DE3342429C2 - - Google Patents
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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 (4)
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.
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