EP1269466A1 - Tete magnetique integree pour l'enregistrement magnetique helicoidal sur bande et son procede de fabrication - Google Patents

Tete magnetique integree pour l'enregistrement magnetique helicoidal sur bande et son procede de fabrication

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Publication number
EP1269466A1
EP1269466A1 EP01919534A EP01919534A EP1269466A1 EP 1269466 A1 EP1269466 A1 EP 1269466A1 EP 01919534 A EP01919534 A EP 01919534A EP 01919534 A EP01919534 A EP 01919534A EP 1269466 A1 EP1269466 A1 EP 1269466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
magnetic head
thin layer
air gap
box
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01919534A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Micka[L Fievre
Jean-Baptiste Albertini
Pierre Gaud
Henri Sibuet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1269466A1 publication Critical patent/EP1269466A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3103—Structure or manufacture of integrated heads or heads mechanically assembled and electrically connected to a support or housing
    • G11B5/3106—Structure or manufacture of integrated heads or heads mechanically assembled and electrically connected to a support or housing where the integrated or assembled structure comprises means for conditioning against physical detrimental influence, e.g. wear, contamination
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3176—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps
    • G11B5/3179—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes
    • G11B5/3183—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes intersecting the gap plane, e.g. "horizontal head structure"

Definitions

  • the present invention relates to an integrated magnetic head for helical magnetic tape recording. It also relates to a method of manufacturing such an integrated magnetic head.
  • the main area of application for this magnetic head is magnetic recording. More specifically, it concerns consumer or professional video (home video recorders, camcorders) as well as computer recorders.
  • the other fields of application are computer mass storage (microcomputing, workstations and mainframe systems) and data storage on tape or disk for other consumer applications (multimedia, photo, audio ...) .
  • a magnetic recording medium for mass memories includes many tracks on which information is written in the form of magnetic domains. To increase the information density, the number of pieces of information per unit area is increased. For this, the width of the tracks and the interval separating them are reduced simultaneously until they are joined together as for example in the standard helical recording. Track width is precisely defined in each standard (for example 6.7 ⁇ m in Long-Play DVC systems).
  • FIG. 1 shows a particular case where the tracks 10 are adjacent. To avoid the problems of crosstalk between tracks, the bits are written at two opposite angles + i and -i with i different from 0 °.
  • a magnetic head 12a, 12b is assigned to each type of track.
  • the magnetic head 12a for. "reading and / or writing on a track on which the bits are written at the angle + i has a magnetic gap or spacer 14 located opposite the track (not shown) and having an azimuth other than 0 °.
  • the azimuth is the angle between the direction of the air gap 14 and a straight line perpendicular to the direction of travel of the track, symbolized by an arrow referenced D in FIG. 2. It is equal to the angle + i in the case of the head referenced 12a.
  • the air gap 14 has an azimuth equal to the angle -i.
  • the two heads can be assembled or not in a single system.
  • the magnetic recording heads which relate to this field and which are available on the market are manufactured by micro-machining. They are manufactured in a unitary fashion, without the advantages of collective technologies imported from microelectronics. However, with the current reduction in track widths, ' the required heads are becoming increasingly larger reduced. These dimensions are now reaching the limits of micro-machined technology.
  • FIGS. 3A to 3C are sectional views illustrating the main steps of producing a magnetic head according to the teaching of this document.
  • FIGS. 3A to 3C relate to an exemplary embodiment in which it is desired to manufacture an integrated head on silicon with an air gap azimuthed at 20 ° relative to the vertical of the sheet.
  • a silicon substrate 30 oriented ⁇ 115> and offset by 0.5 ° is used, in which a cavity 32 is formed from one of its main faces 31 (see FIG. 3A).
  • anisotropic etching is used. The etching defines an etching profile with in particular a pan 33 inclined according to the desired azimuth.
  • FIG. 3B shows the thermal oxide layer 34 formed on the etched face of the substrate 30.
  • the cavity is then filled with a magnetic material 35 which is possibly laminated to alleviate the problem of eddy currents.
  • a first pole piece is thus formed.
  • part of the oxide layer adjacent to the air gap 34A is eliminated.
  • Selective isotropic etching is then carried out so as to etch the substrate 30 without attacking the thermal oxide.
  • a second cavity 36 is formed (see FIG. 3C).
  • Cavity 36 is in turn filled with magnetic material to form the second pole piece 37.
  • One thus obtains two pole pieces 35 and 37 separated by an azimuth air gap 34A.
  • This technique has some drawbacks which can be grouped into two categories.
  • a 'first category concerns the problems of wear and a second category relates to the form 1 and the alignment of the pole pieces.
  • wear problems it is difficult to find a substrate which makes it possible "to produce the magnetic heads as is disclosed in the document FR-A-2 664 729 and which also has good mechanical properties to resist the wear that can occur from contact between the magnetic head and the magnetic strip, especially during the lifetime of a professional system.
  • a substrate of silicon to produce magnetic heads but silicon offers insufficient wear resistance for certain applications.
  • the technique proposed by document FR-A-2 664 729 makes it possible to perfectly align an edge of the pole pieces (that which corresponds to the face of the substrate from which the engravings are made ). However, this is not the case for the other edge which corresponds to the bottom of the two cavities.
  • the tolerances on the thicknesses of the pole pieces are increasingly tight. Given the etching inhomogeneities over the depth, it becomes difficult to maintain these tolerances.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment for which the second etching 36 'has passed under the air gap 34A of the magnetic head (see region 38). Such a head should be automatically removed. This makes it necessary to provide a second depth cavity such that the upper tolerance limit on the depth does not pass under the air gap.
  • the present invention was designed to jointly solve the problem of wear of the heads and that of their self-alignment.
  • a first object of the invention consists of an integrated magnetic head comprising a thin layer structure, the thin layer structure containing, in the edge of the structure constituting the reading and / or writing face of the magnetic head, two pole pieces separated by an air gap and in longitudinal alignment, the pole pieces being contained in the transverse direction with respect to the structure between parallel planes of the thin layer structure, the magnetic head comprising two layers of wear-resistant material that frame the thin layer structure for reinforce the wear resistance of the reading and / or writing face, characterized in that it also comprises a layer-shaped element containing the complementary circuits of the magnetic head, between the thin layer structure and a layer of wear-resistant material.
  • the air gap is an azimuth air gap.
  • the wear-resistant material can be chosen from Al 2 0 3 -TiC, CaTi0 3 and Zr0 2 .
  • the thin layer structure may include a layer of monocrystalline silicon containing the pole pieces. It can also include a layer, called the stop layer, forming one of the parallel planes of the thin layer structure.
  • This barrier layer can be made of Si0 2 .
  • the pole pieces can be laminated pole pieces.
  • a second object of the invention is a magnetic reading and / or writing device consisting of a stack of magnetic heads as defined above.
  • a third object of the invention consists of a method for producing at least one integrated magnetic head, comprising the steps of:
  • a substrate comprising a support covered with a layer, called stop layer, itself covered with a thin layer of monocrystalline material of appropriate orientation, - anisotropic etching of a first box in said thin layer with a view to accommodating therein a first pole piece of magnetic head, the etching revealing the stop layer and providing a sidewall of a box in a direction corresponding to a desired azimuth for the air gap of the magnetic head, - formation on the side of the box of a layer of air-gap material,
  • the step of supplying a substrate comprises supplying a substrate of the silicon-on-insulator type, the insulator being a layer silicon oxide.
  • the step of forming a layer of air-gap material on the side of the box can then be a step of thermal oxidation.
  • the boxes can be filled by electrolytic deposition followed by planarization of the magnetic material deposited.
  • This electrolytic deposition can be carried out alternately with the deposition of insulating layers in order to obtain a laminated magnetic material.
  • the removal of the support can be obtained by selective etching.
  • FIG. 2 already described, schematically represents a system of magnetic heads for reading and / or writing on a recording medium with contiguous tracks
  • FIGS. 3A to 3C are sectional views illustrating the main steps of producing a magnetic head according to the prior art
  • - Figure 4 already described, is a sectional view illustrating a defective magnetic head , made according to known art
  • FIGS. 5A to 5H illustrate the production of an integrated magnetic head for helical recording on tape according to the present invention. They are cross-sectional views.
  • FIG. 5A shows a silicon-on-insulator substrate 40 (or SOI substrate) comprising a silicon support 41 successively covered with a layer of silicon oxide 42 and with a thin layer of monocrystalline silicon 43.
  • the silicon layer 43 is chosen with a crystal orientation appropriate to the desired air azimuth.
  • the thickness of the layer 43 is also chosen as a function of the desired thickness for the pole pieces to be formed.
  • the SOI substrate 40 will be subjected to operations well known to those skilled in the art in microelectronics.
  • the thin layer 43 is subjected locally to an anisotropic etching until reaching the oxide layer 42.
  • the etching time can be a little longer than expected in order to eliminate any trace of silicon on the revealed oxide layer 42 .
  • a first box 44 is obtained, the side 45 of which is oriented in accordance with the desired azimuth.
  • a layer of silicon oxide 46 is then formed on the surface of the thin layer 43. A portion 46A of this oxide layer 46 covers the side 45 of the box
  • This part 46A will constitute the air gap of the magnetic head.
  • the bottom of the box 44 does not receive additional oxide since this bottom is already made of silicon oxide and can therefore no longer be oxidized.
  • An electrolytic deposit of magnetic material followed by planarization makes it possible to fill the box 44 with magnetic material to constitute the first pole piece 47 (see FIG. 5C).
  • the electrolytic deposition can optionally be carried out in alternation with the deposition of electrically insulating layers in order to obtain a laminated magnetic material to limit the eddy currents.
  • the second box 48 is filled with magnetic material, in the same way as for the first box, in order to constitute the second pole piece 49.
  • the upper face 50, or free face of the device, is therefore a flat face.
  • the next step consists in making or fixing on the free face 50 an element 51 in the form of a layer and containing the complementary circuits of the magnetic head (for example the solenoids). At this stage, the functional part of the magnetic head is finished.
  • a first layer 52 of wear-resistant material is then fixed to the element 51 in the form of a layer (see FIG. 5G).
  • the support 41 can then be eliminated. This can be done by selective etching, the oxide layer 42 also serving as an etching stop layer.
  • a second layer 53 of wear-resistant material is then fixed on the. oxide layer 42.
  • the electrical contacts can be taken up on layer 52, for example using intra-connections or by etching through layer 52.
  • the layers of wear-resistant material 52 and 53 can be made of Al 2 0 3 -TiC, CaTi0 3 or Zr0 2 .
  • the thin layer 43 of silicon may have a thickness of 8 ⁇ m.
  • the air gap 46A can have a thickness of 0.09 ⁇ m.
  • the production method according to the invention has been described from an SOI substrate. However. - the process remains valid if the thin surface layer is made of another monocrystalline material.
  • the stop layer may also be made of a material other than silicon oxide, provided that this material stops etchings and can be buried under a thin monocrystalline layer.
  • the types of etching may be different, for example of the type used in document FR-A-2 716 995. In this case, the advantages provided by the present invention remain, but the etchings are different and the air gap n is not azimuth.
  • the present invention makes it possible to solve the problem of wear of the silicon by making the head-strip contact bear on an assembly made up for the most part of wear-resistant materials.
  • the process makes it possible to obtain pole pieces that are self-aligned on both sides since the etching inhomogeneities are overcome by relying on the buried stop layer.
  • the thickness of the pole pieces can be calibrated through the chosen thickness of the thin layer 'of the SOI substrate.
  • the SOI substrates currently available offer very good tolerances which make it possible to comply with the specifications of the recording standards.
  • the frequency resistance of the magnetic heads is improved since the thickness of magnetic material and the induced currents are minimized.
  • the invention allows a collective process for manufacturing magnetic heads from the same substrate. It allows multiple heads to be produced using several structures of the type shown in FIG. 5E to stack several levels of pole pieces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)

Abstract

L'invention concerne une tête magnétique intégrée comprenant une structure en couche mince, la structure en couche mince contenant, dans la tranche de la structure constituant la face de lecture et/ou d'écriture de la tête magnétique, deux pièces polaires (47, 49) séparées par un entrefer (46A) et en alignement longitudinal. Les pièces polaires sont contenues dans le sens transversal par rapport à la structure entre des plans parallèles de la structure en couche mince, la tête magnétique comprenant deux couches de matériau résistant à l'usure (52, 53) qui encadrent la structure en couche mince pour renforcer la résistance à l'usure de la face de lecture et/ou d'écriture.

Description

TETE MAGNETIQUE INTEGREE POUR L'ENREGISTREMENT MAGNETIQUE HELICO DAL SUR BANDE ET SON PROCEDE DE
FABRICATION
Domaine technique
La présente invention concerne une tête magnétique intégrée pour 1 ' enregistrement magnétique hélicoïdal sur bande. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle tête magnétique intégrée.
Le domaine principal d'application de cette tête magnétique est l'enregistrement magnétique. Plus précisément, il concerne la vidéo grand public ou professionnelle (magnétoscopes de salon, caméscopes) ainsi que les enregistreurs informatiques . Les autres domaines d'application sont les mémoires de masse informatiques (micro-informatique, stations de travail et gros systèmes) et le stockage de données sur bande ou disque pour d'autres applications grand public (multimédia, photo, audio... ) .
Etat de la technique antérieure
- Un support d'enregistrement magnétique pour mémoires de masse (vidéo, audio ou informatique) comprend de nombreuses pistes sur lesquelles sont inscrites des informations sous forme de domaines magnétiques. Pour augmenter la densité d'informations, on augmente le nombre d'informations par unité de surface. Pour cela, on diminue la largeur des pistes et simultanément l'intervalle les séparant jusqu'à les rendre jointives comme par exemple dans le standard enregistrement hélicoïdal. La largeur de piste est précisément définie dans chaque norme (par exemple 6,7 μm dans les -systèmes DVC Long-Play) .
La figure 1 montre un cas particulier où les pistes 10 sont adjacentes. Pour éviter les problèmes de diaphonies entre pistes, les bits sont inscrits suivant deux angles opposés +i et -i avec i différent de 0°.
Comme on peut le voir sur la figure 2 , pour la lecture et/ou l'écriture d'informations, une tête magnétique 12a, 12b est attribuée à chaque type de piste. Par; exemple, la tête magnétique 12a pour." la lecture et/ou l'écriture sur une piste sur laquelle les bits sont inscrits suivant l'angle +i, possède un entrefer ou espaceur magnétique 14 situé en regard de la piste (non représentée) et possédant un azimut différent de 0°. L'azimut est l'angle entre la direction de l'entrefer 14 et une droite perpendiculaire à la direction de défilement de la piste, symbolisée par une flèche référencée D sur la figure 2. Il est égal à l'angle +i dans le cas de la tête référencée 12a.
Dans le cas de la tête magnétique 12b pour la lecture et/ou l'écriture des pistes sur lesquelles les bits sont inscrits suivant un angle -i, l'entrefer 14 présente un azimut égal à l'angle -i.
Les deux têtes peuvent être assemblées ou non en un système unique.
Actuellement, les têtes d'enregistrement magnétique qui concernent ce domaine et qui sont disponibles sur le marché sont fabriquées par microusinage. Elles sont fabriquées de manière unitaire, sans les avantages des technologies collectives importées de la microélectronique. Cependant, avec la réduction actuelle des largeurs de pistes,' les têtes nécessaires ont des dimensions de plus en plus réduites . Ces dimensions atteignent maintenant les limites de la technologie micro-usinée.
Une technique de fabrication alternative a été proposée dans la demande de brevet FR-A-2 664 729. II s'agit d'une technique de réalisation de têtes magnétiques intégrées avec un entrefer azimuté. Les figures 3A à 3C sont des vues en coupe illustrant les principales étapes de réalisation d'une tête magnétique selon l'enseignement de ce document. Les figures 3A à 3C sont relatives à un exemple de réalisation où l'on désire fabriquer une tête intégrée sur silicium avec -un entrefer azimuté à 20° par rapport à la verticale de la feuille. Pour ce faire, on utilise un substrat de silicium 30 orienté <115> et décalé de 0,5°, dans lequel on forme (voir la figure 3A) , à partir de l'une de ses faces principales 31, une cavité 32 par gravure anisotrope. La gravure définit un profil de gravure avec notamment un pan 33 incliné selon l'azimut désiré.
La gravure est suivie d'une oxydation thermique du substrat qui permet d'obtenir l'entrefer de la tête magnétique. La figure 3B montre la couche d'oxyde thermique 34 formée sur la face gravée du substrat 30. La partie 34A de la couche d'oxyde 34, déposée sur le pan 33, correspond à l'entrefer azimuté de la tête magnétique. La cavité est alors remplie par un matériau magnétique 35 qui est éventuellement feuilleté pour pallier au problème des courants de Foucault. Une première pièce polaire est ainsi constituée. Pour constituer la seconde pièce polaire, une partie de la couche d'oxyde adjacente à l'entrefer 34A est éliminée. On procède ensuite à une gravure isotrope sélective de manière à graver le substrat 30 sans attaquer l'oxyde thermique. Il se forme une seconde cavité 36 (voir la figure 3C) . La cavité 36 est à son tour remplie de matériau magnétique pour constituer la seconde pièce polaire 37. On obtient donc deux pièces polaires 35 et 37 séparées par un entrefer azimuté 34A. Cette technique présente quelques inconvénients qui peuvent être regroupés en deux catégories. Une' première catégorie concerne les problèmes d'usure et une deuxième catégorie concerne la forme et 1 ' alignement des pièces polaires . Pour ce qui est des problèmes d'usure, il est difficile de trouver un substrat qui permette."de réaliser les têtes magnétiques comme cela est divulgué dans le document FR-A-2 664 729 et qui ait aussi de bonnes propriétés mécaniques pour résister à l'usure que peut occasionner le contact entre la tête magnétique et la bande magnétique, surtout pendant la durée de vie d'un système professionnel. Classiquement, mais il ne s'agit là que d'un exemple, on utilise un substrat de silicium pour réaliser les têtes magnétiques, or le silicium offre une résistance à l'usure insuffisante pour certaines applications.
Pour ce qui concerne la forme des pièces polaires, la technique proposée par le document FR-A- 2 664 729 permet d'aligner parfaitement un bord des pièces polaires (celui qui correspond à la face du substrat à partir de laquelle sont réalisées les gravures). Cependant, ce n'est pas le cas de l'autre bord qui correspond au fond des deux cavités . Les tolérances sur les épaisseurs des pièces polaires (la dimension e indiquée sur la figure 3A) sont de plus en plus serrées. Compte tenu des inhomogénéités de gravure sur la profondeur, il devient difficile de tenir ces tolérances .
La partie des pièces polaires qui est située sous la ligne L de la figure 3C ne participe pas à 1 ' écriture des bits . Par contre elle participe aux courants induits*. Il y a alors intérêt à la minimiser.
Toujours en ce qui concerne la forme des pièces polaires, la figure 4 montre un exemple de réalisation pour lequel la seconde gravure 36' est passée sous l'entrefer 34A de la tête magnétique (voir la région 38) . Une telle tête doit être automatiquement éliminée. Ceci fait qu'il faut prévoir une seconde cavité de profondeur telle que la limite supérieure de tolérance sur la profondeur ne passe pas sous l'entrefer.
Tous ces problèmes font que la technique décrite dans le document FR-A-2 664 729, même si elle représente un important progrès par rapport aux têtes micro-usinées pour ce qui est notamment de l'alignement des pièces polaires, n'est pas simple et reste difficile à industrialiser.
Exposé de l'invention
La présente invention a été conçue pour régler conjointement le problème de l'usure des têtes et celui de leur auto-alignement.
Un premier objet de l'invention est constitué par une tête magnétique intégrée comprenant une structure en couche mince, la structure en couche mince contenant, dans la tranche de la structure constituant la face de lecture et/ou d'écriture de la tête magnétique, deux pièces polaires séparées par un entrefer et en alignement longitudinal, les pièces polaires étant contenues dans le sens transversal par rapport à la structure entre des plans parallèles de la structure en couche mince, la tête magnétique comprenant deux couches de matériau résistant à l'usure qui encadrent la structure en couche mince pour renforcer la résistance à l'usure de la face de lecture et/ou d'écriture, caractérisée en ce qu'elle comprend également un élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique, entre la structure en couche mince et une couche de matériau résistant à l'usure.
Eventuellement, l'entrefer est un entrefer azimuté .
Le matériau résistant à l'usure peut être choisi parmi Al203-TiC, CaTi03 et Zr02.
La structure en couche mince peut comprendre une couche de silicium monocristallin contenant les pièces polaires. Elle peut aussi comprendre une couche, dite couche d'arrêt, formant l'un des plans parallèles de la structure en couche mince. Cette couche d'arrêt peut être en Si02.
Les pièces polaires peuvent être des pièces polaires feuilletées.
Un deuxième objet de l'invention est un dispositif de lecture et/ou d'écriture magnétique constitué d'un empilement de têtes magnétiques telles que définies ci-dessus.
Un troisième objet de l'invention est constitué par un procédé de réalisation d'au moins une tête magnétique intégrée, comprenant les étapes de :
- fourniture d'un substrat comprenant un support recouvert d'une couche, dite couche d'arrêt, elle-même recouverte d'une couche mince de matériau monocristallin d'orientation appropriée, - gravure anisotrope d'un premier caisson dans ladite couche mince en vue d'y loger une première pièce polaire de tête magnétique, la gravure révélant la couche d'arrêt et procurant un flanc de caisson selon une direction correspondant à un azimut désiré pour l'entrefer de la tête magnétique, - formation sur le flanc de caisson d'une couche de matériau d'entrefer,
- remplissage du premier caisson par un matériau magnétique venant affleurer la face libre ' de ladite couche mince pour constituer la première pièce polaire,
- gravure isotrope d'un deuxième caisson dans ladite couche mince en vue d'y loger une deuxième pièce polaire de tête magnétique, la deuxième pièce polaire devant être séparée de la première pièce polaire par le matériau d'entrefer, la gravure révélant la couche d'arrêt,
- remplissage du deuxième caisson- par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la deuxième pièce polaire,
- fixation sur la face libre de ladite couche mince d'un élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique (circuits électriques, fermeture de circuits magnétiques par exemple) ,
- fixation d'une première couche de matériau résistant à l'usure sur l'élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires, - élimination du support pour révéler la couche d'arrêt,
- fixation d'une deuxième couche de matériau résistant à l'usure sur la couche d'arrêt,
- découpe transversale pour révéler sur la tranche de la couche mince de matériau monocristallin des pièces polaires constituées du matériau magnétique et séparées par un entrefer.
Avantageusement, l'étape de fourniture d'un substrat comprend la fourniture d'un substrat du type silicium-sur-isolant, l'isolant étant une couche d'oxyde de silicium. L'étape de formation sur le flanc de caisson d'une couche de matériau d'entrefer peut alors être une étape d'oxydation thermique.
Le remplissage des caissons peut être réalisé par dépôt électrolytique suivi d'une planarisation du matériau magnétique déposé. Ce dépôt électrolytique peut être réalisé en alternance avec le dépôt de couches isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté. L'élimination du support peut être obtenue par gravure sélective.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement une vue partielle d'un support d'enregistrement magnétique à pistes jointives,
- la figure 2, déjà décrite, représente schématiquement un système de têtes magnétiques pour la • lecture et/ou l'écriture sur un support- d'enregistrement à pistes jointives,
- les figures 3A à 3C, déjà décrites, sont des vues en coupe illustrant les principales étapes de réalisation d'une tête magnétique selon l'art connu, - la figure 4, déjà décrite, est une vue en coupe illustrant une tête magnétique défectueuse, réalisée selon l'art connu,
- les figures 5A à 5H illustrent différentes étapes de la réalisation d'une tête magnétique intégrée selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation de 1 ' invention
Les figures 5A à 5H illustrent la réalisation d'une tête magnétique intégrée pour l'enregistrement hélicoïdal sur bande selon la présente invention. Elles sont des vues en coupe transversale.
La figure 5A montre un substrat silicium- sur-isolant 40 (ou substrat SOI) comprenant un support 41 en silicium recouvert successivement d'une couche d'oxyde de silicium 42 et d'une couche mince de silicium monocristallin 43. La couche de silicium 43 est choisie avec une orientation cristalline appropriée à l'azimut d'entrefer désiré. L'épaisseur de la couche 43 est également choisie en fonction de l'épaisseur désirée pour les pièces polaires à constituer.
Le substrat SOI 40 va être soumis, à des opérations bien connues de l'homme de l'art en microélectronique. La couche mince 43 est soumise localement à une gravure anisotrope jusqu'à atteindre la couche d'oxyde 42. Le temps de gravure peut être un peu plus long que prévu afin d'éliminer toute trace de silicium sur la couche d'oxyde 42 révélée. On obtient un premier caisson 44 dont le flanc 45 est orienté conformément à l'azimut désiré.
On procède ensuite (voir la figure 5B) à une oxydation thermique du silicium de la couche mince
43. Il se forme alors une couche d'oxyde de silicium 46 à la surface de la couche mince 43. Une partie 46A de cette couche d'oxyde 46 recouvre le flanc 45 du caisson
44. Cette partie 46A constituera l'entrefer de la tête magnétique. Le fond du caisson 44 ne reçoit pas d'oxyde supplémentaire puisque ce fond est déjà en oxyde de silicium et ne peut donc plus être oxydé. Un dépôt électrolytique de matériau magnétique suivi d'une planarisation permet de remplir le caisson 44 de matériau magnétique pour constituer la première pièce polaire 47 (voir la figure 5C) . Le dépôt électrolytique peut éventuellement être réalisé en alternance avec le dépôt de couches électriquement isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté pour limiter les courants de Foucault.
On réalise ensuite (voir la figure 5D) la gravure d'un deuxième caisson 48 dans la couche mince
43 après avoir ouvert la couche d'oxyde 46 à l'endroit approprié. Il s'agit d'une gravure isotrope qui est menée jusqu'à révéler la couche d'oxyde 42 et qui s'arrête sur la partie 46A. Comme le montre la figure 5E, le deuxième caisson 48 est rempli de matériau magnétique, de la même façon que pour le premier caisson, afin de constituer la deuxième pièce polaire 49. La face supérieure 50, ou face libre du dispositif, est donc une face plane.
L'étape suivante, illustrée par la figure 5F, consiste à réaliser ou à fixer sur la face libre 50 un élément 51 en forme de couche et contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique (par exemple les solénoïdes) . A ce stade, la partie fonctionnelle de la tête magnétique est terminée.
Une première couche 52 de matériau résistant à l'usure est alors fixée sur l'élément 51 en forme de couche (voir la figure 5G) . Le support 41 peut alors être éliminé. Ceci peut être effectué par gravure sélective, la couche d'oxyde 42 servant également de couche d'arrêt à la gravure.
Une deuxième couche 53 de matériau résistant à l'usure est alors fixée sur la. couche d'oxyde 42. Les contacts électriques peuvent être repris sur la couche 52, par exemple à l'aide d'intra- connexions ou par gravure à travers la couche 52.
Les couches de matériau résistant à l'usure 52 et 53 peuvent être en Al203-TiC, en CaTi03 ou en Zr02.
A titre d'exemple, la couche mince 43 en silicium peut avoir une épaisseur de 8 μm. L'entrefer 46A peut avoir une épaisseur de 0,09 μm. Le procédé de réalisation selon l'invention a été décrit à partir d'un substrat SOI. Cependant,.- le procédé reste valable si la couche mince superficielle est en un autre matériau monocristallin. La couche d'arrêt peut également être en un autre matériau que l'oxyde de silicium pourvu que ce matériau arrête les gravures et puisse être enfoui sous une couche mince monocristalline. En outre, les types de gravure peuvent être différents, par exemple du type utilisé dans le document FR-A-2 716 995. Dans ce cas, les avantages apportés par la présente invention subsistent, mais les gravures sont différentes et l'entrefer n'est pas azimuté.
La présente invention permet de résoudre le problème d'usure du silicium en faisant porter le contact tête-bande sur un assemblage constitué en plus grande partie de matériaux résistants à l'usure. Le procédé permet d'obtenir des pièces polaires auto- alignées des deux côtés puisque l'on s'affranchit des inhomogénéités de gravure en s ' appuyant sur la couche d'arrêt enterrée. L'épaisseur des pièces polaires peut être calibrée grâce à l'épaisseur choisie pour la couche mince ' du substrat SOI. Les substrats SOI actuellement disponibles offrent des tolérances très bonnes qui permettent de respecter les spécifications des normes d'enregistrement. Le problème du passage de la seconde gravure sous 1.! entrefer, illustré par la figure 4, n'existe plus dans le cas de l'invention.
La tenue en fréquence des têtes magnétiques est améliorée puisque l'épaisseur de matériau magnétique et les courants induits sont minimisés.
L'invention permet un procédé collectif de fabrication des têtes magnétiques à partir d'un même substrat. Elle permet la réalisation de têtes multiples en utilisant plusieurs structures du type de celle représentée à la figure 5E pour empiler plusieurs niveaux de pièces polaires .

Claims

REVENDICATIONS
1. Tête magnétique intégrée comprenant une structure en couche mince, la structure en couche mince contenant, dans la tranche de la structure constituant la face de lecture et/ou d'écriture de la tête magnétique, deux pièces polaires (47,49) séparées par un entrefer (46A) et en alignement longitudinal, les pièces polaires étant contenues dans le sens transversal par rapport à la structure entre des plans parallèles .de la structure en couche mince, la tête magnétique comprenant deux couches de matériau résistant à l'usure (52, 53) qui encadrent la structure en couche mince pour renforcer la résistance à l'usure de la face de lecture et/ou d'écriture, caractérisée en ce qu'elle comprend également un élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique, entre la structure en couche mince et une couche (52) de matériau résistant à l'usure.
2. Tête magnétique intégrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrefer (46A) est un entrefer azimuté.
-3. Tête magnétique intégrée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau résistant à l'usure est choisi parmi Al203-TiC, CaTi03 et Zr02 -
4. Tête magnétique intégrée- selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisée en ce que la structure en couche mince comprend une couche de silicium monocristallin (43) contenant les pièces polaires (47, 49) .
5. Tête magnétique intégrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la structure en couche mince comprend aussi une couche, dite couche d'arrêt (42), formant l'un des plans parallèles de la structure en couche mince.
6. Tête magnétique intégrée selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche d'arrêt (42) est en Si02.
.
7. Tête magnétique intégrée selon 1 '.une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pièces polaires (47, 49) sont des pièces polaires feuilletées.
8. Dispositif de lecture et/ou d'écriture magnétique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un empilement de têtes magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Procédé de réalisation d'au .moins une tête magnétique intégrée, comprenant les étapes de :
- fourniture d'un substrat (40) comprenant un support (41) recouvert d'une couche, dite couche d'arrêt (42), elle-même recouverte d'une couche mince
(43) de matériau monocristallin d'orientation appropriée,
- gravure anisotrope d'un premier caisson
(44) dans ladite couche mince (43) en vue d'y loger une première pièce polaire de tête magnétique, la gravure révélant la couche d'arrêt .(42) et procurant un flanc
(45) de caisson selon une direction correspondant à un azimut désiré pour l'entrefer de la tête magnétique,
- formation sur le flanc (45) de caisson d'une couche (46A) de matériau d'entrefer, - remplissage du premier caisson (44) par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la première pièce polaire (47) , - gravure isotrope d'un deuxième caisson
(48) dans ladite couche mince (43) en vue d'y loger une deuxième pièce polaire de tête magnétique, la deuxième pièce polaire devant être séparée de la première pièce polaire (47) par le matériau d'entrefer (46A) , la gravure révélant la couche d'arrêt (42),
- remplissage du deuxième caisson (48) .par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la deuxième pièce polaire (49) , - fixation sur la face libre de ladite couche mince d'un élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique,
- fixation d'une première couche (52) de matériau résistant à l'usure sur l'élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires,
- élimination du support (41) pour révéler la couche d'arrêt (42),
- fixation d'une deuxième couche (53) de matériau résistant à l'usure sur la couche d'arrêt
(42) ,
- découpe transversale pour révéler sur la tranche de la couche mince de matériau monocristallin des pièces polaires (47, 49) constituées du matériau magnétique et séparées par un entrefer (46A) .
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de fourniture d'un substrat comprend la fourniture d'un .substrat du type silicium-sur-isolant, l'isolant étant une couche d'oxyde de silicium.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de formation sur le flanc
(45) de caisson d'une couche de matériau d'entrefer est une étape d'oxydation thermique.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le remplissage, des caissons (44, 48) est réalisé par dépôt électrolytique suivi d'une planarisation du matériau magnétique déposé.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dépôt électrolytique est réalisé en alternance avec le dépôt de couches isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté .
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 , caractérisé en ce que l'élimination du support (41) est obtenue par gravure.
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