DE69026339T2

DE69026339T2 - Josephson-Übergang-Apparat

Info

Publication number: DE69026339T2
Application number: DE69026339T
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Hoko
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: KR940006778B1; US5131976A; EP0428357B1; EP0428357A3; US5436471A; KR910010762A; DE69026339D1; EP0428357A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Josephson-Übergangsvorrichtung und ein Herstellungsverfahren von ihr, im besonderen auf eine Technik zum Herstellen einer Josephson-Übergangsanordnung auf einem sehr dünnen funktionellen polymeren Film und zum leichten Montieren von ihm auf einer unregelmäßigen Oberfläche von geformten Objekten.
In jüngster Zeit ist eine Josephson-Übergangsvorrichtung, die eine Josephson-Übergangsanordnung enthält, untersucht und entwickelt worden. Die Josephson-Übergangsanordnung wird als Schaltelement und Magnetsensor verwendet. Die Josephson-Übergangsanordnung wird nämlich nicht nur als Schaltelement verwendet, das Charakteristiken des Hochgeschwindigkeitsschaltens und eines niedrigen Energieverbrauchs hat, sondern die Josephson-Übergangsanordnung wird auch als Magnetsensor verwendet, der Charakteristiken einer extrem hohen magnetischen Empfindlichkeit hat. Es sei erwähnt, daß eine integrierte Josephson-Schaltung (Vorrichtung), die Josephson-Übergangsanordnungen und Verdrahtungen umfaßt, als Logikschaltung oder Speicherschaltung vorgesehen wird, indem die Charakteristiken der Josephson- Übergangsanordnung als Schaltelement genutzt werden. Ferner sind in den letzten Jahren ein supraleitendes Quanteninterferometer (SQUID) und ein Supraleiter-Isolator-Supraleiter(SIS)-Mischer, die Beispiele für die integrierten Josephson- Übergangsvorrichtungen sind, untersucht und unter Nutzung der Charakteristiken der Josephson-Übergangsanordnung als Magnetsensor entwickelt worden. Es sei erwähnt, daß das SQUID ein sehr schwaches Magnetfeld detektieren kann und eine Hochgeschwindigkeitsreaktionscharakteristik hat, und somit wird das SQUID oft in einer medizinischen Vorrichtung zum Detektieren von Biomagnetismus und dergleichen verwendet. Ferner kann der SIS-Mischer auch als Empfänger elektromagnetischer Wellen durch den Raum für radioastronomische Beobachtungen verwendet werden.
In der verwandten Technik ist die Josephson-Übergangsvorrichtung auf einem harten Substrat gebildet, wie ein Siliziumsubstrat oder ein Quarzkristallsubstrat, so daß die Josephson-Übergangsvorrichtung nicht ohne weiteres auf einer unregelmäßig geformten Oberfläche, d. h., auf einer gekrümmten Oberfläche und dergleichen, montiert werden kann.
In der verwandten Technik tritt des weiteren, wenn die Josephson-Übergangsanordnung auf einem funktionellen polymeren Film gebildet wird, ein Benetzen des funktionellen polymeren Films auf, das durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird, die während des Herstellungsprozesses wiederholt verwendet werden, und eine Maßbeständigkeit des Films wird verringert. Daher kann ein winziger Josephson-Übergang (Josephson-Übergangsanordnung) nicht auf dem funktionellen Film gebildet werden, ohne eine Maßdiskrepanz eines Musters zu verursachen, und seine Zuverlässigkeit wird dementsprechend verringert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Josephson- Übergangsvorrichtung vorgesehen, mit: einem polymeren Film, der Flexibilität besitzt; und einer Josephson-Übergangsschaltung, die auf dem polymeren Film gebildet ist, welche Josephson-Übergangsschaltung eine Josephson-Übergangsanordnung und Verdrahtung zum Verbinden mit der Josephson-Übergangsanordnung enthält.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Josephson-Übergangsvorrichtung vor, die auf einem flexiblen Substrat gebildet ist, und ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Josephson-Übergangsvorrichtung. Des weiteren sieht sie eine Josephson-Übergangsvorrichtung vor, die während ihres Herstellungsprozesses leicht gehandhabt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht eine Josephson-Übergangsvorrichtung vor, die eine winzige Josephson-Übergangsanordnung hat, die auf einem polymeren Film gebildet ist, ohne eine Maßdiskrepanz des Musters zu verursachen.
Der polymere Film kann aus einem funktionellen polymeren Film gebildet sein. Der funktionelle polymere Film kann aus Polyimid hergestellt sein. Die Dicke des polymeren Films kann auf 7,5 µm bis 125 µm festgelegt sein. Ferner kann der funktionelle polymere Film aus Polyetheretherketon, Polyphenylensulfit, Aramid oder Polyethylenterephthalat gebildet sein.
Die Josephson-Übergangsvorrichtung kann ferner einen Schutzfilm umfassen, der über beide Seiten des polymeren Films gebildet ist. Der Schutzfilm kann aus Siliziumoxid sein. Die Dicke des Schutzfilms kann auf etwa 300 nm festgelegt sein. Ferner kann der Schutzfilm aus Calciumfluorid, Bariumfluorid oder Magnesiumfluorid sein. Die Verdrahtung kann aus einer Supraleiterverdrahtungsschicht gebildet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Josephson-Übergangsvorrichtung vorgesehen, mit den Schritten zum Vorsehen eines flexiblen polymeren Films, Bilden einer Josephson-Übergangsanordnung auf dem polymeren Film und Bilden einer Vedrahtung, die mit der Josephson-Übergangsanordnung verbunden ist.
Das Herstellungsverfahren kann ferner vor dem Schritt zum physikalischen Abscheiden des laminierten Konfigurationsabschnittes einen Schritt zum Bilden eines Schutzfilms über beide Seiten des polymeren Films umfassen, zum Schutz vor Benetzung des polymeren Films, die durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird.
Das Verfahren kann auch den Schritt zum Abschälen des polymeren Films von dem harten Substrat durch Auflösen des Klebstoffs enthalten.
Der Schritt zum Abscheiden des laminierten Konfigurationsabschnittes kann die Bedingung zum Anwenden von Belastung enthalten, um einen gekrümmten polymeren Film zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung wird aus der unten erfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden, in denen:
Figuren 1A bis 1C Schnittdiagramme zum Erläutern von Josephson-Übergangsvorrichtungen gemäß der verwandten Technik sind;
Figuren 2A bis 2D Schnittdiagramme sind, die Ausführungsformen gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figuren 3A bis 3D Ebenendiagramme sind, die Formen von Ebenen eines polymeren Films zeigen;
Figuren 4A bis 4J Schnittdiagramme sind, die ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Josephson- Übergangsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figuren 5A bis 5C Erläuterungsdiagramme sind, die ein anderes Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Josephson-Übergangsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figuren 6A bis 6C Erläuterungsdiagramme sind, die ein Problem in der verwandten Technik zeigen;
Figur 7 ein Erläuterungsdiagramm eines Prinzips gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist; und
Figuren 8A bis 8G Querschnittsdiagramme sind, die kontinuierliche Prozesse einer Ausführungsform des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung zeigen.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1A bis 1C eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach der verwandten Technik beschrieben.
In letzter Zeit ist in der verwandten Technik eine Josephson-Übergangsvorrichtung, die als integrierte Schaltung oder als SQUID verwendet wird, untersucht und unter Verwendung eines Siliziumsubstrats vorgesehen worden. Es sei erwähnt, daß Herstellungsprozesse einer integrierten Siliziumschaltung zum Produzieren der Josephson-Übergangsvorrichtung oder einer integrierten Josephson-Übergangsschaltung eingesetzt werden. Ferner kann zum Beispiel ein SIS- Mischer auf einem Quarzkristallsubstrat und dergleichen gebildet sein. Die Josephson-Übergangsvorrichtung wird nämlich unter Einsatz der Herstellungsprozesse der integrierten Siliziumschaltung auf einem harten Substrat gebildet, wie ein Siliziumsubstrat oder ein Quarzkristallsubstrat, und dann wird das Substrat unter Verwendung einer Trennsäge, die dieselbe wie jene für eine allgemeine Halbleitervorrichtung ist, abgetrennt, um jede Einheit der Josephson-Übergangsvorrichtung zu produzieren.
Figuren 1A bis 1C sind Schnittdiagramme zum Erläutern von Josephson-Übergangsvorrichtungen gemäß der verwandten Technik.
Figur 1A zeigt eine Josephson-Übergangsvorrichtung unter Verwendung eines Siliziumsubstrats. Wie in Fig. 1A gezeigt, ist eine Vielzahl von Josephson-Übergangsanordnungen 52 auf einem Siliziumsubstrat 51 gebildet, und eine integrierte Josephson-Schaltung 53 wird durch Verbinden von Verdrahtungen zwischen den Josephson-Übergangsanordnungen 52 hergestellt. Es sei erwähnt, daß diese integrierte Josephson-Schaltung 53 unter Einsatz der Herstellungsprozesse produziert wird, die zum Produzieren einer herkömmlichen integrierten Siliziumschaltung eingesetzt werden. Ferner wird das Siliziumsubstrat 51 von einem Siliziumwafer, der einen großen Durchmesser hat, abgetrennt, und die Dicke des Siliziumwafers, die in bezug auf dessen Durchmesser festgelegt sein kann, beträgt etwa 300 µm 600 µm. In den letzten Jahren ist auch eine integrierte Schaltung untersucht und entwickelt worden, die eine auf dem Siliziumsubstrat 51 gebildete Siliziumanordnung und eine auf demselben Siliziumsubstrat 51 gebildete Josephson-Übergangsanordnung umfaßt und diese kombiniert.
Figur 1B zeigt ein Beispiel einer Josephson-Übergangsvorrichtung, die auf einem Quarzkristallsubstrat gebildet ist. Wie in Fig. 1B gezeigt, ist eine Vielzahl von Josephson-Übergangsanordnungen 52 auf einem Quarzkristallsubstrat 54 gebildet, und eine integrierte Josephson-Schaltung 53 wird durch Verbinden von Verdrahtungen zwischen den Josephson-Übergangsanordnungen 52 hergestellt. Es sei erwähnt, daß die Dicke des Quarzkristallsubstrats 54 zum Beispiel auf etwa 300 µm festgelegt ist, und das Quarzkristallsubstrat 54 wird durch eine Trennsäge abgetrennt, nachdem die integrierte Josephson-Schaltung 53 darauf gebildet ist.
Wie in Fig. 1A bis 1C gezeigt, wird die Josephson- Übergangsanordnung auf einem harten Substrat gebildet, wie ein Siliziumsubstrat oder Quarzkristallsubstrat und dergleichen. Wenn diese Josephson-Übergangsvorrichtungen in der Praxis eingesetzt werden, sollten die Substrate 51 und 54 auf ebenen Stützoberflächen von Objekten angeordnet werden, um an die Oberflächen mit ebener Form der Substrate angepaßt zu sein.
Obwohl Silizium und Quarzkristall eine Härtecharakteristik haben, sind sie ferner auch zerbrechlich. Falls das Siliziumsubstrat oder das Quarzkristallsubstrat zum Beispiel gegen einen harten Gegenstand stößt oder zu Boden fällt, können diese Substrate deshalb zerbrechen.
Figur 1C zeigt ein Beispiel zum Herstellen eines räumlichen Moduls durch Montieren einer dreidimensionalen Josephson-Übergangsvorrichtung. Zum Beispiel werden integrierte Josephson-Schaltungen 53a und 53b, die auf Siliziumsubstraten 51a und 51b gebildet sind, auf Substrate 56 montiert, die auf die Temperatur von flüssigem Helium gekühlt sind. Es sei erwähnt, daß die Siliziumsubstrate 51a und 51b auf Oberflächen der Substrate 56 montiert und verdrahtet sind. Ferner werden die Verdrahtungen zwischen den integrierten Josephson-Schaltungen 53a und 53b unter Verwendung von Supraleiterverdrahtungsmitteln 57 hergestellt, die auf den Oberflächen der Substrate 56 gebildet sind.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der verwandten Technik eine Josephson-Übergangsvorrichtung auf einem harten Substrat gebildet, wie ein Siliziumsubstrat oder ein Quarzkristallsubstrat. Diese Substrate werden mit einer ebenen Form gebildet, und somit sollten sie nur auf ebenen Oberflächenabschnitten angeordnet werden. Des weiteren sind diese Substrate, die aus Silizium oder Quarzkristall hergestellt sind, zerbrechlich, und bei deren Handhabung ist Vorsicht geboten.
Als nächstes wird ein Prinzip eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung erläutert.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind eine Josephson-Übergangsanordnung und eine Supraleiterverdrahtung auf einem polymeren Film gebildet, der eine hohe Wärmebeständigkeit und Flexibilität besitzt.
Ein laminierter Konfigurationsabschnitt, der aus einer Supraleiterschicht (Nb-Schicht), einer Barrierenschicht (AlO -Schicht) und einer Supraleiterschicht (Nb-Schicht) besteht, wird auf dem wärmebeständigen polymeren Film bei einer spezifizierten Temperatur gebildet, die unter der Temperatur liegt, bei der ein Verlust der hohen Wärmebeständigkeit des polymeren Films und eines belastungsfreien Zustandes auftritt. Ferner wird die Josephson-Übergangsanordnung durch selektives Ätzen des laminierten Konfigurationsabschnittes bei einer spezifizierten Temperatur gebildet, die unter der Temperatur liegt, bei der ein Verlust der hohen Wärmebeständigkeit und eines belastungsfreien Zustandes auftritt. Des weiteren werden erforderliche Verdrahtungen durch eine Supraleiterverdrahtungsschicht gebildet.
Die Josephson-Übergangsvorrichtung, die auf dem flexiblen polymeren Film gebildet ist, kann transformiert werden, indem sie mit einem Substrat (polymeren Film) einbezogen wird. In dem Fall, wenn ein Meßobjekt eine gekrümmte Oberfläche hat, kann deshalb die Josephson-Übergangsvorrichtung auf der gekrümmten Meßoberfläche angeordnet werden. Ferner kann die Josephson-Übergangsvorrichtung auf dem Substrat räumlich montiert werden, indem das Substrat gebogen wird. Des weiteren hat der flexible polymere Film auch eine hohe Wärmebeständigkeit, so daß die Josephson-Übergangsvorrichtung auf dem polymeren Film gebildet werden kann. Außerdem kann die Josephson-Übergangsvorrichtung auf dem wärmebeständigen polymeren Film gebildet werden, während das Substrat in einem ebenen Formzustand gehalten wird, indem ein laminierter Konfigurationsabschnitt durch ein Tieftemperaturverfahren und in einem belastungsfreien Zustand gebildet wird und ein selektiver Ätzprozeß ausgeführt wird. Daher ist während des Herstellungsprozesses bei der Handhabung keine besondere Vorsicht erforderlich.
Als nächstes werden die bevorzugten Ausführungsformen einer Josephson-Übergangsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erläutert.
Figuren 2A bis 2D sind Schnittdiagramme, die Ausführungsformen gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in Fig. 2A gezeigt, ist eine Vielzahl von Josephson-Übergangsanordnungen 2 auf einem polymeren Film 1 gebildet, der eine hohe Wärmebeständigkeit und Flexibilität besitzt. Eine integrierte Josephson-Schaltung 4 wird durch Verbinden von Supraleiterverdrahtungen 5 (die durch eine Supraleiterverdrahtungsschicht 20 gebildet sind) zwischen den Josephson-Übergangsanordnungen 2 hergestellt. Es sei erwähnt, daß der polymere Film 1 Flexibilität besitzt, wie in den Zeichnungen gezeigt, und somit können die Josephson- Übergangsanordnungen auf einem Stützglied 10, das eine konvex gekrümmte Oberfläche hat, gekrümmt angeordnet werden.
Der polymere Film 1 ist zum Beispiel aus einem Polyimidfilm gebildet, dessen Dicke auf etwa 100 µm festgelegt ist. Es sei erwähnt, daß der Polyimidfilm eine Wärmebeständigkeitscharakteristik bis zu etwa 300 ºC hat. Deshalb kann diese Josephson-Übergangsvorrichtung unter Verwendung eines Tieftemperaturprozesses unter einer Temperatur von etwa 300 ºC hergestellt werden.
Figur 2B zeigt eine Josephson-Übergangsvorrichtung, die dieselbe Konfiguration wie jene hat, die in Fig. 2A gezeigt ist, wobei die Josephson-Übergangsvorrichtung auf einer konkav gekrümmten Oberfläche angeordnet ist. Falls das Substrat 1 flexibel ist, sei erwähnt, daß die Josephson- Übergangsvorrichtung entweder auf der in Fig. 2A gezeigten konvex gekrümmten Oberfläche oder auf der in Fig. 2B gezeigten konkav gekrümmten Oberfläche angeordnet werden kann.
Figur 2C zeigt eine Josephson-Übergangsvorrichtung einer anderen Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Beide Seitenabschnitte des Stützgliedes 10 sind nämlich als Oberflächen mit ebener Form gebildet, und ein Mittelabschnitt des Stützgliedes 10 ist als gekrümmte Oberfläche gebildet. Der polymere Film 1, der flexibel ist, ist auf die Oberfläche des Stützgliedes 10 laminiert, und Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b, die die Josephson-Übergangsanordnungen 2 enthalten, sind auf den Oberflächenabschnitten mit der ebenen Form gebildet, die beiden Seitenabschnitten des Stützgliedes 10 entsprechen. Ferner sind auf dem gekrümmten Abschnitt des Stützgliedes 10 Supraleiterverdrahtungen 5 gebildet.
Figur 2D zeigt eine Josephson-Übergangsvorrichtung noch einer anderen Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 2D gezeigt, sind Supraleiterverdrahtungen 5 auf dem mittleren Abschnitt eines polymeren Films 1 gebildet, der flexibel ist, und Josephson- Übergangsschaltungen 4a und 4b sind auf beiden Oberflächen von beiden Seiten des polymeren Films 1 gebildet. Es sei erwähnt, daß die Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b auf derselben Seite der Oberfläche des polymeren Films 1 gebildet sind. Nachdem diese Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b gebildet sind, wird der polymere Film 1 gefaltet, indem sein mittlerer Abschnitt gebogen wird, und die Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b werden auf die Oberfläche des Stützgliedes 10 laminiert. Es sei angemerkt, daß zwischen den Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b eine elektrische Verbindung vorgenommen wird, falls sie erforderlich ist. Wie oben beschrieben, ist ein räumlicher Modul herzustellen, der aus den Josephson-Übergangsschaltungen in einer dreidimensionalen Anordnung montiert wird.
Bei den obigen Ausführungsformen sollte der polymere Film 1, der als Substrat der Josephson-Übergangsvorrichtung verwendet wird, aus Materialien sein, die die Bildung von Josephson-Übergangsschaltungen 4a und 4b auf sich ermöglichen. Die hohe Wärmebeständigkeit des polymeren Films 1 ist nämlich vorgegeben, um die Form des polymeren Films 1 während des Herstellungsprozesses der Josephson-Übergangs vorrichtung beizubehalten. Eine Backtemperatur des Fotoresists ist zum Beispiel auf eine Temperatur unter 150 ºC festgelegt, und eine Temperatur des Zerstäubungsprozesses kann auf eine Temperatur unter 200 ºC festgelegt sein. Deshalb ist die Wärmebeständigkeit des polymeren Films 1 auf etwas über 200 ºC festgelegt. Des weiteren sollte der polymere Film 1 gegenüber organischen Lösungsmitteln, Säuren, Alkalien und dergleichen beständig sein.
Zum Herstellen der Josephson-Übergangsvorrichtung ist es nämlich erforderlich, daß der polymere Film gegenüber organischen Lösungsmitteln, Säuren, Alkalien und dergleichen beständig ist und eine Wärmebeständigkeit gegenüber einer Temperatur von etwa 200 ºC hat. Genauer gesagt, Materialien, die die obigen Bedingungen aufweisen, sind zum Beispiel Polyimid, Aramid, Polyphenylensulfit (PPS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylenterephthalat (PET) und dergleichen.
Es sei erwähnt, daß die Dicke des polymeren Films (Substrat) bestimmt sein sollte, um eine geeignete Flexibilität und ausreichende Festigkeit zu besitzen. Eine zu bevorzugende Dicke des Polyimidfilms ist zum Beispiel auf 7,5 µm 125 p.m festgelegt. Ferner ist eine zu bevorzugende Dicke des Aramidfilms auf 1,5 µm 100 p.m festgelegt, ist jene des PPS-Films auf 2 µm 125 µm festgelegt, ist jene des PEEK-Films auf 25 µm 400 µm festgelegt, und ist jene des PET-Films auf 1,5 µm 500 µm festgelegt.
Wenn die Josephson-Übergangsschaltung auf dem oben beschriebenen polymeren Film gebildet wird und wenn die Josephson-Übergangsvorrichtung von dem polymeren Film abgetrennt wird, ist das Substrat nicht so hart wie die integrierte Halbleiterschaltung der verwandten Technik, so daß das Substrat durch eine Schere oder ein Trennmesser getrennt werden kann. Ferner kann die Form des Substrats variiert werden, um andere Formen als nur gerade Linien zu haben.
Figuren 3A bis 3D sind Ebenendiagramme, die Formen von Ebenen eines polymeren Films zeigen, der eine hohe Wärmebeständigkeit und Flexibilität besitzt.
Figur 3A zeigt den Fall, wenn ein Substrat 1a auf dieselbe Weise wie eine allgemeine integrierte Halbleiterschaltung zu einer rechteckigen Form geschnitten ist. In Fig. 3A ist eine längliche Form beschrieben, aber das Substrat kann auch zu einer quadratischen Form geschnitten werden.
Figur 3B zeigt den Fall, wenn ein Substrat 1b zu der Form eines Polygons geschnitten ist. Wenn das Substrat 1b zu der Form eines Sechsecks geschnitten wird, wie in Fig. 3B gezeigt, ist das sechseckige Substrat 1b zum Bilden von Josephson-Übergangsschaltungen mit dreifacher Symmetrie oder sechsfacher Symmetrie geeignet.
Figur 3C zeigt den Fall, wenn ein Substrat 1 zu einer runden Form geschnitten ist. In diesem Fall hat das Substrat keine Ecke.
Ferner braucht das Substrat nicht nur zu einer regelmäßigen Form geschnitten zu werden, sondern kann auch zu einer unregelmäßigen Form geschnitten werden.
Figur 3D zeigt den Fall, wenn ein Schaltungsabschnitt 7 eines Substrats 1d zu einer rechteckigen Form geschnitten ist, ein Anschlußabschnitt 8 des Substrats 1d so geschnitten ist, um zum Bilden von Anschlußleitungen des Streifentyps von dem Schaltungsabschnitt geeignet zu sein, und das geschnittene Substrat 1d bildet eine komplexe Form.
Es sei erwähnt, daß das Substrat gemäß spezieller Anforderungen offensichtlich zu verschiedenen Formen geschnitten werden kann, abgesehen von den Formen der Substrate 1a bis 1d, die in Fig. 3A bis 3D gezeigt sind.
Bei den oben beschriebenen Josephson-Übergangsvorrichtungen ist es vorzuziehen, zum Bilden eines Films bei niedriger Temperatur ein Material wie Niob (Nb) zu verwenden, da ein Josephson-Übergang bei niedrigen Temperaturbedingungen gebildet werden sollte. Deshalb ist ein vorzuziehendes Verfahren zum Bilden eines Films ein physikalisches Abscheidungsverfahren, wie ein Zerstäubungsverfahren, Dampfabscheidungsverfahren und dergleichen.
Figuren 4A bis 4J zeigen Herstellungsprozesse von einer Ausführungsform einer Josephson-Übergangsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Figur 4A ist ein schematisches Diagramm, das einen Magnetronzerstäubungsprozeß zeigt. Zum Beispiel wird ein Polyimidfilm 11, dessen Dicke etwa 50 µm beträgt, auf einen Substratstützhalter 21 montiert und durch Vorrichtungen 22 an ihm befestigt. Ferner ist ein Target 23 aus Niob (Nb) an einer spezifischen Position angeordnet, und in einem Magnetfeld, das durch Magnete 24 erzeugt wird, und unter Einleitung eines Argon-(Ar)-Gases 25 wird eine Magnetronzerstäubung ausgeführt.
Wie in Fig. 4B gezeigt, wird zum Beispiel eine Nb- Schicht (untere Nb-Schicht) 13, deren Dicke etwa 200 nm (2000 Å) beträgt, auf dem Polyimidfilm 11 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 2,3 Pa (17 mTorr), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 150 nm/min (1500 Å/min), eines Gleichstroms von 1,5 A und in einem belastungsfreien Zustand ohne Erhitzen des Substrats gebildet. Als nächstes wird eine AlO -Barrierenschicht 15, deren Dicke etwa 7 nm (70 Å) beträgt, auf der Nb-Schicht 13 unter Einsatz des Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 2,3 Pa (17 mTorr), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 10 nm/min (100 Å/min), eines Gleichstroms von 0,1 A und in einem belastungsfreien Zustand gebildet. Ferner wird eine Nb-Schicht (obere Nb-Schicht) 17, deren Dicke etwa 150 nm (1500 Å) beträgt, auf der AlO -Barrierenschicht 15 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 2,3 Pa (17 mTorr), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 150 nm/min (1500 Å/min), eines Gleichstroms von 1,5 A und in einem belastungsfreien Zustand gebildet.
Es sei erwähnt, daß bei den oben beschriebenen Ausführungsformen andere Arten von Filmen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, verwendet werden können, indem das Target des Magnetronzerstäubungsverfahrens gewechselt wird. Des weiteren kann eine Vielzahl von Filmen, die aus verschiedenen Materialien bestehen, ohne Zurückführen des Druckes auf atmosphärischen Druck kontinuierlich gebildet werden. Wie in Fig. 4B gezeigt, wird ein laminierter Konfigurationsabschnitt auf dem Polyimidfilm 11 gebildet, indem eine untere Nb-Schicht 13, deren Dicke etwa 200 nm (2000 Å) beträgt, eine AlO -Schicht 15, deren Dicke etwa 7 nm (70 Å) beträgt, und eine obere Nb-Schicht 17, deren Dicke etwa 150 nm (1500 Å) beträgt, kontinuierlich abgeschieden werden. Als nächstes wird, wie in Fig. 4C gezeigt, eine Fotoresistschicht 27 auf den laminierten Konfigurationsabschnitt aufgetragen, die Fotoresistschicht wird entwickelt, und eine Resistmaske 27 wird gebildet.
Wie in Fig. 4D gezeigt, werden die obere Nb-Schicht 17 und die AlO -Barrierenschicht 15 unter Verwendung der Resistmaske 27 gemustert.
Zum Beispiel wird ein Ätzprozeß der oberen Nb-Schicht 17 unter Einsatz eines reaktiven Ionenätz-(RIE)-Verfahrens ausgeführt, unter der Bedingung des Einleitens von Kohlenstofftetrafluorid-(CF&sub4;)-Gas mit etwa 6,7 Pa (50 mTorr), das 5 % 0&sub2;-Gas als Ätzgas enthält, und der Bedingung des Anwendens einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von etwa 50 W zwischen ebenen, parallelen Plattenelektroden, deren Durchmesser auf etwa 280 mm festgelegt ist. Ferner wird ein Ätzprozeß der AlO -Barrierenschicht 15 unter Einsatz einer ähnlichen RIE-Vorrichtung des ebenen, parallelen Plattentyps ausgeführt, unter der Bedingung des Einleitens von Ar-Gas mit etwa 2 Pa (15 mTorr) als Ätzgas und des Anwendens einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von etwa 100 W zwischen den ebenen, parallelen Plattenelektroden. Unter den oben beschriebenen Bedingungen wird an dem laminierten Konfigurationsabschnitt, der auf dem Polyimidfilm gebildet ist, keine Belastung verursacht, und somit wird der Polyimidfilm 11 in ebener Form gehalten.
Wie in Fig. 4E gezeigt, wird eine andere Resistmaske 29 auf dem laminierten Konfigurationsabschnitt gebildet, wenn die obere Nb-Schicht 17 und die AlO -Barrierenschicht 15 gemustert sind. Es sei erwähnt, daß diese Resistmaske 29 verwendet wird, um die untere Nb-Schicht 13 selektiv zu ätzen.
Wie in Fig. 4F gezeigt, wird die untere Nb-Schicht 13 durch ein RIE-Verfahren unter Verwendung der Resistmaske 29 selektiv geätzt. Es sei erwähnt, daß die Bedingungen dieses RIE-Verfahrens dieselben wie die obigen Bedingungen sind, zum Beispiel wird der Ätzprozeß ausgeführt unter der Bedingung des Einleitens von CF&sub4;-Gas mit etwa 6,7 Pa (50 mTorr), das 5 % O&sub2;-Gas als Ätzgas enthält, und des Anwendens einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von etwa 50 W zwischen ebenen, parallelen Plattenelektroden.
Wie oben beschrieben, wird ein Josephson-Übergang, der eine spezifische Form hat, durch Mustern der oberen Nb- Schicht 17, der AlO -Barrierenschicht 15 und der unteren Nb- Schicht 13 gebildet.
Wie in Fig. 4G gezeigt, wird über der Josephson-Übergangsanordnung eine SiO -Isolierschicht 19 unter Einsatz eines Dampfabscheidungsverfahrens in einer O&sub2;-Atmosphäre gebildet. Es sei erwähnt, daß das Dampfabscheidungsverfahren bei niedriger Temperatur ausgeführt werden kann.
Danach wird ein Resistfilm 31 auf der SiO -Isolierschicht 19 gebildet, eine Resistmaske wird durch Entwickeln des Resistfilms gebildet, die SiO -Isolierschicht 19 wird unter Verwendung der Resistmaske gemustert, und dann wird ein Öffnungsabschnitt 32 auf der oberen Nb-Schicht 17 gebildet.
Es sei erwähnt, daß ein Ätzprozeß der SiO -Isolierschicht zum Beispiel unter Verwendung einer RIE-Vorrichtung mit ebenen, parallelen Platten ausgeführt wird, unter der Bedingung des Einleitens von CHF&sub3;-Gas mit etwa 2,0 Pa (15 mTorr), das 20 % O&sub2;-Gas als Ätzgas enthält, und des Anwendens einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von etwa 100 W zwischen den ebenen, parallelen Plattenelektroden.
Nach dem Bilden des Öffnungsabschnittes wird, wie in Fig. 4I gezeigt, eine Nb-Schicht 20, die als Verdrahtungsschicht verwendet wird, unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens gebildet, unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 17 mTorr (2,3 Pa), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 150 nm/min (1500 Å/min), eines Gleichstroms von 1,5 A und in einem belastungsfreien Zustand. Es sei erwähnt, daß diese Nb-Schicht ohne Erhitzen des Sub strats gebildet werden kann.
Danach werden, wie in Fig. 4J gezeigt, Supraleiterverdrahtungen (5) durch Mustern der Nb-Schicht 20 gebildet. Des weiteren kann über deren Oberfläche ein Isolierschutzfilm gebildet werden.
Wie oben beschrieben, kann auf dem Polyimidfilm 11, der eine hohe Wärmebeständigkeit und Flexibilität besitzt, eine Josephson-Übergangsvorrichtung unter Einsatz eines Tieftemperaturprozesses gebildet werden.
Figuren 5A bis 5C sind erläuternde Diagramme, die ein anderes Beispiel eines Herstellungsverfahrens einer Josephson-Übergangsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren einer Josephson-Übergangsvorrichtung werden ein Schritt zum Bilden eines laminierten Konfigurationsabschnittes 9, ein Schritt zum Ätzen des laminierten Konfigurationsabschnittes 9 und ein Schritt zum Bilden einer Supraleiterverdrahtungsschicht 20 in einem belastungsfreien Zustand ausgeführt. Jedoch kann eine Belastungsbedingung verwendet werden, um die Form der Josephson-Übergangsvorrichtung oder des Polyimidfilms 11 zu bestimmen.
Dementsprechend wird als nächstes ein anderes Herstellungsverfahren einer Josephson-Übergangsvorrichtung erläutert. Es sei erwähnt, daß unten nur Schritte erläutert werden, die sich von dem obigen Herstellungsverfahren unterscheiden, das unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4J beschrieben wurde. Beim Schritt zum Bilden des laminierten Konfigurationsabschnittes 9, der in Fig. 4A gezeigt ist, ist, wenn die untere Nb-Schicht 13, die AlO -Barrierenschicht 15 und die obere Nb-Schicht 17 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 10 mTorr (1,3 Pa), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 150 nm/min (1500 Å/min), eines Gleichstroms von 1,5 A gebildet (abgeschieden) werden, die Form der Josephson-Vorrichtung (Form des Polyimidfilms 11) als konvex gekrümmte Form festgelegt, wie in Fig. 5A gezeigt. In diesem Fall wird der Schritt zum Bilden einer Supraleiterverdrahtungsschicht 20 unter der Bedingung eines Ar-Gas druckes von 10 mTorr ausgeführt. Es sei erwähnt, daß der Schritt zum Ätzen des laminierten Konfigurationsabschnittes 9 nicht unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 10 mTorr ausgeführt zu werden braucht.
Beim Abscheiden der unteren Nb-Schicht 13, der AlO -Barrierenschicht 15 und der oberen Nb-Schicht 17 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 3,3 Pa (25 mTorr), einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 150 nm/min (1500 Å/min) und eines Gleichstroms von 1,5 A ist die Form des Polyimidfilms 11 im Gegensatz dazu als konkav gekrümmte Form festgelegt, wie in Fig. 5B gezeigt. In diesem Fall wird der Schritt zum Bilden einer Supraleiterverdrahtungsschicht 20 unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 3,3 Pa (25 mTorr) ausgeführt. Es sei erwähnt, daß der Schritt zum Ätzen des lami nierten Konfigurationsabschnittes 9 nicht unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 3,3 Pa (25 mTorr) ausgeführt zu werden braucht.
Noch ein anderes Herstellungsverfahren einer Josephson- Übergangsvorrichtung wird erläutert. Es sei erwähnt, daß unten nur Schritte erläutert werden, die sich von dem obigen Herstellungsverfahren unterscheiden, das unter Bezugnahme auf Fig. 4A bis 4J beschrieben wurde. Beim Schritt zum Bilden einer Supraleiterverdrahtungsschicht (Nb-Schicht) 20, die in Fig. 4I gezeigt ist, ist die Form der Josephson- Vorrichtung (Form des Polyimidfilms 11) als konvex gekrümmte Form festgelegt, wie in Fig. 5A gezeigt, wenn die Nb-Schicht 20 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 1,3 Pa (10 mTorr) gebildet (abgeschieden) wird. In diesem Fall wird der Schritt zum Bilden des laminierten Konfigurationsabschnittes 9 in einem belastungsfreien Zustand ausgeführt (Ar-Gasdruck von 2,3 Pa (17 mTorr)).
Beim Abscheiden der Nb-Schicht 20 unter Einsatz eines Magnetronzerstäubungsverfahrens unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 3,3 Pa (25 mTorr) ist im Gegensatz dazu die Form des Polyimidfilms 11 als konkav gekrümmte Form festgelegt, wie in Fig. 5B gezeigt. In diesem Fall wird der Schritt zum Bilden des laminierten Konfigurationsabschnittes 9 in einem belastungsfreien Zustand ausgeführt (Ar-Gasdruck von 2,3 Pa (17 mTorr)).
In diesem Fall sollte der polymere Film 1 (Polyimidfilm 11) durch einen vorzuziehenden Klebstoff 110 auf einem harten Substrat 111 (zum Beispiel Siliziumsubstrat) kleben, bis die Josephson-Übergangsvorrichtung hergestellt ist. Bevor nämlich ein laminierter Konfigurationsabschnitt 9 auf einem Polyimidfilm 11 abgeschieden wird, wird der Polyimidfilm 11 vorher unter Verwendung eines Klebstoffs 110 mit einem Siliziumsubstrat 111 verbunden. Ferner wird nach dem Bilden einer Supraleiterverdrahtungsschicht 20 der Polyimidfilm 11, der eine Josephson-Übergangsanordnung 2 (oder eine Josephson-Übergangsvorrichtung) enthält, von dem Siliziumsubstrat 111 unter Verwendung eines vorzuziehenden Lösungsmittels zum Auflösen des Klebstoffs 110 abgeschält.
In den obigen Ausführungsformen wird der Supraleiter aus Niob (Nb) hergestellt, aber der Supraleiter kann auch aus anderen supraleitfähigen Materialien hergestellt werden, wie NbN, das als Film durch einen Tieftemperaturprozeß gebildet wird.
Ferner wird in den obigen Ausführungsformen ein Film des Supraleiters unter Verwendung eines Magnetronzerstäubungsverfahrens gebildet, aber der supraleitfähige Film kann durch ein Dampfabscheidungsverfahren oder ein anderes Zerstäubungsverfahren gebildet werden. Außerdem wird in der obigen Ausführungsform erläutert, daß die SiO -Isolierschicht unter Einsatz eines Dampfabscheidungsverfahrens in einer O&sub2;-Atmosphäre gebildet wird, aber zum Abscheiden des SiO&sub2; kann ein anderes Verfahren eingesetzt werden, wie zum Beispiel ein Plasma-CVD-Verfahren.
Es sei erwähnt, daß der Polyimidfilm 11 ausgewählt ist, um die Josephson-Übergangsanordnung physikalisch zu stützen und eine spezifische Biegecharakteristik zu gestatten. Diese Josephson-Übergangsvorrichtung, die auf solch einem Polyimidfilm gebildet ist, kann auf einer gekrümmten Oberfläche angeordnet werden.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Josephson-Übergangsvorrichtung hergestellt, wie oben beschrieben, um Flexibilität zu besitzen, und somit kann die Josephson-Übergangsvorrichtung nicht nur auf einer ebenen Oberfläche angeordnet werden, sondern sie kann in der Praxis auch auf einer gekrümmten Oberfläche angeordnet werden. Ferner hat ein flexibles Substrat eine anpaßfähige Charakteristik, und somit kann es leicht gehandhabt werden. Deshalb kann eine Josephson-Vorrichtung, die in einer Konfiguration mit hoher Dichte gebildet ist, durch Falten des Substrats unter Verwendung von dessen anpaßfähiger Charakteristik realisiert werden.
Bei Herstellungsprozessen der Josephson-Übergangsvorrichtung werden, wie oben beschrieben, besonders die Fotoresist-Musterbildungsprozesse viele Male ausgeführt, und Wasser oder organische Lösungsmittel, z. B. Aceton und Alkohol, werden zum Entfernen des Fotoresists nach dem Ätzprozeß oft verwendet. Es sei erwähnt, daß sich der funktionelle polymere Film, der für ein Substrat verwendet wird, im Vergleich zu den anderen polymeren Filmen in Wasser oder organischen Lösungsmitteln schwer lösen läßt, aber das Wasser oder die organischen Lösungsmittel dringen in den funktionellen polymeren Film ein. Daher kann das Problem verursacht werden, daß der funktionelle polymere Film 11, der in einem Anfangszustand eine ebene Form und eine exakte Größe hat, wie in Fig. 6A gezeigt, zu dem funktionellen polymeren Film 11 verändert werden kann, der eine unnötige Dehnung oder eine unnötige Wölbung hat, die in Fig. 6B oder 6C gezeigt ist, so daß bei einem Übergangsmuster eine Maßdiskrepanz auftreten kann. Außerdem sind in einem hochempfindlichen Magnetsensor ein winziger Übergang und ein winziges Muster erforderlich, und somit kann eine Maßdiskrepanz von geringem Grade ein großes Hindernis sein.
Als nächstes wird ein Prinzip eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung erläutert.
Figur 7 ist ein erläuterndes Diagramm eines Prinzips gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 7 bezeichnet Bezugszahl 1(11) einen funktionellen polymeren Film, und 12 bezeichnet einen Schutzfilm. Um die obigen Probleme zu lösen, ist es wichtig, daß der funktionelle polymere Film während des Herstellungsprozesses nicht direkt mit Wasser oder organischen Lösungsmitteln kontaktiert wird.
Deshalb wird, wie in Fig. 7 gezeigt, bevor ein Josephson-Übergang (laminierter Konfigurationsabschnitt 9) gebildet wird, der Schutzfilm 12 unter Einsatz eines Dampfabscheidungsverfahrens, eines Zerstäubungsverfahrens oder eines CVD-Verfahrens über beide Seiten des funktionellen polymeren Films 11 gebildet. Der Schutzfilm 12, der ein Siliziumoxid zum Schutz vor Benetzung ist, die durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird, wird nämlich über den funktionellen polymeren Film 11 gebildet. Es sei erwähnt, daß der Schutzfilm 12 in diesem Fall über beide Seiten des funktionellen polymeren Films 11 abgeschieden werden sollte. Wenn zum Beispiel der Schutzfilm 12 auf einer Seite des funktionellen polymeren Films 11 abgeschieden wird, kann eine Wölbung des funktionellen polymeren Films vergrößert werden.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schutzfilm 12 über beide Seiten des funktionellen polymeren Films 11 gebildet, und der funktionelle polymere Film 11 wird während der Prozesse zum Bilden der Josephson- Übergangsanordnung nicht direkt mit dem Wasser oder den organischen Lösungsmitteln kontaktiert, so daß das Benetzen des funktionellen polymeren Films 11, das durch das Wasser oder die organischen Lösungsmittel verursacht wird, verhindert werden kann. Deshalb wird keine Maßdiskrepanz eines Musters verursacht, und die Zuverlässigkeit des Musters kann erhöht werden, wenn eine winzige Josephson-Übergangsanordnung gebildet wird.
Figuren 8A bis 8G sind Querschnittsdiagramme, die kontinuierliche Prozesse einer Ausführungsform des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung zeigen.
In Fig. 8A bis 8G bezeichnet Bezugszahl 11 einen Polyimidfilm, bezeichnet 12 einen SiO -Film, bezeichnet 13 einen Nb-Film, bezeichnet 15 einen AlO -Film, bezeichnet 17 einen Nb-Film, bezeichnet 9 einen Josephson-Übergang (laminierter Konfigurationsabschnitt), bezeichnet 27 ein erstes Fotoresist, bezeichnet 29 ein zweites Fotoresist, bezeichnet 19 einen SiO -Film, bezeichnet 31 ein drittes Fotoresist, bezeichnet 32 einen Öffnungsabschnitt, bezeichnet 20 eine Nb-Verdrahtung, und bezeichnet 33 ein viertes Fotoresist. Es sei erwähnt, daß SiO ein Siliziumoxid der Zustände von SiO bis Si0&sub2; kennzeichnet, und somit ist X festgelegt als 1< X< 2.
Es sei erwähnt, daß ein Beispiel zum Bilden des laminierten Konfigurationsabschnittes, der aus einer unteren Nb- Schicht 13, einer AlO -Barrierenschicht 15 und einer oberen Nb-Schicht 17 (Nb/AlO /Nb-Schichten) besteht, auf einem Substrat, das aus dem Polyimidfilm 11 besteht, dessen Dicke auf etwa 50 µm festgelegt ist, später erläutert wird.
Die nächste Tabelle zeigt Beziehungen zwischen der Dicke der Schutzfilme aus SiO und den Anzahlen von Defekten in den Schutzfilmen. Es sei erwähnt, daß der Schutzfilm aus SiO wie in der folgenden Tabelle gezeigt, durch Dampfabscheidung unter der Bedingung von Vakuumdruck gebildet ist, und der Schutzfilm aus SiO ist durch Dampfabscheidung unter der Bedingung von Vakuumdruck von 1 x 10&supmin;&sup4; Torr und der O&sub2;-Atmosphäre gebildet. Abscheidung Dicke: 100 nm (1000 Å) Dicke: 300 nm (3000 Å) SiO O&sub2;-Atmosphäre 1 x 10&supmin;&sup4; 60 Stück/cm² 2 3 Stück/cm²
Anzahl von Defekten: Stück/cm²
Wie in der obigen Tabelle gezeigt, kann die Anzahl von Defekten des SiO verringert werden, wenn dessen Dicke auf 300 nm (3000 Å) festgelegt wird.
Wie in Fig. 8A gezeigt, wird der SiO -Film 12 als Schutzfilm mit der Dicke von 300 nm (3000 Å) auf einer Vorderfläche des Polyimidfilms 11 als funktioneller polymerer Film unter der Bedingung eines Vakuumdrucks von 1 x 10&supmin;&sup4; Torr und der O&sub2;-Atmosphäre aufgedampft. Ferner wird der SiO -Film 12 als Schutzfilm mit der Dicke von 300 nm (3000 Å) auf einer hinteren Fläche des Polyimidfilms 11 unter Einsatz desselben Verfahrens aufgedampft.
Als nächstes wird, wie in Fig. 8B gezeigt, der Nb-Film 13 als untere Elektrode mit der Dicke von 200 nm (2000 Å) auf dem Polyimidfilm 11 unter der Bedingung eines Argon(Ar)-Gasdruckes von 1,3 Pa (10 mTorr) unter Einsatz eines Zerstäubungsverfahrens abgeschieden, und dann wird ein Al- Film mit der Dicke von 7 nm (70 Å) unter der Bedingung eines Ar-Gasdruckes von 1,3 Pa (10 mTorr) abgeschieden. Ferner wird zum Beispiel in das Ar-Gas O&sub2;-Gas bis zu einer Rate von 10% eingeleitet, und der Al-Film wird eine Stunde lang unter dem Ar-Gasdruck von 90 Pa (0,7 Torr) einschließlich der 10 % des O&sub2;-Gases oxydiert. Als nächstes wird der Nb- Film 17 als obere Elektrode mit der Dicke von 150 nm (1500 Å) unter Einsatz desselben Verfahrens wie zum Abscheiden der unteren Elektrode abgeschieden, so daß der Josephson-Übergang der Nb/AlO /Nb-Schichten gebildet ist.
Wie in Fig. 8C gezeigt, wird der Nb-Film der oberen Elektrode unter Verwendung des ersten Fotoresists 27 als Maske gemustert, und nutzloses Niob Nb wird durch ein RIE- Verfahren unter Verwendung von Kohlenstofftetrafluorid- (CF&sub4;)-5%O&sub2;-Gas unter dem Gasdruck von 50 mTorr und durch Anwenden einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von 50 W entfernt.
Ohne das erste Fotoresist 27 zu entfernen, wird kontinuierlich eine Barrierenschicht des AlO -Films 15 unter Einsatz eines Zerstäubungsätzverfahrens in der Ar-Gasatmosphäre entfernt.
Wie in Fig. 8D gezeigt, wird der Nb-Film 13 unter Verwendung des zweiten Fotoresists 29 als Maske und unter Einsatz des RIE-Verfahrens auf dieselbe Weise wie oben geätzt, so daß die untere Elektrode gebildet wird.
Als nächstes wird, wie in Fig. 8E gezeigt, zum Beispiel nach dem Aufdampfen des SiO -Films 19 mit der Dicke von 350 nm (3500 Å) unter der Bedingung eines Vakuumdruckes von 1 x 10&supmin;&sup4; Torr und der O&sub2;-Atmosphäre ein Kontaktmuster unter Verwendung des dritten Fotoresists 31 als Maske gebildet, wie in Fig. 8F gezeigt. Ferner wird der Öffnungsabschnitt 32 durch das RIE-Verfahren zum Entfernen des SiO -Films 19 unter Verwendung von Trifluoridmethan-(CHF&sub3;) 20%O&sub2;-Gas unter dem Gasdruck von 2,0 Pa (15 mTorr) und durch Anwenden einer Energie mit hoher Frequenz (13,56 MHz) von 100 W gebildet.
Schließlich wird, wie in Fig. 8G gezeigt, der Nb-Film 20 von 600 nm (6000 Å) unter Einsatz desselben Verfahrens wie in der obigen Beschreibung abgeschieden, und der Nb-Film 20 wird unter Verwendung des vierten Resists 33 als Maske geätzt, so daß die Nb-Verdrahtung 20 gebildet wird und die Josephson-Übergangsanordnung oder die Josephson-Übergangsvorrichtung vollendet ist.
In den obigen Ausführungsformen ist der SiO -Film 12 auf beiden Seiten des funktionellen polymeren Films 11 gebildet, um den funktionellen polymeren Film 11 vor Benetzung des funktionellen polymeren Films 11 zu schützen, die durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird, die während des Herstellungsprozesses viele Male verwendet werden. Es sei erwähnt, daß der Schutzfilm 12, der beide Seiten des funktionellen polymeren Films bedeckt, aus Fluorid, z. B. Calciumfluorid (CaF&sub2;), Bariumfluorid (BaF&sub2;), Magnesiumfluorid (MgF&sub2;) und dergleichen hergestellt sein kann. Diese Fluoride CaF&sub2;, BaF&sub2; oder MgF&sub2; reichen zum Schutz des funktionellen polymeren Films durch Bilden einer Dicke von etwa 100 nm (1000 Å) auf dem funktionellen polymeren Film aus. Es sei erwähnt, daß zum Beispiel diese Fluoridschutzfilme gegenüber einem Ätzgas von CF&sub4; beständig sind, das bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 8C beschriebenen Prozeß verwendet wird. Außerdem können die Fluoridschutzfilme BaF&sub2; und MgF&sub2; entsprechend ihren Dampfdrücken auf dem funktionellen polymeren Film leichter abgeschieden werden als der Fluoridschutzfilm CaF&sub2;.
Des weiteren wird in der oben beschriebenen Ausführungsform, ähnlich wie bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Polyimidfilm als funktioneller polymerer Film verwendet, wobei außer diesem ein Aramidfilm, ein Polyphenylensulfit-(PPS)-Film, ein Polyetheretherketon(PEEK)-Film, ein Polyethylenterephthalat-(PET)-Film und dergleichen als funktioneller polymerer Film verwendet werden kann.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, wenn ein funktioneller polymerer Film als Substrat einer Josephson-Übergangsvorrichtung verwendet wird, vorher ein Schutzfilm über dem funktionellen polymeren Film gebildet, so daß ein Benetzen des funktionellen polymeren Films, das durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird, die während des Herstellungsprozesses viele Male verwendet werden, verhindert und eine Maßbeständigkeit des Films erhöht werden kann. Deshalb kann eine winzige Josephson-Übergangsanordnung auf dem polymeren Film gebildet werden, ohne eine Maßdiskrepanz eines Musters zu verursachen, und somit kann deren Zuverlässigkeit erhöht werden.

Claims

1. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung mit:

einem polymeren Film (1), der Flexibilität besitzt; und

einer Josephson-Übergangsschaltung (4), die auf dem genannten polymeren Film (1) gebildet ist, und welche Josephson-Übergangsschaltung (4) eine Josephson-Übergangsanordnung (2) und Verdrahtung (5) zum Verbinden mit der genannten Josephson-Übergangsanordnung (2) enthält.

2. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannte Josephson-Übergangsvorrichtung ferner einen Schutzfilm (3) umfaßt, der über beide Seiten des genannten polymeren Films (1) gebildet ist.

3. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der genannte Schutzfilm (3) aus Siliziumoxid hergestellt ist.

4. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Dicke des genannten Schutzfilms (3) auf etwa 300 nm festgelegt ist.

5. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der genannte Schutzfilm (3) aus Calciumfluorid, Bariumfluorid oder Magnesiumfluorid hergestellt ist.

6. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Verdrahtung (5) durch eine Supraleiterverdrahtungsschicht (20) gebildet ist.

7. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der genannte polymere Film (11) aus Polyimid hergestellt ist.

8. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke des genannten polymeren Films (1) auf 7,5 µm bis 125 µm festgelegt ist.

9. Eine Josephson-Übergangsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der genannte polymere Film (11) aus Polyetheretherketon, Polyphenylensulfit, Aramid oder Polyethylenterephthalat hergestellt ist.

10. Ein Verfahren zum Herstellen der Josephson-Übergangsvorrichtung, wie sie in irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche beschrieben ist, welches Verfahren die Schritte umfaßt zum Vorsehen eines flexiblen polymeren Films (1), Bilden einer Josephson-Übergangsanordnung (2) auf dem polymeren Film (1), und Bilden einer Verdrahtung (5), die mit der Josephson-Übergangsanordnung (2) verbunden ist.

11. Ein Verfahren zum Herstellen einer Josephson- Übergangsvorrichtung nach Anspruch 10, das ferner die Schritte umfaßt:

physikalisches Abscheiden eines laminierten Konfigurationsabschnittes (9), der aus einer ersten Supraleiterschicht (13), einer Barrierenschicht (15) und einer zweiten Supraleiterschicht (17) gebildet ist, auf dem genannten polymeren Film (1) bei einer spezifizierten Temperatur unter der Temperatur, bei der ein Verlust der genannten Wärmebeständigkeit des genannten polymeren Films (1) und eines belastungsfreien Zustandes auftritt, ohne den genannten polymeren Film (1) zu erhitzen;

Bilden der Josephson-Übergangsanordnung durch selektives Ätzen des genannten laminierten Konfigurationsabschnittes (9) bei einer spezifizierten Temperatur unter der Temperatur, bei der ein Verlust der genannten Wärmebeständigkeit und eines belastungsfreien Zustandes auftritt; und

Bilden der Verdrahtungsschicht (20) zum Verbinden der genannten Josephson-Übergangsanordnung bei einer spezifizierten Temperatur unter der Temperatur, bei der ein Verlust der genannten Wärmebeständigkeit und eines belastungsfreien Zustandes auftritt.

12. Ein Verfahren zum Herstellen einer Josephson- Übergangsvorrichtung nach Anspruch 11, bei dem das genannte Herstellungsverfahren ferner einen Schritt zum Bilden eines Schutzfilms (3) über beide Seiten des genannten polymeren Films (1) umfaßt, zum Schützen des genannten polymeren Films (1) vor Benetzen, das durch Wasser oder organische Lösungsmittel verursacht wird, vor dem Schritt zum physikalischen Abscheiden des genannten laminierten Konfigurationsabschnittes (9).

13. Ein Verfahren zum Herstellen einer Josephson- Übergangsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, das ferner die Schritte umfaßt:

Kleben des genannten polymeren Films (1) auf ein hartes Substrat (111) unter Verwendung eines Klebstoffs (110); und

Abschälen des genannten polymeren Films (1) von dem genannten harten Substrat (111) durch Auflösen des genannten Klebstoffs (110).

14. Ein Verfahren zum Herstellen einer Josephson- Übergangsvorrichtung nach Anspruch 13, bei dem der genannte Schritt zum Abscheiden des genannten laminierten Konfigurationsabschnittes (9) die Bedingung zum Anwenden einer Belastung enthält, um einen gekrümmten polymeren Film (1) zu erhalten.