СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРИТОВЫХ ПЛАСТИН С ЗАЩИТНОЙ МАСКОЙ Советский патент 1995 года по МПК G11B5/127 

Изобретение относится к области приборостроения, электроники и радиоэлектроники, точнее к технологии локального травления для создания рельефа на поверхности монокристаллических ферритовых пластин (МФП). Такие пластины используются в производстве изделий электронной техники, в частности, ферритовых магнитных головок для записи и воспроизведения видеосигналов. В этом случае рельеф, формируемый на поверхности ферритовых пластин, должен иметь глубину до 100 мкм и с высокой точностью воспроизводить заданную геометрию. Локальное травление ферритов осуществляется, как правило, через защитную маску (например, из тонкой пленки двуокиси кремния), сформированную на поверхности ферритовой пластины методами осаждения в вакууме и фотоплитографии.

Известен способ ионного или плазменного травления МФП.

Он не получил широкого промышленного применения в силу низкой производительности из-за очень низкой скорости травления, а также сложности реализации и высокой стоимости процесса вследствие необходимости использования дорогостоящего оборудования для ионного травления.

Известен способ электрохимического травления МФП. Сущность этого метода состоит в том, что пластину покрывают защитной маской, оставляя незащищенные участки, погружают пластину в электролитический раствор, на определенном расстоянии от пластины устанавливают электрод, между пластиной и электродом прикладывают постоянное напряжение. Процесс травления значительно ускоряется и рельеф характеризуется четкостью.

Но электролитической обработке присущи некоторые недостатки. Во-первых, низка разрешающая способность получаемого рисунка из-за обязательного использования электрода, форма которого соответствует форме вытравливаемого рельефа. Во-вторых, воспроизводимость процесса травления по глубине и ширине в сильной степени зависит от соотношения электропроводности материалов пластин и электролита. Следствием этого является плохая воспроизводимость процесса по глубине и ширине травления и снижение выхода годных.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ локального химического травления монокристаллических ферритовых пластин с защитной маской. По этому способу обработку ведут через защитную маску в смеси концентрированных ортофосфорной, соляной, серной кислот и воды в объемном отношении 1:1:1:1 при 20^оС.

Недостатками указанного способа являются невысокая скорость травления пластины вглубь (не более 2 мкм/ч) и отсутствие геометрической четкости получаемого рельефа.

Цель настоящего изобретения повышение скорости травления и качества получаемого рельефа.

Поставленная цель достигается в способе локального химического травления монокристаллических ферритовых пластин с защитной маской в водном растворе ортофосфорной кислоты тем, что травление осуществляют при 100-180^оС в растворе, содержащем дополнительно щавелевую кислоту, при следующем соотношении компонентов, об. ч. Ортофосфорная кислота (уд.вес 1,72 г/см³) 100 Щавелевая кислота, насы- щенный водный раствор 5-7
Порядок операций при получении рельефа на поверхности пластин из марганец-цинковых ферритов по предложенному способу следующий:
очистка пластины;
нанесение защитного слоя, например из двуокиси кремния, толщиной около 1 мкм;
формирование защитной маски из фоторезиста, например из ФН-РН-7;
химическое или плазмохимическое стравливание двуокиси кремния с участков ферритовой пластины, подлежащих химическому травлению; удаление фоторезиста; локальное химическое травление ферритовой пластины, несущей защитную маску; химическое или плазмохимическое снятие слоя двуокиси кремния.

В качестве защитного слоя при локальном химическом травлении помимо двуокиси кремния могут использоваться пленки моноокиси кремния, тантала и других химически стойких материалов.

Состав для химического травления ферритов приготавливают путем смешения ортофосфорной кислоты с насыщенным водным раствором щавелевой кислоты. Состав сохраняет работоспособность и свойства (скорость травления, качество получаемого рельефа, гомогенность состояния) в течение не менее двух месяцев. Перед проведением травления состав разогревают до заданной температуры.

В табл. 1 приведено сравнение результатов локального травления монокристаллических ферритовых пластин по предложенному способу и прототипу.

Сравнение проводится по скорости глубинного травления V₁, неровности края, глубине и минимальному размеру элементов вытравленного рельефа, а также по отношению скорости глубинного и бокового (подмасочного) травления . Последний показатель характеризует форму профиля вытравленного рельефа.

Как видно из табл. 1, предложенный способ по сравнению с известным обладает более высокой скоростью травления, обеспечивает получение рельефа, форма краев которого соответствует форме края защитной маски.

В табл. 2 приведены данные по локальному травлению полированных монокристаллических пластин марганец-цинковых ферритов следующих марок: 120 КШ с ориентацией плоскости пластины (100), выращенные методом Вернейля; 500 МЦ с ориентацией плоскости пластины (III), выращенные методом Бриджмена; IVC (Япония) с ориентацией плоскости пластины (III), выращенные методом Бpиджмена. Во всех случаях травление осуществляли через защитную маску из двуокиси кремния толщиной 1 мкм, в которой были вскрыты окна размером 200х500 мкм, расположенные на расстоянии 200 мкм друг от друга.

Состав травителя во всех случаях: Ортофосфорная кислота, уд.вес. 1,72 г/см³ 100 мл Щавелевая кислота, насы- щенный раствор в воде 6 мл
Травление проводили на глубину 50 мкм. Скорости травления различных марок марганец-цинковых ферритов различаются между собой так же, как и отношение , которое характеризует профиль вытравленного рельефа. Вместе с тем предложенный способ травления на всех исследованных ферритовых материалах позволяет получить четко очерченный рельеф, топология которого определяется топологией окон, вскрытых в защитной маске. Оптимальный температурный диапазон, при котором обеспечивается высококачественное травление, 100-180^оС. Уменьшение температуры травления ниже 100^оС снижает скорость травления и приводит к появлению дефектов края травления в виде зубцов. Увеличение же температуры выше 180^о ухудшает воспроизводимость результатов и делает процесс трудно управляемым.

В табл. 3 приведены результаты исследования влияния травления на скорость вертикального травления и неровность края вытравленного рельефа. Травлению подвергали пластины из марганец-цинкового феррита марки 500 МЦ с ориентацией (III), выращенные методом Бриджмена. Травление осуществляли на глубину 50 мкм через защитную маску из двуокиси кремния толщиной 1 мкм, в которой были вскрыты окна размером 200х500 мкм, расположенные на расстоянии 200 мкм друг от друга. Температура травления во всех случаях была 160^о.

Таким образом, при содержании щавелевой кислоты 5-7 об.ч. на 100 об.ч. ортофосфорной кислоты происходит однородное травление с практически ровным краем и достаточно большой скоростью. Увеличение объема щавелевой кислоты свыше 7 об.ч. приводило к снижению скорости травления, появлению неровностей края в виде зубцов и ухудшению воспроизводимости результатов. Уменьшение объема щавелевой кислоты ниже 5 об.ч. ведет к выпадению вблизи кромки травления белого нерастворимого осадка, что препятствует равномерному травлению.

Технико-экономическая эффективность данного способа в сравнении с существующим на производстве заключается в:
улучшении характеристики магнитных головок благодаря отсутствию нарушенных слоев и напряжений, которые искажают свойства ферритовых материалов;
возможности получения магнитных головок с длиной рабочего зазора до 10 мкм (такие размеры практически не могут быть получены другими способами;
возможности перехода при изготовлении магнитных головок на групповую технологию.

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФЕРРИТОВЫХ ПЛАСТИН С ЗАЩИТНОЙ МАСКОЙ в водном растворе, содержащем фосфорную кислоту, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости травления и качества получающегося рельефа, травление осуществляют при 100 180^oС в растворе, содержащем дополнительно щавелевую кислоту, при следующем соотношении компонентов, об.ч.

Ортофосфорная кислота (уд.вес 1,72 г/см³) 100
Щавелевая кислота, насыщенный водный раствор 5 7