專利名稱：具有屏蔽的垂直寫入頭的拖尾邊緣錐形設計及其制造方法
技術領域：
本發明涉及垂直磁記錄，具體涉及為了提高磁場強度和場梯度性能而采用拖尾屏蔽錐形的拖尾屏蔽設計。
背景技術：
位于計算機心部的是磁盤驅動器，它包括磁盤、其中安裝包括寫入和讀取頭的磁頭組件的滑動件、懸臂和傳動臂。當磁盤旋轉時，鄰近盤表面的空氣和它一起移動，這使得滑動件在極薄的一般稱為空氣支承(air bearing)的空氣襯墊上飛行。當滑動件在空氣支承上飛行時，傳動臂擺動懸臂，將磁頭組件置于旋轉磁盤上所選擇的圓形軌道上，其中由寫入和讀取頭分別寫入和讀取信號場。寫入和讀取頭連接到處理電路，該電路根據計算機程序工作以執行寫入和讀取功能。
通常磁盤驅動為縱向磁記錄系統，其中將磁數據記錄為在磁盤表面縱向形成的磁性轉變。磁盤表面沿數據軌道的方向被磁化，然后轉換到相反方向，兩個方向都與磁盤表面平行并與數據軌道方向平行。
然而，數據密度要求迅速逼進物理極限。例如，增加數據容量要求降低位(bit)的尺寸，這相應要求降低磁介質的晶粒尺寸。由于晶粒尺寸減小，要求寫入一位數據的磁場成比例地增加。使用常規的縱向寫入頭技術要寫入一位數據而產生足夠強的磁場的能力正達到它的物理極限。
克服該物理極限的一種方法是引入垂直記錄。在垂直記錄系統中，將數據位垂直于磁盤表面的平面進行磁性記錄。磁盤可以在它的表面具有相對高的矯頑力材料，并在表面正下方具有相對低的矯頑力材料。具有小橫截面和很高磁通的寫入極發射垂直于磁盤表面的強集中磁場。從寫入極發射的該磁場足夠強，以克服表面材料的高矯頑力并沿垂直于它的表面的方向磁化它。然后該磁通流過相對磁性弱的底層并在鄰近寫入元件返回極的位置回到磁盤表面。寫入元件的返回極具有大大高于寫入極的橫截面，由此在返回極位置流過磁盤的磁通(以及在磁盤和返回極之間造成的磁場)被充分分布以解決磁通太弱而不能克服磁盤表面材料矯頑力的問題。用這種方式，由寫入極發出的磁化不被返回極擦除。
本領域的技術人員可以理解，磁盤表面的高矯頑力材料很難磁化，特別在提高小磁性晶粒尺寸時。已經發現，稍微轉動磁場角度可以提高轉變靈敏度(transition sharpness)并獲得更好的介質信號噪音比(signal to noise ratio)。為了獲得此目的，已經提議將拖尾屏蔽置于寫入間隙附近，并與返回極磁性連接。該屏蔽將有效吸引從寫入極發射的場，由此使它稍微改變角度。
采用此方法遇到的挑戰是一些場被屏蔽損失，為彌補此損失而提高的寫入場可能導致由于停留場(stay field)而引起的鄰近軌道干擾。換句話說，使用拖尾屏蔽而改變從寫入極發射的磁場角度有利地降低了對于垂直磁轉變所必需的切換場(switching field)，提高了用其寫入數據的速度。然而，切換場的提高以損失磁場為代價。這是因為一些場泄漏到屏蔽(平行于磁盤表面方向)，導致由寫入極發射的更弱的場。感覺仍然需要用于使垂直寫入極磁場傾斜而使磁場損失最小化的機構。另外，具有這樣功能的機構必須是可批量生產的和具有實用價值的。

發明內容
本發明提供一種用于垂直記錄的磁性寫入頭，它具有增強的寫入場和寫入梯度性能。寫入頭包括寫入極和具有錐形表面的拖尾屏蔽。釘(stitch)到拖尾屏蔽的返回極在遠離空氣支承(ABS)表面的位置與寫入極磁性連接。
拖尾屏蔽的錐形表面可以與寫入極的鄰近錐形表面平行。在垂直磁性寫入頭中拖尾屏蔽的使用改善了寫入性能，但是也導致從寫入頭到屏蔽通過寫入間隙泄漏所損失的場，這可能導致寫入場強度的降低。拖尾屏蔽的錐形表面降低了該損失的場，同時保留了具有所呈現的拖尾屏蔽的優點。通過使屏蔽表面成錐形，并優選寫入極的鄰近部分，任何泄漏到傳感器的場將朝著ABS方向傾斜。該磁場矢量的分量處于所需的垂直于ABS(朝向磁介質)的方向，因此為磁場強度做出貢獻。實驗表明通過使用該錐形屏蔽大大提高了寫入性能。
為了避免可能導致鄰近的軌道干擾的側面寫入，錐形尾部屏幕可以包括橫向張開的翼部分以及錐。這些橫向張開的翼部分在比錐形開始點更靠近ABS的點開始。


為了更充分地理解本發明的特性和優點以及使用的優選實施方式，應結合附圖參考下面的具體說明。
圖1是可以包括本發明的磁性存儲系統的示意圖；圖2是根據本發明一個實施例的垂直磁性寫入頭的橫截面圖；圖3是沿圖2的線3-3截取的平面圖。表示用于圖2所示的實施例中的寫入極；圖4是沿圖2的線4-4截取的、圖2中所示的實施例的ABS圖。
圖5-8是在制造的中間階段磁性寫入元件部分的橫截面圖；圖9是根據本發明實施例的錐形屏蔽的透視圖；以及圖10是圖9中所示的錐形屏蔽的側視圖。
具體實施例方式
下面的說明是目前認為實施本發明的最好的實施例。本說明是用于說明本發明的一般原理，不意味著對所要求的發明內含的限制。
參考圖1，其示出包括本發明的磁盤驅動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉的磁盤112被支撐在主軸114上并通過磁盤驅動電機118旋轉。在每個磁盤上的磁記錄在磁盤112上是同心數據軌道環狀圖形的形式(未示出)。
至少一個滑動件113位于磁盤112附近，每個滑動件113支持一個或多個磁頭組件121。隨著磁盤的旋轉，滑動件113在磁盤表面122上徑向里外移動，由此磁頭組件121可以讀取寫入所需數據的磁盤的不同軌道。每個滑動件113通過懸臂115連接于傳動臂119。懸臂115具有微小的彈力，它將滑動件113偏壓靠在磁盤表面122。每個傳動臂119連接于傳動部件127。如圖1所示的傳動部件127可以是音圈電機(VCM)。VCM包括在固定磁場內可以移動的線圈，線圈移動的方向和速度由控制器129提供的電機電流信號控制。
在磁盤存儲系統工作期間，磁盤112的旋轉在滑動件113和磁盤表面122之間產生空氣支承，它在滑動件上施加一個向上的力或抬起力。因此在正常工作期間，空氣支承抵消懸臂115的微小彈力并支持滑動件113離開磁盤表面并與磁盤表面稍微向上保持小的、基本恒定的間隔。
磁盤存儲系統的各種零件在工作中由控制單元129產生的控制信號控制，例如存取控制信號和內部時鐘信號。通常，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲部件和微處理器。控制單元129產生控制信號以控制各種系統工作，例如在線123上的驅動電機控制信號和在線128上的頭定位與尋找控制信號。在線128上的控制信號提供所需的電流波形以將滑動件113優化移動和定位到磁盤112上的所需的數據軌道。通過記錄通道125，寫入和讀取信號傳送到寫入和讀取頭121與和從寫入和讀取頭121傳送。
典型磁盤存儲系統的上述描述和圖1的附加說明僅用于說明目的。而磁盤存儲系統可以包含大量的磁盤和傳動臂，且每個傳動臂可以支撐多個滑動件是顯而易見的。
參考圖2，本發明提供用于垂直記錄的寫入頭200，其具有包含用于提高磁場性能的錐形表面204的拖尾屏蔽202。將寫入頭設置在介電層206上，該介電層可以是如氧化鋁Al2O3或一些其它的非磁性材料。介電層206通常形成在讀取元件(未示出)的頂部并從此與寫入頭200分開。
磁性成形層208形成在基板206上并具有端部210，其從空氣支承表面(ABS)212凹進。非磁性介電材料214填充成形層208的端部210與ABS212之間的間隔。成形層208和填充材料214優選具有共面的上表面，該上表面由化學機械拋光工藝產生。
繼續參考圖2，寫入極216在成形層上形成并具有延伸到ABS表面212的極端218。這里寫入極從極端區218的ABS直線向后延伸一段短距離，在由線220表示的張開點，寫入極開始向外橫向張開，參考圖3可以更容易看出。參考圖2，寫入極具有錐形部分222，其可以在點224開始，該點可以處于寫入極216的張開點220之前，或者可以處于張開點220之后(即離ABS更遠)，這取決于設計要求。
在寫入極上形成薄的非磁性寫入間隙層226。寫入間隙層226可以由多種非磁性材料形成，例如氧化鋁Al2O3，并優選由一層氧化鋁和一層金剛石型碳形成，下面將描述原因。
在寫入元件200的極端區218中，錐形拖尾屏蔽202形成在寫入間隙層226上。拖尾屏蔽具有其賴以形成的寫入極216的形狀，在其底部具有錐形204，它與寫入極216的錐形222一致。在這種意義上，錐形基本上開始于離ABS 212相同的距離224處。
磁性返回極230被釘(stitch)到拖尾屏蔽202的頂部并向后延伸到后間隙區232，在此它與寫入極208磁性連接，于是形成磁軛234。寫入元件200還包括導電線圈236，其具有通過磁軛234的多個繞組238(以橫截面示出)。非磁性介電層240環繞線圈236的繞組238并且各繞組238絕緣。
磁屏蔽202的存在增強了場梯度，并通過有利地傾斜由寫入極216發射的寫入場而提高切換場性能。然而，從前拖尾屏蔽的存在意味著寫入場的損失。現有技術設計已經使用拖尾屏蔽和與其鄰近的寫入極，它們從ABS無錐形地直接向后延伸。換句話說，與寫入間隙接觸的拖尾屏蔽和寫入極的表面垂直于ABS延伸。在寫入極和使用該設計的屏蔽之間的磁場損失可以描述為方向與ABS平行并與所發射寫入場的主要所需方向垂直的矢量。因此，損失磁場的該矢量無分量貢獻于寫入場。通過在拖尾屏蔽上提供錐形228，在寫入極和拖尾屏蔽之間的磁場泄漏轉向到磁介質。然后該矢量的分量貢獻于寫入場并提高寫入場強度。實驗表明通過使用這種錐形拖尾屏蔽202，對寫入場性能有顯著改善。拖尾屏蔽202的錐形表面部分限定了一個平面，該平面相對于ABS具有優選小于90度的角，更優選相對于ABS具有60度到90度之間的角。
圖5-8示出制造此種垂直寫入頭200的錐形拖尾屏蔽的工藝。參考圖5，成形層502和鄰近的如氧化鋁的非磁性材料層504形成在基板(未示出)上。這些可以通過本領域技術人員熟悉的工藝形成，并可以包括使用光刻膠掩模(未示出)的光刻工藝，濺射沉積導電籽晶(seed)層和電鍍成形層502。成形層502由如NiFe的材料構成。
然后可以沉積第一層磁性寫入極材料506，例如通過電鍍。優選該層寫入極材料為高磁飽和度低矯頑力材料，并優選由如CoFe、NiFe或它們的合金的高磁性飽和材料(高Bsat)與分散在其間的如Cr，Ru等的非磁性膜的疊層形成。然后在第一層506的頂部沉積第二層寫入極材料508。該第二層508可以是比第一層506更容易通過反應離子腐蝕去除的磁性材料。
接著可以沉積一層Ta，隨后形成如光刻膠的掩模512。如圖5所示，掩模512的前邊緣終止于所需的錐形終止點并且掩模從此向后延伸。
參考圖6，可以進行REI工藝以去除Ta層510和508的部分。優選以所示的角度進行REI工藝，由此掩模的陰影效應將促進也在圖中示出的材料的錐形去除。由于上述原因，第一磁極層506由不易被RIE去除的材料構成，當達到該表面時，表面趨向平坦，并且在此點RIE工藝應該停止。
參考圖7，去除掩模512并沉積寫入間隙層702和金剛石型碳(DLC)704的連續的薄層。寫入間隙材料可以是幾種非磁性材料，并優選為氧化鋁。可以通過濺射沉積來沉積寫入間隙層702和DLC 704。此后通過如籽晶層濺射的工藝沉積一層相對更厚的磁性屏蔽材料706，例如NiFe。然后可進行化學機械拋光工藝CMP 708，使用DLC層704作為CMP的停止層，由此CMP工藝708結束在所需的水平面710。
參考圖8，然后返回極230可以由例如NiFe的磁性材料構成。盡管在圖8中不能看到，但返回極230橫向上比屏蔽202或寫入極端218寬得多。
參考圖9和10，錐形屏蔽902的實施例可以包括橫向延伸的張開或翼904。該張開904對降低可能干擾磁介質112(圖1)上數據的鄰近軌道的側面寫入是有益的。為獲得最佳性能，該側向延伸的張開或翼904優選沉積在錐形線906的前面(即更靠近ABS)。
雖然上面已經描述了各種實施例，但是應該理解它們僅用于舉例示出，而不作為限制。其它的落入本發明范圍的變化和實施例毫無疑問對本領域技術人員是顯而易見的。例如，盡管本發明參考具有形成在寫入極上(即尾部)的返回極的寫入器來描述，但本發明也可以實施在具有在寫入極下(即前部)的返回極的垂直寫入元件。因此，優選實施例的外延和范圍不應由任何上述說明性實施例限制，而應該根據下面的權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種用于垂直磁記錄的寫入元件，包括寫入極，其在限定空氣支承表面的平面終止并具有平行于空氣支承表面測量的軌道寬度；返回極，其在后間隙區域中與所述寫入極磁性連接并具有比所述軌道寬度大的寬度；所述寫入極為一層或多層具有錐形表面部分的磁性材料，其中所述寫入極隨與空氣支承表面距離的增加逐漸變得更厚；磁屏蔽，其與返回極磁性連接，并具有基本上與所述寫入極的所述錐形表面平行并與所述寫入極通過非磁性寫入間隙層分開的錐形表面部分。
2.如權利要求1所述的寫入元件，其中所述磁屏蔽的所述錐形表面限定相對于所述空氣支承表面的小于90度的角。
3.如權利要求1所述的寫入元件，其中所述磁屏蔽的所述錐形表面限定相對于所述空氣支承表面的60到90度之間的角。
4.如權利要求1所述的磁性寫入元件，其中所述磁屏蔽設置有張開部分，該張開部分具有隨著與所述空氣支承表面距離的增加而增加的橫向寬度，并且其中所述張開部分開始于比所述磁屏蔽錐形表面更靠近所述空氣支承表面。
5.如權利要求1所述的磁性寫入元件，其中所述寫入極設置有張開部分，該張開部分具有隨所述空氣支承表面距離的增加而增加的橫向寬度，并且其中所述錐形表面開始比所述屏蔽張開部分更靠近所述空氣支承表面。
6.如權利要求1所述的磁性寫入元件，其中所述錐形屏蔽進一步包括第一和第二橫向張開的翼部分。
7.如權利要求6所述的磁性寫入元件，其中所述橫向張開的部分在比所述錐形部分更靠近空氣支承表面的點開始。
8.一種用于垂直磁記錄的磁性寫入元件，包括磁性寫入極，其具有軌道寬度并終止在空氣支承表面；磁性返回極，其具有基本上大于所述寫入極的寬度，所述返回極在后間隙區域中與所述寫入極磁性連接；拖尾屏蔽，該屏蔽具有鄰近于所述寫入極并通過非磁性寫入間隙與其分開設置的錐形表面。
9.如權利要求8所述的寫入元件，其中所述拖尾屏蔽的所述錐形表面限定相對于所述空氣支承表面的小于90度的角。
10.如權利要求8所述的寫入元件，其中所述拖尾屏蔽的所述錐形表面限定相對于所述空氣支承表面的60到90度之間的角。
11.如權利要求8所述的寫入元件，其中所述錐形屏蔽進一步包括第一和第二橫向張開的翼部分。
12.如權利要求8所述的寫入元件，其中所述橫向張開的部分在比所述錐形部分更靠近空氣支承表面的點開始。
13.一種用于垂直磁記錄的磁性寫入元件的制造方法，包括沉積第一層磁性材料；沉積從空氣支承表面位置凹進的掩模層；進行從所述掩模向空氣支承表面位置延伸導致逐漸變細的表面的離子研磨操作；除去所述掩模；沉積一層非磁性寫入間隙材料；以及沉積第二層非磁性材料。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述離子研磨操作在相對于所述沉積層小于80度的角進行。
15.如權利要求13所述的方法，進一步包括在沉積所述第一層磁性材料后，沉積一層Ta。
16.一種用于垂直磁記錄并具有錐形拖尾屏蔽的磁頭的制造方法，所述方法包括形成具有從空氣支承表面位置凹進的端部的磁性成形層；沉積第一層非磁性材料；進行第一次化學機械拋光工藝以產生跨過所述成形層和所述非磁性材料層上表面而形成的平面表面；所述非磁性材料沉積在所述成形層的所述端部以及所述空氣支承表面的位置；沉積第一磁性層；沉積第二磁性材料層，所述第二材料層比所述第一磁性材料層通過離子研磨更容易除去；沉積具有從空氣支承表面位置凹進的端部的掩模；進行離子研磨操作以在所述第二磁性材料層上形成錐形表面，所述錐形表面從所述掩模向所述空氣支承表面位置向下傾斜；除去所述掩模；沉積非磁性寫入間隙層；在所述非磁性寫入間隙材料上沉積第三層磁性材料；使所述第三層磁性材料平面化；以及在所述第三磁性材料層上形成返回極。
17.如權利要求16所述的方法，進一步包括在沉積所述第二層磁性材料后，沉積一層Ta。
18.如權利要求16所述的方法，進一步包括在沉積所述非磁性寫入間隙材料層后，沉積一層金剛石型碳。
19.如權利要求16所述的方法，其中以相對于所述第一磁性材料層的法向大于15度角進行離子研磨操作。
全文摘要
一種具有錐形拖尾屏蔽設計并用于垂直磁記錄的磁性寫入頭，用于提高寫入磁通和改善磁場梯度性能。
文檔編號G11B5/127GK1677495SQ200410100230
公開日2005年10月5日 申請日期2004年12月13日 優先權日2004年3月31日
發明者徐一民, 李鄺, 李瑞隆, 伊恩·R·麥克法迪恩, 詹姆斯·L·尼克斯, 尼爾·L·羅伯遜, 馬森·L·威廉斯第三 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司