垂直磁記錄頭及其製造方法
2023-09-23 00:15:10
專利名稱：垂直磁記錄頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及垂直磁記錄頭，且更具體地，涉及這樣的垂直磁記錄頭，其中分離結構的屏蔽件圍繞垂直磁頭的主極形成以最小化垂直磁頭的磁場對在被記錄的垂直磁介質的道旁邊的道的影響。
背景技術：
隨著資訊時代的到來，一個人或組織處理的信息量顯著增加。例如，許多用戶使用具有高數據處理速度以及大的信息存儲能力的計算機以接觸網際網路並且獲得不同種類的信息。CPU晶片以及計算機外圍部件得到了發展以提高計算機數據處理速度，並且很多種類的諸如硬碟的高密度信息存儲介質正被研究以提高計算機的數據存儲。
近來，提出了很多類型的記錄介質。然而，大多數記錄介質使用磁層作為數據記錄層。用於磁記錄介質的數據記錄被分為縱向磁記錄以及垂直磁記錄。
在縱向磁記錄中，數據利用磁層的表面上的磁層磁化的平行排列被記錄。在垂直磁記錄中，數據利用磁層的表面上的磁層的垂直排列被記錄。從數據記錄密度來看，垂直磁記錄比縱向磁記錄更有優勢。
圖1A示出了傳統的垂直磁記錄設備。參照圖1，傳統磁記錄設備包括記錄介質10、在記錄介質10上記錄數據的記錄頭100、以及從記錄介質10上讀數據的讀頭110。
記錄頭100包括主極P1、返回極P2、以及線圈C。主極P1和返回極P2可由磁材料例如NiFe形成，並且主極P1和返回極P2的飽和磁速度Bs可優選地根據其不同的成分定額而變化。主極P1和返回極P2被直接用於在垂直磁記錄介質10的記錄層13上記錄數據。次軛(sub yoke)101可進一步包括在主極P1的一側以當在垂直磁記錄介質10的選擇的區域記錄數據時集中在主極P1內產生的磁場。線圈C環繞主極P1，並且產生磁場使得主極P1能夠在記錄介質10上記錄數據。
讀頭110包括第一和第二磁屏蔽層S1和S2以及形成在第一和第二磁屏蔽層S1和S2之間的數據讀磁傳感器111。當從選定道的預定區域讀數據時，第一和第二屏蔽層S1和S2屏蔽上述區域周圍的磁元件產生的磁場使之不能到達該預定區域。數據讀磁傳感器111可為GMR或TMR結構。
在圖1A中，x軸表示記錄介質10行進的方向並且通常稱為記錄層13的順道(down track)方向。y軸垂直於順道方向，並且通常稱為跨道(cross-track)方向。
圖1B示出了圖1A內的傳統垂直磁記錄設備的部分A內的主極P1和返回極P2的空氣軸承表面(ABS)。ABS表示記錄頭100的面對記錄層13的表面。參照圖1B，由主極P1施加的磁場磁化記錄層13的磁疇從而記錄數據。然而，磁場可影響其他鄰近道的磁疇的磁化。
圖2是美國專利No.6,728,065公開的垂直磁頭的示意圖。參照圖2，環形側屏蔽件22a和22b形成在磁記錄介質20的記錄極21的兩側以減小在數據記錄過程中從記錄極21的旁側產生的磁場的影響。這樣，在磁頭領域側屏蔽件22a和22b目前被使用來控制磁場路徑。
發明內容
本發明提供了垂直磁記錄頭，其包括優化的屏蔽結構以最小化從垂直磁記錄頭施加的磁場對鄰近道的磁疇的影響，以及製造其的一種方法。
根據本發明的一個方面，提供了用於記錄包括記錄層的垂直磁記錄介質的垂直磁頭，所述垂直磁頭在所述記錄層上方沿道的方向移動、在所述記錄層上記錄信息，以及從所述記錄層上讀所述信息，所述垂直磁頭包括主極；返回極，其末端與所述主極分離；以及多個屏蔽件，其圍繞所述主極並且具有分離結構(split structure)。
屏蔽件可設置在沿道方向的所述主極的兩側以及在所述主極的與所述返回極相對的側。
屏蔽件可由NiFe形成。
在所述主極的兩側的所述屏蔽件之間的距離可為500nm或更小。
所述主極和所述屏蔽件之間的距離可大於所述主極和所述返回極之間的距離。
絕緣層可形成在所述主極、所述返回極以及所述屏蔽件之間。
所述絕緣層可由Al2O3或SiO2形成。
所述屏蔽件的鄰近於所述主極的表面可以是橢圓形。
根據本發明的一個方面，提供了製造用於記錄包括記錄層的垂直磁記錄介質的方法，所述垂直磁頭在所述記錄層上方沿道的方向移動，在所述記錄層上記錄信息，以及從所述記錄層上讀所述信息，所述方法包括(a)形成第一屏蔽層、第一絕緣層、以及第二屏蔽層；(b)蝕刻所述第二屏蔽層的一部分，並且在所述留下的第二屏蔽層和所述第一絕緣層上相繼形成第二絕緣層以及第三屏蔽層；(c)通過蝕刻所述第三屏蔽層形成主極並且相繼形成第三絕緣層和第四屏蔽層；以及(d)通過蝕刻對應所述第四屏蔽層的所述主極的部分形成第四絕緣層，以及在所述第四絕緣層上形成返回極。
所述第一、第二、第三以及第四屏蔽層可由NiFe形成。
根據本發明，(b)可包括在所述第二屏蔽層上以500nm或更少間隔形成光致抗蝕劑層；以及通過蝕刻暴露在所述光致抗蝕劑層之間的所述第二屏蔽層暴露第一絕緣層。
根據本發明，(c)包括在所述第三屏蔽層上形成圖案化的光致抗蝕劑層；通過蝕刻由所述光致抗蝕劑層暴露的所述第三屏蔽層形成所述主極；以及通過在所述主極和所述第三屏蔽層之間及在所述主極上塗覆絕緣層形成所述第三絕緣層。
所述方法進一步包括，在形成所述第二、第三以及第四絕緣層之後，使用CMP工藝平坦化所述第二、第三以及第四絕緣層。
通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其它特徵和優點將變得更加顯然，附圖中圖1A為傳統垂直磁頭的橫截面圖；圖1B示出了從空氣軸承表面(ABS)觀察的圖1A的垂直磁頭的部分A；圖2示出了美國專利No.6,728,065公開的傳統垂直磁頭；圖3示出了根據本發明的實施例的從ABS觀察的垂直磁頭；圖4A為根據本發明的實施例的垂直磁頭的橫截面透視圖；圖4B示出了根據本發明的實施例包括圍繞主極的圓筒狀返回極的垂直磁頭；
圖5示出了圖4A和1A示出的垂直磁頭的沿磁介質的順道方向的記錄場的測量；圖6示出了圖4A和1A示出的垂直磁頭的沿磁介質的跨道方向的記錄場的計算；圖7A是曲線圖，示出了圖4A和4B所示的垂直磁頭在沿跨道方向的280到480nm處的記錄場；圖7B是曲線圖，示出了在沿磁介質的跨道方向在360到480nm處的圖7A所示的兩值之間的差異；圖8A示出了傳統垂直磁頭的場分布；圖8B示出了根據本發明的實施例的垂直磁頭的場分布；以及圖9A到9K示出了製造根據本發明的實施例的垂直磁頭的工藝。
具體實施例方式
下面將參照附圖，其中示出了本發明的示例性實施例，更詳細描述本發明。為清晰起見，附圖中層和區域的厚度被放大了。
圖3示出了根據本發明的實施例的從空氣軸承表面(ABS)觀察的垂直磁頭。參照圖3，垂直磁記錄頭包括主極P1、與主極P1間隔開的返回極P2、以及圍繞主極P1且具有分離結構的多個屏蔽件31a、31b、31c和31d。分離結構中的屏蔽件31a、31b、31c和31d的尾端可是圓形、橢圓形、或者不對稱的。
屏蔽件31a、31b、31c和31d可由與主極P1和/或返回極P2相同的磁材料形成，例如由NiFe形成。在主極P1的兩側的屏蔽件之間的距離d1可小於500nm。主極P1與屏蔽件31a、31b、31c和31d之間的距離d2可大於主極P1和返回極P2之間的距離即寫間隙。
絕緣層32、33、34以及35形成在分離結構的屏蔽件31a、31b、31c和31d之間且由諸如Al2O3的絕緣材料形成。
下面，根據本發明的實施例的垂直磁頭的磁特性將參照附圖描述。為此，根據本實施例的圖4A的垂直磁頭以及圖1A的垂直磁頭的記錄特性被檢驗。
圖4A為根據本發明的實施例的圖3的垂直磁頭沿著主極P1的道方向的橫截面透視圖。
參照圖4A，圍繞主極P1的屏蔽件具有橢圓形末端。圖4B示出了由主極P1和返回極P2形成的垂直磁頭。
圖5為曲線圖，示出了通過由圖4A和1A示出的垂直磁頭的主極P1施加的磁場施加到沿順道方向設置的記錄層的磁疇的記錄場，即磁場的垂直成分的強度。在圖5中，「分離」表示圖4A的垂直磁頭，並且「非分離」表示圖1A的垂直磁頭。
參照圖5，根據順道方向的距離的記錄層接收的垂直磁場的強度之間有小的差異。然而，磁頭的能力和效果的差異不大。因此，「分離」和「非分離」的兩種垂直磁頭顯示出沿順道方向的類似效果。
圖6示出了圖4A和1A示出的垂直磁頭的沿磁介質的跨道方向的記錄場的計算，即磁場的垂直成分的強度的計算。在圖6中，「分離」表示圖4A的垂直磁頭的方向L1，並且「非分離」表示圖1A的垂直磁頭。「內分離(splitin)」表示圖4A的垂直磁頭的方向L2。
參照圖6，當跨道方向的距離在-0.1至0.1μm之間時，所有記錄頭表示出大體相同的記錄場。在0μm附近，所有記錄頭表現處大體相同的值。然而，在-0.2μm或更小以及0.2μm或更大的區域，具有「非分離」結構的圖1A的垂直磁頭具有更大的記錄場。這些區域顯示記錄頭對遠離記錄道的第二到第三道的影響。
因此，圖4A的根據本發明的實施例的磁頭的沿跨道方向的漏洩場的分布是有效的。詳細地，在沿跨道方向的0.3μm處的記錄場在「非分離(nonsplit)」為1601Oe，在「內非分離(non split in)」為1022Oe，在「分離」為596Oe，並且在「內分離」為511Oe。
圖7A和7B是曲線圖，示出了圖4A示出的垂直磁頭的其中屏蔽件不是分離結構而是圍繞主極的垂直磁頭沿跨道方向的記錄場以及根據本發明的實施例的垂直磁頭。這裡，在跨道方向的遠離主極P1的在二或三道處的記錄場被測量。
參照圖7A，與根據本發明實施例的垂直磁頭(分離圓(round split))相比，包括圓形屏蔽件的非分離結構的垂直磁頭具有更大的記錄密度絕對值。另一方面，根據本發明的實施例的垂直磁頭具有非常小的記錄場絕對值。
圖7B示出了圖7A所示的記錄場的差異，其沿跨道方向在480nm處為200Oe。因此，根據本發明的實施例的垂直磁頭能夠有效減小沿跨道方向的洩漏場。
圖8A和8B分別示出了由現有技術以及本發明實施例中的垂直磁頭的主極P1施加的磁場的強度的模擬結果。圖8A示出了傳統單極頭的垂直磁場的強度。圖8B示出了根據本發明實施例的垂直磁頭的垂直磁場的強度。
參照圖8A和8B，鄰近所有磁頭的主極P1的垂直磁場的強度類似；然而，磁場的強度的差異朝著旁側以及下部分大幅度增加。根據本發明的實施例的圖8B所示的分離結構的垂直磁頭在跨道方向減少了大量的洩漏場。
下面，將參照圖9A至9K詳細描述根據本實施例的垂直磁頭的製造方法。製造工藝能夠容易地採取傳統磁頭製造工藝以及一般半導體製造工藝。
參照圖9A，屏蔽件31a、絕緣層32、以及屏蔽件31b順序形成在基板(未示出)上。屏蔽件31a和31b由通常使用的與返回極P2的材料相同的磁材料形成。例如，可以使用NiFe。為形成這種材料，諸如濺射方法、CVD、或ALD的方法可被使用。絕緣層32由諸如Al2O3或SiO2的絕緣材料形成。光致抗蝕劑(PR)形成在屏蔽件31b的上部分內。這裡，光致抗蝕劑定義其中形成屏蔽件31b的區域，並且光致抗蝕劑之間的距離可為大約500nm或更小並且大於主極P1和返回極P2之間的距離。
參照圖9B，光致抗蝕劑(PR)之間的屏蔽件31b被蝕刻。然後，如圖9C所示，絕緣層33通過在屏蔽件31b以及蝕刻區域g1上塗覆絕緣材料形成。絕緣層33可由與絕緣層32的材料相同的材料形成，並且填充蝕刻區域g1。為使絕緣層33的高度一致，可進一步進行CMP。
參照圖9D，屏蔽件31c形成在絕緣層33上，並且光致抗蝕劑形成在屏蔽件31c上且被圖案化。中心內的光致抗蝕劑定義主極P1的形狀，並且光致抗蝕劑之間的距離可為大約50nm或更小並且應該被仔細控制以不小於將稍後形成的主極P1和返回極P2之間的距離。
參照圖9E，屏蔽件31c在光致抗蝕劑之間的開放區域內被蝕刻從而形成屏蔽件31c的在蝕刻區域g2內未被蝕刻的區域，作為主極P1。主極P1的形狀可根據蝕刻方法而不同。因此，圖9E示出的主極P1的結構不是限制的。另外，如圖9F所示，絕緣層34通過在主極P1上塗覆絕緣材料形成，並且絕緣層34的表面使用CMP或類似方法平坦化。
參照圖9G，屏蔽件31d形成在絕緣層34上，並且如圖9H所示，光致抗蝕劑被塗覆且圖案化。如圖9H到9J所示，光致抗蝕劑的開放區域內的屏蔽件31d被蝕刻，並且絕緣層35通過蝕刻蝕刻區域g3的內部利用絕緣層形成。能夠進一步進行CMP從而平坦化絕緣層35的表面。
最後，參照圖9K，在絕緣層35上塗覆磁材料以形成返回極P2。這樣，可以提供根據本發明的實施例的具有分離結構的垂直磁頭。
儘管本發明參照其優選實施例進行了特定示出和描述，優選的實施例應該僅在描述的意義上考慮而不是用於限制目的。例如，本發明的垂直磁頭的主極P1和返回極P2的結構能夠被本領域的一般技術人員從附圖中所示的結構修改。同時，諸如在分離結構中形成更多屏蔽件的修改是可能的。因此，本發明的範圍不是由本發明的詳細描述而是由所附權利要求所定義。
根據本發明，對跨道方向的相鄰記錄層的道的磁疇的記錄特徵的影響能夠被最小化。這通過最小化洩漏場以及跨道方向的洩漏磁通量而實現，由此最小化了ATE以及WATE，並且因此確保記錄介質的總體可靠性。
權利要求
1.一種用於記錄包括記錄層的垂直磁記錄介質的垂直磁頭，所述垂直磁頭在所述記錄層上方沿道的方向移動、在所述記錄層上記錄信息、以及從所述記錄層上讀所述信息，所述垂直磁頭包括主極；返回極，其末端與所述主極分隔開；以及多個屏蔽件，其圍繞所述主極並且具有分離結構。
2.如權利要求1所述的垂直磁頭，其中所述屏蔽件設置在沿所述道方向的所述主極的兩側以及所述主極的與所述返回極相反的側。
3.如權利要求1所述的垂直磁頭，其中所述屏蔽件由NiFe形成。
4.如權利要求1所述的垂直磁頭，其中在所述主極的兩側的所述屏蔽件之間的距離為500nm或更小。
5.如權利要求4所述的垂直磁頭，其中所述主極和所述屏蔽件之間的距離大於所述主極和所述返回極之間的距離。
6.如權利要求1所述的垂直磁頭，其中絕緣層形成在所述主極、所述返回極以及所述屏蔽件之間。
7.如權利要求6所述的垂直磁頭，其中所述絕緣層由Al2O3或SiO2形成。
8.如權利要求1所述的垂直磁頭，其中所述屏蔽件的與所述主極相鄰的表面是橢圓形。
9.一種製造用於記錄包括記錄層的垂直磁記錄介質的垂直磁頭的方法，所述垂直磁頭在所述記錄層上方沿道的方向移動、在所述記錄層上記錄信息、以及從所述記錄層上讀所述信息，所述方法包括(a)形成第一屏蔽層，第一絕緣層，以及第二屏蔽層；(b)蝕刻所述第二屏蔽層的一部分，並且在所述保留的第二屏蔽層和所述第一絕緣層上相繼形成第二絕緣層和第三屏蔽層；(c)通過蝕刻所述第三屏蔽層形成主極並且相繼形成第三絕緣層和第四屏蔽層；以及(d)通過蝕刻所述第四屏蔽層的對應所述主極的部分形成第四絕緣層，以及在所述第四絕緣層上形成返回極。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述第一、第二、第三以及第四屏蔽層由NiFe形成。
11.如權利要求9所述的方法，其中(b)包括在所述第二屏蔽層上以500nm或更小間隔形成光致抗蝕劑層；以及通過蝕刻暴露在所述光致抗蝕劑層之間的所述第二屏蔽層暴露所述第一絕緣層。
12.如權利要求9所述的方法，其中(c)包括在所述第三屏蔽層上形成圖案化的光致抗蝕劑層；通過蝕刻由所述光致抗蝕劑層暴露的所述第三屏蔽層形成所述主極；及通過在所述主極與所述第三屏蔽層之間及在所述主極上塗覆絕緣層來形成所述第三絕緣層。
13.如權利要求9所述的方法，還包括在形成所述第二、第三以及第四絕緣層之後，使用CMP工藝平坦化所述第二、第三以及第四絕緣層。
14.如權利要求9所述的方法，其中所述絕緣層由Al2O3或SiO2形成。
全文摘要
本發明提供了垂直磁記錄頭以及製造其的方法。該垂直磁頭用於包括記錄層的垂直磁記錄介質，所述垂直磁頭在所述記錄層上方沿道的方向移動、在所述記錄層上記錄信息、以及從所述記錄層上讀所述信息，所述垂直磁頭包括主極；返回極，其末端與所述主極在空氣軸承表面(ABS)分隔開；以及多個屏蔽件，其圍繞所述主極並且具有分離結構。
文檔編號G11B5/127GK1912995SQ20061011494
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月14日 優先權日2005年8月12日
發明者任暎勳, 金庸洙, 樸魯烈, 吳薰翔 申請人:三星電子株式會社