專利名稱：用于垂直記錄的寫入極制造技術(shù)
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁頭，并且，更具體地說，本發(fā)明涉及具有拖尾(trailing)防護結(jié)構(gòu)的頭的制造。
背景技術(shù)：
在典型的頭中，感應(yīng)寫入頭包括嵌入在第一、第二和第三絕緣層(絕緣堆(insulation stack))中的線圈層，絕緣堆位于第一和第二極片層之間。在第一和第二極片層之間，由在寫入頭的氣墊表面(ABS，air bearing surface)上的間隙層形成間隙。極片層在后間隙處連接。電流通過在極片中產(chǎn)生磁場的線圈層傳導(dǎo)。為將多個比特的磁場信息寫入移動介質(zhì)上的軌道(如旋轉(zhuǎn)磁盤上的環(huán)形軌道或移動磁帶上的縱向軌道)的目的，磁場從ABS的間隙邊緣(fringe)穿過。
第二極片層具有從ABS延伸到張開點(flare point)的極尖(pole tip)部分、以及從張開點延伸到后間隙的軛(yoke)部分。張開點是第二極片開始展寬(張開)以形成軛的地方。張開點的放置直接影響為將信息寫到記錄介質(zhì)上而產(chǎn)生的磁場的大小。由于磁通量隨著其沿狹窄的第二極尖的長度行進而衰減，所以縮短第二極尖將增加到達記錄介質(zhì)的通量。因此，可通過主動將張開點放置到鄰近ABS的地方來優(yōu)化性能。
圖1A示意性地顯示了傳統(tǒng)的記錄介質(zhì)，如與傳統(tǒng)磁盤記錄系統(tǒng)一同使用的介質(zhì)。此介質(zhì)用于將磁脈沖記錄到介質(zhì)自身中，或記錄到平行于介質(zhì)自身的平面。記錄介質(zhì)，此實例中的記錄盤主要包括適合的非磁性材料如玻璃的支持襯底100、以及適合的傳統(tǒng)磁層的上覆層102。
圖1B示出了傳統(tǒng)的記錄/回放頭104以及如圖1A的傳統(tǒng)的記錄介質(zhì)之間的操作關(guān)系，其中，傳統(tǒng)的記錄/回放頭104優(yōu)選地可為薄膜頭。
由于期望縱向記錄來達到因超順磁效應(yīng)而造成的其大約140Gbit/in2的最大值，所以，已將努力專注于垂直記錄以擴大面密度。
圖2A示意性地顯示了與記錄介質(zhì)的表面基本垂直的磁脈沖的方向。為了這樣的垂直記錄，介質(zhì)包括具有高磁導(dǎo)率的材料的下層302。然后給此下層302配備磁性材料的上覆層304，其中，該磁性材料優(yōu)選具有相對于下層302較高的矯頑性。
圖2A和2B(未按比例繪制)中顯示了具有垂直頭300的存儲系統(tǒng)的兩個實施例。圖2B中顯示的記錄介質(zhì)包括上面與圖2A相關(guān)的描述的高磁導(dǎo)率下層302以及磁性材料的上覆層304。然而，將這些層302和304均示出為敷在適合的襯底306。
通過此結(jié)構(gòu)，在記錄頭的極之間延伸的磁通線循環(huán)進出記錄介質(zhì)覆層的外表面，其中，該記錄介質(zhì)外表面覆有記錄介質(zhì)的高磁導(dǎo)率下層，其使得通量線以通常垂直于介質(zhì)表面的方向通過覆層，以在介質(zhì)的硬磁覆層之中以磁脈沖的形式記錄信息，其中，該磁脈沖的磁化軸與介質(zhì)表面基本垂直。軟性下覆層302引導(dǎo)通量回到頭300的返回層(P1)。
圖2C顯示了類似的結(jié)構(gòu)，其中，襯底306在其兩個相對面的每個上承載有層302和304，而適合的記錄頭300與介質(zhì)的每個面上的磁性覆層304的外表面相鄰地定位。
對垂直頭設(shè)計的研究的一個領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂陂_發(fā)可工業(yè)制造的制造過程，以形成寫入極。與寫入極長寬比為～4∶1的縱向頭設(shè)計不同，垂直寫入極設(shè)計需要2∶1的長寬比以及～15度斜角，以使鄰接軌道干擾最小化。由于面密度接近120Gb/in2或更高，所以，寫入極的軌道寬度按比例減小到140nm或更低。在這些尺寸下，寫入極不穩(wěn)定性(記憶問題(reminiscent issue)，如在終止了頭的電源之后的寫入繼續(xù))成為一個問題，并需要在寫入極中實現(xiàn)層疊(lamination)技術(shù)。然而，層疊妨礙了形成寫入極的電鍍的使用。
在制造方面，諸如HSU、從氣墊表面(ABS)起的防護厚度、以及間隙控制的因素對于達到有效寫入場的偏角調(diào)節(jié)效應(yīng)(angling effect)很重要。在制造期間，必須嚴(yán)格地控制間隙。在滑塊研磨(lapping)中，必須精確控制從ABS起的防護厚度。必須考慮下面給出的參數(shù)，以達到最優(yōu)有效寫入場。
為了更窄的軌道寬度，已迫切地提出了對于更高的面密度的持續(xù)要求。由于垂直寫入極的長寬比為2∶1，并且，由于對于200Gbit/in2的面密度，寫入極軌道寬度接近～102nm，所以，寫入極的厚度將約為典型的原始層(seed-layer)的厚度。制造拖尾防護寫入極的困難在于設(shè)計一個具有對寫入間隙的嚴(yán)格控制的處理，并在寫入間隙的頂端制造對寫入間隙或?qū)懭霕O具有最小的損害的結(jié)構(gòu)。對間隙厚度的精確控制是很重要的，這是由于如果間隙太薄，則太多通量流到防護。如果間隙太厚，則進入介質(zhì)的通量角不是所期望的，因為當(dāng)以相對盤表面的某個角度(如45度)進入介質(zhì)時，通量最有效。因此，間隙厚度必須接近完美。
本發(fā)明的單極拖尾防護(SPT)設(shè)計對單極(SP)設(shè)計的改進可由Stoner-Wohlfarth模型說明。圖3為作為主紋理角(grain angle)的函數(shù)的H-紋理角的曲線圖?？梢钥闯?，對于紋理角的分布，增加H和平均紋理角之間的角度可使切換場的分布減小1/2，由此使有效場增加2倍并減小抖動。
圖4為寫入器400的部分側(cè)視圖。當(dāng)從ABS到介質(zhì)402的軟性下層的距離(HSU)等于寫入間隙(GAP)的長度時，在設(shè)計中達到最佳場角，其中，該寫入間隙為拖尾防護404的末端和寫入極406之間的距離。因為在介質(zhì)402的軟性下層和拖尾防護404之間越來越多地共享部分通量，所以在防護404被置于更接近寫入極片406的位置時，寫入場減小。通過控制拖尾防護404的厚度、GAP、HSU，并將寫入極的張開點置于更接近ABS的位置，來使此問題好轉(zhuǎn)。
為達到最優(yōu)的有效場角，需要嚴(yán)格控制間隙和防護厚度，如圖5所示。
這樣的設(shè)計提供的好處包括1)增加dH/dX2)減小部分擦除3)改進飽和4)減小介質(zhì)噪聲5)傾斜場使得更容易寫入到S-W介質(zhì)上過去，波紋和圖像傳輸技術(shù)(DITT)被視為形成傾斜15度長寬比為2∶1的寫入極的方法。然而，由于需要實現(xiàn)層疊來減小寫入不穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)并不合需要。
作為對DITT的替換方法，新出現(xiàn)了離子銑削(ion milling)，來制造層疊的寫入極，但不可直接將其延伸到拖尾防護寫入極設(shè)計以借此嚴(yán)格地控制了寫入極和防護(拖尾防護)之間的間隙厚度。
此外，在亞微米軌道寬度的尺寸上，由離子銑削制造的極片易損，并且，移除極的頂端(再沉積)和側(cè)面(圍層(fencing))上再沉積的材料將更加困難。
需要一種制造在垂直記錄頭中使用的層疊的寫入極和精確厚度的寫入間隙的有效且可靠的方法。
本發(fā)明介紹了制造拖尾防護的寫入極的方法和材料，其解決了控制寫入間隙和避免在后續(xù)結(jié)構(gòu)的制造期間對寫入間隙或極的損害的問題。此過程還介紹了移除再沉積和圍層(以增加產(chǎn)量)的CMP協(xié)助剝離(lift-off)過程，以及在寫入極中創(chuàng)建彎曲部分的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種形成用于記錄和讀取并且尤其適配為用于垂直記錄和讀取的標(biāo)準(zhǔn)薄膜磁頭結(jié)構(gòu)的方法，提供了上面描述的期望的好處。一種用于形成具有氣墊表面(ABS)的頭結(jié)構(gòu)的方法包括形成通量整形層(fluxshaping layer)、并在該整形層上形成極尖層，該整形層用于將通量匯聚到極尖層。優(yōu)選地，該極尖層為層疊的。
在極尖層上形成掩模層(mask layer)，與極尖層相比，掩模層具有對銑削(milling)更高的抵抗力，以使其起到銑削硬掩模(milling hard mask)和CMP停止層的作用?？赏ㄟ^活性離子蝕刻(RIE，reactive ion etching)將抗蝕圖像層圖像轉(zhuǎn)移(image transfer)到掩模層，來形成掩模層圖案。優(yōu)選由碳、氮化硅、氧化鉭、以及氧化硅組成的組中選擇的材料形成掩模層。最優(yōu)選的材料為通過過濾陰極弧(FCA，filtered cathodic arc)沉積形成的碳、Si3N4、Ta2O5以及SiO2。
在掩模層上形成抗蝕層，并對抗蝕層形成圖案，形成圖案的抗蝕層限定了極尖在與頭的ABS平行的方向上的最大寬度。優(yōu)選通過活性離子蝕刻來移除未被形成圖案的抗蝕層所覆蓋的掩模層的部分。
執(zhí)行銑削，以從極尖層成形極尖。優(yōu)選地，對極尖層進行整形以沿垂直于ABS的平面向整形層逐漸縮減到一起。
介電材料層被沉積在極尖(覆蓋極尖的材料)和通量整形層上，其中，介電材料層延伸到大致鄰接掩模層。優(yōu)選地，掩模層包括durimide(杜里麥德)和碳的雙層，其共同地起到掩模層的作用。這增加了掩模層的總厚度及其離子銑削抵抗力。當(dāng)介電材料沉積時，其應(yīng)當(dāng)與起到CMP停止層作用的碳層鄰接。停止層被沉積在介電材料上，停止層鄰接掩模層。
執(zhí)行拋光(polishing)，以形成由掩模層和停止層組成的基本上平坦的上表面。拋光還移除再沉積材料，允許將間隙層形成到精細控制的厚度。優(yōu)選地，所述拋光為使用對介電材料有選擇性的漿(slurry)的化學(xué)機械拋光。
作為可選步驟，可在形成間隙層和在極尖的上表面中形成凹坑(dishing)之前移除掩模層。意外地發(fā)現(xiàn)，進入極尖之內(nèi)的小凹坑使轉(zhuǎn)變場變直。凹坑的延伸還幫助建立間隙厚度?？赏ㄟ^附加的拋光或蝕刻(如活性離子蝕刻)來移除掩模層?？赏ㄟ^蝕刻(如濺射蝕刻)或通過拋光來形成凹坑。
在極尖上形成為期望厚度的間隙層，并且在間隙層上形成拖尾防護。在拖尾防護上形成返回極。在一個實施例中，在對ABS的拖尾防護之后形成線圈結(jié)構(gòu)。
在下面的詳細描述中，當(dāng)與附圖相結(jié)合、通過舉例子的方式來描述本發(fā)明的原理時，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得清晰。


為了更全面地理解本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點、以及優(yōu)選使用模式，應(yīng)參考結(jié)合附圖來閱讀的下面的詳細描述。
圖1A為利用縱向記錄格式的記錄介質(zhì)的部分示意性表示。
圖1B為用于如圖1A的縱向記錄的傳統(tǒng)磁記錄頭和記錄介質(zhì)的組合的示意性表示。
圖2A為利用垂直記錄格式的磁記錄介質(zhì)。
圖2B為用于在一面垂直記錄的記錄頭和記錄介質(zhì)的組合的示意性表示。
圖2C為本發(fā)明的記錄裝置的示意性表示，與圖2B類似，但適配為分別在介質(zhì)的每一邊記錄。
圖3為作為主紋理角的函數(shù)的H-紋理角的曲線圖。
圖4為寫入器的部分側(cè)視圖。
圖5為寫入器的部分側(cè)視圖。
圖6為磁記錄盤驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。
圖7為本發(fā)明的改進的記錄裝置的簡化示意圖，顯示了用于在一面垂直記錄的記錄頭和記錄介質(zhì)組合。
圖8A-8I描述了用于為根據(jù)一個實施例的垂直頭形成拖尾防護寫入極結(jié)構(gòu)的過程。
圖8J顯示了示出P3處的彎曲轉(zhuǎn)變(curved transition)的微磁仿真。
圖9為未按比例的根據(jù)圖8A-8I中描述的過程形成的典型頭的剖面圖。
圖10為未按比例的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的垂直讀/寫頭結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖面圖。
圖11為未按比例的在寫入頭的制造期間的垂直寫入頭極尖區(qū)域的部分側(cè)視圖。
圖12為在通過沉積附加拖尾防護時圖11的垂直寫入頭極尖區(qū)域的部分側(cè)視圖。
圖13為在通過電鍍附加拖尾防護時圖11的垂直寫入頭極尖區(qū)域的部分側(cè)視圖。
圖14為在附加返回層時圖13的垂直寫入頭極尖區(qū)域的部分側(cè)視圖。
具體實施例方式
下面的描述為目前設(shè)想的用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施例。這一描述為顯示本發(fā)明的一般原理的目的而做出，而并不意味著限制這里要求保護的創(chuàng)造性概念。
現(xiàn)在參照圖6，其示出了實施本發(fā)明的盤驅(qū)動器600。如圖6所示，至少一個旋轉(zhuǎn)磁盤612被支撐在軸614上，并由盤驅(qū)動馬達618旋轉(zhuǎn)。每個盤上的磁記錄呈盤612上的同心數(shù)據(jù)軌道(未示出)的環(huán)形圖案的形式。
至少一個滑塊613被定位在盤612附近，每個滑塊613支撐一個或多個磁讀/寫頭621。將在下面參照余下的附圖時描述關(guān)于這樣的頭621的更多信息。當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時，滑塊613在盤表面622上徑向移入及移出，以使得頭621可訪問盤上記錄了期望的數(shù)據(jù)的不同軌道。通過懸架(suspension)615將每個滑塊613附在傳動器臂619上。懸架615提供使滑塊613相對盤表面622偏移的輕微的彈力。每個傳動器臂619附在傳動器部件627上。如圖3所示的傳動器部件627可為音圈馬達(VCM)。VCM包括可在固定磁場內(nèi)移動的線圈，由控制器629提供的馬達電流信號控制線圈移動的方向和速度。
在盤存儲系統(tǒng)工作期間，盤612的旋轉(zhuǎn)在滑塊613和盤表面622之間生成氣墊，其對滑塊施加向上的壓力或升力。由此，在正常操作期間，氣墊抵消了懸架615的輕微彈力，并支撐滑塊613，使其離開盤表面到盤表面稍上方基本恒定的小間隔處。
在操作中，盤存儲系統(tǒng)的各種組件由控制單元629生成的控制信號控制，如訪問控制信號和內(nèi)部時鐘信號。典型說來，控制單元629包括邏輯控制電路、存儲部件和微處理器。控制單元629生成控制信號以控制各種系統(tǒng)操作，如線623上的驅(qū)動馬達控制信號和線628上的頭位置和搜尋控制信號。線628上的控制信號提供期望的電流配置(profile)，以最優(yōu)地將滑塊613移動并定位到盤612上期望的數(shù)據(jù)軌道。通過記錄通道625，從和向讀/寫頭621傳送讀取和寫入信號。
上面對典型磁盤存儲系統(tǒng)的描述及圖6的附加圖示僅用于表示的目的。顯然，盤存儲系統(tǒng)可包含大量盤和傳動器，并且每個傳動器可支持很多滑塊。
圖7示意性地顯示了一般地以本發(fā)明的提供的方式相對于與記錄介質(zhì)的表面垂直定位的虛平面而離位(off-normal)的磁脈沖的方位。在離位軸處將轉(zhuǎn)變寫入到介質(zhì)是有優(yōu)勢的，其在介質(zhì)中產(chǎn)生了更穩(wěn)定的區(qū)域，如N.H.Yeh，J.Magn.Soc.Jpn.，v.21，p.269(1997)中所描述的，通過引用將其合并于此。極702和拖尾防護703的結(jié)合創(chuàng)建了離位通量。
類似于上面關(guān)于圖3提到的結(jié)構(gòu)，該介質(zhì)包括具有優(yōu)選大于100的高磁導(dǎo)率的材料如坡莫合金材料的下層704。接下來，為此下層704提供上覆層706，其包含優(yōu)選具有基本大于下層704的矯頑性的磁材料。這些層704和706均示出為敷在適合的襯底708，其理想可為鋁合金盤，盡管也可使用其它材料，如玻璃。
在記錄頭700的極702、710之間延伸的磁通線循環(huán)進出記錄介質(zhì)覆層706的外表面，其中，記錄介質(zhì)覆層706具有記錄介質(zhì)的高磁導(dǎo)率下層704，其使得通量線相對于垂直于介質(zhì)表面的虛平面以一個角度的方向通過覆層706，以在介質(zhì)的硬磁覆層706之中以磁脈沖的形式記錄信息，其中，該磁脈沖的磁化軸通常與介質(zhì)表面垂直。軟性下覆層704引導(dǎo)通量回到頭700的返回層(P1)710。
如上面提到的，為了更窄的軌道寬度，已迫切地提出了對于更高的面密度的需要。由于垂直寫入極尖的長寬比約為2∶1，并且對于200Gbit/in2的面密度，極尺寸接近～102nm，寫入極尖的厚度將約為典型原始層的厚度。制造拖尾防護寫入極尖的困難在于設(shè)計具有對寫入間隙的嚴(yán)格控制的處理，并在寫入間隙的頂端制造對寫入間隙或?qū)懭霕O尖具有最小損害的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明介紹了制造拖尾防護寫入極結(jié)構(gòu)的方法和材料，其解決了在制造后續(xù)結(jié)構(gòu)期間，控制寫入間隙并避免對寫入間隙或極的損害的問題。此過程還引入了移除再沉積和圍層(以增加產(chǎn)量)的CMP輔助剝離過程，以及創(chuàng)建彎曲寫入極的方法。此外，可起到離子銑削轉(zhuǎn)移層、CMP層、以及可RIE(RIEable)層的作用的適合材料也包括在此公開中。注意，這里的描述的過程也可同樣應(yīng)用到?jīng)]有拖尾防護的單極設(shè)計的制造中。
制造拖尾防護寫入極的一種方法是在銑削期間，使用高耐銑削性(mill-resistant)的轉(zhuǎn)移層來保護拖尾邊緣結(jié)構(gòu)定義(TED)，在氧化鋁沉積之后，該轉(zhuǎn)移層還可起到CMP停止層的作用，以移除再沉積和圍層，并且，之后通過活性離子蝕刻(RIE)被移除干凈，以沉積寫入間隙并形成拖尾防護。
圖8A-8I一起顯示了為垂直頭形成拖尾防護寫入極結(jié)構(gòu)的過程。
圖8A顯示了通量整形層802以及層疊極尖層804的ABS視圖，其中，所述層疊極尖層804在通量整形層802的頂端形成了完全的薄膜(full film)。通量整形層802將通量輸送到極尖。通量整形層802從ABS凹進，以使得其不寫入到介質(zhì)。
通量整形層802由諸如Ni45Fe55等的磁性材料形成。極尖層804優(yōu)選為磁性(如CoFe、Ni22Fe78、AlFeN、CoFe/NiFe等)層和非磁性(如銠、釕、鉻或其它金屬以及絕緣材料)層的疊層。由于極尖層804被層疊，而又很難或不可能對層疊堆(laminated stack)電鍍(盡管本發(fā)明不排除此可能性)，所以它將必須被銑削(干燥處理)。
繼續(xù)參照圖8A，在極尖層804上形成掩模層806。掩模層806由耐銑削的任意可RIE材料形成。可形成掩模層806的優(yōu)選材料包括碳、氮化硅(如Si3N4)、氧化鉭(如Ta2O5)、氧化硅(如SiO2)、durimide等及其組合。最優(yōu)選的材料為由過濾陰極弧(FCA)沉積形成的碳。由這些材料構(gòu)成的掩模層806提供了一些功能。首先，它起到銑削硬掩模的作用，并優(yōu)選具有大于抗蝕層的耐銑削性(下面有述)。如下所述，掩模層806還起到CMP停止層的作用。
優(yōu)選的掩模層806為多層薄膜。掩模層806的優(yōu)選實施例為碳和durimide的雙分子層，具有被定位在最靠近極尖層的碳層。這兩種材料都起到離子銑削掩模的作用，而碳還起到CMP停止層的作用。Durimide與碳的結(jié)合使用顯著地增加了掩模層的厚度，增強了掩模層的耐銑削性，以形成極尖層804的圖案。
光阻層808被形成在掩模層806上，并使用光刻法來形成圖案，以定義將要從寫入極層804形成的寫入極的寬度。注意，寫入極的寬度應(yīng)比最終目標(biāo)寬度稍寬。這是因為在對該結(jié)構(gòu)進行離子銑削以形成極時，也形成了斜角。形成斜角的過程將減小極的寬度。
優(yōu)選的抗蝕層為對RIE化學(xué)物質(zhì)有高抵抗性，以達到對掩模層806更高的選擇性。例如，抗蝕層應(yīng)能抵抗氧(O2)或氧化碳(CO2)RIE化學(xué)物質(zhì)，如含硅抗蝕層。期望RIE化學(xué)物質(zhì)對durimide和碳具有比抗蝕層更高的選擇性?？刮g層用于形成durimide和碳的圖案。將durimide加入到薄膜堆中的一個主要原因是在形成極時提供更高的耐銑削性。為減少該結(jié)構(gòu)的總體厚度，可能不期望沉積更厚的碳來增加耐離子銑削性，于是可加入durimide。Durimide對銑削有較強抵抗性，并容易應(yīng)用到該結(jié)構(gòu)中。
如圖8B所示，掩模層806通過RIE蝕刻來形成掩模層806的圖案，以符合抗蝕層808的配置?，F(xiàn)在，掩模層806起到硬掩模的作用。
以高傾角來執(zhí)行銑削，以在極尖層804中形成直的邊緣。接下來，如圖8C所示，以某個角度來銑削該結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)建極尖810的傾斜形狀，優(yōu)選以相對垂直面約15％的角度來銑削該結(jié)構(gòu)。可通過以鏟角(razing incidence)擺動銑削(sweep milling)來移除圍層和再沉積。
注意，也可使用一些替換的離子銑削方案，如1、厚氧化鋁硬掩模方法，其中，通過活性離子蝕刻(RIE)和BCI3化學(xué)來形成氧化鋁硬掩模的圖案。隨后，使用硬掩模來通過離子銑削將15度傾斜的寫入極創(chuàng)建到高矩(moment)材料中。
2、類似修整-刻槽-修整(trim-notch-trim)的方法，其中，通過掩模電鍍形成NiFe硬掩模，并將其用于通過離子銑削形成高矩材料的圖案。
在通過以非磁性材料如在垂直單極設(shè)計中可以接受的NiP替換NiFe硬掩模來制造寫入極之后，如上討論的修整-刻槽(trim-notch)銑削過程將保持硬掩模完好。
現(xiàn)在已形成了極尖810，執(zhí)行進一步的處理，以形成精確厚度的寫入間隙。參照圖8D，介電材料812層為沉積的完全的薄膜。優(yōu)選的介電材料為氧化鋁或一些絕緣金屬。介電材料812沉積到優(yōu)選鄰接掩模層806的平面上。如果掩模層806為碳和duramide(杜拉麥德)的兩層薄膜，則將介電材料812填充到起CMP停止層的作用的碳層。
可使用終點或沉積速度來確定在哪里停止沉積。注意，介電材料812為了進一步處理(如拋光)而支撐極尖810，并且還保護極尖810不被腐蝕。
如圖8E所示，沉積停止層814，以使得其與極尖810上的掩模層806匹配。組成停止層814的優(yōu)選材料可與用于形成掩模層806的材料相同，盡管在任意具體實現(xiàn)中，停止和掩模層的材料不必相同。
參照圖8F，執(zhí)行化學(xué)機械拋光(CMP)，以將結(jié)構(gòu)平面化。優(yōu)選地，選擇這樣的漿，其對氧化鋁(優(yōu)選的介電材料)有選擇性，也就是說，其將非常容易地將氧化鋁拋光，但對掩模和停止層814材料拋光并不那么快。迅速地將該結(jié)構(gòu)的突出部分移除，并且在到達掩模和停止層時，拋光變慢。因此，掩模層806還起到CMP停止層814的作用，減小過度拋光的幾率，除非期望那樣。CMP步驟還移除任何附著在該結(jié)構(gòu)上的再沉積材料和圍層。
如圖8G所示，優(yōu)選移除掩模和停止層，并在極尖810中形成凹坑(dashing)816。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，進入極內(nèi)的小凹坑使轉(zhuǎn)變場變直。更具體地說，可通過延伸CMP時間而創(chuàng)建凹坑，來校正寫入場轉(zhuǎn)變。注意圖8J，其描述了磁仿真，示出了120nm的P3寬度(PW3)處的彎曲轉(zhuǎn)變850。凹坑的延伸還幫助創(chuàng)建間隙厚度。可執(zhí)行附加的拋光，以移除掩模和停止層，并將凹坑816創(chuàng)建到極尖810中。還可通過RIE移除掩模和停止層。由于氧化鋁抗濺射蝕刻并由此而不會被顯著改變，所以優(yōu)選通過濺射蝕刻來形成凹坑816。
現(xiàn)在，由于暴露了極尖810，有可能通過簡單地將間隙層818沉積到期望厚度，來精確地控制間隙層的厚度，如圖8H所示。極尖810和拖尾防護之間的間隙層818必須為非磁性物，如氧化鋁或諸如銠、釕等的一些金屬。由于銠和釕極易導(dǎo)電，所以優(yōu)選銠和釕，并且，由于釕的氧化物導(dǎo)電，所以其可被電鍍。如果實現(xiàn)了金屬間隙，可使用其在頭設(shè)計的拖尾防護方面上電鍍，如圖9的防護820。此方法消除了在現(xiàn)有技術(shù)處理中出現(xiàn)的問題，也就是在極尖810的頂端上形成再沉積材料，影響寫入間隙的厚度的問題。因此，間隙層保持完好，并提供平面的表面，在其上制造拖尾防護和后間隙。
如圖8I中所描述的，在間隙層818上形成拖尾防護820。拖尾防護820優(yōu)選由軟磁材料構(gòu)成，并應(yīng)當(dāng)具有高磁矩。拖尾防護820的優(yōu)選材料為NiFe、CoFe、CoNiFe、以及其合金。還形成了線圈結(jié)構(gòu)和絕緣材料(未示出)。最后，形成返回極822。下面描述形成拖尾防護820、線圈、以及返回極822的方法。
圖9顯示了典型的頭900，其中，可實現(xiàn)根據(jù)上面描述的過程而形成的拖尾防護寫入極。還示出了線圈902和絕緣材料904，以及可在寫入頭908上或之下形成的讀取頭906。
圖10顯示了根據(jù)另一個實施例的具有拖尾防護1002的垂直讀/寫頭結(jié)構(gòu)1000。隨后將討論形成拖尾防護的方法。
如圖10所示，可創(chuàng)建剩余的掩模結(jié)構(gòu)1004，并留在頭1000中，以允許拖尾防護的形成和后續(xù)的制造步驟，以構(gòu)造寫入頭1006的剩余物。注意，期望在頭1000中留下掩模結(jié)構(gòu)1004，以保護寫入間隙和極尖，保護它們不受后續(xù)處理影響(如銅線圈)。
在此實施例中，首先形成讀取頭1008。讀取頭包括第一防護層1010、傳感器1012及第二防護層1014。在第一防護層1010上形成極1016。在第一極層1016上形成線圈結(jié)構(gòu)1018和絕緣層1020、1080。在極層1016上形成通量整形層1024。探測極尖1026在通量整形層1024上形成，并延伸到頭1000的氣墊表面(ABS)1088。整形層1024將磁通量從后間隙1084磁連接到極尖1026。探測極尖1026將通量引導(dǎo)至介質(zhì)中，以執(zhí)行寫入功能。通量通過介質(zhì)返回到返回極1090。極尖1026優(yōu)選為具有高磁致伸縮性的鐵磁結(jié)構(gòu)，典型為CoFe、NiFe、或?qū)盈B的層(CoFe、非磁性層、CoFe、非磁性層等等)。
在探測極尖1026上形成非磁性間隙層1028。用于間隙層1028的示范材料為氧化鋁或非磁性材料如銠、釕等。注意，在位于頂面1098的線圈1018上需要絕緣體，以使線圈與鐵磁極層電絕緣。在間隙層1028上形成傳統(tǒng)材料如光阻材料(氧、氮、硅化(silanated)抗蝕劑等)的掩模結(jié)構(gòu)1004。在間隙層1028和掩模結(jié)構(gòu)1004上形成拖尾防護1002。拖尾防護1002優(yōu)選由軟磁材料構(gòu)成，并應(yīng)當(dāng)具有高磁矩。拖尾防護1002的優(yōu)選材料為NiFe及其合金。
在掩模結(jié)構(gòu)1004和ABS之間限定拖尾防護1002的孔頸高度(throatheight)。拖尾防護1002應(yīng)當(dāng)具有遠小于從整形層1024到極尖1026的ABS末端的距離的孔頸高度。優(yōu)選地，拖尾防護1002的孔頸高度比從整形層1024到極尖1026的ABS末端的距離小約100％，并且更優(yōu)選地，小約60％。
而且，極尖1026和拖尾防護1002之間的間隙層1028的厚度優(yōu)選為大體等于從極尖1026到介質(zhì)的軟性下層的距離，盡管間隙層1028厚度與從極尖1026到介質(zhì)的軟性下層之間距離的比例可在約1∶2到約2∶1的范圍內(nèi)。間隙層1028的示意厚度可為約35nm或更小，但將與極尖1026的尺寸成比例，該尺寸為軌道寬度和探測極尖1026的厚度。優(yōu)選地，對于大約0.1微米或更小量級的一類軌道寬度，間隙層1028的厚度將小于約50nm。
拖尾防護1002提供的一個優(yōu)點為由于將介質(zhì)中的位寫入到極尖1026的拖尾邊緣上，所以，拖尾防護1002使磁通線彎曲。更具體地說，由探測極尖1026產(chǎn)生的磁場以離位角進入介質(zhì)，其可幫助將更穩(wěn)定的位寫入介質(zhì)。
圖11中示出了垂直寫入頭極尖1026區(qū)域的概要圖，其中，拖尾防護1002和極尖1026的間隔為非磁性材料的間隙。為了形成拖尾防護1002，在寫入間隙1028上形成掩模結(jié)構(gòu)。掩模結(jié)構(gòu)(HM)的高度優(yōu)選為基本大于從整形層1024到ABS的距離。例如，該高度可比從整形層1024到ABS的距離大125％上下。掩模結(jié)構(gòu)1004較高的高度的原因在于避免通量在到達ABS之前泄漏到拖尾防護1002。掩模結(jié)構(gòu)1004的優(yōu)選高度約為0.5微米或更高。
掩模結(jié)構(gòu)1004優(yōu)選由可在頭中保留的材料構(gòu)成，如氧、氮、硅化抗蝕劑(含硅抗蝕劑)，如HSQ(氫化倍半硅氧烷(hydrosilsesquioxide))等。通過活性離子蝕刻(RIE)，掩模被形成圖案并可能被整形。
如圖12所示，將NiFe其它鐵磁材料的拖尾防護1002沉積在掩模上和/或掩模周圍。例如，如果拖尾防護1002為噴射沉積的磁性材料，則拖尾防護1002將封裝掩模結(jié)構(gòu)1004。
圖13-14描述了通過電鍍來形成拖尾防護1002的方法。如上面提到的，極尖1026和拖尾防護1002之間的間隙層1028必須為非磁性材料，如氧化鋁或諸如銠、釕等的一些金屬。由于銠和釕極易導(dǎo)電，所以優(yōu)選銠和釕，并且，由于釕的氧化物導(dǎo)電，所以其可被電鍍。
此外，優(yōu)選地，由可保留在頭中的材料形成掩模結(jié)構(gòu)1004。參看圖12。隨后，將該結(jié)構(gòu)放入電鍍液，并且通過電鍍形成拖尾防護1002，產(chǎn)生圖13所示的結(jié)構(gòu)。拖尾防護1002可被過度電鍍，以使得它在掩模結(jié)構(gòu)1004的邊緣上“迅速生長(mushroom)”。當(dāng)可以允許拖尾防護1002浮動時，優(yōu)選將電鍍的拖尾防護1002結(jié)構(gòu)鐵磁連接到頭的其余部分。如圖14所示，通過光刻剝離，或如所示出的，通過將更多的NiFe電鍍到電鍍結(jié)構(gòu)來形成返回層1302，而將拖尾防護1002結(jié)在頭上。返回層1302延伸回到返回極1016。注意，返回層1302的位置和形狀可改變，但優(yōu)選將其結(jié)在返回極1016上。
由此，已經(jīng)描述了新穎的頭結(jié)構(gòu)和用于形成其的方法。本發(fā)明提供的一個優(yōu)點包括允許通過薄抗蝕處理(thin resist process)限定拖尾防護邊緣定義。另一個優(yōu)點在于由轉(zhuǎn)移材料的厚度來確定防護厚度的邊緣。再一個優(yōu)點在于這里公開的過程允許在不損壞極尖1026的情況下制造薄拖尾防護1002。再一個優(yōu)點在于在ABS表面上不存在掩模材料。
盡管上面已經(jīng)描述了各種實施例，但應(yīng)當(dāng)理解，它們僅作為例子來表示，而并不是限制。因此，優(yōu)選實施例的廣度和范圍不應(yīng)由上面描述的任何示范實施例來限定，而應(yīng)當(dāng)僅根據(jù)所附權(quán)利要求及其等價物來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于形成具有氣墊表面(ABS)的寫入頭的方法，包括形成通量整形層；在該整形層上形成極尖層，該整形層用于將通量匯聚到極尖層；在極尖層上形成掩模層，該掩模層比極尖層有更強的抗銑削性；在掩模層上形成抗蝕層；對抗蝕層形成圖案，形成圖案的抗蝕層限定了極尖在與頭的ABS平行的方向上大致的最大寬度；移除未被形成圖案的抗蝕層覆蓋的掩模層的部分；銑削，以使極尖從極尖層成形；在極尖和通量整形層上沉積介電材料層，其中，介電材料層延伸到大致與掩模層相鄰；在介電材料上沉積停止層，停止層鄰接掩模層；拋光，以形成由掩模層和停止層構(gòu)成的基本上平坦的上表面；在極尖上形成期望厚度的間隙層；以及在間隙層上形成拖尾防護。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，極尖層為層疊的；
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過活性離子蝕刻來移除未被形成圖案的抗蝕層覆蓋的掩模層的部分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從由碳、氮化硅、氧化鉭、氧化硅以及durimide組成的組中選擇的材料來形成掩模層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從由Si3N4、Ta2O5、SiO2以及durimide組成的組中選擇的材料來形成掩模層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，由通過過濾陰極弧(FCA)沉積而形成的碳來形成掩模層。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，掩模層為多層結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，掩模層包括至少一個碳層和至少一個durimide層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對極尖層進行整形，以便沿著垂直于ABS的平面向整形層逐漸縮減到一起。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成間隙層之前移除掩模層，并在極尖中形成凹坑。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過附加的拋光來移除掩模層。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過蝕刻來移除掩模層。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過蝕刻來形成凹坑。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拋光為使用對介電材料有選擇性的漿進行的化學(xué)機械拋光。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在對ABS的拖尾防護之后形成線圈結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在拖尾防護上形成返回極。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述頭為垂直頭。
18.一種用于形成具有氣墊表面(ABS)的寫入頭的方法，包括形成通量整形層；在該整形層上形成極尖層，在該極尖層上形成掩模層；從極尖層成形逐漸變小的極尖；在極尖和通量整形層上沉積介電材料層，其中，介電材料層延伸到大致與掩模層相鄰；在介電材料上沉積停止層，停止層鄰接掩模層；拋光，以形成由掩模層和停止層構(gòu)成的基本上平坦的上表面；以及在極尖上形成期望厚度的間隙層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，極尖層為層疊的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，通過活性離子蝕刻來移除未被形成圖案的抗蝕層覆蓋的掩模層的部分。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，從由碳、氮化硅、氧化鉭、氧化硅以及durimide組成的組中選擇的材料來形成掩模層。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，掩模層為由從碳、氮化硅、氧化鉭、氧化硅以及durimide組成的組中選擇的至少兩種材料形成的多層結(jié)構(gòu)。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在形成間隙層之前移除掩模層，并在極尖中形成凹坑。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過過度拋光來移除掩模層。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過蝕刻來移除掩模層。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過蝕刻來形成凹坑。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述拋光為使用對介電材料有選擇性的漿進行的化學(xué)機械拋光。
28.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在間隙層上形成拖尾防護，并在對ABS的拖尾防護之后形成線圈結(jié)構(gòu)。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在間隙層上形成拖尾防護，并在拖尾防護上形成返回極。
30.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述頭為垂直頭。
31.一種用于形成具有氣墊表面(ABS)的寫入頭的方法，包括形成通量整形層；在該整形層上形成極尖層，在該極尖層上形成掩模層；從極尖層成形逐漸變小的極尖；在極尖和通量整形層上沉積介電材料層，其中，介電材料層延伸到大致與掩模層相鄰；在介電材料上沉積停止層，停止層鄰接掩模層；拋光，以形成由掩模層和停止層構(gòu)成的基本上平坦的上表面；移除掩模層；在極尖中形成凹坑；在極尖上形成期望厚度的間隙層；以及在間隙層上形成拖尾防護。
32.一種磁存儲系統(tǒng)，包括磁介質(zhì)；至少一個頭，其具有用于從磁介質(zhì)讀取的讀取部分；以及用于向磁介質(zhì)寫入的寫入部分，該寫入部分已根據(jù)權(quán)利要求1的方法形成；用于支撐頭的滑塊；以及耦接到頭的控制單元，用于控制頭的操作。
33.一種磁存儲系統(tǒng)，包括磁介質(zhì)；至少一個頭，其具有用于從磁介質(zhì)讀取的讀取部分；以及用于向磁介質(zhì)寫入的寫入部分，該寫入部分已根據(jù)權(quán)利要求16的方法形成；用于支撐頭的滑塊；以及耦接到頭的控制單元，用于控制頭的操作。
34.一種磁存儲系統(tǒng)，包括磁介質(zhì)；至少一個頭，其具有用于從磁介質(zhì)讀取的讀取部分；以及用于向磁介質(zhì)寫入的寫入部分，該寫入部分已根據(jù)權(quán)利要求31的方法形成；用于支撐頭的滑塊；以及耦接到頭的控制單元，用于控制頭的操作。
全文摘要
一種制造拖尾防護寫入極的方法和材料，其解決了控制寫入間隙和避免在后續(xù)結(jié)構(gòu)的制造期間對寫入間隙或極的損害的問題。此過程還介紹了移除再沉積和圍層(增加產(chǎn)量)的CMP協(xié)助剝離過程，以及在寫入極的頂端中創(chuàng)建凹坑的方法。此外，此公開中還包括可起到離子銑削轉(zhuǎn)移層、CMP層、以及可RIE層的作用的適合材料。
文檔編號G11B5/127GK1648996SQ20041008267
公開日2005年8月3日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者李鄺, 李顯邦, 李瑞隆, 阿倫·彭特克, 孫年祥 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司