DE3940098C2 - Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes mit in einem Substrat versenkten Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein entsprechendes Verfahren geht aus der JP-A-63/29 311 hervor.

Das Prinzip einer longitudinalen (horizontalen) oder senk­ rechten (vertikalen) Magnetisierung zur Speicherung von Daten in entsprechenden, insbesondere plattenförmigen Auf­ zeichnungsmedien ist allgemein bekannt. Für diese Magneti­ sierungsarten konzipierte Dünnfilm-Magnetköpfe weisen zur Führung des magnetischen Flusses im allgemeinen einen Leitkörper aus magnetisierbarem Material auf, der mit zwei Magnetschenkeln eine Gestalt ähnlich einer Ringform haben kann. Diese Magnetschenkel bilden an ihrem dem Aufzeich­ nungsmedium zugewandten Polspitzen Magnetpole aus, die in relativer Bewegungsrichtung des Kopfes bezüglich des Auf­ zeichnungsmediums gesehen hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen den Polspitzen ein enger Spalt ausgebildet ist. Außerhalb des Bereichs dieser Polspitzen begrenzen die Magnetschenkel einen Zwischenraum, der aufgrund einer Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der Magnetschen­ kel entsprechend erweitert ist. Durch diesen Zwischenraum erstrecken sich die Leiter mindestens einer Schreib-/Lese­ spulenwicklung. Teile des magnetischen Leitkörpers können dabei in einer Vertiefung des den Magnetkopf tragenden Substrates angeordnet sein (vgl. z.B. EP-B-01 85 289).

Einen entsprechenden Aufbau zeigt auch der aus der ein­ gangs genannten JP-A zu entnehmende Magnetkopf. Die beiden Magnetschenkel dieses Magnetkopfes bilden einen sogenannten Hauptpol und Hilfspol. Der Hauptpol enthält eine dünne Magnetschicht und zusätzlich außerhalb des Bereichs der mit dieser Magnetschicht gebildeten Polspitze eine magnetische Verstärkungsschicht. Diese zur Verbesserung der Flußführung bzw. zur Erniedrigung des magnetischen Widerstandes in dem Magnetschenkel dienende Verstärkungs­ schicht ist dabei so angeordnet, daß sie eine Außenseite des magnetischen Leitkörpers großenteils bilden. Mit dem Hauptpol wird im wesentlichen allein die Schreibfunktion nach dem Prinzip einer vertikalen Magnetisierung als ein sogenannter Einzelpol-Kopf (vgl. z. B. die EP-A-02 32 505) ausgeübt. Der mit dem zweiten Magnetschenkel gebildete Hilfspol dient im wesentlichen zu einer magnetischen Fluß­ rückführung. Zusammen mit dem Hauptpol wird mit ihm die Lesefunktion ausgeübt. Der Hilfspol wird dabei von einer einzigen, vergleichsweise dicken Magnetschicht gebildet, deren Polspitze bezüglich eines Aufzeichnungsmediums weiter beabstandet angeordnet ist als die Polspitze des Hauptpols. Der magnetische Leitkörper mit dem Haupt- und dem Hilfspol ist auch hier auf der Rückseite eines nicht-magne­ tischen Substrates in Dünnfilm-Technik aufgebaut, wobei das Substrat als Flugkörper gestaltet ist, so daß es aero­ dynamisch über dem Aufzeichnungsmedium hinwegzuführen ist. Das Substrat des bekannten Magnetkopfes ist mit einer Ver­ tiefung versehen, in welcher die magnetische Verstärkungs­ schicht des den Hauptpol bildenden Magnetschenkels ange­ ordnet ist. Zur Herstellung eines entsprechenden Aufbaus ist vorgesehen, daß zunächst in das Substrat eine Ver­ tiefung mit einer der Verstärkungsschicht entsprechenden Gestalt eingearbeitet wird, dann auf dem mit dieser Ver­ tiefung versehenen Substrat eine Schicht aus dem magnetischen Material der Verstärkungsschicht abgeschieden wird, wobei in dieser Schicht eine entsprechende Ver­ tiefung entsteht, der so entstandene Aufbau mit einer Einebnungsschicht überzogen wird und schließlich die aus der Vertiefung des Substrates herausragenden Teile der Verstärkungsschicht und die Einebnungsschicht so weit ab­ geätzt werden, daß die Oberfläche der Verstärkungsschicht mit der Oberfläche des Substrates in eine gemeinsame Ebene zu liegen kommen. Auf dieser Ebene werden dann die Magnetschicht des den Hauptpol bildenden Magnetschenkels und schließlich die übrigen Teile des Magnetkopfes aufgebracht. Es zeigt sich jedoch, daß es insbesondere bei größeren Ausdehnungen der Substratvertiefungen zu Absenkungen der Oberfläche im Bereich der Vertiefung kommen kann. Entsprechende Probleme sind insbesondere an den Randbereichen der Vertiefungen gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen so auszu­ gestalten, daß unerwünschte Absenkungen bei der Herstellung einer ebenen Oberfläche mit eingelassener Verstärkungsschicht zumindest weitgehend vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß auch bei einer verhältnismäßig großen Ausdehnung der Vertiefung in dem Substrat eine einwandfreie Einebnung und Ausfüllung dieser Vertiefung mit dem Material der herzustellenden Verstärkungsschicht ermöglicht wird. Wegen der Verwendung der Hilfsschicht sind nämlich die an den Rändern zur Ver­ tiefungsoberkante verbleibenden Gräben so schmal, daß bei einer an sich bekannten Einebnung mit einer Einebnungsschicht im Bereich dieser Gräben praktisch keine Absenkungen der Oberfläche der Einebnungsschicht auftreten. Mit bekannten Abätzverfahren können deshalb die Einebnungs­ schicht sowie die Hilfsschicht bis zur Ebene der Oberkante der Vertiefung sehr gleichmäßig abgetragen werden. Auf der so erhaltenen sehr glatten Ebene kann dann in bekannter Weise der weitere Aufbau des Magnetkopfes in Dünnfilm- Technik erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung gehen aus den einzelnen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines mit dem Verfahren nach der Erfindung herzustellenden Magnetkopfes schematisch veranschaulicht ist. In den Fig. 2 bis 8 sind einzelne Verfah­ rensschritte zur Herstellung einer Verstärkungsschicht in einem Substrat eines solchen Magnetkopfes angedeutet. Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszei­ chen versehen.

Bei dem in Fig. 1 als Längsschnitt nur teilweise veranschau­ lichten Dünnfilm-Magnetkopf zum Schreiben und Lesen wird von an sich bekannten ringkopfähnlichen Ausführungsformen mit schicht­ weisem Aufbau für das Prinzip einer longitudinalen (horizon­ talen) oder insbesondere einer senkrechten (vertikalen) Magne­ tisierung ausgegangen. Der in der Figur allgemein mit 2 be­ zeichnete Kopf ist in Dünnfilm-Technik auf einem Substrat 3 ausgebildet, das in bekannter Weise als Flugkörper gestaltet sein kann und in der Figur nicht weiter ausgeführt ist. Als Substrat wird vorteilhaft ein Körper 3a aus TiC-Al₂O₃ verwen­ det. Da dieses Material infolge der TiC-Komponente elektrisch leitfähig ist, muß das Substrat 3 zusätzlich noch mit einer Al₂O₃-Schicht 3b zur Isolation versehen sein. Anstelle von TiC kann insbesondere auch AlN als Substratmaterial verwendet wer­ den. Das Substrat 3 und damit der Magnetkopf 2 sind relativ zu einem an sich bekannten, dem vorgesehenen Magnetisierungs­ prinzip entsprechenden Aufzeichnungsmedium in geringer Flughöhe längs einer Spur aerodynamisch zu führen. Diese bezüglich des Kopfes relative Bewegungsrichtung des sich beispielsweise unter diesem hinwegdrehenden Aufzeichnungsmediums ist durch eine mit v bezeichnete gepfeilte Linie angedeutet.

Der Magnetkopf 2 weist einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper 5 mit zwei Magnet­ schenkel 6 und 7 auf. Diese Magnetschenkel enthalten jeweils mindestens eine Magnetschicht 6a bzw. 7a, die an ihren dem Auf­ zeichnungsmedium zugewandten Polspitzen 8 und 9 jeweils einen Magnetpol P1 bzw. P2 ausbilden. Zwischen den beiden Polen P1 und P2 ist ein Luftspalt 10 von einer vorteilhaft geringen longitudinalen, d.h. in Bewegungsrichtung v weisenden Weite g von unter 1 µm ausgebildet. Jeder der Magnetschenkel 6 und 7 ist außerhalb der durch die Polspitzen 8 und 9 eingenommenen Bereiche mit einer zusätzlichen, verhältnismäßig dicken Magnet­ schicht 6b bzw. 7b verstärkt. Diese zusätzlichen Schichten dienen vorteilhaft zur Verringerung des magnetischen Wider­ standes in dem magnetischen Leitkörper 5 und werden außerdem auch für eine eventuell angestrebte Asymmetrierung des Feld­ verlaufes des Schreibfeldes des Kopfes herangezogen. Die beiden Verstärkungsschichten 6b und 7b werden vorteilhaft so angeord­ net, daß sie an den Außenseiten des magnetischen Leitkörpers 5 liegen.

Wie ferner aus der Figur ersichtlich, soll sich gemäß der Er­ findung die Verstärkungsschicht 6b, welche dem hinsichtlich der Bewegungsrichtung v vorlaufenden Magnetschenkel 6 zugeordnet ist, in einer wannenartigen Vertiefung 12 befinden. Diese Ver­ tiefung ist dabei in die isolierende Deckschicht 3b des Sub­ strates 3 so eingearbeitet und mit der Verstärkungsschicht 6b so ausgefüllt, daß die der Magnetschicht 6a zugewandte Ober­ fläche 13 der Verstärkungsschicht 6b zusammen mit der nicht­ vertieften Oberfläche 14 der Deckschicht 3b in einer gemein­ samen Ebene E liegt.

In einem mittleren Bereich des ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörpers 5 ist der Abstand zwischen den beiden Magnetschen­ keln 6 und 7 gegenüber der Spaltweite g erweitert, indem der hinsichtlich der Bewegungsrichtung v rückwärtige (nachlaufende) Magnetschenkel 7 in diesem Bereich auf einen größeren Abstand w bezüglich des vorderen, eben ausgebildeten und dem Substrat 3 zugewandten Magnetschenkels 6 führt. Außerhalb dieses erweiter­ ten Leitkörperbereiches ist auf der dem Aufzeichnungsmedium ab­ gewandten Seite des Leitkörpers der Magnetschenkel 7 in be­ kannter Weise an den Magnetschenkel 6 angefügt, so daß sich dann die ringkopfähnliche Gestalt des Leitkörpers 5 ergibt. Durch den zwischen den beiden Magnetschenkeln 6 und 7 in dem erweiteren Leitkörperbereich somit vorhandenen Zwischenraum 16 erstreckt sich mindestens eine ein- oder mehrlagige Spulen­ wicklung 17, mit der sowohl die Schreib- als auch die Lese­ funktion ausgeübt werden kann. Gegebenenfalls sind hierfür auch getrennte Wicklungen vorzusehen. Der gesamte magnetische Leit­ körper 5 ist auf seiner Außenseite mit einer harten, nicht­ magnetischen Schutzschicht 18 beispielsweise aus Al₂O₃ abge­ deckt.

Anhand der schematischen Längsschnitte der Fig. 2 bis 8 wer­ den nachfolgend einzelne Schritte zur Herstellung des in Fig. 1 veranschaulichten Magnetkopfes näher erläutert:

Um in dem Substrat 3 bzw. in seiner isolierenden Deckschicht 3b die wannenartige Vertiefung 12 auszubilden, wird gemäß Fig. 2 auf der Oberfläche 14 des Substrates nach bekannten fotolitho­ graphischen Verfahren außerhalb des Bereichs der Vertiefung eine Schicht 20 aus einem Fotolack abgeschieden. Nach Belichten und Entwicklung der Fotolackschicht 20 wird die gesamte Ober­ fläche des so beschichteten Substrates einem Ionenstrahlätzen unterzogen. Der Ätzprozeß wird dabei so lange durchgeführt, bis die Lackschicht 20 vollständig abgetragen ist. Dabei wird auch das Substrat 3 in dem nicht-beschichteten Bereich bis zu einer Tiefe t von beispielsweise 2 µm unter Ausbildung der gewünsch­ ten Vertiefung 12 abgeätzt (Fig. 3).

Danach wird die so strukturierte Oberfläche des Substrates zu­ mindest im Bereich der Vertiefung 12 und in den angrenzenden Randbereichen der nicht-vertieften Oberfläche 14 beispielsweise mittels eines Sputterprozesses mit einer Schicht 22 aus dem (weich)magnetischen Material der herzustellenden Verstär­ kungsschicht 6b, beispielsweise aus einer NiFe-Legierung über­ zogen (Fig. 4). Diese Schicht 22 erstreckt sich somit auch durch den Bereich der wannenartigen Vertiefung 12 hindurch und weist in etwa eine der Strukturierung des Substrates entspre­ chende Strukturierung auf. Die Dicke d der magnetischen Schicht 22 soll dabei im Bereich der Vertiefung 12 zumindest annähernd der Tiefe t der Vertiefung entsprechen. Gegebenenfalls können aber auch etwas dickere Schichten vorgesehen werden.

Da die wannenartige Vertiefung 12 und damit auch die entspre­ chende Vertiefung 12′ in der magnetischen Schicht 22 eine ver­ hältnismäßig große maximale Längs- und/oder Querausdehnung a von beispielsweise etwa 200 µm aufweisen, ist eine Einebnung der Oberfläche der Schicht 22 nach bekannten Einebnungsverfah­ ren nicht ohne weiteres möglich. Diese Verfahren würden nämlich wegen der Größe der Ausdehnung a zu unerwünschten Absenkungen der Oberfläche im Bereich der Vertiefung 12′ führen. Gemäß Fig. 5 ist deshalb vorgesehen, daß mittels Fotolithographie die Vertiefung 12′ mit einer Hilfsschicht 23 aus einem Fotolack möglichst weitgehend ausgefüllt wird. Die Dicke dieser Hilfs­ schicht wird dabei so eingestellt, daß deren Oberfläche zu­ sammen mit der freien Oberfläche der magnetischen Schicht 22 in einer gemeinsamen Zwischenebene e liegen. Beim Aufbringen der Hilfsschicht 23 läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß im Be­ reich der Ränder der Vertiefung 12′ schmale rinnenartige Grä­ ben 2 4 zwischen der Hilfsschicht 23 und der magnetischen Schicht 22 verbleiben.

Derartige Gräben 24 mit einer Breite b von nur einigen Mikro­ metern können in an sich bekannter Weise eingeebnet werden. Ge­ mäß Fig. 6 wird hierzu die gesamte freie Oberfläche der magne­ tischen Schicht 22 und der Hilfsschicht 23 mittels einer Polymer-Schicht 25, beispielsweise mit einem Fotolack, einge­ ebnet. Hierbei werden auch die schmalen Gräben 24 mit dem Ma­ terial der Einebnungsschicht 25 ausgefüllt, ohne daß merkliche Absenkungen der Oberfläche der Schicht 25 im Bereich dieser Gräben auftreten.

Anschließend wird das Kunststoffmaterial der Einebnungsschicht 25 bis zu der gemeinsamen Zwischenebene e der Oberfläche der magnetischen Schicht 22 und der Hilfsschicht 23 wieder ab­ geätzt, wobei die Gräben 24 mit dem Material der Einebnungs­ schicht gefüllt verbleiben (Fig. 7). Als Ätzverfahren sind insbesondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder reaktives Ionenätzen mit Sauerstoff geeignet.

Schließlich wird mittels eines weiteren Ätzprozesses sowohl das über die Vertiefung 12 in dem Substrat 3 herausragende Material der magnetischen Schicht 22 als auch das Material der Hilfs­ schicht 23 sowie das in den Gräben 24 befindliche Material bis zur Oberfläche E des Substrates 3 abgetragen. Hierbei wird vorteilhaft eine etwa gleichgroße Ätzrate für das magnetische Material der Schicht 22 sowie für das oder die Kunststoffmate­ rialien der Hilfsschicht 23 und der Gräben 24 vorgesehen. Ge­ eignet hierfür ist insbesondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Stickstoffionen in Argon.

Am Ende dieses Ätzprozesses liegt dann ein Substrat 3 vor, dessen Vertiefung 12 vollständig bis zu der gemeinsamen Ebene E mit einem magnetischen Material ausgefüllt ist, das die Ver­ stärkungsschicht 6b bildet (Fig. 8). Auf der Ebene E wird dann in an sich bekannter Weise der übrige Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Magnetkopfes in Dünnfilm-Technik komplettiert.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes mit einem den magnetischen Fluß führenden, auf einem nicht-magnetischen Substrat aufgebrachten magnetischen Leitkörper, der eine ringkopfähnliche Gestalt hat und zwei Magnetschenkel enthält,

• - die jeweils mindestens eine Magnetschicht aufweisen, welche an einer einem zu magnetisierendem Aufzeichnungsmedium zugewandten Polspitze einen Magnetpol bildet,
• - deren Magnetpole in (relativer) Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit geringer Spaltweite zueinander angeordnet sind,
• - die gegenüber der Spaltweite weiter beabstandete, einen Zwischenraum begrenzende Schenkelteile aufweisen, durch welchen sich die Windungen einer Schreib-/Lesespulenwicklung erstrecken, und
• - von denen der dem Substrat zugewandte Magnetschenkel außerhalb des Bereichs seinerPolspitze mit einer magnetischen Verstärkungsschicht versehen wird, wobei diese Verstärkungsschicht einen entsprechenden Teil der Außenseite des magnetischen Leitkörpers bildet,

bei welchem Verfahren

• a) in das Substrat eine Vertiefung mit einer der Veerstär­ kungsschicht entsprechenden Gestalt eingearbeitet wird,
• b) dann auf dem mit dieser Vertiefung versehenen Substrat eine Schicht aus dem magnetischen Material der Verstärkungsschicht abgeschieden wird, wobei in dieser Schicht eine entsprechende Vertiefung entsteht,
• c) eine Einebnungsschicht vorgesehen wird,
• d) die aus der Vertiefung des Substrates herausragenden Teile so weit abgeätzt werden, daß die Oberfläche der Verstärkungsschicht mit der Oberfläche des Substrates in einer gemeinsamen Ebene liegen, und
• e) schließlich auf dieser Ebene der Magnetkopf in an sich bekannter Weise komplettiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Vertiefung (12′) der magnetischen Schicht (22) aus dem Material der Verstärkungsschicht (6b) eine diese Vertiefung (12′) weitgehend ausfüllende Hilfsschicht (23) ausgebildet wird, wobei zwischen der magnetischen Schicht (22) und der Hilfsschicht (23) nur schmale rinnenartige Gräben (24) verbleiben, daß dann dieser Aufbau mit der Einebnungsschicht (25) versehen wird, daß darauf die Ein­ ebnungsschicht (25) und die Hilfsschicht (23) vollständig sowie der aus der Vertiefung (12) des Substrates (3, 3b) herausragende Teil der magnetischen Schicht (22) bis zu der dem Substrat (3, 3b) und der magnetischen Schicht (22) bzw. der Verstärkungsschicht (6b) gemeinsamen Ebene (E) abgeätzt werden und daß schließlich auf dieser Ebene (E) der Magnetkopf (2) komplettiert wird, wobei der von dem Substrat (3, 3b) weiter entfernte Magnetschenkel (7) ebenfalls außerhalb des Bereichs seiner Polspitze (P2) mit einer einen entsprechenden Teil der Außenseite des magne­ tischen Leitkörpers (5) bildenden magnetischen Verstär­ kungsschicht (7b) versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in der Vertiefung (12) untergebrachte Verstärkungsschicht (6b) bis in die Nähe der Polspitze (8) der zugeordneten Magnetschicht (6a) heranreichend ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Substrat (3) ein Körper (3a) aus TiC-Al₂O₃ vorgesehen wird, der auf seiner dem Magnetkopf (2) zugewandten Seite mit einer isolierenden Deckschicht (3b) aus Al₂O₃ versehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (12) in dem Substrat (3, 3b) mittels Foto­ lithographie und Ionenstrahlätzens ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht (23) in der Vertiefung (12′) der magnetischen Schicht (22) mittels Fotolithographie ausgebildet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zunächst die Einebnungsschicht (25) mittels eines ersten Ionen­ strahlätzprozesses bis zu einer Zwischenebene (e) abgearbeitet wird, in welcher die Oberflächen der magnetischen Schicht (22) und der Hilfsschicht (23) liegen, und daß an­ schließend mittels eines zweiten Ionenstrahlätzprozesses der aus der Vertiefung (12) des Substrates (3, 3b) heraus­ ragende Teil der magnetischen Schicht (22), die Hilfsschicht (23) sowie das die Gräben (24) ausfüllende Material der Einebnungsschicht (25) bis zu der Substratebene (E) abgearbeitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für den ersten Ätzprozeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder ein reaktives Ionenätzen mit Sauerstoff und/oder für den zweiten Ätzprozeß ein reaktives Ionen­ strahlätzen mit Stickstoffionen in Argon vorgesehen werden/wird.