DE3342429C2

DE3342429C2 -

Info

Publication number: DE3342429C2
Application number: DE3342429A
Authority: DE
Inventors: Toru Tenri Nara Jp Kira; Hidenori Yamatokoriyama Nara Jp Yamasaki; Mitsuhiko Ikoma Nara Jp Yoshikawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1983-11-24
Publication date: 1987-06-11
Also published as: GB2132813B; JPH0477371B2; DE3342429A1; JPS5998316A; GB2132813A; GB8331722D0; US4816946A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen nach diesem Verfahren hergestellten Dünnfilm-Magnetkopf. Dieser Dünnfilm-Magnetkopf ist für eine Aufzeichnung bei hoher Dichte besonders geeignet.

In der Fig. 1 ist ein konventioneller Dünnfilm-Magnet kopf mit einer einzigen Windung dargestellt, der ein magnetisches Substrat Sa, gefertigt aus einem ferro magnetischen 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 gefertig ten 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 Isolier schicht Ia definierten Raum angeordnet ist, wobei eine vordere Strecke g an seiner Seite festgelegt ist, die einem Magnetband T als dem Aufzeichnungsmedium gegen überliegt.

Zur Verbesserung der Aufzeichnungsleistung in dem be kannten Dünnfilm-Magnetkopf mit einer einzigen Windung mit der im Vorstehenden beschriebenen Bauart ist es erforderlich, den in dem oberen Kern Ua und dem magne tischen Substrat Sa erzeugten magnetischen Fluß ohne Streuungsverluste zu der vorderen Strecke g zu leiten, und zu diesem Zweck ist es wünschenswert, die Kernlänge k ₁ zu verringern und ebenfalls den Abstand k ₂ zwischen dem oberen Kern Ua und dem magnetischen Substrat Sa in der Fig. 1 zu vergrößern. Die Verringerung der Kern länge k ₁ kann durch Verengung der Breite k ₃ der Spulen schicht Ca aus dem elektrisch leitenden Material er reicht werden, während die Vergrößerung des Abstandes k ₂ zwischen dem oberen Kern Ua und dem magnetischen Substrat Sa durch Vergrößerung der Dicke k ₄ der Spulen schicht Ca aus dem elektrisch leitenden Material er reicht werden kann.

US-PS 43 18 148 beschreibt ein Verfahren zur Herstel lung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, bei dem man eine Iso lierschicht in der Dicke der Spulenschicht auf den freiliegenden Flächen des Substrates ausbildet. An schließend wird eine weitere nicht magnetische Isolier schicht auf die vorher gebildete Oberfläche aus der Spulenschicht und der erstgenannten Isolierschicht auf gebracht.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, die die Bauweise eines konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Win dungen 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 Schrau benform auf dem den unteren Kern bildenden magnetischen Substrat Sb durch Aufdampfen, Zerstäuben etc. zur Ver arbeitung durch Photoätzen abgeschieden (in der Fig. 2 sind drei 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, ge folgt von dem Aufbringen des oberen Kerns Ub auf diese. Bei dem bekannten, durch die oben beschriebenen Schrit te herzustellenden Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Windungen ist es zur Verbesserung der Aufzeichnungslei stung ebenfalls wünschenswert, die Kernlänge k′ ₁ zu verringern und ebenfalls den Abstand k′ ₂ zwischen dem oberen Kern Ub und dem magnetischen Substrat Sb zu ver größern. In dem Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Win dungen wie oben beschrieben kann zwar der Abstand k′ ₂ zwischen dem oberen Kern Ub und dem magnetischen Sub strat Sa ohnehin durch Erhöhung der Dicke der Spulen schicht aus dem elektrisch leitenden Material Cb ver größert werden; da jedoch der Abstand k ₅ 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′ ₂ und dem Abstand k ₅ gebildet, was einen Streuverlust des magne tischen 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 Anord nung 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 Magnetkopfes als auch in bezug auf die Auf zeichnungsleistung ergeben.

Zur Ausschaltung der Nachteile bei der Bauweise des konventionellen Dünnfilm-Magnetkopfes mit mehreren Win dungen wie oben beschrieben ist es erforderlich, die obere Oberfläche der die Spulenschicht Cc aus dem elek trisch 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 Dünnfilm-Magnetkopf mit mehreren Windungen mit einer Idealkonstruktion der Fig. 3 dargestellt ist.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, einen Dünnfilm-Magnetkopf zu schaffen, bei dem die obere Oberfläche einer auf einer Spulenschicht aus einem elektrisch leitenden Material befindlichen Iso lierschicht des Magnetkopfes derart abgeflacht ist, daß Streuverluste zur Verbesserung der Aufzeichnungslei stung des magnetischen Flusses vermieden werden.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnet kopfes verfügbar gemacht, das in seinen Schritten gegenüber dem Stand der Technik einfach ist und zur wirtschaftlicheren Herstellung verbesserter Dünnfilm- Magnetköpfe bei niedrigen Kosten befähigt ist.

Die oben genannte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Ein nach dem Verfahren hergestellter Dünnfilm-Magnetkopf ist im Patentanspruch 3 angegeben. Dabei bringt man eine Isolierschicht auf die Spulenschicht und die freiliegenden Flächen des Substrates auf und bildet die Überzugsschicht durch Spin-Beschichtungsverfahren auf der Isolierschicht zum Abflachen der oberen Oberfläche der Isolierschicht aus.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, wobei man auf einem Substrat (1) aus ferromagnetischem Material durch Zerstäuben-Ätzen eine schraubenförmige Spulen schicht (3) aus elektrisch leitendem Material auf bringt, anschließend eine Isolierschicht (4), eine Überzugsschicht (5) und darauf einen oberen Kern (2) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Iso lierschicht (4) aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ auf die Spulenschicht (3) und die freiliegenden Flächen des Substrates (1) durch Aufstäuben bzw. ein Verfahren der plasmachemischen Abscheidung aus der Dampfphase auf bringt und die Überzugsschicht (5) aus SiO₂ durch Spin-Beschichtungsverfahren auf der Isolierschicht (4) zum Abflachen der oberen Oberfläche der Isolierschicht (4) ausbildet.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Dünnfilm-Magnetkopf aus einem Substrat (1) aus ferro magnetischem Material, einer Spulenschicht (3) aus elektrisch leitendem Material, einer Isolierschicht (4), einer Überzugsschicht (5) und einem oberen Kern (2) aus dem gleichen Material wie das Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierschicht aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ auf der Spulenschicht (3) und der freiliegenden Fläche des Substrates ( 1) befindet und daß die durch Spin-Beschichtungsverfahren auf die Isolierschicht (4) aufgebrachte Überzugsschicht (5) aus SiO₂ die obere Oberfläche der Isolierschicht (4) ab flacht.

Gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes sowie der Dünnfilm-Magnetkopf selbst dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Iso lierschicht (4) größer festgesetzt wird bzw. ist, als die Dicke der Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Ma terial und dem Abstand zwischen jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulen schicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material.

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

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert.

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

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

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

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

In den beigefügten Zeichnungen sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet.

Unter Hinzuziehung der Zeichnungen wird im folgenden ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Dünn film-Magnetkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung be schrieben.

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

Zuerst wird Kupfer durch Aufdampfen, Zerstäuben etc. auf einem magnetischen Substrat 1, das aus einem ferro magnetischen Material wie Ni-Fe, Fe-Al-Si, Ferrit oder dergleichen hergestellt ist und einen unteren Kern bil det, abgeschieden und wird danach mittels Bearbeitung durch Zerstäuben-Ätzen etc. in die Form einer schrau benförmigen Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leiten den Material gebracht (in der Fig. 4 sind drei benach barte Windungen der Spulenschicht 3 in Schnittansicht dargestellt.) Die Dicke der Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material wird auf 2 µm festgesetzt. Obwohl der Abstand zwischen den jeweiligen Windungen der Spu lenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material unter den Gesichtspunkten der Erniedrigung des Wider standes der Spulenschicht 3 aus dem leitenden Material und dem Abflachen der auf der Spulenschicht 3 zu bil denden Isolierschicht 4 so klein wie möglich sein soll te, ist er durch die Grenzen der Verarbeitungstechnik auf einen Bereich von etwa 1,5 bis 2 µm beschränkt, die im allgemeinen gleich der Dicke der Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Material sind, und vorzugswei se auf etwa 2 µm.

Auf die Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Ma terial 3 wird die Isolierschicht, beispielsweise aus SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃ 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 zwi schen den jeweiligen Windungen der Spulenschicht 3. In diesem Schritt beträgt die Stufendifferenz d ₁ der Iso lierschicht 4 annähernd 3 µm, so daß sie größer ist als die Stufendifferenz von 2 µm über die Dicke der Spulen schicht 3 aus dem leitenden Material, da der Film der Isolierschicht 4 schwierig perfekt in die Nischen hin ein aufzutragen ist, die zwischen den jeweiligen Win dungen der Spulenschicht aus dem elektrisch leitenden Material 3 gebildet werden.

Danach wird ein SiO₂-Überzugsmaterial, hergestellt durch Lösen eines polymeren Si-Produkts in einem Lö sungsmittel wie Ethanol und mit einem Feststoff-Gehalt von etwa 12%, 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 d ₂ der Überzugsschicht 5 aus SiO₂ soweit abgeflacht, daß sie weniger als 0,5 µm beträgt. Dann wird zur Über führung der Überzugsschicht 5 in eine feinkörnige, d. h. verdichtete (kompakte) Struktur, das auf diese Weise bearbeitete magnetische Substrat 1 etwa 30 min einem Sintervorgang bei einer Temperatur von 400°C unterwor fen. Aufgrund der vorstehenden Arbeitsweise beträgt die Dicke d ₃ der Überzugsschicht 5 aus SiO₂ an der vorderen Strecke etwa 0,3 µm, während die Dicke d ₄ der Schicht 5 an den Nischen zwischen den jeweiligen Win dungen der Spulenschicht etwa 2,8 µm wird. Anschließend wird ein oberer Kern 2 aus einem gleichartigen magneti schen Material zu demjenigen des Substrats 1 zur Ver vollständigung des Dünnfilm-Magnetkopfes gemäß der vor liegenden Erfindung auf die Überzugsschicht 5 aufge bracht.

Durch das Verfahren der Herstellung des Dünnfilm-Mag netkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es im Vorstehenden beschrieben wurde, wird die von der Dicke der Spulenschicht 3 aus dem elektrisch leitenden Mate rial herrührende Stufendifferenz von 2 µm durch das Verfahren des Abflachens durch die Überzugsschicht 5 aus SiO₂ auf weniger als 0,5 µm vermindert, was für eine praktische Anwendung ausreichend ist. In dem Fall, daß eine weitere Abflachung erforderlich ist, ist es möglich, eine zweite Spin-Beschichtung des SiO₂-Über zugsmaterials vorzunehmen, wodurch die Stufendifferenz d ₂ der Überzugsschicht 5 auf annähernd 0,1 µm abge flacht wird.

Es ist an dieser Stelle besonders darauf hinzuweisen, daß die Gefahr besteht, daß an den Teilen der Überzugs schicht 5, an denen ihre Dicke groß ist, Risse entste hen, da das die Überzugsschicht 5 bildende Überzugsma terial inneren Spannungen ausgesetzt ist, die in dem Film während des Sinterns erzeugt werden; wenn jedoch die Überzugsschicht 5 aus SiO₂ nach dem Auftragen der Isolierschicht 4 aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ auf die elektrisch leitende Spulenschicht 3, wie weiter oben beschrieben mittels Zerstäuben, plasmachemischer Ab scheidung 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 geringer Breite aufgebracht, und auf diese Weise kann vorteilhafter weise die Rißbildung an solchen Stellen vermieden wer den. Der oben beschriebene Effekt kann auffällig werden beim Einstellen der Dicke der Isolierschicht 4 in sol cher Weise, daß sie größer ist als die Dicke der Spu lenschicht 3 aus dem leitfähigen Material und dem Ab stand zwischen den jeweiligen Windungen der Spulen schicht 3. Wenn im übrigen eine SiO₂-Überzugsmasse mit bis zu einem gewissen Grade organischer Natur, herge stellt durch Substitution eines Teils des Sauerstoffs im SiO₂ durch eine organische Substanz, statt der Verwendung eines vollständig anor ganischen SiO₂ für die Bildung der Überzugsschicht 5 eingesetzt wird, kann die Beständigkeit gegen Rißbil dung in hohem Maße verbessert werden.

Bei dem bisher beschriebenen Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eine Verfahrensweise in Betracht gezogen werden, bei der der Schritt des Auf bringens der Isolierschicht 4 aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ mittels plasmachemischer Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) weggelassen wird und das SiO₂-Über zugsmaterial 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-Überzugsmaterial viele Male auf die Spulen schicht 3 aus dem leitenden Material aufgebracht wird. Nach Versuchen, die durch die Anmelderin durchgeführt wurden, muß das Überzugsmaterial SiO₂ mehr als viermal aufgetragen werden, um die Stufendifferenz der Über zugsmaterialschicht soweit zu erniedrigen, daß sie we niger als 0,5 µm beträgt. Darüber hinaus wird aufgrund der Notwendigkeit, das SiO₂-Überzugsmaterial mehrmals aufzubringen, die Dicke der Schicht des Überzugsmate rials 5 in unzweckmäßiger Weise vergrößert, und auf diese Weise läßt sich eine Rißbildung während des Sin terns nicht vermeiden, selbst nicht bei Einsatz des SiO₂-Überzugsmaterials mit organischem Charakter.

Obwohl herkömmlicherweise 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 SiO₂- Überzugsmaterial mit dem bis zu einem gewissen Grade organischen Charakter eingesetzt wird, ist die im we sentlichen aus dem anorganischen SiO₂ bestehende Über zugsschicht 5 stabil und unterliegt nur geringen Quali tätsänderungen im Laufe der Zeit. Da außerdem die SiO₂- Überzugsschicht 5 eine außerordentlich hohe Härte auf weist, verglichen mit dem Isoliermaterial aus Polyimid- Resist oder dergleichen, besitzt sie eine stabile Kon struktion als Element. Weiterhin gibt es einen Vorteil dahingehend, daß das Trockenätzen mit einer günstigen Arbeitsgenauigkeit auf die Bearbeitung der SiO₂-Über zugsschicht 5 anwendbar ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetkopfes, wobei man auf einem Substrat (1) aus ferromagnetischem Material durch Zerstäuben-Ätzen eine schraubenförmige Spulenschicht (3) aus elektrisch leitendem Material aufbringt, anschließend eine Isolierschicht (4), eine Überzugsschicht (5) und darauf einen oberen Kern (2) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isolierschicht (4) aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ auf die Spulenschicht (3) und die freiliegenden Flächen des Substrates (1) durch Aufstäuben bzw. ein Verfahren der plasmachemischen Ab scheidung aus der Dampfphase aufbringt und die Über zugsschicht (5) aus SiO₂ durch Spin-Beschichtungsver fahren auf der Isolierschicht (4) zum Abflachen der oberen Oberfläche der Isolierschicht (4) ausbildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (4) größer festgesetzt wird als die Dicke der Spulenschicht (3) aus dem elek trisch leitenden Material und dem Abstand zwischen jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leiten den Material.

3. Dünnfilm-Magnetkopf aus einem Substrat (1) aus ferro magnetischem Material, einer Spulenschicht (3) aus elektrisch leitendem Material, einer Isolierschicht (4), einer Überzugsschicht (5) und einem oberen Kern (2) aus dem gleichen Material wie das Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierschicht aus SiO₂, Si₃N₄ oder Al₂O₃ auf der Spulenschicht (3) und der freiliegenden Fläche des Substrates (1) befindet und daß die durch Spin-Beschichtungsverfahren auf die Isolierschicht (4) aufgebrachte Überzugsschicht (5) aus SiO₂ die obere Oberfläche der Isolierschicht (4) ab flacht.

4. Dünnfilm-Magnetkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (4) größer festgesetzt ist als die Dicke der Spulenschicht (3) aus dem elektrisch leitenden Material und dem Abstand zwi schen jeweiligen Windungen der in schraubenförmiger Anordnung gebildeten Spulenschicht (3) aus dem elek trisch leitenden Material.