专利名称：具有带突出部的尾屏蔽件的垂直磁记录写头及其制造方法
技术领域：
本发明总地涉及垂直磁记录写头，尤其涉及用于在磁记录硬盘驱动器中使用的具有带突出部的尾屏蔽件(notched trailing shield)的写头。
背景技术：
垂直磁记录，其中记录位以垂直或离面(out-of-plane)取向存储在记录层中，是磁记录硬盘驱动器中通向超高记录密度的希望之路。如图1A所示，“双层”介质包括在形成于盘衬底上的“软磁”或较低矫顽力导磁衬层(SUL)上的垂直磁数据记录层(RL)。此类介质示出为具有单写极(WP)型记录头。薄膜线圈(C)示出为位于记录头的WP和返回极(RP)之间的部分中。通过线圈C的写电流从WP感应磁场(通过虚线10示出)，该磁场经过RL(从而磁化WP下面的RL区域)、经过SUL提供的磁通返回路径并回到RP。记录头通常形成在气垫滑块上，滑块的气垫面(ABS)支承于介质的RL之上。在图1A中，介质沿箭头20所示的方向移动经过记录头。RL示出为具有垂直记录或磁化的区域，相邻区具有相反的磁化方向，如箭头所示。相邻的相反方向的磁化区之间的磁转变可通过读头(未示出)检测作为记录位。
图1A还示出具有尾屏蔽件突出部(trailing shield notch，TSN)的尾屏蔽件(TS)的截面，其靠近WP但通过非磁材料间隙与WP分隔开。通过非磁间隙与WP分隔开的TS的使用稍微改变了写场的角度并使写入更有效。TSN导致WP下方更强的磁场及磁头所写入的更锐利的磁转变，这是所期望的。图1B是图1A的沿1B-1B方向的视图并示出了基本定义RL中记录的数据的道宽(TW)的WP的宽度。在跨道方向上TS显著宽于WP，但TSN部分与WP宽度基本相同。图2是透视图，示出了WP、具有TSN的TS、以及具有RL和SUL的记录介质之间的关系。如图所示，TSN基本矩形地成形为具有前边缘30和基本平行的侧边缘32、34。图3是从盘观察的滑块ABS的视图，并且示出了部分写头，具有WP、TSN、以及WP与TSN之间的间隙的细节。WP具有基本平行于ABS的端部40和基本垂直于沿道方向并基本定义TW的尾边缘42。由于常规制造工艺，间隙通常包括氧化铝(Al2O3)，常规工艺中氧化铝是形成在用于形成WP的磁材料层之上的“薄氧化铝掩模(TAM)”。抗蚀剂形成在TAM之上且然后该结构被离子研磨从而形成WP。去除抗蚀剂之后，TAM保留在WP之上。另外的间隙材料例如Ta或Rh的薄膜50沉积在TAM之上，然后电镀通常为NiFe的磁材料从而形成基本矩形的TSN(具有前边缘30和基本平行的侧边缘32、34)和TS的其余部分。
基本矩形的TSN在写期间会变得饱和。另外，保留在WP之上的TAM使得间隙层比所需要的厚且因而使得写场梯度小于最优。
所需要的是具有尾屏蔽件的垂直磁记录写头，该尾屏蔽件具有改善的尾屏蔽件突出部(notch)以及写极与尾屏蔽件突出部之间厚度减小的间隙。
发明内容
本发明是具有写极、梯形尾屏蔽件突出部、以及写极与突出部之间的金属间隙层的垂直磁记录写头。写极具有尾边缘，尾边缘具有基本定义道宽的宽度且面对突出部的前边缘但通过间隙层与其间隔开。突出部的前边缘的宽度与写极的尾边缘的宽度基本相同。间隙层和突出部沉积到写极之上的加宽开口中，从而突出部的侧面从写极发散以导致基本梯形的形状，突出部后边缘显著宽于突出部前边缘，因此宽于道宽。写极具有围绕它的非磁填充材料例如氧化铝，在其尾边缘处除外，在该处其接触间隙层，间隙层由与围绕的填充材料不同的材料形成。写头通过这样的工艺制造，该工艺包括写极之上薄掩模膜的反应离子束蚀刻从而去除掩模膜并在写极边缘处加宽开口，而不破坏下面的写极材料。在间隙中没有掩模膜，这导致厚度减小的间隙。突出部的比写极宽的基本梯形形状减少了写入期间突出部的饱和。
为了更充分理解本发明的本质和优点，应该参考下面结合附图的详细说明。
图1A是现有技术垂直磁记录系统的示意图；图1B是沿图1A的方向1B-1B的视图并示出了基本定义RL中记录的数据的道宽(TW)的WP宽度；
图2是透视图，示出对于图1A的系统，WP、具有TSN的TS、以及具有RL的记录介质之间的关系；图3是对于图1A的系统，从盘观察的滑块ABS的视图，并且示出了部分写头，具有WP、TSN、以及WP与TSN之间的间隙的细节；图4是从盘观察的根据本发明的写头的滑块ABS的视图，并示出了部分写头，具有WP、梯形TSN、以及WP与TSN之间的间隙的细节；图5A-5B示出了形成具有TSN的TS之前形成本发明的写头的步骤；图6A-6G示出了根据本发明在写极之上形成具有TSN的TS的步骤。
具体实施例方式
根据本发明的垂直磁记录写头示于图4，其是从盘观察的滑块ABS的视图。TSN具有基本梯形形状，包括前边缘130和侧边缘132、134。TSN前边缘130基本平行于WP的尾边缘42且因而基本垂直于沿道方向。TSN前边缘130也可具有稍微的凸曲率。由于WP之上加宽的开口，侧边缘132、134从TW发散，结果是在TSN终止且TS的其余部分开始的基部(通过虚线136示出)，TSN显著宽于TW。与WP的尾边缘40接触的间隙层150完全由与围绕WP的其余部分的材料不同的材料形成。例如，WP通常由氧化铝包围，但间隙层150由导电非磁金属例如Ta、Rh或Ir形成。WP具有在约150-250nm范围的一般厚度，TW在约80-150nm的范围，间隙层具有在约20-60nm范围的厚度，并且前边缘130和基部136之间的距离在约20-150nm的范围。用于TSN的加宽开口导致基部136显著宽于TW，例如约TW的两倍宽。
图5A-5B示出在形成具有TSN的TS之前形成本发明的写头的步骤。图5A所示的结构包括“衬底”，其通常是氧化铝层，沉积在从其制造多个读/写头的晶片上。用于形成读头的层未示出且通常首先沉积在晶片上并将位于图5A的“衬底”之下。磁材料的WP层在衬底上沉积至与WP的所需厚度相应的厚度，通常在约150-250nm的范围。WP层是高磁矩磁材料，例如CoFe或NiFe，并通过溅射或电镀形成。氧化铝全膜通常通过溅射沉积在WP层之上，在后续的离子研磨以形成WP期间用作“薄氧化铝掩模(TAM)”。可用作该掩模的其它材料包括钽氧化物、硅氧化物、硅氮化物或类金刚石碳。这里称为“抗蚀剂”的有机掩模材料积且构图在TAM和下面的WP层之上。该抗蚀剂层可以是光敏有机材料，只要它对在形成写头的其它光刻步骤中使用的波长处的辐射不敏感，或者可以是光不敏感有机材料如Durimide20-1.2μm，可从Arch Chmicals Inc.得到的聚酰亚胺材料。用于抗蚀剂层的有机掩模材料应该能够通过使用O2或CO2的反应离子蚀刻(RIE)去除。图5A示出利用CHF3和Ar的混合物的反应离子束蚀刻(RIBE)已经去除了未被抗蚀剂覆盖的区域中的TAM之后的结构。然后，如图5B所示，利用Ar+离子的离子研磨去除了未被抗蚀剂覆盖的区域中的WP层并形成了WP。与抗蚀剂一起使用TAM有助于形成图5B所示的WP的有斜面的形状，因为TAM在离子研磨期间以较低速率被去除。
图6A-6G示出本发明的在写极之上形成具有TSN的TS的步骤。首先，在图6A中，氧化铝填充材料沉积在图5B所示的结构之上从而填充WP、TAM和抗蚀剂的两侧。氧化铝通过溅射或离子束沉积来沉积至约1.5微米范围内的厚度，从而覆盖抗蚀剂并填充WP的侧面。这导致大的形貌变化，因此使用化学机械抛光(CMP)来平坦化该表面，得到图6B的结构。然后，在图6C中氧化铝填料和部分抗蚀剂通过利用CHF3和Ar的混合物的RIBE去除至WP之上约70nm，这导致抗蚀剂稍微高于氧化铝填料，如图6C所示，因为通过RIBE氧化铝以比抗蚀剂更快的速率去除。然后，留下的抗蚀剂通过利用O2或CO2的反应离子蚀刻(RIE)去除。这仅去除有机抗蚀剂材料而不影响TAM或氧化铝填料，TAM留在WP的尾边缘之上，氧化铝填料留在WP的边缘，得到图6D的结构。在图6E中，通过利用纯CHF3的RIBE，TAM被完全去除且WP之上的开口被加宽。该RIBE优选地以垂直入射角度且以非常低的束电压进行。该垂直入射角度对TAM和WP边缘处的氧化铝填料具有强烈影响，并引起比WP尾边缘42的TW显著更大的开口加宽。较高入射角例如从法线约70度的倾斜研磨也将导致开口加宽，但在也去除TAM上将是低效的。晶片在该RIBE期间可以旋转从而确保TAM的基本完全去除。在TAM的RIBE去除和开口的加宽期间的低束电压和不使用Ar确保WP的磁材料不被破坏。结果，如图6E所示，开口的宽度显著宽于WP的尾边缘42的宽度，开口的侧面从WP尾边缘发散。在图6F中，间隙材料通过溅射沉积在加宽的开口中，通常至约20-60nm范围的厚度。间隙层不仅覆盖WP的尾边缘42，也覆盖WP侧面的氧化铝。间隙层可以是非磁金属，通常是Ta、Rh或Ir。如果TS将通过电镀沉积在间隙层上，则间隙层也应该是导电材料。如果不导电材料用于间隙层且TS将通过电镀沉积，则导电籽层可沉积在间隙层上。然后，在图6G中，通常通过电镀在间隙层之上沉积用于TS的磁材料，在WP之上的区域中产生TSN，该TSN具有从WP发散的侧面。TS材料沉积到加宽的开口中也可导致TSN的前边缘130具有轻微的凸曲率。该TS是磁材料，例如CoFe或NiFe。具有TSN的TS形成之后，写头结构基本如图4所示。
因为本发明的写头具有包括仅非磁金属间隙层而没有任何掩模材料的尾屏蔽件间隙层，所以得到了更薄的间隙，其改善了写头产生的写场梯度。本发明的用于去除掩模且同时加宽用于突出部的开口的工艺从写极之上基本去除全部掩模材料而不破坏WP的磁材料。比WP宽的突出部的基本梯形形状减少了写入期间突出部的饱和。突出部的基本梯形形状和突出部前边缘的凸曲率还改善了写极所写入的磁转变的曲率。
尽管本发明参照其优选实施例进行了特定示出和描述，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。因此，所公开的发明仅认为是示例性的并限于权利要求所定义的范围内。
权利要求
1.一种用于磁化磁记录层的数据道中的区域的垂直磁记录写头，包括磁写极，具有面对所述记录层的基本平坦的末端、以及基本垂直于沿道方向取向且具有用于定义写极道宽的跨道方向宽度的基本直的尾边缘，所述磁写极被非磁材料部分包围；尾屏蔽件，具有与所述写极末端基本共面的末端，所述尾屏蔽件具有与所述写极尾边缘间隔开的基本梯形的突出部，所述突出部具有面对所述写极尾边缘且宽度基本等于所述写极尾边缘的前边缘、以及显著宽于所述写极尾边缘的后边缘；以及非磁间隙材料层，填充所述写极尾边缘与所述尾屏蔽件突出部前边缘之间的空间，所述非磁间隙材料是与部分包围所述写极的所述非磁材料不同的材料。
2.如权利要求1的写头，其中所述非磁间隙材料是导电金属。
3.如权利要求2的写头，其中所述非磁间隙材料选自Ta、Rh和Ir构成的组。
4.如权利要求2的写头，其中部分包围所述写极的所述非磁材料主要包括氧化铝。
5.如权利要求2的写头，其中所述非磁间隙材料层具有约20至60nm范围的厚度。
6.如权利要求1的写头，其中所述梯形尾屏蔽件突出部具有带有凸曲率的前边缘。
7.一种制造具有写极和带突出部的尾屏蔽件的垂直磁记录写头的方法，包括在衬底上沉积用于所述写极的具有所需厚度的磁写极材料层；在所述写极层上沉积薄的非磁掩模膜；在所述掩模膜上形成图案化的抗蚀剂层；将所述掩模膜和所述写极层基本蚀刻至所述衬底从而在所述图案化的抗蚀剂层覆盖的区域中留下具有掩模膜的所述写极；用非磁填充材料覆盖所述图案化的抗蚀剂层以及下面的掩模膜和写极；去除部分所述填充材料，留下填充材料至比所述写极厚度大的厚度；去除所述抗蚀剂层从而在所述残余的填充材料中留下暴露所述掩模膜和下面的写极的开口；蚀刻所述掩模膜和所述掩模膜边缘处的填充材料从而基本去除全部所述掩模膜并加宽所述开口；沉积非磁材料间隙层到所述加宽的开口中以及所述残余的填充材料之上；以及在所述间隙层之上沉积磁尾屏蔽件材料层，所述尾屏蔽件材料在所述加宽的开口内的部分形成通过所述间隙层与下面的写极间隔开的尾屏蔽件突出部。
8.如权利要求7的方法，其中形成在所述加宽的开口中的所述尾屏蔽件突出部具有基本梯形的形状。
9.如权利要求8的方法，其中所述尾屏蔽件突出部具有面对所述写极的前边缘，所述前边缘具有轻微的凸曲率。
10.如权利要求7的方法，其中沉积薄非磁掩模膜包括沉积薄氧化铝膜。
11.如权利要求7的方法，其中沉积所述间隙层包括在所述写极上直接沉积选自Ta、Rh和Ir构成的组的材料。
12.如权利要求7的方法，其中蚀刻所述掩模膜和所述掩模膜边缘处的填充材料包括CHF3中的反应离子束蚀刻RIBE从而去除所述掩模膜而不破坏下面的写极材料。
13.如权利要求7的方法，其中离子研磨所述掩模膜和残余的填充材料包括以基本垂直的入射角度进行离子研磨。
全文摘要
本发明涉及具有写极、梯形尾屏蔽件突出部、以及写极与突出部之间的金属间隙层的垂直磁记录写头。写极具有尾边缘，尾边缘具有基本定义道宽的宽度且面对突出部的前边缘但与其通过间隙层分隔开。写头通过这样的工艺制造，该工艺包括写极之上薄掩模膜的反应离子束蚀刻从而去除掩模膜并在写极边缘处加宽开口。间隙层和突出部沉积到写极之上的加宽的开口中。写极具有非磁填充材料例如氧化铝，围绕写极，但其尾边缘处除外，在该尾边缘处其接触间隙层，间隙层由与围绕的填充材料不同的材料形成。
文档编号G11B5/187GK101064109SQ200710101230
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月24日 优先权日2006年4月24日
发明者唐纳德·G·艾伦, 阿曼达·贝尔, 迈克尔·费尔德鲍姆, 萧文千, 弗拉迪米尔·尼基汀, 阿伦·彭特克, 凯塔林·彭特克 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司