CN101335009A - 垂直磁记录头及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种垂直磁记录(PMR)头及其制造方法。该PMR头包括主磁极、返回磁轭和线圈，其中，对线圈提供电流，使得主磁极产生在记录介质中记录数据所需的磁场。PMR头还包括：侧部屏蔽，设置在主磁极的两侧上并且与主磁极分开第一间隙；顶部屏蔽，与主磁极相对设置，并且侧部屏蔽与主磁极分开第二间隙，侧部屏蔽位于返回磁轭的一端。

Description

垂直磁记录头及其制造方法
本申请要求于2007年6月28日在韩国知识产权局提交的第10-2007-0064603号韩国专利申请的优先权，该申请的公开通过引用被完全包含于此。
技术领域
本发明涉及一种垂直磁记录头及其制造方法，更具体地讲，涉及这样一种垂直磁记录头及其制造方法，该垂直磁记录头具有被分为环绕主磁极的多个屏蔽的返回磁轭顶部。
背景技术
硬盘驱动器的磁记录头用于记录和读取数据。信息化社会的快速工业化和发展已经导致个人或组织使用的数据量显著增长，所以需要用于硬盘驱动器的高密度磁记录头。磁记录方法主要可以分为纵向磁记录方法和垂直磁记录方法。纵向磁记录方法包括沿着与磁层的表面平行的方向磁化磁层来记录数据，垂直磁记录方法包括沿着与磁层的表面垂直的方向磁化磁层来记录数据。由于垂直磁记录方法在记录密度方面优于纵向磁记录方法，所以已经开发了具有各种结构的PMR头。
为了得到高记录密度，在2002年7月的第38卷第4期的IEEE Transactionon Magnetics中公开了一种环绕有屏蔽的垂直磁记录(PMR)头。
图1A是在上面的论文中描述的传统的PMR头10的剖视图，图1B是在图1A中示出的环绕有屏蔽的返回磁轭顶部62的放大透视图。
参照图1A和图1B，传统的PMR头10包括记录头W和读取头R。记录头W包括主磁极50、返回磁轭60、辅助磁轭40和线圈C。读取头R包括两个磁屏蔽层30和设置在磁屏蔽层30之间的磁阻(MR)元件20。返回磁轭顶部62形成在返回磁轭60的端部、与主磁极50相对设置，并且在辅助磁轭62和主磁极50之间存在间隙。返回磁轭顶部62环绕主磁极50的顶端。线圈C以螺线管形状环绕主磁极50和辅助磁轭40。当对线圈C供应电流时，主磁极50、辅助磁轭40和返回磁轭60形成磁场的磁通路。从主磁极50向记录介质(未示出)前进的磁通路沿着垂直方向将记录介质的记录层磁化，并且返回到返回磁轭顶部62，从而执行记录。另外，磁阻元件20可以通过由记录层的磁化产生的磁信号改变电阻的特性来读取记录在记录介质中的数据。
如已知的，包括返回磁轭60的PMR头10的场梯度特性优于仅包括主磁极50的单磁极PMR头的场梯度特性。另外，如图1B中所示，设计环绕主磁极50的顶端的返回磁轭顶部62，从而改进PMR头10在轨道的拐角周围的场梯度特性，从而缩小轨道间距。然而，由于图1B中的PMR头10的返回磁轭顶部62具有高的外形，所以PMR头10的制造不容易。具体地讲，喉高度TH明显地影响返回磁轭顶部62的设计。如果返回磁轭顶部62具有大的喉高度TH，则主磁极50的没有穿过记录介质而是直接传播到返回磁轭顶部62的磁场增加，从而降低记录效率。因此，适当地控制喉高度TH是重要的。然而，当PMR头10的返回磁轭顶部62具有高的外形时，难以控制喉高度TH，从而喉高度TH的变化增大，从而阻碍了大规模生产。
发明内容
本发明提供了一种垂直磁记录(PMR)头及其制造方法，其中，该垂直磁记录头具有被分为环绕主磁极的多个屏蔽的返回磁轭顶部。
根据本发明的一方面，提供了一种PMR头，该PMR头包括主磁极、返回磁轭和线圈，其中，对线圈提供电流，从而主磁极产生在记录介质中记录数据所需的磁场。该PMR头包括：侧部屏蔽，设置在主磁极的两侧上，每个侧部屏蔽与主磁极分开第一间隙；顶部屏蔽，设置在主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域上方并且横跨主磁极的顶部区域和侧部磁极的顶部区域，顶部屏蔽与主磁极分开第二间隙并且与侧部屏蔽分开预定距离。
顶部屏蔽和侧部屏蔽之间的距离可以等于第二间隙。
侧部屏蔽的喉高度可以等于或者大于顶部屏蔽的喉高度。
根据本发明的另一方面，提供了一种PMR头的制造方法。所述方法包括：形成主磁极并且在主磁极的两侧上形成侧部屏蔽，使得侧部屏蔽与主磁极分开第一间隙；在主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域上方并且横跨主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域形成顶部屏蔽，使得顶部屏蔽与主磁极分开第二间隙，并且顶部屏蔽与侧部屏蔽分开预定距离。
在本发明的实施例中，形成主磁极和侧部屏蔽的步骤可以包括：形成主磁极；形成围绕主磁极的顶表面和侧部表面的第一绝缘层，并且第一绝缘层的厚度几乎等于第一间隙；形成用来形成侧部屏蔽的磁层，其中，所述磁层围绕第一绝缘层的顶表面和侧表面；将磁层和第一绝缘层的形成在主磁极上的部分抛光。
在本发明的另一实施例中，形成主磁极和侧部屏蔽的步骤可以包括：顺序形成第一绝缘层和停止层；通过蚀刻第一绝缘层和停止层来形成形状与主磁极的形状相同的沟槽；在沟槽中并在停止层上形成磁层；抛光磁层；蚀刻第一绝缘层的两个侧部；在第一绝缘层的两侧上形成侧部屏蔽。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特征及优点将变得更加清楚，在附图中：
图1A是传统的垂直磁记录(PMR)头的剖视图；
图1B是在图1A中示出的返回磁轭顶部的放大透视图；
图2A是根据本发明实施例的PMR头的剖视图；
图2B是在图2A中示出的返回磁轭顶部的放大透视图；
图3A至图3F是用于解释根据本发明实施例的PMR头的制造方法的图；
图4A至图4I是用于解释根据本发明另一实施例的PMR头的制造方法的图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述根据本发明的垂直磁记录(PMR)头及其制造方法，附图中示出了本发明的示例性实施例。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。在整个说明书中，相同的标号用来表示相同的元件。
图2A是根据本发明实施例的PMR头100的剖视图，图2B是在图2A中示出的返回磁轭顶部220的放大透视图。
参照图2A和图2B，PMR头100包括记录头W，用于将数据记录在记录介质(未示出)中，其中，记录介质与空气轴承表面(ABS)分开预定距离。记录头W包括主磁极140、线圈C、返回磁轭200和返回磁轭顶部220。主磁极140向记录介质施加磁场，线圈C被提供电流，从而主磁极140产生磁场。返回磁轭200与主磁极140一起形成磁通路，返回磁轭顶部220设置在返回磁轭200的端部并且环绕主磁极140。PMR头100还包括读取头R，用于读取记录在记录介质中的数据。读取头100包括两个磁屏蔽层110和设置在磁屏蔽层110之间的磁阻(MR)元件120。
读取头W还可以包括辅助磁轭130，辅助磁轭130有助于将磁场聚集在主磁极140的靠近ABS设置的顶端上。辅助磁轭130与主磁极140的靠近ABS的顶端分离，以有助于将磁场聚集在主磁极140的顶端上。尽管在图2A中辅助磁轭130被示出为位于主磁极140的底部表面上，但是辅助磁轭130可以形成在主磁极140的顶表面上。主磁极140、返回磁轭顶部220、返回磁轭200和辅助磁轭130可以由磁性材料形成，从而形成由主磁极140产生的记录磁场的磁通路。在这种情况下，由于聚集在主磁极140的顶端上的磁场的强度受到主磁极140的饱和磁通密度Bs的限制，所以主磁极140可以由饱和磁通密度Bs大于返回磁轭200或辅助磁轭130的饱和磁通密度Bs的磁性材料形成。主磁极140可以由饱和磁通密度Bs为大约2.1T至大约2.4T的材料形成，例如，由CoFe、CoNiFe和NiFe形成。辅助磁轭130和返回磁轭200可以形成为具有比主磁极140的磁导率更高的磁导率，从而辅助磁轭130或返回磁轭200可以对高频磁场的变化具有高速的响应。辅助磁轭130和返回磁轭200可以由NiFe形成，并且可以通过控制Ni和Fe的含量比而具有合适的饱和磁通密度Bs和磁导率。
螺线管形式的线圈C环绕主磁极140和辅助磁轭130三圈。然而，线圈C环绕的形状或圈数仅是示例性的，只要线圈C在主磁极140的靠近ABS的顶端上产生施加到记录介质的磁场，则线圈C可以具有任何结构。例如，线圈C可以以平面螺旋形式围绕返回磁轭200。
在返回磁轭200的一端制成返回磁轭顶部220。返回磁轭顶部220包括：侧部屏蔽223，设置在主磁极140的两侧上；顶部屏蔽226，放置在主磁极130的顶部区域和侧部屏蔽223的顶部区域上方并且横跨主磁极130的顶部区域和侧部屏蔽223的顶部区域。每个侧部屏蔽223与主磁极130的侧表面分开第一间隙g1。顶部屏蔽226与主磁极140分开第二间隙g2，并且与侧部屏蔽223也分开预定距离。尽管图2B示出了顶部屏蔽226和主磁极140之间的距离等于顶部屏蔽226和侧部屏蔽223之间的距离，但是本发明不限于此，顶部屏蔽226和主磁极140之间的距离可以与顶部屏蔽226和侧部屏蔽223之间的距离不同。侧部屏蔽223和顶部屏蔽226可以由例如NiFe形成。侧部屏蔽223和顶部屏蔽226被制备为改进轨道边缘处的场梯度，可以适当地控制第一间隙g1和第二间隙g2。与主磁极140和顶部屏蔽226之间的距离对应的第二间隙g2用作写间隙，顶部屏蔽226的与第二间隙g2相对设置的部分以及侧部屏蔽223的与第二间隙g2相对设置的部分被称作喉。侧部屏蔽223的喉高度THS可以等于或者大于顶部屏蔽226的喉高度THt。与侧部屏蔽223的喉高度THs相比，顶部屏蔽226的喉高度THt直接影响记录磁场的强度。通常，随着顶部屏蔽226的喉高度THt增加，主磁极140的没有穿过记录介质而是直接向顶部屏蔽226和返回磁轭200传播的磁场增加，从而降低了记录效率。另外，当顶部屏蔽226的喉高度Tht太小时，由于部分饱和而会劣化记录磁场的特性。因此，需要适当地控制顶部屏蔽226的喉高度THt。在本发明的当前实施例中，利用分开的工艺来制造顶部屏蔽226和侧部屏蔽223，从而分别具有喉高度THt和THs。具体地讲，由于其喉高度THt对设计变化更加敏感的顶部屏蔽226具有相对低的外形，所以顶部屏蔽226的制造工艺在结构上简单。
图3A至图3F是用于解释根据本发明实施例的PMR头的制造方法的图。图3A至图3F中的每幅图示出了从ABS(即，YZ平面)观察的图2A中的部分A。
参照图3A，形成具有预定形状的主磁极140。利用薄膜工艺在预定基底(未示出)上形成主磁极140。通常，可以预先在基底上形成读取头、一部分线圈和绝缘层。例如，主磁极140的形成可以包括沉积种子层、利用光刻工艺形成图案、对所述图案电镀磁性材料(例如，CoFe或者CoNiFe)以及利用修整工艺使主磁极140的顶端成形。
参照图3B，将第一绝缘层152形成为覆盖主磁极140的顶表面和侧表面，并且形成预定厚度g1。第一绝缘层152可以利用原子层沉积(ALD)通过沉积例如Al2O3来形成。由于ALD具有优良的阶梯覆盖特性，所以可以用第一绝缘层152完全覆盖主磁极140的顶表面和侧表面。另外，可以以原子级别沉积第一绝缘层152，从而容易地控制第一绝缘层152的厚度。
参照图3C，围绕第一绝缘层152的顶表面和侧表面形成用来形成侧部屏蔽的磁层223′。磁层223′可以通过电镀磁性材料(例如NiFe)来形成。此后，利用化学机械抛光(CMP)将磁层223′和第一绝缘层152的形成在主磁极140上的部分抛光，从而得到如图3D中示出的位于主磁极140的两侧的侧部屏蔽223。
参照图3E，在侧部屏蔽223、第一绝缘层152和主磁极140上形成第二绝缘层154。第二绝缘层154通过沉积非磁性材料(例如，Al2O3)来形成。第二绝缘层154用作写间隙并且形成为厚度g2。
参照图3F，在第二绝缘层154上形成顶部屏蔽226。可以通过利用磁性材料(例如，NiFe)对所得结构进行电镀来形成顶部屏蔽226。具体地讲，顶部屏蔽226的形成包括沉积种子层、利用光刻工艺将种子层图案化以及用磁性材料对图案化的种子层进行电镀。在这种情况下，顶部屏蔽226的沿x方向的长度是喉高度(图2B中的THt)，该高度敏感地影响记录效率。由于顶部屏蔽226的外形低于侧部屏蔽223的外形，所以可以将喉高度控制为具有较低的误差公差。在上述工艺中，PMR头包括被彼此分离的多个屏蔽223和226包围的主磁极140。
图4A至图4I是用于解释根据本发明另一实施例的PMR头的制造方法的图。当前实施例与前一实施例的区别在于采用了嵌入式工艺。
参照图4A，顺序形成用于嵌入式工艺的介电层156和停止层170。与前一实施例类似，将在预先形成有读取头、一部分线圈和绝缘层的基底(未示出)上执行后续工艺。通过沉积例如SiN层或者SiO2层来形成介电层156。介电层156可以由Al2O3来形成。然而，当介电层156由SiN或者SiO2形成时，可以在后续工艺中容易地蚀刻介电层156，而不用采用有毒的Cl类气体。通过沉积例如Ta或者Ru来形成将成为蚀刻硬掩模层或CMP停止层的停止层170。
参照图4B，形成具有预定形状的沟槽175。通过利用例如离子束蚀刻(IBE)或者反应离子蚀刻(RIE)按照主磁极的期望的形状蚀刻停止层170和介电层156来形成沟槽175。可以分别利用Ar离子束和F类气体来执行停止层170的蚀刻和介电层156的蚀刻。
参照图4C，在沟槽175中和停止层170上形成第一磁层140′。第一磁层140′的形成包括沉积种子层、将种子层图案化以及用CoNiFe或者CoFe对图案化的种子层进行电镀。
参照图4D，将第一磁层140′抛光以使主磁极140成形。此后，如图4E中所示，部分地蚀刻设置在主磁极140的两侧上的停止层170和介电层156。将剩余的介电层156图案化并且利用RIE将剩余的介电层156蚀刻为厚度g1。
参照图4F，形成第二磁层223′。按照侧部屏蔽的期望的形状将第二磁层223′图案化，并且利用例如NiFe对第二磁层223′进行电镀。此后，如图4G中所示，将第二磁层223′抛光以形成侧部屏蔽223。
参照图4H，形成第二绝缘层154。第二绝缘层154通过沉积非磁性材料(例如，Al2O3)来形成。第二绝缘层154作为写间隙并且形成为厚度g2。
参照图4I，在第二绝缘层154上形成顶部屏蔽226。可以通过用磁性材料(例如，NiFe)对所得结构进行电镀来形成顶部屏蔽226。具体地讲，顶部屏蔽226的形成包括沉积种子层、利用光刻工艺提供电镀框架以及用磁性材料对种子层进行电镀。在这种情况下，顶部屏蔽226的沿x方向的长度是敏感地影响记录效率的喉高度(图2B中的THt)。由于顶部屏蔽226的外形低于侧部屏蔽223的外形，所以可以将喉高度控制为具有较低的误差公差。在上述工艺中，PMR头包括被彼此分离的多个屏蔽223和226包围的主磁极140。
根据本发明实施例的上述方法的特点在于形成彼此分离的顶部屏蔽226和侧部屏蔽223。因此，示例性地描述了剩余工艺操作，如果需要，普通技术人员可以改变剩余工艺操作。例如，尽管侧部屏蔽223和顶部屏蔽226之间的距离被描述为等于主磁极140和顶部磁极226之间的距离g2，但是侧部屏蔽223和顶部屏蔽226之间的距离可以与主磁极140和顶部屏蔽226之间的距离g2不同。这是因为适当控制主磁极140和顶部屏蔽226之间的距离g2来作为写间隙，可以将侧部屏蔽223和顶部屏蔽226之间的距离控制为在轨道边缘处的场梯度与在彼此连接的侧部屏蔽和顶部屏蔽的结构中的场梯度几乎相同。
如上所述，根据本发明的PMR头的结构为：主磁极被返回磁轭顶部的彼此分离的顶部屏蔽和侧部屏蔽包围起来。在这种结构中，可以改进轨道边缘处的场梯度，从而来减小轨道间隙并且增加PMR头的记录密度。另外，由于喉高度对设计变化更加敏感的顶部屏蔽具有相对低的外形，所以容易控制顶部屏蔽的喉高度，从而具有较低的误差公差，因此便于大规模生产。
尽管已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种改变。

Claims (19)

1、一种垂直磁记录头，所述垂直磁记录头包括主磁极、返回磁轭和线圈，其中，对线圈提供电流，从而主磁极产生在记录介质中记录数据所需的磁场，所述垂直磁记录头包括：
侧部屏蔽，设置在主磁极的两侧上，每个侧部屏蔽与主磁极分开第一间隙；
顶部屏蔽，设置在主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域上方并且横跨主磁极的顶部区域和侧部磁极的顶部区域，顶部屏蔽与主磁极分开第二间隙并且与侧部屏蔽分开预定距离。
2、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，顶部屏蔽和侧部屏蔽之间的距离等于第二间隙。
3、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，侧部屏蔽的喉高度等于或者大于顶部屏蔽的喉高度。
4、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，还包括与主磁极的顶端分开的辅助磁轭，以有助于将磁场聚集在主磁极的顶端上。
5、根据权利要求4所述的垂直磁记录头，其中，辅助磁轭形成在主磁极的顶表面或者底部表面上。
6、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，主磁极由从CoFe、CoNiFe和NiFe中选择的一种形成。
7、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，顶部屏蔽和侧部屏蔽由NiFe形成。
8、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，线圈以螺线管形状环绕主磁极。
9、根据权利要求1所述的垂直磁记录头，其中，线圈以平面螺旋形状环绕返回磁轭。
10、一种制造垂直磁记录头的方法，所述方法包括：
形成主磁极并且在主磁极的两侧上形成侧部屏蔽，使得侧部屏蔽与主磁极分开第一间隙；
在主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域上方并且横跨主磁极的顶部区域和侧部屏蔽的顶部区域形成顶部屏蔽，使得顶部屏蔽与主磁极分开第二间隙，并且顶部屏蔽与侧部屏蔽分开预定距离。
11、根据权利要求10所述的方法，其中，形成主磁极和侧部屏蔽的步骤包括：
形成主磁极；
形成围绕主磁极的顶表面和侧表面的第一绝缘层，并且第一绝缘层的厚度几乎等于第一间隙；
形成用来形成侧部屏蔽的磁层，其中，所述磁层围绕第一绝缘层的顶表面和侧表面；
将磁层和第一绝缘层的形成在主磁极上的部分抛光。
12、根据权利要求11所述的方法，其中，形成第一绝缘层的步骤包括利用原子层沉积技术在主磁极的顶表面和侧表面上沉积Al2O3层。
13、根据权利要求10所述的方法，其中，形成主磁极和侧部屏蔽的步骤包括：
顺序形成第一绝缘层和停止层；
通过蚀刻第一绝缘层和停止层来形成形状与主磁极的形状相同的沟槽；
在沟槽中和停止层上形成磁层；
抛光磁层；
蚀刻第一绝缘层的两个侧部；
在第一绝缘层的两侧上形成侧部屏蔽。
14、根据权利要求13所述的方法，其中，通过沉积从SiN和SiO2中选择的一种来形成第一绝缘层。
15、根据权利要求13所述的方法，其中，通过沉积从Ta和Ru中选择的一种来形成停止层。
16、根据权利要求10所述的方法，其中，形成顶部屏蔽的步骤包括：
在侧部屏蔽和主磁极上形成第二绝缘层，第二绝缘层的厚度几乎等于第二间隙；
在第二绝缘层上形成顶部屏蔽。
17、根据权利要求10所述的方法，其中，侧部屏蔽形成为具有等于或大于顶部屏蔽的喉高度的喉高度。
18、根据权利要求10所述的方法，其中，主磁极由从CoFe、CoNiFe和NiFe中选择的一种形成。
19、根据权利要求10所述的方法，其中，顶部屏蔽和侧部屏蔽由NiFe形成。
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