DE2721452A1 - Integrierte magnetkopfstruktur und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 77 P 2 0^2 BRD

Integrierte Magnetkopfstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung^

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Magnetkopfstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Eine derartige Magnetkopfstruktur mit dünnen magnetischen Schic hten zur Bildung des magnetischen Kreises und mit einer aus mehreren Windungen in Form übereinanderliegender leitender Schichten mit isolierenden Zwischenschichten bestehenden Wicklung ist durch die DT-OS 23 33 812 bekannt. Die Kopfwicklung ist aus U-förmigen Leitbahnelementen aufgebaut, die mit Ausnahme der Elemente in der untersten und obersten Leitbahnlage gleich sind. Durch weitere Leitbahnelemente werden jeweils die einen Schenkel der U-förmigen Elemente mit den gegenüberliegenden Schenkeln der nächstfolgenden U-förmigen Elemente elektrisch verbunden.

Obwohl also die Leitbahnelemente und die dazwischenliegenden Isolierschichten zum überwiegenden Teil die gleiche Form aufweisen, sind doch für die Herstellung des Leiterpaketes durch Aufdampfen der entsprechenden Materialien auf ein Substrat allein sieben verschiedene Maskenformen erforderlich. Dazu kommt noch eine weitere Maskenform, wenn ein Mittenabgriff der Kopfwicklung gewünscht wird. Die Masken müssen nach der Fertigstellung einer jeden einzelnen Schicht gewechselt werden, was jedesmal eine erneute

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Justierung bedingt. Zudem sind nach dem derzeitigen Stand der Lochmaskentechnik Strukturbreiten unter 50 /um kaum zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetkopfstruktur anzugeben, die zu ihrer Herstellung nur wenige Masken benötigt und die Zahl der Justierungen auf ein Minimum herabsetzt. Feinste Strukturen sollen herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Ein besonders vorteilhaftes Herstellungsverfahren, das in enger Wechselwirkung mit der erfindungs gemäßen Magnetkopfstruktur steht, ist dem Patentanspruch 5 zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 die vereinfachte perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 den Aufbau des Leiterpaketes in der Nähe der Schenkelenden der U-förmigen leitenden Schichten, Fig. 3 bis 6 Maskenformen und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer integrierten Magnetkopfstruktur.

Die Fig. 1 zeigt in wesentlich vereinfachter, perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für eine integrierte Magnetkopfstruktur gemäß der Erfindung. Auf einem Substrat 1, von dem nur eine Kante angedeutet ist, sind eine erste Magnetschicht 2 und darüber eine Isolierschicht 3 aufgebracht. Der Umriss der beiden Schichten entspricht dem Umriss der integrierten MagnetkojfStruktur. Die Magnetschicht 2 besteht beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung, einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung oder einem Ferrit.

Die Isolierschicht 3 aus Silizium- oder Aluminiumoxyd überzieht auch den größten Teil eines Leiterpaketes 4, was jedoch aus der

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Fig. 1 nicht erkennbar ist. Das Leiterpaket 4 dient zur Bildung der Magnetkopfwicklung. Es besteht aus einer Anzahl von U-förmigen dünnen leitenden Schichten, die im Gegensatz zu der vereinfachten Darstellung in Fig. 1 durch Isolierschichten voneinander und von der Magnetschicht 2 getrennt sind. Die Schenkel der einzelnen U-förmigen leitenden Schichten sind umso kürzer, je weiter sie von der Isolierschicht 3 bzw. vom Substrat 1 entfernt sind. Die Differenz D der Schenkellängen der aufeinanderliegenden U-förmigen leitenden Schichten ist geringfügig größer als die Breite von weiteren leitenden Schichten 5, auf die noch näher eingegangen wird. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Längen der Schenkel der einzelnen U-förmigen leitenden Schichten im Leiterpaket 4 in sich verschieden. Die Differenz der Schenkellängen beträgt hier 2 D. Die Staffelung der Schenkelenden der übereinanderliegenden, durch Isolierschichten 7 getrennten, U-förmigen leitenden Schichten S um den Betrag D ist aus der Fig. 2 ersichtlich, die einen Abschnitt des Leiterpaketes 4 zeigt.

Zum Anschluß der mit Hilfe der U-förmigen leitenden Schichten zu bildenden Magnetkopfwicklung ist der längere Schenkel der ersten, untersten U-förmigen leitenden Schicht 81 mit einem ersten Kontaktfleck 9 verbunden. Eine analoge Verbindung über die Leitbahn 10 besteht zwischen dem kürzeren Schenkel der sechsten, obersten U-förmigen leitenden Schicht 86a mit dem Kontaktfleck 11. Zur Herstellung einer durchlaufenden Wicklung sind mit Hilfe der schon erwähnten weiteren leitenden Schichten 5 zwischen den Schenkelenden der U-förmigen leitenden Schichten folgende Verbindungen hergestellt: Kurzer Schenkel 81a der ersten Schicht zum langen Schenkel 83 der dritten Schicht, kurzer Schenkel 82a der zweiten Schicht zum langen Schenkel 84 der vierten Schicht, kurzer Schenkel 83a der dritten Schicht zum langen Schenkel 85 der fünften Schicht und kurzer Schenkel 84a der vierten Schicht zum langen Schenkel 86 der sechsten Schicht. Durch eine zusätzliche Leitschicht 12 ist der kurze Schenkel 85a der fünften Schicht mit dem langen

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Schenkel 82 der zweiten Schicht verbunden. Die leitende Schicht 12 geht auch in einen Kontaktfleck 13 über, der zur Kontaktierung des Mittenabgriffs der Magnetkopfwicklung dient. Insgesamt besteht somit folgender Wicklungsverlauf: Kontaktfleck 9, erste, dritte, fünfte U-förmige leitende Schicht, Mittenabgriff 13, zweite, vierte, sechste U-förmige leitende Schicht, Kontaktfleck 11.

Zur Vervollständigung des magnetischen Kreises dient die Magnetschicht 14, die die Basis des U-förmigen Leiterpaketes 4 umfaßt, bzw. ein aus vielen dünnen, durch Isolierschichten getrennten magnetischen Schichten bestehender Schichtaufbau. Der zwischen den magnetischen Schichten bzw. Schichtaufbauten 2 und 14 befindliche Arbeitsspalt wird durch die Isolierschicht 3 gebildet. Am anderen Ende der Magnetschicht 14 ist die Isolierschicht 3 vor dem Aufbringen der Magnetschicht 14 entfernt worden.

Für die Herstellung der Magnetkopfstruktur gemäß der Erfindung sind mehrere Möglichkeiten denkbar. So könnte der gesamte Schichtaufbau durch Aufstäuben oder Aufdampfen der entsprechenden Materialien mit Hilfe von Lochmasken erfolgen. Dieses Verfahren ist umständlich und läßt die Herstellung feinster Strukturen nicht zu. Bei dem im folgenden beschriebenen, bevorzugten Herstellungsverfahren wechseln Abschnitte mit unterschiedlichen Technologien, wie Aufstäuben von Materialien unter Verwendung von Lochmasken und chemische Ätzverfahren mit Hilfe von Fotomasken ab. Hierbei sind insgesamt nur wenige Masken erforderlich, an deren Justierung überwiegend nur geringe Anforderungen gestellt werden. Ferner sind flach ansteigende Strukturkanten erreichbar, die immer dann besonders erwünscht sind, wenn über schon vorhandene Strukturen weitere gelegt werden sollen.

In einem ersten Verfahrensabschnitt wird die Magnetschicht 2 (Fig. 1) mit Hilfe einer entsprechend geformten Lochmaske aufgestäubt. Im nächsten Abschnitt erfolgt die Herstellung des Leiterpaketes 4. Hierzu wird die in Fig. 3 dargestellte U-förmige

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Maske 15 in Verbindung mit einer in Fig. 4 dargestellten Schiebemaske 16 benützt. Die Lochmaske 15 nach Fig. 3 bleibt an der gleichen Stelle, bis alle zu dem Leiterpaket 4 gehörenden Schichten aufgestäubt sind. Die schrittweise Verkürzung der Schenkelenden der U-förmigen Schichten mit wachsendem Abstand vom Substrat wird durch das Vorschieben der maßgebenden Kante 17 der Schiebemaske 16 um den Betrag D in Richtung der Basis der U-Form erhalten. Mit einer geradlinig durchlaufenden Kante 17 entstehen U-förmige Schichten, deren beide Schenkel gleich lang sind. Zur Erzeugung ungleicher Schenkel der U-fÖrmigen Schichten wird die Kante 17, wie in Fig. 4 dargestellt, in zwei parallel laufende Hälften aufgeteilt, die um den Betrag D oder 2D versetzt sind. Anstelle der Maske 15 nach Fig. 3 mit dem U-förmigen Ausschnitt kann auch eine Maske mit einem rechteckigen Ausschnitt, der die U-Form mindestens überdeckt, Verwendung finden. Die Maske 15 kann sogar ganz weggelassen werden.

Bei der Herstellung des Leiterpakets 4 wird mit einer Isolierschicht 7 begonnen. In der gleichen Stellung der Schiebemaske 16 entsteht die erste leitende Schicht. Nach einer Verschiebung der Schiebemaske 16 um den Betrag D werden die nächste Isolierschicht und die darüber liegende leitende Schicht gebildet. In dieser Weise wird v/eiter verfahren, bis schließlich die oberste leitende Schicht aufgestäubt ist. Diese Schicht weist die kürzesten Schenkel auf. Um Kurzschlüsse zwischen übereinanderliegenden leitenden Schichten mit Sicherheit zu verhindern, ist es zweckmäßig, die Schiebemaske 16 nach Herstellung einer Isolierschicht nochmals um einen sehr geringen Betrag zu verschieben.

Nach dem Aufbringen aller Schichten des Leiterpaketes 4 wird auf diesem in bekannter Weise eine Fotomaske erzeugt, die das Leiterpaket 4 so abdeckt, daß diese bei dem anschließenden Ätzprozess seine endgültige Form erhält. Hierbei werden bei-

•5 spielsweise die ursprünglich breiteren Schenkel des Leiter-

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paketes 4 schmaler gemacht oder die U-Form überhaupt erst erzeugt, wenn die feste Maske beim vorhergehenden Aufstäuben der Schichten nur einen rechteckigen Ausschnitt zur groben Festlegung der äußeren Umrisse des Leiterpaketes 4 aufwies, oder ganz weggelassen wurde. Vor allem aber wird beim chemischen Ätzen eine Abflachung der Kanten des Leiterpaketes 4 erzielt, was für die einwandfreie Ausbildung von Schichten wichtig ist, die später über diese Kanten verlaufen.

Über die soweit hergestellte Magnetkopfstruktur wird nunmehr eine Isolierschicht gelegt. Diese Isolierschicht entspricht der Schicht 3 nach Fig. 1, wobei hier infolge der wesentlichen Zeichnungsvereinfachung allerdings nicht erkennbar ist, daß die Schicht 3 auch das Leiterpaket 4 überzieht. Für die Herstellung dieser Isolierschicht ist keine Maske erforderlich.

Zur elektrischen Verbindung der Schenkelenden der U-förmigen, leitenden Schichten untereinander und mit den Kontaktflecken 9, 11 und 13 wird die zuletzt hergestellte Isolierschicht durch chemische Ätzung wieder partiell entfernt. Hierzu dient die in Fig. 5 dargestellte Fotomaske 18. Ihre Justierung muß in bezug auf die der Länge nach gestaffelten Schenkelenden der U-förmigen leitenden Schichten sorgfältig vorgenommen werden. Durch die Ätzung werden die Enden der U-förmigen Leitbahnen im Leiterpaket 4 teilweise freigelegt. Die Isolierschicht 3 wird ferner an der Stelle 9, an der später der magnetische Rückschluß 14 die anfangs erzeugte Magnetschicht 2 berührt, wieder weggeätzt. Danach wird die ganze Magnetkopfstruktur, mindestens aber der ganze Bereich, der später von den zusätzlichen Verbindungsleitungen einschließlich der Kontaktflecken eingenommen wird, mit einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt. Durch einen weiteren Ätzprozess mit Hilfe einer entsprechend geformten Fotomaske werden die einzelnen Leitbahnen voneinander getrennt. Eine solche Maske 20 ist in Fig. 6 dargestellt.

In einem letzten Schritt zur Herstellung der eigentlichen Magnetkopfstruktur wird nun der magnetische Rückschluß 14 (Fig. 1) als

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homogene magnetische Schicht hergestellt. Dabei bildet die zwischen den beiden Schichten 2 und 14 vorhandene Isolierschicht 3 den Arbeitsspalt für den Magnetkopf. Zum Schutz gegen Beschädigungen kann die Oberseite der Magnetkopfstruktur mit Ausnahme der Kontaktflecken 9, 11 und 13 mit einer Glasschicht überzogen werden. Zur Fertigstellung des Magnetkopfs wird der Kopfspiegel feingeschliffen und geläppt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine integrierte Magnetkopfstruktur gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 7- Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Punkten. Ungeachtet dieser Unterschiede sind einander entsprechende Schichten bzw. Schichtaufbauten gleich bezeichnet. Die beiden magnetischen Polstücke 2 und 14, die zusammen den Magnetkern bilden, besitzen nunmehr den gleichen Umriss. Für ihre Herstellung kann somit die gleiche Maske benützt werden, deren Form aus der Fig. 7 ohne weiteres ersichtlich ist.

Wie schon durch die Literaturstelle "IEEE Transactions on Magnetics" Vol. MAG-7, Mr. 1, März 1971, Seiten 146-150 bekannt ist, ist es zweckmäßig, anstelle einer relativ dicken homogenen magnetischen Schicht eine Mehrzahl von entsprechend dünnen magnetischen Schichten zu verwenden, die durch gleichfalls dünne Isolierschichten getrennt sind. Die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 vorgesehene Ausbildung der magnetischen Schichten läßt die Verwendung eines solchen Schichtaufbaues zu. Die magnetischen Schichten sind dabei anisotrop mit der leichten Richtung parallel zum späteren Arbeitsspalt. Magnetisierungsänderungen erfolgen hier durch Drehung des Magnetisierungsvektor anstelle von Wandverschi ebungen.

Ein weiterer Unterschied zu dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt in der Ausbildung des Leiterpaketes 4. Die Schenkel der einzelnen U-förmigen leitenden Schichten 8 sind nun-

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mehr Jeweils gleich lang. Das hat zur Folge, daß die für die Staffelung der Schenkellängen der aufeinanderfolgenden U-fönnigen leitenden Schichten S benutzte Schiebemaske 16 eine geradlinig durchlaufende Kante 17 (Fig. 4) besitzt. Als weitere Folge verlaufen die Leitungsstücke 5, die jeweils den einen Schenkel einer U-fönnigen leitenden Schicht 8 bei einer Wicklung ohne Mittenabgriff mit dem anderen Schenkel der folgenden bzw. bei einer Wicklung mit Mittenabgriff mit de m anderen Schenkel der übernächsten U-förmigen leitenden Schicht S verbinden, schräg zu der senkrecht auf der Spaltebene stehenden Symmetrieebene. Der Verlauf dieser Leitungsstücke 5 sowie der übrigen Verbindungsleitungen 11, 12 für den Fall, daß ein Mittenabgriff der Magnetkopfwicklung vorgesehen ist, ist aus der Fig. 7 ersichtlich.

Die Herstellung der Magnetkopfstruktur nach Fig. 7 geht ebenso wie die Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Magnetkopfstruktur vor sich. Die hierzu benutzten Masken sind entsprechend anzupassen. Durch den Vergleich der beiden Ausführungsbeispiele ist ohne nähere Erläuterung erkennbar, in welcher Weise das zu tun ist. Nach dem Aufbringen aller Schichten der integrierten Magnetkopfstruktur wird durch Abschleifen der rechts von der Linie A-B in Fig. 7 liegenden Teile der Struktur einschließlich des Substrats der Kopfspiegel hergestellt.

Mischformen der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie weitere Abwandlungen sind möglich.

7 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims (5)

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   Patentansprüche

   M.) Integrierte Magnetkopf struktur, bestehend aus einer Vielzahl von dünnen, im wesentlichen zu einer zur Spaltebene senkrechten Ebene (Symmetrieebene) symmetrisch ausgebildeten Schichten auf einem nichtmagnetischen, isolierenden Substrat, mit einem ersten magnetischen, durch eine Isolierschicht abgedeckten Schichtaufbau, mit einem aus mehreren übereinanderliegenden und jeweils durch Isolierschichten getrennten, U-förmigen leitenden Schichten bestehenden Leiterpaket, wobei das Ende des einen Schenkels der ersten U-förmigen leitenden Schicht und das Ende des gegenüberliegenden Schenkels der letzten U-förmigen leitenden Schicht mit Je einem Kontaktfleck und die Enden der übrigen Schenkel der U-förmigen leitenden Schichten mit den Enden der gegenüberliegenden Schenkel von Jeweils folgenden U-förmigen leitenden Schichten mittels weiterer leitenden Schichten verbunden sind und mit einem zweiten magnetischen Schichtaufbau, der den Basisteil des Leiterpaketes umfaßt und in Verbindung mit dem ersten magnetischen Schichtaufbau einen durch den Kernspalt unterbrochenen magnetischen Kreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der U-förmigen leitenden Schichten (8) einschließlich der diese von den jeweils tiefer liegenden leitenden Schichten trennenden Isolierschichten (7) mit zunehmender Entfernung vom Substrat (1) um eine für die Verbindung mit einer weiteren leitenden Schicht (5, 10, 12) ausreichende Längeneinheit (D) verkürzt sind.
2. 2. Magnetkopf nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel jeder U-förmigen leitenden Schicht (3) gleich lang sind und daß die die Enden der Schenkel verbindenden weiteren leitenden Schichten (5) zueinander parallel, jedoch schräg zur Symmetrieebene verlaufen.
3. 3. Magnetkopfstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Schenkel aller U-förmigen leiten-

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   den Schichten (8) jeweils um eine Längeneinheit (D) gegen die anderen Schenkel verkürzt sind und daß die die Enden der Schenkel verbindenden weiteren leitenden Schichten (5) zueinander parallel und senkrecht zur Symmetrieebene verlaufen.
4. 4. Magnetkopfstruktur nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Mittenabgriffs der Kopfwicklung eine gerade Zahl m von U-förmigen leitenden Schichten (8) vorhanden ist, daß neben der Verbindung des Endes des einen Schenkels (86a) der letzten U-förmig leitenden Schicht (8) und des Endes des anderen Schenkels (81) der ersten U-förmigen leitenden Schicht (8) mit je einem Kontaktfleck (11, 9) folgende Verbindungen der Enden von Schenkeln der U-förmigen leitenden Schichten (8) durch weitere leitenden Schichten (5, 12) gegeben sind: der eine Schenkel (85a) der vorletzten Schicht mit dem anderen Schenkel (82) der zweiten Schicht und mit einem dritten Kontaktfleck (13), sowie der eine Schenkel der η-ten Schicht mit dem anderen Schenkel der (n-2)-ten Schicht, wobei 1 η m-2 gilt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Magnetkopfstruktur nach Anspruch 1 durch Aufstäuben von dünnen, magnetischen, isolierenden und elektrisch leitenden Schichten in unterschiedlicher Reihenfolge auf ein nichtmagnetisches isolierendes Substrat unter Verwendung von Lochmasken, gekennzeichnet durch folgende Verfahrenabschnitte bzw. Schritte:

   a) Herstellen der ersten magnetischen Schicht bzw. eines aus magnetischen und isolierenden Schichten bestehenden Schichtaufbaus

   b) Abdecken der magnetischen Schicht mit einer Isolierschicht,

   c) Aufstäuben einer ersten leitenden Schicht unter Verwendung einer das Ende der Schenkel der U-förmigen Schichten bestimmenden Schiebemaske und einer Lochmaske mit einem U-förmigen oder einem den äußeren Abmessungen der U-Form entsprechenden Ausschnitt bzw. ohne Verwendung einer derartigen Maske,

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   d) mehrfache Wiederholung des Abschnitts c), wobei die Schiebemaske jeweils um eine Längeneinheit (D) in Richtung auf die Basis der U-Form verschoben ist,

   e) chemisches Ätzen der Ränder des U-förmigen Leiterpakets aus leitenden und isolierenden Schichten mit Hilfe einer Fotomaske bzw. Erzeugung der U-Form des Leiterpakets durch schemisches Ätzen,

   f) Abdecken des Schichtauftaues durch eine Isolierschicht,

   g) Freiätzen der Schenkelenden der U-förmigen leitenden Schichten und der inneren Ansatzstelle für den magnetischen Rückschluß,

   h) Aufstäuben einer weiteren leitenden Schicht mindestens in dem von den zusätzlichen Verbindungsleitungen eingenommenen Bereich,

   i) Entfernen der weiteren leitenden Schicht mit Ausnahme der zusätzlichen Verbindungsleitungen durch chemisches Ätzen und

   j) Herstellen des magnetischen Rückschlusses.

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