专利名称：：垂直磁记录磁头及其制造方法
技术领域：
：根据本发明的装置和方法涉及一种垂直磁记录(PMR)磁头及其制造方法，更具体地，涉及一种PMR》兹头，其中石兹抚(yoke)长度被大大减小以改善高频记录特性。
背景技术：
：》兹i己录方法可以主要分为水平石兹i己录(longitudinalmagneticrecording)方；去禾口垂直石兹i己录(perpendicularmagneticrecording)方》去。在;^平石兹i己录方〉去中，通过使磁性层(magneticlayer)磁化为平行于磁性层的表面来记录数据，而在PMR方法中，通过使磁性层磁化为垂直于磁性层的表面来记录数据。因为垂直^B己录方法在记录密度方面更优于水平》兹记录方法，所以已经进行了开发PMR磁头的各种结构的研究。图1为常规垂直磁记录(PMR)磁头IO的截面图。参考图1,常规PMR石兹头10包括记录磁头单元和再现石兹头单元(reproductionheadunit)。记录石兹头单元包4舌主》兹才及(mainpole)22、返回磁轭(returnyoke)24、次;兹轭(sub-yoke)28以及线圈26。再现》兹头单元包括两个磁屏蔽层30和夹置在磁屏蔽层30之间的磁阻(MR,magnetoresistance)器件32。线圈26形成为螺线管型(solenoidtype)以围绕主石兹才及22和次石兹4厄28。当向线圈26供给电流时，主f兹才及22、次石兹專厄28和返回磁辄24形成磁场的磁路。从主磁极22行进到记录媒介(未示出)的磁场在垂直方向磁化记录媒介的记录层，并且返回到返回磁扼24从而将数据写在记录媒介上。而且，MR器件32的电阻响应于由记录媒介的记录层的磁化产生的磁信号而改变，使得可以读取写到记录媒介的数据。为了增加常规PMR磁头10的记录密度，有必要改善常规PMR磁头10的高频记录特性。可以通过在高频范围内保持强的记录场并且同时缩短记录场的上升时间(risetime)来改善常规PMR磁头10的高频记录特性。为了缩短记录场的上升时间，减小常规PMR磁头10的电感和涡流(eddycurrent)损失是非常重要的。图2为示出根据图1中示出的常规PMR磁头IO的磁轭长度YL和图1中示出的主/F兹极22的电阻率p的记录场的上升时间的曲线图。参考图2,可以看出可以通过减小常规PMR磁头10的磁轭长度YL以及通过利用具有高电阻率p的材料形成主磁极22来缩短记录场的上升时间。然而，主磁极22的材料的确定不仅要考虑主磁极22的电阻率而且也要考虑主》兹极22的电阻率与其他物理特性诸如饱和；兹化强度(saturationmagnetization)以及》兹导率(magneticpermeability)之间的平4軒。因此，通过减小磁轭长度YL可以更有效地改善常规PMR磁头10的高频记录特性。然而，当只是减'J、磁轭长度YL来改善常规PMR磁头10的高频记录特性时，线圈的匝数也被减小从而引起记录场的牺牲。图3为示出相对于线圈的匝数的记录场的曲线图。参考图3，可以看出当线圈的匝数的减小时，记录场也减小。
发明内容本发明的示范性实施例提供一种垂直磁记录(PMR)磁头及其制造方法，使得即使减小磁轭长度和线圈的匝数，记录场的减小也被最小化从而增加记录密度。根据本发明的一个方面，提供了一种PMR磁头，包括主磁极；线圈，其围绕主磁极成为螺线管型以使主磁极产生在记录媒介上记录数据所需的石兹场；以及返回磁轭，其与主i"兹极一起形成i兹场的/f兹路并且具有与主,兹极相对设置的喉部(throat),而且该返回磁辄和主磁才及之间具有间隙。间隙设置在气垫面(ABS,airbearingsurface)附近的一端比间隙的另一端薄。间隙可以具有锲型形状。主石兹极可以向ABS变细。线圈可以围绕主石兹4及一次。根据本发明的另一个方面，提供了一种制造PMR磁头的方法，该PMR磁头包括主磁极、围绕主石兹极成为螺线管型的线圈以及具有与主磁极相对设置的喉部的返回磁轭，且返回磁轭和主磁极之间具有间隙。该方法包括依次形成下线圈层、主磁极以及第一绝缘层；在第一绝缘层上形成上线圈层；在上线圈层上形成第二绝缘层；刻蚀第一和第二绝缘层使得间隙从上线圏层向ABS变细；以及形成具有与间隙相对设置的喉部的返回磁辄。根据本发明的再一个方面，提供的垂直磁记录(PMR)磁头，包括主磁极、围绕主;兹极的单匝线圈、以及返回磁辄，该返回磁扼具有设置在主磁极上的第一部分和与主磁极分隔开以形成间隙的第二部分。间隙设置在气垫面(ABS，airbearingsurface)附近的一端比该间隙的相反端薄。通过参考附图对示范性实施例进行详细描述，本发明的以上和其他的特征和方面将变得更明显，其中图1为常规垂直磁记录(PMR)磁头的截面图2为示出根据图1的常规PMR磁头的磁轭长度和主磁极的电阻率的记录场的上升时间的曲线图3为示出相对于线圈的匝数的记录场的曲线图4为根据本发明的示范性实施例的PMR磁头的截面图5为根据本发明的另一个示范性实施例的PMR磁头的截面图6为图4中示出的PMR^兹头的记录场和根据比较例的PMR磁头的记录场的上升时间以及记录电流的上升时间的曲线图7为示出图4和5中示出的PMR磁头以及根据比较例的PMR磁头的记录场的轮廓(profile)的曲线图8A到8G为图解根据本发明的示范性实施例制造PMR磁头的方法的截面图9A到9E为图解根据本发明的另一个示范性实施例制造PMR磁头的方法的截面图。具体实施例方式下面将参考附图对本发明进行更全面的描述，其中示出本发明的示范性实施例。整个说明书中，相同的附图标记用来指明相同的元件。在附图中，为了清晰而夸大了层和区域的厚度。图4为根据本发明的示范性实施例的垂直磁记录(PMR)磁头100的截面图。参考图4，PMR磁头100包括主磁极120、线圈C以及返回磁辄130。向线圈C供给电流以使主磁极120产生朝向记录媒介(未示出)的记录场。返回磁轭130与主磁极120—起形成磁场的磁路。PMR磁头100沿向下轨迹(downtrack)方向(Y方向)相对于与气垫面(ABS，airbearingsurface)隔开预定距离的记录媒介移动，并且通过来自主》兹极120的记录场在垂直方向(Z方向)磁化记录媒介以在记录媒介上写数据。典型地，PMR磁头100还包括用于读取写到记录媒介的数据的再现磁头(未示出)。主磁极120和返回磁轭130由磁性材料形成从而形成由线圈C产生的记录场的磁路。具体地，用来向记录媒介施加写数据所需的磁场的主磁极120由具有相对高的饱和磁通密度(saturationfluxdensity)Bs的材料形成,因为集中在主磁极120的端部(endtip)的磁场的密度由主磁极120的饱和磁通密度Bs限制。通常，主磁极120由具有高于返回磁辄130的饱和磁通密度Bs的磁性材料形成。例如，主磁极120可以由NiFe、CoFe或者CoNiFe形成。返回磁轭130可以形成为具有高于主磁极120的^"兹导率使得返回磁辄130能够对高频磁场内的改变具有高速响应。在这种情况下，返回磁辄130可以由诸如NiFe的》兹性材料形成并且通过控制Ni对Fe的含量比(contentratio)具有适当的饱和磁通密度Bs和磁导率。返回磁轭130包括与主磁极120相对设置的喉部(throat)130a，且返回磁轭130和主磁极120之间具有间隙140。间隙140用于形成,兹路，来自主磁极120的磁场经由记录媒介通过该磁路返回到返回磁扼130。间隙140典型地由诸如八1203的非磁性材料填充。间隙140的特征为:具有厚度为gl的前端(或者接近ABS的端)，厚度gl小于间隙140的后端的厚度g2。间隙140的前端的厚度gl的范围可以为从约15nm到约40nm,间隙140的后端的厚度g2的范围可以为从约100nm到200nm。间隙140可以具有例如从间隙140的后端到间隙140的前端变细的楔形(wedgeshape)。当间隙140的厚度增加时，施加到记录媒介的记录场的密度也增加。然而，场梯度(fieldgradient)随着间隙140厚度的减小而增加。因此，在本发明中，间隙140的两端形成为具有不同的厚度gl和g2使得间隙140的后端的分路通量(shuntingflux)4皮减小以增加i己录场和场梯度。由于以上所描述的i殳计，可以在相同石兹通势(magnetomotiveforce)的条件下改善场分布，因此最小化线圈的匝数。在本发明中，线圈C围绕主磁极120—次成为螺线管型。而且，因为返回^兹轭130形成在薄绝缘层上，该薄绝^^层被设置在线圈C上以使返回磁轭130与线圈C绝缘，磁轭长度YL由喉部的高度TH和一臣线圈C的宽度粗略地定义。因此，在本发明中，磁轭长度YL被最小化为约2pm或者更小。图5为根据本发明的另一个示范性实施例的PMR磁头200的截面图。参考图5,PMR磁头200包括主磁极220、线圈C和返回磁扼230。向线圈C供给电流以使主磁极220可以产生向记录i某介(未示出)写数据所需的记录场。返回磁轭230与主/F兹极220—起形成》兹场的磁路。返回磁辄230包括与主磁极220相对设置的喉部230a,并且返回磁扼230和主磁极220之间具有间隙240。除了与间隙240相对设置的主石兹极220的端部形状之外，当前实施例与前一个实施例大扭无相同。具体地，主石兹极220的端部朝向ABS变细从而增加将磁场集中到设置在ABS附近的主磁极220的端部的效果。与前一个实施例相似，间隙240具有厚度为gl的前端，该厚度gl小于间隙240的后端的厚度g2,从而优化记录场的分布。而且，线圈C围绕主磁极220—次成为螺线管型，从而磁轭长度YL被最小化为约2pm或者更小。在具有以上所描述的结构的PMR石兹头100和200中，利用^又由一匝线圈C引起的磁动势而不使用用于辅助磁场集中到主磁极的端部的常规的次磁轭，可以向记录媒介施加足够的记录场。从而，磁轭长度YL可以被最小化到约2(im或者更小，并且可以大大减小整个》兹路的长度，因此增强高频记录特性。下文中，将参考图6、图7以及表1对图4和图5中示出的PMR磁头100和200的改良的记录特性进行描述。图6为图4中示出的PMR石兹头100的记录场和根据比较例的PMR磁头的记录场的上升时间以及记录电流的上升时间的曲线图，在图4所示的PMR磁头100中磁辄长度YL为1.5|Lim,比较例中的^兹轭长度YL为10jum。在根据比较例的PMR磁头中，线圈围绕主磁极一次从而在相同的磁动势的条件下比较这两个PMR磁头。参考图6，对于其上升时间为100ps的记录电流来说，具有较短的石兹轭长度的PMR^兹头100中^5兹场的上升时间较短。图7为示出图4和5中示出的PMR磁头100和200以及根据比较例的PMR磁头的记录场的分布的曲线图，具体地，当PMR磁头100和200具有不同的喉部高度TH时，在向下轨迹方向测量记录场，向下轨迹方向是PMR磁头相对于记录媒介移动的方向。参考图4和图5,向下轨迹方向为Y方向。参考图7，除了具有0.2)Lim的喉部高度TH的PMR磁头100之外的PMR磁头具有与根据比较例的PMR磁头几乎相同的磁场特性，其中比较例具有三匝线圈和10|um的磁轭长度YL。考虑到当供给相同的电流时，根据本发明的示范性实施例的每个PMR石兹头100和200的》兹动势仅为根据比较例的PMR^兹头的^兹动势的1/3，因此可以看出，本发明对改善-兹场特性是非常有效的。表l示出更具体的数据，也就是，分别示出当喉部高度TH为0.1、0.15和0.2nm时相对于电流的记录特性参数的模拟结果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>8在表1中，Hw表示记录场，Hr表示返回场，Hw—eff表示有效的记录场。记录场Hw是在记录场分布中测量的最大值并且应该充分高以使数据能够被记录到记录媒介。在记录场分布中写入数据所沿方向的相反方向上产生返回场Hr。从而，高的记录场Hw和低绝对值的返回场Hr提供了用以记录的有利的条件。在表1中，记录场Hw和返回场Hr是垂直分量(perpendicularcomponent),考虑到水平分量也对垂直记录有贡献，有效记录场Hw—eff除包括垂直分量外还包括水平分量。当Z方向为垂直方向时，有效记录场Hw—eff由公式1定义场梯度影响信噪比(SNR)并且由表1中的梯度1和梯度2代表，梯度1和梯度2分别表示在记录场为8000Oe位置处测量的与记录媒介的矫顽力(coerciveforce)相对应的场梯度和最大场梯度。参考表1，除喉部的高度TH为0.2)_im的情况之外，在根据图4和图5的示范性实施例的大部分情况中，记录场大于比较例的记录场，返回场的绝对值小于比较例的返回场的绝对值，并且提高了场梯度。而且，考虑到根据比较例的PMR磁头具有三匝线圈并且具有3倍于根据本发明的示范性实施例的PMR磁头100和200中每个磁头的^兹动势，因此可以看出PMR磁头100和200的记录场特性被大大改善。图8A到8G图解根据本发明的示范性实施例的PMR磁头300的制造方法的截面图。在图8A到8G的每个图中，左截面图为沿Y-Z平面剖取的，右截面图为沿ABS剖取的。而且，在PMR磁头300(见图8G)驱动期间，Y方向与向下4九迹方向相对应。参考图8A，绝缘层313、下线圈层316、主磁4及319以及第一绝缘层322形成在》兹屏蔽层310上。最初，绝缘层313的一部分形成在,兹屏蔽层310上。为了镀敷(plating)而形成种层(seedlayer),实施光刻工艺和镀敷工艺，从而形成下线圈层316,然后形成覆盖下线圈层316的绝缘层313的一部分。虽然附图中没有显示，包括磁阻(MR,magnetoresistance)器件的再现-磁头典型地形成在f兹屏蔽层310之下。主石兹极319通过将具有高饱和磁通密度Bs的诸如CoFe和CoNiFe的磁性材料沉积在绝缘层313上或者通过为绝缘层313镀敷磁性材料而形成。此后，第一绝缘层322形成在主磁极319上。设置第一绝缘层322以将主磁极319与将要形成在主》兹极319上的返回磁扼绝缘，并且通过利用原子层沉积(ALD,atomiclayerdeposition)方法沉积A1203形成第一绝缘层322。参考图8B，上线圈层325形成在第一绝缘层322上，使得上线圈层325通过连接部分(未示出)与下线圏层316连接以形成为围绕主磁极319的螺线管型的线圈。在本发明中，该线圈围绕主磁4及319—次(即，一压)从而最小化磁轭长度YL。参考图8C和8D，形成楔形间隙。详细地，参考图8C，形成第二绝缘层328以覆盖上线圈层325。例如，利用ALD4支术沉积A1203并且刻蚀第二绝缘层328。在这种情况下，可以采用干法刻蚀工艺，例如，离子束刻蚀(IBE,ionbeametching)工艺。利用离子入射角控制刻蚀轮廓使得刻蚀工艺之后留下的第一绝缘层322和第二绝缘层328的厚度总和在ABS附近较小。间隙由设置在上线圈层325左方的第一绝缘层322和第二绝缘层328的部分的形状限定。参考图8E,再次将绝缘材料沉积在上线圈层325上，以便覆盖上线圈层325由刻蚀工艺暴露的部分。例如，利用ALD技术沉积A1203。在这种情况下，绝缘材料被沉积为覆盖上线圈325由刻蚀工艺暴露的部分的最小的厚度。参考图8F,形成连接部分(connectionportion)以使主》兹极319和之后将形成的返回磁轭连接。具体地，第一绝缘层322和第二绝缘层328的形成在主磁极319的后端的顶表面处或者ABS对面处的部分被刻蚀以暴露主磁极319。参考图8G,通过沉积诸如NiFe或者CoNiFe的磁性材料或者为第二绝缘层328镀敷这样的材料形成返回磁轭331。虽然如图8G的右侧所显示，返回磁轭331形成为周围包裹(wrap-around)型以围绕主磁极319的端部，但返回磁辄331也可以仅形成在主磁极319上。在以上所描述的工艺中，可以制造PMR磁头300,其中设置在ABS附近的间隙的前端比该间隙的后端薄并且磁轭长度YL被最小化。图9A到9E为图解根据本发明的另一个实施例的PMR磁头400的制作方法的截面图。在图9A到9E的每个图中，左截面图为沿Y-Z平面剖取，并且右截面图为沿ABS剖取。而且，在PMR磁头400(见图9E)的驱动期间，Y方向与向下轨迹方向相对应。当前实施例的特征为使主磁极319形成为具有向ABS逐渐变小的厚度。参考图9A，下线圈层316、主磁极319、第一绝缘层322、上线圈层325以及第二绝缘层328按照与以上参考图8A到8C所描述的相同的方式形成。参考图9B,形成锲型间隙，还形成具有4契型端部的主,兹极319'。在这种情况下，可以使用诸如IBE工艺的干法刻蚀工艺。利用离子入射角控制刻蚀轮廓使得绝缘层322和328和主;兹极319'向ABS变细。参考图9C,沉积绝缘材料以覆盖由刻蚀工艺暴露的上线圈层325的部分和主磁极319'的端部。在这种情况下，利用ALD技术沉积A1203。间隙由第一绝缘层322和第二绝缘层328设置在上线圈层325的左方的部分的形状限定。参考图9D，实施刻蚀方法以暴露主^兹极319'的后端的顶表面。参考图9E，形成返回》兹轭331。在以上描述的工艺中，可以制造PMR磁头400使得主磁极319'的端部向ABS变细，设置在ABS附近的间隙的前端比该间隙的后端薄并且磁辄长度YL被最小化。根据以上所描绘的方法，不需要形成次磁^^的工艺，并且省略了单独使返回磁扼的端部成形的工艺，使得可以用比常失见方法数量更少的工艺制造用于在高记录密度下磁性记录数据的PMR磁头。而且，根据本发明的以上所描述的方法的特征为形成锲型间隙和螺线管型一匝线圈以缩短磁轭长度。从而，仅仅示例性地提供其他过程，使得如果必要将改变其顺序和细节。在根据本发明的PMR磁头中，即使缩短磁轭长度YL和减小每个线圈的匝数，记录场的减少也被最小化。从而，即使使用一匝线圈，根据本发明的PMR磁头也可能具有与使用三匝线圈的常规PMR磁头大约相同的记录场特性。而且，因为根据本发明的PMR磁头具有比常规PMR磁头短的磁轭长度，所以PMR磁头具有适用于高密度记录工作的好的高频记录特性。此外，在制造根据本发明的PMR磁头的方法中，形成次磁轭的工艺是不必要的，并且省略了使返回磁轭的端部成形的工艺。从而，大大减小了工艺数量以便于PMR磁头的大量生产。尽管参考示范性实施例部分地显示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解的是，可以在不脱离如权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种形式和细节上的改变。权利要求1.一种垂直磁记录磁头，其包括主磁极；线圈，其围绕所述主磁极成为螺线管型以使所述主磁极产生在记录媒介上记录数据所需的磁场；以及返回磁轭，其与所述主磁极一起形成磁场的磁路并且具有与所述主磁极相对设置的喉部，而且所述返回磁轭和所述主磁极之间具有间隙，其中所述间隙设置在气垫面附近的一端比所述间隙的另一端薄，使得所述喉部从所述间隙的所述另一端到所述间隙的所述一端变细。2.如权利要求1所述的垂直磁记录磁头，其中所述间隙为锲形。3.如权利要求1所述的垂直》兹记录磁头，其中所述主》兹极向所述气垫面变细。4.如权利要求1所述的垂直i"兹记录f兹头，其中所述间隙设置在所述气垫面附近的所述一端具有约15到40nm的厚度。5.如权利要求4所述的垂直磁记录磁头，其中所述间隙的所述另一端具有约100nm到200nm的厚度。6.如权利要求1所述的垂直-兹记录》兹头，其中所述线圈围绕所述主/f兹极一次。7.—种垂直磁记录磁头的制造方法，所述垂直磁记录磁头包括主磁极、围绕所述主磁极成为螺线管型的线圈以及具有与所述主磁极相对设置的喉部的返回磁辄，而且所述返回石兹扼和所述主磁极之间具有间隙，所述方法包括..依次形成下线圈层、所述主》兹极以及第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成上线圈层；在所述上线圏层上形成第二绝缘层；刻蚀所述第一绝缘层和所述第二绝缘层使得所述间隙设置在气垫面附近的一端比所述间隙的另一端薄；以及形成具有与所述间隙相对设置的所述喉部的所述返回磁轭。8.如权利要求7所述的方法，其中利用原子层沉积技术形成每个所述第一绝缘层和所述第二绝缘层。9.如权利要求7所述的方法，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的所述刻蚀还包括刻蚀所述主磁极使得所述主磁极从所述主;兹极的靠近所述上线圏层的另一部分向所述主磁极的靠近所述气垫面的端部变细；以及沉积第三绝缘层以覆盖由所述刻蚀工艺暴露的所述主磁极的一部分和所述上线圈层。10.如权利要求9所述的方法，其中利用原子层沉积技术形成所述第三绝缘层。11.如权利要求7所述的方法，其中所述线圈围绕所述主磁极一次。12.如权利要求7所述的方法，其中形成具有与所述间隙相对设置的所述喉部的所述返回石兹扼包括使所述返回》兹轭形成为周围包裹型以围绕所述主磁il设置在所述气垫面附近的端部。13.—种垂直》兹记录磁头，其包括主磁极；单匝线圈，其围绕所述主石兹极；以及返回磁轭，其具有设置在所述主磁极上的第一部分和与所述主磁极分隔开以形成间隙的第二部分，其中所述间隙设置在气垫面附近的一端比所述间隙的相对端薄。14.如权利要求13所述的垂直磁记录磁头，其中所述间隙为锲形。15.如权利要求13所述的垂直磁记录磁头，其中磁轭长度为2)dm或者更小。16.如权利要求13所述的垂直磁记录磁头，其中所述主磁极由具有高于所述返回i兹辄的饱和磁通密度的石兹性材料形成。17.如权利要求16所述的垂直磁记录磁头，其中所述主石兹极由选自NiFe、CoFe和CoNiFe的材料形成。全文摘要本发明提供一种垂直磁记录(PMR)磁头及其制造方法。该PMR磁头包括主磁极；线圈，其围绕主磁极成为螺线管型以使主磁极可以产生用于在记录媒介上记录数据所需的磁场；以及返回磁轭，其与主磁极一起形成磁场的磁路并且具有与主磁极相对设置的喉部，而且返回磁轭和主磁极之间具有间隙。该间隙设置在气垫面(ABS，airbearingsurface)附近的一端比该间隙的另一端薄，使得喉部从间隙的该另一端向间隙的该一端变细。文档编号G11B5/31GK101388217SQ20081021445公开日2009年3月18日申请日期2008年8月26日优先权日2007年9月12日发明者金恩植,鲜于国贤申请人:三星电子株式会社