[發明專利]薄膜金屬和合金的低速率電化學蝕刻

有效

• 申請號: 201210315742.4
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102965719A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: J·A·梅迪娜;T·Y·W·江;M·江
• 申請（專利權）人: 西部數據（弗里蒙特）公司
• 主分類號: C25F3/02
• 分類號: C25F3/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明涉及蝕刻，更具體地，涉及對諸如磁盤驅動器中使用的金屬和合金的低速率電化學蝕刻。

背景技術

蝕刻是廣為人知的，用于金屬和合金處理，更具體地，用于電子器件制造。例如，蝕刻一般用于磁記錄頭的制造。蝕刻可以通過多種方法實現，包括化學（濕式）蝕刻、電化學（濕式）蝕刻和（干式）離子銑（ion?milling）。

在化學（濕式）蝕刻中，襯底被浸入強酸或堿溶液中，并且暴露于溶液的襯底的表面被蝕刻掉。在電化學（濕式）蝕刻中，襯底也被浸入強酸或堿溶液，并且暴露于溶液的襯底的表面被蝕刻掉。然而，不同于化學（濕式）蝕刻，一旦襯底被浸入溶液中，凈陽極電流即被施加至襯底以促進蝕刻處理，其中凈陽極電流包括大的部分陽極電流分量和較小的部分陰極電流分量。

在（干式）離子銑期間，通過使用亞微型離子要素（例如，氬離子）轟擊襯底表面來促進蝕刻。通常，當離子轟擊襯底表面時，布置在表面上的材料被蝕刻掉。離子銑通常在襯底處于真空腔中時執行，并且襯底被置于旋轉臺上以確保襯底的均勻蝕刻。

依賴于襯底和襯底上的被蝕刻的材料，這些蝕刻方法中的任意方法可以使用保護層（例如，光刻膠層或者硬掩膜層）來保護襯墊的下層免受蝕刻處理。

發明內容

附圖說明

通過示例的方式而非限制性地根據附圖對本發明進行圖解說明，附圖中：

圖1A到圖1C是示出根據本發明的各實施例針對酸溶液中的包括金屬或者合金材料的示例襯底的極化曲線及其各個電流分量的圖形；

圖2是描繪根據本發明的實施例蝕刻速率作為電位的函數的圖形；

圖3是圖示根據本發明的實施例的蝕刻的示例方法的流程圖；

圖4是圖示根據本發明的實施例的確定電流范圍的示例方法的流程圖；

圖5是表示根據本發明的實施例基于電流條件針對示例合金的示例材料去除（厚度減少）作為時間的函數的圖形；

圖6是表示根據本發明的實施例基于電流條件針對示例合金的示例蝕刻速率的圖形；

圖7是根據本發明的實施例的示例種子材料蝕刻前和蝕刻后的圖像；

圖8是根據本發明的實施例的示例種子層蝕刻前和蝕刻后的圖像；以及

圖9是根據本發明的實施例的示例材料蝕刻前和蝕刻后的圖像。

具體實施方式

在以下描述中，為提供對本發明的各個實施例的徹底理解而闡述了各個細節，例如具體層結構和屬性的示例。然而對于本領域技術人員來說，不需要使用這些具體細節來實踐本發明的各個實施例是顯而易見的。在其它實例中，未詳細描述已知的部件或者方法以避免不必要地混淆本發明的各個實施例。

本發明的實施例包括使用凈陰極電流或者電位進行低速率（濕式）蝕刻的系統和方法。具體地，一些實施例通過在襯底浸入電解質時向襯底施加小的凈陰極電流來實現小于0.1nm/s的受控蝕刻速率。依賴于實施例，所使用的電解質可以包括與從襯底蝕刻掉的材料具有相同類型的陽離子。一些實施例在薄膜金屬和合金的蝕刻以及磁頭換能器晶片的制造中有用。

各個實施例的使用允許：（a）弱化學環境中的受控和低速率的蝕刻；（b）從襯底對最不貴重材料的選擇性蝕刻；（c）避免傳統化學或者電化學蝕刻中由于過度蝕刻或傳統離子銑中由于過度銑對襯底的相鄰層造成的損壞；（d）使用標準電鍍工具進行蝕刻的蝕刻；以及（e）部分蝕刻。

例如，關于蝕刻最不貴重材料，本發明的一些實施例可用于蝕刻與更低Fe磁合金接觸或與非磁性更貴重合金或者純金屬接觸的高Fe、NiFe、CoFe和CoNiFe磁合金。在另一示例中，標準電鍍工具通過陰極電流控制和在襯底表面上的均勻對流傳質分布可用于根據一些實施例執行蝕刻。

根據一些實施例，標準電鍍工具的使用允許該工具用于低速率蝕刻和鍍覆。例如，標準電鍍工具使用的用于磁合金鍍覆的化學物質通常是：（a）弱酸性的，其允許蝕刻速率低至次納米/秒；并且（b）包含高離子濃度的被蝕刻材料（通常為Co⁺²、Ni⁺²、Fe⁺²），其允許最小化或者消除可能的污染。另外，對于一些實施例，單個鍍覆單元中陰極電化學蝕刻與電化學沉積的結合可用于復雜納米級結構的制造上，諸如高力矩（moment）VP3鑲嵌柱。

為了描述一些實施例的功能，我們現在轉向圖1A-1C，其圖示根據本發明的各實施例的處于酸溶液中的金屬/合金材料（M）的極化曲線101及其電流分量（用極化曲線103和106表示）。