磁性元件的制造方法 本发明涉及制造具有长、宽和高几何参数的一个磁性元件的方法。
现实中一直有在例如盘状，尤其是硬盘，和带状，尤其是磁带的磁存储介质中以越来越高的密度存储信息的要求。这种介质信息是以一个磁道模式写入的。尤其是通过降低磁道的磁迹宽度获得更高的密度。当前，已经出现的磁迹宽度小于1μm，并且甚至小于100nm。由于将要被存储在磁存储介质上的信息必须借助于一个写入磁头写入该存储介质，所以该写入磁头本身是与该存储介质正对放置并且相对于该写入磁头移动，该写入磁头应该符合严格的要求。写入磁头具有一个磁路，包括一个感应换能单元和一个由软磁材料制成并且终止在正对该磁头的磁通量导磁元件。除了物理和化学参数之外，该磁性元件地尺寸还应该满足特定要求。因此，该磁性元件在横断该存储介质的运动方向上的尺寸，即该磁性元件的宽度将应适于该存储介质轨迹的磁迹宽度。通常是1μm及更小的宽度。此外，为了高密度地把信息记录到该存储介质中，需要高写入通量，这将要求该磁性元件在该存储介质的运动方向的平行方向，即该磁性元件的长度方向有比较大的尺寸。通常的长度是几个微米，例如3-5μm；结果是该磁性元件将具有一个比较大的长/宽比。
制造这种磁性元件的一种方法可从T.Koshikawa等人的文章“A NewWrite Head Trimmed at Wafer Level by Focussed Ion Beam”中得知(IEEE磁学会报，卷34第4期，1998年7月，1481-1473页)。在该已知方法中，利用一个聚焦的离子束(FIB)缩小由薄膜技术制造的写入磁头的上磁极。然后蚀刻该上磁极的两侧直到此磁极具有一个期望的宽度为止。在该上磁极的蚀刻过程中，在正对该上磁极的其表面中的一个比较宽的下磁极中形成下凹，在该蚀刻处理结束以后，以一层Al2O3覆盖其凹进处。一个缺点是，只有在该磁极已经完成制造以后才能给定一个期望的宽度。这意味着在生产过程中需要额外的制造步骤，同时该上磁极的缩小进行得缓慢，因为必须在一个比较大的长度上去除材料。此外，因为需要逐个磁头地处理，所以难于以晶片级应用FIB。另外的一个缺点是，如果读出磁头被放置在写磁头的下面，则该读出磁头将在离子轰击过程中被损坏。
本发明的一个目的是提供克服了上述的缺点的磁性元件的制造方法。
利用根据本发明的方法实现此目的，本方法用于制造具有长、宽、高几何方向的一个磁性元件，并且其特征在于应该按照规定顺序逐一执行的下列步骤：
-通过材料的除去形成一个非磁层的下凹，具有至少等于将要被制造的该磁性元件的长度的厚度，其下凹具有在将要被制造的该磁性元件的高度方向上延伸的一个竖直内壁部分；
-淀积一个磁性材料，以便在该竖直内壁部分上形成一个磁层，其磁层具有与将要被制造的该磁性元件的宽度相关的厚度；
-把至少靠近该竖直内壁部分上的所说磁层并且是位在所说磁层外部的淀积的磁性材料去除；
-通过淀积一种绝缘材料而覆盖该磁层。
在以一种绝缘材料覆盖该磁层之后，该磁层形成该期望的磁性元件。利用根据本发明的方法获得的磁性元件尤其适宜一个磁头中的磁通导引。能够借助于在薄膜磁头的制造中使用的已知技术执行本方法。本方法完全能够以晶片级执行，即能够同时以同一个处理步骤使得例如数目为10000的大量磁性元件原体(precursor)得到处理。在根据本发明的方法中，通过淀积形成的该磁层不必比该磁性元件的期望宽度更厚。根据本发明的方法的一个优点是，所制造的磁性元件的宽度主要由该磁层的厚度确定，在该磁性材料的淀积过程中其磁层的厚度能够被简单地保持在有限的容差限度内。此方法的结果是，特别适于具有一个大长/宽比的磁性元件的制作。
要注意的是，该非磁层可以有一个基片或例如一个多层结构，尤其是由淀积形成的一个薄膜结构的顶层，此种顶层的淀积可以是根据本发明的方法的一部分。例如SiO2或Al2O3的非磁性材料可以用作为绝缘材料。SiO2或Al2O3时常使用在薄膜技术中；SiO2被通常使用在半导体产品的制造中而Al2O3被通常使用在磁头的制造中。可旋转的材料，例如适宜类型的玻璃和坚固材料也能够被用作非磁性材料。该非磁层可以是临时性质(腐蚀层)的，相对于该磁层来说，该非磁层是可有选择地删除的层。
可以使用软磁材料作为磁性材料。已知的适宜材料是NiFe合金CoFe合金以及CoNiFe合金。提到的第一个合金，特别地是Ni80Fe20以及Ni45Fe55非常适宜，其中提到的Ni45Fe55具有高饱和磁。利用具有一个适当步进覆盖范围的电沉积材料尤其能够实现良好的结果。
根据本发明方法的一个改进型的特征在于，采用基本各向异性蚀刻以便形成该非磁层中的下凹。用这种方法，以明确限定的方式从该非磁层中去除材料，产生一个明确限定的竖直内壁部分。本技术中已知的是使用SiO2层的各向异性蚀刻，该蚀刻去掉材料粒子的高挥发性的结果是可到达1μm/分以上的蚀刻速度。与在磁性材料的各向异性蚀刻情况下可到达的蚀刻速度比较，这种蚀刻速度是高速度的蚀刻。此外，在SiO2层情况下获得的精确结果比在磁层情况下更好。Al2O3层的各向异性蚀刻也进行得更快并且产生比磁层的各向异性蚀刻更好的结果。对上述改进型的有益方案在权利要求3和4中定义。
根据本发明方法的一个改进型，特征在于该磁层是通过溅射淀积和/或电镀形成的。两个技术本身都是已知的，适合用于以良好的控制方式形成磁膜。可以通过这两个技术之一或它们的组合非常精确地获得将要被形成的该磁层的期望宽度，甚至具有达到几十纳米的精确度。这意味着，此改进型能够以相同的精度实现该磁性元件的宽度。
根据本发明的该方法的一个改进型的特征在于，采用基本各向异性的蚀刻，用于消除至少靠近该磁层但是在此磁层外部存在的淀积材料。能够利用喷溅蚀刻或离子研磨、或利用适宜的各向异性蚀刻处理(RIE过程)以来自宽光束离子源的离子的轰击实现此蚀刻。在所有的情况中的离子通量都并行或基本平行地对准该竖直内壁部分，并且因此对准在内壁部分表面上形成的磁层，从那些表面消除磁性材料。结果是，磁层本身能够保持不受影响或基本上不受影响。在完成该将要被去除的磁性材料的去除以后，能够以晶片级执行的此处理步骤停止。以晶片级执行一个处理步骤得到参数中的小扩展，同时在此情况中的该处理步骤本身能够被快速执行。
本发明还涉及适于在非常缩小磁道中，尤其是比1μm更窄的磁道中写入信息的磁头的制造方法。如果期望，该磁头可以具有读出装置。
根据本发明的用于制造一个磁头的方法的目的是在于避免从所说的IEEE出版物中得知的方法的缺点。
利用根据本发明的用于制造一个磁头的方法实现此目的，该磁头具有一个磁头表面并且包含一个传感单元和一个磁耦合到该传感单元并且连接在该磁头表面的一个磁性元件，该磁性元件是以根据本发明的用于制造一个磁性元件的方法制造的。
根据本发明的用于制造一个磁头的方法的最佳特征在于，在该磁层的形成之后但在磁性材料的除去之前，在从所要制造的该磁头的磁头表面延伸一个距离的一个区域中淀积额外的材料，以便使得在所说的区域中的磁层较厚。利用此改进，将获得具有一个磁性元件的磁头，其在该磁头表面以及靠近该表面已经一个期望的小宽度而在传感单元延伸的磁头区域中具有一个大宽度。这种磁性元件排除了在该传感单元附近的磁通量的饱和。
根据本发明的用于制造磁头的一个方法的改进的特征在于，在通过一个非磁层的淀积覆膜该磁层以后实现平面化。如果必须在制造过程的随后部分中提供外表敏感层，则特别希望一个平面化步骤。
具有该方法步骤的根据本发明的用于制造磁头的方法的改进如权利要求11中定义。具有该步骤的一个可选改进如权利要求12中定义。
本发明还涉及由根据本发明的用于制造一个磁性元件的方法所制造的一个磁性元件。本发明还涉及由根据本发明的用于制造一个磁头的方法所制造的一个磁头。这种磁头具有一个磁头表面并且包含根据本发明的一个或多个传感单元以及磁性元件，其起到通量引导的作用，并且在本文献中的其它地方也称作″磁极单元″。一个传感单元可以是一个感应的或磁阻的传感单元。
关于权利要求，将要注意，定义在该权利要求中的各种特征可以组合出现。
在下文中，将以实例的方式参照附图更详细地描述本发明，其中
图1至12A和12B是示意平面图和截面图，说明根据本发明针对制造一个磁头的方法的改进的各种步骤，产生图12A和12B中示出的本发明的第一实施例，并且
图13以示意图的方式示出本发明的第二实施例的磁头。
参照图1至12A和12B描述根据本发明的用于制造磁头的方法的一个改进。此改进从一个非磁材料，例如陶瓷材料Al2O3TiC开始。图1中以断面图示出的基片1具有或提供有一个基片表面1a，例如通过抛光获得该表面，通过淀积，例如溅射淀积在其上形成一个非磁层3，例如Al2O3或SiO2，如图2中的断面图所示。在非磁层3中形成下凹5，如图3A的平面图和图3B的断面图IIIB-IIIB所示。如图3A中指示的那样，断面取在形成磁头表面7的位置，如图12A所示。通过各向异性的蚀刻获得在本例中比较大的下凹5，产生环绕该下凹5的一个陡阶或竖直的内壁部分3a。此实例中的蚀刻一直进行到达到该基片1为止。作为一个选择，有可能在到达该基片之前停止蚀刻，其结果是该下凹具有由该非磁层3的剩余层形成的一个底部。作为所说的非磁层3的一个可选方案，能通过使用一个光阻旋转涂覆来形成一个层，在干燥以后，使用一个遮光膜层曝光该层。在显影过程中形成具有竖直内壁部分3a的下凹5。根据进一步的可选方案，通过一种材料的淀积，在本例中是Hydrogen SilsesQuioxane，而获得非磁层3，这种材料具有对于电子轰击的灵敏性，在利用一个适当的电子束轰击以后能够获得具有内壁部分3a的下凹5。
在如此形成的下凹5中的内壁部分3a上形成一个磁层9，如图4A的平面图和图4B的断面图IVB-IVB所示。通过溅射淀积或通过电镀处理，或通过这两个技术的组合从一种磁性材料，比如NiFe合金形成磁层9。在磁层9淀积以后，在下凹5的底部、下凹5的其它内壁以及该下凹5相邻的区域中还有磁性材料。随后，在本例中施加光阻材料以便形式一个保护层11。此层被干燥并且随后使用适宜的遮光膜曝光。在此以后，曝光的光阻材料被显影并且通过冲洗除去，产生下凹13，其提供一个磁层9可进入的一个区域15，其区域处在远离将要形成的磁头表面7。此情形在图5A的平面图和图5B和5C的断面图中示出。在本例中的一个磁性材料17是被电沉积在所说的下凹13中的NiFe合金，以便使得该磁层9在该区域15中较厚，如图6A的平面图和图6B和6C的断面图所示。磁层9加厚的部分以9a表示。磁性材料17淀积以后，消除保护层11的剩余部分，如图7A的平面图和图7B的断面图所示。
本方法还包括对不希望的磁性材料的消除，消除靠近包括加厚部分9a的该磁层的磁性材料，在某些情况下消除远离该磁层9的不希望磁性材料。该处理的结果在图8A的平面图和图8B的断面图VIIIA-VIIIA中示出。为此目的，能够使用已知的技术，例如溅射蚀刻或离子束蚀刻技术。关于绝缘材料19的产生的结构，在本例子中淀积的是石英，以便形成覆盖该结构的一个绝缘层19a，如图9A的平面图和图9B的断面图IXB-IXB所示。在本实例的方法中还包括一个平面化操作，例如包括抛光和/或研磨操作，产生一个平面21，如图10B所示，该图是在图10A的平面图中沿线XB-XB得到的断面图。在因此获得的薄膜结构上由例如Al2O3或SiO2形成一个薄层23，随后在其上利用已知的薄膜技术形成线圈单元25形式的一个电感传感单元。线圈单元25具有两个接头25a。通过在线圈单元25上淀积一个绝缘材料形成一个绝缘层27。为了清楚起见，在图11A示出的平面图和图11B的断面图XIB-XIB中省略J该层27。在因此获得的磁层结构上通过淀积一个磁性材料形成一个磁层，比如淀积一个NiFe合金，其层随后被构成以便形成一个磁极单元29。在一个可选覆膜或保护层的提供之后，通过机械操作，例如研磨、抛光和/或搭接而形成磁头表面7。磁层9、磁极单元29和层23连接在磁头表面7中。磁层9形成一个磁性元件39，与该磁头表面7邻接并且结合该磁极单元29形成用于该传感单元的磁轭。该磁性元件29和磁极单元29因此起到磁通引导单元的作用。层23则形成一个传感间隙49，在单元29和39之间延伸并且邻接该磁头表面7。
以上描述的方法产生本发明实施例的一个磁头，如图12A的平面图和图12B中沿XIIB-XIIB的截面图所示。磁性元件39具有长度1和宽度w，并且具有高h，如图11A的平面图表示。如图12B所示，在相对于磁头的记录和/或读出的介质的运动方向观看，根据本发明的磁头具有缝隙宽度L，其方向对应于在本说明书中提到的高度方向。如果期望，该磁头还可以具有一个磁阻传感单元。
图13示出在已经描述的实施例中使用实际相同的方法步骤制造的本发明一个实施例的磁头，但是在磁性元件139被形成之前形成一个磁极单元129。传感间隙149同样在磁性元件139和磁极单元129之间延伸。
注意，本发明不局限于示出的实施例。本发明尤其涉及分离磁性元件的制造，即不同于示出实施例，本发明涉及一个不形成一个磁头部件的磁性元件的制造。此外，该磁性元件不必具有一个加厚的部分。