用于垂直记录的具有非巨磁致电阻分路的磁头及制造方法

专利名称：用于垂直记录的具有非巨磁致电阻分路的磁头及制造方法
技术领域：
本发明总地涉及磁存储器，更特别地，涉及用于垂直记录的具有非GMR分路(shunt)的磁头及其制造方法。
背景技术：
现代的计算机需要其中能迅速存储和取回数字数据的介质。已经证实盘上的可磁化(硬)层是用于快速和准确的数据存储和取回的可靠介质。因此从硬盘读数据且向其写数据的盘驱动器已经成为计算机系统的流行部件。在这样的器件中，读写头用来写数据在相邻旋转硬或柔性盘上或者从其读取数据。
头/盘组件通常包括一个或更多公共驱动磁数据存储盘，其绕公共主轴(spindle)可旋转。至少一个头致动器相对于盘径向移动一个或更多磁读/写头从而可以在盘的选定环形同心道上读和/或写数据。每个磁头悬吊得非常接近记录盘之一且通过安装到柔性悬臂的气垫滑块被支承。悬臂又附着到定位致动器。
正常运行期间，盘旋转提供头和记录介质之间的相对移动，同时致动器动态地将所述头定位于期望的道之上。该相对移动提供沿滑块的面对介质的表面的气流，产生举力。该举力被公知的悬臂负载平衡，使得滑块被支承在气垫上。气流进入滑块的前导边缘且从尾边缘离开。头通常朝向尾端定位，与前导边缘相比其趋于接近记录表面飞行。
现有的磁存储系统使用磁致电阻(MR)头来从磁介质读数据且使用感应头来写数据到磁介质上。MR盘驱动器使用具有同心数据道的可旋转盘，该同心数据道含有用户数据；读/写头，可包括用于写和读各个道上的数据的感应写头和MR读头；数据读回和检测通道，耦接到MR头用于处理磁记录于盘上的数据；致动器，连接到用于所述头的载具以将所述头移至所需数据道且在读或写操作期间将其维持于所述道中线之上。
通常有多个盘堆叠于被盘驱动心轴马达旋转的毂(hub)上。外壳支承驱动马达和头致动器且包围所述头和盘从而为头-盘界面提供基本密封的环境。头载具通常是气垫滑块，当盘以其运行速度旋转时其在盘表面之上骑在气垫上。滑块通过悬臂维持为非常接近于盘表面，悬臂将滑块连接到致动器。滑块和盘表面之间的间距称为飞行高度，其精确值对于读和写过程的正常功能是关键的。
感应写头和MR读头构图在滑块的尾端上，其是滑块的最接近于盘表面飞行的部分。滑块或者通过来自悬臂的小弹力被偏置朝向盘表面，和/或借助于滑块上的“负压”气垫面“自加载”到盘表面。
MR传感器通过磁材料制成的磁致电阻元件的电阻变化检测磁场，所述电阻变化是通过该元件检测的磁通的强度和方向的函数。MR传感器可应用于磁记录系统中，因为当来自被记录磁介质的外磁场(信号场)导致MR读头中磁化方向改变时，可以从磁介质读取所记录的数据。MR读头中磁化方向的改变又导致MR读头中的电阻变化和相应的检测电流或电压的变化。磁记录系统中使用的常规MR传感器基于各向异性磁致电阻(AMR)效应运行，其中元件电阻的分量随着元件中的磁化与流过元件的检测或偏置电流的方向之间的角度的余弦的平方而改变。
已经在多种磁多层结构中发现了称为巨磁致电阻(GMR)的不同且更显著的磁致电阻，所述磁多层结构的本质特征在于至少两铁磁金属层通过非铁磁金属层分隔开。在所有类型的GMR结构中物理本性是相同的外磁场的应用导致相邻铁磁层的磁化的相对取向改变。这又导致传导电子的自旋相关散射改变且因此结构的电阻的改变。因此当铁磁层的磁化的相对定向改变时结构的电阻改变。GMR的特别有用的应用是包括通过非磁金属间隔层分隔开的两个基本不耦合的铁磁层的三明治结构，其中铁磁层之一的磁化“被钉扎”，且因此被防止在存在外磁场时旋转。此类MR传感器被称为“自旋阀”传感器。
读传感器设置在屏蔽件之间。屏蔽件是导电的，与读传感器及其接触形成电容器。电容取决于屏蔽件和读传感器之间的伸展面积以及绝缘材料。运行期间，电荷会积累在导电屏蔽件上且通过读传感器和屏蔽件之间的瞬间传导路径突然放电。
已经进行尝试以通过制成读传感器与屏蔽件之间的短路电路连接来防止电荷累积。不幸的是，这样的分路利用GMR材料形成。然而，具有GMR分路的读头的传递曲线(transfer curve)不是完全线性的。GMR分路导致在零磁场附近包括“弯曲(kink)”的传递曲线。
因此可以看出，需要一种用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头及其制造方法。

发明内容
为了克服上述现有技术中的限制，且为了克服阅读和理解本说明之后将变得明显的其他限制，本发明公开一种用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头以及制造用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头的方法。
通过提供分路用于从读传感器分流电荷，本发明解决了上述问题。该分路与读传感器共面地形成且利用非GMR材料制成。
根据本发明的原理制造用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头的方法包括形成传感器；在该传感器之上沉积具有预定形状的光致抗蚀剂层；去除通过该光致抗蚀剂层暴露的该传感器的一部分从而形成空缺(void)；用非GMR材料再填充该空缺；以及去除该光致抗蚀剂层。
在本发明的另一实施例中，提供一种读头。该读头包括读传感器及与该读传感器共面形成的分路，其中该分路包括非GMR材料。
在本发明的另一实施例中，提供一种存储器件。该存储器件包括磁记录介质，用于在其上记录数据；滑块，具有耦合到该滑块的垂直读/写头，该读头包括读传感器；马达，耦接到该磁记录介质，用于移动该磁记录介质；以及致动器，耦接到具有所述垂直读/写头的所述滑块，用于相对于该磁记录介质移动该垂直读/写头，其中该垂直读/写头还包括与该读头的读传感器共面且包括非GMR材料的分路。
在本发明的另一实施例中，提供另一读头。该读头包括用于检测记录在磁介质上的数据的装置和用于从所述检测数据的装置分流电荷的装置，所述用于分流的装置与所述检测数据的装置共面且包括非GMR材料。
在本发明的另一实施例中，提供另一存储器件。该存储器件包括用于在其上记录数据的装置；用于使垂直读/写装置飞行的装置，该垂直读/写装置包括用于检测写在用于记录数据的装置上的数据的装置；装置，耦接到用于记录数据的装置，用于移动所述记录数据的装置；以及装置，耦接到所述用于飞行的装置，用于相对于所述记录数据的装置移动所述用于飞行的装置，其中该读/写装置还包括用于从所述用于检测数据的装置分流电荷的装置，所述用于分流的装置与所述用于检测数据的装置共面且包括非GMR材料。
利用所附的且形成本发明一部分的权利要求中的特征指出了赋予本发明特色的这些和其他新颖的优点和特征。然而，为了更好地理解本发明、其优点、以及使用本发明所达到的目的，请参考形成本发明另一部分的附图及其相应描述，其中示出和描述了根据本发明的设备的特定示例。


现在参照附图，附图中相似的附图标记始终表示相应的部件图1示出根据本发明的存储系统；图2示出根据本发明的存储系统的一个特定实施例；图3示出根据本发明的存储系统；图4是用于支承其上安装有磁头的滑块的悬臂系统的立体图；图5是根据本发明一实施例的垂直磁头的侧剖视图；图6是具有利用GMR材料形成的分路的磁头的传递曲线的曲线图；图7示出根据本发明一实施例的包括非GMR分路的垂直头的结构；图8A-D示出用于制造根据本发明一实施例的传感器的方法；图9A-B示出根据本发明的实施例的用于垂直记录的非GMR分路的结构；图10示出根据本发明一实施例的GMR分路的形成；图11A和11B示出用于根据本发明的实施例的非GMR分路的两种形状；图12A-B示出根据本发明的实施例的非GMR分路相对于Al2O3层的水平；以及图13是根据本发明一实施例的用于形成具有非GMR分路的磁头的方法的流程图。
具体实施例方式
在下面的对实施例的描述中，请参考形成其一部分的附图，附图以示例方式示出可以实践本发明的特定实施例。将理解，可以利用其他实施例，因为可以进行结构改变而不偏离本发明的范围。
本发明提供一种用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头以及制造用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头的方法。提供分路用于从读传感器分流电荷。该分路与读传感器共面且利用非GMR材料形成。
图1示出根据本发明的存储系统100。在图1中，换能器140处于致动器148的控制之下。致动器148控制换能器140的位置。换能器140写和读磁介质134上的数据，磁介质134被主轴132旋转。换能器140安装在被悬臂144和致动器臂146支承的滑块142上。悬臂144和致动器臂146定位滑块142，使得磁头140与磁盘134的表面处于换能关系(transducingrelationship)。
图2示出根据本发明的存储系统200的一个特定实施例。图2中，示出硬盘驱动器230。驱动器230包括支承和旋转磁盘234的主轴232。安装在外壳255内在框架254上、通过马达控制器238被控制的马达236旋转主轴232。结合的读和写磁头安装在滑块242上，滑块242通过悬臂244和致动器臂246被支承。处理电路250与头交换表示信息的信号，提供用于旋转磁盘234的马达驱动信号，且提供用于移动滑块到各个道的控制信号。在大容量直接存取存储器(DASD)中可以采用多个盘234、滑块242和悬臂244。
当马达236旋转盘234时，滑块242被支承在盘234的表面与气垫面(ABS)248之间的薄的空气垫(气垫)上。这样磁头可用来写信息到盘234的表面上的多个环形道上，以及用来从其读取信息。
图3示出根据本发明一实施例使用基于MR元件的电阻改变检测MR头与记录介质之间的接触的MR传感器的存储系统300。在图3中，换能器310处于致动器320的控制之下。致动器320控制换能器310的位置。换能器310写和读磁介质330上的数据。读/写信号传送到数据通道340。信号处理系统350控制致动器320且处理数据通道340的信号。另外，致动器控制器360通过信号处理系统350被控制从而使读/写换能器310相对于磁介质330移动。但是，本发明不意图限制存储系统300的特定类型或存储系统300中使用的介质330的类型。
图4是用于支承其上安装有磁头的滑块442的悬臂系统400的立体图。在图4中，第一和第二焊料连接404和406将来自传感器440的引线连接到悬臂444上的引线412和424，第三和第四焊料连接416和418将线圈连接到悬臂444上的引线414和426。然而，连接的具体位置可根据头设计而改变。
图5是根据本发明一实施例的垂直磁头500的侧剖视图。写头510包括从ABS延伸到背间隙部分516的主极512和返回极514，背间隙部分516凹进在头中。主极512包括缝合极片(stitched pole piece)518。位于主极512与返回极之间的是绝缘层520，其从ABS延伸到背间隙层516且具有嵌入在其中的至少一个写线圈层522。读头540包括传感器542以及屏蔽件S1 544和S2 546。第一屏蔽层544和第二屏蔽层546保护传感器542免于受杂散磁场影响。为了保护读传感器542，设置分路560。然而，如图6所示，利用GMR材料形成的分路导致不完全线性的传递曲线600。在图6中，除了零磁场620附近的“弯曲610”之外，传递曲线600是线性的。在图5中，读传感器542耦接到非GMR材料560，非GMR材料560用作读传感器542的分路。在图5中，非GMR材料560仅示出为在读传感器542右边，因为与读传感器542的侧面相邻的非GMR材料560在该垂直磁头500的剖视图中未示出。
图7示出根据本发明一实施例包括非GMR分路710的垂直头700的结构。在图7中，用于写头的线圈720在中心清楚可见。非GMR分路710示出在传感器730附近，用于读传感器730的引线740示出为形成在非GMR分路710之上。图7还示出被去除的晶片级ESD保护件760。不仅GMR材料必须被非GMR材料代替从而形成非GMR分路710，而且工艺必须与现有制造技术兼容。
图8A-D示出根据本发明一实施例制造面内电流(CIP)传感器的方法。在图8A中，形成传感器810且沉积类金刚石碳(DLC)820和硬掩模830。光致抗蚀剂832形成在硬掩模之上从而定义传感器的条高和分路线。图8B示出反应离子蚀刻(RIE)840和离子研磨850。进行采用例如O2或CO2化学剂的反应离子蚀刻(RIE)840从而将光图像转移穿过DLC层820，接着通过离子研磨850从而转移该图像到传感器810中。图8C示出氧化铝860的沉积。然后沉积DLC层870。图8D示出硬掩模的CMP辅助顶离(化学机械抛光)去除，围离(fencing)，以及再沉积的材料。DLC可以被反应离子蚀刻880。
图8A-D中定义条高和分路线的工艺示出在图8C中沉积了氧化铝。然而，相同工艺可以用来定义磁读宽度(MRW)。当该工艺用来定义磁读宽度(MRW)时，图8C中的再填充材料860替代地是硬偏置和引线材料。虽然参照CIP传感器描述了图8A-D的工艺，但是该工艺还可以用来形成TMR(隧道磁致电阻)和CPP(电流垂直平面)传感器。
为了用非GMR材料代替分路线，非GMR材料的选择例如其化学、物理和电属性是重要的。例如，非GMR材料的化学属性应包括在抛光期间对CMP浆是不活泼的。非GMR材料的物理属性应耐CMP(与传感器类似的速率)，对DLC具有良好的粘合性，最重要的，非GMR必须具有与传感器相等和更高的离子研磨速率。电属性应包括是有效分路且具有与传感器类似的薄层电阻。为了提供这些电属性，材料的厚度可被调节从而实现所需的薄层电阻或者分路面积可以设计来提供期望的薄层电阻。
图9A-B示出根据本发明的实施例的用于垂直记录的非GMR分路的结构。根据传感器的厚度，非GMR分路可具有两种结构。非GMR分路的结构的第一实施例可包括Ta/Cr/Ta。Ta 910以两相存在阿尔法和贝它。阿尔法是低电阻而贝它是高电阻。在Ta(1)/Cr/Ta(2)结构中，Cr 920使Ta(1)910处于贝它相且使Ta(2)930处于阿尔法相。调节Ta(1)910和Cr 920的厚度从而实现所需的薄层电阻和与传感器类似的离子研磨速率。如果粘合不是问题的话，Ta(2)930可以被去除，即该结构可以是Ta/Cr。
非GMR分路的结构的第二实施例可包括Ta/NiCr/Ta。例如，非GMR分路的结构可以是Ta/NiCr、NiCr/Ta、Ta/NiCr/Ta或NiCr。图9B示出具有第一Ta层960、NiCr层970和第二Ta层980的Ta/NiCr/Ta结构。NiCr 970具有与传感器相同的薄层电阻。添加Ta来调节其薄层电阻和相对于传感器的离子研磨速率。如果需要的话，使用阿尔法低电阻相的Ta来调节NiCr的薄层电阻。虽然借助于图9A和9B示出两个实施例，但是本领域技术人员将意识到，本发明可包括用于垂直记录的非GMR分路的其它结构。
图10示出根据本发明一实施例非GMR分路的形成。利用传统工艺形成传感器1010。用于形成非GMR分路的形状的光致抗蚀剂1020形成在传感器1010之上。暴露的传感器材料利用例如离子研磨技术被去除，然后开口被再填充以非GMR材料1030。例如，如上所述，非GMR材料可包括NiCr/Ta或Ta/Cr/Ta。
为了使非GMR材料1030的薄层电阻和离子研磨速率与传感器1020匹配，例如，非GMR材料1030可以被调节为具有比传感器更高的离子研磨速率、更厚，且实现与传感器相同的薄层电阻。在此情况下，离子研磨可以更深。之后，光致抗蚀剂1020被去除。例如，光致抗蚀剂可以利用起皱烘焙(wrinkle bake)和顶离(lift-off)工艺被去除。然后，额外的处理例如道宽/条高的形成及传感器引线1040的形成，形成于非GMR分路1030之上。图8A-B详细描述了在非GMR分路的形成之后定义分路和条高的工艺。
图11A和11B示出根据本发明的实施例的用于非GMR分路的两种形状1110和1120。图12A-B示出根据本发明的实施例非GMR分路1210相对于Al2O3层1220的水平。非GMR分路1210相对于Al2O3层1220的相对水平取决于研磨和回填步骤。非GMR分路1210可以如图12A所示地与Al2O3层1220共面或者如图12B所示地低于Al2O3层1220。因为非GMR材料应如图12A所示地与传感器共面或者如图12B所示地稍微低于传感器，所以必须控制非GMR堆叠的厚度从而实现期望的薄层电阻。
图13是根据本发明一实施例形成具有非GMR分路的磁头的方法的流程图1300。1310形成传感器。1320在传感器之上形成用于形成非GMR分路的形状的光致抗蚀剂层。1330去除暴露的传感器材料。1340开口被再填充以非GMR材料。1350光致抗蚀剂和任何过多的非GMR材料利用例如顶离工艺被去除。进行最后的头处理1360。
为了示例和描述已经给出了本发明的示例性实施例的以上描述。其不意图穷尽和限制本发明于所公开的精确形式。根据以上教导，许多修改和变型是可行的。本发明的范围不限于该详细描述，而是由所附权利要求来定义。
权利要求
1.一种制造用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头的方法，包括形成传感器；在该传感器之上沉积具有预定形状的光致抗蚀剂层；去除该传感器的通过该光致抗蚀剂层暴露的部分从而形成空缺；用非GMR材料再填充该空缺；以及去除该光致抗蚀剂层。
2.如权利要求1所述的方法，还包括去除该光致抗蚀剂层之后进行最后的头处理。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述最后的头处理包括形成道宽、形成条高和形成传感器引线。
4.如权利要求1所述的方法，其中去除所述光致抗蚀剂层还包括进行起皱烘焙及然后顶离该光致抗蚀剂层。
5.如权利要求1所述的方法，其中去除所述暴露的传感器材料还包括离子研磨所述暴露的传感器材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中用非GMR材料再填充该空缺还包括沉积NiCr/Ta。
7.如权利要求1所述的方法，其中用非GMR材料再填充该空缺还包括沉积Ta/Cr/Ta。
8.如权利要求1所述的方法，其中该非GMR分路形成为与Al2O3层共面。
9.如权利要求1所述的方法，其中该非GMR分路形成为低于Al2O3层。
10.如权利要求1所述的方法，其中该非GMR分路形成为延伸高于Al2O3层。
11.一种读头，包括读传感器；以及分路，与该读传感器共面地形成，其中该分路包括非GMR材料。
12.如权利要求11所述的读头，还包括形成在该非GMR分路之上的传感器引线。
13.如权利要求1所述的方法，其中该非GMR材料还包括NiCr/Ta。
14.如权利要求1所述的方法，其中该非GMR材料还包括Ta/Cr/Ta。
15.一种存储器，包括磁记录介质，用于在其上记录数据；滑块，具有耦接到该滑块的垂直读/写头，该读头包括读传感器；马达，耦接到该磁记录介质，用于移动该磁记录介质；以及致动器，耦接到具有所述垂直读/写头的所述滑块，用于相对于所述磁记录介质移动所述垂直读/写头；其中该垂直读/写头还包括与该读头的所述读传感器共面且包括非GMR材料的分路。
16.如权利要求15所述的存储器，还包括形成在该非GMR分路之上的传感器引线。
17.如权利要求15所述的存储器，其中该非GMR材料还包括NiCr/Ta。
18.如权利要求15所述的存储器，其中该非GMR材料还包括Ta/Cr/Ta。
19.一种读头，包括用于检测记录在磁介质上的数据的装置；以及用于从所述用于检测数据的装置分流电荷的装置，所述用于分流的装置与所述用于检测数据的装置共面且包括非GMR材料。
20.一种存储器，包括用于在其上记录数据的装置；用于使垂直读/写装置飞行的装置，该垂直读/写装置包括用于检测写在所述用于记录数据的装置上的数据的装置；装置，耦接到所述用于记录数据的装置，以用于移动所述用于记录数据的装置；以及装置，耦接到所述用于飞行的装置，以用于相对于所述用于记录数据的装置移动所述用于飞行的装置；其中该读/写装置还包括用于从所述用于检测数据的装置分流电荷的装置，该用于分流的装置与所述用于检测数据的装置共面且包括非GMR材料。
全文摘要
本发明涉及一种用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头以及制造用于垂直记录的具有非GMR分路的磁头的方法。设置分路用于从读传感器分流电荷。该分路与读传感器共面形成且利用非GMR材料制成。
文档编号G11B5/235GK1949365SQ200610142349
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月10日 优先权日2005年10月11日
发明者迈克尔·费尔德鲍姆, 李邝, 李显邦, 尼尔·L·罗伯逊, 查尔斯·G·西格尔第三 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司