DE2341832C3 - Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes

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DE2341832C3 DE19732341832 DE2341832A DE2341832C3 DE 2341832 C3 DE2341832 C3 DE 2341832C3 DE 19732341832 DE19732341832 DE 19732341832 DE 2341832 A DE2341832 A DE 2341832A DE 2341832 C3 DE2341832 C3 DE 2341832C3
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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 ju/ Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp entfernt ode.· 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 Ätzbehandlung 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 Halbleitermaterial, 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 we.den,
in 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 umgeben- deo 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
in 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, son dem auch auf anderen Gebieten, z. B. beider Herstel lung von Auftreffplatten für Aufnahmeröhren, verwendet, wobei in eine -Halbleiterscheibe Nuten geätzt werden, um voneinander getrennte, von einem Elektronenstrahl abzutastende Diodengebiete zu erhalten.
Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung eines Magnetkopfes zum Einsenreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbaren Medium, wobei eine Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial profiliert und dann mit einem magnetisch wirksamen
π 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 Zusammenset- zung 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 zwi- sehen 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. stufenarti gen 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 vorbc-
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. ι»
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 Halblei- π tersubstrat 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 Verfah- >o rens, 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 Da- r> ten 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 w 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 15 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 -10 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 4-, von 3-5 Ω ■ cm, einem Durchmesser von etwa 38 mm und einer Dicke von 250 μπι ausgegangen.
Die Profilierung wird dadurch erhalten, daß ein Teil einer Oberfläche der Siliciumscheibe einem selektiven elektrolytischen Ätzvorgaag unterworfen wird. Dabei wird eine an den betreffenden Teil der Oberfläche grenzende Zone der Silinumscheibe 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. M
Auf übliche Weise wird dabei auf der Oberfläche 21 der Siliciumscheibe il thermisch eine Siliciumoxidschicht 22 angewachsen und mit Hilfe einer Photoätztechnik mit Öffnungen 23 mit Abmessungen von 200 x 300 μπι versehen,
Auf der Sililciumoxidschicht und in den öffnungen wird eine Phosphatglasschicht 24 dadurch gebildet, daß die Scheibe 45 Minuten lang in einem POCI1-Strom bei 1000° C gehalten wird.
Dann wird die Scheibe 4,5 Stunden lang auf 1200° C gehalten, wodurch 1J μπι tiefe N'-Gebiete 25 mit einem spezifischen Widerstand von ca. 0,03 Ω • cm diffundiert werden. Danach werden die Schichten 22 und 24 entfernt und folgt dem beschriebenen ersten Diffusionsschritt ein 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 μπι auf 10 μπι αχ und bilden die Gebiete zusammen mit den während des zweiten Diffusiouiichrittes gebildeten 4 μπι tiefen Gebieten eine Zone 26.
Anschließend werden die Schichten 31 und 32 entfernt 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 -I- 0,5-2 V in bezug auf eine Platinelektrode angelegt 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 beträgt weniger als 0,1 μπι. Die Oberfläche weist keine schroffen Übergänge aut und eignet sich besonders gut zum Überziehen durch Zerstäubung. Mit Hilfe der beschriebenen Diffusionsschritte ist die Form der Zone 26 durch die Anfangskonzentratioii 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 0,05 μπι dicke Chrom/Goldschicht 41 aufgedampft und mit einer Photolackschicht 42 versehen, in der öffnungen 43 vorgesehen werden, die die niedrigsfliegenden Vertiefungen 44 im Siliciumkörper 11 frei larser· Die Photolackschicht 42 dient als Maskierung beim elektrolytischen Ausfüllen der etwa 6 μιη 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/Goldschicht 41 einem Beschichtungsprozeß mittels Kathodenzerstäubung unterworfen. Auf die gesamte Oberfläche wird eine Siliciumoxidschicht 51 mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht. Aul der Schicht 51 wird durch Kathodenzerstäubung und Photoätzen der Nickel-Eisen-K^rn 12 gebildet. Darauf wird wieder eine Siliciumoxidschicht 52 durch Kathodenzerstäubung 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 C brom Gold mittels Kathodenzerstäubung und durch I'hotoätzen gebildet. Die gesamte Oberfläche, mit Ausnahme der Mitte 17 des Teiles 16. wird mit einer Siliciumoxidsehicht 53 abgedeckt, die eine derartige Dicke aufweist, dal.! ihre Oberfläche auf der gleichen Höhe wie die Oberfläche der Mitte 17 liegt.
Durch At/en wird in der Mitle 17 der Spalt 15 gebildet. Die Wicklungen 13 iintl 14 sind mit Anschlul.lleileru 18 b/\v. IV versehen.
Die firfindung beschränkt sich nicht auf das be schriebene Ausführungsbeispiel. So kann der Halblei terkörper /.. H. P-Ieitend sein und kann bei der Dotie rungsbehandlungeine P'-Zone gebildet werden. Dii Anwendung eines Halblciterkörpers als Substrat er gibt außerdem den Vorteil. daU Halbleitcrschaltungs elemente im Substrat gebildet werden können.
Naturgemäß kann im Rühmen der !Erfindung de Magnetkopf eine andere Form als im beschriebene! Heispiel aufweisen. Außer Magnetköpfen könnei durch das erfindungsgemäUc Verfahren /. IJ. auch ti ic bereits erwähnten Auftreflplatlen oilrr Halbleiteran Ordnungen hergestellt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  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.
DE19732341832 1972-09-01 1973-08-18 Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfes Expired DE2341832C3 (de)

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