Brevet FR2806826A1 — publié le 20010928

TETE MAGNETIQUE INTEGREE POUR L'ENREGISTREMENT MAGNETIQUE HELICOIDAL SUR BANDE ET SON PROCEDE DE FABRICATION Domaine technique La présente invention concerne une tête magnétique intégrée pour l'enregistrement magnétique hélicoïdal sur bande. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle tête magnétique intégrée. Le domaine principal d'application de cette tête magnétique est l'enregistrement magnétique. Plus précisément, il concerne la vidéo grand public ou professionnelle (magnétoscopes de salon, camescopes) ainsi que les enregistreurs informatiques. Les autres domaines d'application sont les mémoires de masse informatiques (micro-informatique, stations de travail et gros systèmes) et le stockage de données sur bande ou disque pour d'autres applications grand public (multimédia, photo, audio...). Etat de la technique antérieure Un support d'enregistrement magnétique pour mémoires de masse (vidéo, audio ou informatique) comprend de nombreuses pistes sur lesquelles sont inscrites des informations sous forme de domaines magnétiques. Pour augmenter la densité d'informations, on augmente le nombre d'informations par unité de surface. Pour cela, on diminue la largeur des pistes et simultanément l'intervalle les séparant jusqu'à les rendre jointives comme par /exemple dans le standard enregistrement hélicoïdal. La largeur de piste est précisément définie dans chaque norme (par exemple 6,7 pm dans les systèmes DVC Long-Play). La figure 1 montre un cas particulier o les pistes 10 sont adjacentes. Pour éviter les problèmes de diaphonies entre pistes, 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 12a, 12b est attribuée à chaque type de piste. Par exemple, la tête magnétique 12a 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 magnétique 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 12a. Dans le cas de la tête magnétique 12b 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. Actuellement, les têtes d'enregistrement magnétique qui concernent ce domaine et qui sont disponibles sur le marché sont fabriquées par micro- usinage. Elles sont fabriquées de manière unitaire, sans les avantages des technologies collectives importées de la microélectr9nique. Cependant, avec la réduction actuelle des largeurs de pistes, les têtes nécessaires ont des dimensions de plus en plus réduites. Ces dimensions atteignent maintenant les limites de la technologie micro-usinée. Une technique de fabrication alternative a été proposée dans la demande de brevet FR-A-2 664 729. Il s'agit d'une technique de réalisation de têtes magnétiques intégrées avec un entrefer azimuté. Les figures 3A à 3C sont des vues en coupe illustrant les principales étapes de réalisation d'une tête magnétique selon l'enseignement de ce document. Les figures 3A à 3C sont relatives à un exemple de réalisation o l'on désire fabriquer une tête intégrée sur silicium avec un entrefer azimuté à 20 par rapport à la verticale de la feuille. Pour ce faire, on utilise un substrat de silicium 30 orienté et décalé de 0,5 , dans lequel on forme (voir la figure 3A), à partir de l'une de ses faces principales 31, une cavité 32 par gravure anisotrope. La gravure définit un profil de gravure avec notamment un pan 33 incliné selon l'azimut désiré. La gravure est suivie d'une oxydation thermique du substrat qui permet d'obtenir l'entrefer de la tête magnétique. La figure 3B montre la couche d'oxyde thermique 34 formée sur la face gravée du substrat 30. La partie 34A de la couche d'oxyde 34, déposée sur le pan 33, correspond à l'entrefer azimuté de la tête magnétique. La cavité est alors remplie par un matériau magnétique 35 qui est éventuellement feuilleté pour pallier au problème des courants de Foucault. Une première pièce polaire est ainsi constituée. Pour constituer la seconde pièce polaire, une partie de la couche d'oxyde adjacente à l'entrefer 34A est éliminée. On procède ensuite à une gravure isotrope sélective de manière à graver le substrat 30 sans attaquer l'oxyde thermique. Il se forme une seconde cavité 36 (voir la figure 3C). La cavité 36 est à son tour remplie de matériau magnétique pour constituer la seconde pièce polaire 37. On obtient donc deux pièces polaires 35 et 37 séparées par un entrefer azimuté 34A. Cette technique présente quelques inconvénients qui peuvent être regroupés en deux catégories. Une première catégorie concerne les problèmes d'usure et une deuxième catégorie concerne la forme et l'alignement des pièces polaires. Pour ce qui est des problèmes d'usure, il est difficile de trouver un substrat qui permette de réaliser les têtes magnétiques comme cela est divulgué dans le document FR-A-2 664 729 et qui ait aussi de bonnes propriétés mécaniques pour résister à l'usure que peut occasionner le contact entre la tête magnétique et la bande magnétique, surtout pendant la durée de vie d'un système professionnel. Classiquement, mais il ne s'agit là que d'un exemple, on utilise un substrat de silicium pour réaliser les têtes magnétiques, or le silicium offre une résistance à l'usure insuffisante pour certaines applications. Pour ce qui concerne la forme des pièces polaires, la technique proposée par le document FR-A- 2 664 729 permet d'aligner parfaitement un bord des pièces polaires (celui qui correspond à la face du substrat à partir de laquelle sont réalisées les gravures). Cependant, ce n'est pas le cas de l'autre bord qui correspond au fond des deux cavités. Les tolérances sur les épaisseurs des pièces polaires (la dimension e indiquée sur la figure 3A) sont de plus en plus serrées. Compte tenu des inhomogénéités de gravure sur la profondeur, il devient difficile de tenir ces tolérances. La partie des pièces polaires qui est située sous la ligne L de la figure 3C ne participe pas à l'écriture des bits. Par contre elle participe aux courants induits. Il y a alors intérêt à la minimiser. Toujours en ce qui concerne la forme des pièces polaires, la figure 4 montre un exemple de réalisation pour lequel la seconde gravure 36' est passée sous l'entrefer 34A de la tête magnétique (voir la région 38). Une telle tête doit être automatiquement éliminée. Ceci fait qu'il faut prévoir une seconde cavité de profondeur telle que la limite supérieure de tolérance sur la profondeur ne passe pas sous l'entrefer. Tous ces problèmes font que la technique décrite dans le document FR-A-2 664 729, même si elle représente un important progrès par rapport aux têtes microusinées pour ce qui est notamment de l'alignement des pièces polaires, n'est pas simple et reste difficile à industrialiser. Exposé de l'invention La présente invention a été conçue pour régler conjointement le problème de l'usure des têtes et celui de leur auto-alignement. Un premier objet de l'invention est constitué par une tête magnétique intégrée comprenant une structure en couche mince, la structure en couche mince contenant, dans la tranche de la structure constituant la face de lecture et/ou d'écriture de la tête magnétique, deux pièces polaires séparées par un entrefer et en alignement longitudinal, les pièces polaires étant contenues dans le sens transversal par rapport à la structure entre des plans parallèles de la structure en couche minqe, la tête magnétique comprenant deux couches de matériau résistant à l'usure qui encadrent la structure en couche mince pour renforcer la résistance à l'usure de la face de lecture et/ou d'écriture. Eventuellement, l'entrefer est un entrefer azimuté. Le matériau résistant à l'usure peut être choisi parmi A1203-TiC, CaTiO3 et ZrO2. La structure en couche mince peut comprendre une couche de silicium monocristallin contenant les pièces polaires. Elle peut aussi comprendre une couche, dite couche d'arrêt, formant l'un des plans parallèles de la structure en couche mince. Cette couche d'arrêt peut être en SiO2. Les pièces polaires peuvent être des pièces polaires feuilletées. S15 La tête magnétique peut également comprendre un élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique, entre la structure en couche mince et une couche de matériau résistant à l'usure. Un deuxième objet de l'invention est un dispositif de lecture et/ou d'écriture magnétique constitué d'un empilement de têtes magnétiques telles que définies ci-dessus. Un troisième objet de l'invention est constitué par un procédé de réalisation d'au moins une tête magnétique intégrée, comprenant les étapes de: - fourniture d'un substrat comprenant un support recouvert d'une couche, dite couche d'arrêt, elle-même recouverte d'une couche mince de matériau monocristallin d'orientation appropriée, - gravure anisotrope d'un premier caisson dans ladite couche mince en vue d'y loger une première pièce polaire de tête magnétique, la gravure révélant la couche d'arrêt et procurant un flanc de caisson selon une direction correspondant à un azimut désiré pour l'entrefer de la tête magnétique, - formation sur le flanc de caisson d'une couche de matériau d'entrefer, - remplissage du premier caisson par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la première pièce polaire, gravure isotrope d'un deuxième caisson dans ladite couche mince en vue d'y loger une deuxième pièce polaire de tête magnétique, la deuxième pièce polaire devant être séparée de la première pièce polaire par le matériau d'entrefer, la gravure révélant la couche d'arrêt, - remplissage du deuxième caisson par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la deuxième pièce polaire, fixation sur la face libre de ladite couche mince d'un élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique (circuits électriques, fermeture de circuits magnétiques par exemple), fixation d'une première couche de matériau résistant à l'usure sur l'élément en forme de couche contenant les circuits complémentaires, élimination du support pour révéler la couche d'arrêt, - fixation d'une deuxième couche de matériau résistant à l'usure sur la couche d'arrêt, découpe transversale pour révéler sur la tranche de la couche mince de matériau monocristallin des pièces polaires constituées du matériau magnétique et séparées par un entrefer. Avantageusement, l'étape de fourniture d'un substrat comprend la fourniture d'un substrat du type silicium-sur-isolant, l'isolant étant une couche d'oxyde de silicium. L'étape de formation sur le flanc de caisson d'une couche de matériau d'entrefer peut alors être une étape d'oxydation thermique. Le remplissage des caissons peut être réalisé par dépôt électrolytique suivi d'une planarisation du matériau magnétique déposé. Ce dépôt électrolytique peut être réalisé en alternance avec le dépôt de couches isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté. L'élimination du support peut être obtenue par gravure sélective. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi 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 3A à 3C, déjà décrites, sont des vues en coupe illustrant les principales étapes de réalisation d'une tête magnétique selon l'art connu, - la figure 4, déjà décrite, est une vue en coupe illustrant une tête magnétique défectueuse, réalisée selon l'art connu, - les figures 5A à 5H illustrent différentes étapes de la réalisation d'une tête magnétique intégrée selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Les figures SA à 5H illustrent la réalisation d'une tête magnétique intégrée pour l'enregistrement hélicoïdal sur bande selon la présente invention. Elles sont des vues en coupe transversale. La figure 5A montre un substrat silicium- sur-isolant 40 (ou substrat SOI) comprenant un support 41 en silicium recouvert successivement d'une couche d'oxyde de silicium 42 et d'une couche mince de silicium monocristallin 43. La couche de silicium 43 est choisie avec une orientation cristalline appropriée à l'azimut d'entrefer désiré. L'épaisseur de la couche 43 est également choisie en fonction de l'épaisseur désirée pour les pièces polaires à constituer. Le substrat SOI 40 va- être soumis à des opérations bien connues de l'homme de l'art en microélectronique. La couche mince 43 est soumise localement à une gravure anisotrope jusqu'à atteindre la couche d'oxyde 42. Le temps de gravure peut être un peu plus long que prévu afin d'éliminer toute trace de silicium sur la couche d'oxyde 42 révélée. On obtient un premier caisson 44 dont le flanc 45 est orienté conformément à l'azimut désiré. On procède ensuite (voir la figure 5B) à une oxydation thermique du silicium de la couche mince 43. Il se forme alors une couche d'oxyde de silicium 46 à la surface de la couche mnce 43. Une partie 46A de cette couche d'oxyde 46 recouvre le flanc 45 du caisson 44. Cette partie 46A constituera l'entrefer de la tête magnétique. Le fond du caisson 44 ne reçoit pas d'oxyde supplémentaire puisque ce fond est déjà en oxyde de silicium et ne peut donc plus être oxydé. Un dépôt électrolytique de matériau magnétique suivi d'une planarisation permet de remplir le caisson 44 de matériau magnétique pour constituer la première pièce polaire 47 (voir la figure 5C). Le dépôt électrolytique peut éventuellement être réalisé en alternance avec le dépôt de couches électriquement isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté pour limiter les courants de Foucault. On réalise ensuite (voir la figure 5D) la gravure d'un deuxième caisson 48 dans la couche mince 43 après avoir ouvert la couche d'oxyde 46 à l'endroit approprié. Il s'agit d'une gravure isotrope qui est menée jusqu'à révéler la couche d'oxyde 42 et qui s'arrête sur la partie 46A. Comme le montre la figure 5E, le deuxième caisson 48 est rempli de matériau magnétique, de la même façon que pour le premier caisson, afin de constituer la deuxième pièce polaire 49. La face supérieure 50, ou face libre du dispositif, est donc une face plane. L'étape suivante, illustrée par la figure 5F, consiste à réaliser ou à fixer sur la face libre 50 un élément 51 en forme de couche et contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique (par exemple les solénoïdes). A ce stade, la partie fonctionnelle de la tête magnétique est terminée. Une première couche 52 de matériau résistant à l'usure est alors fixée sur l'élément 51 en forme de couche (voir la figure 5G). Le support 41 peut alors être éliminé. Ceci peuh être effectué par gravure sélective, la couche d'oxyde 42 servant également de couche d'arrêt à la gravure. Une deuxième couche 53 de matériau résistant à l'usure est alors fixée sur la couche d'oxyde 42. Les contacts électriques peuvent être repris sur la couche 52, par exemple à l'aide d'intra- connexions ou par gravure à travers la couche 52. Les couches de matériau résistant à l'usure 52 et 53 peuvent être en A1203-TiC, en CaTiO3 ou en ZrO2. A titre d'exemple, la couche mince 43 en silicium peut avoir une épaisseur de 8 pm. L'entrefer 46A peut avoir une épaisseur de 0,09 pm. Le procédé de réalisation selon l'invention a été décrit à partir d'un substrat SOI. Cependant, le procédé reste valable si la couche mince superficielle est en un autre matériau monocristallin. La couche d'arrêt peut également être en un autre matériau que l'oxyde de silicium pourvu que ce matériau arrête les gravures et puisse être enfoui sous une couche mince monocristalline. En outre, les types de gravure peuvent être différents, par exemple du type utilisé dans le document FR-A-2 716 995. Dans ce cas, les avantages apportés par la présente invention subsistent, mais les gravures sont différentes et l'entrefer n'est pas azimuté. La présente invention permet de résoudre le problème d'usure du silicium en faisant porter le contact tête-bande sur un assemblage constitué en plus grande partie de matériaux résistants à l'usure. Le procédé permet d'obtenir des pièces polaires auto- alignées des deux côtés puisque l'on s'affranchit des inhomogénéités de gravure en s'appuyant sur la couche d'arrêt enterrée. L'épaisseu[ des pièces polaires peut être calibrée grâce à l'épaisseur choisie pour la couche mince du substrat SOI. Les substrats SOI actuellement disponibles offrent des tolérances très bonnes qui permettent de respecter les spécifications des normes d'enregistrement. Le problème du passage de la seconde gravure sous l'entrefer, illustré par la figure 4, n'existe plus dans le cas de l'invention. La tenue en fréquence des têtes magnétiques est améliorée puisque l'épaisseur de matériau magnétique et les courants induits sont minimisés. L'invention permet un procédé collectif de fabrication des têtes magnétiques à partir d'un même substrat. Elle permet la réalisation de têtes multiples en utilisant plusieurs structures du type de celle représentée à la figure 5E pour empiler plusieurs niveaux de pièces polaires. REVENDICATIONS 1. Tête magnétique intégrée comprenant une structure en couche mince, la structure en couche mince contenant, dans la tranche de la structure constituant la face de lecture et/ou d'écriture de la tête magnétique, deux pièces polaires (47,49) séparées par un entrefer (46A) et en alignement longitudinal, les pièces polaires étant contenues dans le sens transversal par rapport à la structure entre des plans parallèles de la structure en couche mince, la tête magnétique comprenant deux couches de matériau résistant à l'usure (52, 53) qui encadrent la structure en couche mince pour renforcer la résistance à l'usure de la face de lecture et/ou d'écriture. 2. Tête magnétique intégrée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'entrefer (46A) est un entrefer azimuté. 3. Tête magnétique intégrée selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau résistant à l'usure est choisi parmi A1203-TiC, CaTiO3 et ZrO2. 4. Tête magnétique intégrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la structure en couche mince comprend une couche de silicium monocristallin (43) contenant les pièces polaires (47, 49). 5. Tête magnétique intégrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la structure en couche mince comprend aussi une couche, dite couche d'arrêt (42), formant l'un des plans parallèles de la structure en couche mince. 6. Tête magnétique intégrée selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche d'arrêt (42) est en SiO2. 7. Tête magnétique intégrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pièces polaires (47, 49) sont des pièces polaires feuilletées. 8. Tête magnétique intégrée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend également un élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique, entre la structure en couche mince et une couche (52) de matériau résistant à l'usure. 9. Dispositif de lecture et/ou d'écriture magnétique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un empilement de têtes magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé de réalisation d'au moins une tête magnétique intégrée, comprenant les étapes de: - fourniture d'un substrat (40) comprenant un support (41) recouvert d'une couche, dite couche d'arrêt (42), elle-même recouverte d'une couche mince (43) de matériau monocristallin d'orientation appropriée, - gravure anisotrope d'un premier caisson (44) dans ladite couche mince (43) en vue d'y loger une première pièce polaire de tête magnétique, la gravure révélant la couche d'arrêt (42) et procurant un flanc (45) de caisson selon une direction correspondant à un azimut désiré pour l'entrefer de la tête magnétique, - formation sur le flanc (45) de caisson d'une couche (46A) de matériau d'entrefer, remplissage du premier caisson (44) par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la première pièce polaire (47), - gravure isotrope d'un deuxième caisson (48) dans ladite couche mince (43) en vue d'y loger une deuxième pièce polaire de tête magnétique, la deuxième pièce polaire devant être séparée de la première pièce polaire (47) par le matériau d'entrefer (46A), la gravure révélant la couche d'arrêt (42), - remplissage du deuxième caisson (48) par un matériau magnétique venant affleurer la face libre de ladite couche mince pour constituer la deuxième pièce polaire (49), - fixation sur la face libre de ladite couche mince d'un élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires de la tête magnétique, - fixation d'une première couche (52) de matériau résistant à l'usure sur l'élément (51) en forme de couche contenant les circuits complémentaires, élimination du support (41) pour révéler la couche d'arrêt (42), fixation d'une deuxième couche (53) de matériau résistant à l'usure sur la couche d'arrêt (42), - découpe transversale pour révéler sur la tranche de la couche mince de matériau monocristallin des pièces polaires (47, 49) constituées du matériau magnétique et séparées par un entrefer (46A). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de fourniture d'un substrat comprend la fourniture d'un substrat du type silicium-sur-isolant, l'isolant étant une couche d'oxyde de silicium. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de formation sur le flanc (45) de caisson d'une couche de matériau d'entrefer est une étape d'oxydation thermique. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le remplissage des caissons (44, 48) est réalisé par dépôt électrolytique suivi d'une planarisation du matériau magnétique déposé. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dépôt électrolytique est réalisé en alternance avec le dépôt de couches isolantes afin d'obtenir un matériau magnétique feuilleté. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élimination du support (41) est obtenue par gravure.