DE69024588T2 - Herstellungsverfahren für einen magnetoresistiven Kopf - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Dünnfilm-Magnetkopf, welcher in einer magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtung verwendet wird.
- In jüngster Zeit stellt man höhere Geschwindigkeiten der Datenübertragung und mehrere Kanäle in der magnetischen Aufzeichnungsund/oder Wiedergabevorrichtung fest, um so mit dem Trend zu einer höheren Aufzeichnungsdichte schrittzuhalten. Insbesondere wird bei einer magnetischen Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtung, bei der sich das Aufzeichnungsmedium langsam bewegt, ein magnetoresistiver Kopf verwendet, dessen Wiedergabeergebnis nicht von der angewandten Geschwindigkeit abhängt.
- Ein magnetoresistiver Kopf mit einfachstem Aufbau ist bereits bekannt, z.B. aus der Veröffentlichung "A Magnetoresistive Readout Transducer" (Magnetischer Lese-Wandler), R.P. Hunt, IEEE Trans. Magn., Band 1, MAG-7, Nr. 1 (März 1971), pp. 150-154. In diesem magnetoresistiven Kopf ist ein magnetoresistives Element, bestehend aus einem dünnen Film aus einer Ni-Fe- Legierung mit einer Filmdicke von einigen Hundert Ängström vertikal oder horizontal auf dem Aufzeichnungsmedium vorgesehen und ein Elektrodenpaar an beiden Enden dieses magnetoresistiven Elements angebracht. Zur Signalerfassung wird die Widerstandsänderung des magnetoresistiven Elements infolge des durch das Aufzeichnungsmedium erzeugten Signal- Magnetfeldes in eine Spannungsänderung umgewandelt, die durch den konstanten, durch die Elektroden fließenden Strom im magnetoresistiven Element hervorgerufen wird. Bei einem magnetoresistiven Kopf, in dem das magnetoresistive Element honzontal angeordnet ist, kann ein Signal, welches bei einer hohen Dichte der Aufzeichnungswellenlängen von mehreren Mikrometern oder weniger aufgezeichnet wurde, nicht wiedergegeben werden, da seine Wiedergabeauflösung von der geometrischen Form des magnetoresistiven Elements abhängt. Oder bei einem magnetoresistiven Kopf mit vertikal angebrachtem magnetoresistiven Element ist die Wiedergabeempfindlichkeit im kurzen Wellenlängenbereich der Aufzeichnungswellenlänge von einigen Mikrometern oder weniger besonders schlecht, da die Intensität des Signal-Magnetfeldes vom Aufzeichnungsmedium, d.h. die Exponentialfunktion, in bezug auf die Entfernung des magnetoresistiven Elements zum Aufzeichnungsmedium abnimmt und sich das Signal-Magnetfeld im allgemeinen mit kürzer werdender Aufzeichnungswellenlänge verringert. Desweiteren ist bei beiden magnetoresistiven Köpfen der Verschleiß des magnetoresistiven Elements unvermeidlich, da es mit dem Aufzeichnungsmedium in Kontakt bleibt.
- Ein magnetoresistiver Kopf mit dem die obigen Probleme des Verschleißes und der abnehmenden Wiedergabefähigkeit Im kurzen Wellenlängenbereich gelöst werden sollen, ist bereits bekannt, beispielsweise aus dem offengelegten japanische Patent Nr.52-9413. Dieser magnetoresistive Kopf umfaßt einen Vormagnetisierungsleiter aus einem leitfähigen Werkstoff zum Anlegen eines Vormagnetisierungsfeldes an ein magnetoresistives Element, ein Elektrodenpaar zum Weiterleiten eines Erregerstromes zum magnetoresistiven Element und zwei Magnetjoche, d.h. ein vorderes und ein hinteres Magnetjoch, die nacheinander auf einem magnetischen Substrat mittels einer Isolierschicht, wie z.B. SiO&sub2;, ausgebildet werden. Das vordere Joch und das hintere Joch sind so angeordnet, daß jeweils eines ihrer Enden die Enden des magnetoresistiven Elements überlappt. Zwischen dem vorderen Joch und dem magnetischen Substrat ist ein magnetischer Spalt ausgebildet. um das vom Aufzeichnungsmedium erzeugte Aufzeichnungsmagnetfeld in den Magnetkopf hineinzuleiten.
- Hierbei werden vor allem die Technologien zum Ausbilden dünner Filme, z.B. Vakuumablagerung und Sputtern, oder Verfahren zur Bildung feiner Muster, z.B. die Fotolithographie angewandt.
- Vorteilhaft ist dieser magnetoresistive Kopf dahingehend, als das magnetoresistive Element nicht abgenutzt werden würde, da das magnetoresistive Element nicht direkt das Aufzeichnungsmedium berührt, und Signale mit Aufzeichnungswellenlängen von 1 µm oder weniger wiedergegeben werden würden, indem der magnetische Spalt auf 1 µm oder weniger eingestellt wird.
- Ein derartiger herkömmlicher magnetoresistiver Kopf ist allgemein so ausgelegt, daß beide Enden des magnetoresistiven Elements das vordere Joch und das hintere Joch um den gleichen Überlappungsbetrag überlappen.
- Bei der Herstellung eines solchen magnetoresistiven Kopfes besteht allerdings die Tendenz, daß sich die Position des magnetoresistiven Elements aus mehreren Gründen. einschließlich der Genauigkeit der Musterübereinstimmung während des fotolithographischen Prozesses, längs verschiebt. Wenn mehrere Magnetköpfe hergestellt werden, können deren Wiedergabeergebnisse dementsprechend sehr unterschiedlich sein. Dies ist fatal bei der Herstellung eines magnetoresistiven Mehrkanal-Kopfes.
- Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Kopfes mit: einem auf einem magnetischen Substrat ausgebildeten magnetoresistiven Element, einem magnetischen Spalt zum Leiten eines von einem Aufzeichnungsmedium erzeugten Signal-Magnetfeldes in den Kopf hinein, einem Paar aus einem vorderen und einem hinteren Magnetjoch mit einander gegenüberliegenden Enden, die sich mit dem vorderen bzw. dem hinteren Ende des magnetoresistiven Element überlappen, um den Signal-Magnetfluß von dem Aufzeichnungsmedium zu leiten, sowie einer Stromversorgungseinrichtung zum Zuführen eines Erregerstroms zum magnetoresistiven Element,
- wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Fotomaske bei dem Schritt der Ausbildung des vorderen und des hinteren Magnetjochs an einer Position vorgesehen ist, die von der Seite des hinteren Magnetjochs zur Seite des vorderen Magnetjochs um einen Verschiebungsbetrag verschoben ist, der größer ist als ein maximaler Musterbildungsfehler von einer Position aus, in der die Teile der gegenüberliegenden Enden der Fotomaske gleich groß sind, welche das vordere und das hintere Ende einer Fotomaske zur Bildung der mag netoresistiven Elemente überlappen.
- Mit dem erfindungsgemäß hergestellten magnetoresistiven Kopf können also die magnetische Aufzeichnung und die Wiedergabe günstig erfolgen, indem die Probleme des herkömmlichen, oben erwähnten magnetoresistiven Köpfes gelöst werden.
- Erreicht wird dies bei einem erfindungsgemäßen magnetoresistiven Kopf, indem der Überlappungsbetrag zwischen dem vorderen Joch und einem magnetoresistiven Element immer größer als der Überlappungsbetrag zwischen dem hinteren Joch und dem magnetoresistiven Element ist.
- Dadurch entsteht ein magnetoresistiver Kopf, der ein stabiles Wiedergabeergebnis hervorbringt. Nachstehend wird der Grund dafür beschrieben.
- Die Wiedergabeeffizienz des magnetoresistiven Kopfes ist nämlich von dem Überlappungsbetrag abhängig. Besonders stark wird das Wiedergabeergebnis durch den Überlappungsbetrag zwischen dem vorderen Joch und dem magnetoresistiven Element beeinflußt, und wenn der Überlappungsbetrag des vorderen Jochs kleiner als der Überlappungsbetrag des hinteren Jochs wird, nimmt das Wiedergabeergebnis in der Regel rapide ab. Deshalb kann ein stabiles Wiedergabeergebnis erreicht werden, indem der Überlappungsbetrag des vorderen Jochs stets größer als der des hinteren Jochs eingestellt wird.
- Fig. 1 ist eine Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten magnetoresistiven Kopfes;
- Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 1;
- Fig. 3 zeigt ein Überlappungsmuster einer Fotomaske für ein magnetoresistives Element und einer Fotomaske für die magnetischen Joche, die bei der Herstellung des magnetoresistiven Kopfes aus Fig. 1 verwendet wurden.
- Fig. 4 zeigt die Verteilung der magnetischen Flußdichte im magnetoresistiven Element, wenn die Position des magnetoresistiven Elements im magnetoresistiven Kopf verändert wird; und
- Fig. 5 ist eine Darstellung eines erfindungsgemäßen magnetoresistiven Mehrkanal-Kopfes.
- Nachfolgend wird zuerst anhand der Fig. 1 und Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der magnetoresistive Kopf wird wie folgt hergestellt: Zuerst wird auf ein magnetisches Substrat 21 aus Ni-Zn- Ferrit, Mn-Zn-Ferrit oder dergleichen eine erste Isolierschicht 29 aus SiO&sub2; Al&sub2;O&sub3; oder ähnlichem durch Sputtern oder durch ein anderes Verfahren ausgebildet. Auf die erste Isolierschicht 29 wird ein leitfähiger dünner Film aus Kupfer, Aluminium, Gold oder dergleichen mittels Vakuumablagerung oder eines anderen Verfahrens aufgetragen und durch einen fotolithographischen Prozeß oder ähnliches in die gewünschte Form gebracht, so daß ein Vormagnetisierungsleiter 22 entsteht. Der Vormagnetisierungsleiter 22 dient dem Anlegen eines Vormagnetisierungsfeldes an das magnetoresistive Element quer zur Spurbreitenrichtung der auf dem Aufzeichnungsmedium gebildeten Spur. Auf dem Vormagnetisierungsleiter 22 wird eine zweite Isolierschicht 30 aus SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen vorgesehen. Auf der zweiten Isolierschicht 30 entsteht durch Vakuumablagerung oder Sputtern in dem Magnetfeld ein magnetoresistives Element 23 aus einem dünnen Film einer Ni-Fe-Legierung oder einer Ni-Co-Legierung, so daß die einfache Magnetisierungsachse parallel zur Längsrichtung des magnetoresistiven Elementes 23 liegt, und es wird in einem Streifen von 10 µm Breite durch ein fotolithographisches Verfahren als Muster aufgebracht. Als nächstes wird ein Elektrodenpaar 24a, 24b zum Leiten eines Erregerstroms in das magnetoresistive Element 23 hinein derart gebildet, daß es mit beiden Enden des magnetoresistiven Elements 23 verbunden werden kann. Auf dem magnetoresistiven Element 23 wird eine dritte Isolierschicht 31 aus SiO&sub2; oder Al&sub2;O&sub3; aufgebracht. Anschließend werden der magnetische Spalt 27 und die Verbindungsstelle 33 des hinteren Jochs 26 und des magnetischen Substrats 21 fotolithographisch aus dem ersten, zweiten und dritten Isolierfllm herausgeätzt. Dabei wird insbesondere der magnetische Spalt 27 so geätzt, daß die erste Isolierschicht 29 erhalten bleibt. Danach wird ein dünner Film aus einer Ni-Fe-Legierung, aus Sendust oder einer amorphen Co- Nb-Zr-Legierung durch Vakuumablagerung oder Sputtern gebildet, und im Bereich des magnetoresistiven Elements 23 wird fotolithographisch ein magnetisches Joch 34 hergestellt, welches in ein vorderes Joch 25 und ein hinteres Joch 26 unterteilt ist. Speziell werden das vordere Joch 25 und das hintere Joch 26 so ausgebildet, daß jeweils eines ihrer Enden das vordere bzw. hintere Ende des magnetoresistiven Elements 23 überlappt.
- Fig. 3 zeigt Muster einer Fotomaske 53 für das magnetoresistive Element und einer Fotomaske 51, 52 für das magnetische Joch, die zur Herstellung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, bei der das Muster des magnetischen Jochs und das Muster des magnetoresistiven Elements kombiniert werden. Die Fotomasken der bevorzugten Ausführungsform sind so ausgelegt, daß die Breite W der Fotomaske 53 für das magnetoresistive Element 10 µm der Überlappungsbetrag OV1 der Fotomaske des magnetoresistiven Elements mit der Fotomaske 51 des vorderen Jochs 3 µm und der Überlappungsbetrag OV2 mit der Fotomaske 52 des hinteren Jochs 1 µm beträgt. Bei der eigentlichen Herstellung des Kopfes tritt ein Musterübereinstimmungsfehler von höchstens etwa 1 µm auf. Demzufolge kann bei dem gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellten magnetoresistiven Kopf der Überlappungsbetrag des vorderen Jochs im Bereich von 2 bis 4 µm und der Überlappungsbetrag mit dem hinteren Joch im Bereich von 0 bis 2 µm schwanken. Das heißt, die Fotomaske zur Bildung des vorderen und des hinteren Jochs wird um einen Betrag zur Vorderseite verschoben, der größer ist als der Höchstbetrag eines Musterbildungsfehlers von einer Position aus, in der OV1 und OV2 gleich groß sind. Bei dem magnetoresistiven Kopf gemäß dieser Ausführungsform ist der Überlappungsbetrag des magnetoresistiven Elements mit dem vorderen Joch immer größer eingestellt als der Überlappungsbetrag mit dem hinteren Joch.
- In Fig. 4 ist das Berechnungsergebnis der magnetischen Flußdichtenverteilung in Breitenrichtung des magnetoresistiven Elements dargestellt, wenn die Position des magnetoresistiven Elements in einem magnetoresistiven Kopf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verändert wird. Die x-Achse bezeichnet die Breitenposition im magnetoresistiven Element, und 0 stellt den Mittelpunkt des magnetoresistiven Elements dar. Die y-Achse bringt den Quotienten der magnetischen Flußdichtenverteilung im magnetoresistiven Element zum Ausdruck. In dem Diagramm kennzeichnet A den Fall, bei dem sich das magnetoresistive Element 23 jeweils um 2 µm mit dem vorderen Joch 25 und dem hinteren Joch 26 überlappt; B ist der Fall, bei dem sich das magnetoresistive Element 23 um 4 µm mit dem vorderen Joch 25 überlappt und C ist der Fall, bei dem sich das magnetoresistive Element 23 um 4 µm mit dem hinteren Joch 26 überlappt.
- Wie aus dem Diagramm deutlich wirdv ist die magnetische Flußdichtenverteilung von C erheblich geringer als in den Fällen A und B. Zur Unterdrückung von Schwankungen beim Wiedergabeergebnis ist es daher wichtig, daß der Überlappungsbetrag an der vorderen Seite immer größer als auf der Seite des hinteren Jochs bleibt.
- Bei dem herkömmlichen magnetoresistiven Kopf, der mit Fotomasken hergestellt wird, die den gleichen Überlappungsbetrag von 2 µm sowohl für das vordere als auch das hintere Joch vorsehen, wich der Überlappungsbetrag des vorderen Jochs um 1 bis 3 µm und der des hinteren Jochs um 3 bis 1 µm ab, und das Wiedergabeergebnis schwankte in einem Bereich von 125 %.
- Bei dem magnetoresistiven Kopf, der mit Fotomasken hergestellt wurde, die entsprechend der Ausführungsform der Erfindung auf der Vorderseite eine Überlappung von 3 µm und auf der Seite des hinteren Jochs eine Überlappung von 1 µm vorsehen, hielten sich die Schwankungen des Wiedergabeergebnisses hingegen im Bereich von 15 %.
- Wie beschrieben, kann bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für den magnetoresistiven Kopf ein stabiles Wiedergabeergebnis erreicht werden, da der Überlappungsbetrag des magnetoresistiven Elements mit dem vorderen Joch immer größer ist als der Überlappungsbetrag mit dem hinteren Joch.
- Fig. 5 zeigt einen magnetoresistiven Mehrkanal-Kopf 60 mit drei magnetoresistiven Kopfeinheiten 61, 62, 63, die in Spurbreitenrichtung auf einem magnetischen Substrat 21 angeordnet sind. Für jede dieser Einheiten ist vorgesehen, daß der Überlappungsbetrag auf der Seite des vorderen Jochs größer ist als der Überlappungsbetrag auf der Seite des hinteren Jochs. Dadurch können die Schwankungen der Wiedergabeergebnisse der drei Kanäle im Bereich von ±5 % gehalten werden. Somit wird mit dem magnetoresistiven Mehrkanal-Kopf entsprechend dem erfindungsgemäßen magnetoresistiven Kopf und dessen Herstellungsverfahren ein großer Effekt erzielt.
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Kopfes mit: einem auf
einem magnetischen Substrat (21) ausgebildeten magnetoresistiven Element
(23), einem magnetischen Spalt zum Leiten eines von einem
Aufzeichnungsmedium erzeugten Signal-Magneffeldes in den Kopf hinein,
einem Paar aus einem vorderen und einem hinteren Magnetjoch (25, 26) mit
einander gegenüberliegenden Enden, die sich mit dem vorderen bzw. dem
hinteren Ende des magnetoresistiven Element überlappen, um den Signal-
Magnetfluß von dem Aufzeichnungsmedium zu leiten, sowie einer
Stromversorgungseinrichtung (24a, 24b) zum Zuführen eines Erregerstroms
zum magnetoresistiven Element,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Fotomaske
bei dem Schritt der Ausbildung des vorderen und des hinteren Magnetjochs an
einer Position vorgesehen ist, die von der Seite des hinteren Magnetjochs zur
Seite des vorderen Magnetjochs um einen Verschiebungsbetrag verschoben ist,
der größer ist als ein maximaler Musterbildungsfehler von einer Position aus, in
der die Teile der gegenüberliegenden Enden der Fotomaske gleich groß sind,
welche das vordere und das hintere Ende einer Fotomaske zur Bildung der
magnetoresistiven Elemente überlappen.
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