專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜金屬和合金的低速率電化學(xué)蝕刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉及蝕刻，更具體地，涉及對(duì)諸如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中使用的金屬和合金的低速率電化學(xué)蝕刻。
背景技術(shù)：
蝕刻是廣為人知的，用于金屬和合金處理，更具體地，用于電子器件制造。例如，蝕刻一般用于磁記錄頭的制造。蝕刻可以通過(guò)多種方法實(shí)現(xiàn)，包括化學(xué)(濕式)蝕刻、電化學(xué)(濕式)蝕刻和(干式)離子統(tǒng)(ion milling)。在化學(xué)(濕式)蝕刻中，襯底被浸入強(qiáng)酸或堿溶液中，并且暴露于溶液的襯底的表面被蝕刻掉。在電化學(xué)(濕式)蝕刻中，襯底也被浸入強(qiáng)酸或堿溶液，并且暴露于溶液的襯底的表面被蝕刻掉。然而，不同于化學(xué)(濕式)蝕刻，一旦襯底被浸入溶液中，凈陽(yáng)極電流即被施加至襯底以促進(jìn)蝕刻處理，其中凈陽(yáng)極電流包括大的部分陽(yáng)極電流分量和較小的部分陰極電流分量。在(干式)離子銑期間，通過(guò)使用亞微型離子要素(例如，氬離子)轟擊襯底表面來(lái)促進(jìn)蝕刻。通常，當(dāng)離子轟擊襯底表面時(shí)，布置在表面上的材料被蝕刻掉。離子銑通常在襯底處于真空腔中時(shí)執(zhí)行，并且襯底被置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上以確保襯底的均勻蝕刻。依賴(lài)于襯底和襯底上的被蝕刻的材料，這些蝕刻方法中的任意方法可以使用保護(hù)層(例如，光刻膠層或者硬掩膜層)來(lái)保護(hù)襯墊的下層免受蝕刻處理
發(fā)明內(nèi)容


通過(guò)示例的方式而非限制性地根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行圖解說(shuō)明，附圖中圖IA到圖IC是示出根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例針對(duì)酸溶液中的包括金屬或者合金材料的示例襯底的極化曲線(xiàn)及其各個(gè)電流分量的圖形；圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例蝕刻速率作為電位的函數(shù)的圖形；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的蝕刻的示例方法的流程圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的確定電流范圍的示例方法的流程圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例基于電流條件針對(duì)示例合金的示例材料去除(厚度減少)作為時(shí)間的函數(shù)的圖形；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例基于電流條件針對(duì)示例合金的示例蝕刻速率的圖形；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例種子材料蝕刻前和蝕刻后的圖像；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例種子層蝕刻前和蝕刻后的圖像；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例材料蝕刻前和蝕刻后的圖像。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，為提供對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的徹底理解而闡述了各個(gè)細(xì)節(jié)，例如具體層結(jié)構(gòu)和屬性的示例。然而對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不需要使用這些具體細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)踐本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例是顯而易見(jiàn)的。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)描述已知的部件或者方法以避免不必要地混淆本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例包括使用凈陰極電流或者電位進(jìn)行低速率(濕式)蝕刻的系統(tǒng)和方法。具體地，一些實(shí)施例通過(guò)在襯底浸入電解質(zhì)時(shí)向襯底施加小的凈陰極電流來(lái)實(shí)現(xiàn)小于0. lnm/s的受控蝕刻速率。依賴(lài)于實(shí)施例，所使用的電解質(zhì)可以包括與從襯底蝕刻掉的材料具有相同類(lèi)型的陽(yáng)離子。一些實(shí)施例在薄膜金屬和合金的蝕刻以及磁頭換能器晶片的制造中有用。各個(gè)實(shí)施例的使用允許(a)弱化學(xué)環(huán)境中的受控和低速率的蝕刻；(b)從襯底對(duì)最不貴重材料的選擇性蝕刻；(C)避免傳統(tǒng)化學(xué)或者電化學(xué)蝕刻中由于過(guò)度蝕刻或傳統(tǒng)離子銑中由于過(guò)度銑對(duì)襯底的相鄰層造成的損壞；(d)使用標(biāo)準(zhǔn)電鍍工具進(jìn)行蝕刻的蝕刻； 以及(e)部分蝕刻。例如，關(guān)于蝕刻最不貴重材料，本發(fā)明的一些實(shí)施例可用于蝕刻與更低Fe磁合金接觸或與非磁性更貴重合金或者純金屬接觸的高Fe、NiFe、C0Fe和CoNiFe磁合金。在另一示例中，標(biāo)準(zhǔn)電鍍工具通過(guò)陰極電流控制和在襯底表面上的均勻?qū)α鱾髻|(zhì)分布可用于根據(jù)一些實(shí)施例執(zhí)行蝕刻。根據(jù)一些實(shí)施例，標(biāo)準(zhǔn)電鍍工具的使用允許該工具用于低速率蝕刻和鍍覆。例如，標(biāo)準(zhǔn)電鍍工具使用的用于磁合金鍍覆的化學(xué)物質(zhì)通常是(a)弱酸性的，其允許蝕刻速率低至次納米/秒；并且(b)包含高離子濃度的被蝕刻材料(通常為Co+2、Ni+2、Fe+2)，其允許最小化或者消除可能的污染。另外，對(duì)于一些實(shí)施例，單個(gè)鍍覆單元中陰極電化學(xué)蝕刻與電化學(xué)沉積的結(jié)合可用于復(fù)雜納米級(jí)結(jié)構(gòu)的制造上，諸如高力矩(moment) VP3鑲嵌柱。 為了描述一些實(shí)施例的功能，我們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1A-1C，其圖示根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的處于酸溶液中的金屬/合金材料(M)的極化曲線(xiàn)101及其電流分量(用極化曲線(xiàn)103和106表不)。圖IA示出在存在包括金屬/合金材料的二價(jià)離子(M+2)的水系酸性電解質(zhì)的情況下，相同材料(M)的示例襯底的極化曲線(xiàn)101。極化曲線(xiàn)101是響應(yīng)于施加的電位(E)的示例襯底(材料M)的凈電流。如圖所示，當(dāng)E相對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)路或者平衡電位(Etl)陰性更強(qiáng)/更負(fù)(導(dǎo)致凈陰極電流流過(guò)示例襯底)或者陽(yáng)性更強(qiáng)/更正(導(dǎo)致凈陽(yáng)極電流流過(guò)示例襯底)時(shí)，電流將流過(guò)示例襯底(即，電流密度將減小或者增大)，該系統(tǒng)包括處于水系酸性電解質(zhì)中的示例襯底。如本文所述，當(dāng)E比Etl更負(fù)時(shí)，示例襯底中產(chǎn)生凈陰極電流(這里也稱(chēng)為陰極電流)；并且當(dāng)E比Etl更正時(shí)，示例襯底中產(chǎn)生凈陽(yáng)極電流(這里也稱(chēng)為陽(yáng)極電流)。在平衡電位(Eci),將沒(méi)有凈電流流過(guò)示例襯底(即，i =0 )。極化曲線(xiàn)101代表示例襯底的電活性表面上發(fā)生的獨(dú)立電化學(xué)處理各自的極化曲線(xiàn)103和106 (虛曲線(xiàn))的凈分布。頂部的極化曲線(xiàn)103對(duì)應(yīng)于示例襯底置于酸性電解質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的M/M+2耦合體的極化曲線(xiàn)。如圖所示，當(dāng)E變得比開(kāi)路或者M(jìn)/M+2的平衡電位(E’ 0)更正或更負(fù)時(shí)，將發(fā)生M的氧化(M —M+2+2e_)或M+2的還原(M+2+2e_ — M)。底部的極化曲線(xiàn)106對(duì)應(yīng)于示例襯底置于酸性電解質(zhì)時(shí)導(dǎo)致的氫還原反應(yīng)(2H++2f — H2)的極化曲線(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)注意到并未觀測(cè)到底部極化曲線(xiàn)106與電位(E)軸的交叉點(diǎn)，這歸因于水系酸性電解質(zhì)(諸如圖IA中考慮的)中通常不存在H2的事實(shí)。圖IB是圖IA的極化曲線(xiàn)101的放大圖，并且其圖示出在Etl處流過(guò)示例襯底的部分陽(yáng)極電流(ia)和部分陰極電流(i。)抵消的作用效果(即，ia0=-ie0>O在這種條件下，將以分別與iao和成比例的速率發(fā)生氧化反 應(yīng)(M — M+2+2e_)和還原反應(yīng)(2H++2e_ — H2)。因此，盡管在平衡電位(Etl)將沒(méi)有凈電流流過(guò)示例襯底(即，1=、+1。。=0)，但是襯底上的電化學(xué)處理仍舊發(fā)生并導(dǎo)致在不存在外部驅(qū)動(dòng)力(即，i=0)的情況下自示例襯底的M的電化學(xué)蝕刻。圖IC例示圖IA的極化曲線(xiàn)101的另一個(gè)放大圖，并且其圖示了以下情形所施加的E’ ^和Etl之間的陰極電位E2導(dǎo)致流過(guò)示例襯底的凈陰極電流(i2)。具體地，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行偏置使得系統(tǒng)的電位(E)比Etl陰性更強(qiáng)(例如，其中E=E2)的方式，產(chǎn)生大的部分陰極電流分量(例如，込2)和更小的部分陽(yáng)極電流分量(例如，ia2)，從而IicJ > IiaU所產(chǎn)生的凈陰極電流流過(guò)示例襯底，并且在不存?zhèn)髻|(zhì)限制的情況下以E的函數(shù)的形式呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如圖IC的圖示，以分別與部分電流ia2和1。2成比例的速率驅(qū)動(dòng)氧化反應(yīng)(M — M+2+2e_)和還原反應(yīng)(2H++2e_ —H2)。當(dāng)電位在負(fù)方向增加時(shí)，陽(yáng)極部分電流分量變得更小，并且最終在M/M+2的平衡電位(E’ 0)處消失，而陰極分量成為主導(dǎo)。在平衡電位E’ ^和Etl之間的區(qū)域中，發(fā)生M的慢氧化和H+的快還原，因而產(chǎn)生示例襯底的低速率電化學(xué)蝕刻。圖2是描繪作為電位的函數(shù)的蝕刻速率曲線(xiàn)203的圖形，其圖示出一些實(shí)施例如何實(shí)現(xiàn)從包括M的給定襯底的M的低且受控的蝕刻速率。如圖2所示,一些實(shí)施例通過(guò)控制示例襯底的電位使得電位落在平衡電位Etl和E’ 0之間的范圍，從而實(shí)現(xiàn)M從示例襯底的低且受控的蝕刻速率。如本文提到的，當(dāng)電位(E )變得比M的平衡電位(Eci)更正時(shí)，施加的凈陽(yáng)極電流被施加到給定的襯底，當(dāng)電位(E )變得比M的平衡電位(Etl)更負(fù)時(shí)，施加的凈陰極電流被施加到給定的襯底。因此，當(dāng)凈陰極電流被施加到示例襯底從而其電位在平衡電位Etl和E’ 0之間時(shí)，產(chǎn)生M自示例襯底的低速率蝕刻。如在圖2中觀測(cè)到的，當(dāng)零電流被施加到示例襯底(即，示例襯底的電位在Etl)時(shí)，系統(tǒng)在不使用任何凈電流的情況下實(shí)現(xiàn)M的最高蝕刻速率。當(dāng)凈陰極電流被施加到示例襯底從而襯底的電位最接近E’ 0時(shí)，可以使用凈陰極電流實(shí)現(xiàn)M的最低蝕刻速率。如果凈陰極電流被施加到襯底從而電位(E)等于M/M+的平衡電位(E’ J或比平衡電位(E’ 0)更負(fù)，則如果系統(tǒng)中還存在M+2，將可能發(fā)生M的電沉積。蝕刻速率曲線(xiàn)203圖示M的蝕刻速率如何與氧化反應(yīng)(M — M+2+2e_)的部分陽(yáng)極電流密度成正比，以及在不存在傳質(zhì)限制的情況下M的蝕刻速率如何具有對(duì)電位(E)的指數(shù)依賴(lài)。圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行蝕刻的示例方法的流程圖。示例方法300開(kāi)始于操作303，包括第一材料的金屬或者合金的襯底被提供用于蝕刻，以及操作306，包括第一材料或者第二材料的電解質(zhì)的蝕刻溶液被提供用于蝕刻處理。襯底例如可以包括Co、Ni或者Fe的純金屬或者合金(例如，NiFe、CoFe、CoNi、CoNiFe)，或者NiFeX、CoFeX或CoNiFeX的合金，其中X可以表示Pt、Ru、Rh、Pd、Cr或者Cu。蝕刻溶液例如可包括具有由支持性電解質(zhì)提供的高傳導(dǎo)率的Fe (II)、Ni (II)或Co(II)的陽(yáng)離子，并且還可以包含緩沖化合物和潤(rùn)濕劑。示例蝕刻溶液包括但是不限于NiFe、CoFe和CoNiFe鍍槽化學(xué)物質(zhì)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，為了蝕刻包括CoNiFe膜的襯底，可以利用包括CoNiFe鍍覆溶液的蝕刻溶液。蝕刻處理開(kāi)始于操作309，襯底被浸入蝕刻溶液而(凈)陰極電流被施加到襯底，陰極電流使得蝕刻溶液導(dǎo)致襯底的第一材料被蝕刻并且發(fā)生還原反應(yīng)。如上所述，在一些實(shí)施例中，陰極電流使得針對(duì)襯底的第一材料和電解質(zhì)的第一材料或者第二材料，襯底和電解質(zhì)的電位落入平衡電位Etl和E’ C1之間的范圍。 例如，在襯底包括CoNiFe膜且蝕刻溶液包括CoNiFe鍍覆溶液的情況下，包括CoNiFe膜和CoNiFe鍍覆溶液的系統(tǒng)的電位將需要落入系統(tǒng)的平衡電位Etl和E’ 0之間的范圍。依賴(lài)于實(shí)施例，操作309可包括準(zhǔn)備襯底，以便在襯底被浸入蝕刻溶液之前施加 陰極電流或者在襯底被浸入蝕刻溶液之后施加陰極電流。在一些實(shí)施例中，陰極電流通過(guò)恒電流法(例如，使用恒定的電流控制)或者恒電位法(例如，使用恒定的電位控制)被施加到襯底。另外，在一些實(shí)施例中，造成以及控制襯底的低速率蝕刻包括維持蝕刻溶液的溫度、pH、電解質(zhì)濃度和混合速率處于或接近規(guī)定值。因此，本發(fā)明的實(shí)施例可以利用可維持恒定電解質(zhì)溫度、提供均勻電解質(zhì)混合到被蝕刻的襯底的表面上以及在襯底和陽(yáng)極之間提供恒定且可控DC電流流動(dòng)的工具。如此處提到的，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可以使用標(biāo)準(zhǔn)的電鍍工具(例如，用于鍍覆NiFe、CoFe和CoNiFe的工具)。方法300和其它實(shí)施例可用于包括蝕刻鍍覆或者濺射結(jié)構(gòu)的襯底，并且可用于制造諸如磁記錄頭的盤(pán)驅(qū)動(dòng)部件。根據(jù)一些實(shí)施例，方法300還包括使用蝕刻處理從襯底去除氧化物以及使用鍍覆處理在襯底上電沉積第一材料或者第二材料。例如，在使用根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的蝕刻處理從包括材料M的襯底去除氧化物之后，可以增大用于從襯底蝕刻氧化物的(凈)陰極電流使其超過(guò)M/iT2的平衡電位(即，E’J，從而發(fā)生襯底上M的電沉積。應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于一些實(shí)施例，僅僅當(dāng)更貴重或者非電活躍結(jié)構(gòu)鄰近被蝕刻的材料時(shí)才執(zhí)行蝕刻處理。在一些實(shí)施例中，當(dāng)進(jìn)行襯底的蝕刻時(shí)，襯底上的恒定的電活躍區(qū)域被保持。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例確定電流范圍的示例方法的流程圖。示例方法400確定的電流范圍用于校正和促進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電化學(xué)蝕刻處理。方法400開(kāi)始于操作401，其中包括第一材料的金屬或合金的襯底被提供用于蝕刻，以及操作404，其中包括第一材料或者第二材料的電解質(zhì)的蝕刻溶液被提供用于蝕刻處理。隨后，在操作407，在襯底浸入蝕刻溶液時(shí)陰極電流的集合被連續(xù)地施加到襯底。在一些實(shí)施例中，集合中的每個(gè)陰極電流具有針對(duì)電化學(xué)蝕刻處理估算的不同的陰極電流值。在各實(shí)施例中，陰極電流的集合在其中蝕刻速率最大的“零電流”(即，系統(tǒng)的平衡電位E0)到其中蝕刻速率變?yōu)榱悴⑶铱赡荛_(kāi)始電沉積(即，系統(tǒng)的平衡電位E’ 0)的凈陰極電流值的范圍內(nèi)。當(dāng)每個(gè)陰極電流被施加到襯底而襯底在蝕刻溶液中時(shí)，在操作410，觀測(cè)襯底的第一材料用于蝕刻。依賴(lài)于實(shí)施例，可以通過(guò)多種方式觀測(cè)蝕刻，這些方式包括但不限于輪廓測(cè)定法、X射線(xiàn)熒光(XRF)或者檢測(cè)襯底的飽和磁化強(qiáng)度的變化?；谠诓僮?10期間針對(duì)施加的來(lái)自集合的每個(gè)陰極電流觀測(cè)的內(nèi)容，在操作413，可以確定當(dāng)襯底被浸入蝕刻溶液時(shí)導(dǎo)致第一材料從襯底被蝕刻的陰極電流的范圍。圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于電流條件針對(duì)示例合金的示例材料去除(厚度減少)與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖。圖5圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例經(jīng)受范圍從25到75mA的凈陰極電流的電鍍的2. 3T CoNiFe膜。電鍍的2. 3T CoNiFe膜具有約0. 5um的初始厚度，并且以全膜沉積到產(chǎn)生(seeded with) 500A濺射的Ta/Ru的6" AlTiC襯底上。如圖5的圖示，圖中的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)于當(dāng)襯底經(jīng)受指定的凈陰極電流時(shí)襯底上的CoNiFe膜的厚度減少與時(shí)間的函數(shù)。在此情況下，蝕刻電解質(zhì)是pH為2. 80、溫度為18°C的同樣的2. 3T CoNiFe鍍覆溶液，并且包含來(lái)自硫酸鹽、硼酸、氯化銨、表面活性劑、晶粒細(xì)化有機(jī)劑的鈷、鎳和鐵二價(jià)離子。圖5中的蝕刻速率對(duì)應(yīng)于線(xiàn)性回歸擬合曲線(xiàn)的斜率。圖6是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例基于電流條件的合金的蝕刻速率的圖形。圖6顯示針對(duì)此處描述的鍍覆的2. 3T CoNiFe膜以及針對(duì)具有85%Fe含量并沉積在500A Ta/Ru底層上初始厚度為飛OOA的濺射的NiFe膜，蝕刻速率與凈施加的陰極電流的函數(shù)關(guān)系。這些濺射的膜在指定的凈陰極電流條件下被蝕刻，所述凈陰極電流是在以上針對(duì)圖5描述的2. 3TCoNiFe鍍覆中施加的。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例種子材料蝕刻前和蝕刻后的圖像。圖7例示在60秒期間使用50mA的凈陰極電流去除殘留CoFe種子至磁寫(xiě)入柱703的基部的情況。蝕刻硬件包括鍍覆單元和用作蝕刻介質(zhì)的2. 3T CoNiFe鍍覆電解質(zhì)，所述鍍覆單元具有往復(fù)式槳，其提供對(duì)襯底的均勻混合。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例種子層蝕刻前和蝕刻后的圖像。圖8圖示沉積在寫(xiě)入柱鋁間隔材料上的NiFe (85%的Fe)種子層的電化學(xué)蝕刻。在圖8中，50mA的凈陰極電流在180秒內(nèi)施加到S3種子層被局部暴露的圖案化的6"襯底上。類(lèi)似于圖7，蝕刻硬件包括鍍覆單元和用作蝕刻介質(zhì)的2. 3T CoNiFe鍍覆電解質(zhì)，所述鍍覆單元具有往復(fù)式槳，其提供對(duì)襯底的均勻混合。如本文提到的，在一些實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻處理去除氧化物可以跟隨材料的電沉積處理。圖9是根據(jù)本發(fā)明的這種實(shí)施例的示例材料蝕刻前和蝕刻后的圖像。在圖9中，在鍍覆之前，電化學(xué)蝕刻處理用于去除氧化物以改進(jìn)鍍覆的NiFe和濺射的種子層之間的粘接。圖9呈現(xiàn)鍍覆在包括IOOnm的NiFe (20%Fe)種子層上的NiFe材料的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，其中NiFe材料具有20-30%的Fe的公稱(chēng)成分。頂部圖像903示出在鍍覆之前不使用根據(jù)實(shí)施例的凈陰極電流的情形，底部圖像906對(duì)應(yīng)于在鍍覆之前在60秒期間施加根據(jù)實(shí)施例的凈陰極電流(具體地，IOOmA)以有效地消除天然種子層氧化物的情形。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)蝕刻的方法，所述方法包括 提供包括第一材料的金屬或者合金的襯底； 提供包括第二材料的電解質(zhì)的蝕刻溶液；以及 將所述襯底浸入所述蝕刻溶液，同時(shí)向所述襯底施加陰極電流，其中所述陰極電流被施加從而所述蝕刻溶液導(dǎo)致所述襯底的所述第一材料被蝕刻并且所述蝕刻溶液導(dǎo)致還原反應(yīng)發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述陰極電流包括導(dǎo)致所述襯底的第一材料被蝕刻的陽(yáng)極電流分量和導(dǎo)致所述還原反應(yīng)發(fā)生的陰極電流分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，向所述襯底施加陰極電流包括向所述襯底施加第一電位，其中所述第一電位比包括所述第一材料和所述蝕刻溶液的耦合體的開(kāi)路電位更負(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一電位比所述第一材料的第二電位負(fù)的更少，其中，所述第二電位是包括所述第一材料和所述第一材料的離子的耦合體的第二開(kāi)路電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，向所述襯底施加陰極電流包括增加通過(guò)所述襯底的電流密度，從通過(guò)襯底的零凈電流增加到通過(guò)襯底的第一凈電流，其中所述第一凈電流比所述零凈電流更陰性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過(guò)所述襯底的電流密度增加，從而所述第一凈電流相對(duì)通過(guò)襯底的具有零陽(yáng)極分量的凈電流具有更大的陽(yáng)極分量或者相等的陽(yáng)極分量，并且所述第一凈電流相對(duì)零凈電流具有更小的陽(yáng)極分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括調(diào)整所述陰極電流以調(diào)整所述襯底的第一材料的蝕刻速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，控制所述陰極電流從而所述襯底的第一材料以提供納米級(jí)或者埃級(jí)蝕刻精度的蝕刻速率被蝕刻。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述陰極電流通過(guò)恒電流法或恒電位法被控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括維持所述蝕刻溶液的溫度、pH、電解質(zhì)濃度和混合速率處于或者接近指定值。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述第二材料包含與第一材料中發(fā)現(xiàn)的元素相同或者類(lèi)似的元素。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述方法用于被蝕刻鍍覆或?yàn)R射的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述方法用于制造磁記錄頭。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述方法用于從襯底去除氧化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在使用所述方法去除氧化物之后，所述陰極電流被增加，從而在所述襯底浸入蝕刻溶液中時(shí)，所述第一材料或者第二材料被電沉積在所述襯底上。
16.—種校正電化學(xué)蝕刻的方法,所述方法包括 提供包括第一材料的金屬或者合金的襯底； 提供包括所述第一材料或者第二材料的電解質(zhì)的蝕刻溶液； 將襯底浸入蝕刻溶液時(shí)連續(xù)地向襯底施加陰極電流的集合，其中集合中的每個(gè)陰極電流具有不同的陰極電流值； 當(dāng)陰極電流的集合中的每個(gè)陰極電流被連續(xù)地施加到所述襯底且襯底在所述蝕刻溶液中時(shí)觀測(cè)所述襯底的所述第一材料的蝕刻；以及 基于觀測(cè)操作確定陰極電流的范圍，當(dāng)陰極電流被連續(xù)地施加到所述襯底且所述襯底處在所述蝕刻溶液中時(shí)所述陰極電流的范圍導(dǎo)致所述襯底的所述第一材料被蝕刻。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述集合的每個(gè)陰極電流具有比所述襯底的零凈電流更陰性的凈電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，施加、觀測(cè)和確定操作包括針對(duì)所述集合中的 每個(gè)存在的陰極電流執(zhí)行以下操作 將所述襯底浸入所述蝕刻溶液同時(shí)向所述襯底施加來(lái)自所述集合的所述存在的陰極電流， 觀測(cè)由于襯底被浸入蝕刻溶液并且存在的陰極電流被施加而引起的所述襯底的第一材料的蝕刻，由此產(chǎn)生觀測(cè)值；以及 基于所述觀測(cè)，確定存在的陰極電流是否應(yīng)包括在陰極電流的范圍內(nèi)，所述陰極電流的范圍在施加到襯底且所述襯底處于所述蝕刻溶液中時(shí)會(huì)導(dǎo)致所述襯底的第一材料被蝕刻。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，觀測(cè)所述襯底的第一材料的蝕刻包括使用輪廓測(cè)定法、X射線(xiàn)熒光(XRF)或者檢測(cè)襯底的飽和磁化強(qiáng)度的變化來(lái)量化第一材料從襯底的損耗。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括使用所述陰極電流的范圍產(chǎn)生針對(duì)所述襯底和所述蝕刻溶液的校正曲線(xiàn)，其中所述校正曲線(xiàn)產(chǎn)生從而可用于選擇用于權(quán)利要求I的方法的適當(dāng)陰極電流。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)薄膜金屬和合金的低速率電化學(xué)蝕刻。本發(fā)明的實(shí)施例包括使用凈陰極電流或電位進(jìn)行低速率(濕式)蝕刻的系統(tǒng)和方法。特別地，一些實(shí)施例通過(guò)在襯底被浸入水系電解質(zhì)時(shí)向襯底施加小的凈陰極電流實(shí)現(xiàn)小于0.1nm/s的受控蝕刻速率。依賴(lài)于實(shí)施例，采用的水系電解質(zhì)可以包括與從襯底蝕刻掉的材料相同類(lèi)型的陽(yáng)離子。一些實(shí)施例在薄膜金屬和合金的蝕刻以及磁頭換能器晶片的制造中是有用的。
文檔編號(hào)C25F3/02GK102965719SQ20121031574
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者J·A·梅迪娜, T·Y·W·江, M·江 申請(qǐng)人:西部數(shù)據(jù)(弗里蒙特)公司