DE2341832B2 - Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes zum Einschreiben
und Auslesen von Daten in einem magnetisierbaren Medium, bei dem ein Teil der Oberfläche eines Halbleitersubstrats
als Träger für die Teile des Magnetkopfes durch einen selektiven Ätzprozeß profiliert wird,
wodurch eine an den betreffenden Teil der Oberfläche grenzende Zone des Halbleitersubstrats entfernt wird.
Bei einem solchen selektiven elektrolytischen Ätzvorgang wird z. B. Halbleitermaterial vom P-Leitfähigkeitstyp
selektiv in bezug auf Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp entfernt oder wird stark dotiertes
Halbleitermaterial von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp selektiv in bezug auf weniger stark
dotiertes Halbleitermaterial vom gleichen Leitfähigkeitstyp entfernt.
Ein Verfahren der in der Einleitung genannten Art ist aus der USA-Patentschrift 3418226 bekannt. Dabei
wird auf einem Halbleiterkörper, der sich in der Dickenrichtung ändernde Leitungseigenschaften aufweist,
eine ätzbeständige Maskierungsschicht erzeugt, die die zu ätzenden Teile der Halbleiteroberfläche frei
läßt. Dann werden diese Teile einer selektiven elektrolytischen Ätzbeha.idlung unterworfen, wobei stärker
dotiertes Halbleitermaterial in bezug auf weniger stark dotiertes Halbleitermaterial vom gleichen Leitfähigkeitstyp
entfernt wird.
Als Maß für die Selektivität dient das Potential des zu ätzenden Halbleitermaterials, das u. a. von dem
Dotierungspegel dieses Materials abhängig ist.
Es hat sich gezeigt, daß beim bekannten Ätzvorgang, dessen Fortschreiten in der Dickenrichtung mittels
des Potentials des Halbleiterkörpers geregelt werden kann, eine genaue Profilierung in seitlicher
Richtung oft nicht erhalten wird, aber daß unter der Maskierungsschicht parallel zu der Halbleiteroberfläche
Unterätzung auftritt, die durch die oben beschriebene Potentialregelung nicht beendet wird.
Dies hat zur Folge, daß die erhaltene Genauigkeit der Profilierung für viele Anordnungen ungenügend
ist.
Auch ist es bei dem genannten Verfahren nicht möglich, verwickeitere Profile, wie Profile mit Pegeln
auf verschiedenen Tiefen im Halbleiterkörper, herzustellen
Zum Beispiel bei den nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen des Verfahrens der eingangs
genannten Art muß oft eine genaue und verwickelte Profilierung hergestellt werden.
Nach einem üblichen Verfahren wird eine Halbleiteranordnung gemäß dem sogenannten Konturablagerungsverfahren
dadurch hergestellt, daß in einem Substrat aus verhältnismäßig stark hochohmigem
Halbleitermaterial Vertiefungen vorgesehen werden,
ίο wonach die Vertiefungen auf epitaktischem Wege
ausgefüllt und, nach Entfernung entweder des überschüssigen epitaktischen Halbleitermaterials oder des
überschüssigen Teiles des Substrats, in dem epitaktischen Halbleitermaterial und/oder in dem umgebenden
Teil des Substrats Schaltungselemente gebildet werden.
Bei der Herstellung einer anderen Halbleiteranordnung werden Vertiefungen an der Stelle geätzt, an
der eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers einer Oxidationsbehandlung unterworfen werden muß, um
eine wenigstens teilweise in den Halbleiterkörper versenkte Oxidschicht zu erhalten.
Das Ätzen von Halbleiterkörpern wird nicht nur bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, sondem
auch auf anderen Gebieten, z. B. bei der Herstellung von Auftreffplatten für Aufnahmeröhren, verwendet,
wobei in eine Halbleiterscheibe Nuten geätzt werden, um voneinander getrennte, von einem Elektronenstrahl
abzutastende Diodengebiete zu erhalten.
jo Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung eines Magnetkopfes
zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbaren Medium, wobei eine
Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial profiliert und dann mit einem magnetisch wirksamen
Material versehen wird. Es ist bekannt, ein solches Substrat durch eine Photoätztechnik während einer
bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur chemisch zu ätzen. Die chemische Ätzgeschwindigkeit
ändert sich aber stark mit der Zusammensetzung und der Reinheit des verwendeten Kristalls (der
Kristalloberfläche) und außerdem mit der Temperatur und der Zusammensetzung der Ätzflüssigkeit. Überdies
muß zum Erhalten z. B. eines stufenartigen Profils das Ätzen in mehreren Schritten, und es muß zwisehen
den Ätzschritten ein Ausricht- und Beleuchtungsschritt durchgeführt werden. Das Beleuchten
über eine Vertiefung im Substrat ergibt jedoch oft eine
ungenaue Abbildung der in der Vertiefung gewünschten Konturen.
Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß es aus der DE-AS 1163976 bekannt war, zur Herstellung
von Mesa-Dioden einen selektiven Ätzprozeß anzuwenden. Hierbei handelt es sich aber nicht um
die Herstellung einer komplizierten, z. B. stufenartigen Form des Profils, die erst durch zwei sich teilweise
überlappende Dotierungsschritte mit nachfolgendem
Ätzprozeß erreicht werden kann, sondern es handelt sich um die Herstellung einer einfachen Mesastruktur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Herstellung der beschriebenen Anordnung ein Verfahren
zu schaffen, bei dem die Nachteile des beschriebenen Profilierungsverfahrens wenigstens größtenteils
vermieden werden und mit dessen Hilfe auch komplizierte Strukturen in einem Substrat gebildet
werden können.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit einem verhältnismäßig einfachen Bearbeitungsschritt das zu entfernende Halbleitermaterial vorbe-
arbeitet werden kann, wodurch bei dem darauf folgenden selektiven Ätzschritt die richtige Menge
Material an der richtigen Stelle entfernt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ätzvorgang einen an sich bekannten
elektrolytischen Prozeß umfaßt und daß die zu entfernende Zone mit Hilfe einer aus mindestens zwei sich
teilweise überlappenden Dotierungsschritten bestehenden örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet
wird.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf ein durch das erfindungsgemäße Verfahren profiliertes Halbleitersubstrat
als Träger für die Teile eines Magnetkopfes, und
Fig. 2 bis 5 schematische Schnitte durch einen Teil dieses Substrats in aufeinanderfolgenden Stufen der
Herstellung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Fig. 5 einen Querschnitt längs der Linie
V-V der Fig. 1 zeigt.
Die in den Fig. 1 und 5 dargestellte Anordnung enthält einen Halbleiterkörper 11, wie er in einem
Magnetkopf zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbaren Medium verwendet
wird.
Die Daten werden in das nicht dargestellte magnetisierbare
Medium eingeschrieben oder von diesem Medium abgelesen an der Stelle eines Spaltes 15
in einem Nickel-Eisen-Kern 12. Rings um den Spalt 15 wird ein inhomogenes Magnetfeld infolge eines
Stromes durch gegen den Kern 12 isolierte Wicklungen 13 und 14 erzeugt.
Zum Schützen des Magnetkopfes vor Abnutzung bei Berührung mit einem sich am Spalt entlang bewegenden
magnetisierbaren Medium ist es vorteilhaft, wenn der Magnetkopf selber eine möglichst ebene
Oberfläche aufweist. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, daß der Halbleiterkörper, der als Träger des
Kernes 12 und der Wicklungen 13 und 14 dient, eine profilierte Oberfläche aufweist.
Bei der Herstellung des Halbleiterkörpers wird von einer hochohmigen N-leitenden Siliciumscheibe 11
(siehe Fig. 2) mit einem spezifischen Widerstand ρ von 3-5 Ω ■ cm, einem Durchmesser von etwa 38
mm und einer Dicke von 250 μίτι ausgegangen.
Die Profilierung wird dadurch erhalten, daß ein Teil einer Oberfläche der Siliciumscheibe einem selektiven
elektrolytischen Ätzvorgang unterworfen wird. Dabei wird eine an den betreffenden Teil der Oberfläche
grenzende Zone der Siliciumscheibe entfernt. Die Dicke der zu entfernenden Zone wird durch den Unterschied
in den Leitungseigenschaften zwischen der Zone und dem tiefer liegenden Halbleitermaterial bestimmt.
Nach der Erfindung wird die zu entfernende Zone mit Hilfe einer örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet,
wodurch die Leitungseigenschaften der Zone außer in der Dickenrichtung auch in zu der Oberfläche
parallelen Richtungen von denen des an die Zone grenzenden Siliciums verschieden sind. Im vorliegenden
Beispiel wird als örtliche Dotierungsbehandlung ein Diffusionsvorgang durchgeführt, der aus zwei sich
teilweise überlappenden Schritten besteht.
Auf übliche Weise wird dabei auf der Oberfläche 21 der Siliciumscheibe 11 thermisch eine Siliciumoxidschicht
22 angewachsen und mit Hilfe einer Photoätztechnik mit Öffnungen 23 mit Abmessungen von
200 X 300 um versehen.
Auf der Sililciumoxidschicht und in den öffnungen
wird eine Phosphatglasschicht 24 dadurch gebildet, daß die Scheibe 45 Minuten lang in einem POCl3-Strom
bei 1000° C gehalten wird.
Dann wird die Scheibe 4,5 Stunden lang auf 1200° C gehalten, wodurch 9 μπι tiefe N +-Gebiete
25 mit einem spezifischen Widerstand von ca. 0,03 Ω
ίο · cm diffundiert werden. Danach werden die Schichten
22 und 24 entfernt und folgt dem beschriebenen ersten Diffusionsschritt ei» den ersten Diffusionsschritt überlappender zweiter Diffusionsschritt, der
von dem ersten Schritt in bezug auf die Form der SiIiciumoxidschicht
31 (siehe Fig. 3) und der Phosphatglasschicht 32 und in bezug auf die Dauer der Diffusion
(1 Stunde statt 4,5 Stunden) verschieden ist.
Während der Diffusion nimmt die Tiefe der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Gebiete 25 von 9 μίτι
auf 10 μπι zu und bilden die Gebiete zusammen mit den während des zweiten Diffusionsschrittes gebildeten
4 μπι tiefen Gebieten eine Zone 26.
Anschließend werden die Schichten 31 und 32 entfornt
und es wird die Oberfläche 21 auf übliche Weise einem selektiven elektrolytischen Ätzvorgang unterworfen,
durch den die Zone 26 entfernt wird. Der Ätzvorgang erfolgt z. B. in einer wäßrigen Lösung von
5% HF, wobei an die Siliciumscheibe eine Spannung von + 0,5-2 V in bezug auf eine Platinelektrode ange-
jo legt wird. Der Ätzvorgang dauert einige Minuten.
Manchmal erhält die Oberfläche eine braune Färbe, die durch eine kurzzeitige Oxidation und anschließendes
Tauchätzen in einer HF-Lösung beseitigt werden kann. Die Rauhigkeit der erhaltenen Oberfläche be-
j=, trägt weniger als 0,1 μΐη. Die Oberfläche weist keine
schroffen Übergänge auf und eignet sich besonders gut zum Überziehen durch Zerstäubung. Mit Hilfe der
beschriebenen Diffusionsschritte ist die Form der Zone 26 durch die Anfangskonzentration des Phosphors
an der Oberfläche, die Temperatur und die Dauer der Diffusionen definiert. Die Öffnungen in
den Oxidschichten 22 und 31 sind ebenfalls genau definiert, weil bei der angewandten Photoätztechnik
stets auf einer ebenen Oberfläche ausgerichtet werden kann. Auf übliche Weise wird in folgenden Bearbeitungsschritten
die in Fig. 4 gezeigte profilierte Oberfläche 21 der Siliciumscheibe 11 mit den Wicklungen
13 und 14 und dem Kern 12 versehen.
Nach Oxidation wird auf die Oberfläche 21 eine
J0 0,05 μπι dicke Chrom/Goldschicht 41 aufgedampft
und mit einer Photolackschicht 42 versehen, in der öffnungen 43 vorgesehen werden, die die niedrigstliegenden
Vertiefungen 44 im Siliciumkörper 11 frei lassen. Die Photolackschicht 42 dient als Maskierung
beim elektrolytischen Ausfüllen der etwa 6 μηι tiefen
Vertiefungen 44 mit Kupfer, wodurch unterste Teile der Wicklungen 13 und 14 gebildet werden.
Dann wird die Photolackschicht 42 entfernt und es werden die freiliegenden Teile, der Chrom/Gold-
b0 schicht 41 einem Beschichtungsprozeß mittels Kathodenzerstäubung
unterworfen. Auf die gesamte Oberfläche wird eine Siliciumoxidschicht 51 mittels
Kathodenzerstäubung aufgebracht. Auf der Schicht 51 wird durch Kathodenzerstäubung und Photoätzen
b5 der Nickel-Eisen-Kern 12 gebildet. Darauf wird wieder
eine Siliciumoxidschicht 52 durch Kathodenzer stäubung aufgebracht, in die Öffnungen geätzt werden,
durch die zu beiden Seiten eines Teiles 16 des
Kernes 12 Teile der unteren Teile der Wicklungen 13 und 14 freigelegt werden.
Die oberen Teile der Wicklungen 13 und 14 werden durch Aufbringen von Chrom/Gold mittels Kathodenzerstäubung
und durch Photoätzen gebildet. Die gesamte Oberfläche, mit Ausnahme der Mitte 17 des
Teiles 16, wird mit einer Siliciumoxidschicht S3 abgedeckt, die eine derartige Dicke aufweist, daß ihre
Oberfläche auf der gleichen Höhe wie die Oberfläche der Mitte 17 liegt.
Durch Ätzen wird in der Mitte 17 der Spalt 15 gebildet.
Die Wicklungen 13 und 14 sind mit Anschlußleitern 18 bzw. 19 versehen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel. So kann der Halbleiterkörper
z. B. P-leitend sein und kann bei der Dotierungsbehandlung eine P+-Zone gebildet werden. Die
Anwendung eines Halbleiterkörpers als Substrat ergibt außerdem den Vorteil, daß Halbleiterschaltungselemente
im Substrat gebildet werden können.
Naturgemäß kann im Rahmen der Erfindung der Magnetkopf eine andere Form als im beschriebenen
Beispiel aufweisen. Außer Magnetköpfen können durch das erfindungsgemäße Verfahren z. B. auch die
bereits erwähnten Auftreffplatten oder Halbleiteranordnungen hergestellt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbarem Medium, bei dem ein Teil der Oberfläche eines Halbleitersubstrats als Träger für die Teile des Magnetkopfes durch einen selektiven Ätzprozeß profiliert wird, wodurch eine an den betreffenden Teil der Oberfläche grenzende Zone des Halbleitersubstrats entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzvorgang einen an sich bekannten elektrolytischen Prozeß umfaßt und daß die zu entfernende Zone mit Hilfe einer aus mindestens zwei sich teilweise überlappenden Dotierungsschritten bestehenden örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet wird.
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| CA991319A (en) | 1976-06-15 |
| FR2198266B1 (de) | 1980-01-25 |
| JPS4965785A (de) | 1974-06-26 |
| FR2198266A1 (de) | 1974-03-29 |
| NL7211910A (de) | 1974-03-05 |
| GB1433902A (en) | 1976-04-28 |
| DE2341832C3 (de) | 1978-12-21 |
| IT994704B (it) | 1975-10-20 |
| JPS5234346B2 (de) | 1977-09-02 |
| DE2341832A1 (de) | 1974-03-14 |
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