铌膜层。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的气压的范围为8×10

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的铌靶材与衬底之间的距离的范围为8厘米至12厘米。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的功率的范围为150瓦至220瓦。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的气体流量的范围为4标准毫升/分钟至6标准毫升/分钟。

本申请实施例中，铌膜的生长方式可以是磁控溅射。其基本原理是电子在电场和磁场的共同作用下与氩气分子发生碰撞，产生氩阳离子，阳离子轰击铌靶材表面，使得靶材原子蒸镀到衬底表面。在磁控溅射镀膜过程中，气体流量、工作气压、靶与衬底距离、镀膜功率都是可以调节的参数。

在本申请实施例中，可以基于以下实验结果来选择上述气体流量、工作气压、靶与衬底距离、镀膜功率。

1)通过第一组实验确定工作气压，其实验设计为：保持气体流量5标准毫升/分钟(Standard Cubic Centimeter per Minute，sccm)不变，保持靶与衬底距离10cm不变，镀膜功率150w不变，工作气压分为10

在图8中，从左到右分别是在10

2)通过第二组实验确定靶与衬底的工作距离，其实验设计为：保持气体流量5sccm不变，保持镀膜功率150w不变，保持工作气压10

在图9中，从左到右分别是在10cm和8cm的工作距离下，铌膜表面的电镜图像。从图9中可以看出，当工作距离为10cm时，铌膜表面的晶粒尺寸更小，更均匀一些，而工作距离为8cm时，铌膜表面的晶粒尺寸变大。由此，本申请实施例可以选定10cm左右的靶与衬底之间的距离作为优化后的工作距离。比如，可以选择10cm的距离作为工作距离，也可以选择8cm或者12cm的距离作为工作距离，或者，也可以选择8cm至12cm之间的任意其它距离作为上述工作距离。

3)通过第三组实验确定镀膜功率，其实验设计为：保持气体流量5sccm不变，保持工作气压10

在图10中，从左到右分别是在100w、150w和200w的镀膜功率下，铌膜表面的电镜图像。

从图10中来看，扫描电镜下，几个不同镀膜功率下的铌膜表面并没有较大区别，为了进一步确认优化后的镀膜功率，分别测试上述三种不同镀膜功率下的铌膜样品的超导转变温度，请参考图11，其示出了不同镀膜功率下的铌膜样品的超导转变温度示意图。

由图11可以看出，在100w的镀膜功率下，铌膜的超导转变温度为6.9K，而在150w和200w镀膜功率下，铌膜的超导转变温度为8K左右，因此，镀膜功率可以结合150w和200w来确定，比如，考虑到镀膜效率，可选选择200w左右的功率作为镀膜功率。比如，可以直接将镀膜功率设置为200W，或者，也可以选择150W或者220W的功率作为镀膜功率，或者，也可以选择150W至220W之间的任意其它功率作为上述镀膜功率。

步骤407，去除光刻胶以及光刻胶上层的金属铌膜层，获得位于超导电路层上表面的凸点下金属层。

在本申请实施例中，在去除第二光刻胶以及第二光刻胶上层的金属铌膜之后，可以在超导电路层的上层留下金属铌材料的凸点下金属层。

其中，去除第二光刻胶以及第二光刻胶上层的金属铌膜的过程，可以是通过去胶液和去离子水对蒸镀了金属铌膜的样品进行清洗。

在超导电路层的上层制备了凸点下金属层之后，即可以对凸点下金属层进行离子束刻蚀，以去除凸点下金属层上表面的氧化层，该过程请见后续步骤408至步骤410。

步骤408，在衬底上制备覆盖超导电路层以及凸点下金属层的光刻胶。

在本申请实施例中，在衬底上制备好超导电路层和凸点下金属层之后，即可以在衬底上旋涂一层第三光刻胶，该第三光刻胶覆盖上述凸点下金属层。

其中，上述第三光刻胶和第一光刻胶/第二光刻胶可以是相同材质的光刻胶，也可以是不同材质的光刻胶。

步骤409，通过光刻显影的方式去除凸点下金属层上表面的第二目标区域的光刻胶；第二目标区域是焊点所在的区域。

在本步骤中，在旋涂了覆盖凸点下金属层的第三光刻胶之后，可以通过光刻显影的方式，将凸点下金属层上表面上，需要制备焊点的区域(即上述第二目标区域)的第三光刻胶去除，并保留其余区域的第三光刻胶。

步骤410，对凸点下金属层上表面的第二目标区域进行离子束刻蚀，以去除凸点下金属层上表面的第二目标区域的氧化层。

在一种可能的实现方式中，离子束刻蚀的深度的范围为15纳米至18纳米。

在倒装焊超导量子芯片中，铌膜作为UBM层，会经历很多工艺步骤后再做去除氧化层的工艺，之后才能完成与铟质焊点的超导接触。为完全去除铌膜上表面焊点位置的氧化层，使其与铟质焊点形成良好的超导接触，研究铌膜的氧化特性也是铌膜作为倒装焊超导量子芯片UBM层方案中的重要一环。本申请实施例中，分别研究了镀膜功率为100w，150w和200w情况下的铌膜电阻，测试了其在空气中自然氧化的特征曲线。请参考图12，其示出了本申请实施例涉及的铌膜自然氧化特征曲线图。

如图12所示，其中包含了氧化层厚度-天数的关系曲线，由上述图12可以看出，随着时间的推移，铌膜的氧化曲线越来越平缓，在三种不同的功率情况下，30天后铌膜表面氧化层的厚度均在10nm左右，为保证铌膜氧化层厚度完全去除，在本申请实施例所示的方案中，可以将对凸点下金属层进行离子束刻蚀工艺中的刻蚀深度设置在15nm以上，也就是说，在离子束刻蚀工艺中，可以去除15nm以上的膜层。

比如，在本申请实施例中，可以将对凸点下金属层进行离子束刻蚀的深度设置为15nm、18nm或者15nm至18nm之间的任意深度。

步骤411，在凸点下金属层的上表面制备焊点，获得用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件；焊点与凸点下金属层形成超导连接。

在本申请实施例中，在去除凸点下金属层的上表面的第二目标区域的氧化层之后，即可以在凸点下金属层的上表面的第二目标区域制备铟材质的焊点。

在一种可能的实现方式中，可以通过光刻显影后蒸镀的方式制备上述焊点。此时，上述焊点的制备过程，可以与凸点下金属层的制备过程类似，此处不再赘述。

综上所述，本申请实施例所示的方案，在衬底上逐层制备超导电路层、金属铌材质的凸点下金属层以及焊点；由于金属铌为超导材料，并且，金属铌相比于金材质来说更容易进行剥离，对超导电路层的洁净度影响更小，并且，铌表面的氧化层相比于其他超导材料表面的氧化层更容易去除，从而和焊点之间形成更良好的超导接触，因此，通过金属铌作为凸点下金属层，可以极大的提高倒装焊超导量子芯片中两个平面超导量子芯片之间的超导性能，进而提高倒装焊超导量子芯片的性能。

在本申请的一个示例性实施例中，还提供一种倒装焊超导量子芯片，该倒装焊超导量子芯片包含如上述图1所示的量子比特组件。该量子比特组件可以通过图2或图4所示的方法流程进行制备。

在本申请的一个示例性实施例中，还提供一种计算机设备，该计算机设备包含倒装焊超导量子芯片，该倒装焊超导量子芯片包含图1所示的量子比特组件。该量子比特组件可以通过图2或图4所示的方法流程进行制备。

请参考图13，其示出了本申请一个实施例提供的方案应用场景的示意图。如图13所示，该应用场景可以是超导量子计算平台，该应用场景包括：量子比特芯片131、稀释制冷机132、控制设备133和计算机134。

量子比特芯片131是一种作用在物理量子比特上的电路，量子比特芯片131可以实现成为量子计算器件。稀释制冷机132用于为超导量子芯片提供绝对零度的环境。其中，上述量子比特芯片131可以是上述的倒装焊超导量子芯片。

控制设备133用于对量子比特芯片131进行控制，计算机134用于对控制设备133进行控制。例如，编写好的量子程序经过计算机134中的软件编译成指令发送给控制设备133(如电子/微波控制系统)，控制设备133将上述指令转换为电子/微波控制信号输入到稀释制冷机132，控制处于小于10mK温度的超导量子比特。读取的过程则与之相反，读取波形被输送到量子比特芯片131。

图14示出了本申请一示例性实施例示出的生产线设备的示意图，如图14所示，该生产线设备包括：离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403。该离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403用于合作制备上述图1所示的量子比特组件。

可选的，该离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403可以用于协作执行以下步骤：

在衬底上制备超导电路层；

在所述超导电路层的上表面制备凸点下金属层；所述凸点下金属层与所述超导电路层形成超导连接；所述凸点下金属层的材质为金属铌；

在所述凸点下金属层的上表面制备焊点，获得用于倒装焊超导量子芯片的量子比特组件；所述焊点与所述凸点下金属层形成超导连接。

在一种可能的实现方式中，在超导电路层的上表面制备凸点下金属层进而制备铟焊点，包括：

在所述衬底上制备覆盖所述超导电路层的光刻胶；

通过光刻显影的方式去除所述超导电路层上表面的第一目标区域的光刻胶；所述第一目标区域是所述凸点下金属层所在的区域；

在所述光刻胶以及所述第一目标区域上制备金属铌膜层；

去除所述光刻胶以及所述光刻胶上层的金属铌膜层，获得位于所述超导电路层上表面的所述凸点下金属层。

在一种可能的实现方式中，在所述光刻胶以及所述第一目标区域上制备金属铌膜层之前，还包括：

在去除所述第一目标区域的光刻胶之后，对所述衬底上剩余的光刻胶进行第一时长的烘烤。

在一种可能的实现方式中，所述第一时长所在的时长区间为1分钟至2分钟。

在一种可能的实现方式中，在所述光刻胶以及所述第一目标区域上制备金属铌膜层之前，还包括：

在去除所述第一目标区域的光刻胶之后，对第一目标区域及所述衬底上剩余的光刻胶进行第二时长的离子束刻蚀，以去除第一目标区域的氧化层及提高剩余部分光刻胶对铌膜应力的支持作用。

在一种可能的实现方式中，所述第二时长的范围为2分钟至3分钟。

在一种可能的实现方式中，在所述光刻胶以及所述第一目标区域上制备金属铌膜层，包括：

通过磁控溅射的方式，在所述光刻胶以及所述第一目标区域上制备金属铌膜层。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的气压的范围为8×10

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的铌靶材与所述衬底之间的距离的范围为8厘米至12厘米。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的功率的范围为150瓦至220瓦。

在一种可能的实现方式中，磁控溅射的气体流量的范围为4标准毫升/分钟至6标准毫升/分钟。

在一种可能的实现方式中，在所述凸点下金属层的上表面制备焊点之前，还包括：

对所述凸点下金属层进行离子束刻蚀，以去除所述凸点下金属层上表面的氧化层。

其中，上述对凸点下金属层进行离子束刻蚀的过程可以包括：在衬底上制备覆盖超导电路层以及凸点下金属层的光刻胶；通过光刻显影的方式去除凸点下金属层上表面的第二目标区域的光刻胶；第二目标区域是焊点所在的区域；对凸点下金属层上表面的第二目标区域进行离子束刻蚀，以去除凸点下金属层上表面的第二目标区域的氧化层。

在一种可能的实现方式中，所述离子束刻蚀的深度的范围为15纳米至18纳米。

其中，上述离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403制备量子比特组件的过程可以参考图2或图4所示的实施例中的介绍，此处不再赘述。

可选的，该生产线设备还包括处理器，该处理器可以与离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403分别电性相连，用以控制离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403等等。

可选的，该生产线设备还包括电源，用以为处理器、离子束刻蚀机1401、光刻机1402以及蒸镀机1403等电学设备进行电量供应。

可选的，各个机器之间通过传送带进行空间连接，或者基于机械臂完成制备物在各个机器间的移动。

可选的，该生产线设备还包括存储器，该存储器可用于存储至少一条计算机指令，处理器执行上述至少一条计算机指令，以使得生产线设备执行上述量子比特组件制备方法。

在一个示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机指令，该至少一条计算机指令在被生产线设备中的处理器执行，以使得生产线设备执行上述量子比特组件制备方法。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。生产线设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得生产线设备执行上述量子比特组件制备方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

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