[发明专利]具有双功能布线的芯片和相关的制造方法

说明书

本发明公开了功能芯片，其包括：包括第一面和第二面的衬底，衬底的第二面形成功能芯片的正面；在衬底的第一面上的第一氧化物层；‑在第一氧化层上的第二氧化物层；‑在与第一氧化物层接触的第二氧化物层的表面上形成第一布线层；在第二氧化物层上的第三氧化物层，其中插入了至少一个半导体元件；‑由与第二氧化物层相对的第三氧化物层的表面形成的背面，背面包括至少部分地被一个或多个导体布线轨道包围的多个超导体布线轨道，半导体元件经由超导体过孔连接到超导体布线轨道，并且背面的导体布线轨道经由导体过孔连接到第一布线层。本发明允许芯片的良好热化。

技术领域

本发明的技术领域是在量子计算框架内的微米和纳米系统及它们的组件的领域。

本发明涉及一种旨在接收控制芯片和功能芯片的集成结构，特别地一种包括双功能布线：热布线和电气布线的集成结构。

背景技术

对于与量子计算相关的应用，微米或纳米系统通常地在非常低的温度下运行(大约几开尔文(K)甚至几毫开尔文(mK))，由于稀释低温恒温器而获得了非常低的温度。组成这些系统的元件或它们的封装的热管理与在环境温度，即大约300K下完成的完全不同。实际上，声子在热传导中的贡献在T³处衰减，其中T是所考虑的温度，在这些非常低的温度下的热化主要是通过电子热导率来完成的。通常地，现有技术的集成结构没有利用这种特殊性来对组件的各种元件进行热绝缘。

例如，在文献US2019/0273197 A1中，组件的各种芯片通过导体轨道连接在一起，使得各种芯片之间存在热耦合。当一个或多个芯片对热敏感时，这种热耦合尤其成问题。另一个例子在文献WO2018/052399 A1中给出，其中通过超导体连接凸块可以进行芯片和集成结构之间的连接。尽管这种配置有效地使热绝缘它们之间的芯片成为可能，但是芯片也与低温恒温器绝缘，这不允许低温恒温器的良好热化。

此外，在上述两个示例中，通过凸块完成芯片的连接。然而，使用凸块限制了集成密度，制造技术强加了很难减小的凸块尺寸和凸块间距离。

因此，需要集成结构，其允许芯片的良好热化，同时仍确保芯片之间的芯片良好的热绝缘。还需要一种组装方法，该方法可以从这种绝缘的优点中获益，同时仍然克服与使用凸块相关的集成限制。最后，需要可以利用这种集成结构的芯片。

发明内容

本发明通过提出具有双功能布线的集成结构来提供对上述问题的解决方案：提供热和电功能的某些布线轨道(导体布线轨道)和仅提供电功能的某些轨道(超导体布线轨道)。术语“热功能”是指允许热化或保证待热化对象的目标低温温度的维持。术语“电功能”是指在集成结构的各个元件之间传输电信号。

为此，本发明的第一方面涉及旨在连接多个半导体器件的集成结构，该集成结构包括衬底、第一面和第二面，第一面旨在接收半导体器件，集成结构在第一面处包括至少一个布线层，一个或多个布线层包括：

-导体材料的至少一个第一导体布线轨道；和

-由超导体材料制成的至少一个第一超导体布线轨道。

术语“一个或多个布线层包括”是指当存在单个布线层时，它包括至少一个第一导体布线轨道和至少一个第一超导体布线轨道；但是当存在几个布线层时，第一导体布线轨道可以在第一布线层上，而第一超导体布线轨道可以在第二布线层上。

由于本发明，可以实施具有双功能布线的多芯片组件。这种双功能布线可以在连接到集成结构的各种芯片之间定位热绝缘，芯片之间的通信能够经由超导体布线轨道完成，并且热化能够经由导体布线轨道完成，例如，产生每个芯片上的单独热笼，以使它们彼此热绝缘。

除了前面段落中刚刚提到的特征之外，根据本发明的第一方面的集成结构可以具有以下单独地或根据任何技术上允许的一个或多个附加特征。