DE2835577C2

DE2835577C2 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes und Dünnfilmmagnetkopf

Info

Publication number: DE2835577C2
Application number: DE2835577A
Authority: DE
Inventors: Gerrit Jan Koel; Lambertus Eindhoven Postma
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-14
Publication date: 1987-01-02
Also published as: FR2402271B1; JPS5446542A; GB2003430B; NL7709481A; DE2835577A1; FR2402271A1; US4239587A; JPS5734569B2; GB2003430A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes, bei dem mit Hilfe eines Photoätzverfahrens in einer auf einem Substrat angebrachten Schicht aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung ein Muster mit Böschungen gebildet wird, wobei die Nickel-Eisen-Schicht mit einer Oberschicht versehen wird, auf der eine Photolackschicht in einem Muster angebracht wird, das dem in der Nickel-Eisen- Schicht gewünschten Muster entspricht, so daß es die Oberschicht zum Teil frei läßt, wonach die Oberschicht und die Nickel-Eisen- Schicht in einem geeigneten Ätzbad gleichzeitig geätzt werden. Unter einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung sei hier eine Legierung auf der Basis von 35 . . . 90% Nickel verstanden, die nach Bedarf geringe Zusätze anderer Metalle wie Chrom, Molybdän, Mangan, Kupfer enthalten kann, siehe "The Proceedings of the Physical Society", Section B, Band 66, S. 221 . . . 239).
Bei der Herstellung von Dünnfilmmagnetköpfen, bei denen eine Isolierschicht mittels Kathodenzerstäubung auf einer auf einem Substrat angeordneten Nickel-Eisen- Schicht, in der ein Muster geätzt ist, angebracht wird, folgt die Isolierschicht den Konturen des Nickel-Eisen- Musters, d. h. die Isolierschicht weist Erhöhungen an der Stelle des Nickel-Eisen-Musters auf.
Es ist jedoch schwer, die Isolierschicht dem Relief der darunterliegenden Oberfläche derart anzupassen, daß die Dicke der Isolierschicht an allen Stellen gleich ist. Insbesondere bezieht sich dies auf die hochstehenden Ränder der Nickel-Eisen-Muster, bei welchen Rändern die Bedeckung mit der Isolierschicht meistens erheblich dünner ist als die in flachen Bereichen. Um dennoch den Rändern eine ausreichende Bedeckung zu geben, ist es faktisch notwendig, die Dicke der Isolierschicht in den flachen Bereichen viel größer zu machen als eigentlich notwendig ist; abhängig von der Höhe des Nickel-Eisen-Musters ist es beispielsweise üblich, die Isolierschicht in den flachen Bereichen anderthalbmal dicker zu machen als die Nickel-Eisen-Muster selbst.
In der Praxis ist es deshalb erwünscht, daß ein Nickel-Eisen-Muster wenigstens stellenweise Böschungen aufweist, wodurch Isoliermaterial und/oder elektrische Windungen, die auf dem Muster angebracht werden müssen, keine Diskontinuitäten aufweisen, wenn das Material oder die Windungen in einer dünnen Schicht aufgetragen werden.
Bei einem aus DE-OS 24 58 079 bekannten Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes mit einem Muster mit Böschungen in einer durch Kathodenzerstäubung angebrachten Nickel-Eisen-Schicht wird zwischen der zu ätzenden Nickel-Eisen-Schicht und der Photolackschicht eine Hilfsschicht verwendet, deren Ätzgeschwindigkeit größer ist als die der Nickel-Eisen-Schicht. Hierbei tritt Unterätzung der Hilfsschicht unter der Photolackschicht auf und die zu ätzende Schicht wird in einem größeren Bereich zugänglich, wodurch sich Böschungen bilden.
Ein Nachteil dieses Verfahrens beim Ätzen galvanisch angebrachter Nickel-Eisen-Schichten ist, daß die Ätzgeschwindigkeit der Hilfsschicht höher sein muß, aber nicht viel höher sein darf als die der zu ätzenden Schicht. Letzteres ist der Fall, wenn die Hilfsschicht und die zu ätzende Schicht mehr oder weniger leitend sind und ein galvanisches Element bilden können, wodurch die Hilfsschicht oft zu rasch verschwindet. Dadurch ist es schwer, Hilfsschichten geeigneter Zusammensetzung zu finden, die außerdem unter derartigen Bedingungen aufgetragen werden können, daß die magnetischen Eigenschaften der galvanischen Nickel-Eisen- Schicht nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß, wenn man schon ein geeignetes Material für eine Hilfsschicht finden kann, das Anbringen dieser Hilfsschicht in einem zweiten Bad erfolgen muß, wodurch sich das Verfahren zusätzlich kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch das die Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes vereinfacht und beschleunigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nickel-Eisen-Schicht in einem galvanischen Bad auf dem Substrat niedergeschlagen und dadurch mit einer Oberschicht aus Nickel- Eisen mit erhöhtem Eisengehalt versehen wird, und daß die Spannung des Bades in der letzten Phase des Niederschlagsprozesses gesenkt wird.
Die Dicke der Oberschicht beträgt z. B. weniger als 0,1 µm und die Dicke der Nickel-Eisen-Schicht selbst kann ein Vielfaches davon, beispielsweise etwa 3 µm, betragen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Ätzgeschwindigkeit einer Nickel-Eisen-Schicht bei größerem Eisengehalt höher ist, und daß, ausgehend von einer gegebenen Zusammensetzung eines galvanischen Bades, der Eisengehalt in einer daraus niedergeschlagenen Nickel-Eisen-Schicht ansteigt, wenn die Stromdichte verringert wird.
Man kann somit in der letzten Phase des Niederschlagvorganges der Nickel-Eisen-Schicht in einem galvanischen Bad vorteilhaft die Spannung des Bades senken, um eine Nickel-Eisen-Schicht mit einer Oberschicht höherer Ätzrate zu erhalten, die beim Ätzen das Entstehen von Böschungen gewährleistet.
Dabei gilt die Beziehung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;sin¤&udf57;°Ka&udf56;¤=¤@W:»tzgeschwindigkeit¤der¤Nickel-Eisen-Schicht:»tzgeschwindigkeit¤der¤Oberschicht&udf54;-&udf53;zl10&udf54;wenn α der gewünschte Neigungswinkel des Randes des Nickel-Eisen-Musters ist.
Durch das Variieren des Eisengehaltes in der Oberschicht können in galvanischen Nickel-Eisen-Schichten Muster mit Böschungen geätzt werden, deren Neigungswinkel in weiten Grenzen reproduzierbar eingestellt werden kann. So ist beispielsweise die Ätzgeschwindigkeit einer Nickel-Eisen-Schicht mit 57% Eisen zweimal höher als die Ätzgeschwindigkeit einer Nickel-Eisen-Schicht mit 21,5% Eisen.
Insbesondere an Stellen, an denen in einem nächsten Schritt auf dem Nickel-Eisen-Muster nur eine dünne Isolierschicht angebracht werden darf, beispielsweise beim Übertragungsspalt in einem Dünnfilmmagnetkopf, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil eingesetzt werden.
Auch in anderen Fällen kann das erfindungsgemäße Verfahren große Vorteile bieten. Es hat sich nämlich gezeigt, daß sogar in Strukturen, in denen das Anbringen einer dicken Isolierschicht auf einem Nickel-Eisen-Muster zugelassen werden kann, eine steile Böschung des Randes des Nickel-Eisen-Musters einen wesentlichen Nachteil bedeutet, wenn durch eine auf dem Nickel-Eisen-Muster angebrachte Isolierschicht hindurch ein Verbindungsloch gebildet werden muß, damit in einer späteren Phase der Herstellung eine zweite Nickel-Eisen- Schicht mit der (ersten) Nickel-Eisen-Schicht verbunden werden kann. Wenn auf übliche Weise auf chemischem Wege ein Loch in einer auf einem Nickel-Eisen-Muster angebrachten Isolierschicht geätzt wird, wird das Loch den Rand des Musters erreichen, und möglicherweise sogar seine Unterseite, bevor das Isoliermaterial über dem Muster entfernt ist. Für die Dauer der Entfernung des Rests des Isoliermaterials über dem Muster an der Stelle des Lochs wird ein ungewünschter Angriff vom Ätzmittel längs der Seite des Musters erfolgen, wodurch ein unerwünschter Schlitz entsteht, der eine schwache Stelle in der Struktur bedeutet. Diese "Schlitzkorrosion" ist offensichtlich einer bevorzugten Ätzerscheinung längs des Randes des Nickel-Eisen-Musters zuzuschreiben.
Durch die Erfindung ist es nunmehr möglich, derartige Verbindungslöcher problemlos herzustellen, weil durch das Anbringen einer einen höheren Eisengehalt enthaltenden und dadurch schneller ätzenden Oberschicht beim Ätzen ein Nickel-Eisen-Muster mit Böschungen entsteht.
Die am Nickel-Eisen-Muster angebrachten Böschungen bieten hier den Vorteil, daß beim späteren Ätzen der Verbindungslöcher das Isoliermaterial gleichmäßig weggeätzt wird, so daß kein Schlitzkorrosion auftritt. Das vorliegende Verfahren erlaubt insbesondere das Ätzen von Verbindungslöchern, die zumindest gleich weit sind wie der darunterliegende Teil des Nickel-Eisen-Musters.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen Dünnfilmmagnetkopf mit einem Substrat mit einer aus der Oberfläche des Substrats herausragenden Schicht aus einer magnetisierbaren Nickel- Eisen-Legierung, in der ein Muster geätzt und auf der eine elektrisch isolierende Schicht angebracht ist, wobei das Muster Ränder mit Böschungen in bezug auf das Substrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Eisen-Schicht eine Oberschicht hat, deren Eisengehalt höher ist als der Eisengehalt im übrigen Teil der Nickel-Eisen-Schicht. Der Neigungswinkel beträgt vorzugsweise 30 bis 50°. Bei Neigungswinkeln unter etwa 30° wird der Querschnitt des Nickel-Eisen- Musters zu klein. Bei Neigungswinkeln über etwa 50° ist der Übergang vom Substrat zum Nickel-Eisen-Muster nicht mehr gleichmäßig genug (die Neigung wird zu steil), wodurch sich Probleme beim einheitlichen Bedecken ergeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Magnetkopfes,
Fig. 2 schematisch einen Schnitt längs der Linie II-II des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfes und
Fig. 3 bis 5 verschiedene wichtige Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Teildarstellung).
Fig. 1 zeigt schematisch einen Dünnfilmmagnetkopf 1 des sogenannten vertikalen Typs, der mit einem magnetisierbaren Aufzeichnungsmedium 2 zusammenarbeitet. Mit 3 und 3&sub1; sind zwei auf einem Substrat 4 angebrachte Schichten aus Nickel-Eisen bezeichnet, die zusammen einen Magnetkern bilden. Obgleich ein einziger Magnetkern dargestellt ist, können auf dem Substrat 4 eine Vielzahl derartiger Magnetkerne angebracht sein. An der Stelle der Verbindung der Schichten 3 und 3&sub1; miteinander sind sie von einer vom Magnetkern isolierten (flachen) Windung 5 aus elektrisch leitendem Material umgeben. Der mit dem Aufzeichnungsmedium 2 in Flußkopplung gebrachte Teil ist mit einem Spalt 6 versehen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Magnetkopfes wird mit Hilfe eines Photoätzverfahrens in einer Schicht aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Schicht ein Muster in Form des beschriebenen Kernteils 3 angebracht. Der genaue Vorgang wird an Hand der Fig. 2, 3, 4 und 5 erläutert.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Magnetkopf nach Fig. 1 längs der Linie II-II in einer bestimmten Phase des Herstellungsverfahrens. Dort, wo Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes angibt, zeigt Fig. 2 diesen Kopf in der Vergrößerung und mit weiteren Einzelheiten.
Bei der Herstellung wird von einem polierten Siliziumsubstrat 4 von Halbleitergüte mit einem Querschnitt von ungefähr 4 cm und einer Dicke von 250 µm ausgegangen. Durch thermische Oxidation des Substrats bildet sich eine nicht dargestellte passivierende Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von 500 nm auf dem Substrat 4. Darauf wird eine TiO&sub2;-Schicht 12 mit einer Dicke von 5 nm durch Kathodenzerstäubung angebracht. Darauf wird auf galvanischem Wege eine Schicht 3 aus Nickel-Eisen niedergeschlagen. Hierzu wird das Substrat 4 in ein galvanisches Bad eingetaucht, das pro Liter
130 g NiSO&sub4; · 6 H&sub2;O;
28,3 g Fe (NH&sub4;)&sub2;(SO&sub4;) · 6 H&sub2;O;
40 g H&sub3;BO&sub3; und
30 g Saccharin
enthält.
Der galvanische Niederschlagsvorgang erfolgt bei einer Temperatur, die etwas über Raumtemperatur liegt, und bei einer Stromdichte von 50 mA/cm², wodurch eine Niederschlagsgeschwindigkeit von etwa 1 µm pro Minute erhalten wird. Die Stromdichte wird auf 10 mA/cm² gesenkt, wenn die Schicht 3 eine Dicke von 3 bis 4 µm hat. In etwa 30 Sekunden wird dabei eine Oberschicht 13 mit einer Dicke von 100 nm niedergeschlagen. Die Schicht 13 enthält hierdurch mehr Fe als die Schicht 12, die 21,2% Fe enthält, dagegen enthält die Schicht 13 57% Fe.
Auf der auf diese Weise mit einer Oberschicht 13 versehenen Schicht 3 wird eine Photolackschicht (nicht dargestellt) in einem Muster angebracht, das dem in der Nickel-Eisen-Schicht gewünschten Muster entspricht. Anschließend werden die Oberschicht 13 und die Schicht 3 in einem geeigneten Ätzbad gleichzeitig geätzt. Das Ätzbad kann beispielsweise aus einer wässerigen Lösung von Schwefelsäure, Wasserstofffluorid und Wasserstoffperoxid gemäß der Beschreibung in der DE-OS 24 58 079 bestehen.
Die Ätzgeschwindigkeit des Nickel-Eisens ist vom Eisengehalt abhängig. Es wurde gefunden, daß eine Nickel-Eisen-Schicht mit 21,5% Eisen eine Ätzgeschwindigkeit von 0,28 µm/min, eine Schicht mit 35% Eisen eine Ätzgeschwindigkeit von 0,41 µm/min und eine Schicht mit 57% Eisen eine Ätzgeschwindigkeit von 0,6 µm/min hat. Im vorliegenden Fall wird die Oberschicht 13 also zweimal schneller geätzt als die Schicht 3. Hierdurch bekommt die Schicht 3 Böschungen, in diesem Fall mit einem Neigungswinkel von etwa 30°. Nach dem Ätzverfahren wird die Photolackschicht mit Aceton entfernt. Schwankungen in der Dicke der Schicht üben im Prinzip keinen Einfluß auf die Größe des Neigungswinkel aus.
Weitere Einzelheiten sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt.
Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen detaillierteren Querschnitt längs der Linie III-III durch den Magnetkopf nach Fig. 1. Gemäß dieser Figur muß die Schicht 3 Böschungen aufweisen, um eine dünne Schicht aus nicht-magnetischem Material 7, die die Länge 1 des Spaltes 6 bestimmt, derart anbringen zu können, daß dennoch eine ausreichende Bedeckung des Nickel-Eisen-Musters gewährleistet ist. Die Spaltlänge 1 ist beispielsweise 1 µm.
Fig. 4 und 5 zeigen ebenfalls Querschnitte durch den Magnetkopf nach Fig. 1 längs der Linie III-III jedoch in Herstellungsphasen vor der in Fig. 3 dargestellten Situation.
Fig. 4 zeigt eine mit einer schneller ätzenden Oberschicht 13 versehene Schicht 3 aus Nickel-Eisen, auf der ein Photolackmuster 14 angebracht ist.
Fig. 5 zeigt, wie nach dem Ätzen die Schicht 3 Böschungen mit einem Neigungswinkel von etwa 30° aufweist.
Anhand der Fig. 2 wird jetzt noch die Vollendung des in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfes beschrieben.
Nach dem Ätzen der Schicht 3 im gewünschten Muster wird eine dünne Quarzschicht 7 durch Kathodenzerstäubung angebracht (Dicke etwa 1 µm). Auf der Schicht 7 wird durch Kathodenzerstäubung eine Doppelbeschichtung (nicht dargestellt) von 50 nm Mo, 20 nm Au, 100 nm Mo angebracht. Durch Ätzen mittels Kathodenzerstäubung wird in dieser Doppelbeschichtung das Muster einer flachen Spule mit sechs Windungen angebracht. Auf diesem Muster wird anschließend auf galvanischem Wege eine 2 µm dicke Kupferschicht niedergeschlagen, die die flache Spule 5 bildet.
Anschließend wird eine Quarzschicht 9 durch Kathodenzerstäubung angebracht. Hierin werden Verbindungslöcher 10 und 11 mit einem Ätzmittel geätzt, das aus einer wässerigen Lösung von Wasserstofffluorid und Ammoniumfluorid besteht. Um dafür zu sorgen, daß beim Ätzen der Verbindungslöcher die geeignete Quarzmenge zum Definieren der Spaltlänge zurückbleibt, ist für die Kathodenzerstäubung der Schicht 9 erst noch ein Ätzgrund 8 in Form einer Molybdän-Schicht von 100 nm Dicke angebracht.
Danach wird die zweite Nickel-Eisen-Schicht 3&sub1; angebracht. Um den Magnetkopf für den Gebrauch fertigzustellen, wird schließlich der Teil rechts von der Linie a-a&min; in Fig. 2 in einer Polierbearbeitung entfernt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes, bei dem mit Hilfe eines Photoätzverfahrens in einer auf einem Substrat angebrachten Schicht aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen- Legierung ein Muster mit Böschungen gebildet wird, wobei die Nickel-Eisen-Schicht mit einer Oberschicht versehen wird, auf der eine Photolackschicht in einem Muster angebracht wird, das dem in der Nickel-Eisen-Schicht gewünschten Muster entspricht, so daß es die Oberschicht zum Teil frei läßt, wonach die Oberschicht und die Nickel-Eisen-Schicht in einem geeigneten Ätzbad gleichzeitig geätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Eisen-Schicht in einem galvanischen Bad auf dem Substrat niedergeschlagen und dadurch mit einer Oberschicht aus Nickel-Eisen mit erhöhtem Eisengehalt versehen wird, und daß die Spannung des Bades in der letzten Phase des Niederschlagsprozesses gesenkt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzbad eine starke Säure, Wasserstoffperoxid und Wasserstofffluorid enthält.

3. Dünnfilmmagnetkopf mit einem Substrat mit einer aus der Oberfläche des Substrats herausragenden Schicht aus einer magnetisierbaren Nickel-Eisen-Legierung, in der ein Muster geätzt und auf der eine elektrisch isolierende Schicht angebracht ist, wobei das Muster Ränder mit Böschungen in bezug auf das Substrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickel-Eisen-Schicht eine Oberschicht (13) hat, deren Eisengehalt höher ist als der Eisengehalt im übrigen Teil der Nickel-Eisen-Schicht (3).