CN1822096B

CN1822096B - 制造极尖及控制其道宽和倾斜角的方法、磁头、盘驱动器

Info

Publication number: CN1822096B
Application number: CN2005101316178A
Authority: CN
Inventors: 徐一民; 罗致遂
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: US20080002309A1; US20060152850A1; CN1822096A; US7549213B2

Abstract

本发明公开一种独立地控制用于垂直记录的具有P3极尖的写入极尖的道宽和倾斜角的方法。该方法包括在P3层材料的一部分中确定道宽。具有确定的道宽的该部分的一部分通过提供临时掩模材料而被保护从而制成被保护部分。至少留下一个未被保护部分被暴露从而被加工成形。然后使该未被保护部分具有斜面从而产生至少一个具有倾斜角的有斜面部分。该被保护部分产生矩形部分，其与有斜面部分一起产生六边形极尖。本发明还公开一种具有六边形极尖的磁头，以及包括具有六边形极尖的磁头的盘驱动器。

Description

制造极尖及控制其道宽和倾斜角的方法、磁头、盘驱动器

技术领域

本发明总体涉及用于数据存储装置的磁头的制造，更具体地，涉及制造用于垂直记录头的六边形写入极尖的方法、独立控制用于垂直记录的写入极尖的道宽和倾斜角的方法、包括六边形写入极尖的磁头、以及盘驱动器。

背景技术

传统地，数据以纵向模式存储在与硬盘驱动器盘表面相邻的薄介质层中，即，所存储信息的位的磁场通常沿环形数据道的方向取向，在与盘相对于换能器(transducer)运动的方向相同或相反的方向上。

近来，已经开发了垂直磁记录系统用于计算机硬盘驱动器中。普通的垂直记录头包括后写入极(trailing write pole)、与该写入极磁耦合的前返回或相反极(leading return or opposing pole)、以及围绕该写入极的导电磁化线圈。在此类型的盘驱动器中，存储信息的位的磁场取向为与介质薄膜的平面正交，并因此垂直于环形数据道的方向，其名称由此而来。

用于垂直记录的介质通常包括硬磁记录层和软磁衬层，该软磁衬层提供从写入头的后写入极到前相反极的磁通路径。电流流经线圈从而在写入极内产生磁通。磁通从写入极尖经硬磁记录道进入软磁衬层，并在另一侧到达相反极，从而完成磁通回路。

垂直记录方案具有比传统纵向方案支持高得多线密度的潜力。双层记录盘上的磁化转变(magnetization transition)通过后极的后缘被记录，并复制介质平面上后极投影的形状，因此极尖的尺寸和形状在确定可存储的数据的密度方面及其重要。

由于其使超高密度磁记录成为可能，垂直磁记录预期将取代纵向磁记录。面密度的增加相应地要求设计制造方法以充分减小P3写入极尖的宽度，同时维持道宽控制(TWC)并保持后缘结构精确度(trailing edge structuraldefinition，TED)。如上所述，写入过程复制介质平面上P3写入极投影的形状，因此P3极尖的尺寸限制数据场的尺寸并因而限制面密度。当前的驱动器使P3极尖的宽度小于200nm(200×10^-9米)。制造这样微小尺寸的可靠元件对制造工艺技术是一个挑战。该问题变得更具有挑战性，由于P3极尖在ABS优选不是简单的矩形，而是梯形，具有平行的顶和底边，但侧边上具有优选约6至15度的倾斜角。这样做主要是使P3极尖适合于弯曲的同心道，拐角不会错误地延伸进入相邻的道。其显示于图5-7中(现有技术)。数据道的宽度对应于P3极尖的宽度。图5中(现有技术)没有斜面的P3极尖60显示为在第一数据道6上，第二数据道7与该第一数据道相邻。数据道实际上是弯曲的，但在该比例下，曲率很小以致于其表现为直的。P3极尖60沿着数据道6行进时变得稍微倾斜并不罕见。图6(现有技术)示出稍微倾斜的没有斜面的P3极尖60。可以看出，尽管没有斜面的P3极尖60的上角留在第一道6内，但是下角此时进入了相邻道7，该相邻道7可能包含先前写入的数据并且此时可能被进入的角弄失真或部分地覆写。由于该倾斜是常见的，所以在业内使P3极尖有斜面成为惯例，从而得到梯形形状，如图7(现有技术)所示。这产生将称为有斜面的P3极尖62的所得物。现在可看出，尽管P3极尖62的角度总体上变化，但是整个有斜面的P3极尖62仍在数据道6内。

在有斜面的P3极尖的制造中，在现有技术中一般惯例是使用离子研磨束来加工成形P3极尖62，产生倾斜角3，该离子研磨束如图8(现有技术)中离子研磨方向箭头9所示地成一角度。然而，难以既控制离子研磨束的角度又控制其侧面定位。结果，P3极尖62不仅是有斜面的，而且研磨工艺导致P3极尖62的总宽度的减小，如在制造右手侧斜面的过程中损失掉的虚线区域所示。道宽5由P3极尖的总宽度决定，如箭头5所示。这在产生倾斜角3的同时，具有改变道宽5的非预期效果。当使P3极尖62的左手侧也有斜面，如图9(现有技术)所示，从而损失掉另一区域并且总宽度进而道宽5进一步减小时，该问题被加剧了。换言之，在现有技术工艺中，道宽5和倾斜角3不是独立控制的。最终的道宽5取决于成角的离子研磨工艺期间束的控制，而传统上在同时维持对这两个变量的良好控制方面存在问题。该控制的不确定性导致差的产率，因为道宽尺寸会容易地被减小到低于容许极限太多，因而必须抛弃整个P3极尖结构。

因此，需要一种制造方法，其中产生的倾斜角和道宽作为独立变量被控制。还需要一种P3极尖，该P3极尖具有至少一个这样的部分，该部分中宽度独立于P3极尖的其它部分的倾斜角而确定。

发明内容

本发明公开一种用于独立地控制用于垂直记录的具有P3极尖的写入极的道宽和倾斜角的方法。该方法包括在P3层材料的一部分中确定道宽。具有确定的道宽的这部分的一部分通过提供临时掩模材料而被保护从而制成被保护部分。留下一个未被保护部分被暴露从而被加工成形。然后使该未被保护部分有斜面从而得到一个具有倾斜角的有斜面部分。

本发明还公开一种制造用于垂直记录头的六边形写入极尖的方法，包括：沉积绝缘层；在所述绝缘层上沉积P3层；在所述P3层上沉积盖帽层；在所述盖帽层上制造掩模层；使所述P3层以及所述盖帽层成形从而由所述P3层形成具有突出体壁部分的突出体；在包括所述突出体壁部分的所述P3层上沉积氧化铝层；使所述氧化铝层成形，从而在所述突出体壁部分上产生氧化铝壁部分，从而产生所述P3层的被所述氧化铝壁部分保护的被保护部分和所述P3层的未被保护部分，所述被保护部分包括所述P3层的所述突出体，所述未被保护部分包括所述P3层的在所述突出体之下的部分；以及在通过所述氧化铝壁部分保护所述P3层的所述被保护部分以形成所述六边形写入极尖的矩形部分的同时，使所述P3层材料的所述未被保护部分成形以形成所述六边形写入极尖的有斜面部分。

本发明还公开一种具有六边形写入头极尖的磁头，包括：具有矩形部分和有斜面部分的P3极尖，所述矩形部分中确定所述道宽，所述有斜面部分具有倾斜壁部分，其中当所述磁头在使用中时，该矩形部分和该有斜面部分相对于彼此沿磁道布置。

本发明还公开一种盘驱动器，包括：至少一个硬盘；至少一个磁头，该磁头适于在所述硬盘上飞行，用于从所述硬盘读取数据，该磁头包括具有六边形极尖的垂直写入头，包括：P3极尖，其具有其中确定道宽的矩形部分、以及具有倾斜壁部分的有斜面部分，其中当所述磁头在使用中时，该矩形部分和该有斜面部分相对于彼此沿磁道布置。

本发明的垂直磁头的一个优点是写入头极尖具有有斜面部分从而具有与相邻道更少的干扰。

本发明的垂直磁头的另一个优点是能够独立于写入头极尖的壁侧面的倾斜角来控制道宽。

本发明的垂直磁头的又一个优点是制造更容易，因为不必努力同时控制倾斜角和道宽。

本发明的垂直磁头的再一个优点是产品产率预期会更高，因为独立地控制倾斜角和道宽。

参照附图阅读下面的详细描述，对于本领域的技术人员来说毫无疑问这些和其它特征和优点将变得更加明显。

附图说明

附图不是象实际装置一样符合比例的，其被提供以用于示出这里描述的本发明。

图1示出示例性盘驱动器的俯视图；

图2示出示例性滑块和悬臂的透视图；

图3示出示例性读出/写入头的俯视图；

图4是示例性垂直写入头的横截面图；

图5-6是现有技术的写入头的没有斜面的P3极尖的俯视图，以及其与两个相邻数据道的相互作用；

图7是现有技术的写入头的有斜面的P3极尖的俯视图，及其与两个相邻数据道的相互作用；

图8-9是现有技术的写入头的有斜面的P3极尖的俯视图，其壁被形成斜面并且道宽减小；

图10是本发明的写入头的六边形P3极尖的俯视图，其壁被形成斜面但是其道宽保持完整；

图11-18是本发明的六边形P3极尖的制造中各阶段的视图；以及

图19是本发明的六边形P3极尖的详细俯视图。

具体实施方式

图1总体地示出示例性磁盘驱动器2，其具有一个或更多个磁数据存储盘4，磁数据存储盘4具有通过数据读取/写入装置8写入和读出的数据道6。数据读出/写入装置8包括致动器臂10和悬臂12，悬臂12支撑包括在一个或更多个滑块16中的一个或更多个磁头14。

图2更详细地示出悬臂12支撑着的滑块16。磁头14由虚线示出，并且在图3和图4中更详细。磁头14包括线圈18。

下面将讨论的滑块具有通常称为垂直头的结构。此类型的盘驱动器中，所存储的信息的位的磁场取向为与介质薄膜的平面正交，并因而垂直于环形数据道的方向，其名称由此而来。普通的垂直记录头包括后写入极、与该写入极磁耦合的前返回或相反极、以及围绕该写入极的导电磁化线圈。

图4是代表性垂直磁头30的写入头部分的侧横截面图。滑块16具有气垫面(ABS)22，其在硬盘24的表面之上飞行。盘24包括也称为硬磁层26的高矫顽力磁层，其制造在软磁层28上。

垂直头30通常包括读取头，其在这里未示出。写入头部分包括第一磁极P134，其制造在绝缘层36上。包括线圈18的感应线圈结构38制造在P1极34上。线圈匝18通常形成在电绝缘层42内。通常称为P2成形层44的第二磁极层制造在感应线圈结构38上。磁性背间隔片(magnetic back gappiece)46连接P1极34和P2成形层44的背部分，使得磁通能够在它们之间流动。P2成形层44被制造为使得它与ABS 22的剩余部分之间留有间隙48，并且跨过晶片的表面沉积氧化铝填充物，这导致填充P2成形层44前面的间隙48。P3层50，也称作探针层，包括P3极尖52，并且与P2成形层44磁通连通。P2成形层44将磁通引导并导向到P3极尖52中。

磁头30然后被包封，例如采用氧化铝层54的沉积。然后，晶片被切割为成行的磁头，并且磁头的ABS表面被小心地抛光和研磨，从而形成离散的磁头。

流经感应线圈结构38的电流将引起磁通20流经磁头的磁极34、52，该处磁通流的方向取决于经过该感应线圈的电流的方向。在一方向上，电流将引起磁通20流经P2成形层44、P3层50，到达窄极尖52，进入硬盘24的硬层26和软层28。磁通20导致磁化的数据位记录在高矫顽力层硬层26中，该处数据位的磁场垂直于盘24的表面。磁通然后流入软磁衬层28中，并且当其朝向P1极34环回时分散。磁通然后流经背间隙片46到达P2成形层44，从而完成磁通回路。在这样的垂直写入头中，ABS 22处P1极34远大于P3极尖52是重要的，从而从高矫顽力硬磁层26出去的磁通返回到P1极层34时其密度大大减小并且将不会磁性地影响或翻转硬盘上数据位的磁场，例如与正被写入的道相邻的数据道上的位。

为了帮助理解本发明的新颖性，与上面参照图8-9讨论的现有技术制造工艺的比较是有用的。在有斜面的P3极尖62的制造中，在使称为壁64的侧面有斜面的过程中，现有技术中通常的惯例是使用离子研磨束，其如图8中离子研磨方向箭头9所示地成一角度。这使P3极尖62成形，产生倾斜角3。然而，难以既控制离子研磨束的角度又控制其侧面定位。结果，P3极尖62的壁64不仅有斜面，而且该研磨工艺导致P3极尖62的总宽度减小，如在制造右手侧斜面的过程中损失掉的虚线区域所示。道宽5由P3极尖62的总宽度确定，如箭头5所示。这在产生倾斜角3的同时，具有改变道宽5的非预期效果。当使P3极尖62的左手侧也有斜面，如图9(现有技术)所示，从而损失掉另一区域并且总宽度进一步减小进而道宽5进一步减小时，该问题被加剧了。

换言之，在现有技术工艺中，道宽5和倾斜角3不是独立控制的。最终的道宽5取决于成角的离子研磨工艺期间束的控制，而传统上在同时维持对这两个变量的良好控制方面存在问题。该控制的不确定性导致差的产率，因为道宽尺寸会容易地被减小到低于容许极限太多，因而必须抛弃整个P3极尖结构。

相反，本发明的写入头的P3极尖显示于图10中并且更详细地显示于图19中。与现有技术的极尖相比，该P3极尖具有独特且新颖的形状和构造，并具有6个边而不是梯形现有技术的通常4个，为了本讨论的目的，将其称为六边形P3极尖70。尽管在下面将更详细地描述用于制造六边形P3极尖70的方法，通常，六边形P3极尖70具有通过垂直入射到P3材料的壁的离子研磨工艺以高精度确定的道宽5。后面的步骤包括以倾斜角3应用离子研磨源，但是有部分P3通过临时掩模结构被遮蔽或屏蔽。该被屏蔽的部分将被称为矩形部分72，该部分保持通过垂直入射的初始离子研磨产生的完整道宽。因而，道宽5和倾斜角3是独立控制的，并且允许更精细的控制进而比现有技术方法产生的产率更高的产率。如上所述，本发明的六边形P3极尖70与现有技术的梯形P3极尖相比具有不同的形状和构造，并且自身与现有技术相比是新颖的。

图11-18示出从ABS观察的六边形P3极尖70结构的制造的各个阶段，下面的讨论总体地参照这些图的全部。图11中，成形层44(见图4)前面的氧化铝Al₂O₃绝缘层74已经被沉积。P3极76层可包括高磁矩(B_s)的层叠的层以及非磁性的层叠的极材料，例如分别为CoFe或CoFeN或NiFe，及Cr、Al₂O₃、Ru、Rh等，其已经沉积在氧化铝绝缘层74和成形层44上。在此上沉积有Ta/Rh、Al₂O₃或C的薄的非磁性膜层78层，其可作用为盖帽层。

接着制造Durimide、氧化铝、NiFe、光致抗蚀剂或其它材料的研磨掩模层80，如图12所示。

图13中，使用离子研磨确定最终的道宽5，如离子研磨束方向箭头9所示。此研磨操作以一角度范围内的角度的组合完成，优选地在从箭头1所示的垂直入射起0-75度的范围内，并且将其称为离子研磨角13。研磨掩模层80保护P3极尖76和盖帽层78的一部分。离子研磨还从P3层76的未被遮蔽部分去除材料而形成突出体82，其将成为最终六边形P3极尖的矩形部分，如下面讨论的那样。

在图14中，氧化铝的薄层84沉积于在此阶段存在的整个结构之上，该结构包括P3材料76、盖帽层78和掩模层80。

接着，如箭头11所示地利用反应离子研磨从掩模80和P3层76上去除氧化铝层。使用RI研磨，因为与掩模和P3层相比氧化铝具有快的研磨速率，留下充当临时壁掩模88的氧化铝的壁部分86，如图15所示。此反应离子研磨操作也以一角度范围内的角度的组合完成，优选地在从箭头1所示的垂直入射起0-75度的范围内，并且将其称为反应离子研磨角15。

图16示出下一阶段，其中离子研磨以优选地在从垂直入射1起0-75度范围内的角的组合被再次使用，如箭头9所示并且将被称为第二离子研磨角19。这样做从而切除P3层76下至并且稍微进入氧化铝绝缘层74。因为与P3层材料相比，氧化铝在离子研磨下具有更慢的研磨速率，所以它充当临时壁掩模88以保护直接在其下的P3材料，得到了图中所示的结构。因此氧化铝壁部分86充当临时壁掩模88以遮蔽包括盖帽层78的被保护壁部分83，留下将被离子研磨束加工成形的未被保护的壁部分85。

然后以斜射角度(glancing angle)实施离子研磨以产生倾斜角3，其优选地在从材料的法线1起6-15度范围内，如图17中箭头9所示。同前面一样，氧化铝壁材料86比P3层材料76研磨地更慢，从而氧化铝壁部分86再次充当临时壁掩模88。被保护的壁部分83因此形成六边形P3极尖70的矩形部分72，同时壁侧面倾斜到合适的角度从而产生六边形P3极尖70的有斜面部分92的倾斜壁部分87。这样，产生了六边形P3极尖70，其中在矩形部分72内保持了道宽5。

图18中，进行化学机械抛光(CMP)以去除掩模80和围绕该掩模的壁掩模氧化铝部分86(见图17)。盖帽层78充当用于CMP的终止层。氧化铝填充物90然后被沉积以包封P3极尖76并完成该制造。

图19示出六边形P3极尖70的详细视图。用虚线把成为矩形部分72的被保护部分83与成为有斜面部分92的未被保护部分85分隔开，该有斜面部分92具有作为倾斜壁87的壁64。还示出了剩余的盖帽层78。没有努力使所述部分的相对比例准确地符合比例，并且可以理解在区域的相关尺寸方面以及在倾斜角3和道宽5方面可以有很多可能的变化。如上所述，本发明的方法允许倾斜角3和道宽5这些关键变量的良好和独立的控制从而产生现有技术中未发现的构造。

尽管参照特定优选实施例显示和描述了本发明，但是应理解的是，在阅读本公开的基础上，本领域技术人员毫无疑问地能够发展形式和细节上的修改。因此下述权利要求意图覆盖包括本发明的发明特征的精神和范围的所有这样的替换和修改。

Claims

1.一种制造用于垂直记录头的六边形写入极尖的方法，包括：

A)沉积绝缘层；

B)在所述绝缘层上沉积P3层；

C)在所述P3层上沉积盖帽层；

D)在所述盖帽层上制造掩模层；

E)使所述P3层以及所述盖帽层成形从而由所述P3层形成具有突出体壁部分的突出体；

F)在包括所述突出体壁部分的所述P3层上沉积氧化铝层；

G)使所述氧化铝层成形，从而在所述突出体壁部分上产生氧化铝壁部分，从而产生所述P3层的被所述氧化铝壁部分保护的被保护部分和所述P3层的未被保护部分，所述被保护部分包括所述P3层的所述突出体，所述未被保护部分包括所述P3层的在所述突出体之下的部分；以及

H)在通过所述氧化铝壁部分保护所述P3层的所述被保护部分以形成所述六边形写入极尖的矩形部分的同时，使所述P3层材料的所述未被保护部分成形以形成所述六边形写入极尖的具有倾斜壁部分的有斜面部分。

2.如权利要求1所述的方法，其中：

E中的成形通过以角度的组合进行的离子研磨来实施，所述角度在从所述P3层的平面的法线起0-75度的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，其中：

G中的成形通过以角度的组合进行的反应离子研磨来实施，所述角度在从所述材料的平面的法线起0-75度的范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其中：

H中的成形通过在斜入射角条件下的离子研磨来实施。

5.如权利要求1所述的方法，其中：

H中的成形通过在从所述P3层的法线起6-15度范围内的入射角的条件下的离子研磨来实施。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

I)将所述六边形写入极尖包封在绝缘材料中。

7.一种独立控制用于垂直记录的写入极尖的道宽和倾斜角的方法，包括：

A)在写入极层材料的一部分中确定所述道宽；

B)通过提供临时掩模材料保护所述写入极材料的具有所述道宽的所述部分从而制成被保护部分，保留一个将被加工成形的未被保护部分在该被保护部分下方；以及

C)使所述一个未被保护部分具有斜面从而产生具有倾斜角的一个有斜面部分，该有斜面部分具有倾斜壁部分。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

A包括：

i)沉积绝缘层；

ii)在所述绝缘层上沉积P3层；

iii)在所述P3层上沉积盖帽层；

iv)在所述盖帽层上制造掩模层；以及

v)使所述P3层和所述盖帽层成形，从而由所述P3层形成具有突出体壁部分的突出体，其中所述突出体具有所述道宽。

9.如权利要求8所述的方法，其中：

B包括：

i)在包括所述突出体壁部分的所述P3层上沉积氧化铝层以提供临时掩模材料；以及

ii)使所述氧化铝层成形，从而在所述突出体壁部分上产生氧化铝壁部分，从而产生所述P3层的被保护部分和所述P3层的未被保护部分。

10.如权利要求9所述的方法，其中：

C包括：

i)在通过所述氧化铝壁部分保护所述P3层的所述被保护部分以形成矩形部分的同时，使所述P3层材料的所述未被保护部分成形以形成有斜面部分。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

D)将所述P3极尖包封在绝缘材料中。

12.一种包括六边形写入头极尖的磁头，包括：

具有矩形部分和有斜面部分的P3极尖，所述矩形部分中确定所述道宽，所述有斜面部分具有倾斜壁部分，

其中当所述磁头在使用中时，该矩形部分和该有斜面部分相对于彼此沿磁道布置。

13.如权利要求12所述的磁头，其中：

所述倾斜壁部分具有从一平面的法线起6-15度范围内的倾斜角，在该平面处所述矩形部分接触所述有斜面部分。

14.如权利要求12所述的磁头，其中：

所述有斜面部分通过离子研磨来形成。

15.如权利要求12所述的磁头，还包括设置在所述P3极尖的所述矩形部分上与所述有斜面部分相反的盖帽层。

16.如权利要求12所述的磁头，其中：

所述P3极尖被包封在绝缘材料内。

17.一种盘驱动器，包括：

至少一个硬盘；

至少一个磁头，该磁头适于在所述硬盘上飞行，用于从所述硬盘读取数据，该磁头包括具有六边形极尖的垂直写入头，包括：

P3极尖，其具有其中确定道宽的矩形部分、以及具有倾斜壁部分的有斜面部分，

18.如权利要求17所述的盘驱动器，其中：

19.如权利要求17所述的盘驱动器，其中：

所述有斜面部分通过离子研磨来形成。

20.如权利要求17所述的盘驱动器，还包括设置在所述P3极尖的所述矩形部分上与所述有斜面部分相反的盖帽层。

21.如权利要求17所述的盘驱动器，其中：

所述P3极尖被包封在绝缘材料中。