DE69700656T2

DE69700656T2 - Senkrechter magnetkopf mit integrierter spule und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69700656T2
Application number: DE69700656T
Authority: DE
Inventors: Michel Di Gioia; Pierre Gaud; Henri Sibuet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2017-02-15
Also published as: EP0880774A1; KR19990082505A; FR2745111B1; JP2001500657A; US6163435A; KR100420590B1; DE69700656D1; WO1997030442A1; US6335846B1; EP0880774B1; FR2745111A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen senkrechten Magnetkopf mit integrierter Spule und sein Herstellungsverfahren.
Das bevorzugte Anwendungsgebiet ist die Videoaufzeichnung durch die breiten Öffentlichkeit. Sie kann aber auch auf anderen Gebieten angewandt werden, z. B. dem der Datensicherung oder dem der Computerspeicher.

Stand der Technik

Ein magnetischer Aufzeichnungsträger zur Videoaufzeichnung und Datensicherung oder für Computerspeicher umfasst zahlreiche Spuren, in die Informationen bzw. Daten in Form von magnetischen Domänen eingeschrieben werden.
Um die Datendichte zu erhöhen werden nicht nur die Anzahl der Daten pro Längeneinheit erhöht, sondern auch die Anzahl der Spuren. Dazu reduziert man nicht nur die Breite der Spuren, sondern auch den sie trennenden Abstand, solange bis die Spuren aneinandergrenzen.
Um beim Lesen jedes Diaphonie-Problem zu vermeiden, werden die Daten in zwei benachbarten Spuren mit entgegengesetzten Winkeln eingeschrieben. Der Winkel des Kopfs muss sehr genau sein (z. B. 20 ± 0,15º nach dem neuen DVC-Standard, mit DVC für "Digital Video Cassette").
Es gibt heute auf dem Markt als Antwort auf diese Anforderungen sogenannte "Sandwich"-Köpfe, von denen die beigefügte Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel darstellt. Der dargestellte Kopf umfasst ein Substrat 2, das einen Magnetkreis 4 trägt, gebildet durch eine auf der Oberseite des Substrats abgeschiedene Magnetschicht. Dieser Magnetkreis weist vorn zwei Polsschuhe 5 und 7 auf, getrennt durch einen Spalt 6, der durch einen unmagnetischen Spacer gebildet wird. Dieser Kopf umfasst außerdem über dem Magnetkreis ein unmagnetisches Superstrat 2'. Eine Öffnung 8 ist vorgesehen für den Durchgang einer leitenden Spule 9, die den Magnetkreis umgibt.
Der in der Fig. 1 dargestellte Kopf ist dazu bestimmt, mit einem Aufzeichnungsträger S zusammenzuwirken, der senkrecht zum Substrat ausgerichtet ist (anders ausgedrückt: parallel zur dessen Rand).
Derartige Köpfe können insofern als "senkrechte" bezeichnet werden, als die aktive Fläche senkrecht ist zu der Hauptfläche des Substrats.
Die Breite des Spalts, mit 1 bezeichnet, wird senkrecht zum Substrat gemessen (parallel zum Aufzeichnungsträger): Diese Breite 1 entspricht im wesentlichen der jeweiligen Breite der Spuren des Trägers. Die Länge des Spalts, mit L bezeichnet, wird in der Richtung der Relativbewegung des Kopfs und des Aufzeichnungsträgers gemessen und die Höhe des Spalts, mit h bezeichnet, parallel zu der Fläche des Substrats, die den Magnetkreis trägt.
Wenn die Breite der Spuren klein ist (kleiner als ungefähr 10 um), wird die Herstellung dieser Köpfe sehr schwierig (Genauigkeitsprobleme der Ausrichtung der beiden Polschuhe bei der Glasschweißung, geringe Effizienz aufgrund einer zu großen Länge des Magnetkreises, Schwierigkeiten bei der Realisierung der Spule, die angebracht werden muss und sich kaum für eine Sammelfertigung eignet, usw.).
Die japanische Patent-Kurzfassung Bd. 13, Nr. 98 (S-840) (3446) vom 8. März 1989, schlägt einen anderen Magnetkopf vor, dessen Spule planar ist. Diese Kopf ist in der beigefügten Fig. 2 dargestellt. Er umfasst zwei Polschuhe 12a, 12b, getrennt durch einen Spalt 13, eine spiralige Doppelspule 14a, 14b, angeordnet über den beiden Beinen des Magnetkreises, zwei Verbindungselemente 15a, 15b und eine Magnetbrücke 15, die den Magnetkreis schließt.
Dieser Kopf weist auch Nachteile auf, einerseits verbunden mit der Struktur seiner Spule, die lang ist und einen entsprechend großen Widerstand hat, und andererseits mit seinem Magnetkreis, der relativ lang und folglich von reduzierter Effizienz ist.
Das Dokument EP-A-0 467 263 macht bekannt mit einem Kopf, der diese Nachteile teilweise vermeidet. Ein solcher Kopf ist in den beigefügten Fig. 3 und 4 dargestellt. Man sieht dort ein unmagnetisches Substrat 21, eine erste Isolierschicht 22, eine zweite Isolierschicht 29, einen Magnetkreis 30, eine leitende Spule 38 des Typs Solenoid, die den Magnetkreis umgibt, elektrische Verbindungsstreifen 33 und Verbindungselemente 34.
In der Fig. 4 sieht man außerdem die beiden vorderen Polschuhe 25 und 27, getrennt durch einen Spalt ("gap") g. Zudem ist das Ganze mit einer Isolierschicht 35 überzogen und durch eine Schutzschicht 36 oder Superstrat vervollständigt, die die Kontaktfläche symmetrisch zum Aufzeichnungsträger macht.
Obgleich in mancher Hinsicht zufriedenstellend, weist diese Struktur den Nachteil auf, zu einer sehr großen Dicke des Kopfs in der Zone zu führen, die zwischen dem Substrat 21 und dem Superstrat 36 enthalten ist. Diese Dicke entspricht nämlich dem unteren. Teil der Spule 38, den Polschuhen 25, 27 und den Isolierschichten 22, 29, 32, 35. Diese Dicke kann Reibungsprobleme mit dem Aufzeichnungsträger verursachen und, als Folge davon, Probleme der unterschiedlichen Abnützung der verschiedenen Materialien. Zudem entstehen durch diese starke Dicke große Ablösüngs- oder Durchbiegungsrisiken aufgrund der in den Schichten vorhandenen Eigenspannungen, Wärmespannungen, etc..
Außerdem ist das Herstellungsverfahren eines Kopfs nach den Fig. 3 und 4 kaum kompatibel mit einer Sammelherstellung, insbesondere mit dem, was die Realisierung eines Azimuts für den Spalt mit einem Diamantwerkzeug ist, oder auch mit dem, was die Planarisierung der Isolatoren ist, die auf großen Dicken von metallischen Mustern abgeschieden werden, was zu Problemen von Stufenüberdeckung mit dem Auftreten von Verwerfungen am Rand der Muster führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist genau die Beseitigung dieser Nachteile.
Das Dokument JP-A-57-58216 beschreibt einen Magnetkopf, der ein Substrat und zwei Magnetstücke umfasst, die, vom Substrat aus gesehen, aufeinander und nicht nebeneinander angeordnet sind. Eine leitende Spule umgibt nur eines der Magnetstücke. Diese Spule umfasst eine untere, in dem Substrat vergrabene Schicht, und eine obere Schicht, die zwischen den beiden Magnetstücken enthalten ist.
Das Dokument JP-A-52-28307 beschreibt einen ähnlichen Kopf mit Leitern, die in parallelen Senken angeordnet sind.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung schlägt vor, einen Teil der Spule in das Substrat zu integrieren, nämlich die untere Leiter-Lage. In der Praxis ist die untere Lage in einer Senke angeordnet, die in dem Substrat vorgesehen ist. Derart wird die Dicke des Kopfes reduziert und korrelativ werden die oben genannten Probleme beseitigt.
Genaugenommen umfasst die Erfindung einen senkrechten Magnetkopf mit einem massiven Substrat, einem Magnetkreis mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Polschuh, vom Substrat aus gesehen Seite an Seite angeordnet und durch einen unmagnetischen Spalt getrennt, wobei dieser Magnetkreis wenigstens einen nicht in dem Substrat vergrabenen Teil umfasst und eine leitende Spule den Teil des Magnetkreises umgibt, der nicht in dem Substrat vergraben ist. Dabei ist dieser Kopf dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Spule durch eine untere Lage von Leitern gebildet wird, angeordnet in wenigstens einer in dem Substrat hergestellten Senke, unter dem nichtvergrabenen Teil und in das Substrat integriert, und eine obere Lage von Leitern, die den nichtvergrabenen Teil überlappen.
Nach einer ersten Ausführungsart umfasst der Magnetkreis ein hinteres Magnetschlussteil und ein erstes und ein zweites Magnetseitenteil, die magnetisch mit dem hinteren Magnetschlussteil und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Polschuh verbunden sind, wobei das erste und das zweite Magnetseitenteil jeweils einen nichtvergrabenen Teil des Magnetkreises bilden und die · leitende Spule wenigstens eine Wicklung umfasst, die wenigstens das erste und/oder das zweite Magnetseitenteil umgibt, wobei diese Wicklung eine untere Lage aus Leitern umfasst, die unter dem ersten und/oder dem zweiten Magnetseitenteil verlaufen und diese Lage dabei in das Substrat integriert ist, und eine obere Lage, die das erste und/oder zweite Seitenteil überlappt. Die Magnetseitenteile sind direkt mit den anderen Elementen des Magnetkreises verbunden (hinteres Magnetschlussteil und Polschuhe) oder durch eine Isolierschicht von kontrollierter Dicke (z. B. SiO&sub2; oder Aluminiumoxid mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 um). Die Verwendung einer Isolierschicht ist bei Hochfrequenzbetrieb vorzuziehen.
Vorteilhafterweise sind auch die Polschuhe in das Substrat integriert.
Wieder vorteilhafterweise ist auch das hintere Magnetschlussteil in das Substrat integriert.
Wenn das Substrat nicht aus Isoliermaterial ist, also leitend oder halbleitend ist, realisiert man die untere Leiter- Lage, indem man die genannten Senken in das Substrat ätzt, wobei diese Senken mit Isoliermaterial gefüllt werden, in dem anschließend die Leiter realisiert werden. Dies ist insbesondere bei einem Siliciumsubstrat der Fall.
Bei einer anderen Ausführungsart umfasst der Magnetkreis ein hinteres Magnetschlussteil, das den nichtvergrabenen Teil des Kreises bildet, und die leitende Spule umfasst eine dieses hintere Schlussteil umgebende Wicklung, mit einer unter dem hinteren Magnetschlussteil verlaufenden unteren Lage von Leitern, wobei diese untere Lage in dem Substrat vergraben ist, und einer das hintere Magnetschlussteil überlappenden obereren Lage.
Vorteilhafterweise ist das hintere Magnetschlussteil magnetisch mit dem ersten und dem zweiten Polschuh verbunden, ohne dass Magnetseitenteile vorhanden sind.
Bei dieser Variante können der erste und der zweite Polschuh in dem Substrat vergraben sein.
Nach noch einer anderen Ausführungsart bilden der erste und der zweite Polschuh den nicht in dem Substrat vergrabenen Teil des Magnetkreises und die leitende Spule umgibt wenigstens einen der genannten ersten und zweiten Polschuhe, wobei diese leitende Spule eine untere Lage von wenigstens unter einem der Polschuhe verlaufenden Leitern umfasst und in dem Substrat vergraben ist, sowie eine obere Leiterlage, die wenigstens einen der Polschuhe überlappt.
Die vorliegende Erfindung hat auch ein Herstellungsverfahren eines wie oben definierten senkrechten Magnetkopfs zum Gegenstand. Dieses Verfahren besteht darin, auf einem massiven Substrat einen Magnetkreis mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Polschuh zu bilden, vom Substrat aus gesehen Seite an Seite angeordnet und durch einen unmagnetischen Spalt getrennt, wobei dieser Magnetkreis wenigstens einen nicht in dem Substrat vergrabenen Teil umfasst, und außerdem darin, eine leitende Spule um den nichtvergrabenen Teil des Kreises zu bilden, wobei diese Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man die leitende Spule bildet, indem man eine untere Lage von Leitern ausbildet, die unter dem nichtvergrabenen teil verlaufen, und indem man diese untere Lage in wenigstens einer Senke vergräbt, hergestellt in dem Substrat, und indem man eine obere, den nichtvergrabenen Teil des Magnetkreises überlappende Lage von Leitern ausbildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Ausführungs- bzw. Anwendungsarten, die den Herstellungsarten des Kopfes entsprechen (Bildung eines Magnetkreises mit nur einem hinteren Magnetschlussteil oder ohne dieses Teil).

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

- Die Fig. 1, schon beschrieben, zeigt einen bekannten Magnetkopf des Sandwich-Typs;
- die Fig. 2, schon beschrieben, zeigt einen bekannten Magnetkopf mit Planarspule;
die Fig. 3, schon beschrieben, zeigt einen bekannten Magnetkopf mit einer Spule des Soleniod-Typs;
- die Fig. 4, schon beschrieben, zeigt eine andere Ansicht des vorangehenden Kopfs;
- die Fig. 5 zeigt das Ausgangssubstrat eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- die Fig. 6 zeigt den Schritt zur Bildung einer ersten Senke im Längsschnitt;
- die Fig. 7 zeigt den Abscheidungsschritt einer Isolierschicht;
- die Fig. 8 zeigt, wieder im Längsschnitt, das Aufwachsen einer doppelten Magnetschicht;
- die Fig. 9 zeigt den ersten hergestellten Polschuh im Längsschnitt;
- die Fig. 10 zeigt denselben ersten Polschuh, aber in der Draufsicht;
- die Fig. 11 zeigt die Bildung einer zweiten Senke;
- die Fig. 12 zeigt einen zweiten Polschuh im Schnitt;
- die Fig. 13 zeigt die beiden Polschuhe und das hintere Magnetschlussteil in der Draufsicht;
die Fig. 14 zeigt einen der vorderen Polschuhe und das hintere Magnetschlussteil im Querschnitt;
- die Fig. 15 zeigt den Ätzschritt einer Senke für die untere Spulenleiterlage;
- die Fig. 16 zeigt die mit einem elektrischen Isolator gefüllte Senke;
- die Fig. 17 zeigt die untere Lage von Leitern und die Maske für die magnetische Kontaktherstellung im Querschnitt;
- die Fig. 18 zeigt den in diesem Stadium hergestellten Teilaufbau in der Draufsicht, mit seinen beiden Polschuhen, seinem hinteren Magnetschlussteil und seiner unteren Leiterlage;
- die Fig. 19 zeigt ein Magnetseitenteil des Magnetkreises im Querschnitt;
- die Fig. 20 zeigt den in diesem Stadium hergestellten Teilaufbau in der Draufsicht;
- die Fig. 21 zeigt den Herstellungsschritt der elektrischen Verbindungselemente im Querschnitt;
- die Fig. 22 zeigt ein Detail dieser elektrischen Verbindungselemente in der Draufsicht;
die Fig. 23 zeigt den Herstellungsschritt der oberen Leiterlage im Querschnitt;
- die Fig. 24 zeigt ein Detail dieser oberen Leiter in der Draufsicht;
- die Fig. 25 zeigt den Herstellungsschritt der Kontaktelemente der leitenden Spule im Schnitt;
- die Fig. 26 zeigt den nach diesem Herstellungsbeispiel ausgeführten Kopf in der Draufsicht;
- die Fig. 27 zeigt eine Variante mit überkreuzter Ausrichtung der Magnetisierung;
- die Fig. 28 zeigt eine andere Ausführungsart, wo der Magnetkreis nur zwei nichtintegrierte Polschuhe umfasst, mit einer Spule um einen der Polschuhe;
- die Fig. 29 zeigt eine wieder andere Ausführungsart, wo der Magnetkreis zwei Polschuhe und ein hinteres, nicht integriertes Magnetschlussteil umfasst, wobei die Spule um dieses hintere Magnetschlussteil gewunden ist;
- die Fig. 30 zeigt dieselbe Ausführungsart, aber mit einer anderen Form des hinteren Magnetschlussteils.

Detaillierte Darstellung von Ausführungsarten

Nun wird in Verbindung mit den Fig. 5 bis 27 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkopfs beschrieben. Selbstverständlich dienen die genannten Materialien und die angegebenen Abmessungen nur der Erläuterung und sind keinesfalls einschränkend.
Man beginnt bei der beschriebenen, besonderen Ausführungsart mit einem massiven Siliciumsubstrat 40 der kristallographischen Orientierung < 110> (Fig. 5). Es kann jede andere kristallögraphische Orientierung gewählt werden, um das Azimut des Kopfes variieren zu können. Man scheidet auf diesem Substrat mittels LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition") eine Schicht 42 aus Isoliermaterial SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; ab. Diese Isolierschicht 42 kann eine Dicke von 40 nm (oder 0,04 um) haben. Durch eine Lithographieoperation definiert man die Form des ersten Polschuhs und man bringt diverse Schleif-Bezugspunkte an. Man ätzt dann die Schicht 42 und führt eine anisotrope Ätzung des Substrats durch, z. B. mit einer KOH-Lösung, was eine erste Senke 44 entstehen lässt (Fig. 6), deren eine Flanke in diesem Fall senkrecht ist entsprechend den < 111> -Flächen des Siliciums. Anschließend entfernt man die Schicht 42, die als Maske gedient hat.
Anschließend führt man eine thermische Oxidation des Ganzen durch, um eine Schicht 46 aus SiO&sub2; zu bilden (Fig. 7). Diese Schicht kann eine Dicke von 0,2 um haben.
Anschließend scheidet man in der Senke ein magnetisches Material ab. Dies kann z. B. durch elektrolytisches Wachstum erfolgen. Dazu scheidet man durch Sputtern eine leitende Unterschicht von 0,1 um Dicke ab, z. B. aus NiFe. Durch eine erste Lithographie bildet man eine Maske, z. B. aus Resist, die eine Öffnung gegenüber der auf dem Boden der Senke befindlichen Unterschicht aufweist. Man führt anschließend eine. NiFe- Elektrolyse durch, z. B. unter einem Magnetfeld, um eine Magnetschicht mit magnetischen Domänen zu erhalten, die parallel zum Spalt ausgerichtet sind. Anschließend entfernt man das Resist.
Man kann zweifach vorgehen und zwischen den beiden Magnetschichten eine Isolierschicht und eine leitende Unterschicht vorsehen, um die Hochfrequenz-Leistungen zu verbessern. Für eine Gesamtdicke der Polschuhe von 6 um kann man z. B. zwei NiFe- Schichten herstellen (einschließlich der leitenden Unterschichten aus NiFe), jede mit 3 um und getrennt durch eine Isolierschicht aus SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; oder Al&sub2;O&sub3; mit einer Dicke von 0,1 um. Zwei dieser magnetischen Schichten sind in der Fig. 8 mit 48&sub1; und 48&sub2; bezeichnet.
Anschließend führt man eine mechanische Planarisierung des Aufbaus durch, bis zur Schicht 46, um den ersten Polschuh 50&sub1; zu erhalten. Dieses Teil ist in der Fig. 9 im Schnitt und in der Fig. 10 in der Draufsicht dargestellt.
Man scheidet anschließend auf dem hergestellten Teilaufbau eine zweite Isolierschicht ab, z. B. aus SiO&sub2; mit einer Dicke von 0,2 um. Durch Lithographie definiert man eine Öffnung, und durch eine isotrope Ätzung, bei der die SiO&sub2;-Schicht und die restliche Schicht 46 als Maske dienen, gräbt man eine zweite Senke 52 (Fig. 11), z. B. mit Hilfe eines UHF-Plasmas, um eine gute Selektivität in Bezug auf das Siliciumoxid zu haben. Während des Ätzens der zweiten Senke 52 ätzt man auch eine hintere Senke, die man in der Fig. 11 nicht sieht, die man aber in nachfolgenden Figuren sieht, insbesondere in der Fig. 13. Man entfernt anschließend die Maske und was von der Fig. 46 an der Oberfläche übrig geblieben ist und scheidet in der zweiten Senke 52 und in der hinteren Senke ein magnetisches Material ab. Man kann wieder mit elektrolytischem Aufwachsen von NiFe fortfahren, wie vorhergehend, und dies mit einer Schicht oder zwei durch eine Isolierschicht getrennten Schichten.
Man planarisiert den Aufbau mechanisch bis der senkrechte Teil der Isolierschicht 46 erscheint, der den Spalt 46 bilden wird. Man erhält dann die beiden Polschuhe 50&sub1; und 50&sub2;, so wie in der Fig. 12 im Schnitt dargestellt. Die Fig. 13 zeigt in der Draufsicht dieselben Polschuhe 50&sub1; und 50&sub2;, getrennt durch den Spalt 46, und ebenfalls das hintere Magnetschlussteil 60, das dazu dient, den Magnetkreis zu schließen.
Die Fig. 13 ermöglicht ebenfalls, die beiden Schnitt-Typen zu erläutern, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, nämlich einen sogenannten Längsschnitt gemäß einer Linie AA, die durch die Polschuhe verläuft, und einem sogenannten Querschnitt gemäß der Linie BB, der durch einen der Polschuhe (im vorliegenden Fall den zweiten 50&sub2;) und den hinteren Magnetschlussteil 60 verläuft. Die oben beschriebenen Schnitte waren alle Längsschnitte gemäß AA. Die nachfolgenden Schnitte sind alle Querschnitte gemäß BB.
Die Fig. 14 zeigt also den Querschnitt des in diesem Stadium des Verfahren hergestellten Teilaufbaus mit dem zweiten Polschuh 502 und dem hinteren Magnetschlussteil 60.
Anschließend ätzt man zwei seitliche Senken 62&sub1;, 62&sub2; (Fig. 15) zwischen den Polschuhen und dem hinteren Magnetschlussteil 60 (nur die Senke 62&sub2; ist in dem Schnitt der Fig. 15 zu sehen). Die Ätzung kann mit Hochfrequenzplasma erfolgen. Die Tiefe der Senken kann z. B. ungefähr 4 um-betragen.
Wenn das Substrat nicht isolierend ist, was bei dem beschriebenen Beispiel der Fall ist, wo das Substrat aus Silicium ist, scheidet man anschließend in den Senken ein Isoliermaterial ab, z. B. Siliciumdioxid mittels PECVD, und man planarisiert das Ganze z. B. mechanisch. Diesem Planarisieren kann eine Materialabtragung (détourage) durch Ätzen vorausgehen, um die zu planarisierende, isolierende Fläche zu begrenzen. Die Fig. 16 zeigt das die Senke füllende, planarisierte isolierende Material 64.
In diese Isolierschicht 64 ätzt man anschließend parallele Furchen, z. B. mittels Plasmaätzung, über eine Tiefe von 3 um. Anschließend scheidet man eine Unterschicht aus CrCu ab, z. B. durch Sputtern, und füllt die Senke z. B. mit Kupfer. In der Fig. 17 sieht man also im Querschnitt die in diesen Furchen hergestellten Leiter. Sie bilden zwei untere Lagen 66&sub1;, 66&sub2;, zu sehen in der Fig. 18, die eine Draufsicht auf den Teilaufbau ist. Diese beiden unteren Lagen erstrecken sich zwischen den Polschuhen 50&sub1;, 50&sub2; und dem hinteren Magnetschlussteil 60.
Der Unteraufbau wird anschließend mit einer Isolierschicht 70 überzogen, die man in der Fig. 17 sieht, bestehend z. B. aus SiO&sub2;, abgeschieden durch PECVD mit einer Dicke von 1 um. Diese Schicht wird anschließend geätzt, z. B. mittels Plasmaätzung, um Öffnungen 72&sub1;, 72&sub2; über den Polschuhen, und 74&sub1;, 74&sub2; über den Enden des hinteren Magnetschlussteils 60 zu bilden. Diese Öffnungen sind in der Fig. 18 in der Draufsicht zu sehen. In der den Schnitt BB repräsentierenden Fig. 17 sind nur die Öffnungen 72&sub2; und 72&sub4; zu sehen.
Nach einer Ausführungsvariante wird eine isolierende Sperrschicht von 0,2 um, z. B. aus Al&sub2;O&sub3;, vor der Isolierschicht 70 abgeschieden. Diese Sperrschicht wird durch die Ätzung der Schicht 70 in den Öffnungen 72&sub1;, 72&sub2; und 74&sub1;, 74&sub2; freigelegt. Diese Sperrschicht wird in dem Magnetkreis beibehalten.
Das Verfahren setzt sich fort mit der Ausführung der beiden Magnetseitenteile, die den Magnetkreis vollständig machen. Dazu scheidet man zunächst eine Isolierschicht 80 ab (Fig. 19), deren Dicke gleich der Dicke der zukünftigen Magnetseitenteile ist. Man kann so eine SiO&sub2;-Schicht von 3 um durch PECVD abscheiden. Diese Schicht wird in den beiden Zonen geätzt, wo man die beiden Magnetteile bilden möchte, d. h. über den beiden unteren Lagen 66&sub1;, 66&sub2; von Leitern, die schon ausgeführt sind über den schon hergestellten Öffnungen 72&sub1;, 72&sub2;, 74&sub1;, 74&sub2;. Mittels Elektrolyse scheidet man anschließend ein magnetisches Material 82&sub1;, 82&sub2; nach den schon angegebenen Vorgehensweisen ab (Fig. 20). Man kann dieses Material lamellieren bzw. in dünnen Schichten aufbringen. Um eine gute Ausrichtung der magnetischen Domänen zu erzielen, kann die Elektrolyse unter einem Magnetfeld ausgeführt werden, wobei die Richtung dieses Magnetfelds diesmal senkrecht zu der Richtung des Spalts ist.
Der hergestellte Teilaufbau ist in der Fig. 20 als Draufsicht dargestellt. Man sieht die beiden Magnetseitenteile 82&sub1;, 82&sub2;, die jeweils die beiden unteren Lagen der Leiter 66&sub1;, 66&sub2; überqueren und die Verbindung zwischen dem hinteren Magnetschlussteil 60 und den beiden Polschuhen 50&sub1;, 50&sub2; herstellen.
Anschließend erfolgt die Herstellung der elektrischen Verbindungselemente, um die leitende Spüle fertigzustellen. Dazu scheidet man mittels PECVD eine isolierende Schicht 90 mit einer Dicke von 1 um ab (Fig. 21), z. B. aus SiO&sub2;. In diese Schicht ätzt man in Höhe der Seitenränder der beiden unteren Leiterlagen Öffnungen, wobei diese Ätzung ausreichend tief ist, damit die Enden der Leiter freigelegt werden. Bei dem bisher beschriebenen Beispiel setzt dies voraus, dass über die gesamte Höhe der Schichten 90, 80 und 70 geätzt wird, d. h. über 3 + 1 + 1 = 5 um. Die Öffnungen können eine Breite von 4 um haben und um 6 um beabstandet sein. Man füllt die so hergestellten Öffnungen wieder durch dasselbe elektrolytische Wachstumsverfahren mit einem Metall, z. B. Kupfer, um die elektrischen Verbindungselemente 84&sub2; zu erhalten, die auf den Enden der Leiter der beiden unteren Lagen 66&sub1;, 66&sub2; ruhen. Die Fig. 22 zeigt in der Draufsicht die Verbindungselemente 84&sub2; an den Enden, die sich längs des Innenrands des seitlichen Schlussteils 82&sub2; des Magnetkreises befinden. Vergleichbare Verbindungselemente existieren am Außenrand derselben Lage sowie der anderen tage.
Anschließend realisiert man eine obere Leiterlage, indem man eine Isolierschicht 94 mit einer der Dicke der gewünschten Lage entsprechenden Dicke abscheidet (Fig. 23). Beispielsweise scheidet man eine SiO&sub2;-Schicht von 3 um mittels PECVD ab. Man ätzt parallele Furchen, z. B. 8 um breit und um 2 um beabstandet. Diese Furchen gehen von einem Verbindungselement zum anderen. Man bildet wieder durch ein elektrolytisches Wachstumsverfahren zwei obere Lagen von Leitern 96&sub1;, 96&sub2;, die sich an jedem ihrer Enden auf den elektrischen Verbindungselementen abstützen, was die beiden Solenoide in sich selbst schließt. Die Fig. 23 zeigt die Leiter 96&sub2; im Schnitt BB in Höhe der Verbindungselemente 84&sub2;, und die Fig. 24 zeigt die komplette. Lage in der Draufsicht.
Bei dieser Operation scheidet man auch das leitende Material ab, das ermöglicht, die Verbindungen 98&sub1;, 98&sub2; zu bilden, um die Enden der Spule mit zukünftigen Kontaktelementen zu verbinden. Diese Leiter sind in der Fig. 26 in der Draufsicht dargestellt. Der Leiter 98&sub2; ist in der Fig. 23 im Schnitt zu sehen.
Es wurde also eine Doppelspule hergestellt, mit zwei unteren Lagen, die unter den Magnetseitenteilen verlaufen und in das Substrat integriert sind, zwei oberen Lagen, die über den Magnetseitenteilen verlaufen, und Verbindungselementen, die einen Leiter einer unteren Lage mit dem entsprechenden Leiter der oberen Lage verbinden. Um richtige Spulen zu erhalten, müssen die Leiter der Lagen selbstverständlich etwas schräg sein, damit das Ende eines unteren Leiters einem Ende eines oberen Leiters gegenübersteht, dessen anderes Ende einem Ende des dem ersten Leiter benachbarten unteren Leiters gegenübersteht.
Nun müssen noch die Kontaktelemente für den Anschluss dieser Spule hergestellt werden. Dazu scheidet man auf dem Ganzen eine Isolierschicht 100 ab (Fig. 25), deren Dicke gleich der Dicke des gewünschten Kontaktelements ist. Beispielsweise scheidet man mittels PECVD 1 um SiO&sub2; ab. Man ätzt diese Isolierschicht, um das Ende der Verbindungen 98&sub1;, 98&sub2; freizulegen, und man realisiert Kontaktelemente 102&sub1;, 102&sub2;, z. B. aus Gold, um eine gute Lötbarkeit der zukünftigen Anschlussdrähte sicherzustellen. Diese Kontaktelemente 102&sub1;, 102&sub2; werden vorteilhafterweise mittels Elektrolyse hergestellt, mit Hilfe einer vorher abgeschiedenen leitenden Unterschicht. Als Unterschicht kann man die Legierungen von CrAu, CrCu oder auch FeNi verwenden. Die Verbindungen 98&sub1;, 98&sub2; und die Kontaktelemente 102&sub1;, 102&sub2; sind in Fig. 26 in der Draufsicht zu sehen und die Verbindung 98&sub2; und das Kontaktelement 102&sub2; in der Fig. 25 als Schnitt gemäß BB. Die Fig. 26 entspricht einem kleineren Massstab als dem der vorangehenden Figuren. Er ermöglicht, den ganzen Kopf mit deinem mit 120 bezeichneten aktiven Teil und seinen Ausgangsverbindungen zu sehen.
Dem so hergestellten Ganzen kann eventuell ein Superstrat hinzugefügt werden, z. B. aus Silicium, um die Kontaktzone symmetrisch zum Aufzeichnungsträger zu machen. Dieses Superstrat darf selbstverständlich die Kontaktelemente nicht maskieren.
Es ist interessant, die als Einführung beschriebenen bekannten Strukturen mit denen der vorliegenden Erfindung zu vergleichen. So sind die Dicken der zwischen dem Substrat und dem Superstrat enthaltenen Materialien:
i) bei einem Kopf der vorhergehenden Technik, wie beschrieben in EP-A-0 467 263: untere Spule in 5 um Isoliermaterial, Polschuh von 6 um, obere Spule und Elemente in 5 um Isoliermaterial, also 16um Isoliermaterial insgesamt;
ii) bei einem erfindungsgemäßen Kopf: Schluss des Magnetkreises in 4 um Isoliermaterial, obere Spule und Elemente in 5 um Isoliermaterial, also 9 um Isoliermaterial insgesamt.
Der Gewinn bei der Dicke ist also deutlich. Die Probleme der Reibung, der unterschiedlichen Abnützung, der Eigen- und Wärmespannungen in den Isolierschichten sind folglich im Falle der Erfindung viel einfacher zu lösen als bei der vorhergehenden Technik.
Man kann die Effizienz des oben beschriebenen Magnetkopfes und seine Leistungen bei hohen Frequenzen noch erhöhen, indem man die magnetische Anisotropie und insbesondere die magnetische Ausrichtung der Domänen variiert, wie in Fig. 27 dargestellt. In dieser Figur sind nur die magnetischen Teile des Kopfes dargestellt, nämlich die durch zwei Schichten gebildeten Polschuhe 50&sub1;, 50&sub2;, die seitlichen Teile 82&sub1;, 82&sub2; und das hintere Magnetschlussteil 60, ebenfalls durch zwei Schichten gebildet. Die Pfeile geben die Ausrichtung der Magnetisierung an. In den Polschuhen 50&sub1;, 50&sub2; und in dem hinteren Magnetschlussteil 60 ist diese Ausrichtung parallel zu dem Spalt, während in den seitlichen Teilen 82&sub1;, 82&sub2; diese Ausrichtung diejenige der Achse der leichten Magnetisierung ist, die senkrecht zum Spalt ist.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsart umfasst der Magnetkreis zwei Polschuhe, zwei seitliche Teile und ein hinteres Teil für den magnetischen Schluss. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Ausführungsart beschränkt. Sie erstreckt sich im Gegenteil auf die Köpfe, die nur zwei Polschuhe umfassen, ohne seitliche Teile und hinteres Magnetschlussteil, oder zwei Polsschuhe und ein hinteres Magnetschlussteil. Die Fig. 28, 29 und 30 zeigen einige dieser möglichen Fälle.
In der Fig. 28 sieht man also einen schematisch dargestellten Magnetkopf, der nur zwei Polschuhe 50&sub1;, 50&sub2; und eine Spule 95 um einen von ihnen (50&sub1;) umfasst. Selbstverständlich ist es möglich, auch auf dem anderen Polschuh (50&sub2;) eine Spule zu haben. Bei dieser (diesen) Spule(n) ist die untere Lage von Leitern in das Substrat integriert.
Bei dieser Ausführungsart sind die Polschuhe nicht in das Substrat integriert.
In der Fig. 29 sieht man eine andere Ausführungsart, wo der Magnetkreis zwei Polsschuhe 50&sub1;, 50&sub2; umfasst, in das Substrat integriert oder nicht, und ein hinteres Magnetschlussteil 60, das nicht in das Substrat integriert ist. Die Spule 97 windet sich um dieses hintere Teil herum, mit einer unteren Lage von in das Substrat integrierten Leitern.
In dieser Fig. 29 ist das hintere Magnetschlussteil 60 gradlinig, in der Fig. 30 aber hufeisenförmig. Die Spule 99 windet sich dann um alle drei Zweige des hinteren Teils herum, wieder mit einer unteren Lage von in das Substrat integrierten unteren Leitern.
Andere Ausführungsarten innerhalb des Rahmens der Erfindung sind vorstellbar, wobei das Wesentliche ist, dass der Kopf zwei Polschuhe und wenigstens einen nichtvergrabenen Teil umfasst, wobei die Spule dann um diesen Teil herum angeordnet und ihre untere Lage von Leitern in das Substrat integriert ist.

Claims

1. Senkrechter Magnetkopf mit einem massiven Substrat (40) und einem Magnetkreis mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) vom Substrat (40) aus gesehen Seite an Seite angeordnet und durch einen unmagnetischen Spalt (46) getrennt, wobei dieser Magnetkreis wenigstens einen nicht in dem Substrat vergrabenen Teil umfaßt und eine leitende Spule den Teil des Magnetkreises umgibt, der nicht in dem Substrat vergraben ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die leitende Spule gebildet wird durch eine untere Lage von Leitern, angeordnet in wenigstens einer in dem Substrat (40) hergestellten Senke (62&sub1;, 62&sub2;), unter dem nichtvergrabenen Teil, wobei diese Lage in das Substrat (40) integriert ist, und eine obere Lage von Leitern, die den nichtvergrabenen Teil überlappen.

2. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis ein hinteres Magnetschlußteil (60) umfaßt und ein erstes und ein zweites Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;), die magnetisch mit dem hinteren Magnetschlußteil (60) und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) verbunden sind, wobei das erste und das zweite Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) jeweils einen nichtvergrabenen Teil des Magnetkreises bilden, und dadurch, daß die leitende Spule wenigstens eine Wicklung umfaßt, die wenigstens das erste und/oder das zweite Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) umgibt, wobei diese Wicklung eine untere Lage aus Leitern (66&sub1;, 66&sub2;), die unter dem ersten und/oder dem zweiten Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) verläuft und in das Substrat (40) integriert ist, und eine obere Lage (96&sub1;, 96&sub2;) umfaßt, die das erste und/oder zweite Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) überlappen.

3. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (40) halbleitend oder leitend ist, die untere Lage der Leiter (66&sub1;, 66&sub2;) in wenigstens einer in das Substrat (40) geätzten Senke (62&sub1;, 62&sub2;) angeordnet ist, aufgefüllt mit einem Isoliermaterial (64), wobei die Leiter dieser unteren Lagen in diesem Isolatormaterial (64) ausgebildet sind.

4. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) in das Substrat (60) integriert und in einer ersten und zweiten in das Substrat geätzten Senke (44, 52) angeordnet sind.

5. Magnetkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Magnetschlußteil (60) auch in das Substrat (40) integriert und in einer in das Substrat (40) geätzten Senke angeordnet ist.

6. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis ein hinteres Magnetschhußteil (60) umfaßt, das den nichtvergrabenen Teil des Kreises bildet; und dadurch, daß die leitende Spule (97, 99) eine dieses hintere Schlußteil (60) umgebende Wicklung umfaßt, mit einer unter dem hinteren Schlußteil (60) verlaufenden unteren Lage von Leitern (66&sub3;), wobei diese untere Lage in dem Substrat (40) vergraben ist, und einer das hintere Schlußteil (60) überlappenden obereren Lage (96&sub3;).

7. Magnetkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Schlußteil (60) magnetisch mit dem ersten und dem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) verbunden ist.

8. Magnetkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) in dem Substrat (40) vergraben sind.

9. Magnetkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) den nicht in dem Substrat vergrabenen Teil des Magnetkreises bilden und daß die leitende Spule (95) wenigstens einen der genannten ersten und zweiten Polschuhe (50&sub1;, 50&sub2;) umgibt, wobei diese leitende Spule (95) eine untere Lage von wenigstens unter einem der Polschuhe verlaufenden Leitern umfaßt und in dem Substrat vergraben ist, sowie eine obere Leiterlage, die wenigstens einen der Polschuhe überlappt.

10. Verfähren zur Herstellung eines senkrechten Magnetkopfs nach Anspruch 1, wobei dieses Verfahren darin besteht, auf einem massiven Substrat (40) einen Magnetkreis mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) zu bilden, vom Substrat (40) aus gesehen Seite an Seite angeordnet und durch einen unmagnetischen Spalt (46) getrennt, wobei dieser Magnetkreis wenigstens einen nicht in dem Substrat (40) vergrabenen Teil umfaßt, und eine leitende Spule um den nichtvergrabenen Teil des Kreises zu bilden, wobei diese Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die leitende Spule bildet, indem man eine untere Lage von Leitern ausbildet, die unter dem nichtvergrabenen Teil verlaufen, und indem man diese untere Lage in wenigstens einer Senke (62&sub1;, 62&sub2;) vergräbt, hergestellt in dem Substrat, und indem man eine obere, den nichtvergrabenen Teil des Magnetkreises überlappende Leiterlage bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem ein hinteres Magnetschlußteil (60) bildet und ein erstes und zweites Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;), magnetisch mit dem hinteren Magnetschlußteil (60) und jeweils mit dem ersten und dem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) verbunden, man die leitende Spule bildet, indem man wenigstens eine Wicklung um wenigstens eines der ersten und zweiten Magnetseitenteile (82&sub1;, 82&sub2;) realisiert, wobei die Wicklung hergestellt wird, indem zunächst eine unter dem ersten und/oder zweiten Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) verlaufende untere Lage von Leitern (66&sub1;, 66&sub2;) realisiert und diese untere Lage von Leitern (66&sub1;, 66&sub2;) in das Substrat. (40) integriert ist, und indem man eine obere, das erste und/oder das zweite Magnetseitenteil (82&sub1;, 82&sub2;) überlappende Lage von Leitern (96&sub1;, 96&sub2;) realisiert.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß, wobei das Substrat (40) halbleitend oder leitend ist, man wenigstens eine Senke (62&sub1;, 62&sub2;) in das Substrat 40 ätzt, man diese Senke(n) mit einem Isoliermaterial (64) füllt und man die Leiter der unteren Lage (66&sub1;, 66&sub2;) in diesem Isoliermaterial (64) bildet.

13. Verfähren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man auch den ersten und den zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) in das Substrat (40) integriert, indem man eine erste und eine zweite Senke (44, 52) in das Substrat (40) ätzt.

1. 4. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das hintere Magnetschlußteil (60) in das Substrat (40) integriert, indem man es in einer in das Substrat (40) geätzten Senke anordnet.

15. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkopfs nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Magnetkreis mit einem nicht in dem Substrat vergrabenen hinteren Magnetschlußteil (60) bildet, und man die leitende Spule um dieses hintere Magnetschlußteil (60) herum ausbildet, indem man eine unter dem hinteren Magnetschlußteil (60) verlaufende unter Lage von Leitern (66&sub3;) bildet, wobei diese untere Lage in dem Substrat (40) vergraben ist, und indem man eine obere, das hintere Schlußteil (60) überlappende obere Lage (96&sub3;) bildet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man das hintere Magnetschlußteil (60) in magnetischen Kontakt mit dem ersten und dem zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) bringt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und den zweiten Polschuh (50&sub1;, 50&sub2;) in das Substrat (40) integriert.

18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nichtvergrabene erste und zweite Polschuhe (50&sub1;, 50&sub2;) in dem Substrat (40) realisiert, und dadurch, daß man eine leitende Spule ausbildet, die wenigstens einen der genannten ersten und zweiten Polschuhe (50&sub1;, 50&sub2;) umgibt, wobei diese leitende Spule hergestellt wird, indem man in dem Substrat (40) einen untere Lage von Leitern vergräbt und indem man eine obere, den. Polschuh überlappende Lage von Leitern ausbildet.