CN1677496A - 带有非磁性籽层间隙结构的感应磁头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁头，包括第一和第二磁极，且写入间隙层置于二者之间。在第一实施例中，写入间隙层包括非磁性、不导电第一次层，该第一次层优选由Ta或Ti构成，其淀积在第一磁极上以作用为粘结层。写入间隙层还包括第二次层，该第二次层由非磁性、导电材料形成，该材料优选由Rh或Ru构成。P2极尖在第二次层上电镀，其中，导电的第二次层用于导通电镀电流。在另一实施例中，写入间隙层包括第三次层，该第三次层在活性离子蚀刻(RIE)过程中可蚀刻，并且形成在第一和第二次层之间。第三次层优选由Ta或Ti构成。
Description
技术领域
本发明总地涉及一种硬盘驱动器的磁头，并尤其涉及在这种磁头的写入头部分的磁极之间的非磁性电感应写入间隙的制造。
背景技术
如本领域技术人员所知，标准磁头包括写入头元件，该写入头元件包括两个磁极，它们通常称作第一磁极(P1)和第二磁极(P2)，并在这两个磁极之间形成写入间隙层。在数据记录过程中，磁通量在两个磁极之间的写入间隙跨过而产生磁场，这个磁场影响位于磁头附近的硬盘上的磁性介质的薄膜层，使得变化的磁通量在磁性介质内形成数据位。在纵向磁头中，数据位的大小基本上由第二磁极的磁极尖的尺寸来确定，这个磁极尖在此称为P2极尖。
对磁性介质更高的面记录密度的不断要求需要位的尺寸更小，而这是通过减小写入间隙层的厚度和P2极尖的尺寸来实现的。在典型的现有技术磁头中，写入间隙材料包括不导电、非磁性材料，如氧化铝。P2极尖是利用光刻技术形成的，在该光刻技术中，由磁性材料，如NiFe构成的导电籽层淀积在氧化铝写入间隙层上，并且在导电籽层上形成经构图的光阻材料，在该光阻材料中形成有极尖沟槽(trench)。此后，利用导电籽层传导电镀电流，在极尖沟槽内电镀P2极尖。在电镀工艺之后，除去光阻材料和未遮盖的籽层。结果，设置在经电镀的极尖之下的剩余籽层有效地成为极尖的一部分，而磁通量经过该部分流过。因此，籽层的厚度对P2极尖的整个厚度是有影响的。
在更先进的磁头中，磁极尖材料形成为具有比磁性籽层中可以实现的更显著改善的磁特性。这种改善的磁特性对于以更大的磁通量密度提供增强的磁通量从而向磁性介质写入更小的数据位都是有益的。在这种情况下，磁性籽层的相对普通的磁特性对于流过P2极尖的所需磁通量是不利的。本发明的磁头包括非磁性、导电籽层，这种籽层有助于获得流过P2极尖的所需磁通量。
发明内容
本发明的磁头包括写入头元件，该写入头元件包括第一和第二磁极，且在这两个磁极之间设置一个写入间隙层。在第一实施例中，写入间隙层包括第一次层，该第一次层电机在第一磁极上以作用为粘结层。构成第一次层的材料是非磁性和不导电的。而写入间隙层包括第二次层，该第二次层由非磁性、导电材料形成。然后，通过在第二次层上形成经构图的光阻材料，第二磁极的P2极尖光刻地形成在第二次层上，在第二次层中形成P2极尖沟槽。然后，在极尖沟槽中电镀P2极尖，在此，导电的第二次层用来传导电镀电流。在优选实施例中，粘结层优选地由Ta或Ti构成，厚度从大约25到大约200，且优选厚度大约为50，且第二次层优选由Rh或Ru构成，厚度从大约100到大约1000，且优选厚度大约为500。
在另一实施例中，写入间隙层包括另一次层，该次层形成在粘结层和导电非磁性的第二次层之间。这个第三次层由在活性离子蚀刻(RIE)过程中可蚀刻的材料构成。第三次层优选由Ta、Ti、W、Mo或Si构成，并形成为大约100到大约1000的厚度，且优选厚度大约600。在包括第三次层的情况下，导电、非磁性的第二次层优选地形成为厚度从大约100到大约1000，且优选厚度为200。第三次层在制造磁头过程中采取P1极开槽工艺(P1 pole notching process)的情况下是有益的。与现有技术的P1极开槽工艺相比，在利用活性离子种的P1极开槽工艺中采用RIE可蚀刻的第三次层导致被蚀刻的材料在P2极尖各侧上的再淀积减少。这也可以缩短研磨磁极的整个加工时间。
本发明的磁头的优点是它包括一个具有非磁性、导电次层的写入头，这有助于磁头P2极尖的电镀。
本发明的磁头的另一优点是它包括具有更理想磁通量流动特性的P2磁极尖。
本发明的磁头的再一优点是它包括这样一种写入头，该写入头在P1极开槽步骤中减小了侧壁再沉积。
本发明的硬盘驱动器的优点是它具有增大的面数据存储密度。
本发明的硬盘驱动器的另一优点是它包括这样一种磁头，该磁头包括具有非磁性、导电次层的写入头，这有助于磁头的P2极尖的电镀。
本发明的再一优点是它包括这样一种磁头，该磁头具有写入头元件，该写入头元件包括具有更理想磁通量流动特性的P2磁极尖。
对本领域技术人员来说，在阅读下面参照附图给出的详细描述时，本发明的这些和其他特征和优点将毫无疑义地呈现出来。
附图说明
下面的附图并非按照实际装置按比例作出的，而是为了图示在此说明的本发明而给出。
图1是总地描绘包括本发明的磁头的硬盘驱动器的俯视图；
图2是描绘现有技术磁头的各个部件的侧横截面图；
图3是描绘本发明的磁头的各个部件的侧横截面图；
图4是描绘本发明的写入间隙结构的详细特征的放大横截面图；以及
图5是描绘本发明的另一种写入间隙结构的详细特征的放大横截面图。
具体实施方式
在图1中示出典型的硬盘驱动器10的简化的俯视图，该驱动器10包括本发明的磁头。如图所示，至少一个硬盘14可旋转地安装在电动化的芯轴18上。其上设置磁头26的滑块22安装在致动臂30上，以便在每个旋转的硬盘14的表面之上飞行(fly)，如本领域中所公知的。本发明包括改善的特征和用于这种磁头的制造方法，为了更好地理解本发明下面描述现有技术的磁头。
如本领域技术人员理解到的，图2是描绘现有技术磁头的各部分的侧横截面图，该磁头被称为纵向磁头。如图2所示，磁头38包括第一磁屏蔽层(S1)40，该第一磁屏蔽层形成在滑块主体材料22的表面33上。读取头传感器元件52设置在电绝缘层54和56内，而第二磁屏蔽层(S2)58形成在绝缘层56上。然后，电绝缘层59淀积在S2屏蔽层58上，而第一磁极(P1)60在绝缘层59上制得。
在制得P1极60之后，通常由非磁性、不导电、非金属材料，如氧化铝构成的写入间隙层淀积在P1极60上。这之后是P2磁极尖76的制造，该制造过程包括：淀积籽层，该籽层一般为磁性导电金属，如NiFe；随之以光刻过程，包括淀积经构图的光阻材料层(未示出)，该光阻材料层中包括P2极尖沟槽。这随之以在经构图的光阻材料沟槽中电镀P2极尖76，在这种情况下，籽层78作用为导通电镀电流。在P2极尖76电镀之后，去除光阻材料和暴露出的籽层，并然后在写入间隙层72之上、绝缘层82内形成包括线圈(coil turn)的感应线圈结构。此后，第二磁极的磁轭部分84形成为与P2极尖76磁性相连，并通过后面的间隙元件(back gapelement)90连接到P2极60。依次制造电引线(未示出)，并且淀积另一绝缘层114，以便封装磁头。磁头38随后制得，从而产生一个空气浮动表面(air bearing surface)(ABS)116。
应理解的是很多磁头38的详细特征和制造步骤对本领域技术人员是公知的，并且对于提供对本发明的全面理解来说，它们在此并非是必须描述的。
图3是描绘本发明的磁头118的各种部件的侧横截面图，本发明可以用作图1中的硬盘驱动器的磁头26。本发明的显著特征涉及写入间隙的结构，该写入间隙是在磁极之间制成的。因此，本发明的磁头包括很多与上述现有技术的磁头类似的特征和结构，并因此为了易于理解而用相同的附图标记标识这些类似的特征和结构。
如图3所示，本发明的磁头118包括形成在滑块主体材料22的表面44上的第一磁屏蔽层(S1)40。读取头传感器元件52设置在电绝缘层54和56内，而第二磁屏蔽层(S2)58形成在绝缘层56之上。然后，电绝缘层59淀积在S2屏蔽层58上，而第一磁极(P1)60在绝缘层59上制得。
在制造P1极60之后，本发明的导电写入间隙层120在下面参照图4详细描述的步骤中形成于P1极60之上。这随之以P2磁极尖124的制造，P2磁极尖124的制造包括光刻工序，该光刻工序包括淀积包含P2极尖沟槽的经构图的光阻材料层(未示出)。这随之以P2极尖124在经构图的光阻材料沟槽中电镀，在这种情况下，写入间隙层作用为导通电镀电流。在P2极尖124电镀之后，去除光阻材料，并然后在绝缘层82内、在写入间隙层120之上制造包含线圈(coil turn)80的感应线圈结构。此后，第二磁极的磁轭部分84形成为于P2极尖124磁性相连，并通过后面的间隙元件90磁性连接到P1极60。随后制造电引线(未示出)，并且淀积另一绝缘层114，以封装磁头。随后制造磁头118，从而形成空气浮动表面(ABS)116。
如从图4中的放大的侧横截面图中清楚看到的，本发明的吸入间隙层120的第一优选实施例包括第一次层128，该第一次层128是在P1极60制得之后跨过晶片表面淀积的。次层128淀积，而作用为金属的P1极层表面130与本发明的写入间隙层120的随后的次层之间的粘结层。在优选实施例中，粘结层128优选由金属的、非磁性材料制成，该材料优选地诸如是Ta或Ti，或其他可接受的材料，如Cr或NiCr，或它们的结合。粘结次层128以从大约25到大约200的厚度制得，且优选的厚度为大约50。
在淀积粘结次层128之后，淀积写入间隙层120的第二次层132。第二次层132优选地由非磁性、导电金属构成，如优选地为Rh或Ru，或其他可接受的材料，如Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn、和Ta，或它们的结合。次层132以从大约100到大约1000的厚度形成，且优选的厚度大约为500。
在淀积非磁性、导电第二次层132之后，P2极尖124在其上直接制造，而不需要象现有技术中所做的那样(如图2的籽层78)淀积极尖籽层。即，非磁性导电写入间隙籽层132被用于导通电镀P2极尖124的电镀电流。因此，在淀积导电写入间隙籽层132之后，进行类似于现有技术P2极尖制造工序的光刻工序，其中，经构图的光阻材料(未示出)形成在次层132上，随之以在光阻材料中所形成的P2极尖沟槽之内电镀P2极尖124。电镀电流在电镀工序期间流过次层132。此后，去除光阻材料，如使用湿的化学涂层消除剂(wet chemical stripper)，且优选地利用离子蚀刻工艺从除P2极尖124之下的受保护区域之外的所有区域上去除次层132和130。此后，包括线圈80、第二磁极的磁轭部分84和进一步的结构的感应线圈结构如现有技术中已知的那样得以制造，从而完成了本发明的磁头的制造。
本发明的写入间隙层120的结构的显著特征是粘结次层128作用为有效地将P1磁极60的金属材料与写入间隙层120的金属导电次层132相结合。主要由于P1磁极材料内的材料(通常为NiFe)应力，在P1剂60的金属材料和形成写入间隙次层132的金属材料之间未利用粘结次层的情况下，在所完成的磁头中、在写入间隙处会发生分层现象。而且，希望形成次层132的材料不易于氧化，以便可以避免在ABS处的腐蚀和摩擦(tribological)问题，并且希望在电镀工序中次层132可以向P2极尖导通电流，并更容易地被镀上。
利用次层132中的导电、非磁性材料制造写入间隙层120实现了写入间隙层厚度的减小和P2磁极尖24整体厚度的减小。也就是，良好的电导体，如Rh，允许在仍然提供充足的电镀电流来电镀P2极尖的同时使用薄的次层132。而且，由于次层132是非磁性的，因此，与现有技术的P2极尖相比，P2磁极尖的整体厚度减小，在现有技术的P2极尖中，磁性籽层(图2中的78)由于磁通量从其流过而有效地成为P2极尖的一部分。
在现有技术的更先进的磁头中，P2极尖由磁性材料形成，该磁性材料诸如是CoFe合金，具有显著改善的磁通量流动特性，该特性比现有技术的NiFe磁性籽层的磁通量流动特性优越。改进的磁特性对于以更大的磁通量密度提供增强的磁通流是有益的，从而可以向磁性介质写入更小的数据位。在这种情况下，需要减小写入间隙的厚度以适应更高的位密度。在本发明的写入间隙层120中，它的粘结层128在这种情况下是至关重要的，因为在这种情况下电镀的磁极的特性可能会包含导致离层的大量应力。
图5是描绘本发明的磁头144的写入间隙层140另一实施例的放大的侧横截面图。如在此所描绘的，写入间隙层140主要包括三个次层148、152和156，第一次层148是粘结层，并且它基本上与上面描述的且如图4所示的磁头的粘结次层128相同。具体地说，粘结次层128优选地由金属、非磁性材料构成，优选地，该材料诸如是Ta或Ti，或其他诸如Cr或NiCr或它们的结合的可接受材料。粘结次层128以从大约25到大约200的厚度制造，且优选厚度为50。
中间层152由非磁性材料构成，该非磁性材料诸如是Ta、Ti、W、Mo和Si，该材料在活性离子蚀刻(RIE)工艺中是可蚀刻的，RIE诸如利用氧气和氟活性品类，如本领域技术人员所公知的。中间次层152的厚度可以从大约100到1000，且优选厚度大约为600。
写入间隙层140的第三次层156基本类似于图4所示且如上面描述的磁头118的写入间隙层120的第二次层132。具体地说，第三次层156由非磁性、导电材料构成，该材料诸如是Rh或Ru，或者其他可接受的材料，如Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn和Ta，或它们的结合。该第三次层156的厚度从大约100到大约1000，且优选厚度为200。第三次层156作用为用于电镀P2极尖124的电导体，如上面已经描述过的，且在中间次层152也导电的情况下，该第三次层辅助传导电流。
如本领域技术人员所公知的，P1极开槽步骤通常在制造纵向磁头的过程中进行，以便从P2极尖上基本消除侧向写入(side writing)。具体地说，在制造P2极尖之后，进行离子束蚀刻步骤，在此P2极尖作为蚀刻掩膜，并蚀刻掉正好沿着P2极尖一侧的写入间隙层和P1极的部分。作为开槽步骤的结构，基本上消除了由于磁通量不期望地从P2极尖一侧向P1极流动而造成的不利的磁头侧向写入。
本发明磁头144的写入间隙结构140的中间次层152的重要性在于因为它在RIE工艺中可蚀刻，因此，P1极开槽步骤比现有技术中的P1极开槽过程更容易进行，在这种情况下采用标准的离子束蚀刻过程。即，本发明的离子束P1极开槽步骤可以通过向离子铣削(ion milling)过程中加入活性成分(reactive component)而更有效地进行，这是由于次层152的RIE可蚀刻材料在RIE过程中成为其他成分，从而减少了被蚀刻的材料的再次淀积。
具有三个次层148、152和156的写入间隙层140在具有两个次层128和132的写入间隙层120上提供了一些改进的加工特性。然而，写入间隙层120和140中每一个都包括非磁性、导电次层132、156，它们分别作用为承载电镀P2极尖过程中的电流。结果，本发明的磁头118和144可以以更薄的写入间隙层和更小的P2极尖来制造。这最终有利于形成更小的数据位，该数据位被写入导本发明的硬盘驱动器的磁性介质中，从而提高了本发明的硬盘驱动器的面数据存储密度。
虽然已经针对特定优选实施例对本发明加以图示和描述，但是应该理解到在阅读本公开物时，在形式和细节上的改进可以由本领域技术人员无疑议地作出。因此，意图为随后的权利要求书涵盖所有这些变型和改进，这些变型和改进仍然包括本发明的发明特征的精髓和范围。
Claims (30)
1.一种磁头，包括：
第一磁极；
第二磁极；
写入间隙层，该写入间隙层设置在所述第一磁极和第二磁极之间，其中所述写入间隙层包括至少两个次层，这两个次层包括粘结次层和导电、非磁性次层。
2.如权利要求1所述的磁头，其中，所述粘结层设置在所述第一磁极上，而所述第二磁极在所述导电、非磁性次层上电镀。
3.如权利要求2所述的磁头，其中，所述导电、非磁性次层在电镀所述第二磁极的过程中作用为电流导体。
4.如权利要求1所述的磁头，其中，所述粘结次层由从Ta、Ti、Cr和NiCr构成的组中选出的材料构成。
5.如权利要求1所述的磁头，其中，所述导电、非磁性次层由从Rh、Ru、Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn和Ta构成的组中选出的材料构成。
6.如权利要求1所述的磁头，其中，所述粘结次层是以从大约25到大约200的厚度形成的。
7.如权利要求6所述的磁头，其中，所述粘结次层形成为大约50的厚度。
8.如权利要求1所述的磁头，其中，所述导电、非磁性次层是以从大约100到大约1000的厚度形成的。
9.如权利要求6所述的磁头，其中，所述导电、非磁性次层形成为大约500的厚度。
10.如权利要求1所述的磁头，其中，所述第二磁极由CoFe合金构成。
11.如权利要求1所述的磁头，其中，所述写入间隙层还包括第三次层，该第三次层设置在所述粘结次层和所述导电、非磁性次层之间，并且所述第三次层由在活性离子蚀刻工艺中可蚀刻的材料构成。
12.如权利要求11所述的磁头，其中，所述第三次层以从大约100到大约1000的厚度形成。
13.如权利要求12所述的磁头，其中，所述第三次层以大约600的厚度形成。
14.如权利要求11所述的磁头，其中，所述第三次层由从Ta、Ti、W、Mo和Si构成的组中选出的材料构成。
15.如权利要求1所述的磁头，其中，所述粘结层设置在所述第一磁极上，且所述第二磁极在所述导电、非磁性次层上电镀，在这种情况下，所述导电、非磁性次层在所述第二磁极的电镀过程中作用为电流导体；
所述粘结次层由从Ta、Ti、Cr和NiCr构成的组中选出的材料构成，且以从大约25到大约200的厚度形成；
所述导电、非磁性次层由从Rh、Ru、Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn和Ta构成的组中选出的材料构成，并以从大约100到大约1000的厚度形成；
所述写入间隙层还包括第三次层，该次层设置在所述粘结次层和所述导电、非磁性次层之间，且所述第三次层由在活性离子蚀刻过程中可蚀刻的材料构成；且
所述第三次层由从Ta、Ti、W、Mo和Si构成的组中选出的材料构成，且以从大约100到大约1000的厚度形成。
16.一种硬盘驱动器，包括：
至少一个硬盘，该硬盘适于在硬盘驱动器上进行旋转运动；
至少一个滑块装置，该滑块装置具有滑块主体部分，该主体适于在所述硬盘上飞行；
磁头，该磁头形成在所述滑块上，用于向所述硬盘写入数据，所述磁头包括：
第一磁极；
第二磁极；
写入间隙层，该写入间隙层设置在所述第一和第二磁极之间，其中所述写入间隙层包括至少两个次层，这两个次层包括粘结次层和导电、非磁性次层。
17.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述粘结次层设置在所述第一磁极上，而所述第二磁极在所述导电、非磁性次层上电镀。
18.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述粘结次层由从Ta、Ti、Cr和NiCr构成的组中选出的材料构成。
19.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述粘结次层形成为厚度从大约25到大约200的厚度。
20.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述导电、非磁性次层由从Rh、Ru、Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn和Ta构成的组中选出的材料构成。
21.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述导电、非磁性次层形成为厚度大约从100到大约1000。
22.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述第二磁极由CoFe合金构成。
23.如权利要求16所述的硬盘驱动器，其中，所述写入间隙层还包括第三次层，该第三次层设置在所述粘结次层和所述导电、非磁性次层之间，且所述第三次层由在活性离子蚀刻过程中可蚀刻的材料构成。
24.如权利要求23所述的硬盘驱动器，其中，所述第三次层形成为厚度从大约100到大约1000。
25.如权利要求23所述的硬盘驱动器，其中，所述第三次层由从Ta、Ti、W、Mo和Si构成的组中选出的材料构成。
26.一种制造磁头的方法，包括：
在衬底表面上制造第一磁极；
在所述第一磁极上制造写入间隙层，包括在所述第一磁极上制造粘结次层以及在所述粘结次层之上制造导电、非磁性次层；
在所述导电、非磁性次层上电镀第二磁极，包括将电流穿过所述导电、非磁性次层以便镀上所述第二磁极的步骤。
27.如权利要求26所述的制造磁头的方法，其中，所述粘结次层由从Ta、Ti、Cr和NiCr构成的组中选出的材料构成，并且形成为厚度从大约25到大约200。
28.如权利要求26所述的制造磁头的方法，其中，所述导电、非磁性次层由从Rh、Ru、Ir、Mo、W、Au、Be、Pd、Pt、Cu、PtMn和Ta构成的组中选出的材料构成，并形成为厚度从大约100到大约1000。
29.如权利要求26所述的制造磁头的方法，包括在所述粘结次层和所述导电、非磁性次层之间形成第三次层的步骤，且所述第三次层由在活性离子蚀刻过程中可蚀刻的材料构成。
30.如权利要求29所述的磁头，其中，所述第三次层由从Ta、Ti、W、Mo和Si构成的组中选出的材料构成，且形成为厚度从大约100到大约1000。
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