CN101246694B - 具有上部返回极优化以降低尾屏蔽件突出的磁写入头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制写入极和尾屏蔽件突出的用于垂直磁记录的磁写入头。所述写入极包括与所述尾屏蔽件磁连接的磁返回极，所述返回极能够抵御由苏打喷射等机械磨蚀滑块清洁操作导致的形变或凹陷。

Description

具有上部返回极优化以降低尾屏蔽件突出的磁写入头

技术领域

本发明涉及垂直磁记录，更具体而言，涉及用于垂直磁记录的写入头的制造方法，所述写入头具有能够防止尾屏蔽件突出的上部返回极设计。

背景技术

计算机的长期存储器的核心是被称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、通过临近旋转磁盘的表面的悬臂悬置的写入头和读出头以及使悬臂发生摆动从而将读出头和写入头放置到旋转盘上的选定圆形磁道上的致动器。读出头和写入头直接位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂使滑块朝向盘的表面偏置，在盘旋转时，临近盘的空气连同盘的表面一起移动。所述滑块依附于这一移动空气构成的垫在盘的表面上飞行。当滑块骑在气垫上时，采用写入头和读出头向旋转盘写入磁转变以及从旋转盘读出磁转变。将读出头和写入头连接到根据计算机程序工作的处理电路，以实现写入和读取功能。

写入头通常包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘叠层)内的线圈层，所述绝缘叠层夹在所述第一和第二极片层之间。在写入头的气垫面(ABS)处通过间隙层在第一和第二极片层之间形成间隙，并在后间隙处连接所述极片层。传导至线圈层的电流在极片内引发磁通，其使得磁场在ABS处的写间隙处弥散出来，以在移动介质上的磁道中，例如在前述旋转盘上的圆形磁道中写入上述磁转变。

在近来的读出头设计中，采用又被称为巨磁致电阻(GMR)传感器的自旋阀传感器从旋转磁盘检测磁场。所述传感器包括夹在称为被钉扎(pinned)层和自由层的第一和第二铁磁层之间的被称为间隔层的非磁性导电层。将第一和第二引线连接至自旋阀传感器，从而通过其传导检测电流。被钉扎层的磁化垂直于气垫面(ABS)被钉扎，并且自由层的磁矩平行于ABS但是能够响应于外部磁场而自由旋转。通常通过与反铁磁层的交换耦合钉扎被钉扎层的磁化。

间隔层的厚度选择为小通过传感器的于传导电子的平均自由程。凭借这一设置，通过间隔层与被钉扎层和自由层中的每者之间的界面散射一部分传导电子。在被钉扎层和自由层的磁化相对于彼此平行时，散射最小，在被钉扎层和自由层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化能够使自旋阀的电阻与cosθ成比例变化，其中，θ是被钉扎层和自由层的磁化之间的夹角。在读取模式中，自旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的幅度成比例变化。在通过自旋阀传感器传导检测电流时，电阻变化将引起电势变化，将所述电势变化进行探测和处理作为回放信号。

为了满足日益增强的对提高的数据率和数据容量的需求，研发人员进来将其工作重点放在了垂直记录系统的开发上。常规纵向记录系统，例如，结合了上述写入头的纵向记录系统沿磁盘表面的平面内的磁道将数据存储为纵向取向的磁位。这种纵向数据位是通过形成于由写间隙分隔的一对磁极之间的弥散场记录的。

相反，垂直记录系统则将数据记录为具有垂直于磁盘的平面的取向的磁化。磁盘具有通过薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层。垂直写入头具有带有非常小的截面的写入极和带有大得多的截面的返回极。高度集中的强磁场沿垂直于磁盘表面的方向从写入极发射，从而使硬磁顶层磁化。之后，所形成的磁通通过软衬层传输，从而返回至返回极，在该处，所述磁通充分展开并变弱，因而在其返回至返回极的过程中在往回穿过硬磁顶层时，不会擦除通过写入极记录的信号。

为了提高这样的垂直磁写入头的场梯度，一些研究者正在致力于开发出一种带有尾磁屏蔽件的写入头。这样的屏蔽件将写入场拉向其自身，从而使写入场按一定角度倾斜，由此增大场梯度和切换速度。但是，已经发现在构造滑块的过程中采用的制造工艺导致了这些尾屏蔽件的突出。例如，已经发现在研磨(lapping)之后用于清洁滑块的机械磨蚀工艺(例如，苏打喷射工艺(soda blast))会使周围结构凹陷，从而使尾屏蔽件突出。

这样的尾屏蔽件突出可能降低写入器性能，并且在当前写入头的非常低的飞行高度下可能导致头和磁盘的接触。因此，强烈需要一种能够降低这一尾屏蔽件突出的写入头设计。

发明内容

本发明提供了一种避免尾屏蔽件和写入极突出的写入头设计。所述写入头具有上部返回极，所述上部返回极被设计为抵抗苏打喷射等机械磨蚀滑块清洁操作，而不从所述气垫面发生形变或产生凹陷。根据本发明的实施例的上部返回极具有增大的喉高(throat height)，其为所述返回极提供了增大的强度以抵抗凹陷或形变。

还可以将所述上部返回极构造为具有从气垫面(ABS)看的窄宽度。这一降低的宽度提高了返回极对机械诱发形变的抵抗能力，还有利地减少了上面应用的氧化铝保护层中的裂缝或空隙的形成。

在本发明的另一个实施例中，所述上部返回极可以是包括基座部分和主极部分的两段结构。通过可以从所述上部返回极基座延伸至上部写入线圈部分的强固的硬氧化铝填充层支撑所述基座部分。

在结合附图阅读了下述对优选实施例的详细说明之后，本发明的这些以及其他特征和优点将变得显而易见，在附图中始终采用类似的附图标记表示类似的元件。

附图说明

要想更充分地理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，可以参考结合附图阅读的下述详细说明，所述附图并非按比例绘制。

图1是可以实施本发明的磁盘驱动系统的示意图；

图2是沿图1的2-2线得到的滑块的ABS图，其示出了磁头在其上的位置；

图3是沿图2的3-3线得到的并逆时针旋转了90度的根据本发明的实施例的磁头的截面图；

图4是沿图3的4-4线得到的写入头的ABS图；

图5是返回极和保护覆层的ABS图，其示出了现有技术中的头的裂缝形成；

图6是根据本发明的实施例的返回极和保护层的ABS图；以及

图7是根据本发明的备选实施例的写入头的截面图。

具体实施方式

下述说明给出了当前构思的实施本发明的最佳实施例。给出这一说明的目的在于对本发明的一般原理进行说明，而不是为了将所要求保护的发明概念限定于此。

参考图1，示出了实施本发明的磁盘驱动器100。如图1所示，在主轴114上支持至少一个可旋转磁盘112，并通过磁盘驱动马达118使所述至少一个可旋转磁盘112旋转。每一磁盘上的磁记录具有磁盘112上的同心数据磁道(未示出)的环形图案的形式。

至少一个滑块113处于磁盘112的附近，每一滑块113支持一个或多个磁头组件121。随着磁盘旋转，滑块113在磁盘表面122上沿径向内外移动，从而使磁头组件121能够访问写入预期数据的磁盘的不同磁道。每一滑块113通过悬臂115连接至致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，从而使滑块113抵靠着磁盘表面122偏置。每一致动器臂119连接至致动器机构127。图1所示的致动器机构127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括可以在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制器129提供的马达电流信号控制。

在磁盘存储系统的操作过程中，磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间形成了气垫，其对滑块施加向上力或提升作用。因而正常运转过程中气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并支撑滑块113离开盘表面且以一小的基本恒定的间隔略微处于磁盘表面上方。

在运转过程中，通过控制单元129生成的控制信号，例如存取控制信号和内部时钟信号控制磁盘存储系统的各个部件。典型地，控制单元129包括逻辑控制电路、存储机构和微处理器。控制单元129生成控制信号，以控制各种系统操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和寻道控制信号。线128上的控制信号提供预期的电流分布，从而最佳地移动滑块113，并将其定位至磁盘112上的预期数据磁道。利用记录信道125实现往返于写入头和读出头121的写入信号和读取信号的传输。

参考图2能够更为详细地看到滑块113中的磁头121的取向。图2是滑块113的ABS图，可以看到，包括感应写入头和读传感器的磁头位于滑块的尾缘上。对典型磁盘存储系统的上述说明和所附的图1中的图示仅做代表性说明用途。显然，磁盘存储系统可以含有大量磁盘和致动器，每一致动器可以支持若干滑块。

现在参考图3，可以在写入头302中实施本发明。写入头302包括磁写入极304以及第一或底部磁返回极306。可以将写入极304构建到磁成形层308上。可以通过第一磁后间隙结构310将底部返回极306与成形层308以及写入极304磁连接。写入极304和第一返回极延伸至气垫面(ABS)。磁基座312可以在ABS处从第一返回极306的尾缘延伸。这一基座能够起到防止杂散场无意中抵达磁介质(未示出)的作用。可以由诸如NiFe或CoFe的材料构建第一返回极308、第一后间隙310、成形层和基座312。写入极304可以由诸如CoFe的高磁矩磁性材料构成，并且优选具有包括通过非磁材料薄层分隔的CoFe层的层叠结构。

仍然参考图3，写入头302包括图3的截面图中所示的第一和第二线圈部分314和316，其可以由诸如Cu的导电材料构成。所述第一和第二线圈部分314和316可以是共同螺旋线圈的上部和下部，或者可以是单独的扁平线圈。第一线圈部分314嵌入到电介质材料318内，电介质材料318可以是硬烘焙的(hard baked)光致抗蚀剂和氧化铝填充层的组合。第二或上部线圈部分316嵌入到上部线圈绝缘层320内，如图3所示，上部线圈绝缘层320为硬烘焙的光致抗蚀剂。写入头302可以包括其他非磁性电绝缘填充层，例如，位于成形层308和ABS之间的氧化铝(Al₂O₃)填充层322，以及位于写入极304和成形层308的上面的平面化填充层324。

参考图3和图4，所述写入极包括尾磁屏蔽件326，通过尾间隙328与写入极304的尾缘隔开。尾屏蔽件326可以由诸如NiFe或CoFe的磁性材料构成，尾间隙可以由诸如氧化铝(Al₂O₃)、Rh等的非磁材料构成。

第二或上部返回极330接触尾屏蔽件326，并且如图3中所示，第二返回极330将尾屏蔽件326与第二后间隙部分332磁连接。因此，可以看到，尾屏蔽件326、写入极304和返回极306全都在从ABS移开的区域内相互磁连接。可以在上部返回极330的顶上提供由(例如)氧化铝构成的保护层334，以保护写入极302的元件不受侵蚀或其他损害。

参考图3，尾屏蔽件326和填充层324具有共平面表面336，共平面表面336提供了可以让上部返回极330的前部(或喉口(throat))部分位于其上的衬底。尾屏蔽件具有从ABS到其后缘测量的喉高TH1。上部返回极330具有从ABS测量的喉高TH2。可以看出，上部返回极接触由填充层324和尾屏蔽件326的尾缘形成的表面336。喉高TH2从ABS到上部返回极330脱离表面336从而将在线图316之上呈锥形的点进行测量。换言之，FH2由上部返回极330的接触表面336的部分的长度定义。

就像在本发明的背景技术部分讨论的，现有的写入头受到尾屏蔽件突出的影响。在现有技术写入头中，采用诸如苏打喷射工艺的机械磨蚀清洁工艺来清洁ABS。由于侵蚀性的清洁工艺推撞上部返回极330，导致其凹陷到ABS内(向图3所示的右侧凹陷)，从而发生损伤。可以看出，尾屏蔽件326由非常硬的(由氧化铝构成的)填充层324支撑。因此，硬的氧化铝填充层324避免了屏蔽件326通过苏打喷射操作变形或凹陷。但是，覆盖上部线圈部分的硬烘焙光致抗蚀剂填充层320不具有与氧化铝填充层324接近的硬度或抗形变能力。因此，填充层320无法像填充层324保护尾屏蔽件326那样好地支持上部返回极330不产生形变。如果不借助本发明提供的新颖的返回极设计，上部返回极330将在ABS处产生形变并凹陷，从而导致尾屏蔽件突出。

参考图3可以看出，上部返回极的喉高TH2相当大。这一大喉高TH2防止上部返回极330的极尖部分在诸如苏打喷射的机械磨蚀清洁操作中发生形变。上部返回极330的喉高TH2优选大于等于尾屏蔽件的喉高TH1的5倍。更优选地，TH2可以是TH1的25倍左右。例如，尾屏蔽件喉高TH1可以是100nm左右，那么从ABS测量的上部返回极330的喉高TH2可以是2500nm左右或大于2500nm。

现在参考图4，上部返回极330在ABS处具有比尾屏蔽件326的宽度W2窄得多的宽度W1。例如，宽度W1可以小于1/2W2。上部返回极330的这一窄宽度降低了苏打喷射(或其他工艺)能够作用的表面面积，从而进一步降低了上部返回极330的由苏打喷射而引发的凹陷。宽度W1可以是(例如)从其尾缘到其前缘测量的其叠置高度厚度SH的1.5-2.5倍。

除了避免上部返回极330的凹陷之外，上部返回极330的这一降低的宽度还提供了另一个优点。参考图5可以看出，可以在返回极504上淀积保护层502，返回极504形成于尾屏蔽件506上。保护层(例如氧化铝)的淀积可能导致图5中的虚线所示的裂缝或空隙508。由于在返回极504上淀积了氧化铝502，因而返回极的形貌使得淀积的氧化铝形成了在返回极之上的某一点会聚的裂缝或空隙508。如果返回极宽，那么这一会聚点就会处于返回极之上的相当大的距离处。由于不同材料的去除速率不同，因而在研磨或反应离子蚀刻(RIE)之后，这些裂缝508变得甚至更加明显。这样的裂缝或空隙502是不符合要求的，因为它们为碎屑的聚集提供了场所，从而可能促进写入头的侵蚀。

但是，参考图6，由于从ABS来看上部返回极602窄，因而任何裂缝或空隙604均在非常接近上部返回极602的点处会聚。实际上，裂缝会聚处非常靠近上部返回极，由此可以在滑块处理过程中对它们提供保护，使之不受研磨或RIE的影响，因而不会暴露。

现在，参考图7，根据本发明的备选实施例的写入头700包括新颖的双层填充层702。这一双层填充层可以包括硬烘焙的光致抗蚀剂线圈绝缘层704和优选由氧化铝(Al₂O₃)构成的硬填充层部分706。上部返回极结构708可以是两段结构，该结构包括设置在ABS处的基座部分710和从基座710朝向第三后间隙部分714延伸的主要部分712。可以在共同构图和镀步骤中一起形成第三后间隙部分714和基座部分710。

基座710、后间隙714和主要部分712可以由NiFe、CoFe等磁性材料构成，并且它们可以是相同的或不同的材料。从图7中可以看出，硬填充层部分706支撑基座部分710，为其抵御苏打喷射或其他清洁工艺。由于层706(优选为氧化铝)非常硬，因而其为基座710提供了非常有效的支撑。另一方面，主基座部分712一直向后延伸到后间隙部分714，因此提供了其自身的抵御由清洁工艺导致的形变的支撑。因此，图7所示的实施例提供了抑制尾屏蔽件凹陷(类似地，抑制写入极突出)的有效防护。

尽管已经描述了各种实施例，但是应当理解，这些实施例都是通过举例的方式给出的，其目的并非在于提供限制。对于本领域技术人员而言，落在本发明的范围内的其他实施例也可变得显而易见。因此，本发明的范围和外延不应受到任何上述示范性实施例的限制，而是应当仅根据权利要求及其等同要件界定。

Claims (21)

1.一种磁写入头，包括：

具有朝向气垫面设置的末端的磁写入极；

通过非磁性尾间隙与所述写入极隔开的尾屏蔽件，所述尾屏蔽件具有尾缘，并且具有暴露于所述气垫面处的前缘和与所述前缘相对的后缘，所述尾屏蔽件的前缘和后缘之间的距离定义尾屏蔽件的喉高；以及

接触所述尾屏蔽件的所述后缘并具有一表面的非磁填充层，所述填充层的所述表面和所述尾屏蔽件的所述尾缘形成共平面表面；以及

在一区域内与所述共平面表面接触的磁返回极，该区域的长度定义返回极喉高，所述返回极的喉高至少是所述尾屏蔽件的喉高的5倍。

2.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述返回极在超过返回极喉高的区域内逐渐远离所述共平面表面。

3.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述返回极喉高是所述尾屏蔽件喉高的25倍。

4.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述返回极具有从所述气垫面来看的一宽度，该宽度明显小于所述尾屏蔽件的从所述气垫面来看的宽度。

5.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述返回极具有宽度W1，所述尾屏蔽件具有宽度W2，并且其中W1小于W2的一半。

6.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述非磁填充层包括氧化铝。

7.一种用于垂直磁数据记录的磁写入头，包括：

具有设置于气垫面处的末端并且具有尾缘的磁写入极；

具有设置在朝向所述气垫面设置的一端处的末端和远离所述气垫面设置的末端的第一磁返回极；

在所述第一磁返回极的远离所述气垫面设置的末端处与所述第一磁返回极接触的第一磁后间隙结构；

使所述写入极与所述第一磁后间隙结构磁连接的磁成形层，所述成形层从所述气垫面凹进；

在所述磁成形层和所述第一磁返回极之间延伸的第一导电线圈部分，所述第一导电线圈部分通过第一绝缘层与所述成形层、第一返回极和第一后间隙部分隔开；

与所述写入极相邻形成的尾屏蔽件，所述尾屏蔽件通过非磁性尾间隙层与所述写入极的所述尾缘隔开，所述尾屏蔽件具有与所述写入极相反的尾缘，并且具有暴露于所述气垫面处的前缘和与所述气垫面相反的后缘，所述尾屏蔽件的前缘和后缘之间的距离定义尾屏蔽件喉高；

接触所述尾屏蔽件的后缘的硬非磁填充层，所述非磁填充层具有一表面，所述硬非磁填充层的所述表面和所述尾屏蔽件的所述尾缘一起界定共平面表面；

设置在所述共平面表面之上的第二导电线圈部分；以及

具有设置在所述气垫面处的前端和与所述气垫面相反的后端的第二磁返回极，所述第二磁返回极具有朝向所述气垫面设置的与所述共平面表面接触的第一部分和离开所述共平面表面在所述第二线圈部分之上延伸的第二部分，所述第二返回极的第一部分的长度定义第二返回极喉高，所述第二返回极喉高至少是所述尾屏蔽件喉高的5倍。

8.根据权利要求7所述的磁写入头，其中，所述第二返回极喉高是所述尾屏蔽件喉高的25倍。

9.根据权利要求7所述的磁写入头，其中，所述硬非磁填充层包括氧化铝。

10.根据权利要求7所述的磁写入头，还包括使所述第二返回极在从所述气垫面移开的区域内与所述成形层磁连接的第二磁后间隙结构。

11.一种用于垂直磁记录的磁写入头，包括：

具有设置于气垫面处的末端并且具有尾缘的磁写入极；

与所述写入极相邻的尾屏蔽件，所述尾屏蔽件具有设置在所述气垫面处的前缘和与所述前缘相反的后缘，所述前缘和后缘之间的距离定义尾屏蔽件喉高，所述尾屏蔽件还具有与所述写入极相反并且从所述前缘延伸至所述后缘的尾缘；

将所述尾屏蔽件与所述写入极的所述尾缘隔离的非磁性尾间隙；

接触所述尾屏蔽件的所述后缘并离开所述气垫面延伸的第一非磁填充层，所述第一填充层具有与所述尾屏蔽件的所述尾缘形成共平面表面的表面；

从所述尾屏蔽件的所述尾缘延伸的上部磁返回极基座部分；

与所述上部磁返回极基座部分磁连接并离开所述气垫面延伸的上部磁返回极主要部分；以及

设置在所述共平面表面和所述上部磁返回极主要部分之间的包括氧化铝的第二填充层，所述第二填充层接触所述上部磁返回极基座部分。

12.根据权利要求11所述的磁写入头，其中，所述第二填充层支撑所述上部磁返回极主要部分，以抑制凹陷。

13.根据权利要求11所述的磁写入头，还包括穿过所述共平面表面和所述上部磁返回极主要部分之间的导电写入线圈。

14.根据权利要求11所述的磁写入头，还包括穿过所述共平面表面和所述上部磁返回极主要部分之间的导电写入线圈，并且其中所述第二填充层从所述上部磁返回极基座部分延伸至所述线圈。

15.根据权利要求11所述的磁写入头，还包括穿过所述共平面表面和所述上部磁返回极主要部分之间的导电写入线圈，并且还包括围绕所述线圈的至少一部分的硬烘焙的光致抗蚀剂绝缘层，并且其中所述第二填充层从所述上部磁返回极基座部分延伸至所述线圈。

16.一种用于垂直磁记录的磁写入头，包括：

具有延伸至气垫面的末端并且具有尾缘的磁写入极；

具有延伸至所述气垫面的末端的下部磁返回极，所述下部磁返回极在离开所述气垫面的区域内与所述写入极磁连接；

经过所述下部磁返回极之上的第一导电线圈部分；

设置在所述气垫面处并且通过非磁性尾间隙与所述写入极的所述尾缘隔开的尾屏蔽件，所述尾屏蔽件具有暴露在所述气垫面处的前缘和与所述前缘相反的后缘；

在所述尾屏蔽件的后缘处形成的第一氧化铝填充层；

具有设置在所述气垫面处的前缘和离开所述气垫面设置的后缘的上部磁返回极基座部分；

形成于所述第一氧化铝填充层之上并与所述上部磁返回极基座部分的后缘接触的第二氧化铝填充层；以及

接触所述磁返回极基座部分并且在所述第二氧化铝填充层之上延伸的上部磁返回极主要部分。

17.根据权利要求16所述的磁写入头，还包括穿过所述上部磁返回极主要部分和所述第一填充层之间的第二导电线圈部分。

18.根据权利要求16所述的磁写入头，还包括穿过所述上部磁返回极主要部分和所述第一填充层之间的第二导电线圈部分，其中，所述第二填充层从所述上部返回极基座部分延伸至所述第二导电线圈部分。

19.根据权利要求16所述的磁写入头，其中，所述上部磁返回极主要部分在从所述气垫面移开的区域内与所述写入极和所述下部磁返回极磁连接。

20.根据权利要求16所述的磁写入头，还包括穿过所述上部磁返回极主要部分和所述第一填充层之间的第二导电线圈部分，并且还包括围绕所述第二导电线圈部分的至少一部分的硬烘焙的光致抗蚀剂绝缘层。

21.根据权利要求1所述的磁写入头，其中，所述返回极具有宽度W1和叠置高度厚度SH，其中，W1是SH的1.5到2.5倍。

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