DE3940098A1

DE3940098A1 - Duennfilm-magnetkopf mit in einem substrat versenkten teilen sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3940098A1
Application number: DE19893940098
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Stephani
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1990-06-21
Anticipated expiration: 2009-12-05
Also published as: WO1990007176A1; DE3940098C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dünnfilm-Magnetkopf mit einem den magnetischen Fluß führenden, auf einem nicht-magne tischen Substrat aufgebrachten magnetischen Leitkörper, der eine ringkopfähnliche Gestalt hat, teilweise in einer Ver tiefung des Substrates versenkt angeordnet ist und zwei Magnetschenkel enthält,

- die jeweils mindestens eine Magnetschicht aufweisen, welche an einer einem zu magnetisierendem Aufzeichnungsmedium zuge wandten Polspitze einen Magnetpol bildet,
- deren Magnetpole in (relativer) Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit geringer Spaltweite zuein ander angeordnet sind,
- die gegenüber der Spaltweite weiter beabstandete, einen Zwi schenraum begrenzende Schenkelteile aufweisen, durch welchen sich die Windungen einer Schreib-/Lesespulenwicklung er strecken,

und

- die außerhalb des Bereichs ihrer Polspitzen jeweils mit einer magnetischen Verstärkungsschicht versehen sind, wobei diese Verstärkungsschichten entsprechende Teile der Außenseiten des magnetischen Leitkörpers bilden.

Ein entsprechend ausgestalteter Dünnfilm-Magnetkopf geht aus der EP-B-01 85 289 hervor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkopfes.

Das Prinzip einer longitudinalen (horizontalen) oder senk rechten (vertikalen) Magnetisierung zur Speicherung von Daten in entsprechenden, insbesondere plattenförmigen Aufzeichnungs medien ist allgemein bekannt. Für diese Magnetisierungsarten konzipierte Dünnfilm-Magnetköpfe weisen zur Führung des magne tischen Flusses im allgemeinen einen Leitkörper aus magneti sierbarem Material auf, der mit zwei Magnetschenkeln eine Ge stalt ähnlich einer Ringform haben kann. Diese Magnetschenkel bilden an ihrem dem Aufzeichnungsmedium zugewandten Polspitzen Magnetpole aus, die in relativer Bewegungsrichtung des Kopfes bezüglich des Aufzeichnungsmediums gesehen hintereinander an geordnet sind, wobei zwischen den Polspitzen ein enger Spalt ausgebildet ist. Außerhalb des Bereichs dieser Polspitzen be grenzen die Magnetschenkel einen Zwischenraum, der aufgrund einer Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der Magnetschen kel entsprechend erweitert ist. Durch diesen Zwischenraum er strecken sich die Leiter mindestens einer Schreib-/Lesespulen wicklung.

Einen entsprechenden Aufbau zeigt auch der aus der eingangs genannten EP-B bekannte Magnetkopf. Jeder der Magnetschenkel dieses Magnetkopfes enthält neben mindestens einer den je weiligen Magnetpol ausbildenden Magnetschicht außerhalb des Bereichs der Polspitze noch eine magnetische Verstärkungs schicht. Diese zur Verbesserung der Flußführung bzw. zur Er niedrigung des magnetischen Widerstandes in dem magnetischen Leitkörper dienenden Verstärkungsschichten sind dabei so ange ordnet, daß sie die Außenseiten des magnetischen Leitkörpers großenteils bilden. Dieser Leitkörper soll dabei auf der Rück seite eines nicht-magnetischen Substrates in Dünnfilm-Technik aufgebaut sein, wobei das Substrat als Flugkörper gestaltet ist, so daß es aerodynamisch über einem plattenförmigen Auf zeichnungsmedium hinwegzuführen ist. Das Substrat des bekannten Magnetkopfes ist mit einer Vertiefung versehen, in welcher zu mindest großenteils einer der Magnetschenkel mit seiner Ver stärkungsschicht sowie die Windungen der Schreib-/Lesespulen wicklung angeordnet sind. Bei einem derartigen Aufbau ist jedoch die Lithographie der in der Vertiefung des Substrates angeordneten Teile verhältnismäßig aufwendig. Außerdem ist auch die Führung des magnetischen Flusses in dem sich durch die Vertiefung des Substrates erstreckenden und somit entsprechend gewunden gestalteten Magnetschenkels erschwert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Magnet kopf der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß seine Herstellung weiter vereinfacht ist und der dem Substrat zugewandte Magnetschenkel einen verhältnismäßig großen magne tischen Fluß führen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ledig lich die Verstärkungsschicht des dem Substrat zugewandten Magnetschenkels in einer derart ausgestalteten Vertiefung des Substrates angeordnet ist, daß ihre eine Oberfläche mit der Oberfläche des Substrates in einer Ebene liegt.

Die mit dieser Ausgestaltung des Magnetkopfes verbundenen Vor teile sind insbesondere darin zu sehen, daß der dem Substrat zugewandte Magnetschenkel eben ausgeführt werden kann, wobei die in dem Substrat versenkte Verstärkungsschicht verhältnis mäßig nahe an die Polspitze des Magnetschenkels heranragen kann. Dies hat zur Folge, daß dieser Schenkel einen verhält nismäßig großen magnetischen Fluß zu führen in der Lage ist. Dieser Sachverhalt ist besonders dann von Vorteil, wenn mit diesem Magnetschenkel allein eine Schreibfunktion nach dem Prinzip einer vertikalen Magnetisierung ausgeübt werden soll, d.h. wenn der Magnetkopf in bekannter Weise quasi als soge nannter Einzelpol-Kopf schreiben soll (vgl. z.B. die EP-A-02 32 505). Ferner wird aufgrund der Anordnung der Ver stärkungsschicht an den Außenseiten des magnetischen Leitkör pers vermieden, daß von diesen Verstärkungsschichten ein Teil des magnetischen Flusses ungenutzt, d.h. außerhalb des Spaltes zu dem jeweils anderen Magnetschenkel übertreten kann.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß ausgestal teten Dünnfilm-Magnetkopf ist vorteilhaft dadurch gekennzeich net, daß auf dem mit der Vertiefung versehenen Substrat zu nächst eine Schicht aus dem magnetischen Material der Ver stärkungsschicht abgeschieden wird, wobei in dieser magneti schen Schicht eine entsprechende Vertiefung entsteht, daß an schließend in der Vertiefung der magnetischen Schicht eine diese Vertiefung weitgehend ausfüllende Hilfsschicht ausgebil det wird, wobei zwischen der magnetischen Schicht und der Hilfsschicht nur schmale rinnenartige Gräben verbleiben, daß dann dieser Aufbau mit einer Einebnungsschicht versehen wird, daß darauf die Einebnungsschicht und die Hilfsschicht voll ständig sowie der aus der Vertiefung des Substrates herausra gende Teil der magnetischen Schicht bis zu der dem Substrat und der magnetischen Schicht bzw. der Verstärkungsschicht gemein samen Ebene abgeätzt werden und daß schließlich auf dieser Ebene der Magnetkopf in an sich bekannter Weise komplettiert wird. Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß es auch bei einer verhältnismäßig großen Ausdehnung der Vertiefung in dem Substrat eine einwandfreie Einebnung und Ausfüllung dieser Vertiefung mit dem Material der Verstärkungsschicht er möglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Magnetkopfes nach der Erfin dung sowie des Verfahrens zu seiner Herstellung gehen aus den einzelnen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Magnetkopfes schematisch veran schaulicht 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 3 a 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 3 b 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 6 a bzw. 7 a, die an ihren dem Auf zeichnungsmedium zugewandten Polspitzen 8 und 9 jeweils einen Magnetpol P 1 bzw. P 2 ausbilden. Zwischen den beiden Polen P 1 und P 2 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 6 b bzw. 7 b 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 6 b und 7 b 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 6 b, 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 3 b des Sub strates 3 so eingearbeitet und mit der Verstärkungsschicht 6 b so ausgefüllt, daß die der Magnetschicht 6 a zugewandte Ober fläche 13 der Verstärkungsschicht 6 b zusammen mit der nicht vertieften Oberfläche 14 der Deckschicht 3 b 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 3 b 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 solange 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 6 b, 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 6 b 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

1. Dünnfilm-Magnetkopf mit einem den magnetischen Fluß führen den, auf einem nicht-magnetischen Substrat aufgebrachten magne tischen Leitkörper, der eine ringkopfähnliche Gestalt hat, teilweise in einer Vertiefung des Substrates versenkt angeord net ist und zwei Magnetschenkel enthält,

- die jeweils mindestens eine Magnetschicht aufweisen, welche an einer einem zu magnetisierendem Aufzeichnungsmedium zuge wandten Polspitze einen Magnetpol bildet,
- deren Magnetpole in (relativer) Bewegungsrichtung des Kopfes gesehen hintereinander und mit geringer Spaltweite zuein ander angeordnet sind,
- die gegenüber der Spaltweite weiter beabstandete, einen Zwi schenraum begrenzende Schenkelteile aufweisen, durch welchen sich die Windungen einer Schreib-/Lesespulenwicklung er strecken, und
- die außerhalb des Bereichs ihrer Polspitzen jeweils mit einer magnetischen Verstärkungsschicht versehen sind, wobei diese Verstärkungsschichten entsprechende Teile der Außenseiten des magnetischen Leitkörpers bilden, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Verstärkungsschicht (6 b) des dem Substrat (3, 3 b) zuge wandten Magnetschenkels (6) in einer derart ausgestalteten Ver tiefung (12) des Substrates (3, 3 b) angeordnet ist, daß ihre eine Oberfläche (13) mit der Oberfläche (14) des Substrates (3, 3 b) in einer gemeinsamen Ebene (E) liegt.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die in der Vertiefung (12) unterge brachte Verstärkungsschicht (6 b) bis in die Nähe der Polspitze (8) der zugeordneten Magnetschicht (6 a) heranreicht.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2 dadurch ge kennzeichnet, daß das Substrat (3) einen Körper (3 a) aus TiC-Al₂O₃ aufweist, der auf seiner dem Magnetkopf (2) zugewandten Seite mit einer isolierenden Deckschicht (3 b) aus Al₂O₃ versehen ist.

4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur vertikalen (senkrechten) Magnetisierung eines entsprechenden Aufzeich nungsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schreibfunktion im wesentlichen nur mit dem Schenkel (6) auszuüben ist, der die in der Vertiefung (12) des Substrates (3, 3 b) versenkt angeordnete Verstärkungsschicht (6 b) enthält.

5. Verfahren zur Herstellung des Magnetkopfes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß auf dem mit der Vertiefung (12) versehenen Sub strat (3, 3 b) zunächst eine Schicht (22) aus dem magnetischen Material der Verstärkungsschicht (6 b) abgeschieden wird, wobei in dieser magnetischen Schicht (22) eine entsprechende Ver tiefung (12′) entsteht, daß anschließend in der Vertiefung (12′) der magnetischen Schicht (22) eine diese Vertiefung (12′) weitgehend ausfüllende Hilfsschicht (23) ausgebildet wird, wo bei zwischen der magnetischen Schicht (22) und der Hilfsschicht (23) nur schmale rinnenartige Gräben (24) verbleiben, daß dann dieser Aufbau mit einer Einebnungsschicht (25) versehen wird, daß darauf die Einebnungsschicht (25) und die Hilfsschicht (23) vollständig sowie der aus der Vertiefung (12) des Substrates (3, 3 b) herausragende Teil der magnetischen Schicht (22) bis zu der dem Substrat (3, 3 b) und der magnetischen Schicht (22) bzw. der Verstärkungsschicht (6 b) gemeinsamen Ebene (E) abgeätzt werden und daß schließlich auf dieser Ebene (E) der Magnetkopf (2) in an sich bekannter Weise komplettiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefung (12) in dem Substrat (3, 3 b) mittels Fotolithographie und Ionenstrahlätzens ausgebildet wird (Fig. 2 und 3).

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hilfsschicht (23) in der Vertiefung (12′) der magnetischen Schicht (22) mittels Foto lithographie ausgebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Einebnungs schicht (25) mittels eines ersten Ionenstrahlätzprozesses bis zu einer Zwischenebene (e) abgearbeitet wird, in welcher die Oberflächen der magnetischen Schicht (22) und der Hilfsschicht (23) liegen, und daß anschließend mittels eines zweiten Ionen strahlätzprozesses der aus der Vertiefung (12) des Substrates (3, 3 b) herausragende Teil der magnetischen Schicht (22), die Hilfsschicht (23) sowie das die Gräben (24) ausfüllende Mate rial der Einebnungsschicht (25) bis zu der Substratebene (E) abgearbeitet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß für den ersten Ätzprozeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder ein reak tives Ionenätzen mit Sauerstoff und/oder für den zweiten Ätz prozeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Stickstoffionen in Argon vorgesehen werden/wird.