专利名称：：薄膜器件工艺形成凹状光致抗蚀剂剥离外形的方法及器件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及Y年M月D日发布的美国专利No.(申请序号08/392,3931995.2.22归档)关于“磁阻器件和改进巴克好森(Barkhausen)干扰抑制的方法(MagnetoresistiveDeviceandMethodHavingImprovedBarkhausenNoiseSuppression)”和美国专利申请序号08/461.8741995.6.5归档，关于“装有利用平面的永磁薄膜稳定性设计的固有磁通量闭路的软邻接层磁化磁阻器件(SoftAdjacentLayerBiasedMagnetoresistiveDeviceIncorporatingaNaturalFluxClosureDesignUtilizingCoplanarPermanentMagnetThinFilmStabilization)”和美国专利申请序号08/041.5531995.5.9.提交，关于“整形自旋阀型传感器和制作含磁畴稳定技术的SSV型传感器的方法(ShapedSpinValveTypeMagnetoresistiveTransducerandMethodforFabricatingtheIncorporatingDomainStabilizationTechnique)”的内容。先前的专利和专利申请授于昆腾外围设备科罗拉多股份有限公司(QuantumPeripheralsColoradoInc.，)，路易斯维尔市(Louisville)，科罗拉多州(Colorado)，因此本文参考资料详细地引用其公开内容。总体上本发明涉及薄膜器件和工艺领域。特别是，本发明涉及用作配合自对准溅射薄膜，例如用于磁阻(“MR”)读头的永磁(“PM”)薄膜特殊应用的薄膜器件工艺中形成凹状光致抗蚀剂剥离外形的方法。在薄膜器件，例如磁阻头的工艺中，“剥离”工艺可以用于从器件衬底上面覆盖层上的图形区域有选择地去除溅射薄膜。在这方面，用凹状(或下部凹陷)光致抗蚀剂侧壁划定图形区域。在使用凹状侧壁时，为了便于以后用合适的溶剂去除光致抗蚀剂，光致抗蚀剂轮廓的上面部分比其底部宽。通过采用图像转换光致抗蚀剂工艺是得到凹状光致抗蚀剂周壁的一种通用方法，在这种工艺中通过后辐射烘焙和强光曝光步骤使射正色调光致抗蚀剂变成页的。在这种方法中，可以形成适合于某些应用的一种下部凹陷。更进一步，可以用重叠的光致抗蚀剂层来划定图形区域，在那里可以使二层分离叠加的光致抗蚀剂层形成下层比上层更易溶解的图形。由于不同的刻蚀速度，放在一般的化学溶液中能够产生所希望的下部凹陷，也适合有限的一些应用。对于MR读头或传感器，为了达到巴克好森(Barkhansen)干扰抑制常常应用薄膜永磁层向有源MR区域提供纵向偏磁。最理想的是，通过使用自对准工艺来应用永磁层，以便确保他们真正的并始终与MR元件成直线。通过把一层薄的永磁膜(和非磁性金属或介质隔离层一起)沉积到被光致抗蚀剂保护的预先确定的MR元件上，达到自对准。MR元件可以包含在一种合适的衬底上的多层磁阻结构(“MRS”)在那里MRS含有覆盖在磁性空白层(“MRL”)上面的MR层，结合下埋的软邻层的一起向MR元件提供横向偏磁。可以通过利用在MRS上所制成的光致抗蚀剂合适的图形，使部分的MR层和埋在下面的MSL及SAL层刻蚀掉来划定MR元件有源区的界限。在有源MR区域上保留光致抗蚀剂并然后沉积隔离层和PM层时使永磁层对准MR有源区成一条规范的直线。光致抗蚀剂的后续清除通过在合适溶剂中刻蚀，去除覆盖光致抗蚀剂上的PM材料，同时也保留了邻近MR元件的适当位置上所希望要的PM材料。先前的美国专利公开了完成上述内容的工艺。为了使合适的溶剂穿透光致抗蚀剂，在本申请中以上所述的凹状或下部凹陷光致抗蚀剂外形是非常有用的。这是因为如果上面覆盖的PM材料全形成整体抗蚀外形，就不能使溶剂接触到光致抗蚀剂而溶解它。然而，采用规范的图像转换工艺和双层光致抗蚀剂工艺中使光致抗蚀剂制成始终一致的下部凹陷外形，特别是器件大小在1.5μm或更小范围内的情况下至今还是非常困难的。所以提供一种形成用作配合自对准溅射薄膜，例如用于MR读磁头的永磁薄膜的特殊薄膜器件工艺中的凹状光致抗蚀剂剥离外形的方法是迫切所希望的。发明概要本发明的方法使用高辨差电子束曝光系统作利用正色调抗蚀特点，形成始终一致的下部凹陷(或凹状)光致抗蚀剂外形的附属装置。关于这一点，可以用照相平版印刷技术来划定正色调图像界限，例如用旋转用胶来获得均匀的光致抗蚀剂薄膜(大约2μm)。然后用使掩模图形投影在覆盖薄片的光致抗蚀剂上的方法形成正色调图像，使光致抗蚀剂材料受到一个合适能源的各不相同的作用，并然后使薄片在化学溶液中显影。使用本发明的工艺，可以用一些方法例如通过旋转甩胶在覆盖合适的衬底的薄膜层上使光致法抗蚀剂制成图案。被选择的表面在合适的能源例如光中透过掩模图形曝光，而后光致抗蚀剂层受到显影液作用，结果产生具有周壁大体上垂直的光致抗蚀剂区域。然后用一束电子束或者其他合适的能源通过加速大剂量电子打入光致抗蚀剂以很好地控制深度的方法来横向交联(或变得较难溶)正色调抗蚀图像的上面部分。然后使第二电子束分布在遍及整个光致抗蚀剂的厚度上，使光致抗蚀剂的下面部分在显影液中变得相对易溶。然后使抗蚀剂显影预定的一段时间，在光致抗蚀剂的下面部分中形成下部凹陷。然后为了制作所希望的器件结构，总的凹状光致抗蚀剂外形可以和后续器件工艺步骤例如薄膜溅射和离子铣配合使用。根据本发明的具体实施例，在本发明中公开的内容是与确定衬底和一些上面覆盖层的表面轮廓的照相平版印刷工艺结合在一起，使覆盖在衬底上制成图形的光致抗蚀剂容易剥离的工艺。工艺包括的步骤为在衬底的主表面上制成光致抗蚀剂图案以划定形成图形的区域；模向交联距衬底远端的光致抗蚀剂第一部分；距衬底近端的易溶的光致抗蚀剂第二部分；使光致抗蚀剂显影，在围绕所制成图形区域周壁上的光致抗蚀剂中形成凹陷中形成下部凹陷。附图的简略描述参阅下面对最佳实施例结合附图的描述，本发明的上述及其他的特点和本发明的目的以及实现的方法将更显而易见，并且也使本发明本身非常易懂，其中图1A说明采用不同溶解度的双层光致抗蚀剂层时可以提供的凹状光致抗蚀剂外形的简化的垂直切面的断面图；图2A-2C说明为确定有源MR区域，有选择地去除部分覆盖衬底上面的一层或一层以上薄层(例如MSL和SAL层)，继之以使用相同的光致抗蚀剂以在剩留的PM层和MR区域之间成直线的薄膜PM溅射工艺的通用的自对准工艺流程图。图3A-3C说明为配合自对准溅射薄膜，例如用于按照前面附图制作MR传感器的永磁薄膜的特殊应用的薄膜器件工艺中形成凹状光致抗蚀剂剥离外形的工艺流程图，在那里通过加速第一应用的由电子束到预定深度，横向交联(或相对变得难溶)光致抗蚀剂第一上面部分，继之以使第二应用的电子束散布在遍及光致抗蚀剂的厚度上，使光致抗蚀剂第二下面部分相对地变得易溶，继之以化学显影工艺，形成所希望的凹状外形。图4表示使用本发明的可以达到的凹状光致抗蚀剂外形的有关尺寸。图5A-5C表示为采用本发明的方法划定MR传感器的有源区界限和向该处提供纵向偏磁形成对准的PM薄膜而可以使用的各种凹状光致抗蚀剂外形。最佳实施例的叙述现在参阅图1A，表示用一般的图像转换工艺形成凹状光致抗蚀剂区域10。凹状光致抗蚀剂区域10含有在其下方形成下部凹陷14的制成图形的光致抗蚀剂部分12。与光致抗蚀剂区域10对衬底16的主表面18的界面组合在一起的下部凹陷14，在用来保护衬底16的主表面18的有用的区域以后，便于输入浸透的一种合适溶剂以去除光致于抗蚀剂12。在制作所表示的凹状光致抗蚀剂区域10的方法中，使用图像转换工艺，在这种工艺中通过后辐射烘焙和强光曝光处理使光正色调0光致光抗蚀剂12变成负的。这种的处理结果制成所表示的下部凹陷14，并且由于上面覆盖的薄膜不会盖住下部凹陷，于是可以用合适的溶剂去除光致抗蚀剂12，所以这样的处理适合某些一般的薄膜剥离应用。然而，通过采用图像转换工艺发现很难划定下部凹陷14的界限，特别是对尺寸大约为1.5μm或更小的较细小的器件也是同样情况。现在另外参阅图1B，说明形成凹状光致抗蚀剂区域的另一种通用的方法。在这种方法中光致抗蚀剂区域20包含在衬底30的主表面32上形成的第一光致抗蚀剂区域24(“光致抗蚀剂1”)以及在其上面形成第二光致抗蚀剂区域22(“光致抗蚀剂2”)。对第一光致抗蚀剂区域24使用比在第二光致抗蚀剂区域22中使用的光致抗蚀剂更易深的光致抗蚀剂，由于在规范的化学浸液中他们的各自刻蚀速度不同，在前者形成基座28时后者同时形成顶盖26。组成的结构形成凹状光致抗蚀剂区域20，就其功能来说与图1A中相应的凹状光致抗蚀剂区域10类似。然而，在制作中需要增加较复杂的光刻操作和工艺步骤，尽管如此，就不能精确地重现使以后的光致抗蚀剂容易剥离的下部凹陷，特别是在上述的较小几何尺寸的器件情况中后续的薄膜应用步骤而论，还存在许多上述的问题。现在另外参阅图2A-2C，说明例如在用相对的PM层把纵向偏磁施加于其有源区的MR磁头的制作中采用的自对准薄膜工艺流程40。工艺流程开始，如图2A所示，准备好具有一个主表面44的衬底42。一层或多层薄层46可以覆盖在衬底42的主表面44上面。根据上述的美国专利中公开的那种结构和工艺MR制磁头时，一层或多层薄膜层46可以含在MRS结构，其中SAL层是近似为200A-500A的NiFeMo、MSL层的近似为200-500的Ta和MR层是近似为200-500的NiFe。根据本发明可以形成凹状光致抗蚀剂区域48，如同下文更详细地公开的那样，构成邻接薄层46的下部凹陷50。尤其根据图2B所示，除了通过选择去除部分薄层46确定MR器件的尺寸和几何形状外，薄膜层52和52’可以分别是沉积在衬底42的主表面44上和凹状光致抗蚀剂区域48的上表面上，如图2B所示。详细地参阅图2C，用上述的光致抗蚀剂区域48来划定MR器件有源区时，薄膜层52自动地自对准器件结构。由于薄膜层52没有盖住或没有硬挤到下部凹陷50，所以不希望要的薄膜层52’即使部分薄膜盖住光致抗蚀剂的侧面也不能防止适合去除凹状光致使抗蚀剂外形48的溶剂输入通过下部凹陷50，而薄膜层52’随着部分光致抗蚀剂去除过程被除掉。在图2C中所示的结构则形成具有有源区54的MR磁头和可以由适当厚度的诸如CoPt·CoptCr或CoPtTa等材料组成的自对准薄膜52。虽然没有表示出，但是用非磁性金属例如Cr或绝缘材料例如氧化铝组成的隔离层可以很有效地把MR磁头的有源区54和含有薄膜的纵向偏磁元件分开。现有再来参阅图3A-3C，说明根据本发明的方法制作凹状(或下部凹陷)光致抗蚀剂外形的典型工艺流程60。工艺流程60在准备好具有主表面64的合适的衬底62时开始，然后用一般的方法在主表面64上划定光致抗蚀剂区域66的范围，例如通过旋转甩胶获得比较薄(大约为2.0μm)而均匀的光致抗蚀剂膜，然后在膜上投影掩膜图形并透过掩模使光致抗蚀剂膜曝光以使所需要的区域变硬，形成正色调图像。然后不希望有的部分光致抗蚀剂膜被除去以留下所表示出的光致抗蚀剂区域66。在最佳实施例中，可以用AZHoechstCelanese4000系列光致抗蚀剂制成光致抗蚀剂区域66。光致抗蚀剂区域66出现从衬底62的主表面64向远侧移位的上表面68以及在其中间延伸的大体上垂上的侧壁70。一般可以采用由电子图象公司(ElectronVisionCorporation)研制的垂直平版印刷工艺形成光致抗蚀区域66的大体上垂直的侧壁70。现在详细参阅图3B，而正如以前所述的那样，光致抗蚀剂区域被处成正色调图像在那里被从曝光装置和掩模出射的光曝光的区域在合适的显影液被溶解掉，最后得到大体上垂直的侧壁70的图像。然后第一电子束剂量72对着光致抗蚀剂区域66的上部表面并从那里被加速到一个限定孔的预定深度d1。第一电子束剂量72用于横向交联(或者变得较驻溶解)在上表面的和由深度d1确定的平面之间的光致抗蚀剂区域的第一上面部分。在最佳实施例中，在抽真空到25mTorr的容器中在10KV时第一电子束剂量72以大约300MC/cm2的中等用量打入。然后第二电子束剂量74被用来穿透整个光致个抗蚀剂区域66到深度d2。这是用来增深在d1上的平面和衬底62的上表面64之间的光致抗蚀剂区域66的第二部分。在最佳实施例中，在抽真空到0.25mTorrr容器中在17kv时第二电子束剂最74可以以50MC/cm2打入。然后光致抗蚀剂区域66显影适当的一段时间，如图3C详细地表示的那样，形成具有下部凹陷78的凹状光致抗蚀剂外形76。使用前述的光致抗蚀剂时，可以使用AZ400K显影液，进行大体上为1-2分钟时间的显影步骤。在此时为了从工艺步骤里的结构中去除残留的有机物质可以进一步进行O2灰化步骤。然后例如用离于铣加工可以在衬底上(和/或MRS结构上)刻蚀成所希望的图形。应该注意到，根据那时所述，为了最后制作具有向有源器件区域提供纵向偏磁的自对准PM薄膜元件(和/或相当的隔离层)的MR读磁头，根据图2A-2C(MRS结构)如前面所述在应用凹状光致抗蚀剂外形76时衬度62可以含有一层或多层薄层。现在另外参阅图4，表示根据本发明的方法制成典型的凹状光致抗蚀剂外形80。又一次在有其主表面84的衬底82上形成光致抗蚀剂外形80。按照本发明中公开的技术，在主表面84上制成光致抗蚀剂86外形。形成覆盖在底座部分90上面的顶盖部分88。下面给出R2＝底座部分90的溶解速率R1＝顶盖部分88的溶解速率和x＝在顶盖部分88上的凹状光致抗蚀剂外形80的宽度a＝底座部分90宽度t＝光致抗蚀剂86的厚度b＝顶盖部分88的横档厚度θ＝离于铣加工的角度MRSWIDTH＝(x-2c)(公式1)如可以看到的那样a≤(x-2c)和a≥x/3由于tanθ＝(t-b)/cc＝(t-b)tanθ把c代入公式1MRSWIDTH＝x-2((t-b)/tanθ)(公式2)作为一个例子，如果x＝1.0μm、t＝0.8μm、b＝0.2μm→0.6μm和θ＝50°表1</tables>这样，在显示出凹状光致抗蚀剂外形精确的重现性时可以制作非常细小的几何尺寸的MR读磁头。现在另外参阅图5A-5C，表示为制作采用一般MRS结构的MR磁头的有源MR区域再加上自对准PM薄膜溅射步骤，根据上述公式(和相当于前面表1中的表值)制作的一些典型凹状光致抗蚀剂外形80。与根据图4前述的结构相对应的结构用同样的数字标记而其上述的内容对这里应该是足够的。在上面结合一些特殊的薄膜器件，例如采用向那里提供纵向偏磁的对准的PM层的MR传感器描述本发明的方法时仅仅当作例子作上面的描述而不作为本发明范围的界限。关于这一点，本发明的方法对于在那里为了用合适的溶剂使法光致法抗蚀剂最后容易去除，希望形成凹状(或下部凹陷)外形的任何使用光致抗蚀剂的薄膜工艺的申请是能应用的。权利要求1.使在衬底上制成图形的光致抗蚀剂容易剥离的工艺结合所述的衬底的照相平版印刷工艺确定表面轮廓，所述的工艺包括的步骤为在所述的衬底的主表面上制作所述的光致抗蚀剂图形以确定图形区域；交联所述的光致抗蚀剂的第一部分；该部分元离所述衬底；溶解所述的光致抗蚀剂的第二部分，该部分邻近所述衬底；显影所述的光致抗蚀剂使在围绕所述的图形区域外围的所述的光致抗蚀剂中产生下部凹陷。2.如权利要求1的工艺，进一步包括的步骤为刻蚀所述的光致抗蚀剂和所述的衬底的所述的主表面以确定所述的表面轮廓。3.如权利要求2的工艺，进一步包括的步骤为剥离所述的光致抗蚀剂。4.如权利要求1的工艺，其中进行所述的制作图形步骤，采用步骤为用所述的光致抗蚀剂覆盖所述的衬底以形成光致抗蚀剂层；将掩模图形投影到对应所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂层上；将所述的光致抗蚀剂层通过所述的掩模图形曝光于一种能源；和溶解围绕所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂层部分。5.如权利要求1的工艺，其中进行所述的横向交联步骤，采用步骤为在大体上为25mTorr以下的气氛压力下处理所述的衬底和图形区域；和将所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂的所述的第一部分曝光于处于电压大体上为10KV时的大体上300μc/cm2的电子源。6.如权利要求5的工艺，其中进行所述的溶解步骤，采用步骤为在气氛压力大体上为0.25mTorr进一步将所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂的所述的第一和第二部分曝光于电压大体上为10KV时的大体上50μc/cm2的电子源。7.一种薄膜器件，采用的制作工艺包括步骤准备衬底；用光致抗蚀剂覆盖所述的衬度的主表面以形成光致抗蚀剂层；使掩模图形投影在所述的光致抗蚀剂层上，与图形区域相对应；使所述的光致抗蚀剂层通过所述的掩模图形曝光于能源下；溶解围绕所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂层的部分以确定在所述的衬底上的表面轮廓；横向交联所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂的第一部分，该部分远离衬底；溶解离所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂的第二部，该部分邻近衬底；使所述的光致抗蚀剂显影以在围绕所述的图形区域外围的所述的光致抗蚀剂中的形成下部凹陷；和刻蚀所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂和所述的衬底的所述主表面以确定所述的表面轮廓。8.如权利要求7的薄膜器件，采用的制作工艺，进一步包括的步骤为沉积覆盖在所述的图形区域的所述的光致抗蚀剂和所述的衬底的所述的主表面上的薄膜层；9.如权利要求8的薄膜器件，采用的制作工艺，进一步包括的步骤为剥离所述的光致抗蚀剂和覆盖在所述的图形区域上的所述的薄膜层。10.如权利要求9薄膜器件，其中所述的衬底的所述的主表面进一步包括上面覆盖的MRS结构和所述的表面轮廓包括MR区域。11.如权利要求10的薄膜器件，其中所述的薄膜层包括PM层。12.使用至少一个具有凹状外形的光致抗蚀剂区域形成薄膜器件的工艺，所述的工艺包括的步骤为在具有主表面的衬底上对光致抗蚀剂区域制作图形；区别处理所述的光致抗蚀剂区域，产生其对显影液相对难溶的第一部分和相对所述的显影液相对易溶的第二部分；和所述的光致抗蚀剂在所述的显影液中显影预定的一段时间，在所述的光致抗蚀剂的所述的第二部分中形成所述的凹状轮廓。13.如权利要求12的工艺，其中进行所述的工艺步骤，采用步骤为横向交联所述的光致抗蚀区域的所述的第一部分，使所述的光致抗蚀的所述的第一部分在显影液中变得相对难溶；增溶所述的光致抗蚀剂区域的所述的第二部分，使所述的光致抗蚀剂的所述的第二部分对上述的显影液变得相对易溶。14.如权利要求13的工艺，其中进行所述的横向交联步骤，采用步骤为在大体上为25mTorr或更小的气氛压力下处理所述的衬底和所述的光致抗蚀剂；和使所述的构成图形区域的所述的光致抗蚀剂的第一部分受电压大体上为10KV时的大体上300μc/cm2的电子源曝光。15.如权利要求12的工艺，其中进行所述的制作图形的步骤，采用步骤为用所述的光致抗蚀剂覆盖所述的衬底以形成光致抗蚀剂层；将掩模图形投影在所述的光致抗蚀剂层上，与所述的图形区域相对应；使所述的光致抗蚀剂层通过掩模图形曝光于能源；和溶解围绕所述的图形区域所述的光致抗蚀剂层的部分。16.如权利要求12的工艺，其中进行所述的区别处理所述的光致抗蚀区域的步骤，采用步骤为加速第一电子束剂量打入所述的光致抗蚀剂区域的所述的第一部分；和使所述的光致抗蚀剂的所述的第一部分和第二部分曝光于第二电子束剂量。全文摘要特别配合自对准溅射薄膜，如磁阻读头的永磁薄膜，形成薄膜器件工艺中的凹状光致抗蚀剂剥离外形的方法及器件。在衬底的薄膜层上制成光致法抗蚀剂图形，然后显影，形成大体上垂直侧壁的光致抗蚀剂区域。然后用电子束等加速大剂量的电子，打入光致抗蚀剂到孔控制深度来横向交联(或变得较难溶)正色调抗蚀图象的上面部分。然后使第二电子束散布在遍及整个光致抗蚀剂厚度上，使下面部分在显影液中变得较易溶。然后抗蚀剂显影一段时间，在其下面部分中形成下部凹陷。文档编号G11B5/39GK1157479SQ9611976公开日1997年8月20日申请日期1996年12月10日优先权日1995年12月11日发明者迈克尔·J·詹尼斯申请人:昆腾外围设备科罗拉多公司