一种互连件性能测试组件的制作方法

1.本技术属于倒转焊领域，具体涉及一种互连件性能测试组件。


背景技术：

2.倒装互连技术可以有效地提高芯片的集成度，并且同时避免芯片平面尺寸增加太快。因此，有鉴于越来越多的量子比特数量的要求，在超导量子芯片的制作过程中，倒装互连技术被选择使用并被寄予厚望。
3.当前，基于倒装互连的超导量子芯片通常选择使用铟制作芯片之间的互连件。通常地，这些互连件还作为信号的传输通道，以便在芯片之间的布线。
4.由于铟材质以及其制作工艺的特点，基于芯片质量考虑，需要对互连件的质量认真地考察。然而，目前多关注于其直流特性，而在对超导量子芯片重要的射频信号条件下的互连件的表现的检测尚无有益的尝试。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术公开了一种互连件性能测试组件，其能够被用于对诸如倒装焊的超导量子芯片中的铟互连件的通断性等性能进行评价，从而有助于研发更高水平的铟柱制作工艺，进而也有助于提高倒装超导量子芯片的制作质量。
6.本技术示例的方案，通过如下内容实施。
7.在第一方面，本技术的示例提出了一种互连件性能测试组件，其包括：
8.第一芯片；
9.第二芯片，与第一芯片对置；
10.至少一个第一互连件，位于所述第一芯片和所述第二芯片之间；
11.至少两个谐振腔，其中一个谐振腔配置于第一芯片，其余的谐振腔中的每个分别独立地由第一互连件中断、从而形成通过该第一互连件连接的第一元件和第二元件，其中第一元件配置于第一芯片，第二元件配置于第二芯片；以及
12.第一微波传输线，设置于第一芯片，从而对应地被配置为分别与其中一个谐振腔、以及其余的谐振腔中的每一个的第一元件耦合。
13.在测试结构中，第一芯片和第二芯片构成倒装焊芯片中的上下两层芯片。该两层芯片能够通过起到支撑作用的铟柱进行倒装焊接，并且铟柱还作为谐振腔的第一元件和第二元件在上下层芯片穿插走线时的信号通路。各谐振腔通过各自的相应部分与微波传输线实现耦合，从而便于通过微波传输线对各个谐振腔进行所需项目的测量。
14.由于存在未配置互连件即非上下穿插走线的谐振腔，因此，可以选择以该谐振腔作为基准的谐振腔，将其与配置了互连件的谐振腔一同进行谐振频率的测量，从而可以根据测量结果反映有无互连件对谐振腔的谐振频率的影响，进而可以评价所设置的互连件的通断情况。进一步地，在确定互连件连通的情况下，通过对谐振腔的品质因子的测定还可以对互连件对射频信号的传输质量有无影响以及存在影响时的所达到的程度进行评价。
15.简言之，该评价结构提供了一种能够方便地实施的方案。其可以被用于通过对读取谐振腔的谐振频率测量和测量结果的比对来评价互连件的射频性能，即互连件是否连通以及传输射频信号的质量。并且由此也可以对制作互连件的工艺以及其结构参数的设计的合理性和有效性进行研判，从而有助于改进制作工艺和版图设计。
16.根据本技术的一些示例，第一元件具有关联于第一元件的谐振频率的第一长度，第二元件具有关联于第二元件的谐振频率的第二长度，且第一长度和第二长度不同。
17.根据本技术的一些示例，其余的谐振腔中的每个谐振腔的第一元件的长度不同。
18.根据本技术的一些示例，在与第一微波传输线彼此耦合的位置处，每个谐振腔与第一微波传输线平行并且间隔布局。
19.根据本技术的一些示例，互连件性能测试组件还包括第二微波传输线；
20.第二微波传输线配置于第一芯片，并且与第一微波传输线间隔且并行延伸；
21.其中一个谐振腔的两端分别与第一微波传输线和第二微波传输线耦合。
22.在第二方面，本技术的示例提出了一种互连件性能测试组件。
23.该互连件性能测试组件包括：
24.第一芯片；
25.第二芯片，与第一芯片对置；
26.至少两个谐振腔，其中一个谐振腔配置于第一芯片，其余的谐振腔中的每个分别独立地由对应的第一互连件和第二互连件中断、从而形成通过该第一互连件和第二互连件依次串接的第一元件、第二元件和第三元件，其中第一元件和第三元件配置于第一芯片，第二元件配置于第二芯片；以及
27.共面于第一芯片、且并排间隔开的一对微波传输线；
28.其中一个谐振腔的两端分别与一对微波传输线耦合，其余的谐振腔中的每一个的第一元件和第三元件分别与一对微波传输线耦合。
29.根据本技术的一些示例，第一元件和第三元件的长度相等。
30.根据本技术的一些示例，第二元件的长度大于第一元件的长度，且第二元件的长度大于第二元件的长度。
31.根据本技术的一些示例，谐振腔为半波长谐振腔或四分之一波长谐振腔。
32.根据本技术的一些示例，第一互连件周围具有呈环形间隔排布的多个支撑柱。
33.有益效果：
34.本技术示例的方案利用是否设置互连件作为区分的两种谐振腔分别与微波传输线进行信号耦合匹配，从而构成用于对互连件的性能进行评价的组件。在使用时，通过微波传输线传递信号，以便对前述的两种谐振腔的谐振频率进行测量，从而能够根据所获得的测量结果判断互连件是否连通。并且，进一步地在互连件连通的情况下，还可以通过微波传输线对谐振腔的品质因子进行测量，从而可以对微波信号的传输质量进行评价。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
36.图1为本技术实施例提供的第一种互连件性能测试组件的版图结构示意图；
37.图2a公开了基于图1的互连件性能测试组件中的局部的剖视结构示意图；
38.图2b公开了第二种互连件性能测试组件中的局部的剖视结构示意图；
39.图3为本技术实施例提供的第三种互连件性能测试组件的版图结构示意图；
40.图4为本技术实施例提供的第四种和第五种互连件性能测试组件的版图结构示意图；
41.图5为本技术实施例提供的第六种互连件性能测试组件的版图结构示意图；
42.图6为本技术实施例提供的第七种互连件性能测试组件的版图结构示意图。
43.图标：101-第一微波传输线；102-连续谐振腔；103-分段谐振腔；103a-分段谐振腔；1031-第一元件；1031a-第一元件；1032-第二元件；1032a-第二元件；1033-互连件；1034-阻挡层；1035-支撑柱；201-第一芯片；202-第二芯片；302-第二微波传输线。
具体实施方式
44.在制作超导量子芯片时，利用倒装焊技术可以在可接受的平面尺寸内集成更多的比特和元器件。倒装焊技术需要使用到互连件，并且在超导量子芯片中通常被选择为铟柱。即利用铟柱将上下两层芯片进行物理连接。
45.为了进一步地利用芯片有限的空间，其中的一些元器件还借助于铟柱通过异面分布的方式进行配置；换言之，通过铟柱实现信号连接、传递。即将元器件配置为诸如两部分，并且其中一部分设置在上层芯片，另一部分设置在下层芯片。同时，铟柱还配置到上层芯片和下层芯片之间，且两端分别连接这些元器件的该两部分。
46.由此，在这样的结构中，铟柱不仅负担着支撑两层芯片的作用，且同时还作为元器件分布在上下层芯片的两部分的信号传递线路。因此，铟柱的质量对倒装焊芯片的正常服役起到重要的作用。那么在制作倒装焊超导量子芯片时，就需要对铟柱的性能/质量进行评价，以便获得铟柱合格的倒装焊量子芯片。
47.在实践中，铟柱的质量问题例如可以是由于进行倒装焊时上下两层芯片的对位不准导致铟柱未连接上下层所对应的元器件上。这些问题在制作倒装焊芯片的过程中并不总是可以轻易被发现并克服的。因此，在制作工艺实施完成后，通过检测铟柱的质量就成了一个重要的备选方案。
48.然而，就本技术发明人所知，目前业内尚无与此相关的有效解决方案。此前，发明人尝试通过测量通过铟柱连接的线路的直流特性对其质量进行判断。例如，通过四线桥法测量铟柱的通断情况，以表征其铟柱的直流特性。这些尝试虽然是一种可选的方案，但是，对于超导量子芯片而言，上述方案并不能很好地反映量子芯片的工作性能。因为，超导量子芯片需要基于射频信号进行测控等操作。即希望对倒装焊超导量子芯片中的铟柱在射频信号下的性能表现进行评价。前述的基于直流特性的方案则不能满足此需求。
49.有鉴于此，这样的现实情况，于本技术示例中，发明人提出了一种互连件性能测试组件。
50.其中的互连件例如是前述的超导量子芯片中的常用的互连件—铟柱。在其他示例中互连件可以是其他结构。例如在经典计算机(非量子芯片计算机)中的倒装焊芯片所采用的其他形式的互连件，如焊料凸点等。即对于需要传输微波信号且通过互连件中断的线路或器件，为了评价其中的互连件的质量/性能，本技术示例的方案均可以被选择地适用或根
据使用场景进行改造。
51.其中的性能则主要是指互连件能够正常传递传输微波信号时，即谐振器的通断性，且可以通过谐振频率进行表征；进一步地该性能还可以是在互连件连通的情况下的谐振器的品质因子。并且其中的品质因子主要是通过具有互连件的元器件的整体而表现出来，且也能够作为对互连件的性能表现的评价的重要标准或因素。
52.由于互连件的性能主要与其材料、制作工艺和结构设计等相关联，因此，通过上述方式对其性能的表征也可以被用于验证互连件的材料、工艺和结构选择使用合理或更佳。
53.整体上而言，本技术示例中的一种互连件性能测试组件被配置为这样使用：通过电子仪器或设备向该组件输入检测信号，并且通过将获得的反馈信号进行处理获得需要的数据，从而允许实施者通过该数据对组件中的互连件的性能进行评价。其中电子仪器通过根据所执行检测内容进行选择；示例中其可以被选择为矢量网络分析仪。其中对性能的评价可以是通过电子设备对反馈的数据通过软件处理而由显示设备、语音设备等展示的结果，或者由人为对数据进行判断皆可。
54.换言之，基于上述的互连件性能测试组件可以制作一种评价系统，其可以包括检测信号输入设备，并且其与组件中的对应部件信号连接，用于输入检测信号。同时，该系统还包括信号处理和展示设备。其中信号处理设备可以整合到输入设备中或者作为独立的设备；其中的展示设备也可以是独立设备，或者与独立于输入设备的处理设备整合。通常地，信号处理设备可以是单片机、fpga(field-programmable gate array)、可编程逻辑控制器等。
55.以下将结合附图对本技术示例中的互连件性能测试组件进行说明。
56.图1公开了示例中的互连件性能测试组件的版图结构。图2a公开了互连件性能测试组件中的配置了互连件1033的谐振腔在互连件位置处的剖视结构示意图。
57.请一并参阅图1和图2a，大体上，互连件性能测试组件包括第一芯片201、第二芯片202、至少两个谐振腔以及第一微波传输线101。
58.其中第一芯片201和第二芯片202以接近且对置的方式进行配置，并且为了方便于基于其制作的芯片与外部设备进行连接和数据通信，其中一个芯片的尺寸通常会更小于另一个芯片的尺寸。例如第一芯片201的尺寸小于第二芯片202的尺寸。那么，在二者对置布局的情况下，前述之互连件1033一般地是设置在第二芯片202覆盖第一芯片201的区域内的选择的位置处的。第二芯片202未被第一芯片201覆盖区域可以作为与前述外部设备连接的焊盘、接口等设置的区域。互连件1033位于第一芯片201和第二芯片202之间(参阅图2b)，从而起到连接、支撑的作用。并且进一步地还作为部分谐振腔的构成部分，从而可以传输微波信号。
59.所描述的至少两个谐振腔，被配置为两类谐振腔。其中同一类的谐振腔的数量可以是一个或多个，且两类谐振腔的数量可以相同或相异。在不同的示例中，谐振腔可以是各种具体的形式，例如可以是选择为半波长谐振腔或四分之一波长谐振腔。并且，谐振腔也可以是共面波导谐振腔，或者三维谐振腔。并且基于超导量子芯片，且可以采用超导材料如铝(al)、铌(nb)等。类似地，微波传输线也可以选择为超导材料如铝。
60.值得指出的是，在超导量子芯片中，当谐振腔采用铝，并且互连件1033采用为铟时，铟与铝可能会导致形成合金，从而影响铝的超导特性，进而对量子比特的性能产生不利
的影响。因此，一般地在铝材质的谐振腔和铟材质的互连件1033之间通过会选择阻挡层1034，例如氮化钽，请参阅图2b。
61.在上述的两类谐振器中，其中一类为未配置有互连件1033的谐振腔，为了方便描述和区分例如可以被称为连续谐振腔102。当存在多个连续谐振腔102时，各个连续谐振腔102的结构通常地相同的。
62.其中另一类为配置有互连件1033的谐振腔，为了方便描述和区分例如可以被称为分段谐振腔103。因此该类谐振腔是由互连件1033中断的并且因此形成了依次通过互连件1033连接的多段结构(至少两个)。当存在多个分段谐振腔103时，这些谐振腔各自对应设置的互连件1033的数量以及在谐振腔中的延伸轨迹上的位置可以是按照相同的方式配置，或者各自采用不同的方式配置。
63.基于上述连续谐振腔102和分段谐振腔103，在倒装互连芯片(具有层叠的上层芯片且可以对应于后续提及的第一芯片201，和下层芯片且可以对应于后续提及的第二芯片202)中，连续谐振腔102通常是配置到其中的一层芯片，或者说是其中的一层芯片的同一表面的。
64.同时，由于通过互连件1033的配置以及根据互连件1033的作用，分段谐振腔103具有多个段(根据互连件1033的多寡，对应具有不同数量的段)，且这些段通过互连件1033进行串接。因此，分段谐振腔103中的这些段顺序地分配到上层芯片和下层芯片；即这些段中的部分是分布于或者共面于其中的一层芯片，而剩余的部分则是分布于或共面于其中的另一层芯片。以一个分段谐振腔103具有一个互连件1033为例，其具有两段且分别为第一元件1031和第二元件1032；如图1所示。以一个分段谐振腔103具有两个互连件1033为例，其具有三段且分别为第一元件、第二元件和第三元件，参阅图5和图6。
65.作为对谐振腔的诸如谐振频率、品质因子进行测量的信号传输结构，互连件性能测试组件中的第一微波传输线101分别与上述的各个谐振腔耦合(可以是在谐振腔的末端即耦合位置处，谐振腔与微波传输线平行且间隔适当距离；耦合方式例如是电容耦合)实现微波信号关联。同时，第一微波传输线101是设置在第一芯片201，因此，其分别与连续谐振腔102以及分段谐振腔103的第一元件1031可以是共面于第一芯片201的。即微波传输线与各个谐振腔是共面耦合的。
66.在图1所示的结构中，一个互连件1033将其对应的谐振腔区隔为第一元件1031和第二元件1032。并且，互连件1033更接近第一微波传输线101，使得第一元件1031的长度明显地小于第二元件1032的长度。在另一些示例中，例如图3所示，通过控制分段谐振腔103a中的互连件1033的位置更远离第一微波传输线101，从而使得第一元件1031a的长度明显大于第二元件1032a的长度。
67.简言之，分段谐振腔103在配置一个互连件的情况下，可以是通过改变互连件的位置使得第一元件和第二元件的长度相对大小—相等或任选的不同大小形式—配置。进一步地，对于具有多个分段谐振腔103且各自分别配置一个互连件1033的情况，各个互连件1033的位置也可以是相同或相同的。
68.图4示例了各自具有一个互连件1033的两个分段谐振腔103中的互连件1033的配置于不同位置的情况。并且，图4还进一步公开了配置了两条微波传输线的情况，因此，组件中可以包括第一微波传输线101和第二微波传输线302。
69.另外，由于连续谐振腔102未设置互连件1033，因此其被配置一个倒装焊芯片中的一层芯片中，如前述的第一芯片201。那么，在实例中第二微波传输线302也可以选择配置到第一芯片201，从而可以与第一微波传输线101共面于第一芯片201。
70.如图4所示，该两条微波传输线大致具有相同的延伸方向，且彼此间隔开，因此，从版图结构就同一平面的投影图形而言，各个谐振腔是位于两条微波传输线之间的。连续谐振腔102的两端分别与两微波传输线耦合。相应地，分段谐振腔103的两端也分别与其二者耦合。
71.参阅图5，对于具有每个分段谐振腔103具有两个互连件1033的情况，第一元件和第三元件分别与两个微波传输线耦合。于图5中的分段谐振腔103分别由两个互连件1033而被区分为三个元件，其中第一元件和第三元件具有大致相等的长度，且分别小于第二元件。而在其他示例中也可以将各个元件配置为其他形式的长度。
72.如前述，互连件1033的质量可能是与倒装互连芯片中的上下层芯片的对位相关联的。因此，当谐振腔配置多个互连件1033时，对位精度通常会要求更高，因此，部分示例中还可以选择在互连件1033的周围再配置多个实体部件，其不仅可以起到辅助有待倒装互联的上下层芯片对位，还可以起到支撑上下层芯片的作用。其中的实体部件例如也可以选择为铟柱和氮化钛的组合结构。即铟柱的两端分别配置氮化钛层；氮化钛层还结合到上下层芯片的表面，且未接触谐振腔和微波传输线。
73.在图6中，每个互连件1033周围分布有四个支撑柱1035。其中支撑柱的数量可以是少于或者多于四个。该四个支撑柱1035呈环形地分布于互连件1033的周围，且每个支撑柱1035包括铟柱和其两端的氮化钛。值得注意的是，虽然前文描述为支撑柱1035，但是并非意味着其仅仅作为起支撑作用的结构而存在。
74.在上述互连件性能测试组件的基础上，可以实施下述方案进行测试操作。例如将矢量网络分析仪连接到组件上的微波传输线，对该测试组件进行测试并记录测量数据，将所获得的测量数据处理获得相应的目标参数—谐振频率和品质因数。
75.依据谐振频率和品质因数可以进行如下分析：
76.在测量过程中，由于连续谐振腔102未设置互连件，因此其不存在被中断的情况，从而可以始终被测量到谐振频率。
77.分段谐振腔103在其互连件1033连通时，可以测到整条谐振腔的谐振频率。
78.对于分段谐振腔103的互连件断开的情况：
79.考虑到，谐振腔频率与其长度是关联的，因此，在部分示例中，分段谐振腔103的互连件1033的位置使得其中的不同元件(如第一元件1031、第二元件1032、第三元件等)的长度太短时会导致相应元件的谐振频率超出仪器的测量极限而等同于无法测到实际有效的谐振频率。由于是通过微波传输线进行测量。因此，当互连件1033断开时，实际测量的是与之直接耦合的元件。那么，当该元件太短就无法测量到整条分段谐振腔103的谐振频率。
80.或者分段谐振腔103的互连件1033断开但是与微波传输线直接耦合的元件的长度被适当地选择时仍然可以测到其谐振频率，虽然其数值因为该部分的长度原因会偏离互连件1033连通情况下的谐振频率。而当分段谐振腔103的互连件1033断开但是与微波传输线直接耦合的元件的长度很短时则难以测到该元件的谐振频率，也无法测到整条谐振腔的谐振频率。
81.基于上述分析，对于测量谐振频率的示例，当某个分段谐振腔103的谐振频率无法测到时，则表明其对应的互连件1033是断开的，因此该互连件1033的质量差。当某一个分段谐振腔103的谐振频率可以测到，则可以将其与连续谐振腔102的谐振频率进行比对。如果比对结果是二者按预期的差别接近或相等，则也可以认为该分段谐振腔103的互连件1033是连通的，因此质量好。反之，如果虽然可以测到谐振腔的频率，但是其结构与连续谐振腔的谐振频率的相差超出预期，则也可以认为互连件1033是断开的，质量差。
82.进一步，确认分段谐振腔103的互连件1033是连通的情况下，还可以测量其品质因数，且品质因数越高则互连件1033的连通性越好。并且还可以将测得的分段谐振腔103的品质因子与连续谐振腔102的品质因子进行比对，以便获得品质因子更符合要求的分段谐振腔103。
83.前文通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，前述内容结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。其中的各个实例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
84.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
85.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
86.以上依据图式所示的实施例详细说明了本技术的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本技术的较佳实施例，但本技术不以图面所示限定实施范围，凡是依照本技术的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本技术的保护范围内。