Brevet FR2744554A1 — publié le 19970808

TETE MAGNéTIQUE A ELEMENT MAGNETORESISTANT ENTERRE DANS L'ENTREFER ET PROCEDE DE REALISATION DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet une tête magnétique à élément magnétorésistant enterré dans l'entrefer et un procédé de réalisation d'une telle tête. Elle trouve une application dans l'enregistrement magnétique d' information. Etat de la technique On connaît des têtes magnétiques utilisant comme moyen de lecture un élément magnétorésistant. Pour éviter que le champ d'écriture n'engendre dans l'élément magnétorésistant un champ trop important risquant de le saturer, on a utilisé des dispositifs constitués par deux têtes juxtaposées, l'une servant à l'écriture, l'autre à la lecture, seule cette dernière étant pourvue d'un élément magnétorésistant. Dans un tel montage, l'élément magnétorésistant n'est donc jamais soumis à des champs importants. Cependant, cette technologie est complexe et coûteuse. De plus, la présence de deux entrefers séparés complique le problème de positionnement de la tête le long des pistes d'enregistrement, surtout lorsque le support d'enregistrement est un disque et que les pistes sont courbes. Pour ces raisons, l'invention ne retient pas cette solution et en revient aux têtes à un seul entrefer, mais dans une structure particulière dite horizontale à couches minces. Cette technologie est connue et décrite notamment dans le document FR-A-2 645 314 (ou dans son correspondant américain US-A-5,208,716). Une tête de ce genre est décrite sur la figure 1 annexée. Sur cette figure, on voit, en coupe, une tête horizontale comprenant un substrat semiconducteur 10, par exemple en silicium, dans lequel a été gravé un caisson 12. Dans ce caisson, une couche magnétique inférieure 14 a été formée électrolytiquement et a été prolongée par deux piliers verticaux 161, 162. Un bobinage conducteur 18 entoure les piliers. Ce bobinage est noyé dans une couche isolante 20. Le circuit magnétique se complète par une pièce magnétique supérieure formée de deux pièces polaires 221, 222 séparées par un espaceur amagnétique 24. Un élément magnétorésistant MR, par exemple en fer-nickel, est disposé sous l'espaceur amagnétique 24. La tête se déplace devant un support magnétique 30 où sont enregistrées les informations à lire ou à écrire. Le document FR-A-2 712 420 décrit une tête semblable mais avec un concentrateur de flux constitué par deux pièces magnétiques dont les extrémités sont séparées par un second entrefer. L'élément magnétorésistant est alors disposé en travers de ce second entrefer, sous l'entrefer principal. D'autres têtes sont encore connues où l'élément magnétorésistant est disposé dans la pièce magnétique arrière fermant le circuit magnétique, dans un entrefer secondaire pratiqué dans cette pièce. Ces têtes connues présentent essentiellement trois inconvénients - le champ traversant l'élément magnétorésistant est faible, - ce champ traverse également une partie du circuit magnétique, de sorte que le signal de lecture est entaché de bruits venant des domaines magnétiques engendrés dans cette partie du circuit - ces têtes sont difficiles à réaliser, car l'élément magnétorésistant est formé et mis en place alors que la tête n'est pas encore achevée ; cela entraîne, pour cet élément, des élévations de température répétées lors des opérations d'achèvement de la tête ; cet inconvénient est d'autant plus grave que l'élément est éloigné de l'entrefer principal. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients. Exposé de l'invention A cette fin, l'invention propose une tête magnétique dans laquelle l'élément magnétorésistant est enterré dans l'entrefer lui-même, entre les pièces polaires. De cette manière, il reçoit un flux magnétique intense, lequel n'emprunte qu'une faible partie du circuit magnétique à savoir les zones des pièces polaires situées à proximité immédiate de l'élément. Un tel élément magnétorésistant peut être formé une fois la tête achevée, de sorte qu'il ne subira plus aucune élévation de température. Par cette disposition originale, l'invention remédie donc bien aux trois inconvénients de l'art antérieur. De façon précise, la présente invention a pour objet une tête magnétique de lecture et d'écriture comprenant, de manière connue, un circuit magnétique avec deux pièces polaires séparées par un entrefer amagnétique, ces pièces polaires et cet entrefer définissant un plan de vol pour la tête, et un élément magnétorésistant ; la tête magnétique de l'invention est caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant est un ruban parallèle au plan de vol, ce ruban étant enterré dans le matériau amagnétique constituant l'entrefer, à une certaine profondeur sous le plan de vol, un intervalle isolant séparant l'élément magnétorésistant des deux pièces polaires qui l'encadrent. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une telle tête magnétique. Ce procédé est du genre de ceux dans lesquels, sur un substrat, on forme d'abord un circuit magnétique avec deux pièces polaires séparées par un entrefer en matériau amagnétique, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend ensuite les opérations suivantes - on grave le matériau amagnétique constituant l'entrefer sur une partie de sa hauteur pour constituer une tranchée entre deux flancs des pièces polaires, - on dépose dans cette tranchée un isolant, cet isolant formant deux parois latérales recouvrant les flancs des pièces polaires et une couche isolante au fond de la tranchée,, - on dépose ensuite des couches aptes à constituer dans le fond de la tranchée un élément magnétorésistant, - on comble la tranchée par un matériau isolant, - on planarise l'ensemble pour réaliser le plan de vol. De préférence, l'élément magnétorésistant est enterré dans le matériau amagnétique à une profondeur comprise entre environ 50 et 100 nm par rapport au plan de vol. De préférence encore, chaque intervalle isolant séparant l'élément magnétorésistant des deux pièces polaires a une épaisseur comprise entre environ 10 et 50 nm. De préférence encore, l'élément magnétorésistant est du type magnétorésistance géante multicouche ("Giant Magnetoresistance" en terminologie anglosaxonne, ou GMR en abrégé). Ces dispositifs exploitent un phénomène dit de vanne de spin ("spin valve" en terminologie anglosaxonne). Le ruban étant allongé dans l'entrefer, il présente sa grande dimension parallèlement aux flancs des pièces polaires. La longueur totale de ce ruban correspond à ce qu'on appelle généralement la largeur de l'entrefer, c'est-à-dire sensiblement la largeur de la piste à lire. Le champ magnétique de lecture est donc transversal dans le ruban magnétorésistant. Les structures magnétiques multicouches utilisent le cobalt, le fer, le cuivre, le chrome, le nickel, les alliages de fer et de nickel, l'argent, l'or, le molybdène, le ruthénium et le manganèse, comme décrit dans l'article de H. YAMAMOTO et T. SHINJO, publié dans la revue "IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan", vol. 7, n"9, septembre 1992, sous le titre "Magnetoresistance of Multilayers", p. 674-684). On peut utiliser aussi des couches de FeNi séparées par des couches de cuivre, comme décrit dans l'article de S.S.P. PARKIN intitulé "Oscillations in Giant Magnetoresistance and Antiferromagnetic Coupling in [NiglFel9/Cu]N N multilayers", publié dans la revue "Appl. Phys. Lett.", 60, n04, janvier 1992, p. 512-514 et l'article de R. NAKATANI et al. publié dans la revue "IEEE Transactions on Magnetics", vol. 28, n"5, septembre 1992, p. 2668-2670 et intitulé "Giant Magnetoresistance in Ni-Fe/Cu Multilayers Formed by Ion Beam Sputtering". Donnent également de bons résultats les structures formées de couches minces de FeNi séparées par des couches d'argent, comme décrit dans l'article de B. RODMACQ et al., publié dans "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", 118, 1993, p. Lll-L16 et intitulé "Magnetoresistive Properties and Thermal Stability of Ni-Fe/Ag Multilayers". On peut aussi utiliser des couches de NiFe, Cu, Co avec une couche dure de polarisation en TbCo. Ces nouveaux matériaux ont la propriété d'être fortement magnétorésistifs, c'est-à-dire d'avoir un rapport de variation relative de résistivité allant de 10 à 20%, et de présenter des champs magnétiques à saturation faibles, inférieurs à 40kA/m. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, illustre une tête magnétique à magnétorésistance selon l'état de la technique - la figure 2 montre une étape initiale d'un procédé de réalisation selon l'invention ; - la figure 3 illustre une opération de gravure de l'entrefer ; - la figure 4 illustre une opération de dépôt d'un isolant ; - la figure 5 illustre l'opération de dépôt de la magnétorésistance - la figure 6 illustre l'opération de dépôt d'un isolant - la figure 7 montre la tête obtenue après planarisation - la figure 8 est une vue générale d'une tête magnétique selon l'invention. Exposé détaillé d'un mode de réalisation Enterrer un ruban magnétorésistant dans un entrefer étroit n'est pas tâche aisée. I1 faut comprendre qu'en général l'intervalle entre pièces polaires (ce qu'on appelle la longueur de l'entrefer) est de l'ordre de 0,2 à 0,15 micromètres, ce qui est très faible, la largeur de l'entrefer (qui correspond sensiblement à la largeur de la piste) étant par ailleurs de l'ordre du micromètre ou en dessous. Compte tenu de ces dimensions très faibles, il faut trouver une technique d'autoalignement de l'élément magnétorésistant et c'est ce que propose l'invention, selon un procédé illustré sur les figures 2 à 7. On voit, sur la figure 2, les pièces polaires 221 et 222 et l'entrefer amagnétique 24 d'une tête magnétique horizontale à couches minces qui a été obtenue par un procédé classique. Le matériau amagnétique 24 peut être en silice SiC2 et les pièces polaires en fer-nickel FeNi. La figure 2 illustre donc le point de départ de la partie originale du procédé de l'invention. On grave alors sélectivement le matériau 24 pour constituer une tranchée 32 (voir figure 3) dont la profondeur H est de l'ordre de grandeur de la longueur de l'entrefer (c'est-à-dire de l'intervalle séparant les pièces polaires) ou est légèrement supérieure à cette longueur. La gravure sélective peut s'effectuer par gravure ionique réactive, le fer-nickel étant alors épargné. On dépose ensuite (figure 4) un matériau isolant, par exemple de la silice SiO2, par exemple par LPCVD ("Low Pressure Chemical Vapor Deposition") ou par CVD ("Chemical Vapor Deposition") ce qui assure une bonne couverture de marche. Cet isolant forme, sur les flancs des pièces polaires, des parois latérales 341 342 et, sur le fond de la tranchée, une couche isolante 34. L'épaisseur E des parois latérales 341 342 assure l'isolation avec les pièces polaires et le couplage magnétique avec celles-ci. A cet égard, il faut souligner un point important. En effet, comme la magnétorésistance utilisée aura une largeur très faible, elle aurait tendance à présenter un champ démagnétisant élevé. Grâce au couplage avec les pièces polaires qui vont encadrer la magnétorésistance, ce champ démagnétisant va en réalité être réduit. En jouant sur l'épaisseur E des parois isolantes latérales, on peut donc ajuster le couplage magnétostatique produit par les pièces polaires. Une épaisseur comprise entre 10 et 50 nanomètres semble appropriée. On dépose ensuite (Figure 5) les matériaux aptes à constituer un élément magnétorésistant et notamment une magnétorésistance géante. Ces matériaux ont été indiqués plus haut. On peut procéder, par exemple, par pulvérisation cathodique. On obtient alors un élément magnétorésistant MR dans le fond de la tranchée, et, naturellement, des dépôts parasites 381, 382 sur la couche isolante 341 342. On peut procéder aussi par évaporation sous vide, ce qui réduit l'épaisseur de ces parois parasites. On comble ensuite la tranchée (Figure 6) par un matériau isolant 40, par exemple de la silice. Enfin, on planarise l'ensemble (Figure 7) pour faire apparaître le plan de vol 25. L'élément magnétorésistant MR se trouve alors enterré dans le matériau amagnétique à une profondeur de l'ordre de 0,1 à 0,5 micromètre. La figure 8 montre, en coupe, la tête magnétique obtenue finalement par le procédé de l'invention. Les références numériques utilisées sont les mêmes que pour la figure 1 et désignent les mêmes moyens. On observera la position de l'élément magnétorésistant MR enterré dans l'entrefer amagnétique 24. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique de lecture et d'écriture comprenant un circuit magnétique avec deux pièces polaires (221, 222) séparées par un entrefer en matériau amagnétique (24), ces pièces polaires et cet entrefer définissant un plan de vol (25) pour la tête, et un élément magnétorésistant (MR), cette tête étant caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant est un ruban parallèle au plan de vol, ce ruban étant enterré dans le matériau amagnétique constituant l'entrefer (24) à une certaine profondeur sous le plan de vol (25), un intervalle (341 342) isolant séparant l'élément magnétorésistant (MR) des deux pièces polaires (221, 222) qui l'encadrent. 2. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'élément magnétorésistant (MR) est enterré dans le matériau amagnétique (24) à une profondeur (H) comprise entre environ 100 et 500 nm par rapport au plan de vol (25). 3. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque intervalle isolant (341 342) séparant l'élément magnétorésistant (MR) des deux pièces polaires (221, 222) a une épaisseur (E) comprise entre environ 10 et 50 nm. 4. Tête magnétique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément magnétorésistant (MR) est une magnétorésistance multicouche géante. 5. Procédé de réalisation d'une tête magnétique de lecture et d'écriture selon la revendication 1, dans lequel, sur un substrat (10) on forme un circuit magnétique (14, 161, 162 avec deux pièces polaires (221, 222) séparées par un entrefer en matériau amagnétique (24), caractérisé par le fait qu'il comprend ensuite les opérations suivantes - on grave le matériau amagnétique (24) constituant l'entrefer sur une partie de sa hauteur pour constituer une tranchée (32) entre deux flancs des pièces polaires (221, 222), - on dépose dans cette tranchée (32) un isolant, cet isolant formant deux parois latérales (341 342) recouvrant les flancs des pièces polaires (221, 222) et une couche isolante (34) au fond de la tranchée, - on dépose ensuite des couches aptes à constituer dans le fond de la tranchée un élément magnétorésistant (MR), - on comble la tranchée par un matériau isolant (40) - on planarise l'ensemble pour réaliser le plan de vol (25). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la profondeur (H) de la tranchée (32) est comprise entre environ 100 et 500 nm par rapport au plan de vol (25). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les parois latérales (341 342) ont une épaisseur (E) comprise entre environ 10 et 50 nm. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les couches déposées pour constituer l'élément magnétorésistant sont une pluralité de couches aptes à constituer une magnétorésistance géante.