CN1197977A - 磁头及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一个磁头包括:在晶片形成的一个下磁极、在下磁极上形成的一个非磁写入间隙层、在非磁写入间隙层上形成一个带有细前端磁极端部的上磁极,从磁极端部侧面的正下方,沿侧向形成并隔着宽度等于磁极宽度的区域相对着的两个凹陷部分,一个用以填充凹陷部分,并且覆盖上磁极和下磁极的非磁绝缘材料的保护层以及嵌入在非磁绝缘层(处于上磁极和下磁极之间)的相对部分之间的线圈。

Description

磁头及其生产方法
本发明涉及一磁头及其生产方法。特别是本发明涉及应用在磁盘驱动器或磁带驱动器的磁头及其生产方法。
由于增加了装置的录制密度，结果磁盘驱动器或磁带驱动器在磁道密度中得到了显著改进，因而需要一个磁头，它具有狭窄的核心宽度和仅允许少量录制模糊度。特别是如果采用正日益得到认可的MR磁头(磁阻头)，则最好采用仅有少量录制模糊度和拥有完美偏磁道特性的磁头，因为大宽度磁层的共用肯定会形成MR磁砂的磁屏蔽，成为跨越录制写入间隙层相对的两个录制磁极之一，这种共用已很通用，但也易加剧录制的模糊度。
人们知道，上录制磁极和下录制磁极在宽度上的均衡能有效地实现具有狭窄核心宽度及仅允许少量录制模糊度的上述磁头。已有很多方法建议用来生产这种式样的磁头。
将举出这样的例子：采用聚焦离子光束(FIB)从空气轴承表面(AB；)，即从对着磁性介质的表面一侧；来修整磁极。例如，在专利JP-A-03-296,907中提出了一个磁头，它从磁头的空气轴承表面(ABS)一侧用聚焦离子光束(FIB)来修整上、下磁极磁头而获得完美偏磁道特性。
特别是，在具有导轨表面102(空气轴承表面(ABS))的滑触头101形成后，如图1A所示，在滑触头101上形成的磁头103的上磁极104的侧向部分通过暴露在聚焦离子光束(FIB)曝光来修整，同时下磁极105的上层部分也一起作修整，使下磁极105和上磁极104在宽度上均衡，如图1B和1C所示。
除这种方法外，也有这样的方法：先形成上磁极，接着的晶片加工期间，以上磁极本身作为蚀刻掩模，用离子研磨来修整下磁极。由于此方法用修整方法来避免上磁极宽度的调整，因而上磁极宽度的精度取决于形成上磁极所用的电镀模式的精度。
然而，实现如图1A至1C的上磁极104和下磁极105的修整方法将引起以下问题。
第一，由于对聚焦离子光束曝光是在晶片切割成块后进行的，而且导轨面102是在这个块上形成的，因此基片的处理和聚焦离子光束的定位都是复杂的。再者，关于可靠性方面，该方法的问题极大，因为当导轨面102在接触开始和停止(CSS)区接触录制介质的表面时，在图1C所示的导轨面102中形成的凹陷106肯定会聚集灰尘和其中的润滑剂。
JP-A-03-296,907(KOKAI)告知用无磁性材料填充凹陷以解决该问题。由于导轨表面在基片上加工，而基片已不再是晶片，而是一个小块，所以填充凹陷工作本身非常困难。
再者，由聚焦离子光束形成的凹陷边缘容易形成尺寸为0.1-0.2微米的圆角。当核心宽度接近1微米时，这种圆角尺寸不应忽略。
加之，除非导轨表面102完全经受电中性处理，否则聚焦离子光束将对该表面充电，而它必然会破坏易受静电损害的机械记录元件。
已知一种解决该问题的方法：在晶片加工期间，用上磁极作为蚀刻掩模，使磁屏蔽层承受离子研磨。尽管该方法可易于处理具有晶片单元尺寸的基片，但它仍存在如下缺点：不可避免地对非磁极部分进行了蚀刻，使已蚀刻部分的再沉积膜附着到磁极的侧面，以及难以改进核心宽度的精度。
本发明的目的是提供一个磁头，它避免在磁记录介质的相对一侧上形成任何凹陷，耐受强静电充电，并允许提高磁极宽度的精度；以及生产这种磁头的方法。
本发明设想在一个晶片上形成上磁极，然后沿膜厚方向投射聚焦离子光束，来修整上磁极的磁极端部的相对两侧部分，同时直接处于上磁极之下的下磁极上层中形成凹陷部分，并用非磁保护层来填充凹陷部分。
所以，当晶片被分割成使磁极端部的前端被暴露时，磁极端部前端及其附近区域，即对着磁性录制介质的磁头表面，不再出现凹陷部分。对着磁录制介质的表面不易附着灰尘。
因为仍为晶片形式的上磁极和下磁极同时曝光在聚焦离子光束中，至少在晶片上的下磁极，上磁极，电镀导电膜中的一个能够容易地接地。利用这个接地，如果在下磁极下面存在一个磁阻元件，它可以避免静电冲击。
再者，由于聚焦离子光束从外面移向磁极端部的侧向部分，被聚焦离子光束撞击而扩散的磁极材料不容易附着在磁极端部的侧向部分上，因此不会降低磁极端部宽度的精度。
如果直接处于上磁极的磁极端部下面的下磁极表面上覆盖比其它区域高的饱和磁流密度层或电阻层，可以防止由于下磁极的磁饱和引起的信号变化，或者避免由于涡流引起的频率特性的恶化。
如果增加对着上磁极及其邻区的下磁极的上表面面积，以升高在聚焦离子光束曝光时可能在下磁极中形成的凹陷部分，则可以避免在最靠近磁极端部地方，得到深度最大的凹陷部分的可能性。如果准备在与上磁极的磁极端部相分离的下磁极区域中形成凹陷部分，则可对该凹陷部分的中心处增加深度，并可排除在最接近磁极端部区域内凹陷部分呈现最大深度的可能性。
图1A至1C是透视图，表示在常规的磁头中修整上磁极的实例；
图2A至2F是从磁头前端观察的横截面，表示生产本发明磁头的方法，
图3A至3F是从磁头线圈形成部分的侧面部分观察的横截面，表示生产本发明磁头的方法，
图4A是平面图，表示磁头中的上磁极和螺旋线圈，图4B至4D是平面图，显示在修整上磁极过程中聚焦离子光束的扫描方向；
图5A至5C是说明一种方法的示意图，从生成磁头工序开始，经过从晶片把一个磁头分割成棒形的工序，直到把棒料作成滑座形状的工序。
图6是透视横截面，表示在分解状态时本发明磁头的腰部；
图7是平面图，表示修整本发明磁头的上磁极的另一实例；
图8A和8B是横截面，表示修整本发明磁头上磁极的再一实例；
图9A和9B是横截面，表示修整本发明磁头上磁极的又一实例；
图10A至10C是横截面，表示修整本发明磁头上磁极的另一实例；
图11是平面图，表示应用本发明磁头的磁盘驱动器的实例。
本发明的优选实施例将附图描述如下。
图2A至2F和图3A至3F是说明生产本发明磁头方法的截面图。图2A至2F是从对着磁盘的磁头部分，来观察的磁头截面图。图3A至3A是磁头的横截面，它是从具有电感写入和磁阻记录读出合成型磁头的螺旋线圈的一侧观察而得。
首先，对图2A范围所示工序作简要的描述。
在由铝钛碳化物(Al2O3TiC)，铁酸盐或钛酸盐钙制成的基本为圆盘形的晶片1上，叠加上由Al2O3制成的基片保护膜2，由NiFe制成的下磁防护层3，和由Al2O3制成的第一无磁性绝缘层4。
然后，磁性变换器5形成在第一无磁性绝缘层4上。磁性变换器5装在无磁性绝缘层4的上表面上，它可沿纵向和横向分开。
磁性变换器5可以是各向异性的磁阻元件或是自旋阀磁阻元件。一对引槽5A连接在磁性变换器5的相对端，并从第一无磁性绝缘层4上抽出。
另外，用以覆盖磁性变换器5和引槽5A、并由Al2O3制成的第二无磁性绝缘层6在第一无磁性绝缘层4上形成。由NiFe制成的上磁性保护层7叠加在第二无磁性绝缘层6上。
在上述所得的叠加层中，由Al2O3制成且厚度约为0.2-0.6μm的写入间隙层8在上保护层7上形成。在对着磁盘的写入间隙层8的部分中，它完成了产生录制磁通量的功能。由于感应线圈型磁头的上磁保护层7可起到下磁极的功能，它有时被称为“下磁极”。
然后，如图3A所示，在写入间隙层8上，形成插入在第三和第四无磁性绝缘层9和10之间的螺旋线圈11。第三和第四无磁性绝缘层9和10由热固化感光胶形成。通过第三和第四无磁性绝缘层9和10和写入间隙层8，形成了中心穿过螺线圈11的通孔12。第三和第四无磁性绝缘层9和10及螺旋线圈11的位置均不对着磁性录制介质(例如磁盘或磁带)。通过图3A沿I-I线所取得横截面以放大形式展示在图2A中。
此后，由NiFe制成的电镀底层13能够覆盖住第四无磁性绝缘层10和写入间隙层8，并同时封闭在第四无磁性绝缘层10中的孔12，如图2B和图3B所示。感光胶14涂敷在电镀底层13上。使感光胶14曝光并显影，用来在感光胶14中形成窗口14a，它为上磁极的形成打开了一个空间。窗口14的形成使孔12再次曝光。
采用电镀技术，在感光胶14的窗口14a中形成的NiFe的上磁极层15，它有几个微米厚如图2C和图3C所示。如图4A所示，在窗口14a中的上磁极层15具有这样的形状：使它在对着磁录制介质的区域和附近区域具有细长的磁极端部15a，并通过孔12和下磁极7相连接。顺便说及，磁保护层3和7及上磁极15的厚度范围设定在2至4微米之间。除上面提及的铁镍合金NiFe外可由钴基合金如CoNiFe来组成这些构件。当采用喷镀技术来代替电镀技术时，可采用如FeN或FeNZr的铁基合金或者如CoZr的钴基合金。
当不采用电镀技术而采用喷镀技术来生成上磁极15时，则不再需要电镀底层13。由喷镀技术法生成的上磁极15是采用光刻法来成型的。
当随后除去感光胶14时，从基片上同时除去叠加在感光胶上的上磁极15，而只有在窗口12内的上磁极15仍留下，其形状如图4A所示。
在用溶剂除去感光胶14以后，由聚焦离子光束(FIB)的撞击来修整与写入间隙层8接触的上磁极15的磁极端部15a两侧部分和下磁极7的上层部分，如晶片1还未被分割的图2D和图4B中所示。
按照此种修整方法把上磁极15的磁极端部15a的宽度调整到所需的尺寸，同时在下磁极7的上层部分形成沟槽7a，它位于磁极端部15a的相对两侧。
使聚焦离子光束(FIB)沿磁极端部15a的侧面方向从磁极端部15a的外面向内移动，同时沿15a凸台方向作来回扫描，如图4B所示，可实现聚焦离子光束的曝光。当聚焦离子光束(FIB)的扫描产生如图4C和4D所示的单向运动时，可产生与来回模式同样的效果。
上述从磁极端部15a外面向内移动聚焦离子光束的原因是：
被聚焦离子光束撞击而扩散的磁性材料可能要附着在磁极端部15a的侧面上，因而降低了磁极端部15a宽度的精确度，对这种异常情况的可能性必须加以排除。如果聚焦离子光束从磁极端部15a侧面向外移动，由聚焦离子光束扩散的磁极材料将不可避免的附着在磁极端部15a的侧面，并且大大地增加了磁极端部15a的宽度。
在完成了上述的修整处理以后，暴露在上磁极层15以外区域中的电镀底层B，如图2E和图3E所示，将要由离子研磨将其去除。研磨将使上磁极层15的厚度减小了与电镀底层13相同的厚度。由于电镀底层13的材料与上磁极层15的材料相同，允许上述已变薄的上磁极层15基本恢复到上磁极15开始形成时所具有的厚度。
此后，将形成一个与传感器5或线圈11相连的电极垫层(图中未示)。在如图2F和图3F所示的整个面积上形成Al2O3的保护层16以后，在磁极端部15a的相对两侧的下磁极层(上磁极保护层)7中的凹陷7a，将完全由保护层16来填充。
在上磁极形成以后或保护层形成以前的任何时候均可进行该修整处理。
例如，形成上磁极层15，去除电镀底层13，在上磁极层15及其周围区域上形成为电极垫层所用的另一个电镀底层，在另一个电镀底层上用电镀技术形成电极垫层，然后把聚焦离子光束照射到磁极端部15a上。
由于至此描述的工序均是在晶片1被分割之前进行的，一磁感型的磁头17可相互分开地形成在晶片1上，如图5A所示。此后，晶片1分割成若干如图5B所示的板条1a，并且在板条1a上形成导轨面1b和1c，每个板条1a从晶片1分离开来形成一个滑座18。
磁感型写入/磁阻读出复合型磁头17和传感器5之间的位置关系表示在图6的透视图上。在图6中，参考数字15b表示一个由聚焦离子光束修整的磁极端部15a的一部分，参考数字19表示磁记录介质。
如果下磁极7上形成凹陷7a之前其上表面为平面，由于聚焦离子光束的撞击，在下磁极7中形成的凹陷7a是这样的：它的深度直接达到磁极端部15a侧面最下端，并当凹陷从磁极端部15a沿侧向离开时深度相应地降低。当然，凹陷7a挖出的形状没有必要受图示的限制，因为它随着聚焦离子光束撞击的方式而变化。
本发明的另一个实施例如图7所示。在这个实施例中，上磁极15的磁极端部15a是这样形成的：沿磁道宽度方向，其尺寸随着离ABS面距离的增加而逐级增加。连续进行加工，并逐步地移动聚焦离子光束曝光位置，很容易生产出这种形式。这种特殊形式可有效地抑制远离ABS面的相对面的磁极部分中所产生的原因不明的磁饱和现象。
图8A和8B还表示了本发明的另一个实施例。该实施例代表了这样一种情况，首先使下磁极7的侧面位置曝光于聚焦离子光束中，其位置与上磁极15的磁极端部15a稍微偏离了约为0.2-1微米范围的尺寸，由此开一个很浅的凹陷7a，然后把上磁极15的磁极端部15a的侧面部分和下磁极7在聚焦离子光束中曝光，由此进行修整。在本实施例中，在形成如氧化铝材料的保护层16期间的工序段，即晶片制造工艺的最后工序将被进一步扩大，因为在下磁极7中的凹陷7a不是很容易呈现出具有陡峭斜面的底部形状。
图9A和9B还表示了本发明的另一个实施例。该实施例代表了这样一种情况，利用由电镀产生的Ni82Fe18薄膜形成下磁极7(饱和磁流密度1泰斯拉(T)和比电阻18μΩcm)，利用Ni50Fe50薄膜在下磁极7上叠加高度饱和的磁流密度型式20(饱和磁流密度1.5泰斯拉及比电阻40μΩcm)，该薄膜是直接电镀在磁极端部15a的下面及其附近区域(例如在磁极端部15a的一侧约0.2-1.0微米范围之内)，此后把磁极端部15a和它下面的下磁极7的凸台7b曝露在聚焦离子光束下，由此使其宽度大致相等。本实施例除了在形成如氧化铝材料保护层16期间，有效地改善了整个工序以外，还允许生产出这样的磁头：它只具有小的磁极磁饱和，这是因为在下磁极的表面上采用了高饱和的磁流密度材料，尤其是，它在高频下仅遭受到很弱的涡流电流，这是因为采用了高电阻材料，自然，在这种情况下，至少上磁极15的一部分最好用是高饱和的和高比电阻的材料制成。在离开磁极端部15a约0.2-1.0μm的一侧，在下磁极7上加宽高饱和磁流密度材料模式或者高电阻材料模式，其尺寸可有效地减少修整处理所花的时间。减少修整时间的特有理由是：可采用与下磁极其它部分相同材料制成的模式，来替代上述高饱和磁流密度模式20。
上述磁感写入/磁阻读出复合型磁头对录制和复制都适用。
尝试在下磁极中形成半圆形横截面的凹陷已证明对写入磁信息是不成功的，原因是下磁极7的凸台7b基本上呈现梯形形状，它具有宽的底边，使录制磁场的分布必然放大。
可以设想，在聚焦离子光束曝光期间用电阻掩模来覆盖的上磁极。因为在位置对准精度方面，采用这个特殊方式的上磁极等于或小于前述不采用电阻掩模的实施例，这个方式已证明对生产磁头没有优越性，因为在工艺过程中需增加形成电阻掩模的额外工序。
为了缩短上述聚焦离子光束辐射设备的操作时间，可以采用以下工艺过程，作为使图2C所示状态发生变化的时间。
首先如图10A所示，有选择地利用离子研磨去除未被上磁极15覆盖的内涂层13的电镀区。这时由于离子研磨上磁极15也被刻蚀而稍稍失掉一些厚度。
如果上磁极15是用喷镀技术形成，生成电镀底层13就没有必要了。
其次如图10B所示，有选择地去除未被上磁极15覆盖的写入间隙层8区域。如果写入间隙层8正好是由Al2O3形成，可采用离子研磨技术去除写入间隙层8。如果写入间隙层8是由SiO2形成，利用含水氟化氢酸或者相关技术得到的反应气体的湿蚀刻技术不能蚀刻下磁极层7。
当把这些层去除以后，电镀的内涂层13和写入间隙层8只被保留在磁极端部15a和下磁极7之间。
此后如图10C所示，磁极端部15a的侧面部分和下磁极7暴露在聚焦离子光束中，以减小磁极端部15a侧面之间的宽度，并在磁极端部15a的相对两侧之下，在下磁极7上形成凹陷部分7a。然后用保护层覆盖上磁极15和下磁极7。
按图10A到图10C所示的过程，可以缩短聚焦离子光束辐射设备对每个晶片的操作时间，因此利用聚焦离子光束辐射设备加工的晶片数量可以增加，因为如上所述，利用聚焦离子光束曝光来去除电镀的内涂层13和写入间隙层8的时间可以免掉。
由于采用聚焦离子光束辐射来形成下磁极7中的凹陷部分7a以及接着用离子研磨技术去除电镀的内涂层工序，即与图2D和2E相反的工序，利用离子研磨使凹陷部分7a深度增加的可能性为零。
如果由喷镀技术生成的上磁极15采用照相光刻技术来成型，在上磁极15成型之后和聚焦离子光束辐射之前，在上磁极15之外曝光的写入间隙层8将被去除。
带有上述磁头的磁盘驱动器的一个例子如图11的平面视图所示。
磁盘驱动器40的腔内，有一个上述结构的磁头42与臂41的前端相连，臂41安装成可使其前端在磁盘43上运动。
本发明预期在晶片上形成一个上磁极，然后沿膜厚度的方向投射一个聚焦离子光束，由此修整上磁极的磁极端部的相对两侧部分，并同时在直接处于上磁极下面的下磁极的上层中形成凹陷部分，利用上述非磁保护层填充凹陷部分，所以当晶片被分割成暴露出磁极端部的前端时，磁极端部的前端及其附近区域，即对着磁记录介质的磁头面，不产生凹陷部分。对着磁记录介质的磁头面不容易粘上灰尘。
因为上磁极和下磁极一起作修整，而同时它们还是整体晶片的一部分，因此可采取这样的措施，如下磁极接地，或者在电镀上磁极时从导电膜的上边修整磁极，来使下边的磁阻元件避免受静电破坏。
另外，由于聚焦离子光束从外面移向磁极端部的侧面部分，由聚焦离子光束撞击而扩散的磁极材料不容易附着在磁极端部的侧面部分，因此不可能降低磁极端部宽度的精度。
如果直接处于上磁极的磁极端部之下的下电极表面被高于其它区域的饱和密度层或者电阻层覆盖，则可制止由于下磁极的饱和能引起的信号改变，或者避免由涡流电流引起的频率特性的恶化。
如果增加对着上磁极及其邻区的下磁极的上表面面积，以升高在聚焦离子光束曝光时可能在下磁极中形成的凹陷部分，则可以避免在最靠近磁极端部地方，得到深度最大的凹陷部分的可能性。如果准备在与上磁极的磁极端部相分离的下磁极区域中形成凹陷部分，则可对该凹陷部分的中心处增加深度，并可排除在最接近磁极端部区域内凹陷部分呈现最大深度的可能性。

Claims (15)

1.生产磁头的方法包括的工序是：
在晶片上形成下磁极，在上述下磁极上形成一个非磁写入间隙层，在上述非磁写入间隙层上形成一个线圈，它嵌入非磁绝缘层的相对部分之间，在上述非磁绝缘层之上形成一个上磁极，它具有一个与上述写入间隙层接触的磁极端部，沿膜厚度的方向对上述磁极端部的侧面部分，直接处于其下的上述非磁绝缘层，以及上述下磁极投射一个聚焦离子光束，由此修整上述磁极端部相对两侧，因而减少上述磁极端部的宽度，同时在从上述磁极端部两侧下面向外延伸的区域中，在上述下磁极中形成凹陷部分，以及使得在上述凹陷部分中插入的上述下磁极宽度与上述磁极端部宽度相均衡；
形成一个保护层，它由非磁绝缘材料制成，适于填充上述凹陷部分，并同时适于覆盖上述上磁极和上述下磁极。
2.按权利要求1生产磁头的方法，其中上述聚焦离子光束是从上述磁极端部的外面沿着上述磁极端部的侧面部分方向作运动，伴随着重复的来回扫描运动，或者从上述磁极端部前端向其底部作单向的扫描运动。
3.按照权利要求2生产磁头的方法，其中对位于上述磁极端部侧面之外区域的上述下磁极部分，投射聚焦离子光束来初步形成上述凹陷部分的一部分，然后用上述聚焦离子光束来修整上述磁极端部的侧面部分和上述下磁极。
4.按权利要求1生产磁头的方法，其中在对着上述磁极端部及其邻区的上述下磁极部分中，形成宽度比上述磁极端部大的模式磁层，并用上述聚焦离子光束的曝光来部分去除上述磁层的相对两侧部分。
5.按权利要求4生产磁头的方法，其中上述磁层具有比上述下磁极更高的饱和磁流密度层或者电阻层。
6.按权利要求1生产磁头的方法，其中在上述下磁极形成之前先进行如下补充工序：
在上述晶片上形成一个专用于读出的元件，以通过下磁屏蔽层和第一非磁绝缘层的介质，并在上述元件上形成专用于读出的第二非磁绝缘层。
7.按权利要求1生产磁头的方法，其中上述凹陷部分的底面形成倾斜，使沿着从上述磁极端部外侧的外面到上述磁极端部直接下方的方向上其深度增加。
8.按权利要求1生产磁头的方法，其中为形成上述上磁极的操作包括：在上述非磁绝缘层上和上述非磁写入间隙层上形成电镀底层；在上述电底底层上形成一个包括一个窗口在内的电阻模式，以及利用上述电镀底层作为电镀电极，电镀通过上述窗口暴露的上述电镀底层，由此使磁性材料增厚。
9.按权利要求1生产磁头的方法，其中在向上述聚焦离子光束曝光之前，去除未被上述上磁极覆盖的上述非磁写入间隙层的区域。
10.按权利要求9生产磁头的方法，其中在上述聚焦离子光束曝光之后，去除未被上述上磁极覆盖的上述电镀底层的区域。
11.一个磁头包括：
在晶片形成的一个下磁极；在上述下磁极上形成的一个非磁写入间隙层；在上述非磁写入间隙层上形成一个上磁极，它带有一个具有细小前端的磁极端部；从上述磁极端部的侧面正下方，沿侧向形成的两个凹陷部分，它们隔着宽度等于上述磁极端部的区域相互相对；一个非磁绝缘材料的保护层，用以填充上述凹陷部分，并且覆盖上述上磁极和下磁极；嵌入在非磁绝缘层的相对部分之间的线圈，上述非磁绝缘层处于上述上磁极和上述下磁极之间。
12.按权利要求11的一个磁头，其中在紧靠上述磁极端部的侧面部分，上述凹陷部分具有最大的深度。
13.按权利要求11的一个磁头，其中在与上述上磁极的上述磁极端部相对的区域中，上述下磁极的上层部分具有比上述下磁极其它部分高的饱和磁流密度。
14.按权利要求11的一个磁头，其中在与上述上磁极的上述磁极端部相对的区域中，上述下磁极的上层部分具有比上述下磁极其它部分高的电阻。
15.按权利要求11的一个磁头，其中上述磁极端部沿其前端方向逐步收缩。
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