WO1990007177A1 - Process for filling a trough-shaped depression exactly - Google Patents

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WO1990007177A1
WO1990007177A1 PCT/EP1989/001277 EP8901277W WO9007177A1 WO 1990007177 A1 WO1990007177 A1 WO 1990007177A1 EP 8901277 W EP8901277 W EP 8901277W WO 9007177 A1 WO9007177 A1 WO 9007177A1
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depression
substrate
recess
preliminary product
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PCT/EP1989/001277
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Dietrich Stephani
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/1278Structure or manufacture of heads, e.g. inductive specially adapted for magnetisations perpendicular to the surface of the record carrier
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers

Definitions

  • the invention relates to a method for the exact filling of a trough-like depression in a substrate with a thin layer up to a level which is defined by the upper edge of the depression. Such a method is indicated in EP-B-0 185 289.
  • Magnetic heads for magnetic storage disk devices of high storage density which are to be produced using thin-film technology are generally formed on substrates carrying them. These substrates can be designed as missiles so that they can be guided aerodynamically over disk-shaped recording media of the storage device.
  • a trough-like depression see, for example, the EP-B mentioned at the beginning.
  • Corresponding depressions generally have a depth of between 0.5 and 20 ⁇ m and are considerably wider, the maximum extension being up to a few 100 ⁇ m.
  • the object of the present invention is therefore to design the method of the type mentioned at the outset in such a way that such reductions are at least largely avoided. According to the invention, this object is achieved by
  • a layer-shaped preliminary product of the layer to be produced is first deposited on the substrate provided with the recess, with a thickness which is at least equal to the depth of the substrate recess, a depression corresponding to the substrate recess being produced in the layered preliminary product,
  • the leveling layer and the auxiliary layer as well as the part of the preliminary product protruding from the substrate recess are etched off to the level of the upper edge of the substrate recess.
  • FIG. 1 schematically illustrates a magnetic head with a layer to be produced according to the invention as an exemplary embodiment. Individual method steps for producing this layer are indicated in FIGS. 2 to 8. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in the figures.
  • the thin-film magnetic head for writing and reading which is only partially illustrated as a longitudinal section in FIG. 1
  • known ring head-like embodiments with layer-by-layer construction for the principle of a longitudinal (horizontal) or in particular a vertical (vertical) magnet are used tization.
  • the head, generally designated 2 in the figure is formed in thin-film technology on a substrate 3, which can be designed as a missile in a known manner and is not further developed in the figure.
  • the substrate 3 and thus the magnetic head 2 are to be guided aerodynamically along a track at a low flight altitude relative to a recording medium known per se and corresponding to the intended magnetization principle. This direction of movement, relative to the head, of the recording medium rotating, for example, underneath it is indicated by an arrowed line denoted by v.
  • the magnetic head 2 has a magnetic guide body 5 that guides the magnetic flux and has two magnetic legs! 6 and 7. These magnetic legs each contain at least one magnetic layer 6a or 7a, each of which forms a magnetic pole P1 or P2 on its pole tips 8 and 9 facing the recording medium. Between the two poles P1 and P2, an air gap 10 is formed with an advantageously small longitudinal, that is, in the direction of movement v pointing g of less than 1 ⁇ m.
  • Each of the magnetic legs 6 and 7 is reinforced outside of the areas occupied by the pole tips 8 and 9 with an additional, relatively thick magnetic layer 6b or 7b.
  • the two reinforcement layers 6b and 7b are arranged so that they lie on the outer sides of the magnetic guide body 5.
  • the reinforcement layer 6b which is assigned to the magnetic leg 6 which leads in terms of the direction of movement v, is to be located in a trough-like depression 12.
  • This depression is worked into the substrate 3 and filled according to the invention with the reinforcement layer 6b exactly up to its upper edge K such that the surface 13 of the reinforcement layer 6b facing the magnetic layer 6a together with the non-recessed surface 14 of the substrate 3 in a common level E.
  • the distance between the two magnetic legs 6 and 7 is widened with respect to the gap width g, in that the rearward (trailing) magnetic leg 7 with respect to the direction of movement v extends in this area to a larger distance W with respect to the front , just formed and the substrate 3 facing magnetic leg 6 leads.
  • the magnetic leg 7 is attached to the magnetic leg 6 in a known manner on the side of the guide body facing away from the recording medium, so that the ring-head-like shape of the guide body 5 then results.
  • the intermediate space 16 thus existing in the guide body area extends at least one single or multi-layer coil winding 17 with which both the writing and the reading function can be performed.
  • the entire magnetic guide body 5 is covered on its outside with a hard protective layer 18.
  • a layer 20 of a photoresist is deposited on the surface 14 of the substrate lying in the plane E according to known photolithographic methods outside the area of the depression. After exposure and development of the photoresist layer 20, the entire surface of the substrate coated in this way is subjected to ion beam etching. The etching process is carried out until the lacquer layer 20 has been completely removed.
  • the substrate 3 in the non-coated area is also etched down to a depth t of, for example, 2 ⁇ m to form the desired depression 12 (FIG. 3).
  • the surface of the substrate structured in this way is coated at least in the region of the depression 12 and in the adjacent edge regions of the non-recessed surface 14, for example by means of a sputtering process, with a layered intermediate 22 made of the material of the reinforcement layer 6b to be produced (FIG 4).
  • This layered pre-product 22 thus also extends through the area of the trough-like depression 12 and has approximately a structuring corresponding to the structuring of the substrate.
  • the thickness d of the layered intermediate 22 corresponds in the range of the depression 12 at least approximately the depth t of the depression. However, the thickness d can optionally also be greater than the depth t.
  • a trough-like depression 25 corresponding to the substrate depression 12 is present in the surface 24 of the layered preliminary product 22, which has a relatively large maximum longitudinal and / or transverse extent a of, for example, approximately 200 ⁇ m and has a depth t 1 that is approximately equal the depth t of the depression 12.
  • a leveling of such a structured surface according to known leveling methods is not, however, readily possible. Because of the size of the extent a, these methods would lead to undesired indentations of the surface in the region of the depression 25. According to FIG. 5, it is therefore provided that the depression 25 is filled as far as possible with an auxiliary layer 26 made of a photoresist by means of photolithography.
  • the thickness d 1 of this auxiliary layer is set so that it is equal to the depth t 'of the depression 25.
  • the surface 27 of the auxiliary layer 26 therefore lies together with the non-lowered part of the surface 24 of the layered preliminary product 22 in a common intermediate plane e.
  • narrow channel-like trenches 29 remain in the region of the edges of the depression 25 between the auxiliary layer 26 and the layered preliminary product 22.
  • Such trenches 29 with a width b of at most a few micrometers can be leveled in a manner known per se.
  • the entire free surface of the layered intermediate 22 and the auxiliary layer 26 is leveled by means of a polymer layer 30, for example with a photoresist, of sufficient thickness.
  • the narrow trenches 29 are filled with the material of the leveling layer 30, without noticeable indentations of the surface the layer 30 occur in the region of these trenches.
  • the plastic material of the leveling layer 30 is then etched back up to the common intermediate plane e of the surface of the layered preliminary product 22 and the auxiliary layer 26, the trenches 29 remaining filled with the material of the leveling layer (FIG. 7).
  • Reactive ion beam etching with oxygen ions in argon or reactive ion etching with oxygen are particularly suitable as the etching method.
  • both the material of the layered preliminary product 22 projecting beyond the depression 12 in the substrate 3 and the material of the auxiliary layer 26 as well as the material located in the trenches 29 are removed up to the surface E of the substrate 3.
  • an approximately equal etching rate is advantageously provided for the material of the preliminary product 22 and for the plastic material (s) of the auxiliary layer 26 and the trenches 29. Reactive ion beam etching with nitrogen ions in argon is particularly suitable for this.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously in the production of a magnetic layer sunk in a substrate of a thin-film magnetic head.
  • the method according to the invention is not restricted to such an application. It can generally be used where there is a trough-like depression with a shallow depth and comparatively large expansion in any body with any material to be filled and leveled by thin film technology. It is particularly advantageous to fill and level recesses, the depth of which is between 0.2 ⁇ m and 20 ⁇ m, in particular between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m, and which are extended in a direction transverse thereto at least 20 ⁇ m, in particular over 100 ⁇ m.

Abstract

In the process, a layer of a preliminary product (22) of the layer to be formed is deposited on the substrate (3) provided with the depression (12), forming a cavity (25) corresponding to the depression (12) in the substrate. The cavity (25) of the preliminary product (22) is then almost filled with an auxiliary layer (26), leaving narrow, groove-like trenches (29). This structure is then provided with a levelling layer (30) thick enough to fill the trenches (29). Finally, the levelling layer (30) and the auxiliary layer (26) are completely removed by etching, and the part of the preliminary product (22) projecting above the depression (12) in the substrate is removed by etching to the level of the upper edge of the depression (12) in the substrate.

Description

Verfahren zur exakten Ausfüllung einer wannenartigen VertiefungProcess for the exact filling of a trough-like depression
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur exakten Aus¬ füllung einer wannenartigen Vertiefung in einem Substrat mit einer dünnen Schicht bis zu einer Ebene, die durch die Oberkan¬ te der Vertiefung festgelegt ist. Ein solches Verfahren ist in der EP-B-0 185 289 angedeutet.The invention relates to a method for the exact filling of a trough-like depression in a substrate with a thin layer up to a level which is defined by the upper edge of the depression. Such a method is indicated in EP-B-0 185 289.
In Dünnfilm-Technik herzustellende Magnetköpfe für Magnetspei¬ cherplatteneinrichtungen hoher Speicherdichte werden im allge¬ meinen auf sie tragenden Substraten ausgebildet. Diese Substra- te können als Flugkörper gestaltet sein, so daß sie aerodyna¬ misch über plattenförmigen Aufzeichnungsmedien der Speicherein- richtungeπ hinwegzuführen sind. Bei der Herstellung derartiger Magnetköpfe besteht vielfach die Forderung, daß man einzelne oder mehrere Schichten des Magnetkopfes in einer wannenartigen Vertiefung anordnen will (vgl. z.B. die eingangs genannte EP-B). Entsprechende Vertiefungen haben dabei im allgemeinen eine Tiefe zwischen 0,5 und 20 μm und sind wesentlich weiter ausgedehnt, wobei die maximale Ausdehnung bis zu einigen 100 μm betragen kann. Will man jedoch eine derartige Vertiefung mit aus der Dünnfilm-Technik bekannten Verfahren exakt bis zurMagnetic heads for magnetic storage disk devices of high storage density which are to be produced using thin-film technology are generally formed on substrates carrying them. These substrates can be designed as missiles so that they can be guided aerodynamically over disk-shaped recording media of the storage device. In the production of such magnetic heads, there is often the requirement that one or more layers of the magnetic head should be arranged in a trough-like depression (see, for example, the EP-B mentioned at the beginning). Corresponding depressions generally have a depth of between 0.5 and 20 μm and are considerably wider, the maximum extension being up to a few 100 μm. However, if one wants such a depression exactly by using methods known from thin-film technology
Oberkante der Vertiefung des Substrates mit einer entsprechend dünnen Schicht ausfüllen, so tritt bei bekannten Einebnungs- verfahren das Problem auf, daß es wegen der großen Ausdehnung der Vertiefung zu einer unerwünschten Absenkung der Oberfläche im Bereich der Vertiefung kommen kann.Filling the top edge of the recess of the substrate with a correspondingly thin layer, the problem arises with known leveling methods that the surface of the recess in the region of the recess can be undesirably lowered due to the large extent of the recess.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß derartige Ab¬ senkungen zumindest weitgehend vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,The object of the present invention is therefore to design the method of the type mentioned at the outset in such a way that such reductions are at least largely avoided. According to the invention, this object is achieved by
- daß auf dem mit der Vertiefung versehenen Substrat zunächst ein schichtförmiges Vorprodukt der herzustellenden Schicht mit einer Dicke abgeschieden wird, die zumindest gleich der Tiefe der Substratvertiefung ist, wobei in dem schichtförmi- gen Vorprodukt eine der Substratvertiefung entsprechende Ab¬ senkung entsteht,a layer-shaped preliminary product of the layer to be produced is first deposited on the substrate provided with the recess, with a thickness which is at least equal to the depth of the substrate recess, a depression corresponding to the substrate recess being produced in the layered preliminary product,
- daß dann in der Absenkung des Vorproduktes eine diese Absen¬ kung weitgehend ausfüllende Hilfsschicht mit einer Dicke aus- gebildet wird, die zumindest annähernd gleich der Tiefe der- That in the lowering of the preliminary product an auxiliary layer largely filling this lowering is formed with a thickness that is at least approximately equal to the depth of the
Absenkung des Vorproduktes ist, wobei zwischen dem Vorprodukt und der Hilfsschicht an der Vertiefungsoberkante nur schmale rinnenartige Gräben verbleiben,Lowering of the preliminary product is, with only narrow channel-like trenches remaining between the preliminary product and the auxiliary layer at the upper edge of the recess,
- daß anschließend dieser Aufbau mit einer hinreichend dicken Einebnungsschicht versehen wird, wobei die rinnenartigen Grä¬ ben mit ausgefüllt werden, und- That this structure is subsequently provided with a sufficiently thick leveling layer, the groove-like trenches also being filled in, and
- daß schließlich die Einebnungsschicht und die Hilfsschicht vollständig sowie der aus der Substratvertiefung herausragen- de Teil des Vorproduktes bis zu der Ebene der Oberkante der Substratvertiefung abgeätzt werden.- Finally, the leveling layer and the auxiliary layer as well as the part of the preliminary product protruding from the substrate recess are etched off to the level of the upper edge of the substrate recess.
Die mit dieser Ausgestaltung des Verfahrens verbundenen Vortei¬ le sind insbesondere darin zu sehen, daß auch bei einer ver- hältnismäßig großen Ausdehnung der Vertiefung in dem Substrat eine einwandfreie Einebnung und Ausfüllung dieser Vertiefung mit dem Material der herzustellenden Schicht ermöglicht wird. Wegen der Verwendung der Hilfsschicht sind nämlich die an den Rändern zur Vertiefungsoberkante verbleibenden Gräben so schmal, daß bei einer an sich bekannten Einebnung mit einer Einebnungsschicht im Bereich dieser Gräben praktisch keine Ab¬ senkungen der Oberfläche der Einebnungsschicht auftreten. Mit bekannten Abätzverfahren können deshalb die Einebnungsschicht sowie die Hilfsschicht bis zur Ebene der Oberkante der Vertie- fung sehr gleichmäßig abgetragen werden. Auf der so erhaltenen sehr glatten Ebene kann dann in bekannter Weise ein weiterer Aufbau in Dünnfilm-Technik, beispielsweise von Teilen eines Dünnfilm-Magnetkopfes, aufgebracht werden.The advantages associated with this embodiment of the method are to be seen in particular in the fact that even with a relatively large expansion of the depression in the substrate, a perfect leveling and filling of this depression with the material of the layer to be produced is made possible. Because of the use of the auxiliary layer, the trenches remaining at the edges of the upper edge of the recess are so narrow that, in the case of a leveling known per se with a leveling layer in the region of these trenches, practically no subsidence of the surface of the leveling layer occurs. With known etching processes, the leveling layer and the auxiliary layer can therefore be removed very uniformly up to the level of the upper edge of the recess. On the so obtained very smooth level, a further structure using thin-film technology, for example parts of a thin-film magnetic head, can then be applied in a known manner.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the method according to the invention emerge from the subclaims.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 als Ausführungsbei- spiel ein Magnetkopf mit einer erfindungsgemäß herzustellenden Schicht schematisch veranschaulicht ist. In den Figuren 2 bis 8 sind einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung dieser Schicht angedeutet. Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.To further explain the invention, reference is made below to the drawing, in which FIG. 1 schematically illustrates a magnetic head with a layer to be produced according to the invention as an exemplary embodiment. Individual method steps for producing this layer are indicated in FIGS. 2 to 8. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in the figures.
Bei dem in Figur 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. Das Substrat 3 und damit der Magnetkopf 2 sind relativ zu einem an sich bekannten, dem vorgesehenen Magnetisierungsprinzip ent¬ sprechenden 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 be¬ zeichnete gepfeilte Linie angedeutet.In the case of the thin-film magnetic head for writing and reading, which is only partially illustrated as a longitudinal section in FIG. 1, known ring head-like embodiments with layer-by-layer construction for the principle of a longitudinal (horizontal) or in particular a vertical (vertical) magnet are used tization. The head, generally designated 2 in the figure, is formed in thin-film technology on a substrate 3, which can be designed as a missile in a known manner and is not further developed in the figure. The substrate 3 and thus the magnetic head 2 are to be guided aerodynamically along a track at a low flight altitude relative to a recording medium known per se and corresponding to the intended magnetization principle. This direction of movement, relative to the head, of the recording medium rotating, for example, underneath it is indicated by an arrowed line denoted by v.
Der Magnetkopf 2 weist einen den magnetischen Fluß führenden, ringkopfähnlichen magnetischen Leitkörper 5 mit zwei Magnet- schenke! 6 und 7 auf. Diese Magnetschenkel enthalten jeweils mindestens eine Magnetschicht 6a bzw. 7a, die an ihren dem Auf¬ zeichnungsmedium zugewandten Polspitzen 8 und 9 jeweils einen Magnetpol Pl bzw. P2 ausbilden. Zwischen den beiden Polen Pl und P2 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 6b bzw. 7b verstärkt. Die beiden Verstärkungsschichten 6b und 7b sind dabei so angeordnet, daß sie an den Außenseiten des magnetischen Leitkörpers 5 liegen.The magnetic head 2 has a magnetic guide body 5 that guides the magnetic flux and has two magnetic legs! 6 and 7. These magnetic legs each contain at least one magnetic layer 6a or 7a, each of which forms a magnetic pole P1 or P2 on its pole tips 8 and 9 facing the recording medium. Between the two poles P1 and P2, an air gap 10 is formed with an advantageously small longitudinal, that is, in the direction of movement v pointing g of less than 1 μm. Each of the magnetic legs 6 and 7 is reinforced outside of the areas occupied by the pole tips 8 and 9 with an additional, relatively thick magnetic layer 6b or 7b. The two reinforcement layers 6b and 7b are arranged so that they lie on the outer sides of the magnetic guide body 5.
Wie ferner aus der Figur ersichtlich, soll sich die Verstär¬ kungsschicht 6b, welche dem hinsichtlich der Bewegungsrichtung v vorlaufenden Magnetschenkel 6 zugeordnet ist, in einer wan¬ nenartigen Vertiefung 12 befinden. Diese Vertiefung ist dabei in das Substrat 3 so eingearbeitet und erfindungsgemäß mit der Verstärkungsschicht 6b exakt bis zu ihrer Oberkante K so aus¬ gefüllt, daß die der Magnetschicht 6a zugewandte Oberfläche 13 der Verstärkungsschicht 6b zusammen mit der nicht-vertieften Oberfläche 14 des Substrates 3 in einer gemeinsamen Ebene E liegt.As can also be seen from the figure, the reinforcement layer 6b, which is assigned to the magnetic leg 6 which leads in terms of the direction of movement v, is to be located in a trough-like depression 12. This depression is worked into the substrate 3 and filled according to the invention with the reinforcement layer 6b exactly up to its upper edge K such that the surface 13 of the reinforcement layer 6b facing the magnetic layer 6a together with the non-recessed surface 14 of the substrate 3 in a common level E.
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. Der gesamte magnetische Leit- körper 5 ist auf seiner Außenseite mit einer harten Schutz¬ schicht 18 abgedeckt.In a central area of the ring head-like magnetic guide body 5, the distance between the two magnetic legs 6 and 7 is widened with respect to the gap width g, in that the rearward (trailing) magnetic leg 7 with respect to the direction of movement v extends in this area to a larger distance W with respect to the front , just formed and the substrate 3 facing magnetic leg 6 leads. Outside of this extended guide body area, the magnetic leg 7 is attached to the magnetic leg 6 in a known manner on the side of the guide body facing away from the recording medium, so that the ring-head-like shape of the guide body 5 then results. By between the two magnetic legs 6 and 7 in the The intermediate space 16 thus existing in the guide body area extends at least one single or multi-layer coil winding 17 with which both the writing and the reading function can be performed. The entire magnetic guide body 5 is covered on its outside with a hard protective layer 18.
Anhand der schematischen Längsschnitte der Figuren 2 bis 8 wer¬ den nachfolgend einzelne Schritte zu einer erfindungsgemäßen Herstellung der magnetischen Verstärkungsschicht 6b des in Fi¬ gur 1 veranschaulichten Magnetkopfes näher erläutert:Individual steps for producing the magnetic reinforcement layer 6b according to the invention of the magnetic head illustrated in FIG. 1 are explained in more detail below on the basis of the schematic longitudinal sections in FIGS. 2 to 8:
Um in dem Substrat 3 die wannenartige Vertiefung 12 auszubil¬ den, wird gemäß Figur 2 auf der in der Ebene E liegenden Ober- fläche 14 des Substrates nach bekannten photolithographischen Verfahren außerhalb des Bereichs der Vertiefung eine Schicht 20 aus einem Photolack abgeschieden. Nach Belichten und Ent¬ wicklung der Photolackschicht 20 wird die gesamte Oberfläche des so beschichteten Substrates einem Ionenstrahlätzen unter- zogen. 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 (Figur 3).In order to form the trough-like depression 12 in the substrate 3, a layer 20 of a photoresist is deposited on the surface 14 of the substrate lying in the plane E according to known photolithographic methods outside the area of the depression. After exposure and development of the photoresist layer 20, the entire surface of the substrate coated in this way is subjected to ion beam etching. The etching process is carried out until the lacquer layer 20 has been completely removed. The substrate 3 in the non-coated area is also etched down to a depth t of, for example, 2 μm to form the desired depression 12 (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 einem schichtförmigen Vor- produkt 22 aus dem Material der herzustellenden Verstärkungs¬ schicht 6b überzogen (Figur 4). Dieses schichtförmige Vorpro¬ dukt 22 erstreckt sich somit auch durch den Bereich der wannen¬ artigen Vertiefung 12 und weist in etwa eine der Strukturierung des Substrates entsprechende Strukturierung auf. Die Dicke d des schichtförmigen Vorproduktes 22 entspricht dabei im Bereich der Vertiefung 12 zumindest annähernd der Tiefe t der Vertie¬ fung. Die Dicke d kann gegebenenfalls aber auch größer als die Tiefe t sein.Thereafter, the surface of the substrate structured in this way is coated at least in the region of the depression 12 and in the adjacent edge regions of the non-recessed surface 14, for example by means of a sputtering process, with a layered intermediate 22 made of the material of the reinforcement layer 6b to be produced (FIG 4). This layered pre-product 22 thus also extends through the area of the trough-like depression 12 and has approximately a structuring corresponding to the structuring of the substrate. The thickness d of the layered intermediate 22 corresponds in the range of the depression 12 at least approximately the depth t of the depression. However, the thickness d can optionally also be greater than the depth t.
In der Oberfläche 24 des schichtförmigen Vorproduktes 22 ist demnach eine der Substratvertiefung 12 entsprechende wannen¬ artige Absenkung 25 vorhanden, die eine verhältnismäßig große maximale Längs- und/oder Querausdehnung a von beispielsweise etwa 200 μm aufweist und eine Tiefe t1 hat, die etwa gleich der Tiefe t der Vertiefung 12 ist. Eine Einebnung einer derart strukturierten Oberfläche nach bekannten Einebnungsverfahren ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Diese Verfahren würden nämlich wegen der Größe der Ausdehnung a zu unerwünschten Ein¬ buchtungen der Oberfläche im Bereich der Absenkung 25 führen. Gemäß Figur 5 ist deshalb vorgesehen, daß mittels Photolitho¬ graphie die Absenkung 25 mit einer Hilfsschicht 26 aus einem Photolack möglichst weitgehend ausgefüllt wird. Die Dicke d1 dieser Hilfsschicht wird dabei so eingestellt, daß sie gleich der Tiefe t' der Absenkung 25 ist. Die Oberfläche 27 der Hilfs- schicht 26 liegt deshalb zusammen mit dem nicht-abgesenkten Teil der Oberfläche 24 des schichtförmigen Vorproduktes 22 in einer gemeinsamen Zwischenebene e. Beim Aufbringen der Hilfs¬ schicht 26 läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß im Bereich der Ränder der Absenkung 25 schmale rinnenartige Gräben 29 zwischen der Hilfsschicht 26 und dem schichtförmigen Vorprodukt 22 ver¬ bleiben.Accordingly, a trough-like depression 25 corresponding to the substrate depression 12 is present in the surface 24 of the layered preliminary product 22, which has a relatively large maximum longitudinal and / or transverse extent a of, for example, approximately 200 μm and has a depth t 1 that is approximately equal the depth t of the depression 12. A leveling of such a structured surface according to known leveling methods is not, however, readily possible. Because of the size of the extent a, these methods would lead to undesired indentations of the surface in the region of the depression 25. According to FIG. 5, it is therefore provided that the depression 25 is filled as far as possible with an auxiliary layer 26 made of a photoresist by means of photolithography. The thickness d 1 of this auxiliary layer is set so that it is equal to the depth t 'of the depression 25. The surface 27 of the auxiliary layer 26 therefore lies together with the non-lowered part of the surface 24 of the layered preliminary product 22 in a common intermediate plane e. When the auxiliary layer 26 is applied, however, it cannot be avoided that narrow channel-like trenches 29 remain in the region of the edges of the depression 25 between the auxiliary layer 26 and the layered preliminary product 22.
Derartige Gräben 29 mit einer Breite b von höchstens einigen wenigen Mikrometern können in an sich bekannter Weise einge- ebnet werden. Gemäß Figur 6 wird hierzu die gesamte freie Ober¬ fläche des schichtförmigen Vorproduktes 22 und der Hilfsschicht 26 mittels einer Polymer-Schicht 30, beispielsweise mit einem Fotolack, hinreichender Dicke eingeebnet. Hierbei werden auch die schmalen Gräben 29 mit dem Material der Einebnungsschicht 30 ausgefüllt, ohne daß merkliche Einbuchtungen der Oberfläche der Schicht 30 im Bereich dieser Gräben auftreten.Such trenches 29 with a width b of at most a few micrometers can be leveled in a manner known per se. According to FIG. 6, the entire free surface of the layered intermediate 22 and the auxiliary layer 26 is leveled by means of a polymer layer 30, for example with a photoresist, of sufficient thickness. Here, the narrow trenches 29 are filled with the material of the leveling layer 30, without noticeable indentations of the surface the layer 30 occur in the region of these trenches.
Anschließend wird das Kunststoffmaterial der Einebnungsschicht 30 bis zu der gemeinsamen Zwischenebene e der Oberfläche des schichtförmigen Vorproduktes 22 und der Hilfsschicht 26 vieder abgeätzt, wobei die Gräben 29 mit dem Material der Einebnungs¬ schicht gefüllt verbleiben (Figur 7). Als Ätzverfahren ist ins¬ besondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder reaktives Ionenätzen mit Sauerstoff geeignet.The plastic material of the leveling layer 30 is then etched back up to the common intermediate plane e of the surface of the layered preliminary product 22 and the auxiliary layer 26, the trenches 29 remaining filled with the material of the leveling layer (FIG. 7). Reactive ion beam etching with oxygen ions in argon or reactive ion etching with oxygen are particularly suitable as the etching method.
Schließlich wird mittels eines weiteren Ätzprozesses sowohl das über die Vertiefung 12 in dem Substrat 3 herausragende Material des schichtförmigen Vorproduktes 22 als auch das Material der Hilfsschicht 26 sowie das in den Gräben 29 befindliche Material bis zur Oberfläche E des Substrates 3 abgetragen. Hierbei wird vorteilhaft eine etwa gleichgroße Ätzrate für das Material des Vorproduktes 22 sowie für das oder die Kunststoffmaterialien der Hilfsschicht 26 und der Gräben 29 vorgesehen. Geeignet hierfür ist insbesondere reaktives Ionenstrahlätzen mit Stick- stoffionen in Argon.Finally, by means of a further etching process, both the material of the layered preliminary product 22 projecting beyond the depression 12 in the substrate 3 and the material of the auxiliary layer 26 as well as the material located in the trenches 29 are removed up to the surface E of the substrate 3. Here, an approximately equal etching rate is advantageously provided for the material of the preliminary product 22 and for the plastic material (s) of the auxiliary layer 26 and the trenches 29. Reactive ion beam etching with nitrogen ions in argon is particularly suitable for this.
Am Ende dieses Ätzprozesses liegt dann ein Substrat 3 vor, dessen Vertiefung 12 vollständig bis zu der gemeinsamen Ebene E mit einem Material ausgefüllt ist, das die Verstärkungsschicht 6b bildet (Figur 8). Auf der Ebene E kann dann in an sich be¬ kannter Weise der übrige Aufbau des in Figur 1 dargestellten Magnetkopfes in Dünnfilm-Technik komplettiert werden.At the end of this etching process, there is then a substrate 3, the recess 12 of which is completely filled up to the common plane E with a material which forms the reinforcing layer 6b (FIG. 8). On level E, the remaining structure of the magnetic head shown in FIG. 1 can then be completed using thin-film technology in a manner known per se.
Gemäß dem in den Figuren angedeuteten Ausführungsbeispiel kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei der Herstellung einer in einem Substrat eines Dünnfilm-Magnetkopfes versenkt angeordneten Magnetschicht angewandt werden. Das er¬ findungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf einen derartigen Anwendungsfall beschränkt. Es kann generell dort eingesetzt werden, wo eine wannenartige Vertiefung mit geringer Tiefe und vergleichsweise großer Ausdehnung in einem beliebigen Körper mit einem beliebigen Material nach Verfahren der Dünnfilm-Tech¬ nik ausgefüllt und eingeebnet werden soll. Besonders vorteil¬ haft lassen sich Vertiefungen ausfüllen und einebnen, deren Tiefe zwischen 0,2 μm und 20 μm, insbesondere zwischen 1 μm und 10 μm, liegt und die in einer Richtung quer dazu mindestens 20 μm, insbesondere über 100 μm, ausgedehnt sind. According to the exemplary embodiment indicated in the figures, the method according to the invention can be used particularly advantageously in the production of a magnetic layer sunk in a substrate of a thin-film magnetic head. However, the method according to the invention is not restricted to such an application. It can generally be used where there is a trough-like depression with a shallow depth and comparatively large expansion in any body with any material to be filled and leveled by thin film technology. It is particularly advantageous to fill and level recesses, the depth of which is between 0.2 μm and 20 μm, in particular between 1 μm and 10 μm, and which are extended in a direction transverse thereto at least 20 μm, in particular over 100 μm.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur exakten Ausfüllung einer wannenartigen Vertie¬ fung in einem Substrat mit einer dünnen Schicht bis zu einer durch die Oberkante der Vertiefung festgelegten Ebene, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,1. Method for the exact filling of a trough-like depression in a substrate with a thin layer up to a level defined by the upper edge of the depression, that is, due to the fact that,
- daß auf dem mit der Vertiefung (12) versehenen Substrat (3) zunächst ein schichtförmiges Vorprodukt (22) der herzustel¬ lenden Schicht (6b) mit einer Dicke (d) abgeschieden wird, die mindestens gleich der Tiefe (t) der Substratvertiefung- That a layer-shaped preliminary product (22) of the layer (6b) to be produced is first deposited on the substrate (3) provided with the recess (12) with a thickness (d) which is at least equal to the depth (t) of the substrate recess
(12) ist, wobei in dem Vorprodukt (22) eine der Substratver¬ tiefung (12) entsprechende Absenkung (25) entsteht,(12), a depression (25) corresponding to the substrate depression (12) being produced in the preliminary product (22),
- daß dann in der Absenkung (25) des Vorproduktes (22) eine diese Absenkung (25) weitgehend ausfüllende Hilfsschicht (26) mit einer Dicke (d ' ) ausgebildet wird, die zumindest an¬ nähernd gleich der Tiefe (t1) der Absenkung (25) des Vorpro¬ duktes (22) ist, wobei zwischen dem Vorprodukt (22) und der Hilfsschicht (26) an der Vertiefungsoberkante (K) nur schmale rinnenartige Gräben (29) verbleiben, - daß anschließend dieser Aufbau mit einer hinreichend dicken Einebnungsschicht (30) versehen wird, wobei die Gräben (29) mit ausgefüllt werden, und- That then in the depression (25) of the preliminary product (22), a depression (25) largely filling this depression (25) is formed with a thickness (d ') which is at least approximately equal to the depth (t 1 ) of the depression (25) of the preliminary product (22), only narrow channel-like trenches (29) remaining between the preliminary product (22) and the auxiliary layer (26) at the upper edge of the recess (K), - that this structure subsequently has a sufficiently thick leveling layer (30) is provided, the trenches (29) being filled in with, and
- daß schließlich die Einebnungsschicht (30) und die Hilfs- schicht (26) vollständig sowie der aus der Substratvertiefung (12) herausragende Teil des Vorproduktes (22) bis zu der Ebene (E) der Oberkante (K) der Substratvertiefung (12) abge¬ ätzt werden.- That finally the leveling layer (30) and the auxiliary layer (26) completely and the part of the preliminary product (22) projecting from the substrate recess (12) up to the plane (E) of the upper edge (K) of the substrate recess (12) ¬ be etched.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Vertiefung (12) in dem Substrat (3) mittels Photolithographie und Ionenstrahlätzens ausgebildet wird (Figuren 2 und 3). 2. The method according to claim 1, characterized in that the recess (12) is formed in the substrate (3) by means of photolithography and ion beam etching (Figures 2 and 3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Hilfsschicht (26) in der Absenkung (25) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird.3. The method according to claim 1 or 2, so that the auxiliary layer (26) is formed in the depression (25) from a plastic material.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Hilfsschicht (26) mittels Photo¬ lithographie ausgebildet wird.4. The method of claim 3, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the auxiliary layer (26) is formed by means of photo lithography.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einebnungsschicht (30) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, that the leveling layer (30) is formed from a plastic material.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zunächst die Einebnungs- schicht (30) mittels eines ersten lonenstrahlatzprozesses bis zu einer Zwischenebene (e) abgearbeitet wird, in der die Ober¬ flächen (24, 27) des schichtförmigen Vorproduktes (22) und der Hilfsschicht (26) liegen, und daß anschließend mittels eines zweiten lonenstrahl tzprozesses der aus der Substratvertiefung (12) herausragende Teil des Vorproduktes (22), die Hilfsschicht (26) sowie das die Gräben (29) ausfüllende Material der Ein¬ ebnungsschicht (30) bis zu der Ebene (E) der Oberkante (K) der Substratvertiefung (12) abgearbeitet werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that first of all the leveling layer (30) is processed by means of a first ion beam etching process up to an intermediate level (e) in which the surface (24, 27) of the layered intermediate product (22) and the auxiliary layer (26), and that then by means of a second ion beam etching process the part of the preliminary product (22) protruding from the substrate recess (12), the auxiliary layer (26) and the material of the trenches (29) filling the material ¬ leveling layer (30) to the plane (E) of the upper edge (K) of the substrate recess (12) are processed.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß für den ersten Ätzprozeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Sauerstoffionen in Argon oder ein reakti¬ ves Ionenätzen mit Sauerstoff und/oder für den zweiten Ätzpro¬ zeß ein reaktives Ionenstrahlätzen mit Stickstoffionen in Argon vorgesehen werden/wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a reactive ion beam etching with oxygen ions in argon or a reactive ion etching with oxygen and / or a reactive ion beam etching with nitrogen ions in argon are provided for the first etching process / becomes.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Herstellung eines Dünn¬ film-Magnetkopfes (2) in der Vertiefung (12) des Substrates (3) eine versenkte Magnetschicht (6b) ausgebildet wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for the production of a thin film magnetic head (2) in the recess (12) of the substrate (3) a sunken magnetic layer (6b) is formed.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c \ g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vertiefung (12) mit einer Tiefe (t) zwischen 0,2 μm und 20 μm, vorzugsweise zwi¬ schen 1 μm und 10 μm, und mit einer quer dazu zu messenden Ausdehnung (a) von mindestens 20 μm, vorzugsweise mindestens 100 μ , mit einem Material der dünnen Schicht (6b) ausgefüllt wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, dadurc \ characterized in that the recess (12) with a depth (t) between 0.2 microns and 20 microns, preferably between 1 microns and 10 microns, and with a cross for this purpose, the extent (a) to be measured of at least 20 μm, preferably at least 100 μm, is filled with a material of the thin layer (6b).
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