CN105810215A - 具有形成在自旋扭矩振荡器上的非磁性隆起结构的磁记录头 - Google Patents

Abstract

具有形成在自旋扭矩振荡器上的非磁性隆起结构的磁记录头。一种磁写头，具有写极和磁振荡器，该写极具有斜切尾边缘，磁振荡器形成在写极的拖尾边缘上。磁振荡器夹在磁写极和拖尾磁屏蔽之间。写头还包括非磁性导电隆起结构，其位于磁振荡器的在磁振荡器和拖尾磁屏蔽之间的背部上。非磁性导电隆起结构的存在使得电子即使在磁振荡器形成在写极的斜切尾边缘上的倾斜平面上时，也能在与磁振荡器的平面大体垂直的方向上适当地流动通过磁振荡器。这从而确保了磁振荡器的最优性能。

Description

具有形成在自旋扭矩振荡器上的非磁性隆起结构的磁记录头

技术领域

本发明涉及磁数据记录，并且更具体地，涉及一种磁写头，该磁写头具有形成在写极上的自旋扭矩振荡器和用于改进通过自旋扭矩振荡器的电子流的非磁性隆起结构。

背景技术

对数字数据存储的不断增加的需要驱动了对改进的磁数据存数系统诸如磁盘驱动系统的不断增加的需求。磁盘驱动器包括旋转磁盘、读写头和致动器，读写头由悬臂悬挂靠近旋转磁盘的表面，致动器摆动悬臂以将读写头放置在旋转磁盘上所选择的数据磁道上。读写头位于滑块上，滑块具有空气轴承表面(ABS)。当磁盘不旋转时，悬臂使滑块偏置成与磁盘的表面接触，但是当磁盘旋转时，旋转磁盘使空气打旋。当滑块置于空气轴承上时，读写头被采用以将磁印记写入到旋转磁盘中并且从旋转磁盘读取磁印记。读写头连接到处理电路，处理电路根据电脑程序操作以实现读写功能。

写头包括至少一个线圈、写极和一个或更多个返回极。当电流流动通过线圈时，产生的磁场使得磁通量流动通过线圈，造成从写极的尖端发出磁写场。该磁场足够强使得它使相邻磁介质的一部分局部磁化，从而记录一位数据。然后写场行进通过磁介质的软磁性底层返回到写头的返回极。

磁阻传感器诸如大磁阻(GMR)传感器或隧道结磁阻(TMR)传感器可以被采用以从磁介质读取信号。磁阻传感器具有对应于外部磁场变化的电阻。这这种电阻的变化可以被处理电路检测到，以便从磁介质读取磁数据。

随着为了容纳不断增加的数据密度需求而磁位大小减小，将稳定的磁信号维持在介质上的能力不断变得更加有挑战。更小的磁位大小和更小的磁空间使得磁位更不稳定，并且易丢失数据。克服这种问题的一种方式是增大磁介质的磁记录层的磁矫顽力和磁各向异性。然而，这也使得磁介质难以写入，需要更高的磁写场以记录到介质。这种问题因记录较小位所需的写头的减小的尺寸进一步加剧。随着写头变得更小，其能够生成的写场量也减小。因此，存在对能够以非常高的数据密度将稳定的磁信号有效记录到记录介质的磁记录系统的需要。

发明内容

本发明提供了一种磁写头，该磁写头具有磁写极，该磁写极延伸到面向介质的表面并且具有斜切尾边缘。磁振荡器结构被形成在磁写极的斜切尾边缘上，并且非磁性导电层被形成在磁振荡器的远离面向介质的表面的部分上。磁屏蔽被形成在磁振荡器结构和非磁性导电层的上方。

由于磁振荡器被形成在写极的斜切尾边缘上，所以磁振荡器被形成在倾斜平面处。这会使得流过磁振荡器的电子也以一定角度行进通过磁振荡器，导致磁振荡器的减小的非最优性能。

然而，非磁性导电层(或隆起)的存在通过使得电子在与磁振荡器大体垂直的方向上流动而有利地防止这种情况发生，从而确保磁振荡器的最优磁性能。

在阅读下面结合附图的实施例的详细描述的基础上，本发明的这些和其它特征与优点将变得明显，其中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

附图说明

为了更全面理解本发明的本质和优点以及优选的使用模式，应以结合不按比例的附图阅读的方式参考下列详细描述。

图1是其中实施本发明的磁盘驱动系统的示意性图示；

图2是根据实施例的磁写头的侧向截面视图；

图3是磁头的写极尖部的放大的侧向截面视图；

图4是为了比较目的示出的、不包括非磁性隆起结构的磁头的写极尖部的放大的侧截面视图；

图5是自旋扭矩振荡器的示意性图示；以及

图6-16是图示制造根据本发明实施例的磁写头的方法的、制造的各种中间阶段中磁写头的一部分的视图。

具体实施方式

下面是当前考虑用于实施本发明的最优实施例的描述。作出该描述是为了图示本发明的总体原理而不是意在限制本申请主张的发明构思。

现在参照图1，示出了磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括壳体101。至少一个可旋转磁盘112被支撑在主轴114上并且通过磁盘驱动电机118旋转。典型地，每个磁盘上的磁记录是以磁盘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被定位在靠近磁盘112处，每个滑块113支撑一个或更多个磁头组件121。随着磁盘旋转，滑块113在磁盘表面122上进出移动，使得磁头组件121可以访问磁盘的要写入期望数据的不同磁道。每个滑块113通过悬梁115附接到致动器臂119。悬梁115提供轻微的弹簧力，使滑块113偏置抵靠磁盘表面122。每个致动器臂119被附接到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括在固定的磁场内可移动的线圈，通过控制单元129供应的马达电流信号控制线圈移动的方向和速度。

在磁盘存储系统的操作期间，磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间产生空气轴承，其在滑块上施加向上的力或提升滑块。因此，空气轴承抵消悬梁115的轻微弹簧力，支撑滑块113离开磁盘表面并且在正常操作期间以小的、基本恒定的间隔位于磁盘表面上方。

在操作中通过控制单元129产生的控制信号诸如访问控制信号和内部时钟信号控制磁盘存储系统的各种组件。通常，控制单元129包括逻辑控制电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，诸如在线路123上的驱动电机控制信号和线路128上的磁头定位与寻道控制信号。线路128上的控制信号提供了期望的电流分布以将滑块113最优地移动和定位到介质112上的期望的数据磁道。通过记录通道125，写信号和读信号被传送到读写头121，并且通过记录信道125从读写头121接收写信号和读信号。

图2示出可能形成在滑块113(图1)的磁头121上的磁写头200的侧截面视图。磁写头200包括延伸到面向介质的表面MFS的磁写极202，并且可以包括前返回极204和尾返回极206。磁写极202可以与磁成形层208磁性连接，并且写极202和成形层208可以通过在远离面向介质的表面MFS位置处的磁背隙层210、212与返回极204、206连接。

图2中的截面图中示出的磁写线圈结构214穿过写头200。如图2所示，写线圈结构214可以包括由非磁性导电材料诸如Cu形成的上线圈和下线圈，上线圈和下线圈在写极202上方和下方经过。写线圈结构214可以嵌入非磁性电绝缘材料诸如氧化铝215中。

当电流流过写线圈结构214时，产生的磁场引起磁通量流过写线圈202、成形层208、返回极204、206和背隙结构201、212。这引起从写极202朝着磁介质(未在图2中示出)发出磁写场。磁写场行进通过磁介质并返回通过返回极204、206。因为与返回极204、206中任一个相比，写极202在面向介质的表面MFS处具有更小的横截面，所以来自写极202的写场将足够强以写入到介质。然后，由于返回极204、206的更大的横截面，返回到返回极204、206的磁场将更加分散和微弱，使得其不擦除先前记录的信号。

高数据密度磁记录系统要求磁介质具有高磁矫顽力和高磁各向异性，使得确保所记录信号的稳定性。然后，这种高磁矫顽力和高磁各向异性也使得磁介质难以写入，尤其是当使用非常小的磁写极202记录非常小的磁位时。为了促进对这种介质的记录，写头200可以包括磁微波振荡器诸如自旋扭矩振荡器216。磁振荡器216产生振荡的磁场，该磁场磁性激发相邻的磁介质(未在图2中示出)，使得更容易记录到介质。下面将更详细描述磁振荡器216的可能结构和产生的振荡磁场的性质。

如图2所示，磁振荡器216可以夹在写极202和尾磁屏蔽218之间。磁尾屏蔽218帮助增加由磁写极202生成的写场的场梯度。此外，在磁振荡器216的磁振荡器216和尾磁屏蔽218之间的部分上形成导电的非磁性隆起结构220。非磁性的导电隆起220的存在帮助提高磁振荡器216的性能。

图5示出了用于产生振荡磁场的自旋扭矩振荡器216的示例的示意性图示。磁振荡器包括磁自旋注入层502、磁振荡层504和夹在磁自旋注入层502与磁振荡层504之间的中间层506。磁自旋注入层502和磁振荡层504各自由导电的磁性材料构成，而中间层506由非磁性材料构成。此外，自旋注入层502具有沿期望方向钉扎的磁化强度，而磁振荡层504具有自由移动的磁化强度。电流可以如指定为“i”的箭头指示穿过自旋扭矩振荡器。如图5所示，电流在从磁振荡层504到自旋注入层502的方向上流过自旋扭矩振荡器。本领域技术人员应理解，电流流动的该方向i造成电子在从自旋注入层502向着磁振荡层504的相反方向上行进，如箭头e所示。随着电子行进通过自旋注入层502，由于自旋注入层502的钉扎的磁化强度，它们的自旋变得对齐(在总体上)。这些自旋定向的电子然后行进通过中间层506到磁场产生层504。行进通过磁场产生层的电子的自旋的对齐引起自旋扭矩，自旋扭矩造成箭头508所示的振荡的磁场。该振荡的磁场可以以如图5所示的旋进方式振荡。

然而，为了使自旋扭矩振荡器216以最优的效率操作，期望的是在尽可能接近与中间层506的平面垂直的方向上电子行进通过中间层506。在图5的示意性图示中，这将不是问题。然而，如参照图2已述，自旋扭矩振荡器216形成在写极102的斜切的尾表面上的斜面处。这将往往导致电子以一定角度行进通过自旋扭矩振荡器216，造成自旋扭矩振荡器216的性能降低。

图3和4示出了写头的极尖区域的放大的侧截面视图，并且图示了可以使得电子即使在自旋扭矩振荡器216以一定倾角形成时也能在更垂直的方向上行进通过自旋扭矩振荡器216的写头结构。图4示出了夹在写极202和尾屏蔽218之间的自旋扭矩振荡器216，非磁性的导电再填充层215在自旋扭矩振荡器216之后。电路302被提供以向写极202和尾屏蔽218供应电流。电流通过自旋扭矩振荡器216在写极202和尾屏蔽218之间流动，从而激活自旋扭矩振荡器。通过自旋扭矩振荡器的电子的流动方向由箭头“e”示出，为了清楚而未标记所有的方向。可以看出，由于自旋扭矩振荡器以一定的角度倾斜(该角度可以相对于垂直于面向介质的表面MFS的平面呈20-30度或约25度)，所以电子以对应的角度流动通过自旋扭矩振荡器216，该角度也可以是距垂直于自旋扭矩振荡器216的层的平面的方向约25度。如上所述，电子流的该角度降低了自旋扭矩振荡器216的性能。

然而，图3图示了缓解该问题的结构，使得电子在更垂直于自旋扭矩振荡器216的层的平面的方向上流动。可以看出，图3的写头与图4的类似，除了其包括位于自旋扭矩振荡器220的远离面向介质的表面MFS的背部的非磁性导电层或隆起结构220。图2中也示出了该隆起220。该非磁性导电隆起结构220可以由诸如Cu的材料构成，并且可以形成在自旋扭矩振荡器216的尾表面处，使得自旋扭矩振荡器216的一部分与尾磁屏蔽218分离。该非磁性导电隆起结构220形成在自旋扭矩振荡器216的远离面向介质的表面MFS的背部处，并且可以延伸超过自旋扭矩振荡器216，使得它的一部分形成在非磁性电绝缘再填充层215之上，使得非磁性电绝缘再填充层的一部分与尾磁屏蔽218分离。

再者，在图3中，通过自旋扭矩振荡器216的电子行进的方向由指定为“e”的箭头示出，未标记所有方向。如图3所示，非磁性导电隆起结构220的存在引起电子行进通过隆起220的方向改变。这导致电子在更垂直于自旋扭矩振荡器216的层的平面的方向上行进通过自旋扭矩振荡器。

图6至16示出在制造的各中间阶段的磁写头的一部分，从而图示制造根据本发明的实施例的磁写头的方法。特别参照图6，写极602被形成。非磁性侧隙层604可以形成在写极602的侧面，并且可以由非磁性材料诸如氧化铝和/或SiO2构成。磁侧屏蔽606可以形成在写极602和侧隙604的两边。写极602、侧隙604和侧屏蔽606可以形成在基底608上，基底608可以包括非磁性电绝缘填充层诸如氧化铝，并且还可以包括磁成形层诸如图2所示的层208。写极602可以通过本领域技术人员熟知的镶嵌法形成，并且可以被形成为如图6所示的沿与面向介质的表面平面平行的平面具有三角形形状或梯形横截面。写极602也可形成为具有暴露的上边缘或尾边缘610。

图7示出如从图6的线7-7看出的图6的结构的侧截面视图。面向介质的表面的平面的位置由MFS指示的虚线示出。本领域技术人员应理解，面向介质的表面在制造中在该点实际不被形成，而是在磁头已被构造在晶圆(未示出)上之后并且在晶圆已被分割成行之后被磨光以形成面向介质的表面之后才形成。

现在参照图8，牺牲台阶结构802被形成在写极602上，牺牲台阶结构802具有位于距面向介质的表面平面MFS期望距离处的前边缘。该台阶结构802优选地是可以经受离子铣削的材料，但可以随后被其它工艺诸如选择性反应离子蚀刻移除。

然后，参照图9，相对于法向以一定角度执行离子铣削。随着台阶802就位，离子铣削移除不被台阶802保护的材料。通过以一定角度执行离子铣削，台阶结构802的遮蔽使得离子铣削在写极602上形成斜切的或成角度的表面804。然后，在已经形成斜切部804之后，可以例如通过反应离子蚀刻移除台阶结构802。

现在参照图10，自旋扭矩振荡器层1002被沉积。尽管为了图示的目的在图10中将层1002示出为单个层，但是它实际上包括多个层诸如第一磁性层、非磁性层和第二磁性层，非磁性层形成在第一磁性层上，第二磁性层形成在非磁性层上。这些层可以被沉积以便形成自旋扭矩振荡器诸如图5所述的自旋扭矩振荡器216。

现在参照图11，遮罩1102被形成在自旋扭矩振荡器材料1002上。遮罩1102被构造成限定自旋扭矩振荡器的形状，并且优选地被形成为具有如图11所示的悬伸部分的双层遮罩。由于下面将变得明显的原因，该遮罩构造将是有用的。

现在参照图12，离子铣削被执行以移除自旋扭矩振荡器材料1002的未被遮罩结构1102保护的部分。然后，现在参照图13，在遮罩1102仍然就位的情况下沉积非磁性电绝缘填充材料诸如氧化铝的层。在填充材料1302已被沉积之后，可以例如通过化学剥离工艺将遮罩1102剥离。可以看出，遮罩1102的双层结构通过在已经沉积填充材料1302之后留下遮罩的一部分暴露而促进了剥离。遮罩1102的悬伸部分允许化学剥离溶液到达遮罩1102以促进遮罩移除。

然后，参照图14，在自旋扭矩振荡器1002和填充层1302上沉积非磁性导电材料诸如Cu或其它合适的材料。然后，参照图15，执行离子铣削以移除大部分非磁性导电材料1402。如箭头1502所示以掠射角(相对于法线的高角度)执行离子铣削。离子铣削的该掠射角允许离子铣削移除大部分非磁性导电材料1402，同时留下仅位于自旋扭矩振荡器1002的背部的导电的非磁性隆起1402。

然后，如图16所示，可以在自旋扭矩振荡器、非磁性导电隆起1502和填充层1302上形成尾磁屏蔽1602。该尾磁屏蔽1602可以使用限定屏蔽1602的形状的适当的遮罩通过诸如电镀的工艺形成。

尽管上面已经描述了各种实施例，但是应理解它们仅通过示例而非限制的方式示出。落在发明范围内的其它实施例对于本领域技术人员也可变得明显。例如，尽管上述实施例已经以在磁盘驱动系统中使用的方式描述，但它们也可应用于磁带驱动系统。因此，发明的广度和范围对于本领域技术人员来说也可变得明显。因而，发明的广度和范围不应限于上述示例性实施例中的任何一个，而应仅根据所附权利要求及其等价物加以限定。

Claims (20)

1.一种磁写头，所述磁写头包括：

磁写极，所述磁写极延伸到面向介质的表面并且具有斜切尾边缘；

磁振荡器结构，所述磁振荡器结构被形成在所述磁写极的所述斜切尾边缘上；

非磁性导电层，所述非磁性导电层被形成在所述磁振荡器的远离所述面向介质的表面的部分上；和

磁屏蔽，所述磁屏蔽被形成在所述磁振荡器结构和所述非磁性导电层的上方。

2.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述非磁性导电层采用隆起的形式。

3.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述磁振荡器具有远离所述面向介质的表面的背边缘，所述写头进一步包括非磁性电绝缘再填充层，所述非磁性电绝缘再填充层从所述磁振荡器结构的所述背边缘沿远离所述面向介质的表面的方向延伸。

4.根据权利要求3所述的磁写头，其中所述非磁性导电层在所述非磁性电绝缘填充层的一部分的上方延伸。

5.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述非磁性导电层包括Cu。

6.根据权利要求3所述的磁写头，其中所述非磁性电绝缘填充层包括氧化铝。

7.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述写极的所述斜切尾边缘相对于与所述面向介质的表面垂直的表面限定约25度的角。

8.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述写极的所述斜切尾边缘相对于与所述面向介质的表面垂直的表面限定20-30度的角。

9.根据权利要求1所述的磁写头，还包括电路，所述电路与所述写极和所述磁屏蔽连接，用于通过所述磁振荡器供应电流。

10.根据权利要求8所述的磁写头，其中所述非磁性导电层的存在使得电子在与所述磁振荡器基本平行的方向上流动通过所述磁振荡器。

11.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述磁振荡器是自旋扭矩振荡器。

12.根据权利要求1所述的磁写头，其中所述磁振荡器还包括磁自旋注入层、磁振荡层和非磁性中间层，所述磁自旋注入层具有钉扎的磁化强度，所述磁振荡层具有未钉扎的磁化强度，所述非磁性中间层布置在所述磁自旋注入层和所述磁振荡层之间。

13.一种磁数据记录系统，所述磁数据记录系统包括：

壳体；

磁介质，所述磁介质可移动地保持在所述壳体内；

滑块；

致动器，所述致动器用于邻近所述磁介质移动所述滑块；和

写头，所述写头形成在所述滑块上，所述写头进一步包括：

磁写极，所述磁写极延伸到面向介质的表面并且具有斜切尾边缘；

磁振荡器结构，所述磁振荡器结构被形成在所述磁写极的所述斜切尾边缘上；

非磁性导电层，所述非磁性导电层被形成在所述磁振荡器的远离所述面向介质的表面的部分上；和

磁屏蔽，所述磁屏蔽被形成在所述磁振荡器结构和所述非磁性导电层的上方。

14.根据权利要求13所述的磁数据记录系统，其中所述非磁性导电层采用隆起的形式。

15.根据权利要求14所述的磁数据记录系统，其中所述磁振荡器具有远离所述面向介质的表面的背边缘，所述写头进一步包括非磁性电绝缘再填充层，所述非磁性电绝缘再填充层从所述磁振荡器结构的所述背边缘沿远离所述面向介质的表面的方向延伸。

16.根据权利要求15所述的磁数据记录系统，其中所述非磁性导电层在所述非磁性电绝缘填充层的一部分的上方延伸。

17.根据权利要求13所述的磁数据记录系统，其中所述非磁性导电层包括Cu。

18.根据权利要求15所述的磁数据记录系统，其中所述非磁性电绝缘填充层包括氧化铝。

19.根据权利要求13所述的磁数据记录系统，其中所述写极的所述斜切尾边缘相对于与所述面向介质的表面垂直的表面限定约25度的角。

20.根据权利要求13所述的磁数据记录系统，其中所述写极的所述斜切尾边缘相对于与所述面向介质的表面垂直的表面限定20-30度的角。