BE1007992A3

BE1007992A3 - Werkwijze voor het vervaardigen van een dunnefilmmagneetkop en magneetkop vervaardigd volgens de werkwijze.

Info

Publication number: BE1007992A3
Application number: BE9301411A
Authority: BE
Inventors: Lambertus Postma; Straalen Arie J Van
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-12-05
Also published as: EP0658881B1; SG55177A1; HK1013362A1; JPH07210821A; EP0658881A1; US5764453A; DE69420684D1; KR950020413A; DE69420684T2

Abstract

Werkwijze voor het vervaardigen van een van een overdrachtselement (23) en ten minste een fluxgeleidend element (17a,17b) voorziene dunnefilmmagneetkop. Daarbij worden op een eerste elektrisch isolerende laag (5) van een niet-magnetisch materiaal achtereenvolgens een elektrisch geleidende laag (8) van een niet-magnetisch materiaal en een tweede elektrisch isolerende laag (9) van een niet-magnetisch materiaal gevormd. De tweede elektrisch isolerende laag wordt daarna voorzien van ten minste een een gedeelte van de elektrisch geleidende laag vrijlatende onderbreking. Vervolgens wordt ter vorming van het fluxgeleidende element op het genoemde gedeelte zacht-magnetisch materiaal galvanisch aangebracht totdat de onderbreking is gevuld, waardoor het fluxgeleidende element en de tweede elektrisch isolerende laag een althans nagenoeg vlak oppervlak vormen, waarop een elektrisch isolerende afstandslaag (21) wordt gevormd. Daarna wordt het overdrachtselement op de afstandslaag aangebracht. De aldus gevormde magneetkop is voorzien van een door de eerste elektrisch isolerende laag (5) en de elektrisch geleidende laag (8) gevormde niet-magnetische overdrachtsspleet...

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een dunnefilmmagneetkop en magneetkop vervaardigd volgens de werkwijze.
EMI1.1

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een van een overdrachtselement en ten minste een fluxgeleidend element voorziene dunnefilmmagneetkop, waarbij wordt uitgegaan van een substraat.

Een werkwijze voor het vervaardigen van een dunnefilmmagneetkop is bekend uit EP-A 0 516 022 (herewith incorporated by reference). De volgens deze bekende werkwijze verkregen magneetkop is een van een contactvlak voorziene gemtegreerde magneetkop, die een inductief deel en een magnetoresistief deel omvat. Volgens de bekende werkwijze worden op een niet-magnetisch substraat twee fluxgeleiders van een op Co gebaseerd amorf materiaal aangebracht, waarbij een zieh tussen beide fluxgeleiders bevindende opening wordt gevuld met een eerste isolatielaag van Sitz. Op het door de fluxgeleiders en de 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 kemlaag bedekte gebieden worden opgevuld met een vullaag van Al203, waarna door een mechanische bewerking een oppervlak wordt verkregen, waarop een inductief element wordt gevormd.

De bekende werkwijze omvat relatief veel werkwijze-stappen voor het vervaardigen van althans het magnetoresistieve deel van de magneetkop. Voorts is de kans op onregelmatigheden in het door de fluxgeleiders en de eerste isolatielaag gevormd oppervlak groot, waardoor het noodzakelijk is om een relatief dikke tweede isolatielaag toe te passen, teneinde een betrouwbare elektrische isolatie tussen het MR element en de fluxgeleiders te garanderen. Een dergelijke isolatielaag heeft echter een

negatieve invloed op het rendement van de magneetkop.
EMI2.1

De uitvinding beoogt een slechts weinig stappen omvattende werkwijze voor het vervaardigen van een betrouwbare en efficiënte, van een overdrachtselement en ten minste een fluxgeleidend element voorziene dunnefilmmagneetkop aan te geven.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat op een eerste elektrisch isolerende laag van een niet-magnetisch materiaal achtereenvolgens een elektrisch geleidende laag van een niet-magnetisch materiaal en een tweede elektrisch isolerende laag van een niet-magnetisch materiaal worden gevormd, waarbij de genoemde tweede elektrisch isolerende laag is voorzien van ten minste een een gedeelte van de genoemde elektrisch geleidende laag vrijlatende onderbreking, waarna ter vorming van het fluxgeleidende element op het genoemde gedeelte zacht-magnetisch materiaal galvanisch wordt aangebracht totdat de onderbreking is gevuld, waarbij het fluxgeleidende element en de tweede elektrisch isolerende laag een oppervlak vormen, waarop een elektrisch isolerende afstandslaag wordt gevormd, waarna het overdrachtselement wordt aangebracht.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding, die slechts een beperkt aantal stappen omvat, kan de onderbreking in de tweede elektrisch isolerende laag van bijvoorbeeld SiO of A1203, eenvoudig worden verkregen door materiaalverwijdering, bijvoorbeeld door etsen. In de verkregen onderbreking wordt op een beheersbare wijze met een elektrodepositieproces zacht-magnetisch materiaal, bij voorkeur een NiFe legering, zoals Ni8oFo, gedeponeerd op de als plating base dienende elektrisch geleidende laag van een niet-magnetisch materiaal, zoals Au. In principe kunnen alle galvanisch af te zetten zacht-magnetische materialen voor het vormen van het fluxgeleidende element worden toegepast, zoals bijvoorbeeld een CoFeP legering, zoals CosoFegP, een NiFeCu legering, zoals NiTFeCu.

Het door galvanisch opgroeien verkregen magnetisch fluxgeleidend element ligt verzonken in de tweede elektrisch isolerende laag. Het is verrassenderwijze gebleken, dat het op bovengenoemde wijze mogelijk is, om met gebruikmaking van de tweede elektrisch isolerende laag als referentie het depositieproces op een zodanig moment te stoppen, dat er geen of nauwelijks hoogteverschillen optreden tussen het van het substraat afgekeerde vlak van het fluxgeleidende element en het van het substraat afgekeerde vlak van de tweede elektrisch isolerende laag. Hierdoor is het genoemde, door het fluxgeleidende element

en de tweede elektrisch isolerende laag gevormd oppervlak althans nagenoeg vlak.

Dit is van bijzonder belang in verband met de dikte van de op dit oppervlak aan te brengen afstandslaag, die nodig is om elektrisch contact tussen het fluxgeleidende element en het overdrachtselement, in het bijzonder een magnetoweerstandselement (MR element), te voorkomen.

Een bezwaar van een van een tussen een MR element en een magnetische fluxgeleider aanwezige afstandslaag voorzien magneetkop kan zijn, 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 vlakheid van het oppervlak waarop de afstandslaag moet worden aangebracht, kan de afstandslaag bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding zeer klein zijn, zonder dat gevaar bestaat voor kortsluitingen.

Experimenteel is vastgesteld, dat bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding een afstandslaag met een dikte van minimaal 0. 2} Lm een betrouwbare elektrische isolatie vormt tussen het fluxgeleidende element en het overdrachtselement. Het overdrachtselement kan eenvoudig gevormd worden door magneto-weerstandsmateriaal, bijvoorbeeld een NiFe legering, op de dunne afstandslaag te deponeren, bijvoorbeeld met behulp van op zich bekende technieken, zoals sputterdepositie of opdampen.

Het gevormde MR element kan worden voorzien van contactvlakken voor het realiseren van elektrische verbindingen met een uitleesinrichting. Op de gevormde magnetoweerstandslaag kunnen goed elektrisch geleidende equipotentiaalstroken worden aangebracht om het gedrag van het MR element te lineariseren.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de tweede elektrisch isolerende laag wordt voorzien van een verdere onderbreking, waardoor een verder gedeelte van de elektrisch geleidende laag wordt vrijgemaakt, waarna zacht-magnetisch materiaal galvanisch in de verdere onderbreking wordt aangebracht voor het vormen van een verder fluxgeleidend element. In deze uitvoeringsvorm worden de onderbreking en de verdere onderbreking bij voorkeur gelijktijdig, bij voorkeur door materiaalverwijdering, zoals etsen, gevormd. Voorts vindt de elektrodepositie van zacht-magnetisch materiaal in de genoemde onderbreking

en tijdens een uit hetzelfde galvanisch proces plaats. Op deze wijze wordt op een efficiënte wijze een van twee fluxgeleiders voorziene magneetkop verkregen.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat het substraat uit magnetisch permeabel materiaal wordt gevormd, waarbij de eerste elektrisch isolerende laag direct op het substraat wordt gevormd. Het gebruik van een substraat uit magnetisch permeabel materiaal, bij voorkeur een ferriet, zoals een NiZn ferriet of een MnZn ferriet, heeft het voordeel, dat het substraat als magnetische fluxgeleider kan worden gebruikt. Dit betekent een reductie van het aantal productiestappen. Voorts draagt het ferriet bij in de stabiliteit van het magnetoweerstandselement en wordt de gevoeligheid voor externe stoormagneetvelden verminderd.

Opgemerkt wordt, dat uit EP 0 445 883 (PHN 13. 265 ; herewith incorporated by reference) een werkwijze voor het vervaardigen van een dunnefilmmagneetkop, waarbij gebruik wordt gemaakt van een galvanisch proces voor het vormen van fluxgeleiders, op zich bekend is. In deze bekende werkwijze wordt op een magnetische drager een plating base aangebracht, waarop vervolgens fotolakwanden worden gevormd, waama in de ruimten tussen de fotolakwanden op galvanische wijze op de plating base magnetische laagdelen worden opgegroeid. Vervolgens worden op het verkregen tussenprodukt achtereenvolgens een elektrisch isolerende afschermlaag en fotolaklagen aangebracht. Daarna wordt met behulp van een etsproces gestructureerd, waarbij de fotolakwanden en gedeelte van de afschermlaag worden verwijderd, voor het vormen van de fluxgeleiders.

Vervolgens worden, nadat tussen de fluxgeleiders nietmagnetisch materiaal is gedeponeerd en de resterende gedeelten van de afschermlaag zijn verwijderd, een elektrische isolatielaag en een magnetoweerstandselement aangebracht. Deze bekende veel stappen omvattende werkwijze is volkomen afwijkend van de werkwijze volgens de uitvinding.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een dunnefilmmagneetkop vervaardigd volgens de werkwijze volgens de uitvinding.

Een eerste variant van de dunnefilmmagneetop volgens de uitvinding is voorzien van een kopvlak voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium, waarbij in het kopvlak een niet-magnetische overdrachtsspleet eindigt, die is gevormd door een elektrisch isolerende laag en een elektrisch geleidende laag. Deze magneetkop is voorzien van ten minste een langs galvanische weg verkregen fluxgeleidend element met een dikte van bij voorkeur ongeveer 0. 4-0. 8 item.

Een tweede variant van de dunnefilmmagneetkop volgens de uitvinding is voorzien van een dunnefilmstructuur met een kopvlak voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium waarbij de dunnefilmstructuur twee zieh op een afstand van elkaar bevindende fluxgeleidende elementen, alsmede een de genoemde afstand overbruggende magnetoweerstandselement omvat, waarbij een van de fluxgeleidende elementen in het kopvlak eindigt en waarbij in het kopvlak een overdrachtsspleet eindigt, die is gevormd door zowel een elektrisch isolerende laag van een niet-magnetisch materiaal als een elektrisch geleidende laag van een niet-magnetisch materiaal.

Deze magneetkop is voorzien van twee op galvanische wijze verkregen fluxgeleidende elementen, die bij voorkeur een dikte van ongeveer cm hebben. Tussen de fluxgeleidende elementen enerzijds en het magnetoweerstandselement anderzijds bevindt zieh een elektrisch isolerende afstandslaag van bij voorkeur ongeveer 0. 2 am. Ten opzichte van een bij een niet planaire structuur noodzakelijke laagdikte van ten minste ongeveer 0. 5 jim betekent dit een rendementsverbetering van ten minste ongeveer honderd procent.

De uitvinding zal, bij wijze van voorbeeld, nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de Figuren 1 tot en met 14 diverse stappen van een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding representeren en
Figuur 15 een met de hierboven genoemde werkwijze vervaardigde dunnefilmmagneetkop volgens de uitvinding toont.

Onder verwijzing naar de figuren 1 tot en met 14 zal een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven. Deze werkwijze gaat uit van een plaatvormig substraat 1 van ferriet, in dit voorbeeld een gepolijst NiZn ferriet. Op een van de substraatvlakken, in dit voorbeeld het substraatvlak 3a, wordt bijvoorbeeld door plasma enhanced chemical vapour deposition (PE CVD) een isolatielaag 5a van SiO gevormd. Op de laag 5a worden in dit voorbeeld 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 geetst 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 5a en de zich daarop bevindende winding 7 wordt door middel van bijvoorbeeld PE CVD een isolatielaag 5b van SiO aangebracht. De lagen 5a en 5b vormen tezamen een eerste elektrische isolerende laag 5 van een niet-magnetisch materiaal.

Op de eerste elektrisch isolerende laag 5 wordt een elektrisch geleidende laag 8 van een niet-magnetisch materiaal gevormd. In dit voorbeeld vindt dit plaats door het sputteren van een hechtlaag 8a van Mo op de isolatielaag 5b en het vervolgens sputteren van een laag 8b van Au en een hechtlaag 8c van Mo. De elektrisch geleidende laag 8 dient in de werkwijze volgens de uitvinding als plating base.

Op de hechtlaag 8c wordt vervolgens door bijvoorbeeld PE-CVD een tweede elektrisch isolerende laag 9 van SiOz gevormd, van een vooraf bepaalde dikte, die overeenkomt met nog te vormen fluxgeleidende elementen. Op de tweede elektrisch isolerende laag 9 wordt een fotoresistlaag 10 aangebracht, die door belichten via een geschikt fotomasker, en vervolgens ontwikkelen, spoelen en drogen wordt voorzien van uitsparingsgebieden lla en 1 lob. Vervolgens worden door middel van etsen, in het bijzonder chemisch etsen, de uitsparingsgebieden lla en llb vertaald naar openingen of onderbrekingen 15a en 15b in de tweede elektrisch isolerende laag 9, waarbij geëtst wordt tot op de hechtlaag 8c van Mo. Daarna wordt de fotoresistlaag 10 met behulp van aceton, alsmede de hechtlaag 8c van Mo, bijvoorbeeld door etsen, verwijderd.

Op de op bovengenoemde wijze vrijgekomen gedeelten 12a en 12b van de elektrisch geleidende laag 8 worden door elektrodepositie van zacht-magnetisch materiaal, bijvoorbeeld NigoFeo, de onderbrekingen 15a en 15b volledig opgevuld voor het vormen van twee fluxgeleidende elementen 17a en 17b. Tijdens het galvanisch aanbrengen van het zacht-magnetisch materiaal fungeert de elektrisch geleidende laag als kathode. Vastgesteld is, dat de hierboven beschreven stappen van de werkwijze volgens de uitvinding zodanig beheersbaar zijn, dat in het door de fluxgeleidende elementen en de tweede elektrisch isolerende laag 10 gevormd oppervlak 19 nauwelijks hoogtever-

schillen op de aanwezige materiaalovergangen ontstaan.

Uit metingen is gebleken, dat hoogtevariaties binnen 0. lom gehouden kunnen worden.

Op het volgens vorengenoemde wijze verkregen oppervlak 19 wordt een dunne afstandlaag 21 van een niet-magnetisch, elektrisch isolerend materiaal aangebracht. In dit voorbeeld wordt daartoe kwarts 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 SiO door bijvoorbeeld sputterdepositie aangebracht. In deze isolatielaag worden gaten 29 geetst tot op de geleidende stroken 25b teneinde elektrische aansluitingen mogelijk te maken. Na het vlakken, door bijvoorbeeld polijsten, van de laag 27 wordt een beschermend tegenblok 31 van bijvoorbeeld BaTi03 of CaTi03 bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een lijmmiddel.

De nu verkregen eenheid wordt door bewerkingen, bijvoorbeeld slijpen en/of lappen, van een kopvlak 33 voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium, in het bijzonder een magneetband, voorzien. De aldus verkregen dunnefilmmagneetkop, die in Figuur 15 is weergegeven, heeft een door de elektrisch isolerende laag 5 van een niet-magnetisch materiaal en de elektrisch geleidende laag 8 van een niet-magnetisch materiaal gevormde overdrachtsspleet 35.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding vanzelfsprekend niet is beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden. Zo behoeft bijvoorbeeld het vormen van een testen/of biaswinding geen deel uit te maken van de werkwijze. Voorts kan de magneetkop voorzien zijn van een ander overdrachtselement dan het getoonde MR element. Zo kan bijvoorbeeld een niet van een barberpole-structuur voorzien magneto-resistief element worden toegepast.

Claims

CONCLUSIES : 1. Werkwijze voor het vervaardigen van een van een overdrachtselement en ten minste een fluxgeleidend element voorziene dunnefilmmagneetkop, waarbij wordt uitgegaan van een substraat, met het kenmerk, dat op een eerste elektrisch isolerende laag van een niet-magnetisch materiaal achtereenvolgens een elektrisch geleidende laag van een niet-magnetisch materiaal en een tweede elektrisch isolerende laag van een nietmagnetisch materiaal worden gevormd, waarbij de genoemde tweede elektrisch isolerende laag is voorzien van ten minste een een gedeelte van de genoemde elektrisch geleidende laag vrijlatende onderbreking, waarna ter vorming van het fluxgeleidende element op het genoemde gedeelte zacht-magnetisch materiaal galvanisch wordt aangebracht totdat de onderbreking is gevuld, waarbij het fluxgeleidende element en de tweede elektrisch isolerende laag een oppervlak vormen,

waarop een elektrisch isolerende afstandslaag wordt gevormd, waarna het overdrachtselement wordt aangebracht.
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de onderbreking in de tweede elektrisch isolerende laag wordt verkregen door materiaalverwijdering.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de tweede elektrisch isolerende laag wordt voorzien van een verdere onderbreking, waardoor een verder gedeelte van de elektrisch geleidende laag wordt vrijgemaakt, waarna zachtmagnetisch materiaal galvanisch in de verdere onderbreking wordt aangebracht voor het vormen van een verder fluxgeleidend element.
4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat als zachtmagnetisch materiaal een NiFe legering wordt toegepast.
5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2,3 of 4, met het kenmerk, dat het substraat uit magnetisch permeabel materiaal wordt gevormd, waarbij de eerste elektrisch isolerende laag direct op het substraat wordt gevormd.
6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het overdrachtselement wordt gevormd uit magnetoweerstandsmateriaal, met het kenmerk, dat het magnetoweerstandsmateriaal op de afstandslaag wordt gedeponeerd.
7. Dunnefilmmagneetkop vervaardigd volgens de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies en voorzien van een kopvlak voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium, waarbij in het kopvlak een niet-magnetische overdrachtsspleet eindigt, die is gevormd door een elektrisch isolerende laag en een elektrisch geleidende laag. <Desc/Clms Page number 9>
8. Dunnefilmmagneetkop vervaardigd volgens de conclusies 3 en 6 en voorzien van een dunnefilmstructuur met een kopvlak voor samenwerking met een magnetisch registratiemedium, waarbij de dunnefilmstmctuur twee zieh op een afstand van elkaar bevindende fluxgeleidende elementen, alsmede een de genoemde afstand overbruggend magnetoweerstandselement omvat, waarbij een van de fluxgeleidende elementen in het kopvlak eindigt en waarbij in het kopvlak een overdrachtsspleet eindigt, die is gevormd door zowel een elektrisch isolerende laag van een niet-magnetisch materiaal als een elektrisch geleidende laag van een niet-magnetisch materiaal.