DE2635667A1

DE2635667A1 - Verfahren zum aufbringen einer glatten, elektrisch isolierenden schicht auf einem substrat

Info

Publication number: DE2635667A1
Application number: DE19762635667
Authority: DE
Inventors: Bradford Clyde Schwartz; Ralph Donald Silkensen; Gerald Steving
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-08-21
Filing date: 1976-08-07
Publication date: 1977-03-03
Also published as: IT1067421B; JPS5245269A; JPS5523908B2; DE2635667C2; GB1514664A; US4036723A

Description

Anmelder ins International Busiiress^Macnlnes

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: BO 974 010/BO 974 OIOX

Verfahren zum Aufbringen einer glatten, elektrisch isolierenden Schicht auf einem Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer glatten, elektrisch isolierenden Schicht, deren Rauhigkeit, von Spitze zu Vertiefung, weniger als 250 8 beträgt, auf der Oberfläche eines polykristallinen, einkristallinen oder amorphen Substrats, dessen Rauhigkeit nicht mehr als 500 Ä beträgt, durch auf- und abtragende Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung des aufzubringenden Materials.

Der Effekt der gleichzeitigen Materialatif tragung und -abtragung bei der Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung ist an sich bekannt. Er entsteht dadurch, daß infolge des Ionenbeschusses bei der Mate- j rialablagerung durch Kathodenzerstäubung gleichzeitig abgelager- j tes Material wieder emittiert wird. Eine derartige Anlage ist ! zuerst beschrieben in dem Artikel "Thin Films Deposited by Bias j Sputtering", von L. I. Maissei u.a. im "Journal of Applied ' Physics", Januar 1965, Seite 237, in welchem ein abgeändertes j Gleichstrom-Kathodenzerstäubungsverfahren mit einer Vorspannung j beschrieben ist. Die Anwendung des Prinzips des Wiederabtragens ι von Material bei der Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung ist beschrieben in einem Artikel "Re-emission Coefficients of Silicon and Silicon Dioxide Films Deposited Through RF and DC Sputtering" von R. E. Jones u.a. im "Journal of Applied Physics", November 1967, Seite 4656. Sie ist ferner beschrieben in einem Artikel "Re-emission of Sputtered SiO₂ During Growth and Its Relation to Film Quality" von L. I. Maissei u.a. im "IBM Journal

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of Research and Development", März 1970, Seite 176. Das Wiederabtragen von Material bei der Kathodenzerstäubung kommt durch die Beschießung eines Substrats oder einer abgelagerten Schicht während ihrer Ablagerung mit positiven Ionen zustande. Bei der Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung tritt daher immer gleichzeitig Ablagerung und Wiederabtragen auf. Es ist bekannt, daß durch das Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsverfahren die Qualität und die Gleichmäßigkeit einer aufgebrachten Schicht verbessert wird. Dies ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 661 761 beschrieben. Die Anwendung des Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsverfahrens zur teilweisen Einebnung von elektrisch isolierenden Schichten, die durch darunterliegende Leitungen von integrierten Schaltungen erheblich beeinträchtigt sind, ist in der US-Patentschrift 3 804 738 beschrieben. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, dieses Verfahren dazu zu verwenden, alle Erhebungen einer abgelagerten Schicht zu entfernen und dadurch die Oberfläche einer Schicht vollständig eben zu machen.

Die Anwendung des Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsverfahrens bei polykristallinen oder hochpolierten amorphen Substraten ist dagegen bisher nicht möglich gewesen, da polykristalline Substrate dazu neigen, bei der Anwendung dieses Verfahrens bevorzugt entlang ihrer Korngrenzen geätzt zu werden. Dadurch werden die Substrate aufgerauht, indem die Korngrenzen vertieft und verbreitert werden. Wenn nun auf ein derart geätztes Substrat eine Isolierschicht aufgebracht wird, so zeigt diese im wesentlichen diesel-]ben Konturen wie das geätzte Substrat und ist unter Umständen weniger glatt als die ursprüngliche Oberfläche des Substrats. Dieses Problem kann nicht dadurch gelöst werden, daß das polykristalline Material vor dem Kathodenzerstäuben poliert wird, da bei dem Polieren die Korngrenzen des polykristallinen Materials nicht davor geschützt werden, bevorzugt abgeätzt zu werden. Ebenso neigt eine Mikro-Rauhigkeit, bestehend aus Kratzern in der Größenordnung von 500 8 und weniger, bei jedem Substrat, ob amorph, einkristallin oder polykristallin, dazu, einen Keim für

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bevorzugtes Ätzen beim Hochfrequenz-Kathodenzerstäuben zu bilden. Auch dieses bevorzugte Ätzen überträgt sich auf die Oberfläche der abgelagerten Schicht. Der Ausdruck "Mikro-Rauhigkeit" ist definiert als Unregelmäßigkeiten oder Kratzer in der Oberfläche ; von plus oder minus ungefähr 100 bis 500 Ä.

Die Beschaffenheit der Oberfläche einer aufgebrachten Isolierschicht wirkt sich auf später aufgebrachte Schichten aus, besonders bei den magnetischen Eigenschaften einer nachfolgend aufgebrachten dünnen Magnetschicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen einer glatten, elektrisch isolierenden Schicht auf der Oberfläche eines polykristallinen, einkristallinen oder amorphen Substrats anzugeben, bei welchem keine Auswirkung der Rauhigkeit der Substratoberfläche auf die Oberfläche der Isolierschicht vorhanden ist und eine Rauhigkeit der Oberfläche der Isolierschicht von weniger als 250 8 erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zunächst eine erste Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil von 1:12 (Reemissionskoeffizient 0,35) oder weniger aufgebracht wird, und daß danach eine zweite Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil von 1:5 (Reemissionskoeffizient 0,6) oder mehr aufgebracht wird.

Der Abtragungsanteil von beispielsweise 1:12 ist in der Weise :definiert, daß von der für das Kathodenzerstäuben aufgebrachten Energie ein Zwölftel, also etwa 9%, für die Materialabtragung und elf Zwölftel, also 91%, für die Materialaufbringung verwendet Werden. Der Reemissionskoeffizient, der sich auf den genannten Aritikel von L. I. Maissei im "IBM Journal or Research and pevelopment" bezieht, gibt an, wieviel Prozent des abgelagerten !Materials durch den lonenbeschuß wieder abgetragen werden. So

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bedeutet ein Reemissionskoeffizient von 0,35, daß 35% des Materials wieder abgetragen werden, wobei 65% des Materials auf dem Substrat verbleiben.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß zunächst eine erste Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil zwischen 1:12 und 1:35 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,35 und 0,15) aufgebracht wird, und daß danach eine zweite Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil zwischen 1:5 und 1:1,5 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,6 und 0,8) aufgebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial für die erste Schicht in amorpher Form aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise wird eine aus der ersten und der zweiten Schicht gebildete Isolierschicht aus Al_0_,

₂ oder Si₃N₄ auf das Substrat aufgebracht. Eine vorteilhafte Anwendung des Verfahrens dient insbesondere der Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes mit einer flächenhaften magnetoresistiven Struktur. Die hierzu dienende, vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß auf das Substrat zunächst eine erste Schicht aus Al₂O mit einem Abtragungsanteil von 1:17 (Reemissionskoeffizient 0,25) und danach eine zweite Schicht aus Al₃O- mit einem Abtragungsanteil von 1:2 (Reemissionskoeffizient 0,7) aufgebracht wird, und daß über der gebildeten Isolierschicht eine magnetoresistive Schichtstruktur aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise wird dabei die Isolierschicht aus Al₃O₃ auf ein Substrat aus polykristallinem Ferrit aufgebracht.

Weiterhin ist das Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Dünnschichtmagnetkopfes in der Weise ausgebildet, daß auf die Isolierschicht aus Al₃O₃ eine magnetoresistive Schichtstruktur mit einer Dicke von etwa 500 Ä und darüber eine weitere Isolierschicht aus Al₃O₃, SiO₂ oder Si₃N₄ aufgebracht wird, wobei wiederum zunächst eine erste Schicht mit einem Abtragungsanteil von

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1:12 (Reemissionskoeffizient 0,35) oder weniger, vorzugsweise zwisehen 1:12 und 1:35 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,35 und 0,15), und sodann eine zweite Schicht mit einem Abtragungsanteil von 1:5 (Reemissionskoeffizient 0,6) oder mehr aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise wird dabei zur Bildung des flächenhaften magnetoresistiven Musters eine Schicht aus Permalloy aufgebracht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Die Anwendung des Verfahrens erstreckt sich auf alle Fälle, in denen eine oder mehrere isolierende Schichten auf irgendein polykristallines Substrat aufgebracht werden, wobei auf die Isolierschicht ihrerseits wieder Schichten aus anderen Materialien aufgebracht werden können. Das Verfahren ist anwendbar bei polykristallinen keramischen Materialien und insbesondere bei Ferrit-Substraten. Es ist auch anwendbar bei polykristallinen Metallen. Ferner ist das Verfahren anwendbar zur Aufbringung von glatten Schichten auf einkristallinen oder amorphen Substraten, deren Oberflächenrauhigkeit bis zu 500 8 beträgt. Das Isoliermaterial, das durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, kann aus jedem Material bestehen, das in der Anfangsphase bei einem niedrigen Reemissionskoeffizienten in der amorphen Phase abgelagert wird, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₃O₃), Siliciumdioxid (SiO_) oder Siliciumnitrid (Si₃N₄V Die Verwendung dieser Material lien im Zusammenhang mit der Herstellung von Magnetköpfen ist bekannt, das Verfahren kann jedoch bei der Herstellung von jedem anderen miniaturisierten Bauelement verwendet werden. Andere, an sich bekannte Verfahrensschritte bei der Herstellung derartiger miniaturisierter Bauelemente haben keine einschränkende Wirkung auf das hier beschriebene Verfahren.

Das Verfahren, durch welches das bevorzugte Ätzen der Korngrenzen oder der Fehlerstellen des Substrats vermieden werden, wird nun im einzelnen beschrieben. Es wird davon ausgegangen, daß das Sub-

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strat, das für die Ablagerung benutzt wird, im allgemeinen glatt ist und mit den üblichen Verfahren hergestellt wurde. Zunächst wird das derart vorbereitete Substrat in eine Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsanlage eingelegt. Die Ausgangsstruktur kann entweder ein monolithisches Substrat sein oder ein Substrat, auf dem bereits verschiedene Verfahrensschritte durchgeführt worden sind. Das einzige Erfordernis zur Durchführung des Verfahrens ist, daß das polykristalline oder mit einer mikro-rauhen Oberfläche versehene Substrat, das mit einer glatten Schicht von Isoliermaterial bedeckt werden soll, im wesentlichen eine Rauhigkeit von innerhalb 500 R aufweist und zwar in den Bereichen, die nach dem Verfahren mit der Isolierschicht bedeckt werden sollen. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird dann auf ein Ferrit-Substrat eine Schicht aus Al₃O₃ durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäuben aufgebracht unter Einstellung eines Abtragungsanteiles von 1:17 (Reemissionskoeffizient 0,25). Dadurch wird das bevorzugte Ätzen des Substrats vermieden. Das Aufwachsen der Schicht wird durchgeführt bis zu einer Dicke von mindestens 500 S und etwa einem Drittel der Dicke der aufzubringen Isolierschicht. Danach wird das Aufbringen der Schicht fortgesetzt mit einem höheren Abtragungsanteil von ungefähr 1:2 (Reemissionskoeffizient ungefähr 0,7), wobei eine glatte Oberfläche entsteht.

Diese Verfahrensschritte können mit einer üblichen Anlage für Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung durchgeführt werden. Eine solche Anlage kann anfangs auf einen niedrigen Abtragungsanteil von 1:17 (Reemissionskoeffizient ungefähr 0,2) oder weniger eingestellt werden, so daß nur eine geringe Wiederabtragung des Isoliermaterials von der gebildeten Schicht eintritt. Dieser Verfahrenszyklus ist somit in erster Linie ein Ablagerungszyklus mit geringer oder keiner Vorzugsätzung des Substrats.

Eine hierfür geeignete Anlage ist beschrieben im IBM Technical Disclosure Bulletin, September 1971, Seite 1032, in einem Artikel mit dem Titel "Power Network for Substrate" von R. P. Auyang u.a. In einer Eochfrequenz-Kathodenzerstäubungsanlage, wie sie

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beispielsweise in dem genannten Artikel beschrieben ist, befindet sich eine Schaltung zur Aufteilung der Erregungsenergie des Hochfrequenzsystems mit unabhängigen Steuerungen für die Wiederabtragungsenergie und für die elektrische Phase zwischen der die Materialquelle enthaltenden Kathode und der Anode mit dem Substrathalter. In dieser Anlage liefert ein Hochfrequenzgenerator Energie an die Kathode, die eine Aufnahme enthält für das Isoliermaterial, das auf dem auf der Anode angeordneten Substrat abgelagert werden soll. Die Aufnahme für das Isoliermaterial, das Substrat und die zugehörigen Elektroden sind in einer Vakuumkammer untergebracht. Durch einen Koppelkondensator in der Größenordnung von 50 bis 250 pF kann die Energieaufteilung während des Betriebes angepaßt werden. Die den Substrathalter enthaltende Anode wird über ein angepaßtes 50 Ohm-übertragungskabel mit Energie versorgt. Die Eingangsimpedanz der Substratelektrode wird durch einen Anpassungsschaltkreis in eine 50 Ohm-Last transformiert, so daß das Verbindungskabel als Verzögerungsleitung wirkt. Die elektrische Phase zwischen der Aufnahme-Elektrode und der Substrat-Elektrode wird durch Wahl der geeigneten Länge der Verzögerungsleitung der gewünschten Wiederabtragungsgeschwindigkeit angepaßt. Da das Kabel abgeglichen ist, kann die Wiederabtragungsgeschwindigkeit leicht durch mit dem Kabel verbundene Instrumente zur Anzeige der Leistung in der Vorwärts- und der reflektierten Richtung sowie durch Steuerung der Gleichstrom-Vorspannung der Substratelektrode gesteuert werden.

Bei dieser Anlage wirken die Wände der Vakuumkammer als dritte : Elektrode, die mit Masse verbunden ist, so daß die Anordnung, be- ' züglich des Substrats wie ein Drei-Elektroden-System wirkt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Substrat auf einer die Stirnseite der Anode bedeckenden Metallplatte angeordnet, die aus einem Material besteht, das durch Kathodenzerstäubung wenig angegegriffen wird. Durch die Metallplatte wird eine Wärmeleitung zwischen dem Substrat und der Elektrode hergestellt. In solchen Ausführungsfor+ men ist die Substratelektrode auch wassergegekühlt. Durch das Küh-j-

lender Metallplatte und durch die wassergekühlte Elektrode wird j BO 974 010/BO 974 OIOX

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in Verbindung mit der geringen Energiedichte während der Anfangsphase des Auftragungsverfahrens das Ablagern des Isoliermaterials in amorpher Form unterstützt.

Eine Anlage der beschriebenen Art kann im Durchschnitt unter folgenden Anfangsbedingungen betrieben werden, bis das Substrat mit einer !kontinuierlichen Schicht aus Isoliermaterial bedeckt ist: Gesamtenergie 0,7 kW; Energie der Substratanode 0,04 kW; Kathode mit der Aufnahme 0,66 kW; Argondruck in der Vakuumkammer 12 uHg; Länge der Verzögerungsleitung 3,81 m; Abstand zwischen den Elektroden 2,54 cm. Nach der anfänglichen Ablagerung des amorphen Isoliermaterials wird die Abtragungsgeschwindigkeit erhöht, so daß die Kathode mit einer Energie von 0,47 kW und die Substratlanode mit einer Energie von 0,23 kW betrieben wird. Unter diesen Bedingungen und unter Verwendung eines Substrats, das polykristallin ist oder das eine Rauhigkeit von weniger als 500 8 aufweist, entsteht eine Isolierschicht mit ausgezeichneter Glattheit, dejren Dicke in dem Anfangs teil etwa 500 8 und deren Gesamtdicke 1500 bis 2000 8 beträgt. Es hat sich gezeigt, daß unter diesen Bedingungen die Ablagerungsgeschwindigkeit des Isoliermaterials bei dem anfänglichen niedrigen Reemissionskoeffizienten ungefähr 37 bis 43 8 pro Minute ist, wobei 40 8 pro Minute bevorzugt werden. Die Ablagerungsgeschwindigkeit im zweiten Teil des Verfahrens mit einem höheren Reemissionskoeffizienten beträgt etwa 27 bis 33 8 pro Minute, wobei 30 8 pro Minute bevorzugt werden. biit der ansteigenden Zerstäubungsenergie zeigt sich ein Anwachsen jder Geschwindigkeit mit vernachlässigbarem Ansteigen der Temperatur des Substrats. Dies kann erklärt werden durch das ansteigende Wirksamwerden der Ionisation infolge der ansteigenden Energie an der Anode. Damit kann die anfängliche Ablagerung bis zu einer Dicke von mindestens 500 8 in etwa 12 bis 14 Minuten erfolgen. Die Ablagerung bei einem höheren Reemissionskoeffizienten geht etwas langsamer vor sich, jedoch kann eine Dicke von ungefähr 1000 8 in ungefähr 30 bis 37 Minuten erreicht werden. Zur Erreichung einer Gesamtdicke von 1500 8 der Schicht ist somit eine Abtagerungszeit von weniger als einer Stunde erforderlich.

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Die nach diesem Verfahren hergestellte Schicht aus Isoliermaterial weist nach dem zweiten Teil des Kathodenzerstäubungsverfahrens eine Oberfläche auf, die ebenso glatt oder glatter ist als die Oberfläche des Substrats, wobei eine Rauhigkeit von Spitze zu Vertiefung von weniger als 250 8 gemessen wird ("Center Line Average"-Verfahren). Die Herstellung einer Schicht mit einer Oberfläche von derart hervorragender Glattheit in einer solch kurzen Zeit kommt vielen Anwendungen zugute, insbesondere der Herstellung von Dünnfilm-Magnetköpfen, bei denen auf die Schicht weitere Schichten aus magnetischem Material aufgebracht werden, die sodann hervorragende magnetische Eigenschaften aufweisen.

Das Verfahren ist beispielsweise anwendbar bei der Herstellung von Magnetköpfen, wie sie in den US-Patenten 3 860 965 und 3 881 190 beschrieben sind. Bei diesen Magnetköpfen wird auf ein Substrat aus Ferrit eine Isolierschicht aufgebracht. Auf die Isolierschicht wird sodann eine magnetische Schicht, beispielsweise ! eine magnetoresistive Schicht, aufgebracht. Wie im folgenden aus- ' führlich beschrieben wird, sind die magnetischen Eigenschaften von abgelagerten, magnetoresistiven Schichten am besten, wenn meh-; rere magnetische charakteristische Größen der Schicht ihren günstigsten Wert haben. Diese charakteristischen magnetischen Werte werden am besten erreicht, wenn die magnetische Schicht auf eine sehr glatte Oberfläche aufgebracht werden. Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Isolierschicht in einem einzigen Verfahrensschritt mit Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung aufgebracht wird, bei einem Abtragungsanteil von 1:2 (Reemissionskoeffizient 0,7), die magnetischen Eigenschaften mangelhaft sind. Wenn jedoch das Zweischrittf-Verfahren angewendet wird mit einem niedrigen Reemissionskoeffi- | zienten in der Anfangsphase und einem höheren Reemissionskoeffi- j zienten in der folgenden Phase, entstehen glattere Oberflächen, auf denen die danach aufgebrachten magnetoresistiven Schichten weitaus bessere charakteristische magnetische Eigenschaften besitzen.

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Typische Beispiele für das Aufbringen und die Photolithographie zur Herstellung solcher Magnetköpfe sind in den genannten US-Patentschriften beschrieben. Das beschriebene Kathodenzerstäubungsverfahren kann außerdem auch bei der Herstellung von anderen Magnetkopfstrukturen und bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden.

In einem Ausführungsbeispiel, in welchem ein Magnetkopf hergestellt wurde, wurde eine Schicht aus Al₉O- auf ein poliertes, polykristallines Ferrit-Substrat nach dem beschriebenen Verfahren aufgebracht. Auf die Isolierschicht wurde eine Schicht aus magnetoresistivem Permalloy in Form eines erhabenen Linienmusters aufgebracht. In der beschriebenen Anlage wurde dabei eine Hochfrequenzenergie von 5 kW bei 13,56 MHz angewendet. Es wurde auf einem festen Potential liegendes Substratsystem mit einem Durchmesser von 40,64 cm benutzt. Die erste Schicht mit einer Dicke von ungefähr 900 A* wurde

2, aufgebracht unter Verwendung einer Energiedichte von 0,54 Watt/cm , einer Kathodenenergie von 0,66 kW und einer Energie an der Substratanode von 0,04 kW. Dies entspricht einem Abtragungsanteil von 1:17 oder einem Reemissionskoeffizienten von 0,25. Anschließend wurde eine zweite Schicht aus Al₃O₃ aufgebracht mit einer Dicke von ungefähr 2000 %., indem eine Energie an der Kathode von 0,47 kW und eine Energie an der Substratanode von 0,23 Watt angelegt wurde. Dies entspricht einem Abtragungsanteil von 1:2 oder einem Reemissionskoeffizienten von 0,7. Nach der zweiten Ablagerung hatte die Oberfläche der aufgebrachten Al₂O₃-Schicht eine Rauhigkeit

von weniger als 250 R von Spitze zu Vertiefung. Danach wurde ein

ο magnetoresistiver Permalloyfilm in einer Dicke von 400 A auf die Oberfläche der Al₂O₃-Schicht aufgedampft. Die magnetischen Eigenschaften der Permalloyschicht, die sich hierbei ergab, sind als Beispiel 1 in der Tabelle I beschrieben. In dieser Tabelle bedeutet "H " kleiner oder gleich ungefähr 1,5 Oe, die "leichte Achse der Koerzitivität". Ein kleiner Wert von H ist erwünscht für weichmagnetische dünne Schichten. "H " bedeutet "Anisotropie". Dieser Wert sollte zwischen ungefähr 2,5 und 5,5 Oe liegen.

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"^Hch" ^bedeutet "^{die ha}rte Achse der Koerzivität". Dieser Wert sollte kleiner oder gleich ungefähr 1,5 Oe liegen. "3" bedeutet ι die "Verschränkung", während "α" die Dispersion ist.ß sollte klei-; ner oder gleich 5° sein, während α vorzugsweise kleiner oder gleich 10° ist. Diese magnetischen Eigenschaften sind notwendig, u£n gute magnetoresistive Magnetköpfe mit dünnen Permalloyschichten einer Dicke von 400 S zu erreichen. Die den erwünschten Eigenschaften gehören auch entsprechende Empfindlichkeit für externe Magnetfelder und minimales Barkhauseri-Rauschen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde anschließend die gebildete Struktur vervoll·- ständigt durch Aufbringen von Leitungsanschlüssen auf die Permal- ' loyschicht, überziehen der Permalloyschicht und der Leitungsan- . Schlüsse mit einer Isolierschicht und Aufbringen weiteren Ferrits ! auf der Isolierschicht. Der auf diese Weise gebildete Magnetkopf hatte ausgezeichnete magnetische Eigenschaften.

Zum Vergleich wurde ein ebenso poliertes Substrat aus Ferrit in einem einzigen Verfahrensschritt mit einer Al_O₃-Schicht derselben Dicke überzogen unter Verwendung eines Abtragungsanteiles von 1:17 (Reemissionskoeffizient ungefähr 0,25), einer Kathodenenergie von 0,66 kW und einer Anodenenergie von 0,04 kW. Die Oberfläche der in einem Verfahrensschritt aufgebrachten Al-O--Schicht hatte eine Rauhigkeit, die wesentlich größer als 250 A war. Auf diese Isolierschicht wurde sodann ebenso wie im Beispiel 1 eine Permalloyschicht mit einer Dicke von 400 A* aufgedampft. Die Ergeb-•nisse dieses Kontrollexperiments sind in Tabelle I als Beispiel 2 dargestellt. Die magnetischen Eigenschaften der im Beispiel 2 auf die rauhere Al_0₃-0berfläche aufgebrachten Permalloyschicht sind mangelhaft, verglichen mit den magnetischen Eigenschaften der Permalloyschicht im Beispiel 1, die auf eine glattere Isolierschicht unter Anwendung der beiden Aufbringungsschritte des Verfahrens aufgebracht wurde. Hieraus geht hervor, daß ein niedriger Reemissionskoeffizient allein nicht ausreichend ist, um eine glatte Oberfläche zu liefern.

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TABELLE I

-J cn to

Substrat und Verfahren

H H₁ H .

ce k ch

Beispiel 1:

Poliertes Ferrit mit Al₃O₃-Schicht im Zwei-Schritt-Verfahren 1,4 Oe 3,7 Oe 0,5 Oe 3° 4°

Beispiel 2:

Poliertes Ferrit mit Al₃O₃-Schicht im Ein-Schritt-Verfahren 3,6 Oe 6,8 Oe 0,5 Oe 5° 8°

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- 12 -

In beiden Beispielen 1 und 2 wurden die magnetischen Werte durch magnetooptische Verfahren erhalten.

In entsprechender Weise wurde das Verfahren auch angewendet bei der Herstellung eines raagnetoresistiven Magnetkopfes, wie in der OS-Patentschrift 3 860 965 beschrieben. Bei diesem Magnetkopf wird eine Isolierschicht zwischen eine erste und eine zweite Schicht aus Permalloy aufgebracht. Beim Aufbringen der Isolierschicht wurde eine Energie von 0,7 kW an die Elektroden mit einem Durchmesser von 40f64 cm angelegt. Im ersten Schritt wurde eine Schicht aus Al₂O₃ mit einer Dicke von ungefähr 5OO S aufgebracht, wobei eine Kathodenenergie von 0,66 kW und eine Anodenenergie von 0,04 kW entsprechend einer Abtragungsrate von 1:17 (Reemissionskoeffizient ungefähr 0,25) eingestellt wurde. Danach wurde eine Al 0 -Schicht mit einer weiteren Dicke von 600 bis 10OO Ä abg^lagert bei einer Kathodenenergie von O,47 kW, einer Anodenenergie von O,23 kW und einem Abtragungsanteil von 1:2 (Reemissionskoeffizient ungefähr 0,7). Dann wurde der zweite Permalloyfilm von 400 S Dicke auf die Al-O -Schicht aufgedampft. Dieses Verfahren wurde in mehreren Beispielen wiederholt, wobei es sich zeigte, | daß Al_0 -Oberflächen mit einer Rauhigkeit von weniger als 250 in reproduzierbarer Weise hergestellt werden konnten. Die magneti-! sehen Eigenschaften der auf die glatten A1_O«-Oberflächen aufgebrachten Permalloy-Schichten sind in der Tabelle II als Beispiele 3 bis 8 dargestellt.

Zum Vergleich wurden die Beispiele 9 und 10 durchgeführt, in denen die Al₃O -Schicht in bekannter, üblicher Weise mit einem hohen Re-; emissionskoeffizienten xind ohne die Anwendung einer anfänglichen j Schicht mit einem niedrigen Reemissionskoeffizienten aufgebracht wurde. '

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TABELLE II

Verfahren

	Beispiel	3;	zwei	Schritte
	Beispiel	4:	zwei	Schritte
	Beispiel	5:	zwei	Schritte
	Beispiel	6:	zwei	Schritte
	Beispiel	7:	zwei	Schritte
O CO	Beispiel	8:	zwei	Schritte
OC	Beispiel	9:	ein	Schritt
V_J (O	Beispiel	10:	ein	Schritt
/075
	* Während	des Ά	.ufbrin	crens absi

H,

ch

1,6	Oe	4,1	Oe	0,9	Oe	1	4°
2,1	Oe	4,7	Oe	0,9	Oe	2°	4°
1,8	Oe	4,1	Oe	1,3	Oe	1,5°	7°
1,5	Oe	3,5	Oe	0,8	Oe	3,5°	4°
2,0	Oe	4,6	Oe	1,4	Oe	27°*	ο
1,3	Oe	4,6	Oe	1,0	Oe	2°	4°
3,4	Oe	3,9	Oe	2,7	Oe	49°*	11°
4,9	Oe	8,6	Oe	1,8	Oe	4°	7°

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- 14 -

cn cn cn

Die Messung ergab, daß die Oberfläche der in einem Schritt aufgebrachten Al O--Schicht eine Rauhigkeit von Spitze zu Vertiefung

ο
hatte, die größer als 250 Ä war. Wie in den Beispielen 3 bis 8 wurde die hergestellte Al₃O -Schicht sodann mit Permalloy überzogen. Die magnetischen Eigenschaften der auf diese Weise erhaltenen Permalloy-Schicht sind in Tabelle II als Beispiele 9 und 10 angegeben. Wiederum zeigt es sich, daß die magnetischen Schichten, die auf einer nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Isolierschicht aufgebracht sind, denjenigen, die auf einer üblichen Isolierschicht aufgebracht sind, wesentlich überlegen sind.

Experimentelle Ergebnisse sind in der Tabelle III zusammengefaßt. , Insbesondere ist aus dieser Tabelle der Zusammenhang zwischen dem Auftragungs-/Abtragungsenergieanteil und dem Reemissionskoeffizien*· ten ρ zu ersehen.

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TABELLE III

Auftragungs-/

Abtragungs-

Energieanteil -Volt = I A P

35/1 15 3,34 2,84 0,15

17/1 45 3,45 2,59 0,25

12/1 ' 55 2,85 1,84 0,35

ο 5/1 80 2,56 1,02 0,6

S 2/1 120 1,68 0,50 0,7

° 1^5/1 140 2,02 0,40 0,8

^Gewicht von Al₉O- in "can" (kleine Öffnung mit einer Fläche von (0,003"), multipliziert mit

2
326, um das Gewicht in mg/Zoll zu erhalten.

A = Gewicht von Al₃O₃ aufgebracht auf (1,O¹¹)²

ρ = Reemissionskoeffizient = (I-A)

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Änderungen der gesamten Elektrodenenergie beeinflussen das Ergebnis des Verfahrens nicht wesentlich. Ebenso ist die Anwendung des Verfahrens nicht abhängig von einem bestimmten Elektrodenabstand oder einem bestimmten Gasdruck.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Aufbringen einer glatten, elektrisch isolierenden Schicht, deren Rauhigkeit, von Spitze zu Vertiefung, weniger als 250 8 beträgt, auf der Oberfläche eines polykristallinen, einkristallinen oder amorphen Substrats, dessen Rauhigkeit nicht mehr als 500 Ä beträgt, durch auf- und abtragende Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung des aufzubringenden Materials, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil von 1:12 (Reemissionskoeffizient 0,35) oder weniger aufgebracht wird, und daß danach eine zweite Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil von 1:5 (Reemissionskoeffizient 0,6) oder mehr aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zunächst eine erste Schicht des Isoliermaterials mit einem Abtragungsanteil zwischen 1:12 und 1:35 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,35 und 0,15) aufgebracht wird, und daß danach eine zweite Schicht des Isoliermaterials mit einem Ab tragungs anteil zwischen 1:5 und 1:1,5 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,6 und 0,8) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial für die erste Schicht in amorpher Form aufgebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß eine aus der ersten und der zweiten Schicht gebildete Isolierschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliciumdioxid (SiO₂) und Siliciumnitrid (Si₃N₄) auf das Substrat aufgebracht wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, insbesondere zur
Herstellung eines Dünnfilmmagnetkopfes mit einer flächenhaften, magnetoresistiven Struktur, dadurch gekennzeichnet,; daß auf das Substrat zunächst eine erste Schicht Al₃O₃ mit
einem Abtragungsanteil von 1:17 (Reemissionskoeffizient
0,25)und danach eine zweite Schicht aus Al₃O₃ mit einem Abtragungsanteil von 1:2 (Reemissionskoeffizient 0,7) aufgebracht wird, und daß über der gebildeten Isolierschicht
eine magnetoresistive Schichtstruktur aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Isolierschicht aus Al₃O₃ auf ein Substrat aus polykristallinem Ferrit aufgebracht wird. '■
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß auf die Isolierschicht aus Al-O,, eine magnetoresistive

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Schichtstruktur mit einer Dicke von etwa 500 A und darüber eine weitere Isolierschicht aus Al_0 , SiO₃ oder Si₃N₄ auf-; gebracht wird, wobei wiederum zunächst eine erste Schicht
mit einem Abtragungsanteil von 1:12 (Reemissionskoeffi- \ zient 0,35) oder weniger, vorzugsweise zwischen 1:12 und ; 1:35 (Reemissionskoeffizient zwischen 0,35 und 0,15), und j sodann eine zweite Schicht mit einem Abtragungsanteil von
1:5 (Reemissionskoeffizient 0,6) oder mehr aufgebracht i wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, _; daß zur Bildung des flächenhaften magnetoresistiven Mu- j sters eine Schicht aus Permalloy aufgebracht wird. ;

ORIGINAL INSPECTS)