CN1177169A - 在薄膜磁头中形成有图案的金属层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在一个基片上形成一个有图案的金属层的方法被用来在基片的上表面上形成一个第一层。然后,在第一层的上面沉积一个有图案的掩膜层,由此暴露出第一层中被选择的部分。接着,在第一层被选择部分的顶上相继形成一个第二和一个第三层,且有图案的掩膜层被去除。然后,除了介于基片的上表面和第二层之间的部分以外,第一层通过采用一种干性蚀刻方法被去除,由此形成有图案的金属层,该金属层包括第二层和第一层中暴露出来的部分。
Description
本发明涉及薄膜磁头；而更具体的是涉及通过采用干性蚀刻技术而在其中形成一个有图案的金属层的方法。
众所周知，薄膜磁头被广泛应用于读取、记录或者擦除磁带上的信号。图1所示为一个典型的薄膜磁头111的一个示意剖面视图。薄膜磁头111包括一个形成在基片100上的第一下磁芯101，一个形成在第一下磁芯101的顶部和基片100顶部表面的一部分上面的第二下磁芯102，一个沉积在第二下磁芯102的一部分的顶部的第一绝缘层104，一个由金属导体制成且形成在第一绝缘层104顶部的有图案的线圈层108，一个覆盖有图案的线圈层108和第一绝缘层104的一部分的第二绝缘层107，以及一个形成在第二绝缘层107顶部的上磁芯106，该上磁芯106还覆盖第二下磁芯102的部分和第一绝缘层104中不被第二绝缘层107所覆盖的部分。再有，由于第二下磁芯102在第一下磁芯101上具有一个台阶，所以随后在其顶形成的每层均有一个台阶，造成一个台阶区域109。
在图2A至2D中，给出了说明一种典型现有技术方法的示意剖面视图，该方法将有图案的线圈层108形成在如图1所示的第一绝缘层104的顶部。为简单起见，有图案的线圈层108中位于靠近台阶区域109的一部分在图2B至2D中进行说明。如图2A所示，一个第一和一个第二播种(seed)层205和206被相继沉积在第一绝缘层104的顶部。第二播种层206是由与构成有图案的线圈层108相类似的材料制成，而第一播种层205是由一种能增强第一绝缘层104和第二播种层206之间的粘合的材料制成。例如，如果有图案的线圈层108是由金(Au)制成的，那么第一播种层205可以由钛(Ti)或铬(Cr)制成，而第二播种层206由金制成。如图2B所示的第二步中，一个光刻胶层207被沉积在第二播种层206的顶部，且有选择地通过光刻方法去除其一部分，由此暴露出第二播种层206被选择的这部分。有图案的线圈层108的形成是通过采用一种电镀方法将一种合适的金属，比如金(Au)注入光刻胶层207中被去除的部分来进行的。然后，如图2C所示，通过剥去剩余的光刻胶层207，第二播种层206的其余部分就完全暴露出来了。从而，如图2D所示，第一和第二播种层205和206中，除了介于第一绝缘层104和有图案的线圈层108之间的部分以外，都通过采用一种蚀刻液被去除了。典型地，采用一种湿性蚀刻技术来去除播种层。当采用一种干性蚀刻技术来对其进行去除时，通常会在台阶区域109的下部分留下一些播种层的残留物，台阶区域的下部分是指台阶区域中开始显示向上倾斜的部分，因为在台阶区域109中沿蚀刻方的最大播种层厚度在正常情况下大于在平坦区域110中的最大播种层厚度。
然而，在通过一种湿性蚀刻技术去除第一和第二播种层205和206期间，有图案的线圈层108以及第一和第二播种层205和206的一部分也被去除了，这是由于所使用的蚀刻溶液的各向同性的蚀刻本质所产生的，从而导致产生不希望有的边缘轮廓209和110。这些不希望有的边缘轮廓会降低有图案的线圈层108的性能且还会造成在第二绝缘层107中形成孔隙，而这又会降低薄膜磁头111的性能。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种在薄膜磁头中的一个绝缘层上形成一个有图案的线圈层的方法，该方法能使有图案的线圈层在形成时，其边缘被保留。
根据本发明，所提供的在一个基片上形成一个有图案的金属层的方法包括以下步骤：在基片的上表面沉积一个第一层；在第一层顶上提供一个有图案的掩膜(Mask)层，由此暴露出第一层中被选择的部分；在第一层被选择的部分的顶上相继形成第二和第三层；去除有图案的掩膜层；然后去除第一层中除了介于基片的上表面与第二层之间的部分以外的部分，由此形成包括第二层和第一层中被选择部分的有图案的金属层。
在通过下面参考附图对优选实施方案所进行的详细描述中，本发明及其目的和优点将变得明显。图中：
图1所示为一个典型的薄膜磁头的示意剖面视图；
图2A至2D所示为说明一种典型现有技术方法的示意剖面视图，该方法是将一个有图案的线圈层形成在如图1所示的薄膜磁头111中；又
图3A至3D所示为说明一种根据本发明的一个优选实施方案来形成有图案的线圈层的方法的示意剖面视图。
现在参考图3A至3D，所提供的示意剖面视图用来说明在根据本发明的一个优选实施方案加工一个薄膜磁头的过程中，在一个绝缘层上形成一个有图案的线圈层的一种方法。所有下面描述的厚度都是在沿与一蚀刻方向相一致的垂直方向上测量的，而蚀刻剂在一个干性蚀刻过程期间沿该方向进行蚀刻。
如图3A所示，一个第一和一个第二播种层303和304，分别具有厚度a1和a2，相继被沉积到一个绝缘层104的上面。绝缘层104其及下面的各层是采用常规方式制备的，其中下面各层包括形成在一个基片100上的一个第一下磁芯101和在其上生成一个第二下磁芯102，造成一个如图3A所示的、具有一个台阶区域109和一个平坦区域110的台阶轮廓。由于台阶轮廓在台阶区域的下部分开始显示出一种向上的倾斜，在台阶区域109中的播种层303和304的最大厚度b1和b2比在平坦区域中的最大厚度a1和a2大。典型地，播种层303和304是采用一种已知的方法来沉积的，比如热蒸发方法或溅射方法。然而，值得注意的是，只要能提供其所要求的性能，其他沉积方法也可以采用。第二播种层是304由一种与制成有图案的线圈层306的材料具有相似性能的材料制成的，而第一播种层303是由一种能增强第一绝缘层104与第二播种层304之间的粘合的材料制成的，如果有图案的线圈层306是由金(Au)制成的，那么第二播种层304可以由金(Au)或钯(Pd)制成，而第一播种层303由钛(Ti)或铬(Cr)制成。
在图3B所示的下一步中，一个掩膜层305，比如光刻胶(photoresist)层，被设置在第二播种层304的顶上，其中的一部分通过采用一种常规的光刻技术被有选择地去除了，从而暴露出第二播种层304上被选择的部分。于是，有图案的线圈层306是通过采用一种如电镀技术的方法将一种金属，比如金，填充到掩膜层305中被去除的部分中来形成的。在下一步中，一个第一和一个第二保护层307和308，它们由构成第一和第二播种层303和304相似或相同的材料制成且分别具有厚度c1和c2，被相继沉积到有图案的线圈层306的顶上，例如，采用一种与在形成第一和第二播种层时所采用的方法一样的方法。
然后，如图3C所示，通过剥去剩余的光刻胶层305，第二播种层304中不被有图案的线圈层306所覆盖的部分暴露出来了。接着，通过采用一种干性蚀刻方法，比如氯等离子体活性离子蚀刻(chlorine plasmareactive ion etching(RIE))，第一和第二保护层307和308，以及第一和第二播种层303和304，除了介于第一绝缘层104和有图案的线圈层306之间的的部分以外，同时被去除。
为了获得第一和第二播种层303和304中被选择的部分，即不被有图案的线圈层306覆盖的部分的完整去除，设置在有图案的线圈层306顶上的第一和第二保护层307和308在平坦区域110中需要分别比第一和第二播种层303和304厚1至5倍。
第一和第二保护层307和308分别具有比a1和a2更厚的厚度的理由将在下面描述。如图3A所示，当第一和第二播种层303和304形成在具有台阶区域109的绝缘层104的顶上时，在台阶区域109中的第一和第二播种层303和304的最大厚度b1和b2取决于台阶区域109的斜度以及所用的分别形成第一和第二播种层303和304的沉积方案，且分别大于在平坦区域110中第一和第二播种层303和304相应的厚度a1和a2。如果第一和第二保护层307和308的厚度c1和c2分别等于在平坦区域110中第一和第二播种层303和304的厚度，采用干性蚀刻方法完全去除第一和第二保护层307和308能保证完全去除平坦区域110中的第一和第二播种层303和304，但不能保证完全去除在台阶区域109中的播种层，因为在台阶区域109中的第一和第二播种层303和304的厚度b1和b2在正常情况下分别大于在平坦区域110中的第一和第二播种层303和304的厚度a1和a2，而干性蚀刻仅在垂直方向上进行，如图3C中的箭头310所示。
从理论上讲，在RIE过程期间，如果第一和第二保护层307和308的厚度a1和a2分别等于在台阶区域109的下部分中的第一和第二播种层303和304的最大厚度b1和b2，那么，当第一和第二保护层307和308被完全去除时，第一和第二播种层303和304也能达到完全去除，反之也一样。然而，实际上，RIE过程之后，在台阶区域109的下部分仍有第一和第二播种层303和304之未被蚀刻的部分。因此，可以分别在第一和第二保护层307和308的厚度c1和c2上再提供相当于第一和第二保护层的厚度c1和c2之10％至20％的附加厚度，从而保证其完全去除。
因此，第一和第二保护层307和308中的每一层的形成使c1和c2分别以1.1和1.2倍大于b1和b2，从而造成第一和第二保护层307和308具有的厚度分别是在平坦区域110中第一和第二播种层303和304的厚度的1至5倍，其中它们之间的合适比率取决于台阶区域109的斜度以及形成第一和第二播种层303和304所采用的沉积方案。
值得注意的是，在第一和第二播种层303和304的干性蚀刻期间，绝缘层104没有受到明显的影响，这是因为由绝缘材料制成的绝缘层104的干性蚀刻率比由金属制成的第一和第二播种层303和304要慢得多。还应当理解的是，生长一个比所要求的厚度更厚的有图案的线圈层而不在其上采用保护层，从而完全去除在台阶区域109的下部分的播种层，这个方法是不希望采用的，因为有图案的线圈层的干性蚀刻率远比播种层高，要求一个厚得多的有图案的线圈层来补偿蚀刻率的差异。
尽管本发明仅就薄膜磁头和优选实施方案进行了描绘，对本领域熟练者而言，显然上述有图案的线圈层形成的方案能应用于任何其他薄膜加工方法；在不偏离下面权利要求中所提出的本发明的精神和范围的前提下，还可以进一步进行其他修改和变化。
Claims (20)
1、在一个基片上形成一个有图案的金属层的方法，包括以下步骤：
(a)在基片的上表面上沉积一个第一层；
(b)在第一层的上面提供一个有图案的掩膜层，由此暴露出第一层中被选择的部分；
(c)在第一层被选择部分的上面相继形成一个第二和一个第三层；
(d)去除有图案的掩膜层；且
(e)去除第一层中除了介于基片的上表面与第二层之间的部分以外的部分，由此形成有图案的金属层，其包括第二层和第一层中被选择的部分。
2、根据权利要求1的方法，其中，基片的上表面是由一种绝缘材料制成的。
3、根据权利要求2的方法，其中，第一层包括相继生长在基片上表面上的一个第一和一个第二金属层。
4、根据权利要求3的方法，其中，第二层由金属材料制成。
5、根据权利要求4的方法，其中，第三层包括由金属材料制成的且相继生长在第二层上的一个第一和一个第二保护层。
6、根据权利要求5的方法，其中，制成第一和第二保护层的材料分别与制成第一和第二金属层的材料一样。
7、根据权利要求6的方法，其中基片的上表面具有一个包括一个平坦区域和一个台阶区域的台阶表面轮廓。
8、根据权利要求7的方法，其中，第一和第二保护层的厚度分别大于或等于在台阶区域中第一和第二金属层的最大厚度，测量沿蚀刻方向进行，即垂直于平坦区域的上表面。
9、根据权利要求8的方法，其中，第一和第二保护层分别以1.1至1.2的倍数大于第一和第二金属层沿蚀刻方向测量的最大厚度。
10、根据权利要求9的方法，其中，第一和第二保护层的厚度分别是第一和第二金属层的1至5倍。
11、根据权利要求1的方法，其中，所述的步骤(e)采用一种干性蚀刻方法来进行。
12、根据权利要求11的方法，其中，在干性蚀刻方法中所采用的蚀刻剂具有这样一种性质，即可使基片上表面的蚀刻率低于第一和第二金属层的蚀刻率。
13、根据权利要求12的方法，其中，第二层由金制成，第一金属层由钛或铬制成，而第二金属层由金或钯制成。
14、根据权利要求13的方法，其中有图案的掩膜层由一种光刻胶制成并通过光刻来制备。
15、一种方法，用来构成一个薄膜磁头，即用来在基片的上表面形成一个有图案的线圈层，基片的上表面由一种绝缘材料制成且具有一个台阶表面轮廓，该方法包括以下步骤：
(a)在基片的上表面上相继沉积一个第一和一个第二播种层；
(b)在第二播种层的上表面上提供一个有图案的掩膜层，由此暴露出第二播种层中被选择的部分；
(c)在第二播种层被选择部分的顶上电镀一个金属层；
(d)在金属层上面连续沉积一个第一和一个第二保护层；
(e)去除有图案的掩膜层；且
(f)干性蚀刻由步骤(e)所提供的基片，直到第一和第二播种层除了位于金属层下面的部分以外的部分完全被去除为止，由此形成有图案的线圈层。
16、根据权利要求15的方法，其中，制成第一和第二保护层的材料分别与制成第一和第二播种层的材料一样。
17、根据权利要求16的方法，其中，第一和第二保护层的厚度分别大于或等于第一和二播种层沿干性蚀刻方向测量的最大厚度。
18、根据权利要求17的方法，其中所述的干性蚀刻的进行是通过采用一种干性蚀刻技术来完成的，该技术能够使对绝缘材料的蚀刻率，低于对第一和第二播种层的蚀刻率。
19、根据权利要求18的方法，其中，干性蚀刻是通过一种氯等离子体活性离子蚀刻来进行的。
20、根据权利要求19的方法，其中，金属层由金制成，第一播种层由钛或铬制成，而第二播种层由金或钯制成。
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