DE69010236T2 - Elektrolytisches Niederschlagsverfahren auf ein Halbeitersubstrat. - Google Patents
Elektrolytisches Niederschlagsverfahren auf ein Halbeitersubstrat.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung hat ein elektrolytisches Niederschlagsverfahren auf ein Halbleitersubstrat zum Gegenstand. Sie findet eine Anwendung vor allem bei der Herstellung von Schreib- und/oder Lesemagnetköpfen, integriert auf einem Halbleitersubstrat.
- Die Technik des elektrolytischen Niederschlags kann verwendet werden bei der Herstellung von Magnetköpfen. Dies wird vor allem beschrieben in dem Patentdokument US-A-4,402,801, erteilt am 6.September 1983. Die beigefügte Figur 1 zeigt schematisch diese Technik. Wenn das Substrat leitend ist (z.B. aus Al&sub2;O&sub3;-TiC), wird die Elektrolyse durchgeführt, indem man das Substrat 11 als Elekrode nimmt (Teil a). Eine isolierende Schicht 12, auf geeignete Weise geätzt, ermöglicht die elektrolytischen Wachstumszonen 17 abzugrenzen. Wenn das Substrat 11 isolierend ist, wird vorher eine leitende Schicht 16 (z.B. aus Ni-Fe) abgeschieden, um die Elektrode zu bilden, auf der man den elektrolytischen Niederschlag 17 wachsen läßt (Teil b der Figur).
- Wenn das Substrat weder isolierend noch leitend ist, z.B. aus Silicium, ist die erste Variante nicht mehr möglich. Es gäbe nämlich keine Haftung des elektrolytischen Niederschlags auf dem Halbleiter. Nur das Zurückgreifen auf eine leitende Hilfsschicht ermöglicht den elektrolytischen Niederschlag. Dies wird in dem europäischen Patentdokument EP-A-0 262 028 beschrieben.
- Nun, diese Technik weist Nachteile auf. Die als Elektrode dienende Schicht muß geätzt werden ehe der elektrolytische Niederschlag erfolgt, und diese Ätzung läßt unvermeidlich Metallpartikel auf dem Halbleiterplättchen zurück. Auf diesen Partikeln stellt man unerwünschtes elektrolytisches Wachstum fest.
- Man könnte die als Elektrode dienende leitende Schicht ganz lassen, müßte dann aber auf ihr eine isolierende Schicht abscheiden, die geätzt werden müßte, um nur die Zonen abzugrenzen, in denen die Abscheidung stattfinden soll, was kopliziert ist.
- Schließlich, die als Elektrode dienende leitende Schicht erhöht die Dicke der Struktur.
- Die vorliegende Erfindung hat genau ein Verfahren zum Gegenstand, das diese Nachteile vermeidet. Zu diesem Zweck schlägt sie vor, auf der Seite des Halbleiters, wo der elektrolytische Niederschlag erfolgen soll, Wachstumszonen herzustellen, erzeugt mittels Diffundieren eines Metalls oder einer metallischen Verbindung durch Tempern dieser Seite. Der elektrolytische Niederschlag wächst dann nur auf diesen Zonen, durch Stromzuführung durch das Halbleitersubstrat, das vorteilhafterweise auf seiner Rückseite mit einer leitenden Schicht überzogen worden ist.
- Die mit der als Elektrode dienenden Metallschicht verbundenen Nachteile sind folglich beseitigt, da die gesamte Metallschicht auf der Vorderseite entfernt wird vor der Erzeugung des elektrolytischen Niederschlags.
- Die Technik der Erfindung eignet sich außerdem gut für einen Niederschlag am Boden von sehr engen Senken oder Gräben (caissons) oder auf Flächen mit sehr geringen Abmessungen, wie sie häufig vorkommen bei integrierten Magnetköpfen.
- Schließlich gibt es kein Nachabscheiden von leitenden Schichten mehr, wie bei der vorhergehenden Technik (s. EP-A- 0 262 028), um neue Elektroden zu bilden für neue elektrolytische Niederschläge, die vorhergehende Niederschläge überdecken.
- Außerdem kennt man durch das Dokument US-A-3 492 546 ein weiteres elektrolytisches Niederschlagsverfahren. Diesem weiteren Verfahren entsprechend scheidet man, um gute ohmsche Kontakte zu bilden, auf einem Halbleitersubstrat an den geeigneten Stellen eine Schicht Aluminium ab und erhöht die Temperatur des Aufbaus, um eine Legierung zwischen dem Aluminium und dem Halbleiter zu bilden. Es ist dann eine Aluminiumschicht vorhanden, die als Elektrode dient für eine elektrolytische Wachstumsoperation von Aluminium.
- Diese Technik löst die Probleme, die verbunden sind mit der Herstellung von guten ohmschen Kontakten. Aber die Herstellung einer festhaftenden Magnetschicht von komplexer Form verursacht ganz andere Probleme. Erfindungsgemäß, nach Diffusion des Metalls in den Halbleiter werden mittels einer Metallätzung alle Metallpartikel entfernt, ebenso auf der Barriereschicht wie auf den diffundierten Zonen. Außerdem, da der elektrolytische Niederschlag nur auf den diffundierten Zonen erfolgt, wird dieser Niederschlag ohne Grenzfläche mit dem Substrat erzeugt, was erlaubt, ohmsche Verluste, jedes Ablöserisiko und jeden parasitären Niederschlag zu vermeiden (insbesondere ist es nicht erforderlich, die Zonen zu isolieren, in denen das elektrolytische Wachstum nicht erfolgen darf).
- Außerdem hebt die Erfindung die bevorzugte Rolle hervor, die das Nickel spielt, denn dieses Metall ermöglicht, einerseits diffundierte Nickelsilicidzonen zu bilden (wenn das Substrat aus Silicium ist, und andererseits magnetische Zonen zu bilden, z.B aus Eisen-Nickel. Es findet dann eine physikalischchemische Anpassung statt zwischen den diffundierten Zonen und dem elektrolytischen Niederschlag.
- Genauer, die vorliegende Erfindung hat ein elektrolytisches Niederschlagsverfahren eines magnetischen Materials auf einem Halbleitersubstrat zum Gegenstand, das die folgenden Operationen umfaßt:
- - man verwendet ein schwach-resistives Halbleitersubstrat,
- - man scheidet auf einer Vorderseite des Substrats ein Metall oder eine metallische Verbindung ab an den Stellen, wo der elektrolytische Niederschlag erfolgen soll,
- - man tempert das Ganze, damit ein Teil des Metalls oder der metallischen Verbindung in das Substrat diffundiert,
- - man entfernt den Rest des Metalls oder der metallischen Verbindung auf dem Substrat,
- - man bringt die Vorderseite in Kontakt mit einer elektrolytischen Lösung, dem niederzuschlagenden Material entsprechend,
- - man bringt das Substrat auf ein geeignetes Potential, um den elektrolytischen Niederschlag des besagten Materials auf den diffundierten Stellen zu bewirken.
- Die Charakteristika und Vorzüge werden besser verständlich durch die nachfolgende Beschreibung von beispielhaften und keinesfalls einschränkenden Ausführungsbeispielen. Diese Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen:
- - die Figur 1, schon beschrieben, betrifft die vorhergehende Technik,
- - die Figur 2 zeigt drei Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- - die Figur 3 zeigt eine Ausführungsart mit rechteckiger Senke,
- - die Figur 4 zeigt eine Ausführungsart mit vergrabener Senke,
- - die Figur 5 stellt die Herstellung eines Magnetkreises mit mehreren Stufen dar,
- - die Figur 6 zeigt perspektivisch (a) und im Schnitt (b) einen Siliciumwafer, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
- Man sieht in Figur 2 (Teil a) ein Halbleitersubstrat 20, z.B. aus Silicium von schwacher Resistivität (10&supmin;²Ωcm oder weniger), poliert auf seinen beiden Seiten, die vordere mit 21 bezeichnet, die andere, auf der Rückseite, mit 22 bezeichnet.
- Man scheidet (Teil b) auf der Rückseite 22 eine Metallschicht 23 ab, z.B. durch Sputtern, mit einer Dicke von ungefähr 200 nm. Der Leiter kann Chrom sein. Es bildet sich somit ein ohmscher Kontakt zwischen dem Leiter 23 und dem Halbleiter 20.
- Auf der Vorderseite 21 bildet man eine Barriereschicht 30 (was heißt, daß sie kein Diffundieren des Metalls oder der metallischen Verbindung in diese Schicht zuläßt) z.B. aus SiO&sub2;. Diese Schicht 30 wird gebildet durch thermische Oxidation oder durch PECVD-Abscheidung, mit einer Dicke von ungefähr 1000 nm. Durch partielles Ätzen grenzt man Zonen 31 ab, in denen man eine Diffusion des Metalls oder der metallischen Verbindung durchführen möchte.
- Anschließend scheidet man z.B. durch Sputtern eine Schicht 32 aus Metall oder einer metallischen Verbindung von ungefähr 200 nm ab (Teil c). Dann wird das Ganze getempert (oder wenigstens die Vorderseite), damit das Metall oder die metallische Verbindung in die abgegrenzten Zonen des Substrats diffundiert. Man erhält somit die diffundierten Zonen 34.
- Die restliche Metallschicht 32 auf der Barriereschicht 30 und ggf. auf den Zonen 34 wird dann chemisch geätzt (Teil d). Die Schicht 30 ihrerseits wird entfernt.
- Für eine Schicht 32 aus Nickel kann das Tempern zwischen 250 und 350ºC erfolgen, wenn das gewünschte Silicid Ni&sub2;Si ist, oder zwischen 350 und 750ºC, wenn das Silicid NiSi ist. Ein Tempern bei 500ºC während zwei Stunden ermöglicht die Erzeugung einer Silicidschicht von 50 bis 200 nm. Man kann aber auch ein sehr kurzes ("Flash"-)Tempern durchführen, z.B. bei 600ºC während 30 Sekunden, um Ni&sub2;Si zu erhalten.
- Das diffundierte Material ist nicht beschränkt auf Nickel. Es kann auch Chrom, Titan oder Wolfram sein.
- Dieses Tempern kann auch unter Vakuum erfolgen. Im Falle eines langsamen Temperns kann es sich um ein Sekundärvakuum handeln; für ein "Flash"-Tempern ist ein Vakuum mit 10&supmin;³ mb geeignet.
- Man kann auch unter neutralem Gas arbeiten, z.B. unter Argon.
- Der Teil (e) zeigt den elektrolytischen Wachstumsschritt. Die hintere leitende Schicht 23 ist verbunden mit der negativen Klemme einer Spannungsquelle 25, die eine Spannung und einen angemessenen Strom liefert, und die Vorderseite 21 bringt man in Kontakt mit einer dem abzuscheidenen Material entsprechenden elektrolytischen Lösung (in der Praxis entsprechen die Kationen dieser Lösung dem abzuscheidenen Metall).
- In diesem Schritt stellt der Siliciumwafer einen strommäßig sehr homogenen Träger dar und bildet eine äquipotentiale Masse.
- Die Zonen 34 bilden Haftzonen des elektrolytischen Niederschlags, während außerhalb dieser Zonen die Haftung nicht ausreicht für die Bildung eines solchen Niederschlags. Die Niederschläge 36 bilden sich infolgedessen nur gegenüber den Zonen 34.
- Die Figuren 3 und 4 zeigen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Boden von engen Senken.
- In Figur 3 sieht man die Barriereschicht 30, die erhalten bleibt nach Ätzung der Metallrestschicht, im Gegensatz zum Fall der Figur 2. Diese Schicht 30 begrenzt Senken, auf deren Boden sich wie vorhergehend die diffundierten Zonen 34 befinden. Die Schicht 36 wird anschließend elektrolytisch abgeschieden. In diesem Fall muß die Schicht 30 isolierend sein. Es ist vorteilhafter, die Elektrolyse durchzuführen wie im Fall der Figur 3, d.h. mit einer Isolierschicht 30. Diese letztere ermöglicht nämlich, eventuelle parasitäre Metallabscheidungen auf dem Substrat im Laufe der Elektrolyse zu vermeiden. Diese Schicht wird anschließend bewahrt oder durch Ätzung entfernt, je nach Anwendung.
- In Figur 4 wird das Substrat 20 vorher geätzt in Form eines Grabens 33. Die Zone 34 auf dem Boden dieses Grabens wird diffundiert, die elektrolytische Abscheidung 36 berührt nur den Graben. Vorzugsweise wird sie durchgeführt bei Vorhandensein der Isolierschicht 30.
- Diese verschiedenen Senken können ungefähr 10 um Tiefe aufweisen und mehrere tausend oder hunderttausend Quadratmikrometer.
- Die Figur 5 zeigt einen Magnetkreis 40, gebildet aus drei Stufen 41, 42, 43, hergestellt mit Hilfe einer einzigen Haftzone 34.
- Schließlich zeigt die Figur 6 einen Halbleiterwafer 50, z.B. aus Silicium (perspektivisch im Teil (a) und im Teil (b) als Schnitt gemäß A. Die Rückseite des Wafers ist bedeckt von einer leitenden Schicht 23. Durch die Abscheidung einer isolierenden Barriereschicht und durch deren partielle Ätzung definiert man Senken von 1000 bis 100000 Quadratmikrometern, auf deren Boden man die Diffusion einer Metallschicht durchführt mittels Abscheidung und Temperung dieser Schicht, um die Silicidzonen 34 zu bilden. Eine Ätzung der restlichen Metallschicht ermöglicht, den Wafer auf der Vorderseite von jeglicher Metallschicht zu befreien. Es bleibt dann nur eine Vielzahl von Silicidzonen 34 zurück. Mittels Elektrolyse bildet man anschließend auf dem Ganzen ein Vielzahl von Metallklötzchen 36. Dann kann der Rest der Barriereschicht entfernt werden.
- Die Fortsetzung der Operationen, die zu einem Schreib- Lese-Kopf führt, kann der vorhergehenden Technik entsprechen und vor allem dem Verfahren, das beschrieben ist in EP-A-0 262 028.
Claims (9)
1. Elektrolytisches Niederschlagsverfahren eines magnetischen
Materials auf ein Halbleitersubstrat, das die folgenden Schritte
umfasst:
- man verwendet ein schwach resistives Halbleitersubstrat
(20),
- man scheidet auf einer Vorderseite (21) des Substrats ein
Metall oder eine metallische Verbindung ab an den Stellen (31), wo
der elektrolytische Niederschlag ausgeführt werden soll,
- man tempert das Ganze, damit ein Teil des Metalls oder der
metallischen Verbindung in das Substrat diffundiert,
- man entfernt die auf dem Substrat verbliebenen Reste des
Metalls oder der metallischen Verbindung,
- man bringt die Vorderseite (21) in Kontakt mit einer dem
niederzuschlagenden Material entsprechenden elektrolytischen
Lösung,
- man bringt das Substrat auf ein angemessenes Potential, um
einen elektrolytischen Niederschlag (36) des genannten Materials
auf den diffundierten Stellen (34) zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
auf der Vorderseite des Substrats eine isolierende Schicht (30)
abscheidet, man diese isolierende Schicht ätzt, um Senken (31) zu
bilden, man auf der geätzten, isolierenden Schicht und auf dem
Boden der Senken eine Schicht aus Metall oder aus einer
metallischen Verbindung (32) abscheidet, man das Ganze tempert, um
das Metall oder die metallische Verbindung in das Substrat am
Boden der Senken diffundieren zu lassen, man die restliche
Metallschicht auf der isolierenden Schicht und am Boden der Senken
entfernt und man in den Senken auf den diffundierten Stellen (34)
den elektrolytischen Niederschlag (36) bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
vorhergehend das Substrat ätzt, Gräben (33) entsprechend, und man
die Senken am Boden dieser Gräben bildet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das magnetische Material ein Material auf
Nickelbasis ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das diffundierte Material Nickel ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (20) aus Silicium ist,
wobei die Diffusion des Metalls oder der metallischen Verbindung
auf der Vorderseite ein Silicid erzeugt, hervorgerufen durch das
Tempern.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tempern durchgeführt wird zwischen 200 und 350ºC
für ein Silicid Ni&sub2;Si.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Tempern durchgeführt wird zwischen 350 und 750ºC
für ein Silicid NiSi.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das diffundierte Metall gewählt wird aus der
Gruppe, die gebildet wird durch das Chrom, das Titan und das
Tungsten.
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| FR2644292A1 (fr) | 1990-09-14 |
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