专利名称：具有拖尾屏蔽件的垂直写头的制作方法
技术领域：
本发明涉及垂直磁记录，更具体地，涉及具有用于改善磁性能的楔形阶 梯式拖尾屏蔽件结构的磁写头的制造方法。
背景技术：
计算机长期存储的核心是称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转 磁盘、被与旋转磁盘的表面相邻的悬臂悬吊的写和读头、以及转动悬臂从而
将读和写头置于旋转盘上选定环形道(track)之上的致动器。读和写头直接 位于具有气垫面(ABS)的滑块上。悬臂将滑块朝向盘的表面偏置，当盘旋 转时，与盘相邻的空气与盘表面一起移动。在该移动的空气的垫上，滑块飞 行于盘表面上方。当滑块骑在气垫上时，写和读头被用来写^t转变到旋转盘 且从其读取磁转变。读和写头连接到根据计算机程序运行的处理电路从而实 现写和读功能。
写头通常包括嵌入在第一、第二和第三绝缘层(绝缘堆叠)中的线圈层， 绝缘堆叠夹在第一和第二极片层之间。在写头的气垫面(ABS)处间隙通过 间隙层形成在第一和第二极片层之间，极片层在背间隙处连接。传导到线圏 层的电流在极片中感应4t通，其使得磁场在ABS处在写间隙弥散出来以用 于在移动介质上的道中写上述磁转变，例如在上述旋转盘上的环形道中。
近来的读头设计中，GMR或TMR传感器已用于检测来自旋转磁盘的 磁场。该传感器包括夹在称为被钉扎层和自由层的第一和第二铁磁层之间的 非磁导电层或势垒层。第一和第二引线(lead)连接到传感器以传导检测电 流通过该传感器。被钉扎层的磁化被钉扎为垂直于气垫面(ABS),自由层 的磁矩位于平行于ABS，但是可以响应于外磁场自由旋转。被钉扎层的磁化 通常通过与反铁磁层交换耦合来被钉扎。
间隔层的厚度被选择为小于通过传感器的传导电子的平均自由程。采用 此布置，部分传导电子通过间隔层与被钉扎层和自由层的每个的界面被散 射。当被钉扎层和自由层的磁化彼此平行时，散射最小，当被钉扎层和自由
5层的磁化反平行时，散射最大。散射的变化与cose成比例地改变自旋阀传
感器的电阻，其中e是被钉扎层和自由层的磁化之间的角。在读模式中，自 旋阀传感器的电阻与来自旋转盘的磁场的大小成比例地变化。当检测电流传
导通过自旋阀传感器时，电阻变化导致电势变化，其被;险测到且作为重;^信
号被处理。
为了满足日益增大的对改善数据速率和数据容量的需求，研究人员近来 已努力开发垂直记录系统。传统的纵向记录系统例如包含上述写头的系统将 数据存储为在磁盘的表面平面内沿道纵向取向的磁位。该纵向数据位通过形 成于写间隙分隔开的一对磁极之间的弥散场来记录。
相反，垂直记录系统将数据记录为垂直于磁盘平面取向的磁化。磁盘具 有被薄的硬磁顶层覆盖的软磁衬层。垂直写头具有横截面非常小的写极和横 截面大得多的返回极。强的、高度集中的磁场从写极沿垂直于磁盘表面的方 向发射，磁化硬磁顶层。然后所产生的磁通行进经过软磁衬层，返回到返回 极，在返回极处磁通充分展开且是弱的，磁通在回到返回极途中穿过硬磁顶 层时将不会擦除写极记录的信号。
为了提高写入速度，需要提供一种垂直写头，其具有好的写场梯度，同 时具有好的写场强度。
发明内容
本发明提供一种磁写头，具有构造来优化写场强度和场梯度两者的拖尾
屏蔽件。该写头包括写极；形成在所述写极的拖尾边缘上的拖尾间隙层； 以及形成在所述非磁拖尾间隙层上的拖尾磁屏蔽件以使得所述非磁拖尾间 隙层夹在所述拖尾磁屏蔽件和所述写极之间。所述拖尾磁屏蔽件具有设置在 气垫面处的第一表面以及离开气垫面设置且相对于所述磁写极的所述拖尾 边缘表面以20-75度的角度渐缩的第二表面。
拖尾磁屏蔽件的第二表面的渐缩量有利地允许拖尾屏蔽件具有小的喉 高，同时还避免拖尾磁极的饱和并防止从写极到拖尾屏蔽件的磁通损失。
已发现该渐缩量提供写场强度和高场梯度的较佳平衡。这允许拖尾屏蔽 件制造为具有0-25nm的小喉高。另外，由于该拖尾屏蔽件设计防止了磁通 损失，所以非磁拖尾间隙可以制得较薄，例如15至25nm。
结合附图阅读下面对优选实施例的详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得显然。整个附图中相似的附图标记表示相似的元件。
为了更全面地理解本发明的本质和优点，以及优选使用模式，请结合附 图参考下面的详细描述，附图不是按比例的。
图1是其中可体现本发明的盘驱动系统的示意图； 图2是从图1的线2-2取得的滑块的ABS视图，示出其上磁头的位置； 图3是从图2的线3-3取得并逆时针旋转90度的磁头的剖视图，示出 根据本发明 一 实施例的磁写头；
图4是^f兹写头的一部分的放大剖视图5是曲线图，示出了写场梯度与拖尾^t屏蔽件的背锥角(back taper angle)之间的关系；及
图6是根据本发明另 一实施例的磁写头的一部分的放大剖视图。
具体实施例方式
下面的描述是关于目前构思的实施本发明的优选实施方式。作出本描述 是为了示范本发明的基本原理，而不意味着限制这里要求保护的发明概念。
现在参照图1，示出体现本发明的盘驱动器100。如图1所示，至少一 个可旋转磁盘112支承在主轴(spindle) 114上且通过盘驱动马达118被旋 转。每个盘上的磁记录是磁盘112上同心数据道(未示出)的环形图案形式。
至少一个滑块113位于磁盘112附近，每个滑块113支持一个或更多磁 头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在盘表面122之上径向进出移动，从 而磁头组件121可以存取磁盘的写有所需数据的不同道。每个滑块113借助 于悬臂(suspension) 115连到致动器臂119。悬臂115提供轻微的弹力，其 偏置滑块113倚着盘表面122。每个致动器臂119连到致动器装置127。如 图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。 VCM包括在固定》兹 场中可移动的线圈，线圏移动的方向和速度被控制器129提供的马达电流信 号所控制。
盘存储系统运行期间，石兹盘112的旋转在滑块113和盘表面122之间产 生对滑块施加向上的力或举力的气垫(air bearing )。于是在正常运行期间该 气垫平衡悬臂115的轻微的弹力，并且支持滑块113离开盘表面并且以小的基本恒定的距离稍微位于;兹盘表面之上。
盘存储系统的各种组元在运行中由控制单元129产生的控制信号来控 制，例如存取控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制 电路、存储装置和微处理器。控制单元129产生控制信号从而控制各种系统 操作，例如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的头定位和寻道控制 信号。线128上的控制信号提供所需的电流曲线(currentprofile)，从而优化 地移动并定位滑块113到盘112上的所需数据道。写和读信号借助记录通道 125传达到写头和读头121且从其读出。
参照图2，滑块113中,兹头121的取向可以更详细地被观察。图2是滑 块113的ABS视图，可以看出，包括感应写头和读传感器的磁头位于滑块 的尾缘(trailing edge )。 一般/磁盘存储系统的上述说明和附图1仅是示例性 的。应显然地，盘存储系统可包括多个盘和致动器，每个致动器可支持多个 滑块。
现在参照图3，本发明可体现于石兹头302中。；兹头302包括读头304和 写头306。读头304包4舌》兹致电阻传感器308,其可以是GMR、 TMR或某 些其他类型传感器。磁致电阻传感器308位于第一和第二磁屏蔽件310、 312 之间。
写头306包括磁写极314和磁返回极316。写极314能形成于磁成形层 320上，》兹背间隙层318在远离气垫面(ABS)的区域将写才及314和成形层 320与返回极316,兹连接。写线圈322 (图3中以截面图示出)经过写极和 成形层314、 420与返回极316之间，还可经过写极314和成形层320之上。 写线圏可以是螺旋线圈，或者可以是一个或更多扁平线圏。写线圏322可形 成于绝缘层324上且可以嵌入在线圈绝缘层326例如氧化铝和/或硬烘焙光致 抗蚀剂中。
在运行中，当电流流经写线圈322时，所得磁场导致磁通流经316、背 间隙318、成形层320和写极314。这4吏得石兹写场A人写才及314末梢朝向石兹介 质332发射。写极314在ABS处的横截面远小于返回才及316在ABS处的横 截面。因此，从写极314发射的磁场足够密和强，其能够写数据位到磁介质 332的硬y磁顶层330。然后》兹通流经软石兹衬层334,返回到返回才及316，在返 回极316处磁通充分展开且是弱的，它不能擦除写极314记录的数据位。磁 座336能设置在ABS处且连接到前导返回极316从而用作石兹屏蔽件以防止来自写线圈322的杂散场不利地到达》兹介质332。
为了增大写场梯度且因此增大写头306能写数据的速度，可提供拖尾磁 屏蔽件338。拖尾磁屏蔽件338通过非磁写间隙339与写极分隔开，可通过 拖尾返回极340与成形层320和/或背间隙318连接。拖尾屏蔽件338吸引来 自写极314的磁场，这稍微倾斜写极314发射的石兹场的角度。写场的该倾斜 通过增大场梯度而增大了写场极性可被翻转的速度。非^磁拖尾间隙层339能 由诸如Rh、 Ir或Ta的材料构造。
拖尾屏蔽件的使用涉及写场梯度与写场强度之间的折衷。某些因素增大 了写场梯度，但减小了写场强度，而另一些因素具有相反效果，增大了写场 强度却同时降低了写场梯度。例如，如果拖尾间隙过薄，或者如果拖尾屏蔽 件延伸超过写极过多(即具有太大的喉高(throat height ))，则场梯度将增加， 但过量的来自写极314的磁通将损失到拖尾屏蔽件338。本发明减轻了这种 折衷，提供了好的场强度和场梯度。
图4示出拖尾屏蔽件338、写极314和夹在拖尾屏蔽件338与写极314 之间的拖尾间隙339的放大视图。可以看出，拖尾屏蔽件338具有面对写头 的气垫面(ABS)的表面402。拖尾屏蔽件338还具有与拖尾间隙层接触的 前导边缘表面404、以及离开ABS定位的楔形边缘表面406。拖尾屏蔽件也 可具有拖尾表面408,且可具有与ABS相反的背表面410，然而，楔形边缘 406也可以一直延伸到拖尾屏蔽件338的拖尾边缘408。其它构造例如背边 缘410和拖尾边缘408的其他构造也是可行的。
可以看出，从ABS边缘402到楔形边缘406的起点测量的前导边缘404 的长度定义拖尾屏蔽件338的喉高(TH)。保持该喉高TH为小时将确保很 少的磁通从写极损失到拖尾屏蔽件338。因此，喉高TH优选为0至25nm。 另外，可以看出，拖尾屏蔽件的楔形边缘406逐渐远离写极314渐缩。为了 提供较佳性能，楔形边缘406相对于与写极314的拖尾边缘表面412平行的 平面形成20至75度的角度e。该角度e也可以定义为相对于垂直于ABS和 凄t据道方向414的平面来测量。
以上述角度形成的该楔形背边缘406提供若干优点。例如，可以使喉高 TH小从而防止磁通泄露到拖尾屏蔽件。同时，楔形边缘406防止拖尾屏蔽 件338饱和。该形状还利于制造，因为避免了拖尾屏蔽件中针孔或孔洞的形 成，否则用来形成拖尾屏蔽件的制造工艺例如光刻和研磨中的变化会导致针
9孑L或孔洞。
楔形边缘能够实现的楔形形状406和小喉高的另一优点是拖尾间隙TG 可以较小。拖尾间隙TG是写极314的拖尾边缘412与拖尾屏蔽件338的前 导边缘404之间的距离。该拖尾间隙TG也是非磁拖尾间隙层339的厚度。 因为窄的喉高TH和楔形形状406大大减少了从写极314到拖尾屏蔽件338 的磁通损失，因此拖尾间隙TG可以做得更小而没有损失磁通和减小写场的 风险。因此，拖尾间隙TG的厚度可以是例如15-25nm。该较小的间隙TG 改善了拖尾屏蔽件338的效能，进一步改善了场梯度。
本发明人已经发现，通过控制楔形边缘表面406的角度e，可以最大化 写场和场梯度。如果楔角e小于20度，则太多的磁通将损失到拖尾屏蔽件 338,楔形边缘的优点将丧失。如果角度e大于75度，则拖尾屏蔽件338将 磁饱和且场梯度将受损失。图5通过曲线图示出了场梯度与楔角e之间的关 系。可以看出，当楔角在大约20和75度之间时，实现了最大场梯度。
现在参照图6，描述本发明的另一可行实施例。该实施例包括具有楔形 边缘406的拖尾屏蔽件602,该楔形边缘相对于写极314的拖尾边缘表面412 以20和75度之间的角度e渐缩，类似于前述实施例。但是，楔形边缘406 延伸到表面604,表面604基本平行于写极的拖尾边缘表面412。尽管从表 面406到表面604的过渡示出为锐利的过渡，但是该过渡也可以是光滑或弯 曲的。另外，表面604不需要精确平行于写极314的拖尾边缘表面412，而
是可以处于小于角度e的某一角度。
虽然已经描述了各种实施例，但是应理解，这些实施例仅以示例方式给 出，而不是用于限制。落入本发明的范围内的其他实施例亦可对本领域技术 人员变得显然。因此，本发明的广度和范围不应局限于上述示范性实施例中 的任一个，而应仅由所附权利要求及其等价物定义。
权利要求
1.一种用于垂直磁记录的写头，包括磁写极，具有延伸到气垫面的末端，所述磁写极构造为沿垂直于所述气垫面的方向发出磁写场，所述磁写极具有沿垂直于所述气垫面且垂直于数据道方向的平面取向的拖尾边缘表面；非磁拖尾间隙层，与所述磁写极的所述拖尾边缘表面相邻；以及拖尾磁屏蔽件，与所述非磁拖尾间隙层相邻，从而所述非磁拖尾间隙层夹在所述拖尾磁屏蔽件与所述磁写极的所述拖尾边缘表面之间，所述拖尾磁屏蔽件具有位于所述气垫面处且平行于所述气垫面的第一表面以及与所述第一表面相反且相对于所述磁写极的所述拖尾边缘表面以20-75度的角度形成的第二表面。
2. 如权利要求1所述的写头，其中所述拖尾磁屏蔽件具有接触所述非磁 拖尾间隙层的前导边缘表面，所述前导边缘表面从所述第一表面延伸到所述 第二表面，所述前导边缘表面的长度定义所述拖尾磁屏蔽件的喉高。
3. 如权利要求2所述的写头，其中所述拖尾磁屏蔽件的所述喉高不大于 25nm。
4. 如权利要求1所述的写头，其中所述非-兹拖尾间隙层具有15至25nm 的厚度。
5. 如权利要求1所述的写头，还包括与所述拖尾磁屏蔽件相连的拖尾磁 返回极。
6. 如权利要求1所述的写头，其中所述非磁拖尾间隙层包括Rh、 Ir或Ta。
7. 如权利要求1所述的写头，其中所述拖尾^f兹屏蔽件具有与所述第一表 面相反的背边缘表面以及离开所述磁写极定位的拖尾边缘表面，所述背边缘 表面从所述第二表面延伸到所述拖尾边缘表面。
8. 如权利要求1所述的写头，其中所述拖尾磁屏蔽件具有离开所述磁写 极定位的拖尾边缘表面以及朝向所述磁写极定位的前导边缘表面，且其中所 述第二表面从所述拖尾边缘表面延伸到所述前导边缘表面。
9. 一种用于垂直;兹数据记录的磁写头，包括 前导磁返回极，具有朝向气垫面设置的末端；磁写极，具有朝向所述气垫面设置的末端，所述磁写极在所述气垫面处 具有的表面面积远小于所述前导磁返回极在所述气垫面处具有的表面面积， 从而允许所述磁写极沿垂直于所述气垫面的方向发出磁写场，所述磁写极与所述前导磁返回极在远离所述气垫面的区域中磁连接；非/磁拖尾间隙层，形成在所述磁写极的拖尾边缘表面上； 拖尾;兹屏蔽件，位于所述气垫面处，所述非^磁拖尾间隙层夹在所述拖尾 磁屏蔽件和所述磁写极的所述拖尾边缘表面之间；所述拖尾磁屏蔽件还包括 设置在所述气垫面处的第一表面以及离开所述气垫面定位且相对于所述磁 写极的所述拖尾边缘表面以20-75度的角度渐缩的第二表面；以及拖尾》兹返回极，与所述拖尾》兹屏蔽件;兹连接，且与所述前导i兹返回极和 所述磁写极在离开所述气垫面的区域中》兹连接。
10. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述第一表面和第二表面之间的 在最接近所述非磁间隙层的点处的距离定义所述拖尾磁屏蔽件的喉高。
11. 如权利要求10所述的磁写头，其中所述喉高不大于25nm。
12. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述非磁拖尾间隙层具有15至 25nm的厚度。
13. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述非磁拖尾间隙层包括Rh、 Ir 或Ta。
14. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述拖尾磁屏蔽件具有与所述第 一表面相反的背边缘表面以及离开所述磁写极定位的拖尾边缘表面，所述背 边缘表面从所述第二表面延伸到所述拖尾边缘表面。
15. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述拖尾磁屏蔽件具有离开所述 磁写极定位的拖尾边缘表面以及朝向所述磁写极定位的前导边缘表面，且其 中所述第二表面从所述拖尾边缘表面延伸到所述前导边缘表面。
16. 如权利要求2所述的磁写头，其中所述喉高不大于25nm且所述非 磁拖尾间隙层具有15至25nm的厚度
17. 如权利要求IO所述的磁写头，其中所述喉高不大于25nm且所述非 磁拖尾间隙层具有15至25nm的厚度。
18. —种磁数据存储系统，包括 机壳；磁介质，可旋转地安装在所述机壳内；致动器，枢转地安装在所述外壳内；滑块，与所述致动器相连以用于与所述-兹介质的表面相邻地移动； 》兹致电阻传感器，与所述滑块相连；以及 磁写头，与所述滑块相连，所述磁写头还包括前导磁返回极，具有朝向气垫面设置的末端；磁写极，具有朝向所述气垫面设置的末端，所述磁写极在所述气垫 面处具有的表面面积远小于所述前导》兹返回极在所述气垫面处具有的 表面面积，从而允许所述》兹写极沿垂直于所述气垫面的方向发出写；兹 场，所述》兹写极与所述前导;兹返回极在远离所述气垫面的区域中；兹连 接；非/磁拖尾间隙层，形成在所述,兹写极的拖尾边缘表面上； 拖尾磁屏蔽件，位于所述气垫面处，所述非磁拖尾间隙层夹在所述 拖尾磁屏蔽件与所述磁写极的所述拖尾边缘表面之间；所述拖尾磁屏蔽 件还包括设置在所述气垫面处的第一表面以及离开所述气垫面定位且 相对于所述磁写极的所述拖尾边缘表面以20-75度的角度渐缩的第二表 面；以及拖尾i兹返回极，与所述拖尾》兹屏蔽件^兹连接，且与所述前导;兹返回 极和所述J兹写极在远离所述气垫面的区域中》兹连接。
19. 如权利要求18所述的磁数据存储系统，其中所述拖尾磁屏蔽件具有 接触所述非^磁拖尾间隙层的前导边缘表面，所述前导边缘表面从所述第一表 面延伸到所述第二表面，所述前导边缘表面的长度定义所述拖尾磁屏蔽件的 喉高，且其中所述喉高不大于25nm。
20. 如权利要求18所述的磁数据存储系统，其中所述非磁拖尾间隙层具 有15至25nm的厚度。
21. 如权利要求l所述的写头，其中所述第二表面从所述非磁拖尾间隙 层延伸到一第三表面，所述第三表面平行于所述^f兹写极的所述拖尾边缘表面 取向。
22. 如权利要求9所述的磁写头，其中所述第二表面从所述非磁拖尾间 隙层延伸到一第三表面，所述第三表面平行于所述磁写极的所述拖尾边缘表 面取向。
全文摘要
本发明涉及具有拖尾屏蔽件的垂直写头。一种磁写头具有构造为优化写场强度和场梯度的拖尾屏蔽件。该写头包括写极；形成在所述写极的拖尾边缘上的拖尾间隙层；以及形成在所述非磁间隙层上的拖尾磁屏蔽件使得所述非磁间隙层夹在所述拖尾磁屏蔽件和所述写极之间。所述拖尾磁屏蔽件具有设置在气垫面处的第一表面以及离开气垫面设置且相对于所述磁写极的所述拖尾边缘表面以20-75度的角度渐缩的第二表面。
文档编号G11B5/127GK101567192SQ20091013772
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月27日 优先权日2008年4月25日
发明者弗拉迪米尔·尼基汀, 萧文千 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司