DE3342429A1

DE3342429A1 - Verfahren zur herstellung von duennfilm-magnetkoepfen

Info

Publication number: DE3342429A1
Application number: DE19833342429
Authority: DE
Inventors: Toru Tenri Nara Kira; Hidenori Yamatokoriama Nara Yamasaki; Mitsuhiko Ikoma Nara Yoshikawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS5998316A; JPH0477371B2; GB8331722D0; GB2132813A; DE3342429C2; GB2132813B; US4816946A

Description

Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Magnetköpfen

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Dünnfilm-Magnetköpfen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, der für eine Aufzeichnung bei hoher Dichte überlegen
ist.

In der Fig. 1 ist ein konventioneller Dünnfi Im-Ma. gnetkopf mit einer einzigen Windung dargestellt, der ein magnetisches Substrat Sa, gefertigt aus einem ferromagnetisehen Material wie Ni-Fe, Fe-Al-Si, Ferrit oder dergleichen, so daß er einen unteren Kern bildet, einen aus dem gleichen Material wie das Substrat Sa gefertigten und auf dieses Substrat aufgebrachten oberen Kern Ua sowie eine Spulenschicht Ca aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, die in einem zwischen dem Substrat Sa und dem oberen Kern Ua durch eine Isolierschicht Ia definierten Raum angeordnet ist, wobei eine vordere Strecke g an seiner Seite festgelegt ist, die einem Magnetband T als dem Aufzeichnungsmedium gegenüberliegt.

Zur Verbesserung der Auf zeichnungs leistung in dem bekannten DünnfiIm-Magnetkopf mit einer einzigen Windung mit der im Vorstehenden beschriebenen Bauart ist es erforderlich, den in dem oberen Kern Ua und dem magnetischen Substrat Sa erzeugten magnetischen Fluß ohne

Streuungsverluste zu der vorderen Strecke g zu leiten, und zu diesem Zweck ist es wünschenswert, die Kernlänge k- zu verringern und ebenfalls den Abstand k„ zwischen dem oberen Kern Ua und dem magnetischen Substrat Sa in

der Fig. 1 zu vergrößern. Die Verringerung der Kernlänge Ic₁ kann durch Verengung der Breite k-, der Spulenschicht Ca aus dem elektrisch leitenden Material erreicht werden, während die Vergrößerung des Abstandes
k₀ zwischen dem oberen Kern Ua und dem magnetischen Substrat Sa durch Vergrößerung der Dicke k. der Spulenschicht Ca aus dem elektrisch leitenden Material erreicht werden kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, die die Bauweise eines konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Windungen zeigt, wird im Folgenden ein Fertigungsverfahren für denselben beschrieben.

In dem ersten Schritt wird die Spulenschicht Cb aus dem elektrisch leitenden Material in Gestalt einer Schraubenform auf dem den unteren Kern bildenden magnetischen Substrat Sb durch Aufdampfen, Zerstäuben etc. zur Verarbeitung durch Photoätzen abgeschieden (in der Fig. 2 sind vier benachbarte Windungen der Spulenschicht Cb im Schnitt dargestellt), und danach wird die Isolier-

schicht Ib durch Zerstäuben, chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) oder dergleichen aufgebracht, gefolgt von dem Aufbringen des oberen Kerns Ub auf diese. Bei dem bekannten, durch die oben beschriebenen Schritte herzustellenden Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren

Windungen ist es zur Verbesserung der Aufzeichnungsleistung ebenfalls wünschenswert, die Kernlänge k¹.. zu verringern und ebenfalls den Abstand k' zwischen dem oberen Kern Ub und dem magnetischen Substrat Sb zu vergrößern. In dem Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Win-

düngen wie oben beschrieben kann zwar der Abstand k'
zwischen dem oberen Kern Ub und dem magnetischen Substrat Sb ohnehin durch Erhöhung der Dicke der Spulen-

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schicht aus dem elektrisch leitenden Material Cb vergrößert werden; da jedoch der Abstand k,- von dem oberen Kern Ub zu dem magnetischen Substrat Sb zwischen den jeweiligen Windungen der leitenden Spulenschicht Cb nur durch die Dicke der Isolierschicht Ib bestimmt wird, wird eine Differenz zwischen dem Abstand k' und dem Abstand k₅ gebildet, was einen Streuverlust des magnetischen Flusses zwischen den benachbarten Windungen der Spulenschicht aus dem leitenden Material Cb mit einer

dadurch bedingten Minderung der Aufzeichnungsleistung nach sich zieht. Wenn nun die Dicke der Spulenschicht Cb aus dem elektrisch leitenden Material vergrößert wird, wird die Welligkeit oder Unebenheit des oberen Kerns Ub in unerwünschter Weise vergrößert, was eben-

falls in dieser Hinsicht Anlaß zu einer Minderung der Aufzeichnungsleistung gibt. Überdies ist in der Anordnung der Fig. 2 die Spulenschicht Cb aus dem elektrisch leitenden Material in Form einer Schicht angeordnet, aber in dem Fall, in dem eine solche Spulenschicht Cb

aus einem elektrisch leitenden Material aus mehreren gestapelten Schichten besteht, wird die Welligkeit des oberen Kerns mit der Addition der einzelnen Schichten übereinander weiter vergrößert, und auf diese Weise können sich Schwierigkeiten sowohl in bezug auf die

Bauweise des Magnetkopfs als auch in bezug auf die Aufzeichnungsleistung ergeben.

Zur Ausschaltung der Nachteile bei der Bauweise des konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Windungen wie oben beschrieben ist es erforderlich, die
obere Oberfläche der die Spulenschicht Cc aus dem elektrisch leitenden Material bedeckenden Isolierschicht Ic, nach der Bildung dieser Spulenschicht Cc zwischen dem oberen Kern Uc und dem magnetischen Substrat Sc

abzuflachen, wie dies an einem Dünnfiliti-Magnetkopf mit mehreren Windungen mit einer Idealkonstruktion der Fig. 3 dargestellt ist.

Dementsprechend ist es ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Fertigung eines Dünnfilm-Magnetkopfes verfügbar zu machen, bei dem die obere Oberfläche einer auf einer Spulenschicht aus einem elektrisch leitendem Material vorgesehenen Isolierschicht des Magnetkopfes abgeflacht
ist, so daß zur Verbesserung der AufZeichnungsleistung Streuverluste des magnetischen Flusses vermieden werden.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Fertigung eines Dünnfilm-Magnetkopfes wie oben beschrieben verfügbar zu machen, das in seinen Schritten einfach ist und zur wirtschaftlichen Herstellung verbesserter Dünnfilm-Magnetköpfe unter niedrigen Kosten befähigt ist.

Zur Erreichung dieser und anderer Ziele wird gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Dünnfilm-Magnetkopfes verfügbar gemacht, das die Schritte der Bildung einer Spulenschicht aus einem elektrisch leitenden Material auf einem Substrat aus einem magneti-'
sehen Material, des Aufbringens einer Isolierschicht aus SiO₀, Si_N., Al₀O- und dergleichen auf die Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material durch Aufstäuben, ein Verfahren der plasmachemischen Abscheidung aus der Dampfphase etc. und weiter der Bildung
einer Uberzugsschicht aus SiO₀ auf der Isolierschicht mittels Spinbeschichtungsverfahrens zum Abflachen der

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oberen Oberfläche der Isolierschicht umfaßt. Bei dem vorstehenden Verfahren wird die Dicke der Isolierschicht größer festgesetzt als die Dicke der Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material und dem
Abstand zwischen jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material.

Durch die Schritte gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurde, ist nunmehr
ein verbessertes Verfahren zur Fertigung eines Dünnfilm-Magnetkopfes verfügbar, bei dem die den herkömmlichen Verfahren dieser Art anhaftenden Nachteile im wesentlichen beseitigt worden sind.

Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Bauweise eines konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit einer
einzigen Windung zusammen mit einem Magnetband als Aufzeichnungsmedium (auf die Zeichnung wurde bereits Bezug genommen).

Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Bauweise eines konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Windungen (auf die Zeichnung wurde bereits Bezug genommen).

Fig. 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Bauweise eines idealen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Windungen (auf die Zeichnung wurde bereits Bezug genommen).

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Fig. 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Bauweise eines verbesserten Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Windungen zur Erläuterung eines Fertigungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Vor der Fortsetzung der Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist anzumerken, daß in den beigefügten Zeichnungen gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind.

Unter Hinzuziehung der Zeichnungen wird im Folgenden
ein verbessertes Verfahren zur Fertigung eines Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In der Fig. 4 ist ein Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Windungen dargestellt, wie er gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, deren Fertigungsschritte anschließend im einzelnen erläutert werden.

Zuerst wird Kupfer durch Aufdampfen, Zerstäuben etc. auf einem magnetischen Substrat 1, das aus einem ferromagnetischen Material wie Ni-Fe, Fe-Al-Si, Ferrit oder dergleichen hergestellt ist und einen unteren Kern bildet, abgeschieden und wird danach mittels Bearbeitung durch Zerstäuben-Ätzen etc. in die Form einer schraubenförmigen Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leiten-

den Material gebracht (in der Fig. 4 sind vier benachbarte Windungen der Spulenschicht 3 in Schnittansicht dargestellt). Die Dicke der Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material wird auf 2 μπι festgesetzt. Obwohl der Abstand zwischen den jeweiligen Windungen der Spu-

lenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material

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unter den Gesichtspunkten der Erniedrigung des Widerstandes der Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material und dem Abflachen der auf der Spulenschicht 3 zu bildenden Isolierschicht 4 so klein wie möglich sein sollte, ist er durch die Grenzen der Verarbeitungstechnik auf einen Bereich von etwa 1,5 bis 2 μπι beschränkt, die im allgemeinen gleich der Dicke der Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material sind, und vorzugsweise auf etwa 2 μπι.

Auf die Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material 3 wird die Isolierschicht, beispielsweise aus SiO_, Si-N., Al^O- oder dergleichen durch Zerstäuben, plasmachemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) etc. aufgebracht. In dem vorstehenden Fall sollte die

Dicke der Isolierschicht 4 so festgelegt werden, daß sie größer ist als die Dicke der Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material und dem Abstand zwischen den jeweiligen Windungen der Spulenschicht 3. In diesem Schritt beträgt die Stufendifferenz d.. der Isolierschicht 4 annähernd 3 μπι, so daß sie größer ist als die Stufendifferenz von 2 μπι über die Dicke der Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material, da der Film der Isolierschicht 4 schwierig perfekt in die Nischen hinein aufzutragen ist, die zwischen den jeweiligen Win-

düngen der Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material 3 gebildet werden.

Danach wird ein SiO^-Uberzugsmaterial, hergestellt durch Lösen eines polymeren Si-Produkts in einem Lösungsmittel wie Ethanol und mit einem Feststoff-Gehalt von etwa 12 % (z.B. O.C.D., Handelsbezeichnung eines Produkts hergestellt von der Tokyo Ohka Kogyo Kabushiki Kaisha, Japan, oder Siliciumdioxid-Glas, hergestellt

von der Chisso Corporation, Japan), auf die Isolierschicht 4 aufgetropft zur anschließenden Spin-Beschichtung unter Rotation mit 3000 Umdrehungen/min, wodurch eine Überzugsschicht 5 aus SiO₂ über der Isolierschicht 4 gebildet wurde. Durch die obige Arbeitsweise wird die Stufendifferenz d₂ der Überzugsschicht 5 aus SiO₂ soweit abgeflacht, daß sie weniger als 0,5 μπι beträgt. Dann wird zur Überführung der Überzugsschicht 5 in eine feinkörnige, d.h. verdichtete (kompakte) Strukur, das
auf diese Weise bearbeitete magnetische Substrat 1 etwa 30 min einem Sintervorgang bei einer Temperatur von 400⁰C unterworfen. Aufgrund der vorstehenden Arbeitsweise beträgt die Dicke d, der Überzugsschicht 5 aus

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SiO₂ an der vorderen Strecke etwa 3000 A, während die
Dicke d. der Schicht 5 an den Nischen zwischen den jeweiligen Windungen der Spulenschicht etwa 2,8 μπι wird: Anschließend wird ein oberer Kern 2 aus einem gleichartigen magnetischen Material zu demjenigen des Substrats 1 zur Vervollständigung des Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Überzugsschicht 5 aufgebracht.

Durch das Verfahren der Fertigung des Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es im Vorstehenden beschrieben wurde, wird die von der Dicke der .Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material herrührende Stufendifferenz von 2 μπι durch das Verfahren des Abflachens durch die Überzugsschicht 5 aus SiO₂ auf weniger als 0,5 μπι vermindert, was für eine praktische Anwendung ausreichend ist. In dem Fall, in dem ein Verfahren zur weiteren Abflachung erforderlich ist, ist es möglich, eine zweite Spin-Beschichtung des SiO--Überzugsmaterials vorzunehmen, wodurch die Stufendifferenz d₂ der Überzugsschicht 5 auf annähernd 0,1 μπι abgeflacht wird.

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Es ist an dieser Stelle besonders darauf hinzuweisen, daß die Gefahr besteht, daß an den Teilen der Überzugsschicht 5, an denen ihre Dicke groß ist, Risse entstehen, da das die. Überzugsschicht 5 bildende Überzugsmaterial inneren Spannungen ausgesetzt wird, die in dem Film während des Sinterns erzeugt werden; wenn jedoch die Überzugsschicht 5 aus SiO₂ nach dem Auftragen der Isolierschicht 4 aus SiO₂, Si_N oder dergleichen auf die elektrisch leitende Spulenschicht 3, wie weiter

oben beschrieben mittels Zerstäuben, plasmachemischer Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) etc. durch das Spin-Beschichten gebildet wird, wird die Überzugsschicht 5 zwischen die jeweiligen Windungen der Spulenschicht in Form langer dünner Rillenstrukturen mit ge-

ringer Breite aufgebracht, und auf diese Weise kann vorteilhafterweise die Rißbildung an solchen Stellen vermieden werden. Der oben beschriebene Effekt kann auffällig werden beim Einstellen der Dicke der Isolierschicht 4 in solcher Weise, daß sie größer ist als die

Dicke der Spulenschicht 3 aus dem leitfähigen Material und dem Abstand zwischen den jeweiligen Windungen der Spulenschicht 3. Wenn im übrigen eine SiO„-überzugsmasse mit bis zu einem gewissen Grade organischer Natur, hergestellt durch Substitution eines Teils des Sauer-

Stoffs im SiO₂ durch eine organische Substanz (z.B. die Siliciumdioxidglas-Serie -PM etc., Handelsbezeichnung eines von der Chisso Corporation, Japan, hergestellten Produkts), statt der Verwendung eines vollständig anorganischen SiO₂ für die Bildung der Überzugsschicht 5

eingesetzt wird, kann die Beständigkeit gegen Rißbildung in hohem Maße verbessert werden.

Bei dem bisher beschriebenen Fertigungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Verfahrensweise in
Betracht gezogen werden, bei der der Schritt des Auf-

bringens der Isolierschicht 4 aus SiO„, Si-N., A1„O-, oder dergleichen mittels plasmachemischer Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) weggelasssen wird und das SiO„-überzugsmaterial direkt auf die Schicht aus dem
leitenden Material 3 zum Abflachen aufgebracht wird; ein solches Verfahren ist jedoch nicht zu bevorzugen, da sich ein genügendes Abflachen nicht erzielen läßt, wenn nicht das SiO₂-Uberzugsmaterial viele Male auf die Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material aufgebracht wird. Nach Versuchen, die durch die Anmelderin durchgeführt wurden, muß das Überzugsmaterial SiO_ mehr als viermal aufgetragen werden, um die Stufendifferenz der Überzugsmaterialschicht soweit zu erniedrigen, daß sie weniger als 0,5 μΐη beträgt. Darüber hinaus wird auf-

grund der Notwendigkeit, das SiO₂-überzugsmaterial mehrmals aufzubringen, die Dicke der Schicht des Überzugsmaterials 5 in unzweckmäßiger Weise vergrößert, und auf diese Weise läßt sich eine Rißbildung während des Sinterns nicht vermeiden, selbst nicht bei Einsatz des SiO~-Überzugsmaterials mit organischem Charakter.

Obwohl herkömmlxcherweise auch eine andere praktische Arbeitsweise zum Abflachen vorgeschlagen wurde, bei der ein Isoliermaterial wie Polyimid-Resist und dergleichen durch Spin-Beschichten aufgebracht wird, ist das Ver-

fahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch dieser in den folgenden Punkten überlegen: Auch wenn bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das SiO„-Uberzugsmaterial mit dem bis zu einem gewissen Grade organischen Charakter eingesetzt wird, ist die im we-

0 sentlichen aus dem anorganischen SiO₂ bestehende Überzugsschicht 5 stabil und unterliegt nur geringen Qualitätsänderungen im Laufe der Zeit. Da außerdem die SiO--Überzugsschicht 5 eine außerordentlich hohe Härte auf-

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weist, verglichen mit dem Isoliermaterial aus Polyimid-Resist oder dergleichen, besitzt sie eine stabile Konstruktion als Element. Weiterhin gibt es einen Vorteil dahingehend, daß das Trockenätzen mit einer günstigen
Arbeitsgenauigkeit auf die Bearbeitung der SiOp-überzugsschicht 5 anwendbar ist.

Es ist hier außerdem anzumerken, daß, wiewohl die vorliegende Erfindung in den voraufgegangenen Ausführungsformen im wesentlich unter Hinweis auf einen Dünnfilm-

Magnetkopf beschrieben wurde, der die Spulenschicht aus einem elektrisch leitenden Material in Form einer Schicht enthält, der Gedanke der vorliegenden Erfindung nicht allein auf die Anwendung auf den Dünnfilm-Magnetkopf des obigen Typs beschränkt ist, die Erfindung in

einfacher Weise ebenso auch auf einen Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Spulenschichten aus magnetischem Material angewandt werden kann.

Claims

VON KREISLER SCHONWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Sharp Kabushiki Kaisha, Dr.-Ing. K.W. Eishold ti981

Osaka, Japan. Dr.-Ing. K. Schönwald

^ Dr. J. F. Fues

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler
Dipl.-Chem. Carola Keller
Dipl.-Ing. G. Selting
Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KULN 1

23. November 1983
AvK/GF 947

Patentansprüche

.y Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, umfassend die folgenden Schritte:

Bildung einer Spulenschicht (3) aus einem elektrisch leitenden Material auf einem Substrat (1) aus einem magnetischen Material;

Aufbringen einer Isolierschicht (4) aus SiO₂, Si-N., Al-O- und dergleichen auf die Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material durch Aufstäuben bzw. ein Verfahren der plasmachemischen Abscheidung aus der Dampfphase und weiter die

Bildung einer Überzugsschicht (5) aus SiO„ auf der Isolierschicht (4) mittels Spin-Beschichtungsverfahrens zum Abflachen der oberen Oberfläche der Isolierschicht (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (4) größer festgesetzt wird als die Dicke der Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material und dem Abstand zwischen

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 888 2307 dopu d -Telegramm: Donipalenl Kein

jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material.
3. Dünnfilm-Magnetkopf/ umfassend

ein Substrat (1) aus einem magnetischen Material;
eine Spulenschicht (3) aus einem elektrisch leitenden Material, die in schraubenförmiger Anordnung auf dem Substrat (1) gebildet ist;

eine Isolierschicht (4) aus SiO₃₇ Si₃N₄, ^Alo°3 ^un(^ ^ergleichen, aufgebracht auf die Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material durch Aufstäuben bzw. ein Verfahren der plasmachemischen Abscheidung aus der Dampfphase;

eine weiterhin auf der Isolierschicht (4) mittels Spin-Beschichtungsverfahrens gebildete Überzugsschicht (5) zum Abflachen der oberen Oberfläche der Isolierschicht (4) und

einen oberen Kern (2) aus dem gleichen Material wie dem des Substrats (1), der aufgebracht ist auf die Isolierschicht (4) .
4. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (4) größer festgesetzt ist als die Dicke der Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material und dem Abstand zwischen jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material.

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