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蝕刻是一類用于受控去除材料的常見(jiàn)工藝。氧化鋁的蝕刻在各種應(yīng)用中被發(fā)現(xiàn)，包括制造微器件，特別是薄的薄膜磁性結(jié)構(gòu)，更特別是磁頭。有各種類型的蝕刻工藝；然而，它們通常都包括將反應(yīng)物輸送到表面、表面反應(yīng)和從表面輸送產(chǎn)物的共同作用。

幾個(gè)特征被用來(lái)描述蝕刻工藝的能力。蝕刻速率是蝕刻材料厚度隨時(shí)間的減少。更快的蝕刻速率通常是有利的，但必須與控制去除材料總量的能力相平衡。希望整個(gè)表面和表面之間的蝕刻均勻。蝕刻過(guò)程的各向同性也被考慮。由蝕刻工藝引起的選擇性和損害的特征通?？刂颇姆N類型的蝕刻工藝用于特定的應(yīng)用。表面通常由一種以上的材料組成，其中只有一種材料需要蝕刻。待蝕刻的材料被稱為蝕刻材料。底層和周圍材料指的是結(jié)構(gòu)中不被蝕刻的其余部分。選擇性通常被定義為蝕刻材料的蝕刻速率與結(jié)構(gòu)中不被蝕刻的其他部分的蝕刻速率之比。損害往往與選擇性直接相關(guān)。如果可以實(shí)現(xiàn)完美的選擇性，那么只有蝕刻材料會(huì)被去除，而其他材料不會(huì)發(fā)生蝕刻。如果選擇性差，那么對(duì)其他材料的蝕刻很可能是廣泛的，因此被描述為損壞。腐蝕過(guò)程的部件和結(jié)構(gòu)中的材料之間的不相容性(通常是化學(xué)性質(zhì)的)也可能導(dǎo)致?lián)p壞，例如導(dǎo)致結(jié)構(gòu)腐蝕。

選擇性是蝕刻工藝中的一個(gè)重要考慮因素，因?yàn)樾枰^(guò)蝕刻來(lái)確保蝕刻材料的完全去除。過(guò)蝕刻指的是需要繼續(xù)蝕刻，即使蝕刻工藝已經(jīng)充分去除蝕刻材料以暴露下層。需要過(guò)蝕刻，因?yàn)樵诘湫偷谋砻嫔?，由于以下原因，表面層存在圖案或形貌蝕刻材料厚度的變化，例如由于抗蝕劑掩模的使用。當(dāng)你向下蝕刻穿過(guò)蝕刻材料層時(shí)，當(dāng)較薄的區(qū)域被清除時(shí)，較厚的區(qū)域會(huì)有殘留的材料。繼續(xù)蝕刻，直到所有區(qū)域，無(wú)論是厚的還是薄的，都清除了蝕刻材料。因此，當(dāng)蝕刻材料層被完全去除時(shí)，未被蝕刻的周圍材料和底層可能被拋出，并且蝕刻可能已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)生在底層中。發(fā)生在周圍材料和底層中的蝕刻量以及與蝕刻相關(guān)的損傷取決于蝕刻過(guò)程的選擇性。期望高選擇性以避免周圍材料和底層的蝕刻和/或損壞。

蝕刻工藝可分為兩大類:濕法蝕刻和干法蝕刻。濕法蝕刻在液相或液體環(huán)境中進(jìn)行，其中蝕刻材料從固體轉(zhuǎn)化為可溶于液體的形式用于去除。相比之下，干法蝕刻是在真空中進(jìn)行的，在真空中，待去除的材料或“蝕刻材料”被轉(zhuǎn)化為氣體形式，從而到達(dá)表面。與干法蝕刻相比，濕法蝕刻通常更簡(jiǎn)單、更便宜、更快。一般過(guò)程是將待蝕刻的物品放入盛有濕蝕刻劑的容器中。傳統(tǒng)濕蝕刻劑的主要成分是:氧化劑，例如過(guò)氧化氫或硝酸；溶解氧化表面的酸或堿，例如硫酸或氫氧化銨；和輸送反應(yīng)物和產(chǎn)物的魯?shù)辖橘|(zhì)，例如水或乙酸。蝕刻完成后，移除并清潔物品。濕法蝕刻可以作為批處理來(lái)執(zhí)行，因此可以快速處理大量的項(xiàng)目，并且是可再現(xiàn)的。濕蝕刻的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)蝕刻時(shí)間(例如在槽中的時(shí)間)和蝕刻速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，蝕刻速率與槽的溫度和組成有關(guān)。由于效率的原因，濕法蝕刻優(yōu)于干法蝕刻，但由于選擇性差和某些材料的損壞，其應(yīng)用受到限制。?

對(duì)于氧化鋁的蝕刻，傳統(tǒng)的濕法蝕刻有幾個(gè)缺點(diǎn)。主要問(wèn)題是氧化鋁通常要在同樣含有過(guò)渡金屬的結(jié)構(gòu)上蝕刻。傳統(tǒng)的氧化鋁濕法蝕刻劑，如:乙二胺四乙酸、濃酸和濃堿，在氧化鋁和過(guò)渡金屬之間的選擇性都很差。選擇性差會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)金屬部分的損壞和腐蝕。氧化鋁蝕刻材料下面的金屬底層暴露出來(lái)，并且經(jīng)常受到損害，影響到在這些金屬底層上進(jìn)行的后續(xù)連接。此外，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)以控制蝕刻發(fā)生位置的抗蝕劑材料在酸性蝕刻環(huán)境中經(jīng)常失效，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。此外，純度是所有電子材料加工中的關(guān)鍵問(wèn)題。高腐蝕性物質(zhì)，如酸和其他反應(yīng)性很強(qiáng)的物質(zhì)很難凈化。?

氧化鋁的選擇性蝕刻是制造微器件的一個(gè)持續(xù)問(wèn)題。通過(guò)干法蝕刻進(jìn)行物理去除是當(dāng)前的選擇方法，但由于氧化鋁和過(guò)渡金屬之間的選擇性差而導(dǎo)致的殘留問(wèn)題，這種方法并不理想。因此，持續(xù)需要一種用于去除氧化鋁的有效蝕刻工藝，該工藝具有改進(jìn)的選擇性，以避免對(duì)結(jié)構(gòu)中其它材料的損壞，尤其是防止對(duì)由于去除蝕刻材料而暴露的金屬層的損壞。

新型濕法蝕刻劑在過(guò)渡金屬存在下選擇性蝕刻氧化鋁，通常稱為氧化鋁，氧化鋁和其它過(guò)渡金屬之間的相對(duì)蝕刻速率至少為10比1。新型濕蝕刻劑的化學(xué)性質(zhì)允許在先前通過(guò)傳統(tǒng)干蝕刻進(jìn)行的制造步驟中使用濕蝕刻。新型濕法蝕刻劑包含一種或多種絡(luò)合劑，其與氧化鋁離子形成絡(luò)合物，并進(jìn)一步穩(wěn)定溶液中的那些絡(luò)合物。絡(luò)合劑在限定的酸堿度范圍內(nèi)的作用提供了氧化鋁的選擇性去除。絡(luò)合劑可以選自:腈基三乙酸、腈基三乙酸鹽、檸檬酸和檸檬酸鹽。通常，總絡(luò)合劑濃度小于0.5M就足夠了。新型含水濕蝕刻劑的一個(gè)實(shí)施方案利用濃度比為約1∶1的腈三乙酸三鈉鹽和檸檬酸鈉作為絡(luò)合劑。?

該新型濕法蝕刻劑包括緩沖水溶液，其酸堿度在約9至約10之間，優(yōu)選在9.3至9.7之間，最優(yōu)選約9.5。酸堿度的選擇基于氧化鋁離子和目標(biāo)金屬的溶解度特性。過(guò)渡金屬和金屬合金，如:鎳鐵、鎳釩、金、鉑、釕和銅，在感興趣的酸堿度范圍內(nèi)的水溶液中通常表現(xiàn)出兩種行為之一。要么金屬不受腐蝕(如釕)，要么表現(xiàn)出鈍化(如鎳、鐵和銅)。鈍化是指表面在與濕蝕刻劑接觸時(shí)涂上一層金屬氧化物。金屬氧化物層保護(hù)金屬不與濕蝕刻劑進(jìn)一步反應(yīng)，從而用作阻擋層。因此，過(guò)渡金屬層的任何進(jìn)一步蝕刻(如果有的話)只會(huì)非常緩慢地發(fā)生。

新型濕蝕刻劑還可以包括一種或多種潤(rùn)濕劑。在濕法蝕刻中，待蝕刻的物品從空氣中開(kāi)始，然后放入含水環(huán)境中。氣泡可能會(huì)被截留在小特征中，從而阻礙均勻蝕刻。潤(rùn)濕劑防止或減少氣泡的形成。合適的潤(rùn)濕劑必須在感興趣的酸堿度范圍內(nèi)對(duì)水溶液穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，新型濕法蝕刻劑在整個(gè)晶片上顯示出均勻的蝕刻速率，從而增加了對(duì)蝕刻過(guò)程的控制。新型濕蝕刻劑的一個(gè)建議應(yīng)用是制造磁頭。磁頭的制造包括在晶片上重復(fù)應(yīng)用金屬和介電材料的加法、減法和圖案化工藝。晶片隨后被切割成單個(gè)頭部，用于安裝到諸如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備中。完整的磁頭是一種分層結(jié)構(gòu)，包含磁活性特征和導(dǎo)電特征，這些特征依賴于絕緣體層，例如氧化鋁，以便正確操作。磁活性特征和導(dǎo)電特征通常由過(guò)渡金屬和金屬合金組成，包括但不限于:銅、金、鉑、釕、鈷、鎳、鐵、鎳鐵合金、鎳釩合金及其合金。包括磁頭在內(nèi)的結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁電路和電路的完成，需要通過(guò)蝕刻絕緣體來(lái)控制減法，最常見(jiàn)的是氧化鋁。?

圖2示出了示例磁頭的橫截面。磁頭包括讀取器部分和寫(xiě)入器部分。寫(xiě)入器由兩個(gè)磁極組成，即頂部磁極和底部磁極，它們?cè)诖蓬^的空氣軸承表面處通過(guò)寫(xiě)入間隙彼此分開(kāi)。此外，兩個(gè)磁極在遠(yuǎn)離空氣軸承表面的區(qū)域通過(guò)背通路彼此連接。分別由頂部和底部磁極以及反向通路產(chǎn)生的磁通路徑通常稱為磁芯。位于兩極之間的是由電絕緣層封裝的一層或多層導(dǎo)電線圈。為了將數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁性介質(zhì)，使時(shí)變電流或?qū)懭腚娏髁鬟^(guò)導(dǎo)電線圈。寫(xiě)電流在磁芯中產(chǎn)生時(shí)變磁場(chǎng)。磁介質(zhì)以預(yù)定距離通過(guò)磁頭的空氣軸承表面，使得介質(zhì)的磁表面通過(guò)磁寫(xiě)場(chǎng)。寫(xiě)入電流被改變，從而改變磁寫(xiě)入場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。

本方法總體上涉及氧化鋁蝕刻工藝的改進(jìn)。該新型濕法蝕刻溶液將絡(luò)合劑與酸堿度控制相結(jié)合，以提高在過(guò)渡金屬存在下蝕刻氧化鋁的選擇性。新型濕法蝕刻劑與非選擇性常規(guī)干法蝕刻工藝相比，在制造薄膜磁性結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，提供了氧化鋁中特征的改進(jìn)蝕刻。