小鸟体育一种制造设备的方法，其中设备包括多个材料段和至少一个连接两个或更多个材料段的结。在掩蔽阶段，掩模被形成在设备的底层上。掩模包括暴露底层的多个沟槽，每个沟槽对应于材料段中的一个材料段。两个或多个沟槽的相应部分在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开。在选择性区域生长阶段，材料在沟槽集中生长以在底层上形成材料段。两个或更多个材料段在至少一个结处被连接。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113316850 A (43)申请公布日 2021.08.27 (21)申请号 5.8 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所 11256 (22)申请日 2020.01.04 代理人 马明月 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 16/252,237 2019.01.18 US H01L 27/18 (2006.01) (85)PCT国际申请进入国家阶段日 B82Y 10/00 (2006.01) 2021.07.14 B82Y 40/00 (2006.01) (86)PCT国际申请的申请数据 C23C 14/18 (2006.01) PCT/US2020/012285 2020.01.04 G06N 10/00 (2006.01) H01L 39/22 (2006.01) (87)PCT国际申请的公布数据 H01L 39/24 (2006.01) WO2020/150020 EN 2020.07.23 (71)申请人 微软技术许可有限责任公司 地址 美国华盛顿州 (72)发明人 R ·L ·卡拉赫S ·V ·格罗尼恩 G ·C ·加德纳 权利要求书2页 说明书9页 附图7页 (54)发明名称 设备的制造 (57)摘要 一种制造设备的方法，其中设备包括多个材 料段和至少一个连接两个或更多个材料段的结。 在掩蔽阶段，掩模被形成在设备的底层上。掩模 包括暴露底层的多个沟槽，每个沟槽对应于材料 段中的一个材料段。两个或多个沟槽的相应部分 在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b) 被间断隔开。在选择性区域生长阶段，材料在沟 槽集中生长以在底层上形成材料段。两个或更多 个材料段在至少一个结处被连接。 A 0 5 8 6 1 3 3 1 1 N C CN 113316850 A 权利要求书 1/2页 1.一种制造设备的方法，其中所述设备包括多个材料段和至少一个结，所述至少一个 结连接所述多个材料段中的两个或更多个材料段，并且其中所述方法包括： 在掩蔽阶段，在所述设备的底层上形成掩模，其中所述掩模包括暴露所述底层的多个 沟槽，每个沟槽对应于所述材料段中的一个材料段，并且其中所述沟槽中的至少两个沟槽 中的每个沟槽的相应部分在与所述至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔 开； 在选择性区域生长阶段，通过选择性区域生长来生长所述沟槽集中的材料，以在所述 底层上形成所述材料段；以及 在所述至少一个结处连接所述两个或更多个材料段。 2.根据权利要求1所述的方法，其中所述连接包括：在所述选择性区域生长阶段期间通 过所述材料的横向生长来合并。 3.根据权利要求1所述的方法，其中所述连接包括：在所述选择性区域生长阶段的后续 阶段中，经由电导体连通所述两个或更多个材料段。 4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述至少一个结仅连接所述材料段中的 两个或三个材料段；从而形成T型结。 5.根据权利要求1‑3任一项所述的方法，其中所述材料段中的至少四个材料段被连接 在所述至少一个结处，其中至少四个沟槽中的每个沟槽的相应部分在与所述至少一个结对 应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开，并且其中所述连接包括在所述至少一个结处连 接所述至少四个材料段；从而形成十字结。 6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述设备包括多个结，每个结连接所述 材料段中的至少一些材料段，其中两个或更多个相应材料段在每个相应结处被连接，其中 针对每个相应结，所述掩模包括对应于所述两个或更多个相应材料段的相应两个或更多个 沟槽集，其中所述两个或更多个相应沟槽中的每个沟槽的相应部分在与所述至少一个结对 应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开，其中所述生长包括通过选择性区域生长在所述 相应沟槽集中生长材料，以在所述底层上形成所述两个或更多个相应材料段，并且其中所 述连接包括在每个相应结处连接所述两个或更多个相应材料段。 7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述底层是晶圆的底层。 8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述底层是所述晶圆的衬底。 9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述多个沟槽通过从所述底层蚀刻所述 掩模而被形成。 10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述多个沟槽的图案由光刻限定。 11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述材料是半导体。 12.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述材料通过外延而被生长。 13.根据前述权利要求任一项所述的方法，包括： 在超导体生长阶段，在所述材料段中的至少一些材料段上生长超导体材料层。 14.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述设备是量子设备，并且其中所述材 料段是纳米线.一种设备，包括： 多个材料段和至少一个结，所述至少一个结连接所述材料段中的两个或更多个材料 2 2 CN 113316850 A 权利要求书 2/2页 段； 在所述设备的底层上形成的掩模，其中所述掩模包括暴露所述底层的多个沟槽，每个 沟槽对应于材料段，并且其中至少两个沟槽中的每个沟槽的相应部分在与所述至少一个结 对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开； 其中所述两个或更多个材料段跨所述掩模的一部分上被连接，并且其中所述材料段包 括在所述两个或更多个沟槽中的选择性区域。 3 3 CN 113316850 A 说明书 1/9页 设备的制造 技术领域 [0001] 本公开涉及一种制造设备的方法和产生的设备。 背景技术 [0002] 量子计算是一类计算，其中诸如量子态叠加和纠缠的固有量子力学现象被利用以 比任何经典计算机曾经能够达到的快得多的速度执行某些计算。在“拓扑”量子计算机中， 计算是通过操纵出现在某些物理系统中的准粒子(被称为“非阿贝尔任意子”)而被执行的。 任意子具有独特的可以将它们与费米子和玻色子的两者区分开的物理特性。非阿贝尔任意 子相对于阿贝尔任意子也具有独特的属性。正是这些独特的属性作为用于拓扑量子计算的 基础，其中信息被编码为非阿贝尔任意子的拓扑属性；特别是编织(braiding)它们的时空 世界线。与其他量子计算模型相比，这具有一定的好处。一个关键的好处是稳定性，因为量 子编织不受可能在其他类型的量子计算机中引起错误诱导量子退相干的规模的扰动的影 响。 [0003] 从广义上讲，迄今为止，两种类型的物理系统已被认为是非阿贝尔任意子的潜在 承载，即凝聚态物理中的“5/2分数的量子霍尔”系统，以及(最近的)半导体‑超导体(SE/SC) 纳米线。关于后者，该领域的一个关键进步是以“马约拉纳(Majorana)零模式”(MZM)形式的 非阿贝尔任意子可以在被耦合到超导体(SU)的半导体(SE)的区中被形成的认识。基于这种 现象，SE/SU纳米线的小网络可以被用于创建量子位，其中每条SE/SU纳米线包括一段被涂 覆了超导体的半导体。 [0004] 量子位(quantum bit)或量子位(qubit)是一种元素，在其上具有两种可能结果的 测量可以被执行，但在任何给定时间(当未被测量时)实际上可以处于对应于不同结果的两 种状态的量子叠加中。 [0005] “拓扑”量子位是基于上述非阿贝尔任意子技术以MZM形式被实现的量子位。非阿 贝尔任意子是一种准粒子，这意味着它本身不是粒子，而是电子液体中的激发，其行为至少 部分类似于粒子。特别地，任意子是出现在二维系统(空间中的两个自由度)中的准粒子。马 约拉纳零模式是这种准粒子的特殊束缚态。在某些条件下，这些状态可以在靠近SE/SU纳米 线网络中的半导体/超导体界面处被形成，其方式使它们能够作为量子位纵，以用于量 子计算的目的。MZM之间的纳米线网络的区或“片段”被称为处于“拓扑”状态。 发明内容 [0006] 虽然制造技术的最新发展已经导致纳米线网络质量的显著提高，但所讨论的方法 都面临着质量挑战。 [0007] 各种微/纳米制造方法可以被用于生产量子设备所需的高质量半导体(以及超导 体和绝缘体)结构，以用于量子计算领域的潜在用途。在外延结构(面内线网络)的情况下存 在特定挑战，其中掩模被用于引导生长过程，其可以是被动力学地或/和热力学地控制。 [0008] 选择性区域生长(SAG)是一种被用于结构的生长的流行方法。例如，半导体系统的 4 4 CN 113316850 A 说明书 2/9页 SAG允许科学家能够实现具有许多半导体纳米线结(junction)的量子计算所需的结构。复 杂拓扑量子网络的实现需要高度均匀的材料属性，不仅沿着纳米线而且跨越交叉的纳米线 的结。由于基本的外延生长限制，纳米线结有倾向因在图案交叉处的优先成核现象而过度 生长。这会导致附加的原子平面的形成，并且可以导致不均匀的材料属性，这可能不利于使 用SAG系统进行计算。 [0009] 本发明的实施例提供了制造高质量结构的方法，例如经由选择性区域生长而被生 长的纳米线] 根据本文所公开的一个方面，可以提供一种制造设备的方法，其中设备包括多个 材料段和至少一个结，该至少一个结连接(joining)材料段中的两个或更多个材料段，并且 其中该方法包括：在掩蔽阶段，在设备的底层上形成掩模，其中掩模包括暴露底层的多个沟 槽，每个沟槽对应于所述材料段中的一个材料段，并且其中所述沟槽中的两个或更多个沟 槽中的每个沟槽的相应部分在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开； 在选择性区域生长阶段，通过选择性区域生长来生长沟槽集中的材料，以在底层上形成材 料段；以及在至少一个结处连接两个或更多个材料段。 [0011] 通过减小结区中掩膜(即掩膜的沟槽)相比于掩膜的其余部分(即沟槽的主体)的 宽度，在结处的优先成核现象可以受到在较窄的沟槽中生长的晶体的自然小平面化 (natural faceting)和终止的限制。备选地，通过在结处的掩膜中放置空点(empty spot)， 不期望的成核现象可以被限制。在这种情况下，在结处成核现象很少或没有成核现象，并且 结是通过合并被生长的材料段而形成的，例如，经由跨越间断(discontinuity)的导电桥。 一个或多个沟槽的相应部分可以例如是沟槽的两端。或者，作为另一示例，一个或多个沟槽 的相应部分可以是沟槽的主体部分，例如，在沟槽的两端之间。 [0012] 通常，与没有交叉的特征相比，更多材料生长在特征(即材料段)的交叉或交汇处。 本发明的实施例通过形状偏置将经修改的掩模图案用于选择性区域生长的结，以促进跨越 结的改进的材料和传输属性。换言之，掩模允许在整个材料段和在结处的(交叉、交汇等)均 匀生长。 [0013] 本文中，材料段是指在掩模的对应沟槽(即通道)中生长的任何结构。材料段不一 定意味着直线，但不排除直线。例如，多条弯曲的材料线可以在对应的弯曲沟槽中生长，该 弯曲的沟槽可以在结处被连接。 [0014] 在实施例中，所述连接可以包括在选择性区域生长阶段期间通过材料的横向生长 来合并。 [0015] 备选地，所述连接可以包括在选择性区域生长阶段的后续阶段中，经由电导体连 通(connecting)两个或更多个材料段。 [0016] 在实施例中，至少一个结可以仅连接材料段中的两个或三个材料段；从而形成T型 结。 [0017] 在实施例中，所述材料段中的至少四个材料段可以被连接在至少一个结处，其中 至少四个沟槽的相应部分在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开；并 且其中所述连接包括在至少一个结处连接至少四个材料段；从而形成十字结。 [0018] 在实施例中，设备可以包括多个结，每个结连接材料段中的至少一些材料段，其中 两个或更多个相应材料段在每个相应结处被连接，其中针对每个相应结，掩模包括对应于 5 5 CN 113316850 A 说明书 3/9页 两个或更多个相应材料段的相应两个或更多个沟槽集，其中两个或更多个相应沟槽中的每 个沟槽的相应部分在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开，其中所述 生长包括：通过选择性区域生长在相应沟槽集中生长材料，以在底层上形成两个或更多个 相应材料段，并且其中所述连接包括在每个相应结处连接两个或更多个相应材料段。 [0019] 在实施例中，底层可以是晶圆的底层。在实施例中，底层可以是晶圆的衬底。 [0020] 在实施例中，多个沟槽可以通过从底层蚀刻掩模而形成。在实施例中，多个沟槽的 图案可以由光刻限定。在实施例中，掩模可以是绝缘掩模。在实施例中，掩模可以是电介质。 在实施例中，底层可以是绝缘材料。在实施例中，材料可以是半导体。在实施例中，材料可以 通过外延而被生长。 [0021] 在实施例中，该方法可以包括：在超导体生长阶段，在材料段中的至少一些材料段 上生长超导体材料的层。在实施例中，超导体材料层使用粒子束来施加。在实施例中，超导 体材料可以通过外延而被生长。 [0022] 在实施例中，设备可以是量子设备并且其中材料段可以是纳米线] 根据本文所公开的另一方面，可以提供一种设备，包括：多个材料段和至少一个 结，该至少一个结连接材料段中的两个或更多个材料段；在设备的底层上形成的掩模，其中 掩模包括暴露底层的多个沟槽，每个沟槽对应于一个材料段，并且其中至少两个沟槽中的 每个沟槽的相应部分在与至少一个结对应的位置处(a)变窄，或者(b)被间断隔开；其中两 个或更多个材料段跨过掩模的一部分被连接，并且其中材料段包括在两个或更多个沟槽中 的选择性区域生长的材料。 [0024] 根据本文所公开的另一方面，可以提供一种操作该设备的方法，其中材料段是纳 米线，并且其中该方法包括诱导一个或多个纳米线中的至少一个马约拉纳零模式MZM，其中 至少一个MZM通过将超导体冷却到超导温度并向设备施加磁场而被诱导。至少一个MZM的诱 导还可以包括用静电势来用门控制一个或多个纳米线] 提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中 进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨 在用于限制所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决本文指出的任何或 所有缺点的实现。 附图说明 [0026] 为了更好地理解本技术，并且示出实施例可以如何被实现，仅作为示例，参考以下 附图，其中： [0027] 图1示意性地图示了用于制造纳米线示出了在GaAs衬底上选择性区域生长的InAs纳米线网络的俯视扫描电子显微 镜图像； [0029] 图3示出了在选择性区域生长的半导体的结处过度生长的示例图像； [0030] 图4示意性地图示了用于通过选择性区域生长以生长材料段的示例掩模，以及在 示例掩模中已经生长的纳米线示意性地图示了用于通过选择性区域生长以生长材料段的示例掩模； [0032] 图6图示了跨过掩模中的空点的已被合并的纳米线示意性地图示了用于生长T形结的两个示例掩模；以及 [0034] 图8示意性地图示了用于生长L形结的示例掩模。 具体实施方式 [0035] 外延半导体‑超导体材料是用于超导电子学和超导量子计算的有前途的平台。在 拓扑量子计算的上下文中，具有强自旋轨道耦合的超导纳米线可以支持拓扑激发，拓扑激 发可以作为容错量子信息处理的基础。 [0036] 目前合成用于超导纳米线电子产品的半导体‑超导材料的方法基于二维平面材料 (参见，例如，Shabani等，PRB 93,155402(2016))，或基于自下而上生长的纳米线材料(参 见，例如，Krogstrup等，自然材料14,400‑406(2015))。 [0037] 当前技术的一个问题是材料在被生长的材料的结处过度生长。当，例如纳米线的 结构是使用SAG技术而被生长的时，它们往往会在它们交汇的点(即材料段的结)处过度生 长。该结可以是多个材料段的交叉、十字或交汇处，其宽度通常比其余材料段更厚。换言之， 材料段的结比材料段的其余部分宽。材料的这种不均匀的形状/几何(例如，厚度和/或宽 度)可能对包含这些结构的产生的设备不利影响。过度生长的结的扫描电子显微镜图像如 图3所示。两个结302a、302b被示出(在这种情况下是交叉的结)，每个结连接四个材料段 304a‑304g。这些段中的一个段304a形成两个结302a、结302b中的每个结的一部分。 [0038] 为了解决该问题和其他问题，本发明的实施例使用经修改的掩模方法来制造设 备，从而在其中被生长的材料的掩模的沟槽在被生长的材料将被连接的点处被修改。掩模 被修改为在对应于结的点处沟槽变窄(即它们的宽度减小)，或者沟槽在对应于结的点处是 间断的(即它们被一部分掩模隔开)。一旦在沟槽中发生生长，材料段就可以被连接(例如， 被合并)。例如，被生长的材料可以通过材料晶体的横向延伸而被连接。 [0039] 参考图1、图5和图5A，现在示例三阶段制造方法将被描述。该制造方法可以被用于 创建具有多个材料段和一个或多个结的设备小鸟体育官网。每个结连通两个或更多个材料段，如图3所 示。该制造方法可以被用于创建半导体(SE)和/或半导体/超导体(SE/SU)纳米线网络，这反 过来又可以形成量子设备或电路(例如，用于量子计算机)或其他混合半导体‑超导体平台 的基础。特别地，该方法特别适用于制造能够承载稳定MZM的SE/SU纳米线网络，该纳米线网 络可以构成无故障拓扑量子计算的基础。本文中，SE/SU纳米线是指被涂覆超导体的半导体 线] 然而，该方法不仅限于纳米线的制造。本发明的实施例可以被用于制造经由选择 性区域生长而材料被生长的任何结构。例如，所描述的技术可以被用于波导，例如，在短距 离光网络中。光波导是在光谱中引导电磁波的物理结构，例如，光纤。备选地，这些技术可以 被用于耦合电容性的群岛。 [0041] SAG是一种使用晶体生长真空室的生长方法，诸如化学束外延(CBE)、分子束外延 和MOCVD。参见，例如，G.J Davies Proc.SPIE 2140,Epitaxial Growth Processes(外延生 长过程),58(1994年5月11日)；doi:10.1117/12.175795；M Fahed，博士论文：Selective  area growth of  in‑plane  III‑V nanostructures using molecular beam epitaxy(使 用分子束外延平面内III‑V族纳米结构的选择性区域生长)，2016年。；Fukui等，Appl.Phys.Lett.58,2018(1991)；doi:说明书 5/9页 /10.1063/1.105026。 [0042] 因为材料段是使用SAG而被生长的，所以整个段的网络(例如，SE/SU纳米线)或多 个这种网络可以作为一个整体在衬底上被制造。衬底(例如，绝缘衬底)和网络可以直接地 被结合到最终产品中，无需将段传递到不同的表面。 [0043] 量子设备的制造涉及通过跨过衬底沉积多层或材料，通常以不同的图案，来构建 晶圆。随着不同层的建立，整个过程涉及多个步骤。针对下面的描述，“衬底”在本文中将被 认为是指基极层，而“晶圆”将是指衬底加上在制造工艺过程的当前阶段已经被沉积跨过衬 底的任何其他层。 [0044] 在第一阶段I(掩蔽阶段)中，掩膜102被形成在设备的底层(例如，晶圆104的底层) 上。掩模可以是非晶掩模或绝缘掩模(即，绝缘掩模102可以由绝缘材料制成)。绝缘材料可 以是电介质材料小鸟体育官网。晶圆的底层可以是衬底104本身，或者它可以是已经被沉积在衬底上的中 间材料层。掩模包括一组暴露设备底层的沟槽，例如，衬底。整个掩模可以同时被形成，或者 掩模可以被分阶段形成。 [0045] 掩模的每个沟槽对应于材料段。换言之，材料在每个沟槽中被生长以形成相应材 料段，或者换种说法，每个沟槽映射到相应材料段。例如，就纳米线被形成在每个沟槽中的 意义而言，每个沟槽可以对应于纳米线。本文中，材料段并不意味着任何特定的形状或大 小。每个沟槽可以具有相同的形状和/或大小，一些沟槽可以具有相同的形状和/或大小，或 者每个沟槽可以具有不同的形状和/或大小。 [0046] 在一些实施例中，沟槽被形成为使得两个或更多个沟槽在对应于结的位置处被间 断隔开。即，两个或更多个沟槽的相应部分被掩模的一部分隔开。换种说法，至少一个沟槽 可以具有至少一个不与任何其他沟槽连接(或被隔开的)的开口端，并且这些开口端位于沟 槽的结。间断(即隔开)可以是几个纳米的数量级。两个或更多个沟槽可以被放置成使得在 那些沟槽中被生长的材料段一旦被连接将形成T形结。图4中示出了由三种材料段404a、 404b、404c形成的T形结402a的示例。T型结402a通过在掩模400中的三个对应的沟槽406a、 406b、406c中生长材料而被形成。如图所示，三个对应的沟槽被间断408a隔开。 [0047] 在一些实施例中，沟槽被形成为使得至少四个沟槽在对应于结的位置处被间断隔 开。即，至少四个沟槽的相应部分被掩模的一部分隔开。掩模的一部分用作沟槽开口端之间 的初始屏障。至少四个沟槽可以被放置成使得在这些沟槽中被生长的材料段一旦被连接将 形成十字结，即，一旦四个长度的材料生长并被连接起来，它将看起来好像两个较长的材料 段在结处彼此交叉。图4还示出了由四种材料段404a、404d、404e、404f形成的十字结402b的 示例。十字结402b通过在掩模400中的四个对应的沟槽406a、406d、406e、406f中生长材料而 被形成。如图所示，四个对应的沟槽被间断408b隔开。 [0048] 掩模可以包括由间断(即掩模的一部分)隔开的单组的两个或更多个沟槽。备选 地，掩模可以包括多组的两个或更多个沟槽，每个沟槽由相应的间断(即掩模的一部分)隔 开。沟槽可以被形成以使得它们不重叠，即它们在空间上不重叠或不覆盖底层的相同区域。 [0049] 在备选地实施例中，掩模的沟槽被形成为使得两个或更多个沟槽的相应部分在对 应于结的位置处变窄。即，随着沟槽接近对应于结的位置，沟槽的宽度减小。换言之，在结的 位置处的三个沟槽的相应部分比三个沟槽的相应主体部分更薄(即，更窄)。优选地，沟槽在 其最宽点和最窄点的两者处彼此具有相同的厚度(即，在垂直于衬底平面的方向上)。然而， 8 8 CN 113316850 A 说明书 6/9页 这不是必需的。这种形状偏置的示例如图5所示。此处，四个沟槽在结502处交汇。每个沟槽 在结502处比不在结处的沟槽部分处更窄。例如，每个沟槽可以具有第一端504a‑d、不同的 第二端以及在第一端和第二端之间的主体部分506a‑d。两个或更多个沟槽的第一端504在 结502处交汇。至少两个或更多个沟槽的相应第一端504比相应沟槽的主体部分506更窄。一 个或多个沟槽可以以相同的方式在它们的第二端形成相应的第二个不同的结。 [0050] 图7图示了可以被用于制造设备的示例掩模。第一示例掩模700a包括两个沟槽 702a、702b，其中两个对应材料段可以被生长。两个沟槽由间断704a隔开。间断将一个沟槽 的一部分(即，端)与另一沟槽的一部分(即主体部分)隔开。在两个沟槽中被生长的两个材 料段可以被连接以形成结706。在这种情况下，将形成T形结(即T形)。第二示例掩模700b包 括三个沟槽702c、702d、702e，其中三个相应材料段可以被生长。三个沟槽由间断704b隔开。 间断将每个沟槽的一部分(即，端)与其他沟槽的一部分(即，端)隔开。在三个沟槽中被生长 的三个材料段可以被连接以形成结706。 [0051] 图8图示了可以被用于制造设备的示例掩模。掩模800包括两个沟槽802a、802b，其 中两个对应材料段可以被生长。两个沟槽由间断804隔开。间断将一个沟槽的一部分(即， 端)与另一沟槽的一部分(即，端)隔开。在两个沟槽中被生长的两个材料段可以被连接以形 成结806。在这种情况下，将形成L形结(即L形)。 [0052] 在图1的示例中，绝缘材料102的图案化层(绝缘掩模)被形成在绝缘衬底104的顶 部上。在该示例中，衬底是晶圆的底层，晶圆的底层可以是设备的底层。具有绝缘掩模102的 衬底104的侧视图和顶视图被示出在图1的左侧。衬底104可以由任何合适的衬底材料被形 成，例如InP(磷化铟)，并且在所描述的示例中是绝缘衬底。在所描述的示例中小鸟体育官网，绝缘材料 102是氧化物，但它可以是在制造方法的第二阶段II中支持SAG的任何绝缘(例如电介质)材 料(参见下文)。 [0053] 绝缘掩膜或氧化层102被图案化，由于氧化层102被形成以便使衬底的沟槽(或窄 条)——在预期区106——暴露(即未被掩膜102覆盖)。在本上下文中的图案是指预期区106 的结构，其最终将成为纳米线网络的结构，因为正是在该暴露区106中半导体(SE)纳米线被 生长。因此，纳米线的大小和结构相匹配。尽管图1中仅示出了一 个暴露区106，但是材料(例如纳米线)可以在多个区中同时被生长并且所有关于预期区106 的描述同样适用于多个这样的区域。因此，整个纳米线网络的结构可以由(多个)暴露区的 结构而被限定，暴露区的结构本身由掩模的沟槽结构所限定。在该示例中，条以及由此产生 的纳米线具有数十或数百纳米数量级的宽度。 [0054] 绝缘掩模102可以被形成以便以任何合适的方式使预期区106暴露。例如，均匀、连 续的电介质层，诸如氧化物，可以在衬底104或其他底层上被沉积，然后暴露区106可以通过 从预期区106选择性地蚀刻掉绝缘掩模102而被形成(在这种情况下，蚀刻限定了最终的纳 米线网络结构)。作为另一个例子，绝缘材料102可以使用阻止材料(例如，氧化物)102沉积 在预期区106中的掩模而选择性地被沉积在衬底104上以(在这种情况下，掩膜限定了最终 纳米线例如可以是氧化硅(SiOx)。更一般地，任何合适的电介质或其 他绝缘体可以被使用。 [0055] 在第二阶段II(半导体生长阶段，或SAG阶段)中，材料108在暴露晶圆底层的沟槽 中被生长。在底层是衬底本身的情况下，材料108被生长在衬底的暴露部分上。材料的生长 9 9 CN 113316850 A 说明书 7/9页 在每组沟槽中被发起。生长可以同时或在不同时间被发起。例如，生长可以在第一组沟槽中 被发起，然后之后生长在第二组、不同的沟槽中被发起。材料可以是半导体。在这种情况下， 选择性区域生长的半导体材料形成纳米线(例如，半导体材料)选择性地被生长在预期区106 内，在衬底104的被暴露部分的顶部。在图1的右上角示出了一个示例，其中衬底104的侧视 图被示出。由于掩模102的图案化，选择性被生长的半导体108形成面内纳米线(即，纳米线例如可以是砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)或具有相对 大的自旋轨道和G因子的任何其他半导体。SAG半导体108例如可以是受限的2DEG(二维电子 气)半导体异质结构或单一材料半导体。 [0057] SAG是一种使用晶体生长真空室的生长方法。SAG是指衬底暴露区中材料的局部生 长，生长条件被选择以阻止在掩模本身上的这种生长。例如，这可以基于化学束外延(CBE)、 分子束外延(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)。在半导体的上下文中，SAG可以指一类 外延半导体生长(也称为选择性区域外延)，其中图案化绝缘掩模被使用来定义限定要被生 长的半导体材料的预期结构(光刻形式)。外延是指使用第一晶体作为晶种，第二晶体在第 一晶体上被生长的技术。在SAG中，该过程被调整为使得半导体生长仅发生在未被绝缘掩模 102覆盖的衬底的区上，而不是绝缘掩模本身，例如，不在电介质掩模上。这与其他沉积/生 长过程不同，诸如自下而上的生长(不使用掩膜)和均匀沉积(外延或其他方式)，其中材料 跨过表面被均匀沉积，而不管其材料成分(如阶段III——参见下文)。SAG可以在高真空或 超高真空中被进行，并且可能需要仔细调整以实现所预期的选择性半导体生长。 [0058] 在第二阶段II中任何合适的SAG过程可以被使用来创建所预期材料段，例如，暴露 区106中的SE纳米线。SAG纳米线沿衬底上的高对称面内晶体取向被限定，这也给出了纳米 线的界限清楚的小平面。这使得SU/SE界面平坦，可能是原子地平坦，并且被良好地限定。 [0059] SAG本身是已知的，因此这里不再进一步详细讨论。对于SAG的进一步描述，例如参 见上面所引用的G.J.Davies，M Fahed，以及Fukui等。 [0060] 只要说选择性区域生长阶段是这样的就够了：在该阶段结束时，材料108填充预期 区106(即，其中底层或衬底104未被掩模102覆盖的区106)。在一些情况下，它可以在法线于 (垂直于)底层或衬底104的平面(下文中为z方向)的方向上向外延伸，以便从掩模102向外 突出。即，与掩模102相比，半导体材料108在z方向上从底层或衬底104延伸的距离更大。以 这种方式，半导体材料108形成基本上位于底层或衬底102的平面中的纳米线(原位纳米 线] 一旦通过SAG形成两个或更多个材料段，它们就会被连接起来形成一个结。类似 地，四个材料段可以被连接以形成结。在一些实施例中，连接是SAG阶段的一部分。材料段通 过材料晶体的横向生长而合并。即，材料段(例如，纳米线)的连接可以在SAG阶段期间(或其 结束时)自然地发生。在沟槽被间断隔开的情况下，先前被隔开的沟槽的开口端横向延伸以 相互合并。即，它们跨过隔开材料段的掩模部分生长。这种现象的一个示例如图6所示。本文 中，作为概念的证明，两个材料段602a、602b在它们在结604处合并期间被示出。 [0062] 备选地，材料段可以在SAG阶段之后(但在任何超导体生长阶段之前，如果有的话) 被连接。材料段可以使用电导体被连通，例如，金属铅或材料。即，被隔开的沟槽的开口端被 与导电材料连通。电导体可以充当半导体桥，桥接半导体材料的被隔开的段。 10 10 CN 113316850 A 说明书 8/9页 [0063] 无论材料段如何被连接，它们都跨掩模被连接。也就是说，(半导体)材料的横向延 伸引起材料在掩模的部分上方生长，该部分充当被隔开的沟槽之间的屏障，例如，开口端沟 槽。备选地，将电导体被放置在该部分上方以连通被隔开的沟槽。 [0064] 在可选的第三阶段III(超导体生长阶段)中，超导(SU)材料层112可以在材料段的 网络的至少一部分上被生长，例如，纳米线的示例中，超导材料层使用粒子束 110而被生长。本文中，超导材料意味着至少在特定条件下表现出超导特属性的材料。这种 材料的一个示例是铝(Al)。备选地，超导体材料112可以是铌(Nb)、氮化钛(TiN)或任何其他 超导体。在以下示例中，超导体在阶段III被外延生长，并且超导体生长阶段III在本上下文 中可被称为外延生长阶段。然而，该技术并不限于这方面，经由非外延超导体在第三阶段的 生长可以达到预期的结果。 [0065] 例如，超导材料112可以使用分子束外延(MBE)电子枪外延在阶段III中而被生长。 [0066] 超导体层112的至少一部分被沉积在材料段的顶部，使得超导体层112的这部分 (图1中被标记为116)与纳米线直接接触。即，使得纳米线至少部分地 被超导材料覆盖。 [0067] 这也是外延的一种形式，但不是SAG。特别地，在外延生长阶段III中，外延生长确 实发生在掩模(或电介质层)102上，以及纳米线] 在一种可能的技术中，束可以基本上在z方向(垂直于衬底平面的方向)上成角度， 使得掩模102和SE材料108的基本上所有被暴露的表面都被SU层112覆盖。然而，在被图示的 另一示例中，粒子束110以相对于z方向(沉积角)的非零入射角入射在衬底104上。由于该非 零沉积角和纳米线的突出结构，纳米线的SE仅部分地被超导体层112涂覆；也就 是说，SE纳米线)没有被超导体材料涂覆。绝缘掩模102的大部也 被超导体层112涂覆，但是由于入射束110的角度和SE纳米线的突出结构，紧邻突出的 SE纳米线的小区(阴影区)被暴露出来，即，没有被SU材料涂覆。一个这种 阴影区在图1中被标记为120。阴影区120在“侧栅”区122中将SE材料108与SU层112的一部分 隔开。侧栅区122中的SU层112的部分可以被用于形成用于控制纳米线的栅极，或者(更有可 能)SU材料可以从该区被蚀刻掉并被替换为更合适的栅极材料。无论哪种方式，阴影间隙 120都确保栅极按预期操作。使用这种在SU外延阶段III中的“原位”图案化(如上所述)形成 间隙120确保材料不需要太靠近精细的纳米线] SAG阶段II和超导体生长阶段III可以在真空室中被进行，优选地在阶段之间不移 动衬底104。这些阶段可以在高真空或超高线托或更小)， 并且这些真空条件可以在阶段之间保持。除其他外，这可以确保SE/SU界面清洁，不含不需 要的杂质。 [0070] SAG阶段和超导体生长阶段的两者都可能需要仔细地经校准的条件以进入这两个 阶段各自的“生长窗口”，从而分别实现所预期的(半导体)材料生长和超导体材料生长。根 据材料类型选择生长条件、温度和通量。例如，对于MBE(可以被用于SAG阶段II和超导体生 长阶段III的两者)，通常衬底被加热到大约500℃或更高的温度以清洁表面的天然氧化物。 然而，在SAG生长阶段II和SU生长阶段III中，发生预期的生长的相应温度窗口分别取决于 SE材料108和SU材料112的成分。超导体可以被原位生长/沉积，无需破坏真空。通过这种方 式，SAG的表面不会在空气中被氧化并且保持清洁，直到SU被加上，这确保了SE‑SU界面的清 11 11 CN 113316850 A 说明书 9/9页 洁。 [0071] SE/SU纳米线网络在其上被生长的衬底(或晶圆的底层)104和掩模102可以并入最 终产品中，诸如量子电路或量子计算机，以及SE/SU纳米线网络，无需从最初纳米线被制造 的衬底上传递纳米线] 所公开技术的实施例包括拓扑保护的量子计算电路，其包括使用这种混合半导体 和超导体区而被形成的纳米线中，由被生长在绝缘GaAs衬底上的InAs纳 米线所组成的线图案被示出。特别是，图2示出了基于一维纳米线网络的复杂网络的制造。 [0073] 如上所述，纳米线网络的选择性区域生长(SAG)可以被用于生产基于Majorana的 拓扑量子位，其利用超导群岛的形成，其中一些部分是拓扑的(T)，一些部分是非拓扑的(例 如，传统的s波(S))。SAG技术可以提供对被生产的设备的形状的高度控制，因此可以被用于 生产可扩展拓扑量子计算中所使用的组件。在示例实施例中，一个或多个Majorana零模式， MZM，可以通过将超导体冷却到超导温度并且向设备施加磁场而在纳米线网络的至少一个 纳米线(即，材料段)中而被诱导。 [0074] 本文所描述的示例应理解为本发明实施例的说明性示例。进一步的实施例和示例 被设想。关于任何一个示例或实施例描述的任何特征可以单独使用或与其他特征结合使 用。此外，关于任何一个示例或实施例所描述的任何特征也可以与任何其他示例或实施例 的一个或多个特征组合，或任何其他示例或实施例的任何组合被使用。此外，在本发明的范 围内也可以采用本文未描述的等同物和修改，其范围由权利要求所限定。 12 12 CN 113316850 A 说明书附图 1/7页 图1 13 13 CN 113316850 A 说明书附图 2/7页 图2 14 14 CN 113316850 A 说明书附图 3/7页 图3 15 15 CN 113316850 A 说明书附图 4/7页 图4 16 16 CN 113316850 A 说明书附图 5/7页 图5 17 17 CN 113316850 A 说明书附图 6/7页 图6 18 18 CN 113316850 A 说明书附图 7/7页 图7 图8 19 19

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