[发明专利]薄膜金属和合金的低速率电化学蚀刻

说明书

技术领域

本发明涉及蚀刻，更具体地，涉及对诸如磁盘驱动器中使用的金属和合金的低速率电化学蚀刻。

背景技术

蚀刻是广为人知的，用于金属和合金处理，更具体地，用于电子器件制造。例如，蚀刻一般用于磁记录头的制造。蚀刻可以通过多种方法实现，包括化学（湿式）蚀刻、电化学（湿式）蚀刻和（干式）离子铣（ion milling）。

在化学（湿式）蚀刻中，衬底被浸入强酸或碱溶液中，并且暴露于溶液的衬底的表面被蚀刻掉。在电化学（湿式）蚀刻中，衬底也被浸入强酸或碱溶液，并且暴露于溶液的衬底的表面被蚀刻掉。然而，不同于化学（湿式）蚀刻，一旦衬底被浸入溶液中，净阳极电流即被施加至衬底以促进蚀刻处理，其中净阳极电流包括大的部分阳极电流分量和较小的部分阴极电流分量。

在（干式）离子铣期间，通过使用亚微型离子要素（例如，氩离子）轰击衬底表面来促进蚀刻。通常，当离子轰击衬底表面时，布置在表面上的材料被蚀刻掉。离子铣通常在衬底处于真空腔中时执行，并且衬底被置于旋转台上以确保衬底的均匀蚀刻。

依赖于衬底和衬底上的被蚀刻的材料，这些蚀刻方法中的任意方法可以使用保护层（例如，光刻胶层或者硬掩膜层）来保护衬垫的下层免受蚀刻处理。

发明内容

附图说明

通过示例的方式而非限制性地根据附图对本发明进行图解说明，附图中：

图1A到图1C是示出根据本发明的各实施例针对酸溶液中的包括金属或者合金材料的示例衬底的极化曲线及其各个电流分量的图形；

图2是描绘根据本发明的实施例蚀刻速率作为电位的函数的图形；

图3是图示根据本发明的实施例的蚀刻的示例方法的流程图；

图4是图示根据本发明的实施例的确定电流范围的示例方法的流程图；

图5是表示根据本发明的实施例基于电流条件针对示例合金的示例材料去除（厚度减少）作为时间的函数的图形；

图6是表示根据本发明的实施例基于电流条件针对示例合金的示例蚀刻速率的图形；

图7是根据本发明的实施例的示例种子材料蚀刻前和蚀刻后的图像；

图8是根据本发明的实施例的示例种子层蚀刻前和蚀刻后的图像；以及

图9是根据本发明的实施例的示例材料蚀刻前和蚀刻后的图像。

具体实施方式

在以下描述中，为提供对本发明的各个实施例的彻底理解而阐述了各个细节，例如具体层结构和属性的示例。然而对于本领域技术人员来说，不需要使用这些具体细节来实践本发明的各个实施例是显而易见的。在其它实例中，未详细描述已知的部件或者方法以避免不必要地混淆本发明的各个实施例。

本发明的实施例包括使用净阴极电流或者电位进行低速率（湿式）蚀刻的系统和方法。具体地，一些实施例通过在衬底浸入电解质时向衬底施加小的净阴极电流来实现小于0.1nm/s的受控蚀刻速率。依赖于实施例，所使用的电解质可以包括与从衬底蚀刻掉的材料具有相同类型的阳离子。一些实施例在薄膜金属和合金的蚀刻以及磁头换能器晶片的制造中有用。

各个实施例的使用允许：（a）弱化学环境中的受控和低速率的蚀刻；（b）从衬底对最不贵重材料的选择性蚀刻；（c）避免传统化学或者电化学蚀刻中由于过度蚀刻或传统离子铣中由于过度铣对衬底的相邻层造成的损坏；（d）使用标准电镀工具进行蚀刻的蚀刻；以及（e）部分蚀刻。

例如，关于蚀刻最不贵重材料，本发明的一些实施例可用于蚀刻与更低Fe磁合金接触或与非磁性更贵重合金或者纯金属接触的高Fe、NiFe、CoFe和CoNiFe磁合金。在另一示例中，标准电镀工具通过阴极电流控制和在衬底表面上的均匀对流传质分布可用于根据一些实施例执行蚀刻。

根据一些实施例，标准电镀工具的使用允许该工具用于低速率蚀刻和镀覆。例如，标准电镀工具使用的用于磁合金镀覆的化学物质通常是：（a）弱酸性的，其允许蚀刻速率低至次纳米/秒；并且（b）包含高离子浓度的被蚀刻材料（通常为Co⁺²、Ni⁺²、Fe⁺²），其允许最小化或者消除可能的污染。另外，对于一些实施例，单个镀覆单元中阴极电化学蚀刻与电化学沉积的结合可用于复杂纳米级结构的制造上，诸如高力矩（moment）VP3镶嵌柱。

为了描述一些实施例的功能，我们现在转向图1A-1C，其图示根据本发明的各实施例的处于酸溶液中的金属/合金材料（M）的极化曲线101及其电流分量（用极化曲线103和106表示）。