<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het vervaardigen van een dunnefilm magneetkop en magneetkop vervaardigd volgens de werkwijze.
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een van een magnetoweerstandselement en ten minste een fluxgeleider voorziene dunnefilm magneetkop, waarbij wordt uitgegaan van een drager.
Werkwijzen voor het vervaardigen van dunnefilm magneetkoppen zijn onder andere bekend uit EP-A 0 516 022 (herewith incorporated by reference). De volgens de in EP-A 0 516 022 beschreven werkwijzen verkregen magneetkoppen zijn van een contactvlak voorziene geintegreerde magneetkoppen, die een inductief deel en een magnetoresistief deel omvatten.
Volgens een eerste uit EP-A 0 516 022 bekende werkwijze wordt op een magnetisch substraat van een ferriet een eerste gestructureerde isolatielaag van Si02 met behulp van een lithografische methode gevormd, waarop vervolgens een laag Au wordt aangebracht voor het vormen van een schrijfspoel. Daarna wordt een tweede gestructureerde isolatielaag aangebracht, waarop een kemlaag van een op Co gebaseerd amorf materiaal wordt gedeponeerd. Deze kemlaag is via openingen in de isolatielagen in contact met het magnetische substraat. De niet door de kernlaag bedekte delen van de tweede isolatielaag worden door een vullaag van A1203 opgevuld. Na het vormen van de vullaag worden de kemlaag en de vullaag gevlakt door Op het aldus verkregen oppervlak wordt een derde gestructureerde isolatielaag van Si02 gedeponeerd, waarop vervolgens een biaswinding van Au wordt gevormd.
Daaroverheen wordt een vierde gestructureerde isolatielaag van Si02 aangebracht. Op deze isolatielaag wordt vervolgens een magnetoresistief element van permalloy gevormd. Daarna wordt een vijfde gestructureerde isolatielaag van Si02 aangebracht en vervolgens een juk van een op Co gebaseerd amorf materiaal, dat via openingen in de drie laatstgenoemde isolatielagen in contact is met de kemlaag.
Volgens een tweede uit EP-A 0 516 022 bekende werkwijze worden op een niet-magnetisch substraat twee fluxgeleiders van een op Co gebaseerd amorf materiaal aangebracht, waarbij een zich tussen beide fluxgeleiders bevindende opening wordt gevuld met een eerste isolatielaag van Si02. Op het door de fluxgeleiders en de
<Desc/Clms Page number 2>
eerste isolatielaag gevormd oppervlak wordt een tweede gestructureerde isolatielaag aangebracht, waarop vervolgens een magnetoresistief (MR) element wordt gevormd.
Het MR element wordt daarna bedekt met een derde gestructureerde isolatielaag, waarop vervolgens een biaswinding wordt gevormd. Daarna wordt ter bedekking van de biaswinding een vierde gestructureerde isolatielaag aangebracht. Vervolgens wordt een magnetische kemlaag van een op Co gebaseerd materiaal gevormd, die via openingen in de drie laatstgenoemde isolatielagen in contact is met een van de fluxgeleiders. De niet door de eerste kemlaag bedekte gebieden worden opgevuld met een vullaag van Al203, waarna door lapping een oppervlak wordt verkregen, waarop een inductief kopdeel wordt gevormd.
Bij de uit EP-A 0 516 022 bekende werkwijzen worden het MR element gevormd op een isolatielaag die is aangebracht op een door lapping bewerkt oppervlak.
Gebleken is echter, dat een dergelijk zich over twee of meer aangrenzende lagen van verschillend materiaal uitstrekkend oppervlak onvlakheden vertoont. Bovendien zijn door lapping beschadigingen, in het bijzonder krassen, in en materiaalverstoringen onder het verkregen oppervlak ontstaan. Een dergelijk oppervlak is ontoelaatbaar, inefficiënt voor informatieoverdracht en kan de kans op instabiliteiten in het erop aangebrachte MR element vergroten.
De met de uit EP-A 0 516 022 bekende werkwijzen verkregen magneetkoppen hebben voorts het nadeel, dat vanwege de aanwezigheid van onregelmatigheden aan het oppervlak waarop het MR element rust, een relatief dikke isolatielaag tussen het MR element en de elektrisch geleidende fluxgeleiders nodig is om een betrouwbare elektrische isolatie tussen het MR element en de fluxgeleiders te garanderen. Dergelijke isolatielagen hebben echter een verdere negatieve invloed op het rendement van de magneetkoppen. Om diverse redenen zijn derhalve beschadigingen in en materiaalverstoringen onder een oppervlak, waarboven het MR element zieh bevindt, ongewenst.
De uitvinding beoogt een werkwijze voor het vervaardigen van een van een magnetoweerstandselement en ten minste een fluxgeleider voorziene dunnefilm magneetkop aan te geven, waarbij het magnetoweerstandselement wordt aangebracht aan een betreffende vlakheid en structuur nauwkeurig gedefinieerd oppervlak.
De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat op de drager een hoofdlaag van een niet-magnetisch materiaal wordt gevormd, waarin door
<Desc/Clms Page number 3>
materiaalverwijdering vanaf een van de drager afgekeerde zijde, een uitsparing wordt aangebracht, die vervolgens met een zacht-magnetisch materiaal wordt opgevuld ter vorming van de fluxgeleider, waarna de van de opgevulde uitsparing voorziene hoofdlaag mechanochemisch wordt gepolijst voor het vormen van een hoofdoppervlak, waaraan daarna een laag van een magnetoweerstandsmateriaal wordt aangebracht ter vorming van het magnetoweerstandselement.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de magnetische fluxgeleider aangebracht in de op zich zelf niet-magnetische hoofdlaag. Derhalve vindt het mechanochemisch polijsten zowel plaats op zacht-magnetisch materiaal als op nietmagnetisch materiaal. Verrassenderwijze is gebleken dat ondanks de verschillende materiaaleigenschappen tussen het zacht-magnetische en het niet-magnetische materiaal mechanochemisch polijsten een in zeer hoge mate vlak en glad hoofdoppervlak oplevert, zonder dat de materialen zelf structuurveranderingen ondergaan. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor ten behoeve van het aanbrengen van het magnetoweerstandselement (MR element) een gepolijst vlak oppervlak verkregen, dat vrij is van beschadigingen, hetgeen resulteert in een magneetkop met een stabiel MR element en een ten opzichte van de bekende magneetkoppen verbeterd rendement.
Nucleatie van domeinwanden of vorming van kleine gebieden met een ongewenste magnetisatie-inrichting en tijdens het leesproces ongewenste plotselinge magnetisatieveranderingen, wordt bij een defectvrij magnetoweerstandselement zoveel mogelijk vermeden.
Opgemerkt wordt verder, dat mechanochemisch polijsten wordt uitgevoerd met een werkoppervlak van een polijstgereedschap, dat zowel tegen het te polijsten oppervlak wordt gedrukt als over het te polijsten oppervlak wordt verplaatst.
Daarbij is het werkoppervlak voorzien van een vloeibaar mechanochemisch polijstmiddel. Dit is een middel, waarmee gelijktijdig chemisch en mechanisch gepolijst kan worden.
Opgemerkt wordt, dat schadevrij polijsten op zich zelf bewerkstelligd kan worden door zuiver chemisch polijsten. Hieraan kleven bezwaren. De geometrische beheersing, dat wil zeggen de vlakheid van het oppervlak is verre van optimaal en vele van de chemische polijstmiddelen zijn min of meer giftig en agressief en moeten dientengevolge in een uiterst beschermde omgeving worden toegepast, hetgeen voor massaproduktie een bezwaar is. Door mechanochemisch te polijsten, waarbij mecha-
<Desc/Clms Page number 4>
nisch afgenomen componenten van het te polijsten oppervlak chemisch worden opgelost, wordt een in zeer hoge mate glad en vlak en bovendien schadevrij polijstoppervlak verkregen.
In geval dat een van de te polijsten componenten zeer hard is verrassenderwijze gebleken dat het mechanische aspect van mechanochemisch polijsten wordt versterkt door een geringe hoeveelheid van harde, adequate korrels toe te voegen aan het polijstmiddel van het mechanochemisch soort. Zodoende, kan ook bij toepassing van zeer harde materialen bij de fabricage van koppen een glad, vlak en schadevrij oppervlak worden gerealiseerd.
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat als drager een plaatvormig substraat wordt toegepast, dat door mechanisch en/of mechanochemisch polijsten wordt voorzien van twee parallelle substraatvlakken, waarna aan een van deze vlakken de hoofdlaag wordt gevormd. Het andere vlak wordt tijdens de verdere processtappen gebruikt als referentievlak van bewerken.
De parallelle substraatvlakken kunnen verkregen worden door uit te gaan van een substraat met twee substraatvlakken, waarbij eerst de substraatvlakken door polijsten worden voorbereid tot deze een convexe, vlakke of concave uitgangsvorm hebben, waarna vervolgens tenminste eenmaal een afnamecyclus wordt doorlopen gedurende welke bij een substraat waarvan de randen dikker zijn dan een door de randen omgeven middenstuk, de substraatvlakken zodanig worden gepolijst dat de randen achtereenvolgens een nagenoeg gelijke dikte, een kleinere dikte en weer een nagenoeg gelijke dikte krijgen als het middenstuk, en bij een substraat waarvan de randen dunner zijn dan een door de randen omgeven middenstuk, de substraatvlakken zodanig worden gepolijst dat de randen achtereenvolgens een nagenoeg gelijke dikte,
een grotere dikte en weer een nagenoeg gelijke dikte krijgen als het middenstuk. De hier aangeduide methode voor het vervaardigen van parallelle vlakken is uitvoerig beschreven in de Europese octrooiaanvrage met aanvraagnummer 92201739. 7 (PHN 14. 081 EP-P ; herewith incorporated by reference).
Substraten met parallelle substraatvlakken hebben het grote voordeel, dat ze in een massafabricageproces kunnen worden ingezet gedurende het verdere verloop van de werkwijze. Zodoende kunnen er later mechanochemische polijststappen worden uitgevoerd met als oogmerk het glad en vlak maken van een laag van enkelvoudige of meervoudige materiaalopbouw, alsook het zogenaamd stoppend polijsten van een laag die uit een meervoudige materiaalopbouw bestaat, maar waarvan slechts een of enkele
<Desc/Clms Page number 5>
van de materialen van de laag zich laten polijsten via het mechanochemisch polijstproces en het andere materiaal niet.
Een uitvoeringsvorm van de werkwijze heeft het kenmerk, dat de drager uit een magnetisch materiaal, in het bijzonder een ferriet, wordt gevormd.
Opgemerkt wordt, dat onder een ferriet een magnetisch materiaal wordt verstaan, dat behoort tot een van de volgende kristallografische groepen : granaten, spinellen, perovskieten. Gunstige eigenschappen van ferriet zijn de grote slijtvastheid en de goede afschermende werking tegen stoorvelden. Ook de stabiliteit van de magnetoweerstandskop wordt doorgaans gunstig beïnvloed door de invloed die het ferriet heeft op de aanwezige dunnefilm fluxgeleider of fluxgeleiders en het magnetoweerstandselement. Bovendien biedt een ferrietdrager het technologische voordeel, dat de drager als fluxgeleidende laag gebruikt kan worden.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de drager wordt gevormd uit een samenstel, dat een basis, een op de basis aangebrachte basislaag van een nietmagnetisch materiaal en een zieh in de basislaag bevindend inductief overdrachtselement omvat, waarbij in de basislaag door materiaalverwijdering vanaf een van de basis afgekeerde zijde, een opening wordt aangebracht, die vervolgens met een zacht-magne- tisch materiaal wordt opgevuld ter vorming van een fluxgeleidend element, waarna de van de opgevulde opening voorziene basislaag mechanochemisch wordt gepolijst voor het vormen van een basisoppervlak voor het aanbrengen van de hoofdlaag. Met deze werkwijze wordt een magneetkop vervaardigd, die zowel een schrijf- als een leesfunctie heeft. Tijdens de werkwijze wordt eerst een schrijfgedeelte en vervolgens een leesgedeelte gevormd.
Teneinde een nauwkeurig gedefinieerd hoofdoppervlak te garanderen wordt in deze uitvoeringsvorm ook de als onderlaag voor de hoofdlaag dienende basislaag mechanochemisch gepolijst. Er is op zich geen magnetisch voordeel bij het maken van een planair schrijfgedeelte te bereiken. Een planariteit is echter noodzakelijk om het planaire leesgedeelte met de reeds eerder genoemde voordelen te verkrijgen.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat als basis een plaatvormig lichaam wordt toegepast, dat door mechanisch en/of mechanochemisch polijsten wordt voorzien van twee parallelle lichaamsvlakken, waarna aan een van deze vlakken de basislaag wordt gevormd. De parallelle lichaamsvlakken kunnen verkregen worden met de in de Europese octrooiaanvrage met aanvraagnummer 92201739. 7 beschreven
EMI5.1
methode. Ook in dit geval hebben substraten met parallelle substraatvlakken het a
<Desc/Clms Page number 6>
voordeel van massafabricage, enkelvoudig materiaalpolijsten, meervoudig materiaalpolijsten en stoppend polijsten.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de basis uit een magnetisch materiaal, in het bijzonder een ferriet, wordt gevormd.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de hoofdlaag uit zirconia wordt gevormd. Zirconia is een kristallijn materiaal in kubische vorm. Het hoofd-
EMI6.1
bestanddeel is Zr02, waaraan 5-10 atoom % CaO of Y203 zijn toegevoegd. Zirconia, dat bijvoorbeeld kan worden aangebracht door sputteren, is een mechanisch hard en slijtvast materiaal. Zirconia vormt met alle van de verder in deze beschrijving genoemde zacht-magnetische materialen na mechanochemisch polijsten een nagenoeg perfect hoofdoppervlak. Dit is waarschijnlijk te danken aan de grote hardheid van zirconia.
Zirconia is, polijsttechnisch gezien, een uitermate geschikt materiaal om in een mechanochemische polijststap als stoplaag te dienen. Aangezien de dikte van zirconialagen met nanometerprecisie gerealiseerd kan worden, kunnen vlakke lagen van de dunnefilmkop met dezelfde precisie worden gemaakt. Zirconia laat zich echter slechts langzaam etsen.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de hoofdlaag uit kwarts wordt gevormd. Kwarts kan bijvoorbeeld worden aangebracht door PE CVD. Gebleken is, dat het zacht-magnetische materiaal van de fluxgeleider nauwelijks van invloed is op het op zich uitstekende resultaat van het mechanochemisch polijstproces, met name ten aanzien van de vlakheid en het schadevrij zijn van het oppervlak, mits de hechting tussen het zacht-magnetische materiaal en het kwarts goed is.
Opgemerkt wordt, dat bij optimalisatie van het mechanochemisch polijstproces, het in vergelijking met zirconia veel zachtere kwarts een soortgelijke polijsthandeling kan ondergaan. Hoewel het polijstproces kritischer en de maatvoering beperkter is, heeft kwarts echter het voordeel dat het zich gemakkelijk en relatief snel laat etsen.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de uitsparing in de hoofdlaag door etsen wordt gevormd. De etsbewerking is kritisch, omdat het resultaat van de etsbewerking de voor het leesgedeelte karakteristieke niet-magnetische spleet bepaalt.
Aan de etsbewerking wordt reproduceerbaarheid als voornaamste eis gesteld. De voorkeur gaat dan ook uit naar sputteretsen en reactief ionen etsen en in mindere mate naar plasma-etsen en nat-chemisch etsen.
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat op het door mechanochemisch polijsten verkregen hoofdoppervlak een afstandslaag van een niet-magnetisch, elektrisch isolerend materiaal wordt gevormd, waarop de laag van een magnetoweerstandsmateriaal wordt aangebracht. Deze uitvoeringsvorm is in het bijzonder van belang, indien gebruik wordt gemaakt van elektrisch geleidende zacht-magnetische materialen voor het vormen van de fluxgeleider. In dat geval is een isolerende afstandslaag namelijk een noodzaak teneinde elektrisch contact tussen de fluxgeleider en het MR element te voorkomen.
Een bezwaar van een van een tussen het MR element en de fluxgeleider aanwezige afstandslaag voorziene magneetkop is echter, dat vanwege de door de dikte van de laag veroorzaakte afstand tussen het MR element en de fluxgeleider slechts een gedeelte van de tijdens bedrijf van een magnetisch registratiemedium afkomstige magnetische flux door het MR element wordt geleid. Het is daarom vanuit rendementsoogpunt gezien van essentieel belang, dat een dergelijke laag zo dun mogelijk gehouden kan worden.
Aangezien de dikte van de afstandslaag in hoge mate wordt bepaald door de gesteldheid van het hoofdoppervlak, kan deze afstandslaag bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding, volkomen glad en zonder diktevariaties zijn en bovenal zeer klein zijn, bijvoorbeeld 0, ten opzichte van de in de bekende magneetkoppen noodzakelijke laagdikten van ten minste 0, 6 zonder gevaar voor kortsluitingen van het MR element.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat als zacht-magnetisch materiaal een legering uit de door CoZrNb legeringen, FeNbSi legeringen, FeSiAl legeringen en NiFe legeringen gevormde groep van legeringen wordt toegepast. Deze materialen kunnen met behulp van op zich bekende technieken, zoals sputteren of opdampen worden aangebracht.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat als zacht-magnetisch materiaal een ferriet wordt toegepast. Een ferriet heeft doorgaans een zodanig hoge specifieke elektrische weerstand, dat het MR element direct op de van een dergelijk materiaal gevormde fluxgeleider kan worden aangebracht, zonder dat dit noemenswaardige gevoeligheidsverliezen van de magneetkop tot gevolg hoeft te hebben. Met andere woorden, bij toepassing van ferriet, waarbij MnZn ferriet en NiZn ferriet de voorkeur verdienen, kan in de werkwijze volgens de uitvinding de afstandslaag achterwege blijven en kan derhalve de laag van een magnetoweerstandsmateriaal direct op het hoofdopper-
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
vlak worden aangebracht voor de vorming van het MR element. Hierdoor is een directe magnetische koppeling tussen het MR element en de fluxgeleider mogelijk.
Een dergelijke koppeling resulteert in een hoog rendement van de verkregen magneetkop.
Ferrieten kunnen met behulp van op zich bekende technieken, zoals sputteren, MOCVD of laserablatie worden aangebracht.
De volgens de werkwijze volgens de uitvinding verkregen magneetkop wordt ten behoeve van de samenwerking met een magnetisch registratiemedium, in het bijzonder een magnetische band of plaat, voorzien van een kopvlak, waarbij de fluxgeleider in het kopvlak eindigt. Een fluxgeleider van ferriet heeft in dit verband het voordeel, dat het ferriet bijdraagt in de corrosiebestendigheid en de slijtvastheid van het kopvlak.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat als magnetoweerstandsmateriaal een NiFe legering wordt toegepast. De NiFe legering kan met behulp van op zieh bekende technieken, zoals sputterdepositie of opdampen worden aangebracht. Het uit NiFe gevormde MR element wordt voorzien van contactvlakken voor het realiseren van een elektrische verbinding met een uitleesinrichting. Bij voorkeur worden op de gevormde NiFe laag elektrisch goed geleidende equipotentiaalstrippen aangebracht om het gedrag van het MR element te lineariseren. Deze maatregel is omschreven in US 4, (herewith incorporated by reference).
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de basislaag uit zirconia wordt gevormd. Hierbij geldt dat zirconia een goede polijststopper is in het mechanochemisch polijstproces. Een nadeel is, dat het zieh slechts langzaam laat etsen, echter een belangrijk voordeel is dat de maatvoering optimaal is.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de basislaag uit kwarts wordt gevormd. Hierbij geldt, dat kwarts een minder goede polijststopper in het mechanochemisch polijstproces is dan zirconia, waarbij de maatvoering subtieler moet worden uitgevoerd. Een voordeel is echter dat het goed is aan te brengen en goed en gemakkelijk etsbaar is.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de uitsparing in de basislaag door etsen wordt aangebracht.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat mechanochemisch wordt gepolijst met een colloïdale suspensie van Si02 deeltjes in een alkali-oplossing, in het
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
bijzonder een KOH of NaOH oplossing. Hierbij wordt normaliter een standaard samenstelling van een colloïdale suspensie van SiO nanodeeltjes in een alkalische oplossing gebruikt, bijvoorbeeld met een gemiddelde korrelgrootte van 30 nm en een pH van ongeveer 10 in een NaOH of KOH oplossing.
Opgemerkt wordt, dat mechanochemisch polijsten op zieh bekend is uit IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, No. 8, January 1985. In deze publikatie wordt mechanochemisch polijsten van een glasstructuur beschreven.
Een uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat mechanochemisch wordt gepolijst met een mechanochemisch polijstmiddel dat een colloïdale Sitz-oplossing bevat, waarin zich korrels bevinden, die een gemiddelde deeltjesgrootte hebben die kleiner is dan 1, micrometer en een hardheid hebben die groter is dan de hardheid van Sitz. Met deze werkwijze volgens de uitvinding kan de hoofdlaag worden voorzien van een zeer glad mechanochemisch gepolijst oppervlak. Gebleken is, dat een oppervlakteruwheid R (rms, root mean square) van het gepolijste oppervlak die kleiner is dan 1 nm bereikt kan worden. Uit metingen is gebleken, dat geen beschadigingen van de materiaalstructuur van het mechanochemisch gepolijste oppervlak optreden. Bovenstaande geldt ook voor het mechanochemisch polijsten van het substraat en de basislaag.
De precieze werking van het bovengenoemde mechanochemische polijstmiddel is niet bekend. Aangenomen wordt dat de korrels in oplossing vanwege elektrostatische krachten worden omhuld door SiO-nanodeeltjes, waarbij de omhulde deeltjes het te polijsten oppervlak zowel chemisch als mechanisch aantasten en waarbij chemisch aangetaste delen van het te polijsten oppervlak onder mechanische druk relatief gemakkelijk worden verwijderd.
Experimenten hebben aangetoond, dat bij een gemiddelde deeltjesgrootte kleiner dan 1, 0 de beste polijstresultaten worden bereikt. Derhalve heeft het de voorkeur korrels toe te passen waarvan de gemiddelde deeltjesgrootte kleiner is dan 1, micrometer, bijvoorbeeld 100 nanometer. Voorts geldt bij voorkeur, dat de concentratie van de korrels in de colloïdale oplossing kleiner is dan 1 gram per liter. Deze oplossing is bij voorkeur alkalisch en is bijvoorbeeld een KOH- NaOH-oplossing.
Als materiaal voor de korrels is A1203 of zirconia geschikt, doch vanwege de te polijsten materialen verdient diamant de voorkeur. Als polijstmiddel heeft derhalve een colloïdale SiOz-oplossing, waarin zich diamantkorrels met een gemiddelde deeltjesgrootte, die kleiner is dan 1, de voorkeur.
<Desc/Clms Page number 10>
De uitvinding heeft voorts betrekking op een dunnefilm magneetkop vervaardigd volgens de werkwijze volgens de uitvinding en voorzien van een kopvlak voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium. De magneetkop volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat zich in de hoofdlaag van een niet-magnetisch materiaal de fluxgeleider van een zacht-magnetisch materiaal uitstrekt. In deze magneetkop heeft het magnetoweerstandselement een zeer vlakke, nauwkeurig gedefinieerde ondergrond, waardoor de magnetische stabiliteit van het magnetoweerstandselement is gewaarborgd. Voorts kunnen vanwege de toegepaste werkwijze volgens de uitvinding corrosiebestendige en/of slijtvaste materialen worden gebruikt voor in het kopvlak eindigende lagen, waardoor een lange levensduur van het kopvlak en dus van de totale magneetkop mogelijk is.
Een praktische uitvoeringsvorm van de magneetkop volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat zieh in de hoofdlaag van een niet-magnetisch materiaal een zieh op een afstand van de genoemde fluxgeleider bevindende verdere fluxgeleider van een zacht-magnetisch materiaal uitstrekt, waarbij een van de fluxgeleiders in het kopvlak eindigt en waarbij de genoemde afstand door het zich tegenover de mechanochemisch gepolijste hoofdlaag bevindende magnetoweerstandselement wordt overbrugd.
De uitvinding heeft voorts betrekking op een van een kopvlak voorziene dunnefilm magneetkop, die vervaardigbaar is volgens de werkwijze volgens de uitvinding en die als kenmerk heeft, dat een drager aanwezig is, waarop zich een hoofdlaag van een niet-magnetisch materiaal uitstrekt, die aan een van de drager afgekeerde zijde is voorzien van ten minste een uitsparing, waarin zich een fluxgeleider van een zachtmagnetisch materiaal bevindt, waarbij de hoofdlaag en de fluxgeleider aan de genoemde zijde een door mechanochemisch polijsten verkregen hoofdoppervlak vormen, waaraan een magnetoweerstandselement is aangebracht. Het hoofdoppervlak, dat is verkregen met behulp van een mechanochemisch polijstproces, kan als volkomen vlak en schadevrij worden beschouwd.
Als drager kan een substraat, bij voorkeur een ferrietsubstraat, of een van een inductief element voorzien samenstel worden toegepast.
De uitvinding zal, bij wijze van voorbeeld, nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de Figuren 1 tot en met 15 diverse stappen van een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding representeren,
EMI10.1
Figuur 16 een met de eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 6
<Desc/Clms Page number 11>
de uitvinding vervaardigde dunnefilm magneetkop volgens de uitvinding toont, de Figuren 17 tot en met 28 diverse stappen van een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding representeren en
Figuur 29 een met de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde dunnefilm magneetkop volgens de uitvinding toont.
Onder verwijzing naar de figuren 1 tot en met 16 zal een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven. Deze werkwijze gaat uit van een plaatvormig substraat 1 van ferriet, in dit voorbeeld een NiZn ferriet, dat door polijsten wordt voorzien van twee parallelle substraatvlakken 3a en 3b. Het polijsten kan met op zieh bekende polijstmethoden plaatsvinden, doch bij voorkeur wordt de in de Europese octrooiaanvrage met aanvraagnummer 92201739. 7 beschreven methode toegepast. Op een van de substraatvlakken, in dit voorbeeld het substraatvlak 3a, wordt bijvoorbeeld door sputterdepositie een isolatielaag Sa van zirconia gevormd.
Op de laag Sa worden vervolgens door bijvoorbeeld sputteren achtereenvolgens een hechtlaag 7a van Mo, een laag 7b van Au en een hechtlaag 7c van Mo gedeponeerd voor het vormen van een test-en/of biaswinding 7. Op de gezamenlijke lagen 7a, 7b, 7c wordt een fotoresistlaag door bijvoorbeeld spincoating aangebracht. Deze laag wordt gedroogd en vervolgens belicht onder gebruikmaking van een geschikt fotomasker. Daarna wordt de belichte fotoresist ontwikkeld en verwijderd door spoelen in water. Na achtereenvolgens verhitten en afkoelen wordt geëtst in de laag 7c van Mo, waarna de onbelichte fotoresist met behulp van aceton wordt verwijderd en de laag 7b van Au door sputteretsen wordt bewerkt met een Mo-patroon als masker. Door het vervolgens etsen van de laag 7c van Mo wordt de winding 7 verkregen.
Op de laag Sa en de zieh daarop bevindende winding 7 wordt door middel van bijvoorbeeld sputteren een isolatielaag Sb van zirconia aangebracht. De lagen 5a en 5b vormen tezamen een relatief dikke hoofdlaag 5 van een niet-magnetisch materiaal. De dikte van de laag S bedraagt in dit voorbeeld 1, 1 m. Op de op het als drager fungerend substraat 1 aangebrachte hoofdlaag 5 wordt bijvoorbeeld door sputterdepositie een laag 9 van Mo aangebracht, waarna door etsen in een tweetal gebieden lla en llb Mo wordt verwijderd. Vervolgens wordt gesputteretst, waarbij de laag 9 als masker fungeert en waarbij twee uitsparingen 15a en 15b in de hoofdlaag 5 worden gevormd. Na het sputteretsen worden de overgebleven delen van de laag 9 door
<Desc/Clms Page number 12>
bijvoorbeeld nat chemisch etsen verwijderd.
Op de aldus gestructureerde hoofdlaag 5 wordt een laag 17 van een zacht-magnetisch materiaal aangebracht, waarbij de uitsparingen 15a en 15b volledig worden opgevuld voor het vormen van twee fluxgeleiders 17a en 17b. In dit voorbeeld wordt de laag 17 gevormd door sputterdepositie van een FeNbSi legering. Door dit materiaal na het sputteren in een magnetisch veld te verhitten wordt een laag verkregen, die zowel magnetisch zacht als mechanisch hard en slijtvast is. In plaats van een FeNbSi legering kan ook een CoZrNb legering, een FeSiAl legering of een NiFe legering worden toegepast.
De van de opgevulde uitsparingen 15a en 15b voorziene hoofdlaag wordt mechanochemisch gepolijst voor het vormen van een praktisch volkomen vlak en glad hoofdoppervlak 19, dat voor een gedeelte wordt gevormd door het isolatiemateriaal van de hoofdlaag 5 en voor een ander gedeelte door het zacht-magnetische materiaal van de fluxgeleiders 17a en 17b.
Het mechanochemisch polijsten, dat in de literatuur ook wel tribochemisch polijsten wordt genoemd, vindt in dit voorbeeld plaats met een colloïdale suspensie van Si02 deeltjes in een alkali-oplossing.
Op het volgens vorengenoemde wijze verkregen vlakke, defectvrije hoofdvak 19 wordt een dunne afstandlaag 21 van een niet-magnetisch, elektrisch isolerend materiaal aangebracht. In dit voorbeeld wordt daartoe zirconia gesputterd. Op de laag 21 wordt een laag 23a van een magnetoweerstandsmateriaal aangebracht, waartoe in dit voorbeeld een legering van NiFe wordt gesputterd. De laag 23a wordt vervolgens met behulp van een fotolakmasker en etsen gestructureerd voor het vormen van een MR element 23.
Op het MR element 23 wordt een laag 25a van een elektrisch geleidend materiaal, bijvoorbeeld Au, aangebracht, die met behulp van een fotolakmasker en etsen wordt gestructureerd tot equipotentiaalstrippen 25 van een barberpole- structuur en tot elektrisch geleidende stroken 25b voor het elektrisch aansluiten van het MR element op een-in de tekening niet getoonde-meetinrichting. Vervolgens wordt een isolatielaag 27 van bijvoorbeeld zirconia door bijvoorbeeld sputterdepositie aangebracht.
In deze isolatielaag worden gaten 29 geëtst tot op de geleidende stroken 25b teneinde elektrische aansluitingen mogelijk te maken, waarna een beschermend tegenblok 31 van bijvoorbeeld BaTi03 of CaTi03 wordt bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een lijmmiddel. Eventueel kan de laag 27 vooraf tot een gewenste dikte worden gevlakt, bijvoorbeeld door mechanisch polijsten of lappen. De nu verkregen eenheid wordt door bewerkingen, bijvoorbeeld slijpen en/of lappen, van een kopvlak 33 voor samenwerking
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
met een magnetisch registratiemedium, in het bijzonder een magneetband, voorzien.
Indien het zacht-magnetische materiaal van de fluxgeleiders 17a en 17b in de in figuur 16 getoonde dunnefilmmagneetkop volgens de uitvinding vervangen wordt door een zacht-magnetisch, elektrisch niet of slecht geleidend materiaal, in het bijzonder een MnZn ferriet, een NiZn ferriet of Fe203 ferriet, kan het MR element 23 rechtstreeks op het hoofdvak 19 worden aangebracht. Hierdoor kan de isolatielaag 21 achterwege blijven en kan het MR element 23 in direct magnetisch contact met de fluxgeleiders 17a en 17b zijn.
Onder verwijzing naar de figuren 17 tot en met 28 zal een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven. Deze werkwijze gaat uit van een plaatvormig lichaam 100 van bij voorkeur ferriet, dat tweezijdig wordt gepolijst voor het vormen van twee parallelle lichaamsvlakken 102a en 102b. Op een van de lichaamsvlakken, in dit voorbeeld het vlak 102b, wordt door bijvoorbeeld PE CVD een isolatielaag 104a van kwarts aangebracht. Op de laag 104a wordt een elektrisch geleidende laag 106 van bijvoorbeeld in hoofdzaak Au aangebracht.
Deze laag 106a wordt met op zich bekende technieken gestructureerd tot een inductief overdrachtselement of winding 106. Vervolgens wordt kwarts gedeponeerd voor het vormen van een isolatielaag 104b en wordt in de beide isolatielagen 104a en 104b een gat 108 geëtst. Daarna wordt een relatief dikke isolatielaag 104c van kwarts aangebracht. De lagen 104a, 104b en 104c vormen samen een basislaag 104 van een nietmagnetisch materiaal. Op de op de als basis fungerend lichaam 100 aangebrachte basislaag 104 wordt een laag 110 van een maskermateriaal, bijvoorbeeld Mo, aangebracht, met behulp waarvan in de basislaag 104 een opening 112 wordt gevormd.
Daartoe wordt eerst een fotolak op de laag 110 gedeponeerd en gestructureerd, waarna door etsen in de laag 110 gaten 112 worden gevormd voor het vormen van een masker.
Met de gestructureerde laag 110 als masker wordt vervolgens de basislaag 104 gesputteretst voor het vormen van de opening 102. Na het sputteretsen worden de overgebleven delen van de laag 110 door nat chemisch etsen verwijderd. Op de aldus gestructureerde basislaag 104 wordt een laag 114a van een zacht-magnetisch materiaal, bijvoorbeeld een CoZrNb legering, aangebracht, waarbij de opening 102 volledig wordt opgevuld. De laag 114a dient voor het vormen van een fluxgeleidend element 114.
De van de opgevulde opening 102 voorziene basislaag 104 wordt vervolgens voor het creëren van een vlak, krasvrij basisoppervlak 116 mechanochemisch gepolijst met
<Desc/Clms Page number 14>
behulp van een colloïdale suspensie van Si02 deeltjes in een KOH- of NaOH oplossing, waaraan diamantdeeltjes met een gemiddelde deeltjesgrootte van kleiner dan 1, 0 p. m zijn toegevoegd. De concentratie van diamantdeeltjes in de genoemde oplossing is kleiner dan 1 gram per liter. Het aldus uit het lichaam 100, de basislaag 104 en het inductieve overdrachtselement 106 gevormd samenstel dient als drager voor een hoofdlaag 105 van een niet-magnetisch materiaal.
In de hoofdlaag 105 wordt op analoge wijze als reeds is beschreven met betrekking tot de eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding fluxgeleiders 117a en 117b aangebracht. In deze werkwijze wordt voorts, door mechanochemisch polijsten een hoofdoppervlak 119 gevormd, waarna een MR element 123 wordt aangebracht.
Een met behulp van de tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigde dunnefilmmagneetkop is getoond in figuur 29. De magneetkop heeft een kopvlak 118 en omvat een als basis dienend lichaam 101, waarop een niet-magnetische basislaag 104 is aangebracht. In de basislaag 104 bevinden zieh een als inductief overdrachtselement dienende winding 106 en een in het kopvlak 118 eindigend fluxgeleidend element 114 van een zacht-magnetisch materiaal. Op een mechanochemisch gepolijst basisoppervlak 116 bevindt zieh een niet-magnetische hoofdlaag 105, waarin zich een achterste fluxgeleider 117a en een voorste, in het kopvlak 118 eindigende fluxgeleider 117b bevinden. Beide fluxgeleiders zijn gevormd uit een zacht-magnetisch materiaal. In de hoofdlaag 105 kan zieh tevens indien gewenst, een biaswinding 107 uitstrekken.
De hoofdlaag 105 is voorzien van een mechanochemisch gepolijst hoofdoppervlak 119, waarop direct of indirect-onder tussenvoeging van een dunne isolatielaag-een MR element 123 is aangebracht. Over het MR element strekt zich een beschermlaag uit, waartegen een tegenblok 131 is bevestigd.
Opgemerkt wordt, dat de uitvinding vanzelfsprekend niet is beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for manufacturing a thin-film magnetic head and magnetic head manufactured according to the method.
EMI1.1
The invention relates to a method for manufacturing a thin-film magnetic head provided with a magnetoresistance element and at least one flux conductor, starting from a carrier.
Methods for manufacturing thin film magnetic heads are known, inter alia, from EP-A 0 516 022 (herewith incorporated by reference). The magnetic heads obtained by the methods described in EP-A 0 516 022 are contacted integrated magnetic heads which comprise an inductive part and a magnetoresistive part.
According to a first method known from EP-A 0 516 022, a first structured insulating layer of SiO 2 is formed on a magnetic substrate of a ferrite by means of a lithographic method, on which a layer Au is then applied to form a writing coil. A second structured insulation layer is then applied, on which a core layer of a Co-based amorphous material is deposited. This core layer is in contact with the magnetic substrate via openings in the insulation layers. The parts of the second insulation layer not covered by the core layer are filled by a filling layer of Al2O3. After the filling layer has been formed, the core layer and the filling layer are smoothed by a third structured insulating layer of SiO 2 deposited on the surface thus obtained, on which a bias winding of Au is then formed.
A fourth structured insulation layer of SiO2 is applied over it. A magnetoresistive element of permalloy is then formed on this insulating layer. Then, a fifth structured insulating layer of SiO2 is applied and then a yoke of a Co-based amorphous material, which is in contact with the core layer via openings in the three latter insulating layers.
According to a second method known from EP-A 0 516 022, two flux conductors of a Co-based amorphous material are applied to a non-magnetic substrate, wherein an opening located between the two flux conductors is filled with a first insulating layer of SiO2. On it through the flux conductors and the
<Desc / Clms Page number 2>
first insulating layer formed surface, a second structured insulating layer is applied, on which a magnetoresistive (MR) element is subsequently formed.
The MR element is then covered with a third structured insulation layer, on which a bias winding is then formed. A fourth structured insulating layer is then applied to cover the bias winding. Then, a magnetic core layer of a Co-based material is formed, which is in contact with one of the flux conductors via openings in the three latter insulating layers. The areas not covered by the first core layer are filled with a filling layer of Al2O3, after which a surface is obtained by lapping, on which an inductive head part is formed.
In the methods known from EP-A 0 516 022, the MR element is formed on an insulating layer applied to a lapping surface.
However, it has been found that such a surface extending over two or more adjacent layers of different material has unevenness. Moreover, lapping has caused damage, in particular scratches, in and material disturbances under the obtained surface. Such a surface is inadmissible, inefficient for information transfer and can increase the risk of instabilities in the MR element mounted thereon.
The magnetic heads obtained by the methods known from EP-A 0 516 022 have the further drawback that, because of the presence of irregularities on the surface on which the MR element rests, a relatively thick insulating layer between the MR element and the electrically conductive flux conductors is required to ensure reliable electrical insulation between the MR element and the flux conductors. However, such insulating layers have a further negative influence on the efficiency of the magnetic heads. Therefore, for various reasons, damage and material disturbances under a surface above which the MR element is located are undesirable.
The object of the invention is to provide a method for manufacturing a thin-film magnetic head provided with a magnetoresistance element and at least one flux conductor, wherein the magnetoresistance element is applied to a relevant flatness and structure with a precisely defined surface.
To this end, the method according to the invention is characterized in that a main layer of a non-magnetic material is formed on the carrier, in which
<Desc / Clms Page number 3>
material removal from a side facing away from the support, a recess is made, which is then filled with a soft-magnetic material to form the flux conductor, after which the main layer provided with the filled recess is polished mechanically to form a main surface, after which a layer of a magnetoresistance material is applied to form the magnetoresistance element.
In the method according to the invention, the magnetic flux conductor is applied in the per se non-magnetic main layer. Therefore, the mechanical polishing takes place both on soft-magnetic material and on non-magnetic material. Surprisingly, it has been found that, in spite of the different material properties between the soft-magnetic and the non-magnetic material, mechanochemical polishing provides a very high level and smooth main surface, without the materials themselves undergoing structural changes. In the method according to the invention, for the purpose of applying the magnetoresistance element (MR element), a polished flat surface is obtained, which is free of damage, resulting in a magnetic head with a stable MR element and a magnetic head with respect to the known magnetic heads. improved returns.
Nucleation of domain walls or formation of small areas with an unwanted magnetization device and unwanted sudden magnetization changes during the reading process are avoided as much as possible with a defect-free magnetism element.
It is further noted that mechanical polishing is performed with a working surface of a polishing tool, which is both pressed against the surface to be polished and moved over the surface to be polished.
In addition, the work surface is provided with a liquid mechanochemical polishing agent. This is a means with which chemical and mechanical polishing can be performed simultaneously.
It is noted that damage-free polishing itself can be effected by purely chemical polishing. There are objections to this. The geometric control, i.e. the flatness of the surface, is far from optimal and many of the chemical polishing agents are somewhat toxic and aggressive and must therefore be used in an extremely protected environment, which is a drawback for mass production. By mechanical chemical polishing, whereby mechanical
<Desc / Clms Page number 4>
Chemically dissolved components of the surface to be polished are chemically dissolved, a very smooth and flat and, in addition, damage-free polishing surface is obtained.
In the case where one of the components to be polished is very hard, it has surprisingly been found that the mechanical aspect of mechanochemical polishing is enhanced by adding a small amount of hard, adequate granules to the polishing agent of the mechanochemical type. Thus, even when very hard materials are used in the manufacture of heads, a smooth, flat and damage-free surface can be achieved.
An embodiment of the method according to the invention is characterized in that the substrate is a plate-shaped substrate, which is provided with two parallel substrate surfaces by mechanical and / or mechanochemical polishing, after which the main layer is formed on one of these surfaces. The other plane is used as the reference plane of machining during the further process steps.
The parallel substrate planes can be obtained by starting from a substrate with two substrate planes, first preparing the substrate planes by polishing until they have a convex, planar or concave starting form, after which a decay cycle is completed at least once for a substrate of which the edges are thicker than a centerpiece surrounded by the edges, the substrate surfaces are polished in such a way that the edges successively have an almost equal thickness, a smaller thickness and again an almost equal thickness as the middle piece, and with a substrate whose edges are thinner than a centerpiece surrounded by the edges, the substrate surfaces are polished such that the edges successively have an almost equal thickness,
a greater thickness and again almost the same thickness as the center piece. The method of manufacturing parallel planes referred to herein is described in detail in European Patent Application No. 92201739. 7 (PHN 14.081 EP-P; herewith incorporated by reference).
Substrates with parallel substrate surfaces have the great advantage that they can be used in a mass manufacturing process during the further course of the process. Thus, subsequent mechanical polishing steps can be performed for the purpose of smoothing and smoothing a layer of single or multiple material build-up, as well as so-called stopping polishing of a layer consisting of a multiple material structure, but of which only one or a few
<Desc / Clms Page number 5>
of the materials of the layer can be polished via the mechanochemical polishing process and the other material cannot.
An embodiment of the method is characterized in that the carrier is formed from a magnetic material, in particular a ferrite.
It is noted that a ferrite is understood to mean a magnetic material belonging to one of the following crystallographic groups: grenades, spinels, perovskites. The favorable properties of ferrite are the high wear resistance and good shielding effect against interference fields. The stability of the magnetoresistance head is also generally favorably influenced by the influence of the ferrite on the thin film flux conductor or flux conductors present and the magnetoresistance element. In addition, a ferrite carrier offers the technological advantage that the carrier can be used as a flux-conducting layer.
An embodiment is characterized in that the carrier is formed from an assembly comprising a base, a base layer of a non-magnetic material applied to the base and an inductive transfer element contained in the base layer, wherein the base layer is removed by material removal from one of the base facing away, an opening is applied, which is then filled with a soft magnetic material to form a flux conducting element, after which the base layer provided with the filled opening is polished mechanically to form a base surface for applying the main layer. This method produces a magnetic head that has both a write and a read function. During the method, first a writing part and then a reading part is formed.
In order to ensure a precisely defined main surface, in this embodiment the base layer serving as the base layer for the main layer is also polished by mechanical mechanics. There is no magnetic advantage per se in making a planar writing portion. However, a planarity is necessary to obtain the planar reading portion with the aforementioned advantages.
An embodiment is characterized in that the base is a plate-shaped body, which is provided with two parallel body surfaces by mechanical and / or mechanochemical polishing, after which the base layer is formed on one of these surfaces. The parallel body planes can be obtained with those described in European patent application no. 92201739. 7
EMI5.1
method. Also in this case substrates with parallel substrate planes have the a
<Desc / Clms Page number 6>
advantage of mass fabrication, single material polishing, multiple material polishing and stopping polishing.
An embodiment is characterized in that the base is formed from a magnetic material, in particular a ferrite.
An embodiment is characterized in that the main layer is formed from zirconia. Cubic zirconia is a crystalline material in cubic form. The head-
EMI6.1
component is ZrO 2, to which 5-10 atomic% CaO or Y 2 O 3 have been added. Zirconia, which can be applied by sputtering, for example, is a mechanically hard and wear-resistant material. Zirconia forms an almost perfect main surface with all of the soft-magnetic materials mentioned further in this description after mechanochemical polishing. This is probably due to the high hardness of cubic zirconia.
Zirconia is, from a polishing point of view, an extremely suitable material to serve as a stop coat in a mechanochemical polishing step. Since the thickness of zirconia layers can be realized with nanometer precision, flat layers of the thin film head can be made with the same precision. Zirconia, however, is etched only slowly.
An embodiment is characterized in that the main layer is formed from quartz. For example, quartz can be applied by PE CVD. It has been found that the soft magnetic material of the flux conductor has little influence on the excellent result of the mechanochemical polishing process, in particular with regard to the flatness and the damage-free surface, provided the adhesion between the soft magnetic material and the quartz is good.
It is noted that when optimizing the mechanochemical polishing process, it can undergo a similar polishing operation compared to cubic zirconia much softer quartz. Although the polishing process is more critical and the dimensions are more limited, quartz has the advantage that it can be etched easily and relatively quickly.
An embodiment is characterized in that the recess in the main layer is formed by etching. The etching operation is critical because the result of the etching operation determines the non-magnetic gap characteristic of the reading portion.
Reproducibility is the main requirement for the etching process. Preference is therefore given to sputter etching and reactive ion etching and to a lesser extent to plasma etching and wet chemical etching.
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
An embodiment is characterized in that a spacer layer of a non-magnetic, electrically insulating material is formed on the main surface obtained by mechanical polishing, on which the layer of a magnetoresistance material is applied. This embodiment is particularly important when using electrically conductive soft magnetic materials to form the flux conductor. Namely, in that case an insulating spacer layer is a necessity in order to avoid electrical contact between the flux conductor and the MR element.
A drawback of a magnetic head provided with a spacer layer present between the MR element and the flux conductor is, however, that due to the distance between the MR element and the flux conductor caused by the thickness of the layer, only a part of the magnetic recording medium comes into operation during operation. magnetic flux is passed through the MR element. From an efficiency point of view, it is therefore essential that such a layer can be kept as thin as possible.
Since the thickness of the spacer layer is largely determined by the condition of the main surface, this spacer layer when using the method according to the invention can be completely smooth and without thickness variations and above all be very small, for example 0, in relation to the the known magnetic heads require layer thicknesses of at least 0.6 without risk of short circuits of the MR element.
An embodiment is characterized in that as soft magnetic material an alloy is used from the group of alloys formed by CoZrNb alloys, FeNbSi alloys, FeSiAl alloys and NiFe alloys. These materials can be applied using techniques known per se, such as sputtering or vapor deposition.
An embodiment is characterized in that a ferrite is used as the soft magnetic material. A ferrite generally has such a high specific electrical resistance that the MR element can be applied directly to the flux conductor formed from such a material, without this leading to any significant loss of sensitivity of the magnetic head. In other words, when using ferrite, with MnZn ferrite and NiZn ferrite being preferred, the spacer layer can be omitted in the method of the invention and therefore the layer of a magnetoresistance material can be applied directly to the main surface.
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
applied flat to form the MR element. This allows a direct magnetic coupling between the MR element and the flux conductor.
Such a coupling results in a high efficiency of the obtained magnetic head.
Ferrites can be applied using techniques known per se, such as sputtering, MOCVD or laser ablation.
The magnetic head obtained according to the method according to the invention is provided with a head surface for the purpose of cooperation with a magnetic recording medium, in particular a magnetic tape or plate, the flux conductor ending in the head surface. A ferrite flux conductor has in this connection the advantage that the ferrite contributes to the corrosion resistance and wear resistance of the end face.
An embodiment is characterized in that a NiFe alloy is used as the magnetoresistance material. The NiFe alloy can be applied using techniques known in the art, such as sputter deposition or vapor deposition. The MR element formed from NiFe is provided with contact surfaces for realizing an electrical connection with a reading device. Preferably, electrically conductive equipotential strips are applied to the NiFe layer formed to linearize the behavior of the MR element. This measure is described in US 4, (herewith incorporated by reference).
An embodiment is characterized in that the base layer is formed from zirconia. Zirconia is a good polishing stopper in the mechanochemical polishing process. A disadvantage is that it etches only slowly, but an important advantage is that the dimensions are optimal.
An embodiment is characterized in that the base layer is formed from quartz. In this respect, quartz is a less good polishing stopper in the mechanochemical polishing process than zirconia, where the dimensions must be made more subtle. An advantage, however, is that it is easy to apply and good and easy to etch.
An embodiment is characterized in that the recess in the base layer is made by etching.
An embodiment is characterized in that it is polished mechanochemically with a colloidal suspension of SiO2 particles in an alkali solution, in the
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
especially a KOH or NaOH solution. Normally, a standard composition of a colloidal suspension of SiO nanoparticles in an alkaline solution is used, for example with an average grain size of 30 nm and a pH of about 10 in a NaOH or KOH solution.
It is noted that mechanical polishing is known from IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, no. 8, January 1985. This publication describes mechanochemical polishing of a glass structure.
An embodiment is characterized in that it is polished mechanochemically with a mechanochemical polishing agent containing a colloidal Sitz solution, containing granules having an average particle size of less than 1 micrometer and a hardness greater than the hardness of Sitz. With this method according to the invention, the main layer can be provided with a very smooth mechanochemically polished surface. It has been found that a surface roughness R (rms, root mean square) of the polished surface smaller than 1 nm can be achieved. Measurements have shown that no damage occurs to the material structure of the mechanochemically polished surface. The above also applies to mechanochemical polishing of the substrate and the base layer.
The precise action of the above-mentioned mechanochemical polishing agent is not known. Due to electrostatic forces, the granules in solution are believed to be enveloped by SiO nanoparticles, the enveloped particles attacking the surface to be polished both chemically and mechanically, and chemically degraded parts of the surface to be polished being removed relatively easily under mechanical pressure.
Experiments have shown that the best polishing results are achieved with an average particle size of less than 1.0. It is therefore preferable to use granules whose average particle size is less than 1 µm, for example 100 nanometers. It further preferably holds that the concentration of the granules in the colloidal solution is less than 1 gram per liter. This solution is preferably alkaline and is, for example, a KOH-NaOH solution.
Al203 or zirconia is suitable as the material for the granules, but diamond is preferred because of the materials to be polished. The preferred polishing agent is therefore a colloidal SiO2 solution in which diamond grains with an average particle size smaller than 1 are present.
<Desc / Clms Page number 10>
The invention further relates to a thin-film magnetic head manufactured according to the method according to the invention and provided with a head surface for cooperation with a magnetic recording medium. The magnetic head according to the invention is characterized in that the flux conductor of a soft magnetic material extends in the main layer of a non-magnetic material. In this magnetic head, the magnetoresistance element has a very flat, precisely defined base, which guarantees the magnetic stability of the magnetoresistance element. Furthermore, because of the method according to the invention used, corrosion-resistant and / or wear-resistant materials can be used for layers ending in the end face, so that a long service life of the end face and thus of the entire magnetic head is possible.
A practical embodiment of the magnetic head according to the invention is characterized in that in the main layer of a non-magnetic material a further flux conductor of a soft magnetic material located at a distance from the said flux conductor, wherein one of the flux conductors in the end face terminates and the said distance is bridged by the magnetoresistance element opposite the mechanochemically polished main layer.
The invention furthermore relates to a thin-film magnetic head provided with an end face, which can be manufactured according to the method according to the invention and which is characterized in that a carrier is present, on which extends a main layer of a non-magnetic material, which is attached to a the side facing away from the carrier is provided with at least one recess, in which there is a flux conductor of a soft magnetic material, the main layer and the flux conductor on the said side forming a main surface obtained by mechanochemical polishing, to which a magnetoresistance element is arranged. The main surface, obtained using a mechanochemical polishing process, can be considered completely flat and damage-free.
As substrate, a substrate, preferably a ferrite substrate, or an assembly provided with an inductive element can be used.
The invention will be explained in more detail, by way of example, with reference to the drawing, in which Figures 1 to 15 represent various steps of a first embodiment of the method according to the invention,
EMI10.1
Figure 16 shows the first embodiment of the method according to 6
<Desc / Clms Page number 11>
thin film magnetic head according to the invention manufactured in the invention, Figures 17 to 28 represent various steps of a second embodiment of the method according to the invention and
Figure 29 shows a thin film magnetic head according to the invention manufactured with the second embodiment of the method according to the invention.
With reference to Figures 1 to 16, a first embodiment of the method according to the invention will be described. This method starts from a plate-shaped substrate 1 of ferrite, in this example a NiZn ferrite, which is provided by polishing with two parallel substrate surfaces 3a and 3b. Polishing can be carried out using known polishing methods, but the method described in European patent application with application number 92201739.7 is preferably used. On one of the substrate surfaces, in this example the substrate surface 3a, an insulating layer Sa of zirconia is formed by sputter deposition.
Then, for example by sputtering, a bond layer 7a of Mo, a layer 7b of Au and a bond layer 7c of Mo are deposited successively on the layer Sa to form a test and / or bias winding 7. On the joint layers 7a, 7b, 7c a photoresist layer is applied by, for example, spin coating. This layer is dried and then exposed using an appropriate photomask. The exposed photoresist is then developed and removed by rinsing in water. After successively heating and cooling, etching is carried out in the layer 7c of Mo, after which the unexposed photoresist is removed with the aid of acetone and the layer 7b of Au is sputter etched with a Mo pattern as the mask. The winding 7 is obtained by subsequently etching the layer 7c of Mo.
An insulating layer Sb of zirconia is applied to the layer Sa and the winding 7 thereon, for example by sputtering. The layers 5a and 5b together form a relatively thick main layer 5 of a non-magnetic material. In this example, the thickness of the layer S is 1.1 m. On the main layer 5 applied to the substrate 1 acting as substrate, a layer 9 of Mo is applied, for example, by sputtering deposition, whereafter Mo is etched in two regions 11a and 11b Mo deleted. Sputtering is then carried out, the layer 9 acting as a mask and two recesses 15a and 15b being formed in the main layer 5. After sputter etching, the remaining parts of the layer 9 become through
<Desc / Clms Page number 12>
for example, wet chemical etching removed.
A layer 17 of a soft-magnetic material is applied to the thus structured main layer 5, the recesses 15a and 15b being completely filled to form two flux conductors 17a and 17b. In this example, the layer 17 is formed by sputter deposition of a FeNbSi alloy. By heating this material in a magnetic field after sputtering, a layer is obtained which is both magnetically soft and mechanically hard and wear-resistant. Instead of a FeNbSi alloy, a CoZrNb alloy, a FeSiAl alloy or a NiFe alloy can also be used.
The main layer provided with the padded recesses 15a and 15b is mechanically polished to form a practically perfectly flat and smooth main surface 19, which is partly formed by the insulating material of the main layer 5 and partly by the soft-magnetic material of the flux conductors 17a and 17b.
Mechanochemical polishing, which is also referred to as tribochemical polishing in the literature, takes place in this example with a colloidal suspension of SiO2 particles in an alkali solution.
In the flat, defect-free main compartment 19 obtained in the above-mentioned manner, a thin spacer layer 21 of a non-magnetic, electrically insulating material is applied. In this example, cubic zirconia is sputtered. A layer 23a of a magnetoresistance material is applied to the layer 21, for which an alloy of NiFe is sputtered in this example. The layer 23a is then structured using a photoresist mask and etching to form an MR element 23.
A layer 25a of an electrically conductive material, for example Au, is applied to the MR element 23, which is structured by means of a photoresist mask and etching into equipotential strips 25 of a barber pole structure and into electrically conductive strips 25b for electrically connecting the MR element on a measuring device (not shown in the drawing). An insulating layer 27 of, for example, zirconia is then applied by, for example, sputter deposition.
Holes 29 are etched into this insulating layer up to the conductive strips 25b in order to allow electrical connections, after which a protective counterblock 31 of, for example, BaTiO3 or CaTiO3 is attached, for example by means of an adhesive. Optionally, the layer 27 can be pre-flattened to a desired thickness, for example by mechanical polishing or lapping. The unit now obtained is made by machining, for example grinding and / or lapping, of an end face 33 for cooperation
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
provided with a magnetic recording medium, in particular a magnetic tape.
When the soft-magnetic material of the flux conductors 17a and 17b in the thin-film magnetic head according to the invention shown in Figure 16 is replaced by a soft-magnetic, electrically non-conductive or poorly conductive material, in particular a MnZn ferrite, a NiZn ferrite or Fe203 ferrite , the MR element 23 can be applied directly to the main compartment 19. As a result, the insulating layer 21 can be omitted and the MR element 23 can be in direct magnetic contact with the flux conductors 17a and 17b.
With reference to Figures 17 to 28, a second embodiment of the method of the invention will be described. This method starts from a plate-shaped body 100 of preferably ferrite, which is polished on both sides to form two parallel body surfaces 102a and 102b. An insulating layer 104a of quartz is applied to one of the body surfaces, in this example the surface 102b, by, for example, PE CVD. An electrically conductive layer 106 of, for example, substantially Au is applied to the layer 104a.
This layer 106a is structured by techniques known per se into an inductive transfer element or coil 106. Subsequently, quartz is deposited to form an insulating layer 104b and a hole 108 is etched in the two insulating layers 104a and 104b. Then, a relatively thick quartz insulating layer 104c is applied. The layers 104a, 104b and 104c together form a base layer 104 of a non-magnetic material. On the base layer 104 provided on the base body 100, a layer 110 of a mask material, for example Mo, is applied, by means of which an opening 112 is formed in the base layer 104.
To this end, a photoresist is first deposited and structured on the layer 110, after which holes 112 are formed by etching in the layer 110 to form a mask.
With the structured layer 110 as the mask, the base layer 104 is then sputter etched to form the opening 102. After sputter etching, the remaining parts of the layer 110 are removed by wet chemical etching. A layer 114a of a soft magnetic material, for example a CoZrNb alloy, is applied to the base layer 104 thus structured, the gap 102 being completely filled. The layer 114a serves to form a flux conducting element 114.
The base layer 104 provided with the padded opening 102 is then mechanically polished to create a flat, scratch-free base surface 116 with
<Desc / Clms Page number 14>
using a colloidal suspension of SiO 2 particles in a KOH or NaOH solution, to which diamond particles with an average particle size of less than 1.0 p. m have been added. The concentration of diamond particles in the said solution is less than 1 gram per liter. The assembly thus formed from the body 100, the base layer 104 and the inductive transfer element 106 serves as a support for a main layer 105 of a non-magnetic material.
In the main layer 105, in an analogous manner as already described with respect to the first embodiment of the method according to the invention, flux conductors 117a and 117b are applied. In this method, a main surface 119 is further formed by mechanical polishing, after which an MR element 123 is applied.
A thin-film magnetic head prepared by the second embodiment of the method according to the invention is shown in Figure 29. The magnetic head has a head surface 118 and comprises a base body 101 on which a non-magnetic base layer 104 is applied. In the base layer 104 there is a coil 106 serving as an inductive transfer element and a flux conducting element 114 terminating in the end face 118 of a soft magnetic material. On a mechanochemically polished base surface 116 there is a non-magnetic main layer 105, which includes a rear flux conductor 117a and a front flux conductor 117b terminating in the end face 118. Both flux conductors are formed from a soft magnetic material. If desired, a bias winding 107 can also extend into the main layer 105.
The main layer 105 is provided with a mechanochemically polished main surface 119, on which an MR element 123 is applied directly or indirectly with the insertion of a thin insulating layer. A protective layer extends over the MR element, against which a counter-block 131 is attached.
It is noted that the invention is of course not limited to the exemplary embodiments shown.