軟磁薄膜以及薄膜磁頭的製作方法
2023-04-25 02:28:46 1
專利名稱：軟磁薄膜以及薄膜磁頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟磁薄膜以及薄膜磁頭。
背景技術：
在磁碟驅動單元中，使用一種薄膜磁頭將數據寫入記錄介質以及從記錄介質中複製數據。薄膜磁頭具有上磁極和下磁極，它們是磁性層，還具有間隔層，它是位於兩磁極之間的非磁性層。在上下磁極之間產生磁場以將數據寫入介質中。
薄膜磁頭能夠增加磁極的飽和磁通量密度從而提高記錄密度。因此，需要一種具有高的飽和磁通量密度和軟磁特性的磁性薄膜(軟磁薄膜)。
本發明的申請人發明了一種具有軟磁薄膜的薄膜磁頭(見日本專利公報第2003-229310號)。該薄膜磁頭如圖11所示。非磁性層37和非磁性基層38a位於下磁極34的端部和上磁極35的端部之間。上磁極35形成在鐵磁層35a上。符號31代表一線圈結構。MR元件41是讀入元件，位於上屏蔽層43和下屏蔽層44之間。
在圖11所示的傳統薄膜磁頭中，堆疊在非磁性層37上的非磁性基層38a是通過，例如在鎳鐵(NiFe)合金中添加25at％或更多的鉻(Cr)使其非磁化。通過在非磁性基層38a上形成例如FeCo層的鐵磁層35a而形成的軟磁薄膜具有優良的軟磁特性，因此適合薄膜磁頭。
然而，上磁極35是通過在鐵磁層35a的表面形成抗蝕圖案並且通過電鍍形成磁性薄膜而形成的。形成上磁極35後，去除抗蝕圖案。此外，通過刻蝕去除鐵磁層35a和磁性基層38中不必要的部分，但是很難刻蝕非磁性基層38a。如果鐵磁層35a被露出，則其很容易被腐蝕。
此外，在傳統的薄膜磁頭中，在非磁性基層38a形成在絕緣層39之下。因此，絕緣層39在非磁性基極層38a形成之後形成，然後形成鐵磁層35a。即，不能連續形成非磁性基層38a和鐵磁層35a。也就是，製作步驟必然是低效的。
發明內容
為了解決傳統薄膜磁頭的問題而提出了本發明。
本發明的一個目的是提供一種具有優良的軟磁特性並適合薄膜磁頭的軟磁薄膜。
另一個目的是提供一種具有所述軟磁薄膜的薄膜磁頭。
為了實現這些目的，本發明具有下述結構。
即，本發明的軟磁薄膜包括包括鐵磁元素的磁性基層；和堆疊在該磁性基層上的鐵磁層。該軟磁薄膜具有單軸磁疇各向異性。該磁性基層包括選自鐵、鎳和鈷的至少一種元素作為鐵磁元素。
在軟磁薄膜中，磁性基極層可由81.3at％鎳鐵(NiFe)合金或50at％鎳鐵(NiFe)合金構成。每種合金都具有高的飽和磁通量密度。
在軟磁薄膜中，鐵磁層可由至少包括鐵或鈷的合金構成。該合金可進一步包括選自Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Ni、Mo、W、Rh、Ru、Pd和Pt的至少一種元素。
軟磁薄膜可進一步包括由50％鎳鐵(NiFe)構成的合金層，該合金層堆疊於鐵磁層上。利用這種結構，可以防止鐵磁層的腐蝕。
軟磁薄膜可用於能將數據寫入磁性記錄介質中的薄膜磁頭。本發明的薄膜磁頭包括下磁極；和通過寫入間隔層(write-gap layer)與該下磁極分開的上磁極，其中包括鐵磁元素的磁性基層、鐵磁層和上磁極堆疊在該寫入間隔層之上。該薄膜磁頭將被安裝在裝配在磁碟驅動單元中的磁頭滑塊上。
由於本發明的軟磁薄膜具有高的飽和磁通量密度和優良的軟磁特性，因此該軟磁薄膜適合於磁碟驅動單元中能將數據寫入記錄介質的薄膜磁頭。此外，包括該軟磁薄膜的薄膜磁頭產生強磁場以寫入數據並具有優良的高頻特性，因此能以高的記錄密度在記錄介質中寫入數據。
將通過示例並結合附圖對本發明的實施例進行說明，其中圖1是示出了內部機械結構的磁碟驅動單元(HDD)的示意性平面圖；圖2是磁頭滑塊的示意性透視圖；圖3是涉及本發明的薄膜磁頭(感應寫入頭元件)的示意性平面圖；圖4是讀/寫頭的剖面圖；圖5是示出了讀/寫頭製造過程的剖面圖；圖6是示出了讀/寫頭製造過程的剖面圖；圖7是修整上磁極的示意圖；圖8是涉及本發明的軟磁薄膜的BH磁滯(BH hysteresis)的曲線圖；圖9是涉及本發明的軟磁薄膜的BH磁滯的曲線圖；圖10是比較樣品的軟磁薄膜的BH磁滯的曲線圖；圖11是傳統讀/寫頭的剖面圖。
具體實施例方式
現在將結合附圖對本發明的優選實施例作詳細描述。
圖1是示出了內部機械結構的磁碟驅動單元11的示意性平面圖。盤驅動單元11包括薄膜磁頭。作為磁性記錄介質的磁碟13容納在盤驅動單元11的矩形體部件12中。磁碟13連接到轉軸馬達14的旋轉軸。轉軸馬達14高速旋轉磁碟13，轉速例如為7200rpm、10000rpm。
滑架16容納在體部件12中，該滑架能夠繞與磁碟13的盤表面垂直的支撐軸15旋轉。滑架16包括從支撐軸15水平伸出的臂17；位於臂17的前端並從該處向前延伸的彈性懸架18。
磁頭滑塊(head slider)19位於懸架18的前端。磁頭滑塊19的懸浮面朝向磁碟13的盤表面。懸架18的彈性使得磁頭滑塊19偏向磁碟13的表面。通過轉動磁碟13，磁碟13表面的氣流產生浮力使磁頭滑塊19懸浮。當浮力和懸架18的彈性平衡時，磁頭滑塊19浮起。
通過在磁頭滑塊19懸浮的同時繞支撐軸15轉動滑架16，磁頭滑塊19沿磁碟13的半徑方向在其表面移過。通過這種動作，可使磁頭滑塊19移動到磁碟13的想要的記錄磁軌。可通過致動裝置21，例如音圈馬達(VCM)轉動滑架16。
圖2示出了磁頭滑塊19的示例。磁頭滑塊19包括由Al2O3-TiC(ALTIC)構成的滑塊本體(slider proper)22；以及固定在滑塊本體22的排氣端的頭元件膜24。頭元件膜24由氧化鋁(Al2O3)構成，其包括讀/寫頭23。朝向磁碟13的懸浮表面25在滑塊本體22和頭元件膜24內形成。
在懸浮表面25中形成一對擋板27，其從進氣端向排氣端延伸。擋板27的頂面作為氣浮面(ABS)28，其利用氣流26產生浮力。
讀/寫頭23的形成在頭元件膜24中的一端在ABS 28中露出。
在圖3中，從寫入頭一側觀察讀/寫頭23。讀/寫頭23包括感應寫入頭元件32，其通過利用螺旋線圈結構31產生的磁場向磁碟13中寫入數據。感應寫入頭元件32作為本發明的薄膜磁頭工作。
當通過向線圈結構31提供電流而產生磁場時，磁通流穿過插入在線圈結構31的中心的磁芯33。線圈結構31由導電材料(例如銅)構成。
圖4是讀/寫頭23的剖面圖。
磁芯33從螺旋線圈結構31的中心向懸浮表面25延伸。下磁極34和上磁極35形成在讀/寫頭23的與懸浮表面25相對應的前端面中。下磁極34包括磁極層34a；前極部分34b，其位於線圈結構31的與懸浮表面25對應的外側，並從磁極層34a向上延伸；以及後極部分34c，其位於線圈結構31的中心並從磁極層34a向上延伸。前極部分34b和後極部分34c的頂面包含在相同的水平面內。下磁極34例如由NiFe構成。
非磁性層37的前端暴露在懸浮表面25中，其形成在下磁極34上並水平向後延伸。
包括50埃的Ti層和鐵磁元素的磁性基層38以及鐵磁層35a堆疊在非磁性層37上。厚度為200埃的50at％NiFe膜形成在鐵磁層35a上。形成絕緣層36以構成上磁極35的頂角。
非磁性層37、磁性基層38、以及鐵磁層35a形成在磁極34和35之間以形成磁極34和35之間的寫入間隔(write-gap)。
形成在Ti層上的磁性基層38例如由NiFe合金構成。磁性基層38由包括選自的鐵、鎳和鈷的至少一種鐵磁元素的合金構成。磁性基層38為合金膜，例如由厚度為20埃的81.3at％NiFe、厚度為50埃的50at％NiFe構成。
上磁極35包括形成在磁性基層38上的鐵磁層35a，其形成在Ti膜上；磁極層35b，從線圈結構31的中心向前延伸。磁極層35b的前端由鐵磁層35a支持。上磁極35的後端在線圈結構31的中心與下磁極34的後極部分34c連接。
鐵磁層35a可由鐵鈷(FeCo)合金構成。鐵鈷(FeCo)合金中可以添加選自O、N、C的至少一種元素。此外，FeCo合金可包括選自Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Ni、Mo、W、Rh、Ru、Pd和Pt的至少一種元素。鐵磁層35a可由包括至少一種鐵磁元素(例如鐵、鈷)的合金構成。磁性基層38上的鐵磁層35a具有軟磁特性和高飽和磁通量密度，例如2.4T或更高。磁極層35b例如由鎳鐵(NiFe)合金構成。
如圖4所示，讀/寫頭23還包括讀取頭42，該讀取頭42具有從磁碟13讀取數據的磁電阻效應(MR)元件41。MR元件41夾在一對屏蔽層43和44之間。屏蔽層43和44之間限定了讀取間隔(read-gap)。屏蔽層43和44例如由諸如FeN、NiFe的磁性材料構成。巨磁電阻效應元件和隧道結磁阻效應元件等可用作MR元件41。
如圖4所示，在讀/寫頭23中，厚度均勻的非磁性層45形成在感應寫入頭元件32的下磁極34和讀取頭42的上屏蔽層43之間。非磁性層45將下磁極34與上屏蔽層43磁性隔離。非磁性層45例如由氧化鋁(Al2O3)構成。注意，感應寫入頭元件32的下磁極34可用作讀取頭42的上屏蔽層43。
當向感應寫入頭元件32的線圈結構31提供電流時，線圈結構31產生磁場。磁通流穿過線圈結構31的中心、上磁極35、和下磁極34。磁通流繞過非磁性層37在磁極34和35之間通過。從懸浮表面25漏出的磁通流產生寫入磁場或記錄磁場。朝向懸浮表面25的磁碟13被寫入磁場磁化。
在感應寫入頭元件32中，在感應寫入頭元件32的上磁極35的端部可獲得高的飽和磁通流密度。因此，可在感應寫入頭元件32的寫入間隔中形成強的間隔磁場或寫入磁場。通過利用該強的寫入磁場，磁碟13可由具有高矯頑力的材料構成，因此可以增加單位面積的磁軌數目，並得到更高的記錄密度。
接下來，簡要地說明感應寫入頭32的製造過程。首先，用已知的方法在ALTIC晶片上形成屏蔽層43、44以及形成在屏蔽層43和44之間的MR元件41。
注意，如圖5所示，MR元件41將被調整直至達到標準平面51，這樣MR元件41就暴露在標準平面51或懸浮表面25中。
下磁極34和線圈結構31形成在上屏蔽層43上。前極部分34b和後極部分34c的頂面通過平整處理被平整並露出。
如圖6所示，在平整後的頂面上形成非磁性層37。在非磁性層37上形成突起53，突起53是例如由氧化鋁(Al2O3)構成的非磁性膜。然後，在突起53和非磁性層37上形成光阻層54。在光阻層54中形成與上磁極35的形狀對應的凹陷部分55。
通過濺射在凹陷部分55中形成磁性基層38和鐵磁層35a。在本實施例中，如上所述，連續地形成Ti層、磁性基層38和鐵磁層35a。
為形成鐵磁層35a用的靶由CoFe合金(例如FeCo、FeCoN、FeCoAlO)構成。在本實施例中，通過在公轉的基板(planetary rotatingsubstrate)上進行沉積的方法，在磁性基極層38上形成鐵磁層35a，因此可在軌道運動方向上安排易磁化軸。
接著，通過濺射在位於凹陷部分55中的鐵磁層35a上形成磁極層35b。因此，從線圈結構31的中心向標準平面51延伸的上磁極35被形成在凹陷部分55中。
然後，如圖7所示，修整上磁極35。為了修整，在上磁極35上形成光刻膠薄膜63。通過離子碾磨進行修整，以使上磁極35、磁性基極層38和非磁性層37變薄。此外，還修整了下磁極34。
通過執行修整步驟，完成了感應寫入頭元件32。最後，用非磁性膜(例如氧化鋁(Al2O3))覆蓋感應寫入元件32，然後去除修整臺(trimmingstock)52。
本發明的發明人測量了本發明的軟磁薄膜的樣品和比較樣品的軟磁特性。其結果在圖8-10中示出，它們是沿著與樣品定向面(orientationflat)平行和垂直的方向的BH磁滯(BH hysteresis)。
圖8中所示的本發明的樣品具有以下結構Ti層(厚度50埃)/81.3at％NiFe的磁性基層(厚度20埃)/FeCo鐵磁層(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。圖9中所示的本發明的樣品具有以下結構Ti層(厚度50埃)/50at％NiFe的磁性基層(厚度50埃)/FeCo鐵磁層(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。圖10中所示的比較樣品具有以下結構Ti層(厚度50埃)/FeCo鐵磁層(厚度1300埃)/50at％NiFe(厚度200埃)。所有樣品都通過濺射形成，並且鐵磁層通過在公轉基板上進行沉積的方法形成。
根據圖8和圖9，磁性薄膜具有合適的單軸磁疇各向異性，在每個磁性薄膜中，鐵磁膜形成在磁性基層上。
另一方面，根據圖10，沒有磁性基層的比較樣品具有各向同性的磁性。即，不能得到單軸磁疇各向異性。
根據這些結果，可以通過在磁性基層上形成鐵磁層來製造合適的軟磁薄膜。因此，通過使用本發明的軟磁薄膜，可以有效地提高薄膜磁頭的寫入磁場，並且該薄膜磁頭能夠高記錄密度地記錄數據。
此外，能夠通過蝕刻容易地去除本發明的軟磁薄膜(包括磁性基層和鐵磁層)。因此，在上磁極35形成之後可通過蝕刻容易地去除軟磁薄膜的無用部分。可以容易地製造出薄膜磁頭。
由於鎳鐵層形成在鐵磁層35a的表面上，防止了鐵磁層的腐蝕。
本發明可以以其他具體形式實現而不偏離本發明的本質特徵的精神。因此，無論從那方面來說，這些實施例都應被看作是說明性而非限制性的，本發明的範圍由所附的權利要求而非前面的說明書指明，因此本發明意在包括權利要求的等同物的意義和範圍之內的所有變化。
權利要求
1.一種軟磁薄膜，包括包含鐵磁元素的磁性基層；以及堆疊在所述磁性基層上的鐵磁層。
2.根據權利要求1所述的軟磁薄膜，其中所述磁性基層由81.3at％NiFe構成。
3.根據權利要求1所述的軟磁薄膜，其中所述磁性基層由50at％NiFe構成。
4.根據權利要求1所述的軟磁薄膜，其中所述鐵磁層由至少包括鐵或鈷的合金構成。
5.根據權利要求1所述的軟磁薄膜，還包括由50at％NiFe構成的合金層，其堆疊在所述鐵磁層上。
6.一種薄膜磁頭，包括下磁極，以及通過寫入間隔層與所述下磁極分隔開的上磁極，其中包括鐵磁元素的磁性基層、鐵磁層和所述上磁極堆疊在所述寫入間隔層上。
全文摘要
軟磁薄膜以及薄膜磁頭。該軟磁薄膜具有優良的軟磁特性並適合薄膜磁頭。本發明的軟磁薄膜包括包含鐵磁元素的磁性基層；和堆疊在該磁性基層上的鐵磁層。該軟磁薄膜具有單軸磁疇各向異性。該磁性基層包括選自鐵、鎳和鈷的至少一種元素作為鐵磁元素。
文檔編號H01F10/14GK1835083SQ20051007742
公開日2006年9月20日 申請日期2005年6月16日 優先權日2005年3月16日
發明者兼淳一, 上原裕二, 野間賢二, 近澤哲史 申請人:富士通株式會社