Brevet FR2780196A1 — publié le 19991224

PROCEDE DE REALISATION D'UNE TETE MAGNETIQUE D'ENREGISTREMENT/LECTURE ET APPLICATION A UNE TETE MATRICIELLE L'invention concerne le procédé de fabrication de têtes magnétiques d'enregistrement/lecture, utilisables notamment pour l'enregistrement/lecture de bandes magnétiques multipistes. L'invention est également applicable à l'enregistrement/lecture de tout autre support d'information. Son domaine d'application peut être aussi bien l'enregistrement audio et/ou vidéo que l'enregistrement de données informatiques. Ces têtes sont actuellement réalisées sur un substrat céramique muni de vias conductrice sur lequel l'ensemble du composant est fabriqué. La demande de brevet français n 96 08393 décrit à la fois un tel composant et son procédé de fabrication. L'invention concerne un procédé de fabrication d'une tête magnétique, plus particulièrement la fabrication des pôles magnétiques avec pour objet de diminuer les aspects critiques des étapes correspondantes et donc d'augmenter les possibilités de fabrication industrielles. La méthode utilisée dans la demande de brevet français 96 08393 comprend pour la fabrication des pôles, principalement trois étapes: 1 ) fabrication d'un premier pôle magnétique, 2 ) fabrication de l'entrefer E1 et du deuxième pôle magnétique, 3 ) individualisation des têtes d'écriture de la tête matricielle. Ces dernières étapes du procédé de fabrication sont fondamentales car elles déterminent les performances du composant. Elles sont critiques du fait des dimensions géométriques exigées pour l'obtention de ces performances: - largeur de l'entrefer de l'ordre de 0, 4 pm; - longueur de l'entrefer de l'ordre de 5 pm; - épaisseur des pâles de l'ordre de 3 pm; pente de l'entrefer la plus verticale possible; - parfaite rectitude de l'entrefer. Le premier pôle magnétique peut être fabriqué par usinage ionique d'une couche de matériau magnétique au travers d'un masque. Deux options sont possible: - utilisation d'un masque dur (carbone adamantin par exemple) mais, si le bord du pôle ainsi réalisé (donc la rectitude de l'entrefer) est satisfaisant, la pente du pôle est trop importante (environ 45 ); - utilisation d'un masque en résine photosensible qui permet d'obtenir une pente de l'entrefer de 70 à 800 mais avec lequel la rectitude du bord de pôle est difficile à maîtriser de manière reproductible tant sur un même substrat que sur deux lots différents. L'entrefer et le deuxième pôle peuvent être ensuite réalisés par dépôt des matériaux diélectrique et magnétique puis par polissage de la pièce; c'est l'épaisseur de diélectrique déposée sur le bord du premier pôle qui détermine la largeur de l'entrefer. L'individualisation des têtes d'écriture est enfin réalisée par usinage ionique au travers d'un masque. En terme industriel, la principale faiblesse de cette méthode de fabrication réside dans l'utilisation de la gravure et notamment l'usinage ionique à travers un masque de résine photosensible. Deux raisons expliquent ce choix: 1 ) la difficulté à mettre en oeuvre les procédés de gravure chimique réactive du matériau magnétique à des températures raisonnables (absence de composé volatil du fer en dessous de 250 C) impose l'usinage ionique; 2 ) le besoin d'un flanc très vertical force l'utilisation d'un masque résine. De ce fait, le procédé de gravure n'est pas sélectif entre le masque et le matériau. D'autre part, il serait intéressant, dans le but d'améliorer la résistance à l'usure du composant, d'encapsuler les pôles d'écriture dans un matériau isolant. De cette manière, la bande magnétique ne porterait plus exclusivement sur les pôles mais sur une surface plus grande. Le procédé actuel implique pour cela un dépôt de diélectrique épais puis un polissage de l'ensemble pour dégager les pôles d'écriture. L'invention permet donc de résoudre ces différents problèmes. L'invention concerne donc un procédé de réalisation d'une tête magnétique en couches, à la surface d'un substrat comportant une couche de matériau magnétique et, sur cette couche, au moins deux plots magnétiques et au moins un conducteur électrique formant bobinage d'induction magnétique pour l'un des plots magnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a)- réalisation sur l'ensemble plots magnétiques et conducteur, d'une couche d'un matériau d'encapsulation; b)- réalisation sur la couche d'encapsulation d'un premier masque laissant libre sur la couche d'encapsulation une surface correspondant à la forme de deux pôles magnétiques à réaliser; c)- réalisation sur la couche d'encapsulation et sur le premier masque d'un deuxième masque laissant libre une surface correspondant à la forme d'un premier pôle magnétique à réaliser; d)gravure de la couche d'encapsulation dans la surface laissée libre par les deux masques et cela jusqu'à au moins un plot magnétique; e)- dépôt d'une première couche de matériau magnétique sur l'ensemble ainsi réalisé; f)polissage de la couche de matériau magnétique jusqu'à atteindre les masques et obtenir un premier pôle magnétique; g) - attaque du deuxième masque; h)- gravure de la couche d'encapsulation dans la surface laissée libre par le premier masque et par la première couche de matériau magnétique; i)- dépôt sur l'ensemble d'une couche d'un matériau non magnétique puis d'une deuxième couche d'un matériau magnétique; j)polissage jusqu'à atteindre la première couche de matériau magnétique. Les différents objets et caractéristiques apparaîtront plus clairement dans la description faite à titre d'exemple non limitatif et dans les figures annexées qui représentent: - les figures la à 1 o, un exemple de procédé de réalisation d'une tête magnétique selon l'invention; - les figures 2a à 2f, une application du procédé de l'invention à la réalisation d'une matrice de têtes magnétiques. Pour simplifier l'explication du procédé de l'invention, nous allons tout d'abord décrire le procédé de réalisation d'une tête magnétique seule. Nous décrirons ensuite l'application de ce procédé à un composant comprenant un ensemble de têtes arrangées en matrice. Tout d'abord comme cela est représenté en figure 1, on réalise une plaque support comportant sur un substrat 1: - une couche magnétique M1; - sur cette couche magnétique: deux plots magnétiques P1 et P2 et un conducteur Cl servant à l'induction d'un champ magnétique dans l'ensemble couche magnétique/plots magnétiques. Un matériau Il non magnétique et isolant électrique entoure les plots magnétiques et le conducteur Cl de façon à fournir une surface plane 11 au niveau de laquelle les plots magnétiques affleurent. La couche magnétique M1 n'est pas nécessaire si le substrat 1 est en matériau magnétique. Au cours d'une première étape (figure 1lb) on réalise une couche d'arrêt d'attaque chimique 2 à l'aide d'un matériau diélectrique (AI203 par exemple) assurant une bonne sélectivité vis-à-vis des étapes de gravures ultérieures. L'épaisseur de cette couche doit être faible (environ 0,1 pm) pour ne pas perturber le fonctionnement de la tête magnétique. Cependant si le ou les matériaux de la surface 11 assurent la sélectivité chimique aux gravures qui seront effectuées dans la suite du procédé, il n'est pas nécessaire de prévoir cette étape de dépôt de cette couche d'arrêt d'attaque chimique. Au cours d'une deuxième étape (figure lc) on réalise le dépôt d'une couche épaisse 3 d'un matériau diélectrique. Il s'agit de la couche dans laquelle seront " moulés " les pôles magnétiques. Son épaisseur doit donc être légèrement supérieure à l'épaisseur visée pour les pôles (soit environ 4 pm). Elle doit pouvoir être gravée de manière sélective par rapport au matériau précédent. Cette couche est donc réalisée par exemple en SiO2. Au cours d'une troisième étape (figures Id, le) on réalise sur la couche 3, un premier masque 4 définissant la forme globale des deux pôles de la tête magnétique comme cela est représenté en figure le. Ce masque est de préférence réalisé dans le même matériau que la couche d'arrêt 2, c'est-à-dire en A1203 par exemple. Son épaisseur (0,1 pm par exemple) peut rester faible puisqu'il possède une bonne sélectivité par rapport au matériau de la couche 3. Cette faible épaisseur permet de le fabriquer, par exemple, par dépôt puis usinage ionique du matériau au travers d'un masque en résine photosensible. Au cours d'une quatrième étape (figures If et lg), on réalise un deuxième masque 5 qui ne laisse libre dans le premier masque 4 uniquement que la surface nécessaire à la réalisation d'un premier pôle. Avantageusement, ce masque prend la forme d'une bande (figure lg) qui occulte dans le premier masque la surface du deuxième pôle à réaliser. Ce masque doit être réalisé dans un matériau qui permet une gravure sélective par rapport aux matériaux de la couche 2 et du masque 4. Un masque métallique (aluminium par exemple) convient parfaitement. Là encore une faible épaisseur (moins de 0,1 pm) suffit permettant une réalisation du masque par photogravure au travers d'un masque de résine. Au cours d'une cinquième étape on effectue une gravure de la couche 3 (en SiO2) dans l'espace laissé libre par les masques 4 et 5 (voir figure 1h). Cette gravure est faite par RIE (Reactive lonic Etching). Elle s'arrête sur la couche 2. Elle permet d'obtenir des flancs de gravure quasiment verticaux et rectilignes dans la couche 3. Au cours d'une sixième étape (figure li) on réalise un dépôt de matériau magnétique 6. L'épaisseur de ce dépôt est supérieure à l'épaisseur de la couche 3 et des masques (par exemple 4,5 à 5 pm). Au cours d'une septième étape, on procède à la planarisation de la surface de la structure obtenue (figure lj) jusqu'à définition du premier pôle pl magnétique de la tête magnétique. Lors de cette phase, I'utilisation d'un procédé de polissage sélectif (planarisation mécano-chimique) permet d'enlever le matériau magnétique laissant intact les deux masques précédents. Remarquons que le matériau magnétique au-dessus de l'emplacement du futur deuxième pôle est enlevé par sur-polissage ce que permet la faible épaisseur du masque métallique 5. Au cours d'une huitième étape, on procède à la gravure du deuxième masque 5. L'espace du futur deuxième pôle de la tête magnétique défini par le premier masque est ainsi démasqué (figure 1 k). Au cours d'une neuvième étape on grave la couche 3 laissée libre par le premier masque 4 et par le premier pôle pl. Cette gravure peut se faire comme précédemment par RIE. La place du deuxième pôle est ainsi réalisée (figure 11). Au cours d'une dixième étape on réalise un dépôt d'un matériau non magnétique 7 d'une épaisseur correspondant à celle de l'épaisseur de l'entrefer à obtenir (par exemple une couche de 0,6 pm environ fournira un entrefer de 0,3 pm entre les pôles). Au cours d'une onzième étape on réalise à nouveau un dépôt d'un matériau magnétique 8 d'une épaisseur supérieure à celle de la couche 3 et du masque 4 (figure lm). Enfin, au cours d'une douzième étape, on effectue une planarisation de cette couche de matériau magnétique jusqu'à atteindre le premier pôle pl et jusqu'à définition de l'entrefer E entre les deux pôles pl et p2. Cette planarisation ne peut pas être sélective du fait de la structure à polir (présence de deux matériaux différents). Il faut enlever la matière jusqu'à disparition des masques et définition de l'entrefer. On obtient ainsi la tête magnétique représentée en figures I n et 1 o. On va maintenant décrire l'application du procédé précédent à la réalisation d'une tête matricielle. La plaque support de départ comportant des plots magnétiques et conducteurs d'induction de champ magnétique se présente sous une forme telle que représentée en figures 2a et 2b. Après réalisation des différentes étapes correspondant aux figures 1 b à 1g, on obtient une structure telle que représentée en figures 2c et 2d, Le masque 4 définit une matrice de zones non masquées 40 arrangées en lignes et colonnes. Chaque zone correspond à deux pôles magnétiques et est située au-dessus d'un plot magnétique. Chaque zone 40 est reliée à au moins une autre zone voisine 40 par une zone 41 dans laquelle sera fabriqué l'entrefer d'une tête magnétique. Le masque 5 est réalisé sous forme de bandes rectilignes. Chaque bande recouvre partiellement une moitié des zones d'une colonne. Un bord de chaque bande passe au-dessus du centre des plots magnétiques d'une colonne de la matrice et l'autre bord de chaque bande o10 passe au-dessus des zones 41 d'une colonne. Après les étapes correspondant aux figures 1lh à lj, on obtient (voir figure 2f) une matrice de pôles pO.1, pO.2, p2.1, p2.2, p4.1, etc. Après les étapes correspondant aux figures 1k à lm, on obtient (voir figure 2f) une matrice de têtes magnétiques telles que p1.2-p2.1, p3.2- p4.1. On voit donc que le premier masque 4 a permis de définir les formes des pôles et que le deuxième masque a permis de séparer les zones des pôles aux niveaux des entrefers tels que e12 et e34 ainsi qu'au- dessus des plots magnétiques tels que en s01 et s23. De façon générale, I'idée directrice de l'invention est d'utiliser au maximum les sélectivités entre matériaux, que ce soit pour la gravure ou le polissage. Cela implique l'utilisation d'un procédé de gravure ionique réactive et d'un polissage mécano-chimique. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une tête magnétique en couches, sur une face (10) d'un substrat (1) comportant une couche de matériau magnétique (M1l) et, sur cette couche, au moins deux plots magnétiques (P1 et P2) ainsi qu'au moins un conducteur électrique (Cl, C2) formant bobinage d'induction magnétique pour l'un des plots magnétiques; a)- réalisation sur l'ensemble plots magnétiques et conducteur, d'une couche d'un matériau d'encapsulation (3); b)- réalisation sur la couche d'encapsulation (3) d'un premier masque (4) laissant libre sur la couche d'encapsulation une surface correspondant à la forme de deux pôles magnétiques à réaliser; c)réalisation sur la couche d'encapsulation (3) et sur le premier masque (3) d'un deuxième masque (4) laissant libre une surface correspondant à la forme d'un premier pôle magnétique à réaliser; d)- gravure de la couche d'encapsulation (3) dans la surface laissée libre par les deux masques et cela jusqu'à au moins un plot magnétique; e)- dépôt d'une première couche de matériau magnétique sur I'ensemble ainsi réalisé; f) - polissage de la couche de matériau magnétique jusqu'à atteindre les masques et obtenir un premier pôle magnétique; g) - attaque du deuxième masque; h)- gravure de la couche d'encapsulation (3) dans la surface laissée libre par le premier masque et par la première couche de matériau magnétique; i)- dépôt sur l'ensemble d'une couche d'un matériau non magnétique puis d'une deuxième couche d'un matériau magnétique; j)- polissage jusqu'à atteindre la première couche de matériau magnétique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (a) est précédée par la réalisation d'une couche d'arrêt d'attaque chimique (2) chimiquement différente de la couche d'encapsulation (3) sur l'ensemble plots magnétiques et des conducteurs. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux masques (4, 5) sont en matériaux différents de façon à pouvoir être attaqués chimiquement de façon sélective. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche d'arrêt d'attaque chimique est en A1203 et la couche d'encapsulation est en SiO2. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier masque (4) est en A1203 et le deuxième masque est en aluminium. 6. Procédé de réalisation d'une matrice de têtes magnétiques appliquant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier masque (4) permet de définir des zones (40) communes à deux pôles (pO.3, pl.2) de deux têtes magnétiques voisines. 7. Procédé de réalisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième masque (5) comporte des bandes rectilignes de masque permettant de séparer en deux parties chaque dite zone (40) définie par le premier masque et de séparer les deux pôles de chaque tête au niveau de chaque entrefer (e12, e34).