CN1912995A - 垂直磁记录头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了垂直磁记录头以及制造其的方法。该垂直磁头用于包括记录层的垂直磁记录介质，所述垂直磁头在所述记录层上方沿道的方向移动、在所述记录层上记录信息、以及从所述记录层上读所述信息，所述垂直磁头包括：主极；返回极，其末端与所述主极在空气轴承表面(ABS)分隔开；以及多个屏蔽件，其围绕所述主极并且具有分离结构。

Description

垂直磁记录头及其制造方法
技术领域
本发明涉及垂直磁记录头，且更具体地，涉及这样的垂直磁记录头，其中分离结构的屏蔽件围绕垂直磁头的主极形成以最小化垂直磁头的磁场对在被记录的垂直磁介质的道旁边的道的影响。
背景技术
随着信息时代的到来，一个人或组织处理的信息量显著增加。例如，许多用户使用具有高数据处理速度以及大的信息存储能力的计算机以接触互联网并且获得不同种类的信息。CPU芯片以及计算机外围部件得到了发展以提高计算机数据处理速度，并且很多种类的诸如硬盘的高密度信息存储介质正被研究以提高计算机的数据存储。
近来，提出了很多类型的记录介质。然而，大多数记录介质使用磁层作为数据记录层。用于磁记录介质的数据记录被分为纵向磁记录以及垂直磁记录。
在纵向磁记录中，数据利用磁层的表面上的磁层磁化的平行排列被记录。在垂直磁记录中，数据利用磁层的表面上的磁层的垂直排列被记录。从数据记录密度来看，垂直磁记录比纵向磁记录更有优势。
图1A示出了传统的垂直磁记录设备。参照图1，传统磁记录设备包括记录介质10、在记录介质10上记录数据的记录头100、以及从记录介质10上读数据的读头110。
记录头100包括主极P1、返回极P2、以及线圈C。主极P1和返回极P2可由磁材料例如NiFe形成，并且主极P1和返回极P2的饱和磁速度Bs可优选地根据其不同的成分定额而变化。主极P1和返回极P2被直接用于在垂直磁记录介质10的记录层13上记录数据。次轭(sub yoke)101可进一步包括在主极P1的一侧以当在垂直磁记录介质10的选择的区域记录数据时集中在主极P1内产生的磁场。线圈C环绕主极P1，并且产生磁场使得主极P1能够在记录介质10上记录数据。
读头110包括第一和第二磁屏蔽层S1和S2以及形成在第一和第二磁屏蔽层S1和S2之间的数据读磁传感器111。当从选定道的预定区域读数据时，第一和第二屏蔽层S1和S2屏蔽上述区域周围的磁元件产生的磁场使之不能到达该预定区域。数据读磁传感器111可为GMR或TMR结构。
在图1A中，x轴表示记录介质10行进的方向并且通常称为记录层13的顺道(down track)方向。y轴垂直于顺道方向，并且通常称为跨道(cross-track)方向。
图1B示出了图1A内的传统垂直磁记录设备的部分A内的主极P1和返回极P2的空气轴承表面(ABS)。ABS表示记录头100的面对记录层13的表面。参照图1B，由主极P1施加的磁场磁化记录层13的磁畴从而记录数据。然而，磁场可影响其他邻近道的磁畴的磁化。
图2是美国专利No.6,728,065公开的垂直磁头的示意图。参照图2，环形侧屏蔽件22a和22b形成在磁记录介质20的记录极21的两侧以减小在数据记录过程中从记录极21的旁侧产生的磁场的影响。这样，在磁头领域侧屏蔽件22a和22b目前被使用来控制磁场路径。
发明内容
本发明提供了垂直磁记录头，其包括优化的屏蔽结构以最小化从垂直磁记录头施加的磁场对邻近道的磁畴的影响，以及制造其的一种方法。
根据本发明的一个方面，提供了用于记录包括记录层的垂直磁记录介质的垂直磁头，所述垂直磁头在所述记录层上方沿道的方向移动、在所述记录层上记录信息，以及从所述记录层上读所述信息，所述垂直磁头包括：主极；返回极，其末端与所述主极分离；以及多个屏蔽件，其围绕所述主极并且具有分离结构(split structure)。
屏蔽件可设置在沿道方向的所述主极的两侧以及在所述主极的与所述返回极相对的侧。
屏蔽件可由NiFe形成。
在所述主极的两侧的所述屏蔽件之间的距离可为500nm或更小。
所述主极和所述屏蔽件之间的距离可大于所述主极和所述返回极之间的距离。
绝缘层可形成在所述主极、所述返回极以及所述屏蔽件之间。
所述绝缘层可由Al2O3或SiO2形成。
所述屏蔽件的邻近于所述主极的表面可以是椭圆形。
根据本发明的一个方面，提供了制造用于记录包括记录层的垂直磁记录介质的方法，所述垂直磁头在所述记录层上方沿道的方向移动，在所述记录层上记录信息，以及从所述记录层上读所述信息，所述方法包括：(a)形成第一屏蔽层、第一绝缘层、以及第二屏蔽层；(b)蚀刻所述第二屏蔽层的一部分，并且在所述留下的第二屏蔽层和所述第一绝缘层上相继形成第二绝缘层以及第三屏蔽层；(c)通过蚀刻所述第三屏蔽层形成主极并且相继形成第三绝缘层和第四屏蔽层；以及(d)通过蚀刻对应所述第四屏蔽层的所述主极的部分形成第四绝缘层，以及在所述第四绝缘层上形成返回极。
所述第一、第二、第三以及第四屏蔽层可由NiFe形成。
根据本发明，(b)可包括：在所述第二屏蔽层上以500nm或更少间隔形成光致抗蚀剂层；以及通过蚀刻暴露在所述光致抗蚀剂层之间的所述第二屏蔽层暴露第一绝缘层。
根据本发明，(c)包括：在所述第三屏蔽层上形成图案化的光致抗蚀剂层；通过蚀刻由所述光致抗蚀剂层暴露的所述第三屏蔽层形成所述主极；以及通过在所述主极和所述第三屏蔽层之间及在所述主极上涂覆绝缘层形成所述第三绝缘层。
所述方法进一步包括，在形成所述第二、第三以及第四绝缘层之后，使用CMP工艺平坦化所述第二、第三以及第四绝缘层。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加显然，附图中：
图1A为传统垂直磁头的横截面图；
图1B示出了从空气轴承表面(ABS)观察的图1A的垂直磁头的部分A；
图2示出了美国专利No.6,728,065公开的传统垂直磁头；
图3示出了根据本发明的实施例的从ABS观察的垂直磁头；
图4A为根据本发明的实施例的垂直磁头的横截面透视图；
图4B示出了根据本发明的实施例包括围绕主极的圆筒状返回极的垂直磁头；
图5示出了图4A和1A示出的垂直磁头的沿磁介质的顺道方向的记录场的测量；
图6示出了图4A和1A示出的垂直磁头的沿磁介质的跨道方向的记录场的计算；
图7A是曲线图，示出了图4A和4B所示的垂直磁头在沿跨道方向的280到480nm处的记录场；
图7B是曲线图，示出了在沿磁介质的跨道方向在360到480nm处的图7A所示的两值之间的差异；
图8A示出了传统垂直磁头的场分布；图8B示出了根据本发明的实施例的垂直磁头的场分布；以及
图9A到9K示出了制造根据本发明的实施例的垂直磁头的工艺。
具体实施方式
下面将参照附图，其中示出了本发明的示例性实施例，更详细描述本发明。为清晰起见，附图中层和区域的厚度被放大了。
图3示出了根据本发明的实施例的从空气轴承表面(ABS)观察的垂直磁头。参照图3，垂直磁记录头包括主极P1、与主极P1间隔开的返回极P2、以及围绕主极P1且具有分离结构的多个屏蔽件31a、31b、31c和31d。分离结构中的屏蔽件31a、31b、31c和31d的尾端可是圆形、椭圆形、或者不对称的。
屏蔽件31a、31b、31c和31d可由与主极P1和/或返回极P2相同的磁材料形成，例如由NiFe形成。在主极P1的两侧的屏蔽件之间的距离d1可小于500nm。主极P1与屏蔽件31a、31b、31c和31d之间的距离d2可大于主极P1和返回极P2之间的距离即写间隙。
绝缘层32、33、34以及35形成在分离结构的屏蔽件31a、31b、31c和31d之间且由诸如Al2O3的绝缘材料形成。
下面，根据本发明的实施例的垂直磁头的磁特性将参照附图描述。为此，根据本实施例的图4A的垂直磁头以及图1A的垂直磁头的记录特性被检验。
图4A为根据本发明的实施例的图3的垂直磁头沿着主极P1的道方向的横截面透视图。
参照图4A，围绕主极P1的屏蔽件具有椭圆形末端。图4B示出了由主极P1和返回极P2形成的垂直磁头。
图5为曲线图，示出了通过由图4A和1A示出的垂直磁头的主极P1施加的磁场施加到沿顺道方向设置的记录层的磁畴的记录场，即磁场的垂直成分的强度。在图5中，“分离”表示图4A的垂直磁头，并且“非分离”表示图1A的垂直磁头。
参照图5，根据顺道方向的距离的记录层接收的垂直磁场的强度之间有小的差异。然而，磁头的能力和效果的差异不大。因此，“分离”和“非分离”的两种垂直磁头显示出沿顺道方向的类似效果。
图6示出了图4A和1A示出的垂直磁头的沿磁介质的跨道方向的记录场的计算，即磁场的垂直成分的强度的计算。在图6中，“分离”表示图4A的垂直磁头的方向L1，并且“非分离”表示图1A的垂直磁头。“内分离(splitin)”表示图4A的垂直磁头的方向L2。
参照图6，当跨道方向的距离在-0.1至0.1μm之间时，所有记录头表示出大体相同的记录场。在0μm附近，所有记录头表现处大体相同的值。然而，在-0.2μm或更小以及0.2μm或更大的区域，具有“非分离”结构的图1A的垂直磁头具有更大的记录场。这些区域显示记录头对远离记录道的第二到第三道的影响。
因此，图4A的根据本发明的实施例的磁头的沿跨道方向的漏泄场的分布是有效的。详细地，在沿跨道方向的0.3μm处的记录场在“非分离(nonsplit)”为1601Oe，在“内非分离(non split in)”为1022Oe，在“分离”为596Oe，并且在“内分离”为511Oe。
图7A和7B是曲线图，示出了图4A示出的垂直磁头的其中屏蔽件不是分离结构而是围绕主极的垂直磁头沿跨道方向的记录场以及根据本发明的实施例的垂直磁头。这里，在跨道方向的远离主极P1的在二或三道处的记录场被测量。
参照图7A，与根据本发明实施例的垂直磁头(分离圆(round split))相比，包括圆形屏蔽件的非分离结构的垂直磁头具有更大的记录密度绝对值。另一方面，根据本发明的实施例的垂直磁头具有非常小的记录场绝对值。
图7B示出了图7A所示的记录场的差异，其沿跨道方向在480nm处为200Oe。因此，根据本发明的实施例的垂直磁头能够有效减小沿跨道方向的泄漏场。
图8A和8B分别示出了由现有技术以及本发明实施例中的垂直磁头的主极P1施加的磁场的强度的模拟结果。图8A示出了传统单极头的垂直磁场的强度。图8B示出了根据本发明实施例的垂直磁头的垂直磁场的强度。
参照图8A和8B，邻近所有磁头的主极P1的垂直磁场的强度类似；然而，磁场的强度的差异朝着旁侧以及下部分大幅度增加。根据本发明的实施例的图8B所示的分离结构的垂直磁头在跨道方向减少了大量的泄漏场。
下面，将参照图9A至9K详细描述根据本实施例的垂直磁头的制造方法。制造工艺能够容易地采取传统磁头制造工艺以及一般半导体制造工艺。
参照图9A，屏蔽件31a、绝缘层32、以及屏蔽件31b顺序形成在基板(未示出)上。屏蔽件31a和31b由通常使用的与返回极P2的材料相同的磁材料形成。例如，可以使用NiFe。为形成这种材料，诸如溅射方法、CVD、或ALD的方法可被使用。绝缘层32由诸如Al2O3或SiO2的绝缘材料形成。光致抗蚀剂(PR)形成在屏蔽件31b的上部分内。这里，光致抗蚀剂定义其中形成屏蔽件31b的区域，并且光致抗蚀剂之间的距离可为大约500nm或更小并且大于主极P1和返回极P2之间的距离。
参照图9B，光致抗蚀剂(PR)之间的屏蔽件31b被蚀刻。然后，如图9C所示，绝缘层33通过在屏蔽件31b以及蚀刻区域g1上涂覆绝缘材料形成。绝缘层33可由与绝缘层32的材料相同的材料形成，并且填充蚀刻区域g1。为使绝缘层33的高度一致，可进一步进行CMP。
参照图9D，屏蔽件31c形成在绝缘层33上，并且光致抗蚀剂形成在屏蔽件31c上且被图案化。中心内的光致抗蚀剂定义主极P1的形状，并且光致抗蚀剂之间的距离可为大约50nm或更小并且应该被仔细控制以不小于将稍后形成的主极P1和返回极P2之间的距离。
参照图9E，屏蔽件31c在光致抗蚀剂之间的开放区域内被蚀刻从而形成屏蔽件31c的在蚀刻区域g2内未被蚀刻的区域，作为主极P1。主极P1的形状可根据蚀刻方法而不同。因此，图9E示出的主极P1的结构不是限制的。另外，如图9F所示，绝缘层34通过在主极P1上涂覆绝缘材料形成，并且绝缘层34的表面使用CMP或类似方法平坦化。
参照图9G，屏蔽件31d形成在绝缘层34上，并且如图9H所示，光致抗蚀剂被涂覆且图案化。如图9H到9J所示，光致抗蚀剂的开放区域内的屏蔽件31d被蚀刻，并且绝缘层35通过蚀刻蚀刻区域g3的内部利用绝缘层形成。能够进一步进行CMP从而平坦化绝缘层35的表面。
最后，参照图9K，在绝缘层35上涂覆磁材料以形成返回极P2。这样，可以提供根据本发明的实施例的具有分离结构的垂直磁头。
尽管本发明参照其优选实施例进行了特定示出和描述，优选的实施例应该仅在描述的意义上考虑而不是用于限制目的。例如，本发明的垂直磁头的主极P1和返回极P2的结构能够被本领域的一般技术人员从附图中所示的结构修改。同时，诸如在分离结构中形成更多屏蔽件的修改是可能的。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述而是由所附权利要求所定义。
根据本发明，对跨道方向的相邻记录层的道的磁畴的记录特征的影响能够被最小化。这通过最小化泄漏场以及跨道方向的泄漏磁通量而实现，由此最小化了ATE以及WATE，并且因此确保记录介质的总体可靠性。

Claims (14)

1、一种用于记录包括记录层的垂直磁记录介质的垂直磁头，所述垂直磁头在所述记录层上方沿道的方向移动、在所述记录层上记录信息、以及从所述记录层上读所述信息，所述垂直磁头包括：
主极；
返回极，其末端与所述主极分隔开；以及
多个屏蔽件，其围绕所述主极并且具有分离结构。
2、如权利要求1所述的垂直磁头，其中所述屏蔽件设置在沿所述道方向的所述主极的两侧以及所述主极的与所述返回极相反的侧。
3.如权利要求1所述的垂直磁头，其中所述屏蔽件由NiFe形成。
4、如权利要求1所述的垂直磁头，其中在所述主极的两侧的所述屏蔽件之间的距离为500nm或更小。
5、如权利要求4所述的垂直磁头，其中所述主极和所述屏蔽件之间的距离大于所述主极和所述返回极之间的距离。
6、如权利要求1所述的垂直磁头，其中绝缘层形成在所述主极、所述返回极以及所述屏蔽件之间。
7、如权利要求6所述的垂直磁头，其中所述绝缘层由Al2O3或SiO2形成。
8、如权利要求1所述的垂直磁头，其中所述屏蔽件的与所述主极相邻的表面是椭圆形。
9、一种制造用于记录包括记录层的垂直磁记录介质的垂直磁头的方法，所述垂直磁头在所述记录层上方沿道的方向移动、在所述记录层上记录信息、以及从所述记录层上读所述信息，所述方法包括：
(a)形成第一屏蔽层，第一绝缘层，以及第二屏蔽层；
(b)蚀刻所述第二屏蔽层的一部分，并且在所述保留的第二屏蔽层和所述第一绝缘层上相继形成第二绝缘层和第三屏蔽层；
(c)通过蚀刻所述第三屏蔽层形成主极并且相继形成第三绝缘层和第四屏蔽层；以及
(d)通过蚀刻所述第四屏蔽层的对应所述主极的部分形成第四绝缘层，以及在所述第四绝缘层上形成返回极。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述第一、第二、第三以及第四屏蔽层由NiFe形成。
11、如权利要求9所述的方法，其中(b)包括：
在所述第二屏蔽层上以500nm或更小间隔形成光致抗蚀剂层；以及
通过蚀刻暴露在所述光致抗蚀剂层之间的所述第二屏蔽层暴露所述第一绝缘层。
12、如权利要求9所述的方法，其中(c)包括：
在所述第三屏蔽层上形成图案化的光致抗蚀剂层；
通过蚀刻由所述光致抗蚀剂层暴露的所述第三屏蔽层形成所述主极；及
通过在所述主极与所述第三屏蔽层之间及在所述主极上涂覆绝缘层来形成所述第三绝缘层。
13、如权利要求9所述的方法，还包括：在形成所述第二、第三以及第四绝缘层之后，使用CMP工艺平坦化所述第二、第三以及第四绝缘层。
14、如权利要求9所述的方法，其中所述绝缘层由Al2O3或SiO2形成。
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