Brevet FR2664729A1 — publié le 19920117

PROCEDE DE FABRICATION DE TETE MAGNETIQUE POSSEDANT UN ENTREFER PRESENTANT UN AZIMUT CONTROLABLE. Description La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de tête magnétique possédant un entrefer présentant un azimut contrôlable Elle s'applique notamment à la réalisation de tête de lecture et/ou d'écriture d'enregistrement magnétique sur des pistes de faible largeur et de forte densité d'enregistrement. Un support d'enregistrement magnétique (disque ou bande pour mémoire d'ordinateur ou matériel audio ou vidéo) comprend de nombreuses pistes sur lesquelles sont inscrites les informations (le plus souvent codées numériquement sous forme de bits). Pour augmenter la quantité d'informations enregistrées, on augmente le nombre d'informations par unité de longueur sur une piste et le nombre de pistes Pour cela, on diminue leur largeur mais aussi l'interpiste les séparant On peut voir sur la figure I un cas extrême o les pistes 10 sont adjacentes. Pour ne pas mélanger les informations provenant de deux pistes jointives, 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 12 a, 12 b est attribuée à chaque type de piste Par exemple, la tête magnétique 12 a 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 amagnétique 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 12 a. Dans le cas de la tête magnétique 12 b 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. On connaît des têtes magnétiques possédant un entrefer présentant un azimut différent de O et réalisées de façon mécanique On trouve une description de ce type de tête magnétique et de leur procédé de fabrication dans le livre "Recent Magnetics for E Lectronics", JARECT, vol 10, chapitre 11, p 121-133, 1983, édité par Y Sakurai, North-Ho Lland Ces têtes magnétiques, obtenues par usinage mécanique présentent un inconvénient majeur: il est très difficile d'obtenir des pistes de largeur inférieure à 10 gm En effet, l'usinage mécanique ne permet pas d'obtenir de meilleures caractéristiques. On connaît d'autres têtes magnétiques qui présentent un entrefer possédant un azimut différent de 0 Ces têtes sont fabriquées suivant la technologie présentée dans la demande de brevet européen EP-A-262 028 intitulé "Procédé de fabrication de têtes magnétiques en couche mince et à structure planaire, et tête obtenue par ce procédé" Mais, dans le cas d'une bande magnétique, le frottement de la piste sur la tête magnétique cause une usure rapide. En effet, l'épaisseur du pôle magnétique supérieur comportant l'entrefer et en contact avec la piste est, dans cette technologie, en général inférieure à 5 microns d'o son extrême fragilité. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients; elle permet de réaliser une tête magnétique possédant un entrefer présentant un azimut différent de 0 , de valeur pouvant être choisie à volonté et admettant l'usure due au contact lors du défilement de la piste Pour cela l'invention préconise d'obtenir l'azimut désiré pour l'entrefer par au moins une opération de gravure anisotrope sur un substrat cristallin dont les faces présentent des axes cristallographiques appropriés En choisissant convenablement l'orientation des axes cristallographiques du substrat, on peut obtenir des valeurs d'azimut variant continûment dans une gamme pouvant aller de O à 90 . De manière usuelle, le substrat peut être en silicium monocristallin ou épitaxié. De manière plus précise, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une tête magnétique possédant un entrefer présentant un azimut différent de 0 , cette tête étant réalisée sur un substrat cristallin L'azimut de l'entrefer est obtenu par au moins une opération de gravure anisotrope du substrat, l'orientation des axes cristallographiques du substrat étant choisie de manière appropriée. De manière avantageuse, l'azimut de l'entrefer est compris entre 15 et 25 . On évite ainsi qu'une tête lise des informations sur une piste adjacente compte-tenu de la largeur de la piste et de la longueur du bit. De manière préférée, pour la réalisation de l'entrefer, on réalise une paroi par gravure et oxydation thermique du substrat. Par les techniques de la gravure anisotrope et d'oxydation thermique, on peut réaliser un entrefer présentant des caractéristiques géométriques déterminées et un azimut désiré Le circuit magnétique est ensuite réalisé autour de cet entrefer. Selon une première variante de réalisation, on effectue les opérations suivantes sur un substrat cristallin orienté suivant des axes cristallographiques appropriés: réalisation d'une paroi amagnétique verticale servant d'entrefer par gravures et oxydation thermique d'une première face du substrat, dépôt d'un matériau magnétique sur cette première face, usinage et polissage du matériau magnétique de manière à ce que la paroi aff Leure la surface du matériau magnétique, délimitation d'un circuit magnétique par lithographie et usinage ionique du matériau magnétique, gravure anisotrope de La seconde face du substrat selon L'azimut désiré, perçage d'un orifice dans le circuit magnétique et dans le substrat, découpage du substrat, réalisation d'un bobinage passant par Ledit orifice. Avantageusement, on fixe un superstrat sur la première face du substrat pour protéger le circuit magnétique. Selon une seconde variante de réalisation, on effectue les opérations suivantes sur un substrat cristallin orienté suivant des axes cristallographiques appropriés: gravure anisotrope du substrat en forme de marche présentant une contremarche possédant l'azimut désiré, cette gravure étant effectuée après un masquage lithographique d'une partie réservée du substrat, oxydation thermique du substrat, retrait du masque lithographique de ladite partie réservée, gravure isotrope de ladite partie réservée de manière à obtenir à partir de la contremarche une paroi amagnétique selon l'azimut désiré, dépôt d'un matériau magnétique, aplanissement du dépôt à une épaisseur voulue, délimitation d'un circuit magnétique par Lithographie et usinage ionique du matériau magnétique, perçage d'un orifice dans Le circuit magnétique et dans le substrat, découpage du substrat, réalisation d'un bobinage passant par Ledit orifice. De manière avantageuse, avant L'opération de dépôt d'un matériau magnétique, on oxyde thermiquement le substrat de manière à obtenir une surface uniforme. Selon une autre variante de réalisation, on effectue les opérations suivantes sur un substrat cristallin orienté suivant des axes cristallographiques appropriés: gravure anisotrope du substrat en forme de marche présentant une contremarche possédant l'azimut désiré, cette gravure étant effectuée après un masquage Lithographique d'une partie réservée du substrat, retrait du masque lithographique de ladite partie réservée, oxydation thermique du substrat de manière à réa Liser une couche oxydée, dépôt d'une première couche de matériau magnétique, suppression du matériau magnétique et de la couche oxydée se situant sur la partie haute de la marche, gravure isotrope de ladite partie réservée du substrat, dépôt d'une seconde couche d'un matériau magnétique identique au matériau magnétique de la première couche, suppression du matériau magnétique de manière à obtenir une épaisseur désirée, délimitation d'un circuit magnétique par lithographie et usinage ionique du matériau magnétique, perçage d'un orifice dans le circuit magnétique et dans Le substrat, découpage du substrat, réalisation d'un bobinage passant par ledit orifice. De toutes façons, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement Limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés sur 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 3 a à 3 j représentent schématiquement une suite d'opérations selon une première variante de réalisation du procédé conforme à l'invention, Les figures 4 a à 4 e représentent schématiquement une suite d'opérations selon une seconde variante de réalisation du procédé conforme à l'invention, les figures 5 a à 5 f représentent schématiquement une suite d'opérations selon une troisième variante de réalisation du procédé conforme à l'invention. Pour permettre la lecture et/ou l'écriture sur des pistes à haute densité d'enregistrement, l'azimut et donc l'angle sous lequel sont inscrits les bits d'information sont avantageusement compris entre 150 et 250. Les exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif et non limitatif se rapportent à la fabrication à partir d'un substrat en silicium d'une tête magnétique présentant un entrefer possédant un azimut de 19,5 Les techniques utilisées (dépôt, lithographie, oxydation thermique, gravure) sont supposées connues par les gens de l'art Elles sont décrites de façon générale dans le livre de S M SZE, "VLSI Technology", édité par Mc GRAW HILL ( 1988). En référence aux figures 3 a à 3 j, on décrit maintenant une première variante de réalisation du procédé conforme à l'invention. Sur une première face d'un substrat en silicium 16 orienté selon les axes cristallographiques ( 112) ou toute orientation équivalente, on réalise un masque lithographique 18. On effectue ensuite une gravure anisotrope de la partie du substrat 16 non masquée de manière à obtenir une forme de marche présentant une contremarche 20 verticale (figure 3 a), par exemple par gravure chimique avec du KOH. Une oxydation thermique permet d'obtenir une couche 22 (figure 3 b) d'oxyde de silicium amagnétique Le masque lithographique 18 est retiré par gravure sèche ou humide. L'opération suivante (figure 3 c) consiste à graver la partie du substrat 16 non oxydée de manière à obtenir une paroi verticale 24 en oxyde de silicium amagnétique Cette paroi 24 sert d'entrefer Afin d'avoir une surface uniforme, on effectue à nouveau une oxydation thermique (figure 3 d). L'épaisseur e de la paroi 24 définit l'épaisseur de l'entrefer; e est par exemple égale à 250 nm. On dépose ensuite (figure 3 e) un matériau magnétique 26, par exemple un alliage Fe-Al-Si (Sendust) Ce dépôt peut être effectué par pulvérisation cathodique ou par faisceau d'ions. Ce dépôt est usiné et poli de manière à ce que la paroi 24 affleure la surface du matériau magnétique 26 (figure 3 f) et de manière à ce que le dépôt présente l'épaisseur I voulue Cette épaisseur égale par exemple 4 Im. L'opération suivante consiste à définir la géométrie du circuit magnétique 28 par lithographie et gravure du matériau magnétique 26 (figure 3 g). Sur l'autre face du substrat, on réalise un masque lithographique 30 et une gravure anisotrope (par exemple, par gravure chimique en KOH) de manière à obtenir une orientation ( 111) de la surface gravée 32 en regard du circuit magnétique (figure 3 h). De cette manière, l'angle i formé entre la surface gravée et une droite parallèle à la première surface est égal à 19,50 (angle existant entre les orientations ( 111) et ( 112) du silicium). De nombreux circuits magnétiques sont réalisés en même temps sur le même substrat La figure 3 i représente schématiquement une vue de dessus d'une barrette de l'ordre de 1 mm de large découpée dans le substrat et comportant plusieurs circuits magnétiques 28 Les circuits magnétiques 28 ainsi que le substrat E 5 les supportant sont percés d'un orifice 34 D'autre part, on pratique une échancrure 36 de quelques dixièmes de millimètre de chaque côté de la barrette. L'orifice 34 et les échancrures 36 permettent la réalisation d'un bobinage 38 en fil de cuivre par exemple Ce bobinage peut être réalisé de façon manuelle. Les circuits magnétiques 28 sont ensuite séparés les uns des autres par découpe: sur la figure 3 j les traits tiretés délimitent chaque tête magnétique. Pour chaque tête, la partie du circuit magnétique qui affleure est destinée à être positionnée en regard de la piste à lire et/ou à écrire. La figure 3 j représente schématiquement une vue de face de la tête magnétique Chaque tête magnétique est fixée sur un support 40; grâce à la gravure anisotrope, l'entrefer 24 présente un azimut différent de O et égal à l'angle i (le sens de défilement de la piste est symbolisé par la flèche référencée D). Comme on peut encore le voir sur la figure 3 j, un superstrat rapporté 42, par exemple en silicium, est collé, par exemple avec du verre fondu, sur la face supportant le circuit magnétique On obtient ainsi une surface uniforme apte au contact avec une piste magnétique. En référence aux figures 4 a à 4 e, on décrit maintenant une variante de réalisation du procédé conforme à l'invention L'orientation de l'entrefer est obtenue directement par gravure anisotrope et non comme précédemment par inclinaison de la tête magnétique suivant la pente de la face arrière du substrat. Le substrat 16 est par exemple en silicium orienté suivant les axes cristallographiques ( 115) ou selon toute autre orientation équivalente Il est gravé de manière anisotrope en forme de marche présentant une contremarche 44 faisant un angle i de 19,5 avec une droite perpendiculaire à la surface du substrat 16 Cette gravure anisotrope est effectuée après la réalisation d'un masque lithographique 18 qui permet de réserver la partie haute de la marche (figure 4 a). On procède alors à une oxydation thermique qui permet d'obtenir une couche 46 en oxyde de silicium amagnétique sur toutes les surfaces non protégées par le masque lithographique 18 (figure 4 b). Le masque lithographique 18 est ensuite retiré (opération dite de "Stripping") et la partie non recouverte par la couche amagnétique 46 est gravée de manière isotrope On obtient ainsi une paroi 48 faisant un angle égal à l'azimut désiré avec une normale à la surface du substrat 16 (figure 4 c). On effectue une nouvelle oxydation thermique de manière à obtenir une couche uniforme amagnétique sur toute la surface du substrat. L'opération suivante consiste à déposer un matériau magnétique, du Sendust par exemple par pulvérisation cathodique ou par faisceau d'ions, par exemple Ce dépôt est usiné, aplani, poli de manière à ce que la paroi 48 affleure la surface de la couche de matériau magnétique 50 et que l'on obtienne une épaisseur désirée pour cette couche 50, par exemple 4 gm (figure 4 d). Par lithographie et usinage ionique, on définit le circuit magnétique 52 dont la figure 4 e représente schématiquement une coupe La paroi 48 présentant l'azimut désiré joue le rôle d'entrefer. La piste (non représentée) défile devant l'entrefer selon la flèche référencée D. De même que précédemment, de nombreuses têtes magnétiques sont réalisées simultanément sur le substrat: des barrettes comprenant plusieurs têtes alignées sont découpées dans le substrat puis des bobinages sont réalisés après les perçages et façonnages adéquats Enfin, les têtes magnétiques sont séparées les unes des autres par découpe Des superstrats peuvent aussi être rapportés. En référence aux figures 5 a à 5 f, on décrit ci-après une autre variante de réalisation du procédé conforme à l'invention, toujours dans le cas d'un azimut égal à 19,5 . 1 1 Le substrat 16 est en silicium orienté selon les axes cristallographiques ( 115) ou selon toute autre orientation équivalente. De manière similaire à la variante précédente, le substrat est gravé de manière anisotrope pour obtenir une forme de marche avec une contremarche faisant l'angle désiré avec une verticale Le masque lithographique servant à réserver la partie haute de la marche est retiré et l'on procède à une oxydation thermique pour obtenir une couche 54 en oxyde de silicium amagnétique (figure 5 a). On effectue ensuite un premier dépôt de matériau magnétique, par exemple en "Sendust", de manière à obtenir une couche 56 de matériau magnétique sur toute la surface du substrat 16 (figure 5 b). On usine, aplanit et polit cette couche 56 de manière à obtenir une paroi 58 en matériau amagnétique issue de la contremarche séparant le résidu de la couche de matériau magnétique 56 a et le résidu du substrat formant la partie haute de la marche (figure 5 c). La partie haute de la marche est gravée de manière isotrope sur la hauteur de la paroi 58 (figure 5 d). Un deuxième dépôt de matériau magnétique identique à celui du premier dépôt permet de former une couche 60 (figure 5 e) La couche 60 est alors aplanie et polie de manière à obtenir l'épaisseur de matériau magnétique souhaitée La paroi amagnétique 58 sépare donc une première partie de matériau magnétique 56 a et une seconde partie 60 a provenant du second dépôt (figure 5 f). L'épaisseur de matériau magnétique peut être contrôlée par la technique dite de "résistance carrée" qui permet, par une mesure de résistance entre quatre pointes sur toute La surface du dépôt, de retrouver l'épaisseur de la couche mince, moyennant la connaissance de sa résistivité. Par lithographie et usinage ionique, on définit ensuite La géométrie du circuit magnétique. La suite des opérations (découpage, réalisation du bobinage,) est identique à ce qui a été décrit précédemment. Quelle que soit la variante de réalisation choisie, le procédé conforme à l'invention permet donc bien La fabrication d'une tête magnétique de lecture et/ou écriture possédant un entrefer présentant un azimut différent de O et déterminé par le choix de l'orientation des axes cristallographiques du substrat pour la réalisation d'une gravure anisotrope, et une longueur de gap contrôlée par oxydation thermique. Revendications 1 Procédé de fabrication d'une tête magnétique possédant un entrefer présentant un azimut contrôlable, cette tête étant réalisée sur un substrat cristallin ( 16), caractérisé en ce que l'azimut de l'entrefer est obtenu par au moins une opération de gravure anisotrope du substrat ( 16), l'orientation des axes cristallographiques du substrat ( 16) étant choisie de manière appropriée. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la réalisation de l'entrefer, il consiste à réaliser une paroi ( 24, 48, 58) par gravure et oxydation thermique du substrat ( 16). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les opérations suivantes sur un substrat cristallin ( 16) orienté suivant des axes cristallographiques appropriés, réalisation d'une paroi amagnétique verticale ( 24) servant d'entrefer par gravures et oxydation thermique d'une première face du substrat, dépôt d'un matériau magnétique ( 26) sur cette première face, usinage et polissage du matériau magnétique ( 26) de manière à ce que la paroi ( 24) affleure la surface du matériau magnétique ( 26), délimitation d'un circuit magnétique ( 28) par lithographie et usinage ionique du matériau magnétique ( 26), gravure anisotrope de la seconde face du substrat ( 16) selon l'azimut désiré, perçage d'un orifice ( 34) dans le circuit magnétique ( 28) et dans le substrat ( 16), découpage du substrat ( 16), réalisation d'un bobinage ( 38) passant par ledit orifice ( 34). 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on fixe un superstrat ( 42) sur la première face du substrat apte à protéger le circuit magnétique ( 28). 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les opérations suivantes sur un substrat cristallin ( 16) orienté suivant des axes cristallographiques appropriés: gravure anisotrope du substrat en forme de marche présentant une contremarche ( 44) possédant l'azimut désiré, cette gravure étant effectuée après un masquage lithographique d'une partie réservée du substrat, oxydation thermique du substrat ( 16), retrait du masque lithographique ( 18) de ladite partie réservée, gravure isotrope de ladite partie réservée de manière à obtenir à partir de la contremarche ( 44) une paroi amagnétique ( 48) selon l'azimut désiré, dépôt d'un matériau magnétique ( 50), aplanissement du dépôt ( 50) à une épaisseur vou Lue, délimitation d'un circuit magnétique ( 52) par lithographie et usinage ionique du matériau magnétique, perçage d'un orifice dans le circuit magnétique ( 52) et dans le substrat ( 16), découpage du substrat ( 16), réalisation d'un bobinage passant par ledit orifice. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'avant l'opération de dépôt d'un matériau magnétique ( 50), on oxyde thermiquement le substrat de manière à obtenir une surface uniforme. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les opérations suivantes sur un substrat cristal Lin ( 16) orienté suivant des axes cristallographiques appropriés: gravure anisotrope du substrat ( 16) en forme de marche présentant une contremarche possédant L'azimut désiré, cette gravure étant effectuée après un masquage lithographique d'une partie réservée du substrat, retrait du masque lithographique de ladite partie réservée, oxydation thermique du substrat de manière à réaliser une couche oxydée, dépôt d'une première couche de matériau magnétique ( 56), supression du matériau magnétique ( 56) et de la couche oxydée ( 54) se situant sur la partie haute de La marche, gravure isotrope de ladite partie réservée du substrat ( 16), dépôt d'une seconde couche d'un matériau magnétique ( 60) identique au matériau magnétique de la première couche ( 56), supression du matériau magnétique ( 56, 60) de manière à obtenir une épaisseur désirée, délimitation d'un circuit magnétique par lithographie et usinage ionique du matériau magnétique, perçage d'un orifice dans le circuit magnétique et dans le substrat, découpage du substrat, réalisation d'un bobinage passant par ledit orifice. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'azimut est supérieur à 150. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'azimut est inférieur à 250.