特許 7236546 超伝導バンプ接合の電気的特性評価

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-01

(45)【発行日】2023-03-09

(54)【発明の名称】超伝導バンプ接合の電気的特性評価

(51)【国際特許分類】

   H10N 60/80 20230101AFI20230302BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20230302BHJP

   H01L 25/065 20230101ALI20230302BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230302BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20230302BHJP

   H10N 60/00 20230101ALI20230302BHJP

   H10N 60/12 20230101ALI20230302BHJP

   H01L 25/16 20230101ALI20230302BHJP

【ＦＩ】

H10N60/80

H01L25/08 B

H01L21/60 311S

H10N60/00

H10N60/12

H01L21/92 604T

H01L25/16 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021538719

(86)(22)【出願日】2019-12-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-09

(86)【国際出願番号】 US2019064526

(87)【国際公開番号】W WO2020146062

(87)【国際公開日】2020-07-16

【審査請求日】2021-06-30

(31)【優先権主張番号】16/241,661

(32)【優先日】2019-01-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】グラニンガー、アウレリウス エル．

(72)【発明者】

【氏名】ストランド、ジョエル ディ．

(72)【発明者】

【氏名】スタウティモア、ミカ ジョン アトマン

(72)【発明者】

【氏名】キーン、ザカリー カイル

(72)【発明者】

【氏名】ハートマン、ジェフリー デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ハックリー、ジャスティン シー．

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１７３９３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｎ ６０／００

Ｈ１０Ｎ ６０／８０

Ｈ１０Ｎ ６０／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／０６５

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バンプ接合超伝導試験構造であって、
第１の超伝導集積回路（ＩＣ）である第１のチップと、
複数のバンプ接合によって前記第１のチップにガルバニック接続された第２の超伝導ＩＣである第２のチップと、
前記複数のバンプ接合のうちの１つのバンプ接合に対するガルバニック接続であって、前記第１のチップと前記第２のチップとの間の前記１つのバンプ接合を介して磁束バイアス電流を供給するように構成された前記ガルバニック接続と、
前記複数のバンプ接合のうちの少なくとも２つを電気的に含むループを含むＤＣ_ＳＱＵＩＤと、を備え、
前記ガルバニック接続および前記１つのバンプ接合は、前記磁束バイアス電流が流れる前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤのループの唯一の部分が前記１つのバンプ接合であるように構成されている、バンプ接合超伝導試験構造。

【請求項2】

前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤは、並列に配置された２つのジョセフソン接合を含む、請求項１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項3】

前記２つのジョセフソン接合はともに前記第２のチップに製造され、前記第１のチップ内で一方側のみ互いに接続されている、請求項２に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項4】

前記第１のチップを介して前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに接続された試験配線をさらに備え、前記試験配線は、前記バンプ接合超伝導試験構造が低温空間にあるときに前記低温空間の外側から前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに試験信号を供給し、前記低温空間の外側で前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤからの結果信号を受信するように構成されている、請求項１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項5】

前記磁束バイアス電流により前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの臨界電流が変調される、請求項１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項6】

前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに対するガルバニック接続であって、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに臨界バイアス電流を供給するように構成されたガルバニック接続をさらに備える請求項１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項7】

前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに対する前記ガルバニック接続は、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧の測定値を提供するようにさらに構成されている、請求項６に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項8】

前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤは、直列に配置された前記複数のバンプ接合のうちの３つ以上を電気的に含み、前記複数のバンプ接合の交互の直列対がそれぞれ前記第１のチップ内および前記第２のチップ内のガルバニック接続によって互いに接続されている、請求項１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項9】

前記複数のバンプ接合に対する少なくとも３つのガルバニック接続をさらに備え、前記ガルバニック接続は、前記第１のチップと前記第２のチップとの間の前記１つのバンプ接合を介して第１の磁束バイアス電流を供給するとともに、前記複数のバンプ接合を介して第２の磁束バイアス電流を供給するように構成されている、請求項８に記載のバンプ接合超伝導試験構造。

【請求項10】

超伝導バンプ接合電気的特性評価の方法であって、
ＤＣ_ＳＱＵＩＤにおけるバンプ接合を介して磁束バイアス電流を印加すること、
前記磁束バイアス電流を調整し前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧を測定することにより、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの変調された臨界電流を観測すること、
前記変調された臨界電流の観測に基づいて前記バンプ接合の超伝導を検証すること、
を備える方法。

【請求項11】

前記バンプ接合を通る前記磁束バイアス電流の調整に先立ち、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤを通るバイアス電流を印加することにより前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに臨界的にバイアスをかけることをさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記磁束バイアス電流と前記観測された変調臨界電流の周期とに基づいて、前記バンプ接合のインダクタンスを計算することをさらに備える請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記観測された変調臨界電流の周期が、前記調整された磁束バイアス電流に応じた前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の測定電圧の周期である、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記バンプ接合のインダクタンスが、インダクタンス式Ｌ＝Φ／Ｉ＝ｈ／２ｅＩに従って計算され、ここで、Ｉは、前記調整された磁束バイアス電流に応じた前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の測定電圧の単一周期を誘導する磁束バイアス電流の量である、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して超伝導回路に関し、特に、超伝導バンプ接合の電気的特性評価に関する。本出願は、２０１９年１月７日に出願された米国特許出願番号第１６／２４１６６１号の優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

Ｃ４（Controlled Collapse Chip Connection）としても知られる「フリップチップ」の製造は、第１のチップを製造するために使用されるウェハプロセスの最終付近において第１のチップの上側のチップパッド上に配置される「バンプ接合」と呼ばれるはんだボールで、集積回路（ＩＣ）チップなどの半導体デバイスを外部回路に相互接続するための製造方法である。第１のチップを外部回路（例えば、回路基盤もしくは第２のチップ、またはウェハ）に実装するために、第１のチップはその製造中に最初は上側であったものが下向きになるように裏返された後、そのパッドが外部回路の対応するパッドと整列するように位置合わせされる。その後、はんだがリフローされて、相互接続が完了する。フリップチップ製造は、チップが上向きで実装されてチップパッドを外部回路に相互接続するためにワイヤが使用されるワイヤボンディングとは対照的である。フリップチッププロセスは、伝統的なＣＭＯＳデバイスの製造に使用されているが、現在では典型的には約４ケルビン以下の温度の寒冷空間で動作する超伝導回路デバイスの構築にも使用されている。

【発明の概要】

【0003】

一実施例は、バンプ接合超伝導試験構造を含む。前記試験構造は、第１の超伝導集積回路（ＩＣ）チップである第１のチップと、複数のバンプ接合によって前記第１のチップにガルバニックに接続された第２の超伝導ＩＣチップである第２のチップと、前記複数のバンプ接合のうちの少なくとも２つを電気的に含むループを有するＤＣ_ＳＱＵＩＤとを含む。

【0004】

別の実施例は、超伝導バンプ接合の電気的特性評価の方法を含む。この方法は、磁束バイアス電流をＤＣ_ＳＱＵＩＤのバンプ接合を介して印加することを含む。次に、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧を測定することにより前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの変調臨界電流が観測され得る。

【0005】

さらに別の実施例は、バンプ接合された２つの超伝導集積回路（ＩＣ）である２つのＩＣと、前記２つのＩＣの両方を通過する単一のループを有するＤＣ_ＳＱＵＩＤとを含む装置を含む。この装置は、前記２つのＩＣのうちの第１のＩＣに正および負のバイアスおよび電圧測定端子を有し得るとともに、前記第１のＩＣに正および負の磁束バイアス端子を有し得る。また、前記デバイスは、前記２つのＩＣのうちの１つに前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの第１のジョセフソン接合（ＪＪ）を有し得る。前記第１のＪＪは、前記第１のＩＣと前記２つのＩＣのうちの第２のＩＣとを電気的に接続する第１のバンプ接合と第１のノードとの間に接続されている。また、前記デバイスは、前記２つのＩＣのうちの１つに前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの第２のＪＪを有し得る。前記第２のＪＪは、前記第１のＩＣと前記第２のＩＣとを電気的に接続する第２のバンプ接合と前記第１のノードとの間に接続されている。前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤループは、前記第１のＪＪ、前記第２のＪＪ、前記第１のバンプ接合、前記第２のバンプ接合、および前記第１のノードを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造のブロック図である。

【図2】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造の回路図である。

【図3】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造の断面図である。

【図4】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造または方法で使用されるＤＣ_ＳＱＵＩＤのＩ－Ｖ曲線のプロット例である。

【図5】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造または方法で使用されるＤＣ_ＳＱＵＩＤのＩ_ｃ変調曲線のプロット例である。

【図6】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造の回路図である。

【図7】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造の回路図である。

【図8】例示的なバンプ接合超伝導検証およびインダクタンス測定試験構造の回路図である。

【図9】超伝導バンプ接合の電気的特性評価の例示的方法のフローチャートである。

【図10】超伝導バンプ接合の電気的特性評価の別の例示的方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

完全にゼロであるＤＣ抵抗は超伝導の顕著な特徴である。多くのコンピュータ用途にとっては十分に低い抵抗となり得るが他にとっては不十分となり得る単にマイクロオームまたはミリオームの抵抗を有するものとは対照的に、フリップチップ超伝導集積回路の製造プロセスで利用されるバンプ接合が実際に超伝導であるかどうかを確実に検証することが困難となる場合がある。また、本開示の以前には、個々のバンプ接合のインダクタンスを実験的に決定することができず、このため、バンプ接合が集積化されたより大きな超伝導システムについて、付随する寄生インダクタンスの影響を確認することができなかった。バンプ接合の適切な電気的特性評価は、例えば、製造されたデバイスが特定の製造基準を満たしているかどうか（すなわち、デバイスが試験に合格するのかそれとも不合格となるのか、その結果、デバイスを廃棄すべきなのかそれともリサイクルすべきなのか、および／または、将来製造されるフリップチップデバイスが特定の製造基準を確実に満たすようにするべくバンプ接合の電気的特性評価に基づいて製造プロセスの変更を行うべきかどうか）を決定する上で重要であり得る。

【0008】

バンプ接合の超伝導は、バンプ接合のシリアルアレイを製造し、電子試験装置を使用してチェーン（chain）の抵抗を温度に応じて測定することによって検証され得る。この試験方法は、非常に高い抵抗動作を示す低品質のバンプ接合の場合には十分である。しかしながら、この方法は、導電性は高いが依然として超伝導ではないバンプ接合（例えば、マイクロオームからミリオームの範囲のＤＣ抵抗を持つもの）の場合には不十分であり、また、超伝導バンプ接合のインダクタンスを実験的に決定することはできない。さらに、熱の発生は、高価であり得るかまたは冷却に長い時間を要し得る極低温システムにおいて動作する超伝導回路において、試験方法でさえ望ましくない場合がある。

【0009】

本開示の構造および方法では、超伝導の検証およびインダクタンスの抽出の双方を可能とするべく超伝導バンプ接合がＤＣ_ＳＱＵＩＤに埋め込まれ得る。超伝導は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤのバンプ接合のうちの１つを介して磁束バイアス電流が駆動されている間に、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ臨界電流の周期的な変調を観測することによって明確な方法で検証される。この臨界電流の変調動作は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループが磁束の量子化を維持しようとした結果である。ループ内に有限の抵抗がある場合、この現象を支配する物理学は崩壊する。本明細書に開示される試験構造および方法は、この挙動を活用し、測定を行うために使用される電子機器が十分に低いノイズフロアを持たない場合に超伝導のように見え得る小さな抵抗を測定しようとする際に生じる不確実性を排除する。例えば、本明細書に開示される構造および方法がない場合、１０ミリオームのノイズフロアを有する試験装置は、マイクロオームまたは数ミリオーム程度のＤＣ抵抗を有するものとは対照的に、バンプ接合が超伝導であることを保証できない。

【0010】

したがって、本明細書に記載の試験構造および方法は、直流超伝導量子干渉デバイス（ＤＣ_ＳＱＵＩＤ）を活用した測定を使用することにより、超伝導性を検証するとともに、フリップチップ超伝導の集積化製造プロセスデバイスにおける１つまたは複数のバンプ接合のインダクタンスを抽出することができる。循環電流が試験対象のバンプ接合を流れるようにＤＣ_ＳＱＵＩＤが構成されているため、臨界電流（Ｉ_ｃ）変調測定が成功するかどうかは、試験対象のバンプ接合が（単に非常に低い抵抗からなるものとは対照的に）真に超伝導であるかどうかに依存する。

【0011】

図１は、極低温冷凍システムによって提供され得る、低温空間１０２における例示的な超伝導バンプ接合電気的特性試験構造１００のブロック図である。試験対象の超伝導材料バンプ接合１０４および別のバンプ接合１０６は、第１のチップ１０８を第２のチップ１１０に接続する。「超伝導材料バンプ接合」とは、少なくともいくつかの実際に達成可能な温度条件下で、すなわちゼロケルビンよりも大きい、例えば２ケルビンよりも大きい、例えば３または４ケルビン程度の条件下で超伝導となることが知られている材料からバンプ接合が製造されることを意味する。バンプ接合用の超伝導材料は、例えば、インジウムまたはインジウム合金であってよい。構造１００は、破線ボックスで示されるＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２を含み、このＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２は、第１のチップ１０８および第２のチップ１１０の双方の電気的な部分であり、バンプ接合１０４，１０６に電気的に接続され、バンプ接合１０４の電気的特性を試験するように構成されている。第１のチップ１０８および第２のチップ１１０は各々、例えば集積回路であってよい。第１のチップ１０８は、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）を含み得るか、または第２のチップ１１０と一緒にＭＣＭを含み得る。第２のチップ１１０は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であってもよい。第１のチップ１０８は「ベースチップ」と呼ぶことができ、第１のチップ１０８の上部に接合された第２のチップ１１０は「フリップチップ」と呼ぶことができ、本開示では、この命名規則が使用される。バンプ接合１０４，１０６は、例えば、直径数マイクロメートルのオーダー、例えば直径約５マイクロメートル～約２０マイクロメートル、例えば直径約１０マイクロメートルであってよい。

【0012】

図１のＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２は、例えば、並列の２つのジョセフソン接合を含み得る。いくつかの例では、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合は双方、第１のチップ１０８に製造される。他の例では、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の第１のジョセフソン接合および第２のジョセフソン接合は第２のチップ１１０に製造される。さらに他の例では、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の第１のジョセフソン接合は第１のチップ１０８に製造される一方、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の第２のジョセフソン接合は第２のチップ１１０に製造される。

【0013】

図１のバンプ接合１０４，１０６は各々、ほぼ球形状で示されているが、各々、平坦化された球形状、ディスク形状、または第１のチップ１０８と第２のチップ１１０との間の超伝導またはほぼ超伝導の電流の流れを促進するのに有効な任意の他の形状であってよい。試験配線１１４は、低温空間１０２の外側で電気的特性を観測可能とするべくＤＣ_ＳＱＵＩＤに直接的または間接的に接続される。図示はされていないが、試験配線は、低温空間の外側の制御および／または測定回路に接続され得る。このような制御および／または測定回路は、例えば、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２を臨界的にバイアスするためのＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流を供給し、すなわち試験対象のバンプ接合１０４を介して（例えば、他のバンプ接合１０６を介さずに）垂直に磁束バイアス電流を供給し、および／またはＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の両端間の電圧を（例えば、印加された磁束バイアス電流に応じて）測定するように構成され得る。また、図示されていないが、演算装置は、このような測定回路に接続されて、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２の両端間の測定電圧に基づきバンプ接合１０４のインダクタンスを計算するように構成され得る。

【0014】

図２は、例示的な超伝導バンプ接合電気特性試験構造２００の回路概略図を示す。試験構造２００は、２つのジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２を並列に含むＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２を含む。試験構造２００のＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２は、図１の試験構造１００のＤＣ_ＳＱＵＩＤ１１２に対応し得る。図示されるように、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２は、完全にバンプ接合されたチップセットの第１のチップ（例えば、ベースチップ）および第２のチップ（例えば、フリップチップ）内に配線を有している。図２における太字の破線は、第１のチップ内の配線（例えば、ベースチップ配線）に対応し、図２における細字の実線は、第２のチップ内の配線（例えば、フリップチップ配線）に対応する。ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２のループは少なくとも２つの超伝導バンプ接合２０４，２０６を含み、これらはそれぞれ図１のバンプ接合１０４，１０６に対応し得る。試験動作時、電流はバンプ接合によって生成された第１のチップと第２のチップとの間の境界を流れ、それによってＤＣ_ＳＱＵＩＤループ２１２を介した回路経路を完成させる。

【0015】

また、図２においては、２つの観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－がＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２に対してジョセフソン接合ペアの各側に１つずつ設けられて、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の両端間の電圧の測定を容易にする。磁束バイアス電流２１４をＤＣ_ＳＱＵＩＤループに流すために、２つの磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－がＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合２０４に対して設けられる。このバンプ接合２０４は、図示の構造２００における試験対象のバンプ接合である。磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－の双方は１つのチップ内に（例えば、図示の場合は、第１のチップ内に）設けられ得るが、これら磁束バイアス電流入力接続部からの導電経路は、それらのうちの１つ（例えば、Φ－）が第１のチップ（例えば、ベースチップ）における試験対象のバンプ接合２０４に接続されるとともに、他方の接続（例えば、Φ＋）が第２のチップ（例えば、ここではバンプ接合２０８によるフリップチップ）を介して試験対象のバンプ接合２０４に対して設けられるように配置されることで、磁束バイアス電流がバンプ接合２０４を介して垂直に流れる、すなわち第１のチップと第２のチップとの間を確実に流れるようにしてもよい。

【0016】

図２に示される例ではすべての入力／出力（Ｉ／Ｏ）電気接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－，Φ＋，Φ－が第１のチップ上にのみ存在するという点で、図２の回路構造２００は、試験構造１００の多くの例示的な実装に存在し得る実際の場合を反映しており、試験構造に対するＩ／Ｏ電気接続部は、一方のチップのみを介し他方のチップを介さずに可能とされてよく、図２に示される例では、試験対象とされない他のバンプ接合２０８，２１０を第１および第２のチップ間に含むことを説明している。しかしながら、Ｉ／Ｏ電気接続部が他のチップを介して設けられ得る状況において追加のバンプ接合２０８，２１０が必ずしも含まれていなくてもよい。例えば、図２の試験構造２００は、接続部Φ＋がバンプ接合２０８または第１のチップ（例えば、ベースチップ）の配線を介すことなく第２のチップ（例えば、フリップチップ）の配線を介して試験対象のバンプ接合２０４に直接接続されるように変更されてもよく、および／または、接続部Ｓｑ＋がバンプ接合２１０または第１のチップ（例えば、ベースチップ）の配線を介すことなく第２のチップ（例えば、フリップチップ）の配線を介してＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の下部ノードに直接接続されるように変更されてもよい。

【0017】

概して、試験構造２００の試験方法は、印加磁束バイアスに応じた臨界電流（Ｉ_ｃ）の変調を観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－を使用して観測してＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の両端間の電圧を測定することにより、そのような変調を観測して試験対象のバンプ接合の超伝導を確認することを含む。具体的には、試験対象のバンプ接合が真に超伝導である場合には（伝統的な抵抗測定試験機器のノイズフロアよりも低い低抵抗を単に有するものとは対照的に）、試験は、試験対象のバンプ接合のインダクタンスに比例する周期性を有してＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の臨界電流が変調されることを示す。予想される臨界電流変調を観測するために、試験を実行する種々の方法がある。以下でより詳細に説明する１つの便利な方法は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２を臨界電流近くにバイアスして、磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間に印加される磁束バイアスを掃引しながら観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間の電圧を測定することにより、図５に示されるような周期的なプロットを得ることを含む。

【0018】

予想される臨界電流変調を観測するためのより強力な（brute-force）方法は、磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間の磁束バイアスを繰り返し増分し、そのような増分毎に、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間に印加される異なるＳＱＵＩＤバイアス電流の範囲について観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間の電圧を測定することにより図４に示されるようなＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２のＩ－Ｖ曲線を取得し、その得られた各Ｉ－Ｖ曲線の臨界電流を記録することである。試験対象のバンプ接合が真に超伝導である場合、この強力な試験方法から得られた、臨界電流に対する増分磁束バイアス電流のプロットも同様の定性的形状を有し、定量的には、上述したより便利な試験方法を使用して取得される図５のプロットのような上述した周期性プロットとまったく同じ周期を有するものとなる。すなわち、臨界電流に対する磁束バイアス電流のプロットは、Φ_０／Ｌの周期を有するものとなり、ここで、Ｌは、試験対象の回路部分（いくつかの例では、試験対象の１つのバンプ接合のみ）のインダクタンスである。

【0019】

上述した最初のこのような試験方法では、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－を使用することにより、ジョセフソン接合の臨界電流Ｉ_ｃの近傍にＤＣ_ＳＱＵＩＤループをバイアスすることができ、例えば、導入された磁束による臨界電流Ｉ_ｃのわずかな変化でＤＣ_ＳＱＵＩＤループの両端間の電圧に測定可能な変化が生じるように、臨界電流Ｉ_ｃのごく近傍にＤＣ_ＳＱＵＩＤループをバイアスすることができる。例えば、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループをＩ_ｃの１５パーセント以内、例えばＩ_ｃの１０パーセント以内、例えばＩ_ｃの５パーセント以内にバイアスするように、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－を介して電気エネルギーが供給され得る。ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２を適切にバイアスすることで、磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間で磁束バイアス電流２１４を着実に増加させることができ、この磁束バイアス電流２１４に応じてＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の両端間（すなわち、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間）の電圧を測定することができる。上述のように、磁束バイアス電流２１４は、試験対象のバンプ接合２０４を垂直に（すなわち、第１のチップと第２のチップの間で）流れ、試験対象のバンプ接合２０４は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループのうち磁束バイアス電流２１４が流れる唯一の部分である。観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間の初期バイアスが臨界電流Ｉ_ｃのすぐ上にある状況でも、そのバイアスは磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間の電流を増加させるように機能する。一般に、バイアス電流は負から正、または正から負に掃引することが可能であり、臨界電流Ｉ_ｃの周期的な変調は、試験対象の回路部分（例えば、いくつかの例では単一のバンプ接合）が真に超伝導である限り観測される。これは、ＳＱＵＩＤが臨界電流Ｉ_ｃのすぐ上にバイアスされているのかそれともすぐ下にバイアスされているのかによらず当てはまる。

【0020】

磁束バイアス電流２１４が増加すると、磁束がＤＣ_ＳＱＵＩＤループに導入され、その量はΦ＝ＬＩにほぼ等しくなる。ここで、Ｉは磁束バイアス電流２１４であり、ＬはＤＣ_ＳＱＵＩＤにガルバニックに結合されているバイアス線の部分のインダクタンスである。図２に示された試験構造２００では、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２のうち磁束バイアス電流が流れる唯一の部分がバンプ接合２０４（すなわち、試験対象のバンプ接合）であり、試験構造２００の場合においてＬは試験対象のバンプ接合２０４の自己インダクタンスであることを示しており、したがって、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２のうち磁束バイアス電流が流れる唯一の部分は試験対象のバンプ接合２０４の自己インダクタンスのみとなる。ＤＣ_ＳＱＵＩＤループは、それを通る総磁束を維持することを優先するため、総磁束は単一磁束量子Φ_０＝ｈ／２ｅ≒２．０７ｍＡ-ｐＨの整数倍にほぼ等しい。ここで、ｈはプランク定数であり、ｅは電荷であり、図２のＤＣ_ＳＱＵＩＤループは、循環電流を自発的に発生させてバイアス電流から導入磁束を増加または減少させる。この循環電流の自発的な発生の結果がＩ_ｃの事実上の変調であり、この変調は、図５のプロット５００に示されるように、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間のＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の電圧測定を通じて観測され得る。

【0021】

ＤＣ_ＳＱＵＩＤループに抵抗がある（バンプ接合２０４，２０６が有し得る抵抗を含む）場合、予想されるＩ_ｃ変調は発生しない。したがって、このような変調を観測することで、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループ全体が超伝導であり、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループに含まれるバンプ接合２０４，２０６自体が超伝導であることが確認される。また、Ｉ_ｃ（したがってＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の両端間の測定電圧）はΦ_０＝ｈ／２ｅに等しい周期で変調するため、試験対象のバンプ接合２０４のインダクタンスは、Ｌ＝Φ／Ｉ＝ｈ／２ｅＩを解くことによってＩ_ｃ変調曲線から抽出することができる。ここで、Ｉは、図５に示されるような、また、以下でより詳細に説明するような、変調電圧信号の単一周期を誘導する磁束バイアス電流２１４の量である。

【0022】

磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－を介して供給された磁束バイアス電流２１４を調整する場合、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループの外側のそのような磁束バイアス電流２１４の経路のどの部分も、ループへの磁束には寄与しない。そのような磁束バイアス電流２１４がＤＣ_ＳＱＵＩＤループの一部となるときのみ、すなわち、そのような磁束バイアス電流２１４がＤＣ_ＳＱＵＩＤループの或るアームを伝わるときのみ、そのような磁束バイアス電流２１４が、本明細書に記載の構造および／または方法を使用して測定されたインダクタンスに関連するものとなる。バンプ接合２０８はＤＣ_ＳＱＵＩＤループの外側にあるため、たとえバンプ接合２０８に関連する自己インダクタンスがある場合でも、バンプ接合２０８を通過する磁束バイアス電流２１４はＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２に直接結合されず、したがって、バンプ接合２０８を流れる電流のいかなる部分も、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２の両端間の測定電圧に関連するパラメータには寄与せず、バンプ接合２０８の自己インダクタンスも、試験対象のバンプ接合２０４のインダクタンスの演算に寄与しない。磁束バイアス電流２１４がＤＣ_ＳＱＵＩＤループの或るアームに沿ってＤＣ_ＳＱＵＩＤループに入ることで、磁束バイアス電流２１４はＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２に磁束を導入し、その後に変調測定で観測することが可能となる。バンプ接合２０６はＤＣ_ＳＱＵＩＤループ内にあるが、磁束バイアス電流２１４はバンプ接合２０６を通過しないため、バンプ接合２０６は測定には考慮されない。バンプ接合２１０はＤＣ_ＳＱＵＩＤループの外側にあるため、同様にバンプ接合２１０に磁束バイアス電流２１４は流れない。したがって、バンプ接合２１０はＤＣ_ＳＱＵＩＤ２１２に接続されて測定を実行するためのものとして機能する。したがって、図２の試験設定を使用して計算されたインダクタンスは、バンプ接合２０４のみのインダクタンスである。

【0023】

図３は、超伝導バンプ接合の電気的特性試験構造を提供する例示的なフリップチッププロセスデバイス（例えば、ＭＣＭチップセット）の物理的断面３００を示す図であるが、この図は必ずしも縮尺どおりではない。断面３００は、バンプ接合された２つのチップ、すなわち、バンプ接合３０６，３０８によってガルバニックに接続された第１のチップ３０２（例えば、ベースチップ）と第２のチップ３０４（例えば、フリップチップ）の層スタックを示している。バンプ接合３０６，３０８は、図１のバンプ接合１０４，１０６および図２のバンプ接合２０４，２０６に対応し得る。各チップ３０２，３０４は、例えば、ニオブまたはアルミニウムなどの超伝導金属および多数のアクティブデバイス（例えば、ジョセフソン接合）から製造された多数の配線層を有し得る。断面３００のドット状の陰影部分は、各チップ基板に製造された配線およびビア３１０を表しており、第１のチップ３０２のチップ基板には水平ハッチングによる陰影が付けられており、第２のチップ３０４のチップ基板には垂直ハッチングによる陰影が付けられている。チップ基板は、配線およびビアが埋め込まれた誘電体材料とすることができる。第１のチップ３０２の２つのジョセフソン接合３１２，３１４は、図１および図２のジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２に機能的に対応し得るが、図３に示された例では、ジョセフソン接合は、第２のチップ３０４（例えば、フリップチップ）ではなく第１のチップ３０２（例えば、ベースチップ）に製造されたものとして示されている。

【0024】

ジョセフソン接合３１２，３１４、および配線３１０によって形成されたそれらの間のガルバニック接続は、双方のチップ３０２，３０４に跨がるＤＣ_ＳＱＵＩＤループを完成させる。ワイヤ接合３１６は、第１のチップ３０２（例えば、ＭＣＭ）上のパッドに接続されて、信号を駆動したり信号を読み取ったりするための導電性チャネルを提供する。実際の実装には、図２の概略図の場合のように、複数のそのようなワイヤ接合、例えば４つのワイヤ接合が含まれ得る。

【0025】

図４のプロットは、図２または図３のいずれかのようなＤＣ_ＳＱＵＩＤの２つの例示的なＩ－Ｖ曲線４０２，４０４を示している。各曲線４０２，４０４は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流の範囲（ｙ軸）にわたって観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間で電圧測定（ｘ軸）が行われたことを示している。なお、ＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流は、本明細書で規定された用語による磁束バイアス電流と混同すべきではない。上側の曲線４０２は、ＳＱＵＩＤループにおけるｎΦ_０の磁束に対応してＩ_ｃ０の臨界電流になり、下側の曲線４０４は、ＳＱＵＩＤループの（ｎ＋１／２）Φ_０の磁束に対応してＩ_ｃ１の臨界電流になる。ここで、ｎは整数である。各曲線４０２，４０４におけるＶ＝０の垂直領域は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤが超伝導しているバイアス電流範囲を表している。各曲線４０２，４０４が垂直でなくなる位置の電流は、導入された所与の磁束量に対するＤＣ_ＳＱＵＩＤの臨界電流であり、図４では、曲線４０２についてはＩ_ｃ０、曲線４０４についてはＩ_ｃ１で示されている。ＤＣ_ＳＱＵＩＤの臨界電流は、磁束がＳＱＵＩＤに導入されると、Ｉ_ｃ０とＩ_ｃ１との間で振動する。Ｉ_ｃ０とＩ_ｃ１との違いは、ループの総インダクタンスを含むＤＣ_ＳＱＵＩＤの特定の設計パラメータに依存するが、一般には、磁束がループに導入されると、ＳＱＵＩＤの臨界電流は或るＩ_ｃ０とＩ_ｃ１との間で連続的に振動する。臨界電流自体はループ内の磁束に依存するため、臨界電流は増加した磁束バイアス電流に応じて測定することができ、それによって（図５に示される）周期変調を観測することができる。ただし、臨界電流よりも上方のＩ－Ｖ曲線の形状も臨界電流に依存するため、Ｉ_ｃ０に近い或るバイアス電流ＩｂでＳＱＵＩＤをバイアスすることにより、増加した磁束バイアス電流に応じて電圧を測定することができ、それによって周期変調を測定することもできる。一定のＳＱＵＩＤバイアスに対する測定電圧の周期変調を駆動するのは臨界電流の周期変調であるため、２つの測定値は等価である。十分に低いバイアス電流（すなわち、垂直Ｖ＝０の範囲内）では、ジョセフソン接合が超伝導であるため、ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧降下がなく、ＤＣ_ＳＱＵＩＤの並列ジョセフソン接合を介して電流が超伝導するが、臨界電流Ｉ_ｃ０またはＩ_ｃ１よりも上方（絶対値条件で）では、ＤＣ_ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合は超伝導でなくなり、抵抗のように動作し始める。

【0026】

バンプ接合試験を実行する一つの便利な方法では、臨界電流Ｉ_ｃ付近（すなわち、その直上または直下）でＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流が（例えば、図２の配置の場合には観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間に）適用され得るとともに、印加磁束バイアス電流が（例えば、図２の配置の場合には磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間に）適用され得ることによりＤＣ_ＳＱＵＩＤループに磁束が導入されてＤＣ_ＳＱＵＩＤループの周りに循環電流が生成され、これによりＳＱＵＩＤにバイアスを加えてＤＣ_ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合を超伝導領域と非超伝導領域との間で往復させることができる。その結果、標準的な測定機器で容易に測定できるほど十分に大きい電圧降下を、印加磁束バイアスの周期的なほぼ正弦波状または鋸歯状の関数として観測することができる。このような試験観測は、図５においてプロット５００として示されているが、このプロット５００は、磁束バイアス電流の増加に応じて適切にバイアスされたＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の測定電圧を示している。図４のＩ－Ｖ曲線４０２，４０４は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤが機能することを示しているだけでなく、適切なＳＱＵＩＤバイアスを（例えば、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間に）適用してＤＣ_ＳＱＵＩＤを臨界電流Ｉ_ｃの適切な割合内にバイアスすることにより図５の変調測定を有用に実行可能とするのにも役立ち得る。

【0027】

図６は、超伝導バンプ接合電気的特性試験構造６００の例示的な回路概略図を示しており、この構造６００は、図２に示された試験構造２００の概略を拡張して、単一のバンプ接合の測定を超えるより多くの測定を含む。図２の試験構造２００と同様に、試験構造６００は、２つのジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２を並列に含むＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２を含む。図示されるように、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２は、完全にバンプ接合されたチップセットの第１のチップ（例えば、ベースチップ）および第２のチップ（例えば、フリップチップ）内に配線を有している。図６における太字の破線は、第１のチップ内の配線（例えば、ベースチップ配線）に対応し、図６における細字の実線は、第２のチップ内の配線（例えば、フリップチップ配線）に対応する。

【0028】

試験構造６００において、ＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２のループは、３つ以上の超伝導材料バンプ接合、すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆと示されたものを含む。図示されるように、バンプ接合の交互の直列対はそれぞれ第１のチップ内および第２のチップ内のガルバニック接続によって互いに接続されている。すなわち、バンプ接合Ａは、第１のチップ内のガルバニック接続によってバンプ接合Ｂに接続され、バンプ接合Ｂは、第２のチップ内のガルバニック接続によってバンプ接合Ｃに接続され、バンプ接合Ｃは、第１のチップ内のガルバニック接続によってバンプ接合Ｄに接続され、バンプ接合Ｄは、第２のチップ内のガルバニック接続によってバンプ接合Ｅに接続され、バンプ接合Ｅは、第２のチップ内のガルバニック接続によってバンプ接合Ｆに接続されている。したがって、第１のチップ３０２は、バンプ接合の交互の対のうちの１つのセット（Ａ－Ｂ，Ｃ－Ｄ，Ｅ－Ｆ）に対する接続を含み、第２のチップ３０４は、バンプ接合の交互の対のうちの他のセット（Ｂ－Ｃ，Ｄ－Ｅ）に対する接続を含む。試験動作時、電流はバンプ接合Ａ～Ｆによって生成された第１のチップと第２のチップとの間の境界を流れ、それによってＤＣ_ＳＱＵＩＤループ６１２を介した回路経路を完成させる。

【0029】

また、図６においては、２つの観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－がＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２に対してジョセフソン接合ペアの各側に１つずつ設けられて、上記のようなＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２の近臨界バイアスとＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２の両端間の電圧の測定を容易にする。磁束バイアス電流をＤＣ_ＳＱＵＩＤループに流すために、２つの磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ２がＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合Ａに対して設けられ、第３の磁束バイアス電流接続部Φ３がバンプ接合６０８およびバンプ接合Ｆを介してＤＣ_ＳＱＵＩＤループに対して設けられる。磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ２間に第１の磁束バイアス電流６１４を適用することにより、図２の試験構造２００に関して上記で説明した方法と同様の方法で、超伝導の検証とともにバンプ接合Ａのインダクタンスの測定が可能となる。また、磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ３間に第２の磁束バイアス電流６１６を個別に適用することにより、超伝導の検証とともに、バンプ接合された２つのチップに製造されたバンプ接合Ａ～Ｆのインダクタンスの測定が可能となる。

【0030】

図２の試験構造２００に関して上記で説明したように、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－を使用することにより、ジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２の臨界電流Ｉ_ｃの近傍にＤＣ_ＳＱＵＩＤループをバイアスすることができ、例えば、導入された磁束による臨界電流Ｉ_ｃのわずかな変化でＤＣ_ＳＱＵＩＤループの両端間の電圧に測定可能な変化が生じるように、臨界電流Ｉ_ｃのごく近傍にＤＣ_ＳＱＵＩＤループをバイアスすることができる。例えば、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループをＩ_ｃの１５パーセント以内、例えばＩ_ｃの１０パーセント以内、例えばＩ_ｃの５パーセント以内にバイアスするように、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－を介して電気エネルギーが供給され得る。ＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２を適切にバイアスすることで、磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ２間、または磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ３間で、磁束バイアス電流６１４，６１６のいずれかをそれぞれ着実に増加させることができ、この磁束バイアス電流に応じてＤＣ_ＳＱＵＩＤ６１２の両端間（すなわち、観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間）の電圧を測定することにより、図５に示されるような出力プロットを生成することができる。

【0031】

このようなプロットにおいてＩ_ｃ変調が観測される場合は、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合が超伝導であることを示しており、このような変調が観測できない場合は、複数のバンプ接合のうちの少なくとも１つ、またはＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合Ａ～Ｆ間において介在している超伝導配線の少なくとも１つが超伝導ではないことを示している。インダクタンスは、図２に関して上記で説明した方法と同様な方法で抽出することができる。抽出されたインダクタンスは、第１の磁束バイアス電流６１４を適用した場合におけるバンプ接合Ａのインダクタンスか、または、第２の磁束バイアス６１６を適用した場合におけるバンプ接合Ａ～Ｆおよびバンプ接合Ａ～Ｆ間におけるすべての介在する超伝導配線のインダクタンスである。

【0032】

図２および図６の例は、任意の数のバンプ接合を含むように拡張することができる。また、２つのチップを接続する各バンプ接合に対して別個の試験構造２００，６００またはその拡張構造を提供することにより、各バンプ接合を個別に試験して各バンプ接合の超伝導性またはいくつかのバンプ接合の超伝導性を検証したり、各バンプ接合のインダクタンスを個別に測定したり、いくつかのバンプ接合のインダクタンスを測定したりすることも可能である。

【0033】

図７は、図２の試験構造２００に類似した超伝導バンプ接合電気特性試験構造７００の回路図の例を示しており、第２のチップ（細字の実線で示された配線を有する）に対して第１のチップ（太字の破線で示された配線を有する）内にＤＣ_ＳＱＵＩＤ８１２のジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２が設けられている。したがって、図２のバンプ接合２１０のような中間バンプ接合は構造７００に存在せず、観測接続部Ｓｑ＋は（太字の破線で示された）第１のチップの配線を介してＤＣ_ＳＱＵＩＤ７１２の下部ノードに直接接続されている。それ以外の機能は、図２に関して上記で説明したとおりであり、１つの試験方法では、近臨界ＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流が観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間に適用され得るとともに、磁束バイアス電流７１４が磁束バイアス電流入力接続部Φ＋，Φ－間にすなわち試験対象のバンプ接合７０４に垂直に適用され得る。変調臨界電流の動作が観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間で観測される場合、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合７０４，７０６が双方とも超伝導であり（単に非常に低い抵抗を有するものとは対照的に）、磁束バイアス電流７１４に応じた同じ電圧測定が分析されることにより、試験対象のバンプ接合７１４の自己インダクタンスを得ることができる。

【0034】

図８は、図６の試験構造６００に類似した超伝導バンプ接合電気特性試験構造８００の回路図の例を示しており、第２のチップ（細字の実線で示された配線を有する）に対して第１のチップ（太字の破線で示された配線を有する）内にＤＣ_ＳＱＵＩＤ８１２のジョセフソン接合Ｊ_１，Ｊ_２が設けられている。したがって、図６のバンプ接合６０４のような中間バンプ接合は構造８００に存在せず、Ｉ／Ｏ接続部Ｓｑ＋は（太字の破線で示された）第１のチップの配線を介してＤＣ_ＳＱＵＩＤ８１２の下部ノードに直接接続されている。それ以外の機能は、図６に関して上記で説明したとおりであり、１つの試験方法では、近臨界ＤＣ_ＳＱＵＩＤバイアス電流が観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－間に適用され得るとともに、第１の磁束バイアス電流８１４または第２の磁束バイアス電流８１６がそれぞれ磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ２間または磁束バイアス電流入力接続部Φ１，Φ３間に、すなわち試験対象のバンプ接合Ａに垂直にまたはバンプ接合Ａ～Ｆのすべてに垂直に適用され得る。変調臨界電流の動作が観測接続部Ｓｑ＋，Ｓｑ－で観測される場合、ＤＣ_ＳＱＵＩＤループのバンプ接合Ａ～Ｆがすべて超伝導であり（単に非常に低い抵抗を有するものとは対照的に）、磁束バイアス電流８１４または磁束バイアス電流８１６に応じた同じ電圧測定が分析されることにより、第１の磁束バイアス電流８１４が適用されているのかまたは第２の磁束バイアス電流８１６が適用されているのかに応じて、それぞれ試験対象のバンプ接合Ａまたはバンプ接合Ａ～Ｆの自己インダクタンスを得ることができる。

【0035】

図９は、バンプ接合の超伝導を検証する方法９００を示している。磁束バイアス電流がＤＣ_ＳＱＵＩＤのバンプ接合を介して印加される（９０２）。ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧を測定することによりＤＣ_ＳＱＵＩＤの変調臨界電流が観測される（９０４）。したがって、変調臨界電流の観測に基づいてバンプ接合が超伝導であることが検証される（９０６）。

【0036】

図１０は、バンプ接合の超伝導を検証する、および／またはそのインダクタンスを測定する方法１０００を示している。ＳＱＵＩＤループ内でチップを接続するバンプ接合を含むＤＣ_ＳＱＵＩＤが臨界的にバイアスされる（１００２）。この文脈での「臨界的にバイアス」とは、ＤＣ_ＳＱＵＩＤの一方側の端子からＤＣ_ＳＱＵＩＤの他方側の端子までＤＣ_ＳＱＵＩＤを流れる電流が、ＤＣ_ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合の臨界電流Ｉ_ｃのある小さな割合、例えばＩ_ｃの１５パーセント以内、例えばＩ_ｃの１０パーセント以内、または例えばＩ_ｃの５パーセント以内でもたらされることを意味する。次いで、チップ間のバンプ接合に流れる磁束バイアス電流が調整される（例えば増加される、例えば掃引される）（１００４）。これにより、磁束がＳＱＵＩＤループに導入される。ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧を測定することによってＤＣ_ＳＱＵＩＤの変調臨界電流が観測される（１００６）。変調臨界電流の観測に基づいてバンプ接合が超伝導であることが確認され得る（１００８）。磁束バイアス電流と観測された変調臨界電流の周期とに基づいてバンプ接合のインダクタンスが計算され得る（１０１０）。

【0037】

したがって、本明細書に記載の試験構造および方法は、バンプが高導電性であるが標準測定機器の検出閾値未満の抵抗を示し得る状況でさえ、超伝導フリップチップ集積回路プロセスにおけるバンプ接合が超伝導であるかどうかを決定することができる。いくつかのアプリケーションでは、低抵抗であるが有限である抵抗と真のゼロ抵抗とを区別することが重要な場合があり、本試験構造および方法によれば、これら２つのケースを明確に区別することができる。さらに、本明細書に記載の試験構造および方法によれば、バンプ接合のインダクタンスの実験的な決定が可能となる。このインダクタンス値は、バンプ接合自体が信号経路内に寄生インダクタンスを導入する可能性があるため、バンプ接合を利用する超伝導回路の設計およびシミュレーションでは特に重要であり、設計で適切に考慮する必要がある。したがって、本明細書に記載の試験構造および方法は、単一の測定で超伝導性の検証とバンプ接合のインダクタンスとの双方を提供する。

【0038】

以上の説明は本発明の例示である。本発明を説明する目的のために構成要素または方法のあらゆる考えられる組み合わせを記載することは勿論不可能であるが、当業者は本発明のさらなる多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識し得る。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべてのそのような代替、変形、および変更を包含することが意図される。また、本開示または請求項が「１つの」、「第１の」、または「別の」という要素を列挙するかまたはそれらの同等物を列挙する場合には、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも、２つ以上のそのような要素を除外するものでもない。本明細書で使用される「含む」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味する。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
バンプ接合超伝導試験構造であって、
第１の超伝導集積回路（ＩＣ）である第１のチップと、
複数のバンプ接合によって前記第１のチップにガルバニック接続された第２の超伝導ＩＣである第２のチップと、
前記複数のバンプ接合のうちの少なくとも２つを電気的に含むループを含むＤＣ_ＳＱＵＩＤと、
を備えるバンプ接合超伝導試験構造。
（付記２）
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤは、並列に配置された２つのジョセフソン接合を含む、付記１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記３）
前記２つのジョセフソン接合部はともに前記第２のチップに製造され、前記第１のチップ内で一方側のみ互いに接続されている、付記２に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記４）
前記第１のチップを介して前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに接続された試験配線をさらに備え、前記試験配線は、前記バンプ接合超伝導試験構造が低温空間にあるときに前記低温空間の外側から前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに試験信号を供給し、前記低温空間の外側で前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤからの結果信号を受信するように構成されている、付記１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記５）
前記複数のバンプ接合のうちの１つに対するガルバニック接続をさらに備え、前記ガルバニック接続は、前記第１のチップと前記第２のチップとの間の前記１つのバンプ接合を介して垂直に磁束バイアス電流を供給するように構成されている、付記１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記６）
前記ガルバニック接続および前記１つのバンプ接合は、前記磁束バイアス電流が流れる前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤのループの唯一の部分が前記１つのバンプ接合であるように構成されている、付記５に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記７）
前記磁束バイアス電流により前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの臨界電流が変調される、付記５に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記８）
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに対するガルバニック接続であって、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに臨界バイアス電流を供給するように構成されたガルバニック接続をさらに備える付記１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記９）
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに対する前記ガルバニック接続は、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧の測定値を提供するようにさらに構成されている、付記８に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記１０）
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤは、直列に配置された前記複数のバンプ接合のうちの３つ以上を電気的に含み、前記複数のバンプ接合の交互の直列対がそれぞれ前記第１のチップ内および前記第２のチップ内のガルバニック接続によって互いに接続されている、付記１に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記１１）
前記複数のバンプ接合に対する少なくとも３つのガルバニック接続をさらに備え、前記ガルバニック接続は、前記第１のチップと前記第２のチップとの間の前記バンプ接合の一つを介して垂直に第１の磁束バイアス電流を供給するとともに、前記複数のバンプ接合を介して第２の磁束バイアス電流を供給するように構成されている、付記１０に記載のバンプ接合超伝導試験構造。
（付記１２）
超伝導バンプ接合電気的特性評価の方法であって、
ＤＣ_ＳＱＵＩＤにおけるバンプ接合を介して磁束バイアス電流を印加すること、
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の電圧を測定することにより前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの変調された臨界電流を観測すること、
前記変調された臨界電流の観測に基づいて前記バンプ接合の超伝導を検証すること、
を備える方法。
（付記１３）
前記バンプ接合を通る前記磁束バイアス電流の調整に先立ち、前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤを通るバイアス電流を印加することにより前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤに臨界的にバイアスをかけることをさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記磁束バイアス電流と前記観測された変調臨界電流の周期とに基づいて、前記バンプ接合のインダクタンスを計算することをさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１５）
前記観測された変調臨界電流の周期が、前記調整された磁束バイアス電流に応じた前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の測定電圧の周期である、付記１４に記載の方法。
（付記１６）
前記バンプ接合のインダクタンスが、インダクタンス式Ｌ＝Φ／Ｉ＝ｈ／２ｅＩに従って計算され、ここで、Ｉは、前記調整された磁束バイアス電流に応じた前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの両端間の測定電圧の単一周期を誘導する磁束バイアス電流の量である、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
装置であって、
２つのバンプ接合超伝導集積回路（ＩＣ）である２つのＩＣと、
前記２つのＩＣの双方を通過する単一のループを有するＤＣ_ＳＱＵＩＤと、
を備える装置。
（付記１８）
前記２つのＩＣのうちの第１のＩＣにおける正および負のバイアスおよび電圧測定端子と、
前記第１のＩＣにおける正および負の磁束バイアス端子と、
前記２つのＩＣのうちの１つにおける前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの第１のジョセフソン接合（ＪＪ）であって、前記第１のＩＣと前記２つのＩＣのうちの第２のＩＣとを電気的に接続する第１のバンプ接合と第１のノードとの間に接続された前記第１のＪＪと、
前記２つのＩＣのうちの１つにおける前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤの第２のＪＪであって、前記第１のＩＣと前記第２のＩＣとを電気的に接続する第２のバンプ接合と前記第１のノードとの間に接続された前記第２のＪＪと、を備え、
前記ＤＣ_ＳＱＵＩＤのループが、前記第１のＪＪ、前記第２のＪＪ、前記第１のバンプ接合、前記第２のバンプ接合、および前記第１のノードを含む、付記１７に記載の装置。
（付記１９）
前記正および負の磁束バイアス端子間の電流経路を通過する前記ループの唯一の部分が前記第１のバンプ接合である、付記１８に記載の装置。
（付記２０）
前記ループの外側にあり、前記第１のＩＣと前記第２のＩＣとを電気的に接続するとともに、前記正の磁束バイアス端子と前記第１のバンプ接合との間に接続された第３のバンプ接合と、
前記ループの外側にあり、前記第１のチップと前記第２のチップとを電気的に接続するとともに、前記正のバイアスおよび電圧測定端子と前記第１のノードとの間に接続された第４のバンプ接合と、
をさらに備える付記１８に記載の装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】