Brevet FR2788159A1 — publié le 20000707

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TETE DE LECTURE PLANAIRE MINIATURISEE A MAGNETORESISTANCE GEANTE. DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une tête de lecture planaire miniaturisée à magnétorésistance géante. Ce procédé de fabrication est utilisable en particulier pour la réalisation de têtes de lecture pour l'enregistrement magnétique. Etat de l'art antérieur. Pour réaliser une tête d'enregistrement planaire, il est souvent fait appel aux techniques dites d'espaceur, bien connues de l'homme de l'art en technologie de circuits intégrés. Cette technique est appelée dans le langage anglo-saxon (" Low doped drain: LDD". Elle consiste à réaliser un premier dopage des contacts dans le silicium, en utilisant la grille comme masque, puis de déposer sur le flanc de la grille, une couche mince qui élargira la taille de la grille, afin de pratiquer un second dopage décalé par rapport au premier d'une longueur égale à l'épaisseur de la couche mince déposée sur le flanc de la grille. Ce même procédé, est utilisé également pour fabriquer l'entrefer d'une tête d'enregistrement planaire, comme décrit, parmi d'autres procédés, dans le brevet N 854001369 du 28 Janvier 1985. On voit sur la figure 1 une marche 32, sur laquelle une couche mince 34 a été déposée, puis gravée verticalement. Après enlèvement de la couche 32 qui servait de marche, la figure 2 montre l'espaceur 33 ainsi obtenu, qui constituera l'entrefer de la tête. Bien que satisfaisant à certains égards, ces procédés dits d'espaceur qui permettent de réaliser un motif de dimension bien inférieure à ce que les procédés conventionnels de photolithographie offriraient, ne permettent pas d'autoaligner d'autres motifs de petites dimensions, par rapport à l'espaceur. L'objet de la présente invention, est un procédé de fabrication d'une tête à magnétorésistance géante, ou à valve de spin, telle que décrite dans la demande de brevet N 9815450 du 3 Décembre 1998, qui inclut un espaceur de petite dimension, ainsi que d'autres motifs, obtenus notamment par gravure, de petite dimension qui doivent être autoalignés par rapport à l'espaceur. Cette tête à magnétorésistance géante, est montrée en coupe sur la figure 3, Les parties qui la composent sont extrêmement miniaturisées. La structure de la tête, nécessite un autoalignement des deux rubans 202 et 203 à magnétorésistance géante, dont les largeurs (L) de petite dimension, doivent être strictement identiques. Elle nécessite également que l'espaceur ou le monopole 201 de faible épaisseur, soit bien centré par rapport aux deux rubans 202 et 203, tout en étant isolé par des espaces identiques 207, 208 situés de part et d'autre du monopole Exposé de l'invention Le procédé selon l'invention comporte la réalisation d'un premier espaceur, entouré de deux autres espaceurs de dimensions identiques, les trois espaceurs étant sacrificiel, et servent de masque à la gravure de couches sous jacentes, pour former les deux rubans (202, 203), ainsi que le monopole (201). De façon plus précise, le procédé selon l'invention, comporte la réalisation d'un premier espaceur, qui sera recouvert d'une couche formant deux espaceurs situés de part et d'autre du premier espaceur. La nature du matériau constituant le premier espaceur est choisie pour être gravable sélectivement par rapport à la couche constituant les deux espaceurs de part et d'autre du premier espaceur. L'ensemble est ensuite utilisé comme un masque, pour graver les couches formant la magnétorésistance géante, afin de former un seul ruban, de largeur égale à celle des trois espaceurs, et dont l'espaceur central sera parfaitement positionné au centre de ce ruban. Le tout est recouvert par une couche épaisse. Cette couche est planarisée, afin d'ouvrir le premier espaceur. Ce premier espaceur va être gravé sélectivement, par rapport aux deux autres espaceurs qui l'entourent. Le sillon laissé par la gravure du premier espaceur, va servir de masque à la gravure plus profonde des couches sous jacentes, formant la magnétorésistance géante, qui après gravure constitueront les deux rubans (202, 203). L'intérieur du sillon constitué par la gravure des couches formant la magnétorésistance géante, est recouvert sur ses flancs d'une couche mince diélectrique, puis le sillon est comblé par du matériau magnétique, pour former le monopole (201) Les caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre. Brève description des dessins. * Les figures 1,2, déjà décrites montrent des exemples de l'art antérieur. * La figure 3 montre la structure de la tête à magnétorésistance géante à réaliser, selon le procédé de l'invention. + Les figures 4 à 15, montrent les différentes étapes du procédé de réalisation, selon l'invention. Exposé détaillé du procédé de fabrication. Sur un substrat isolant (401) comme du SiO2 ou de l'alumine,par exemple, on dépose l'ensemble des couches (402) formant la magnétorésistance géante comme montré sur la figure 4, selon des procédés bien connus de l'homme de l'art. Les couches (402) sont ensuite gravées selon les techniques connues de l'homme de l'art, pour former un ruban de largeur égale à quelques microns, comme le montre la figure 5. Ces couches sont ensuite protégées par une couche mince diélectrique (501) de SiO2 ou d'alumine par exemple, qui après planarisation, aura une épaisseur bien controlée, au dessus des couches (402). Cette couche diélectrique est ensuite revêtue d'une couche fine (502), d'arrêt de planarisation, choisie pour résister à la planarisation finale comme décrite plus loin. La nature de cette couche peut être avantageusement du tungstène. On réalise le support (601) en résine photosensible du premier espaceur comme le montre la figure 6, selon les procédés connus de l'homme de l'art. La marche qui constitue le support d'espaceur, obtenue par photolithographie, se situe aux environs du centre du ruban constitué par les couches magnétorésistantes géantes. Sur ce support d'espaceur, on dépose une couche mince, qui peut avantageusement être en aluminium, ou tout autre matériau, choisi pour constituer l'espaceur (701), comme le montre la figure 7, offrant une gravure sélective par rapport aux deux autres espaceurs qui l'entourera par la suite. Par enlèvement du support d'espaceur (601), il reste l'espaceur (701) situé environ au centre du ruban constitué par les couches magnétorésistantes géantes, comme le montre la figure 8. On dépose ensuite sur cet espaceur une couche mince de SiO2 ou d'alumine, que l'on grave pour obtenir comme le montre la figure 9 un double espaceur (901,902) autour du premier espaceur (701). Notons que l'épaisseur de la couche de SiO2 ou d'alumine, déposée sur les flancs du premier espaceur (701), constituera la largeur (L) des deux rubans à 1 5 magnétorésistance géante, comme montré sur la figure 3. On grave ensuite l'ensemble des couches formant la magnétorésistance géante, par usinage ionique, en utilisant les doubles espaceurs (901, 902), comme masque, comme le montre la figure 10. Ainsi, le premier espaceur (701) sera parfaitement centré par rapport aux bords (1001, 1002) du ruban formant les couches de la magnétorésistance géante, comme le montre la figure 10. On réalise ensuite un dépôt épais de SiO2, ou d'alumine par exemple, d'encapsulation, que l'on planarise, afin d'ouvrir le premier espaceur (701) comme le montre la figure 11. On grave ensuite sélectivement le premier espaceur (701) en gravant l'aluminium par exemple qui le constitue, par gravure chimique bien connue de l'homme de l'art. Cette gravure, s'arrête sur la couche (502), de la figure 5. Après enlèvement de l'espaceur (701), on utilise le sillon ainsi formé dans le SiO2, ou l'alumine, comme masque pour graver plus en profondeur les couches constituant la magnétorésistance géante comme le montre la figure 12. Le ruban constitué des couches à magnétorésistance géante, est ainsi gravé dans sa longueur et forme ainsi deux rubans (202, 203) de largeur (L) précisément égales à l'épaisseur des deux espaceurs (901,902), et situés parfaitement symétriquement par rapport au sillon (120) de la figure 12, de largeur (e), comme montré sur la figure 3. On dépose ensuite une couche mince diélectrique, comme du SiO2ou de l'alumine par exemple, (207,208) d'épaisseur égale a quelques centaine d'angstrôms qui recouvrira l'intérieur du sillon (120), comme le montre la figure 13. Puis on dépose une couche de matériau magnétique (140) que l'on voit sur la figure 14, que l'on planarise en s'appuyant sur la couche arrêt de planarisation (502) déposée au début du procédé, comme montré sur la figure 5. On obtient donc la structure finale représentée sur la figure , avec le monopole (201). La distance (H) qui sépare les rubans (202, 203) de la surface 150, est très précise, car elle est constituée de la couche (501) de la figure 5, au dessus des couches (202,203) Il faut noter que la tête à magnétorésistance de la figure 3 a pu être réalisée par le procédé selon l'invention, sans faire appel à des technologies de photolithographie submicroniques. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une tête de lecture planaire miniaturisée à magnétorésistance géante, la dite tête comprenant deux rubans à magnétorésistance géante (202,203), de largeur (L) séparés par un espacement (e) à l'intérieur duquel on trouve un monopole magnétique (201) isolé par deux couches diélectriques (207,208) par rapport aux deux rubans à magnétorésistance géante (202,203), ces deux rubans (202, 203) étant séparés de la surface de la tête (1 50), par une distance (H), caractérisé par le fait qu'il utilise une structure à trois espaceurs sacrificiels, (701,901,902), comme masque, pour réaliser par gravure, les deux rubans (202,203), autoalignés et isolés par rapport au monopole (201). 2. Procédé de fabrication d'une tête de lecture planaire miniaturisée à magnétorésistance géante, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations suivantes: -- Dépôt et gravure des couches à magnétorésistance géante, (402), protection de ces couches par une couche diélectrique (501), planarisée, et revêtue d'une couche d'arrêt de planarisation (502). --- Réalisation de trois espaceurs (901,701,902) au dessus des couches à magnétorésistance géante (402), l'espaceur central (701) étant gravable sélectivement par rapport aux deux espaceurs latéraux (901,902) --- Gravure autoalignée en utilisant les espaceurs (901,902) comme masque, pour graver les couches (502,501,402) --- Dépôt d'une couche épaisse d'encapsulation, puis planarisation pour ouvrir l'espaceur central (701). --- Gravure sélective de l'espaceur central (701) --- Gravure des couches à magnétorésistance géante en utilisant le sillon formé par la gravure de l'espaceur central (701) comme masque. --- Dépôt d'une couche mince diélectrique (207,208) --- Remplissage du sillon par une couche magnétique (140) et planarisation finale, en s'appuyant sur la couche d'arrêt de planarisation (502) 3. Procédé, selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les dimensions (L), (e), sont comprises entre quelques centaines et quelques milliers d'angstroms. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les couches isolantes (207,208) ont une épaisseur de quelques centaines d' angstroms. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la hauteur (H) est déterminée par la distance qui sépare les couches (402) et la couche d'arrêt de planarisation (502)