专利名称：用于垂直记录的写入极制造技术
方法
技术领域：
本发明涉及磁头，并且，更具体地说，本发明涉及具有拖尾(trailing)防护结构的头的制造。
背景技术：
在典型的头中，感应写入头包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆(insulation stack))中的线圈层，绝缘堆位于第一和第二极片层之间。在第一和第二极片层之间，由在写入头的气垫表面(ABS，air bearing surface)上的间隙层形成间隙。极片层在后间隙处连接。电流通过在极片中产生磁场的线圈层传导。为将多个比特的磁场信息写入移动介质上的轨道(如旋转磁盘上的环形轨道或移动磁带上的纵向轨道)的目的，磁场从ABS的间隙边缘(fringe)穿过。
第二极片层具有从ABS延伸到张开点(flare point)的极尖(pole tip)部分、以及从张开点延伸到后间隙的轭(yoke)部分。张开点是第二极片开始展宽(张开)以形成轭的地方。张开点的放置直接影响为将信息写到记录介质上而产生的磁场的大小。由于磁通量随着其沿狭窄的第二极尖的长度行进而衰减，所以缩短第二极尖将增加到达记录介质的通量。因此，可通过主动将张开点放置到邻近ABS的地方来优化性能。
图1A示意性地显示了传统的记录介质，如与传统磁盘记录系统一同使用的介质。此介质用于将磁脉冲记录到介质自身中，或记录到平行于介质自身的平面。记录介质，此实例中的记录盘主要包括适合的非磁性材料如玻璃的支持衬底100、以及适合的传统磁层的上覆层102。
图1B示出了传统的记录/回放头104以及如图1A的传统的记录介质之间的操作关系，其中，传统的记录/回放头104优选地可为薄膜头。
由于期望纵向记录来达到因超顺磁效应而造成的其大约140Gbit/in2的最大值，所以，已将努力专注于垂直记录以扩大面密度。
图2A示意性地显示了与记录介质的表面基本垂直的磁脉冲的方向。为了这样的垂直记录，介质包括具有高磁导率的材料的下层302。然后给此下层302配备磁性材料的上覆层304，其中，该磁性材料优选具有相对于下层302较高的矫顽性。
图2A和2B(未按比例绘制)中显示了具有垂直头300的存储系统的两个实施例。图2B中显示的记录介质包括上面与图2A相关的描述的高磁导率下层302以及磁性材料的上覆层304。然而，将这些层302和304均示出为敷在适合的衬底306。
通过此结构，在记录头的极之间延伸的磁通线循环进出记录介质覆层的外表面，其中，该记录介质外表面覆有记录介质的高磁导率下层，其使得通量线以通常垂直于介质表面的方向通过覆层，以在介质的硬磁覆层之中以磁脉冲的形式记录信息，其中，该磁脉冲的磁化轴与介质表面基本垂直。软性下覆层302引导通量回到头300的返回层(P1)。
图2C显示了类似的结构，其中，衬底306在其两个相对面的每个上承载有层302和304，而适合的记录头300与介质的每个面上的磁性覆层304的外表面相邻地定位。
对垂直头设计的研究的一个领域专注于开发可工业制造的制造过程，以形成写入极。与写入极长宽比为～4∶1的纵向头设计不同，垂直写入极设计需要2∶1的长宽比以及～15度斜角，以使邻接轨道干扰最小化。由于面密度接近120Gb/in2或更高，所以，写入极的轨道宽度按比例减小到140nm或更低。在这些尺寸下，写入极不稳定性(记忆问题(reminiscent issue)，如在终止了头的电源之后的写入继续)成为一个问题，并需要在写入极中实现层叠(lamination)技术。然而，层叠妨碍了形成写入极的电镀的使用。
在制造方面，诸如HSU、从气垫表面(ABS)起的防护厚度、以及间隙控制的因素对于达到有效写入场的偏角调节效应(angling effect)很重要。在制造期间，必须严格地控制间隙。在滑块研磨(lapping)中，必须精确控制从ABS起的防护厚度。必须考虑下面给出的参数，以达到最优有效写入场。
为了更窄的轨道宽度，已迫切地提出了对于更高的面密度的持续要求。由于垂直写入极的长宽比为2∶1，并且，由于对于200Gbit/in2的面密度，写入极轨道宽度接近～102nm，所以，写入极的厚度将约为典型的原始层(seed-layer)的厚度。制造拖尾防护写入极的困难在于设计一个具有对写入间隙的严格控制的处理，并在写入间隙的顶端制造对写入间隙或写入极具有最小的损害的结构。对间隙厚度的精确控制是很重要的，这是由于如果间隙太薄，则太多通量流到防护。如果间隙太厚，则进入介质的通量角不是所期望的，因为当以相对盘表面的某个角度(如45度)进入介质时，通量最有效。因此，间隙厚度必须接近完美。
本发明的单极拖尾防护(SPT)设计对单极(SP)设计的改进可由Stoner-Wohlfarth模型说明。图3为作为主纹理角(grain angle)的函数的H-纹理角的曲线图。可以看出，对于纹理角的分布，增加H和平均纹理角之间的角度可使切换场的分布减小1/2，由此使有效场增加2倍并减小抖动。
图4为写入器400的部分侧视图。当从ABS到介质402的软性下层的距离(HSU)等于写入间隙(GAP)的长度时，在设计中达到最佳场角，其中，该写入间隙为拖尾防护404的末端和写入极406之间的距离。因为在介质402的软性下层和拖尾防护404之间越来越多地共享部分通量，所以在防护404被置于更接近写入极片406的位置时，写入场减小。通过控制拖尾防护404的厚度、GAP、HSU，并将写入极的张开点置于更接近ABS的位置，来使此问题好转。
为达到最优的有效场角，需要严格控制间隙和防护厚度，如图5所示。
这样的设计提供的好处包括1)增加dH/dX2)减小部分擦除3)改进饱和4)减小介质噪声5)倾斜场使得更容易写入到S-W介质上过去，波纹和图像传输技术(DITT)被视为形成倾斜15度长宽比为2∶1的写入极的方法。然而，由于需要实现层叠来减小写入不稳定性，发现这些技术并不合需要。
作为对DITT的替换方法，新出现了离子铣削(ion milling)，来制造层叠的写入极，但不可直接将其延伸到拖尾防护写入极设计以借此严格地控制了写入极和防护(拖尾防护)之间的间隙厚度。
此外，在亚微米轨道宽度的尺寸上，由离子铣削制造的极片易损，并且，移除极的顶端(再沉积)和侧面(围层(fencing))上再沉积的材料将更加困难。
需要一种制造在垂直记录头中使用的层叠的写入极和精确厚度的写入间隙的有效且可靠的方法。
本发明介绍了制造拖尾防护的写入极的方法和材料，其解决了控制写入间隙和避免在后续结构的制造期间对写入间隙或极的损害的问题。此过程还介绍了移除再沉积和围层(以增加产量)的CMP协助剥离(lift-off)过程，以及在写入极中创建弯曲部分的方法。
发明内容
本发明通过提供一种形成用于记录和读取并且尤其适配为用于垂直记录和读取的标准薄膜磁头结构的方法，提供了上面描述的期望的好处。一种用于形成具有气垫表面(ABS)的头结构的方法包括形成通量整形层(fluxshaping layer)、并在该整形层上形成极尖层，该整形层用于将通量汇聚到极尖层。优选地，该极尖层为层叠的。
在极尖层上形成掩模层(mask layer)，与极尖层相比，掩模层具有对铣削(milling)更高的抵抗力，以使其起到铣削硬掩模(milling hard mask)和CMP停止层的作用。可通过活性离子蚀刻(RIE，reactive ion etching)将抗蚀图像层图像转移(image transfer)到掩模层，来形成掩模层图案。优选由碳、氮化硅、氧化钽、以及氧化硅组成的组中选择的材料形成掩模层。最优选的材料为通过过滤阴极弧(FCA，filtered cathodic arc)沉积形成的碳、Si3N4、Ta2O5以及SiO2。
在掩模层上形成抗蚀层，并对抗蚀层形成图案，形成图案的抗蚀层限定了极尖在与头的ABS平行的方向上的最大宽度。优选通过活性离子蚀刻来移除未被形成图案的抗蚀层所覆盖的掩模层的部分。
执行铣削，以从极尖层成形极尖。优选地，对极尖层进行整形以沿垂直于ABS的平面向整形层逐渐缩减到一起。
介电材料层被沉积在极尖(覆盖极尖的材料)和通量整形层上，其中，介电材料层延伸到大致邻接掩模层。优选地，掩模层包括durimide(杜里麦德)和碳的双层，其共同地起到掩模层的作用。这增加了掩模层的总厚度及其离子铣削抵抗力。当介电材料沉积时，其应当与起到CMP停止层作用的碳层邻接。停止层被沉积在介电材料上，停止层邻接掩模层。
执行抛光(polishing)，以形成由掩模层和停止层组成的基本上平坦的上表面。抛光还移除再沉积材料，允许将间隙层形成到精细控制的厚度。优选地，所述抛光为使用对介电材料有选择性的浆(slurry)的化学机械抛光。
作为可选步骤，可在形成间隙层和在极尖的上表面中形成凹坑(dishing)之前移除掩模层。意外地发现，进入极尖之内的小凹坑使转变场变直。凹坑的延伸还帮助建立间隙厚度。可通过附加的抛光或蚀刻(如活性离子蚀刻)来移除掩模层。可通过蚀刻(如溅射蚀刻)或通过抛光来形成凹坑。
在极尖上形成为期望厚度的间隙层，并且在间隙层上形成拖尾防护。在拖尾防护上形成返回极。在一个实施例中，在对ABS的拖尾防护之后形成线圈结构。
在下面的详细描述中，当与附图相结合、通过举例子的方式来描述本发明的原理时，本发明的其它方面和优点将变得清晰。
为了更全面地理解本发明的性质和优点、以及优选使用模式，应参考结合附图来阅读的下面的详细描述。
图1A为利用纵向记录格式的记录介质的部分示意性表示。
图1B为用于如图1A的纵向记录的传统磁记录头和记录介质的组合的示意性表示。
图2A为利用垂直记录格式的磁记录介质。
图2B为用于在一面垂直记录的记录头和记录介质的组合的示意性表示。
图2C为本发明的记录装置的示意性表示，与图2B类似，但适配为分别在介质的每一边记录。
图3为作为主纹理角的函数的H-纹理角的曲线图。
图4为写入器的部分侧视图。
图5为写入器的部分侧视图。
图6为磁记录盘驱动系统的简图。
图7为本发明的改进的记录装置的简化示意图，显示了用于在一面垂直记录的记录头和记录介质组合。
图8A-8I描述了用于为根据一个实施例的垂直头形成拖尾防护写入极结构的过程。
图8J显示了示出P3处的弯曲转变(curved transition)的微磁仿真。
图9为未按比例的根据图8A-8I中描述的过程形成的典型头的剖面图。
图10为未按比例的根据本发明的一个实施例的垂直读/写头结构的侧面剖面图。
图11为未按比例的在写入头的制造期间的垂直写入头极尖区域的部分侧视图。
图12为在通过沉积附加拖尾防护时图11的垂直写入头极尖区域的部分侧视图。
图13为在通过电镀附加拖尾防护时图11的垂直写入头极尖区域的部分侧视图。
图14为在附加返回层时图13的垂直写入头极尖区域的部分侧视图。
具体实施例方式
下面的描述为目前设想的用于实现本发明的最佳实施例。这一描述为显示本发明的一般原理的目的而做出，而并不意味着限制这里要求保护的创造性概念。
现在参照图6，其示出了实施本发明的盘驱动器600。如图6所示，至少一个旋转磁盘612被支撑在轴614上，并由盘驱动马达618旋转。每个盘上的磁记录呈盘612上的同心数据轨道(未示出)的环形图案的形式。
至少一个滑块613被定位在盘612附近，每个滑块613支撑一个或多个磁读/写头621。将在下面参照余下的附图时描述关于这样的头621的更多信息。当盘旋转时，滑块613在盘表面622上径向移入及移出，以使得头621可访问盘上记录了期望的数据的不同轨道。通过悬架(suspension)615将每个滑块613附在传动器臂619上。悬架615提供使滑块613相对盘表面622偏移的轻微的弹力。每个传动器臂619附在传动器部件627上。如图3所示的传动器部件627可为音圈马达(VCM)。VCM包括可在固定磁场内移动的线圈，由控制器629提供的马达电流信号控制线圈移动的方向和速度。
在盘存储系统工作期间，盘612的旋转在滑块613和盘表面622之间生成气垫，其对滑块施加向上的压力或升力。由此，在正常操作期间，气垫抵消了悬架615的轻微弹力，并支撑滑块613，使其离开盘表面到盘表面稍上方基本恒定的小间隔处。
在操作中，盘存储系统的各种组件由控制单元629生成的控制信号控制，如访问控制信号和内部时钟信号。典型说来，控制单元629包括逻辑控制电路、存储部件和微处理器。控制单元629生成控制信号以控制各种系统操作，如线623上的驱动马达控制信号和线628上的头位置和搜寻控制信号。线628上的控制信号提供期望的电流配置(profile)，以最优地将滑块613移动并定位到盘612上期望的数据轨道。通过记录通道625，从和向读/写头621传送读取和写入信号。
上面对典型磁盘存储系统的描述及图6的附加图示仅用于表示的目的。显然，盘存储系统可包含大量盘和传动器，并且每个传动器可支持很多滑块。
图7示意性地显示了一般地以本发明的提供的方式相对于与记录介质的表面垂直定位的虚平面而离位(off-normal)的磁脉冲的方位。在离位轴处将转变写入到介质是有优势的，其在介质中产生了更稳定的区域，如N.H.Yeh，J.Magn.Soc.Jpn.，v.21，p.269(1997)中所描述的，通过引用将其合并于此。极702和拖尾防护703的结合创建了离位通量。
类似于上面关于图3提到的结构，该介质包括具有优选大于100的高磁导率的材料如坡莫合金材料的下层704。接下来，为此下层704提供上覆层706，其包含优选具有基本大于下层704的矫顽性的磁材料。这些层704和706均示出为敷在适合的衬底708，其理想可为铝合金盘，尽管也可使用其它材料，如玻璃。
在记录头700的极702、710之间延伸的磁通线循环进出记录介质覆层706的外表面，其中，记录介质覆层706具有记录介质的高磁导率下层704，其使得通量线相对于垂直于介质表面的虚平面以一个角度的方向通过覆层706，以在介质的硬磁覆层706之中以磁脉冲的形式记录信息，其中，该磁脉冲的磁化轴通常与介质表面垂直。软性下覆层704引导通量回到头700的返回层(P1)710。
如上面提到的，为了更窄的轨道宽度，已迫切地提出了对于更高的面密度的需要。由于垂直写入极尖的长宽比约为2∶1，并且对于200Gbit/in2的面密度，极尺寸接近～102nm，写入极尖的厚度将约为典型原始层的厚度。制造拖尾防护写入极尖的困难在于设计具有对写入间隙的严格控制的处理，并在写入间隙的顶端制造对写入间隙或写入极尖具有最小损害的结构。
本发明介绍了制造拖尾防护写入极结构的方法和材料，其解决了在制造后续结构期间，控制写入间隙并避免对写入间隙或极的损害的问题。此过程还引入了移除再沉积和围层(以增加产量)的CMP辅助剥离过程，以及创建弯曲写入极的方法。此外，可起到离子铣削转移层、CMP层、以及可RIE(RIEable)层的作用的适合材料也包括在此公开中。注意，这里的描述的过程也可同样应用到没有拖尾防护的单极设计的制造中。
制造拖尾防护写入极的一种方法是在铣削期间，使用高耐铣削性(mill-resistant)的转移层来保护拖尾边缘结构定义(TED)，在氧化铝沉积之后，该转移层还可起到CMP停止层的作用，以移除再沉积和围层，并且，之后通过活性离子蚀刻(RIE)被移除干净，以沉积写入间隙并形成拖尾防护。
图8A-8I一起显示了为垂直头形成拖尾防护写入极结构的过程。
图8A显示了通量整形层802以及层叠极尖层804的ABS视图，其中，所述层叠极尖层804在通量整形层802的顶端形成了完全的薄膜(full film)。通量整形层802将通量输送到极尖。通量整形层802从ABS凹进，以使得其不写入到介质。
通量整形层802由诸如Ni45Fe55等的磁性材料形成。极尖层804优选为磁性(如CoFe、Ni22Fe78、AlFeN、CoFe/NiFe等)层和非磁性(如铑、钌、铬或其它金属以及绝缘材料)层的叠层。由于极尖层804被层叠，而又很难或不可能对层叠堆(laminated stack)电镀(尽管本发明不排除此可能性)，所以它将必须被铣削(干燥处理)。
继续参照图8A，在极尖层804上形成掩模层806。掩模层806由耐铣削的任意可RIE材料形成。可形成掩模层806的优选材料包括碳、氮化硅(如Si3N4)、氧化钽(如Ta2O5)、氧化硅(如SiO2)、durimide等及其组合。最优选的材料为由过滤阴极弧(FCA)沉积形成的碳。由这些材料构成的掩模层806提供了一些功能。首先，它起到铣削硬掩模的作用，并优选具有大于抗蚀层的耐铣削性(下面有述)。如下所述，掩模层806还起到CMP停止层的作用。
优选的掩模层806为多层薄膜。掩模层806的优选实施例为碳和durimide的双分子层，具有被定位在最靠近极尖层的碳层。这两种材料都起到离子铣削掩模的作用，而碳还起到CMP停止层的作用。Durimide与碳的结合使用显著地增加了掩模层的厚度，增强了掩模层的耐铣削性，以形成极尖层804的图案。
光阻层808被形成在掩模层806上，并使用光刻法来形成图案，以定义将要从写入极层804形成的写入极的宽度。注意，写入极的宽度应比最终目标宽度稍宽。这是因为在对该结构进行离子铣削以形成极时，也形成了斜角。形成斜角的过程将减小极的宽度。
优选的抗蚀层为对RIE化学物质有高抵抗性，以达到对掩模层806更高的选择性。例如，抗蚀层应能抵抗氧(O2)或氧化碳(CO2)RIE化学物质，如含硅抗蚀层。期望RIE化学物质对durimide和碳具有比抗蚀层更高的选择性。抗蚀层用于形成durimide和碳的图案。将durimide加入到薄膜堆中的一个主要原因是在形成极时提供更高的耐铣削性。为减少该结构的总体厚度，可能不期望沉积更厚的碳来增加耐离子铣削性，于是可加入durimide。Durimide对铣削有较强抵抗性，并容易应用到该结构中。
如图8B所示，掩模层806通过RIE蚀刻来形成掩模层806的图案，以符合抗蚀层808的配置。现在，掩模层806起到硬掩模的作用。
以高倾角来执行铣削，以在极尖层804中形成直的边缘。接下来，如图8C所示，以某个角度来铣削该结构，以创建极尖810的倾斜形状，优选以相对垂直面约15％的角度来铣削该结构。可通过以铲角(razing incidence)摆动铣削(sweep milling)来移除围层和再沉积。
注意，也可使用一些替换的离子铣削方案，如1、厚氧化铝硬掩模方法，其中，通过活性离子蚀刻(RIE)和BCI3化学来形成氧化铝硬掩模的图案。随后，使用硬掩模来通过离子铣削将15度倾斜的写入极创建到高矩(moment)材料中。
2、类似修整-刻槽-修整(trim-notch-trim)的方法，其中，通过掩模电镀形成NiFe硬掩模，并将其用于通过离子铣削形成高矩材料的图案。
在通过以非磁性材料如在垂直单极设计中可以接受的NiP替换NiFe硬掩模来制造写入极之后，如上讨论的修整-刻槽(trim-notch)铣削过程将保持硬掩模完好。
现在已形成了极尖810，执行进一步的处理，以形成精确厚度的写入间隙。参照图8D，介电材料812层为沉积的完全的薄膜。优选的介电材料为氧化铝或一些绝缘金属。介电材料812沉积到优选邻接掩模层806的平面上。如果掩模层806为碳和duramide(杜拉麦德)的两层薄膜，则将介电材料812填充到起CMP停止层的作用的碳层。
可使用终点或沉积速度来确定在哪里停止沉积。注意，介电材料812为了进一步处理(如抛光)而支撑极尖810，并且还保护极尖810不被腐蚀。
如图8E所示，沉积停止层814，以使得其与极尖810上的掩模层806匹配。组成停止层814的优选材料可与用于形成掩模层806的材料相同，尽管在任意具体实现中，停止和掩模层的材料不必相同。
参照图8F，执行化学机械抛光(CMP)，以将结构平面化。优选地，选择这样的浆，其对氧化铝(优选的介电材料)有选择性，也就是说，其将非常容易地将氧化铝抛光，但对掩模和停止层814材料抛光并不那么快。迅速地将该结构的突出部分移除，并且在到达掩模和停止层时，抛光变慢。因此，掩模层806还起到CMP停止层814的作用，减小过度抛光的几率，除非期望那样。CMP步骤还移除任何附着在该结构上的再沉积材料和围层。
如图8G所示，优选移除掩模和停止层，并在极尖810中形成凹坑(dashing)816。令人惊讶地发现，进入极内的小凹坑使转变场变直。更具体地说，可通过延伸CMP时间而创建凹坑，来校正写入场转变。注意图8J，其描述了磁仿真，示出了120nm的P3宽度(PW3)处的弯曲转变850。凹坑的延伸还帮助创建间隙厚度。可执行附加的抛光，以移除掩模和停止层，并将凹坑816创建到极尖810中。还可通过RIE移除掩模和停止层。由于氧化铝抗溅射蚀刻并由此而不会被显著改变，所以优选通过溅射蚀刻来形成凹坑816。
现在，由于暴露了极尖810，有可能通过简单地将间隙层818沉积到期望厚度，来精确地控制间隙层的厚度，如图8H所示。极尖810和拖尾防护之间的间隙层818必须为非磁性物，如氧化铝或诸如铑、钌等的一些金属。由于铑和钌极易导电，所以优选铑和钌，并且，由于钌的氧化物导电，所以其可被电镀。如果实现了金属间隙，可使用其在头设计的拖尾防护方面上电镀，如图9的防护820。此方法消除了在现有技术处理中出现的问题，也就是在极尖810的顶端上形成再沉积材料，影响写入间隙的厚度的问题。因此，间隙层保持完好，并提供平面的表面，在其上制造拖尾防护和后间隙。
如图8I中所描述的，在间隙层818上形成拖尾防护820。拖尾防护820优选由软磁材料构成，并应当具有高磁矩。拖尾防护820的优选材料为NiFe、CoFe、CoNiFe、以及其合金。还形成了线圈结构和绝缘材料(未示出)。最后，形成返回极822。下面描述形成拖尾防护820、线圈、以及返回极822的方法。
图9显示了典型的头900，其中，可实现根据上面描述的过程而形成的拖尾防护写入极。还示出了线圈902和绝缘材料904，以及可在写入头908上或之下形成的读取头906。
图10显示了根据另一个实施例的具有拖尾防护1002的垂直读/写头结构1000。随后将讨论形成拖尾防护的方法。
如图10所示，可创建剩余的掩模结构1004，并留在头1000中，以允许拖尾防护的形成和后续的制造步骤，以构造写入头1006的剩余物。注意，期望在头1000中留下掩模结构1004，以保护写入间隙和极尖，保护它们不受后续处理影响(如铜线圈)。
在此实施例中，首先形成读取头1008。读取头包括第一防护层1010、传感器1012及第二防护层1014。在第一防护层1010上形成极1016。在第一极层1016上形成线圈结构1018和绝缘层1020、1080。在极层1016上形成通量整形层1024。探测极尖1026在通量整形层1024上形成，并延伸到头1000的气垫表面(ABS)1088。整形层1024将磁通量从后间隙1084磁连接到极尖1026。探测极尖1026将通量引导至介质中，以执行写入功能。通量通过介质返回到返回极1090。极尖1026优选为具有高磁致伸缩性的铁磁结构，典型为CoFe、NiFe、或层叠的层(CoFe、非磁性层、CoFe、非磁性层等等)。
在探测极尖1026上形成非磁性间隙层1028。用于间隙层1028的示范材料为氧化铝或非磁性材料如铑、钌等。注意，在位于顶面1098的线圈1018上需要绝缘体，以使线圈与铁磁极层电绝缘。在间隙层1028上形成传统材料如光阻材料(氧、氮、硅化(silanated)抗蚀剂等)的掩模结构1004。在间隙层1028和掩模结构1004上形成拖尾防护1002。拖尾防护1002优选由软磁材料构成，并应当具有高磁矩。拖尾防护1002的优选材料为NiFe及其合金。
在掩模结构1004和ABS之间限定拖尾防护1002的孔颈高度(throatheight)。拖尾防护1002应当具有远小于从整形层1024到极尖1026的ABS末端的距离的孔颈高度。优选地，拖尾防护1002的孔颈高度比从整形层1024到极尖1026的ABS末端的距离小约100％，并且更优选地，小约60％。
而且，极尖1026和拖尾防护1002之间的间隙层1028的厚度优选为大体等于从极尖1026到介质的软性下层的距离，尽管间隙层1028厚度与从极尖1026到介质的软性下层之间距离的比例可在约1∶2到约2∶1的范围内。间隙层1028的示意厚度可为约35nm或更小，但将与极尖1026的尺寸成比例，该尺寸为轨道宽度和探测极尖1026的厚度。优选地，对于大约0.1微米或更小量级的一类轨道宽度，间隙层1028的厚度将小于约50nm。
拖尾防护1002提供的一个优点为由于将介质中的位写入到极尖1026的拖尾边缘上，所以，拖尾防护1002使磁通线弯曲。更具体地说，由探测极尖1026产生的磁场以离位角进入介质，其可帮助将更稳定的位写入介质。
图11中示出了垂直写入头极尖1026区域的概要图，其中，拖尾防护1002和极尖1026的间隔为非磁性材料的间隙。为了形成拖尾防护1002，在写入间隙1028上形成掩模结构。掩模结构(HM)的高度优选为基本大于从整形层1024到ABS的距离。例如，该高度可比从整形层1024到ABS的距离大125％上下。掩模结构1004较高的高度的原因在于避免通量在到达ABS之前泄漏到拖尾防护1002。掩模结构1004的优选高度约为0.5微米或更高。
掩模结构1004优选由可在头中保留的材料构成，如氧、氮、硅化抗蚀剂(含硅抗蚀剂)，如HSQ(氢化倍半硅氧烷(hydrosilsesquioxide))等。通过活性离子蚀刻(RIE)，掩模被形成图案并可能被整形。
如图12所示，将NiFe其它铁磁材料的拖尾防护1002沉积在掩模上和/或掩模周围。例如，如果拖尾防护1002为喷射沉积的磁性材料，则拖尾防护1002将封装掩模结构1004。
图13-14描述了通过电镀来形成拖尾防护1002的方法。如上面提到的，极尖1026和拖尾防护1002之间的间隙层1028必须为非磁性材料，如氧化铝或诸如铑、钌等的一些金属。由于铑和钌极易导电，所以优选铑和钌，并且，由于钌的氧化物导电，所以其可被电镀。
此外，优选地，由可保留在头中的材料形成掩模结构1004。参看图12。随后，将该结构放入电镀液，并且通过电镀形成拖尾防护1002，产生图13所示的结构。拖尾防护1002可被过度电镀，以使得它在掩模结构1004的边缘上“迅速生长(mushroom)”。当可以允许拖尾防护1002浮动时，优选将电镀的拖尾防护1002结构铁磁连接到头的其余部分。如图14所示，通过光刻剥离，或如所示出的，通过将更多的NiFe电镀到电镀结构来形成返回层1302，而将拖尾防护1002结在头上。返回层1302延伸回到返回极1016。注意，返回层1302的位置和形状可改变，但优选将其结在返回极1016上。
由此，已经描述了新颖的头结构和用于形成其的方法。本发明提供的一个优点包括允许通过薄抗蚀处理(thin resist process)限定拖尾防护边缘定义。另一个优点在于由转移材料的厚度来确定防护厚度的边缘。再一个优点在于这里公开的过程允许在不损坏极尖1026的情况下制造薄拖尾防护1002。再一个优点在于在ABS表面上不存在掩模材料。
尽管上面已经描述了各种实施例，但应当理解，它们仅作为例子来表示，而并不是限制。因此，优选实施例的广度和范围不应由上面描述的任何示范实施例来限定，而应当仅根据所附权利要求及其等价物来限定。
权利要求
1.一种用于形成具有气垫表面(ABS)的写入头的方法，包括形成通量整形层；在该整形层上形成极尖层，该整形层用于将通量汇聚到极尖层；在极尖层上形成掩模层，该掩模层比极尖层有更强的抗铣削性；在掩模层上形成抗蚀层；对抗蚀层形成图案，形成图案的抗蚀层限定了极尖在与头的ABS平行的方向上大致的最大宽度；移除未被形成图案的抗蚀层覆盖的掩模层的部分；铣削，以使极尖从极尖层成形；在极尖和通量整形层上沉积介电材料层，其中，介电材料层延伸到大致与掩模层相邻；在介电材料上沉积停止层，停止层邻接掩模层；抛光，以形成由掩模层和停止层构成的基本上平坦的上表面；在极尖上形成期望厚度的间隙层；以及在间隙层上形成拖尾防护。
2.如权利要求1所述的方法，其中，极尖层为层叠的；
3.如权利要求1所述的方法，其中，通过活性离子蚀刻来移除未被形成图案的抗蚀层覆盖的掩模层的部分。
4.如权利要求1所述的方法，其中，从由碳、氮化硅、氧化钽、氧化硅以及durimide组成的组中选择的材料来形成掩模层。
5.如权利要求1所述的方法，其中，从由Si3N4、Ta2O5、SiO2以及durimide组成的组中选择的材料来形成掩模层。
6.如权利要求1所述的方法，其中，由通过过滤阴极弧(FCA)沉积而形成的碳来形成掩模层。
7.如权利要求1所述的方法，其中，掩模层为多层结构。
8.如权利要求7所述的方法，其中，掩模层包括至少一个碳层和至少一个durimide层。
9.如权利要求1所述的方法，其中，对极尖层进行整形，以便沿着垂直于ABS的平面向整形层逐渐缩减到一起。
10.如权利要求1所述的方法，还包括在形成间隙层之前移除掩模层，并在极尖中形成凹坑。
11.如权利要求10所述的方法，其中，通过附加的抛光来移除掩模层。
12.如权利要求10所述的方法，其中，通过蚀刻来移除掩模层。
13.如权利要求10所述的方法，其中，通过蚀刻来形成凹坑。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述抛光为使用对介电材料有选择性的浆进行的化学机械抛光。
15.如权利要求1所述的方法，还包括在对ABS的拖尾防护之后形成线圈结构。
16.如权利要求1所述的方法，还包括在拖尾防护上形成返回极。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述头为垂直头。
18.一种用于形成具有气垫表面(ABS)的写入头的方法，包括形成通量整形层；在该整形层上形成极尖层，在该极尖层上形成掩模层；从极尖层成形逐渐变小的极尖；在极尖和通量整形层上沉积介电材料层，其中，介电材料层延伸到大致与掩模层相邻；在介电材料上沉积停止层，停止层邻接掩模层；抛光，以形成由掩模层和停止层构成的基本上平坦的上表面；以及在极尖上形成期望厚度的间隙层。
19.如权利要求18所述的方法，其中，极尖层为层叠的。
20.如权利要求18所述的方法，其中，通过活性离子蚀刻来移除未被形成图案的抗蚀层覆盖的掩模层的部分。
21.如权利要求18所述的方法，其中，从由碳、氮化硅、氧化钽、氧化硅以及durimide组成的组中选择的材料来形成掩模层。
22.如权利要求21所述的方法，其中，掩模层为由从碳、氮化硅、氧化钽、氧化硅以及durimide组成的组中选择的至少两种材料形成的多层结构。
23.如权利要求18所述的方法，还包括在形成间隙层之前移除掩模层，并在极尖中形成凹坑。
24.如权利要求23所述的方法，其中，通过过度抛光来移除掩模层。
25.如权利要求23所述的方法，其中，通过蚀刻来移除掩模层。
26.如权利要求23所述的方法，其中，通过蚀刻来形成凹坑。
27.如权利要求18所述的方法，其中，所述抛光为使用对介电材料有选择性的浆进行的化学机械抛光。
28.如权利要求18所述的方法，还包括在间隙层上形成拖尾防护，并在对ABS的拖尾防护之后形成线圈结构。
29.如权利要求18所述的方法，还包括在间隙层上形成拖尾防护，并在拖尾防护上形成返回极。
30.如权利要求18所述的方法，其中，所述头为垂直头。
31.一种用于形成具有气垫表面(ABS)的写入头的方法，包括形成通量整形层；在该整形层上形成极尖层，在该极尖层上形成掩模层；从极尖层成形逐渐变小的极尖；在极尖和通量整形层上沉积介电材料层，其中，介电材料层延伸到大致与掩模层相邻；在介电材料上沉积停止层，停止层邻接掩模层；抛光，以形成由掩模层和停止层构成的基本上平坦的上表面；移除掩模层；在极尖中形成凹坑；在极尖上形成期望厚度的间隙层；以及在间隙层上形成拖尾防护。
32.一种磁存储系统，包括磁介质；至少一个头，其具有用于从磁介质读取的读取部分；以及用于向磁介质写入的写入部分，该写入部分已根据权利要求1的方法形成；用于支撑头的滑块；以及耦接到头的控制单元，用于控制头的操作。
33.一种磁存储系统，包括磁介质；至少一个头，其具有用于从磁介质读取的读取部分；以及用于向磁介质写入的写入部分，该写入部分已根据权利要求16的方法形成；用于支撑头的滑块；以及耦接到头的控制单元，用于控制头的操作。
34.一种磁存储系统，包括磁介质；至少一个头，其具有用于从磁介质读取的读取部分；以及用于向磁介质写入的写入部分，该写入部分已根据权利要求31的方法形成；用于支撑头的滑块；以及耦接到头的控制单元，用于控制头的操作。
全文摘要
一种制造拖尾防护写入极的方法和材料，其解决了控制写入间隙和避免在后续结构的制造期间对写入间隙或极的损害的问题。此过程还介绍了移除再沉积和围层(增加产量)的CMP协助剥离过程，以及在写入极的顶端中创建凹坑的方法。此外，此公开中还包括可起到离子铣削转移层、CMP层、以及可RIE层的作用的适合材料。
文档编号G11B5/127GK1648996SQ20041008267
公开日2005年8月3日 申请日期2004年9月27日 优先权日2003年9月26日
发明者李邝, 李显邦, 李瑞隆, 阿伦·彭特克, 孙年祥 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司