CMOS-compatible wafer-scale MOCVD of superconducting TiN in Through Silicon Vias for 3D integration of qubits
ORAL
Abstract
In this study, we applied a standard production tool designed for 200 mm wafers to metalize superconducting TSVs using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). First, we studied the temperature dependence of the two-step cyclic process, which involves thermal deposition followed by plasma annealing, on flat Si substrates. Deposition at 570K and below is reaction-limited (ALD mode) while at higher temperatures it becomes diffusion-limited (MOCVD mode). For optimized deposition at 690 K, we achieved Tc ~ 3 K, deposition rates > 2.0 nm/cycle, resistivities < 140 µΩcm and a thickness homogeneity of 15% across the wafer. To demonstrate the successful metallization of TSV sidewalls, we used Si ring structures with an aspect ratio of 1:6. Those were electrically analyzed at room temperature as well as cryogenic temperatures proving superconductivity below 0.35 K.
* The work was funded by the Munich Quantum Valley (K6-SHARE) supported by the Bavarian State Government with grants from the High-tech Agenda Bavaria Plus. We also thank funding of MUNIQC-SC (13N16188) as part of the German BMBF program.
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Presenters
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Alexandra Schewski
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
Authors
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Alexandra Schewski
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Simon Lang
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Ulrich Schaber
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Armin Klumpp
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Felix Rucker
kiutra GmbH
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Oscar Gargiulo
kiutra GmbH
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Daniela Zahn
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT, Fraunhofer EMFT
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Ramon Linke
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Johannes Weber
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT, Fraunhofer EMFT
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Christoph Kutter
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Rui Pereira
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT, Fraunhofer EMFT
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Marc Tornow
School of Computation, Information, and Technology, Technical University of Munich, Garching, TU Munich
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Wilfried Lerch
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT
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Ignaz Eisele
Fraunhofer Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörpertechnologien EMFT