专利名称：磁性记录头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种磁性记录头及其制造方法，更具体地讲，涉及一种具有包括主磁极和返回极的薄膜堆叠结构的磁性记录头，以及制造该磁性记录头的方法。
背景技术：
根据磁畴的磁极化是水平的还是垂直的，磁性记录头通常被划分为水平磁性记录头和垂直磁性记录头。具体地，垂直磁性记录头适用于提高数据记录密度。将数据写入磁性记录介质即盘的装置被称作磁性记录头。磁性记录头包括主磁极和返回极，主磁极将磁场施加到磁性记录介质，施加的磁场返回至返回极。磁性记录头均具有薄膜堆叠的结构，以便磁性记录头紧凑。
为了增大磁记录密度，盘型磁性记录介质的轨道宽度应该变窄。为了达到这个目的，重要的是减小主磁极的宽度。然而，由于受制造堆叠型磁性记录头的技术上的限制，具有堆叠结构的传统磁性记录头在减小主磁极的宽度上受到限制。
现在将参照图1至图3D来简要描述传统的磁性记录头的堆叠结构及其制造方法。图1是示出传统磁性记录头的梯形主磁极10和磁性记录介质的轨道宽度之间的关系的示意图。当垂直地观察磁性记录介质的记录表面和磁性记录头的水平截面时，主磁极10近似为梯形。梯形主磁极10的优点在于即使在斜交角S为最大值时将位数据写入所选择的轨道也不影响与所选择的轨道相邻的轨道。如上所述当梯形主磁极10包括在磁性记录头中时，磁性记录介质的轨道宽度取决于与梯形主磁极10的长边10b对应的主磁极10的宽度。换言之，当斜交角S为0度时的最大的轨道宽度W1等于为主磁极10的截面的梯形的长边10b的长度。
图2是具有堆叠结构的传统磁性记录头的剖视图。图2的截面是磁性记录头的面对磁性记录介质的水平截面。第一绝缘层21、第二绝缘层22、第三绝缘层23和返回极层30顺序地堆叠。具有梯形截面的切口(slit)形成在第二绝缘层22中并填充有磁性材料，从而形成梯形主磁极10。
图3A至图3D是示出制造图2中的传统磁性记录头的方法的剖视图。如图3A中所示，第一绝缘层21和主磁极层10′顺序地堆叠，光致抗蚀剂图案80形成在第一绝缘层21和主磁极层10′的堆叠上。光致抗蚀剂图案80是具有预定宽度的线图案。光致抗蚀剂图案80的最小宽度取决于用于形成光致抗蚀剂图案80的光刻技术。
其后，如图3B中所示，主磁极层10′被刻蚀直到第一绝缘层21被暴露，从而在光致抗蚀剂图案80的下面形成梯形主磁极10。主磁极10的较大宽度等于光致抗蚀剂图案80的宽度。
随后，如图3C中所示，第二绝缘层22形成在第一绝缘层21上。可通过在所得到的结构的整个表面上沉积绝缘材料直到主磁极10的两侧都被绝缘材料填充并利用剥离(lift-off)方法来去除形成在梯形主磁极10上的光致抗蚀剂图案80和绝缘部分，来形成第二绝缘层22。可选地，可通过首先利用剥离器(stripper)去除光致抗蚀剂图案80、在得到的结构上沉积绝缘材料并将形成在梯形主磁极10上的绝缘部分抛光(polish)，来形成第二绝缘层22。接着，如图3D中所示，第三绝缘层23形成在主磁极10和第二绝缘层22上。返回极层30由磁性材料形成在第三绝缘层23上。
然而，当采用现有的光刻设备时，光致抗蚀剂图案80仅可具有大约100nm的宽度。换言之，如上所述，由于主磁极10的宽度取决于光致抗蚀剂图案80的宽度W1，所以传统的堆叠结构使磁性记录介质的宽度W1不能小于100nm。对能够使磁性记录介质的轨道变窄的磁性记录头的结构以及制造该磁性记录头的方法仍然存在着需求。
发明内容
本发明提供了一种具有新的堆叠结构的磁性记录头以及制造该磁性记录头的方法，该磁性记录头可显著减小磁性记录介质的轨道宽度。
根据本发明的一个方面，磁性记录介质的轨道宽度由与光刻相比能够容易控制的薄膜厚度来确定。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有包括主磁极和返回磁极的堆叠结构的磁性记录头。该堆叠结构包括第一绝缘层，在一个表面上具有阶梯部分；第一磁性部分，具有接触阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜的形状；第二磁性层，设置成与第一磁性部分绝缘。
垂直薄膜形状表示以几乎均匀的厚度沿着阶梯部分411的相对于其上形成有磁性记录介质的堆叠结构的参考表面几乎垂直形成的表面形成的薄膜的部分。第一绝缘层可以是利用例如沉积的方法而形成在基底上的层。
第一磁性部分用作将磁场施加到磁性记录介质的主磁极。第二磁性层用作施加的磁场返回到的返回极。从作为主磁极的第一磁性部分接收的磁场穿过磁性记录介质的记录层和软下伏层，并返回到作为返回极的第二磁性层。在这个过程中，记录层的与具有高磁通密度的第一磁性部分对应的区域被磁极化为向上的磁极或向下的磁极，由此，位数据存储在磁极化区域中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造具有包括主磁极和返回极的堆叠结构的磁性记录头的方法，该方法包括形成在一个表面上具有阶梯部分的第一绝缘层；形成第一磁性层，沿着阶梯部分形成在第一绝缘层上，该第一磁性层为磁性薄膜；形成第一磁性部分，形成第一磁性部分是通过在预定的时间段内刻蚀第一磁性层直到去除第一磁性层的水平部分而仅留下第一磁性层的接触阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜部分为止；形成第二绝缘层，形成第二绝缘层是通过在第一绝缘层和第一磁性部分的上表面上沉积绝缘材料并对绝缘材料进行抛光直到暴露第一磁性部分的上表面为止；在第一磁性部分的上表面上顺序地堆叠第三绝缘层和第二磁性层。
利用光致抗蚀剂掩模根据可选的刻蚀方法可以形成第一绝缘层。可利用通常的薄膜堆叠方法来实现绝缘层和磁性层的堆叠。
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它特征和优点将变得更清楚，在附图中图1是示出传统的磁性记录头的梯形主磁极和磁性记录介质的轨道宽度之间的关系的示意图；图2是具有堆叠结构的传统磁性记录头的剖视图；图3A至图3D是示出制造图2中的传统磁性记录头的方法的剖视图；图4是根据本发明的实施例的磁性记录头的堆叠结构的剖视图；图5A至图5D是示出根据本发明的实施例的制造图4中的磁性记录头的方法的剖视图；
图6A是示出根据本发明的一个实施例的形成具有阶梯部分的绝缘层的方法的剖视图；图6B是示出根据本发明的另一个实施例的形成具有阶梯部分的绝缘层的方法的剖视图；图7是根据本发明的另一个实施例的磁性记录头的堆叠结构的剖视图。
具体实施例方式
现在将参照附图来更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。在图中，相同的标号表示相同的元件或部分，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度或宽度。
图4是根据本发明实施例的磁性记录头的堆叠结构的剖视图。参照图4，该堆叠结构包括第一绝缘层41，在其一侧具有阶梯部分411；第一磁性部分50，接触阶梯部分411的阶梯竖直部分(riser)。第一磁性部分50具有垂直薄膜的形状。垂直薄膜形状表示以几乎均匀的厚度沿着阶梯部分411的相对于其上形成有磁性记录头的堆叠结构的参考表面几乎垂直形成的表面形成的薄膜的部分。
堆叠结构还包括与第一磁性部分50绝缘的第二磁性层30。第一磁性部分50用作主磁极，第二磁性层30用作返回极。第一磁性部分50可利用第二绝缘层42和第三绝缘层23来与第二磁性层30绝缘。第二绝缘层42形成在第一绝缘层41的阶梯部分411的下梯面(tread)上，并具有与第一磁性部分50的高度相同的高度。第三绝缘层23形成在第一磁性部分50的上表面和第二磁性层30之间。第三绝缘层23用作写间隙(write gap)。
第一磁性部分50和第二磁性层30之间的绝缘不仅通过利用上述的元件来实现，还可通过利用其它各种方法来实现。例如，第二磁性层30可位于第一绝缘层41的与第一磁性部分50相对的一侧，从而第一绝缘层41可用作写间隙。
包括图4中的磁性记录头的磁记录装置使磁性记录介质的所选择的轨道在与磁性记录头的第一磁性部分50堆叠的方向垂直的方向上前进。磁性记录介质的轨道T的宽度W2取决于第一磁性部分50的薄膜的厚度。换言之，第一磁性部分50沉积在第一绝缘层41上的厚度对应于磁性记录介质的轨道T的宽度W2。
即使通过利用传统的薄膜形成技术也可以形成具有几十纳米至几亚纳米的厚度的薄膜。因此，根据本发明的磁性记录头和磁记录装置可将磁数据写入磁性记录介质，同时形成大约几亚纳米至几十纳米的非常窄的轨道。这意味着可得到利用根据本发明的磁性记录头的能够以每平方英寸(in2)兆位(Tb)的等级提供信息存储的磁记录装置。
第一磁性部分50和第二磁性层30由软磁材料形成，所述软糍材料是被电磁感应等产生的外部磁场磁化的。根据本实施例的磁性记录头可使用在传统技术中通常使用的材料，比如镍铁导磁合金(permalloy，NiFe)。然而，因为第一磁性部分50用作磁场集中在窄的截面上的主磁极，所以，与第二磁性层30相比，第一磁性部分50优选地由具有大的饱和磁通密度即Bs的材料形成。
第一绝缘层41、第二绝缘层42和第三绝缘层23由绝缘材料形成。氧化物比如Al2O3通常可被用作绝缘材料。可使用其它各种材料比如在传统技术中通常被用作绝缘材料的氧化物和氮化物。
图5A至图5D是示出根据本发明的实施例的制造图4中的磁性记录头的方法的剖视图。首先，如图5A中所示，形成第一绝缘层41，第一绝缘层41在一个表面上具有阶梯部分411。可通过利用光致抗蚀剂掩模81作为刻蚀掩模刻蚀绝缘层部分41′来形成阶梯部分411(见图6A)。可选地，可通过在预先被布置为阶梯状的第一绝缘层41的下梯面的部分上形成光致抗蚀剂掩模、在得到的结构上沉积绝缘材料以形成阶梯状的第一绝缘层41的上梯面并利用剥离方法去除形成在阶梯状的第一绝缘层41上的光致抗蚀剂掩模和绝缘材料，来形成阶梯部分411(见图6B)。
接着，如图5B中所示，第一磁性层50′沿着阶梯部分411形成在第一绝缘层41上，其中，第一磁性层50′是磁性薄膜。如上所述，软磁材料比如镍铁导磁合金(NiFe)适用于形成第一磁性层50′。利用通常的薄膜形成技术比如溅射技术、真空蒸发技术、电镀技术或原子层沉积技术，可形成磁性薄膜。例如，如果采用原子层沉积技术，则因为能够以单原子层为单位进行沉积，所以可形成具有亚纳米单位厚度的第一磁性层50′。以这种方式，第一磁性层50′沿着阶梯部分411形成，结果垂直薄膜501堆叠在与图5B中的水平方向垂直的方向上，即堆叠在与堆叠结构的参考表面垂直的方向上。
其后，如图5C中所示，在预定的时间段内刻蚀第一磁性层50′，以去除第一磁性层50′的水平部分，即仅保留与阶梯部分411的阶梯竖直部分接触的垂直薄膜501，由此，形成第一磁性部分50。各向异性刻蚀法优选地用于刻蚀第一磁性层50′。离子束刻蚀(IBE)法、反应离子刻蚀(RIE)法或反应离子束刻蚀(RIBE)法也可用于刻蚀第一磁性层50′。优选的刻蚀方向是图5C中的垂直方向，即与堆叠结构的参考表面近似垂直的方向。然而，公知的是，离子被以45度施加时的刻蚀效率优于离子被垂直施加时的刻蚀效率。因此，首先，如箭头①所示，离子以45度撞击第一磁性层50′来进行刻蚀。然后，为了去除第一磁性层50′的被阶梯部分411掩藏的部分，45度的角度改变为90度的角度，从而使离子垂直地撞击第一磁性层50′，如箭头②所示。所述预定的时间段优选地是足以去除第一磁性层50′的整个水平部分的持续时间。
然后，如图5D中所示，绝缘材料沉积在第一绝缘层41和第一磁性部分50的上表面上，随后对绝缘材料进行抛光直到暴露第一磁性部分50的上表面。因此，形成具有与第一磁性部分41的阶梯部分411的上梯面的高度相同的高度的第二绝缘层42。优选地，第三绝缘层23和第二磁性层30顺序地堆叠在所得到的结构上。
只要第一磁性部分50和第二磁性层30彼此绝缘，第二绝缘层42和第三绝缘层23以及第二磁性层30的形成可为任意工艺。与本实施例对比，第二磁性层30可先于第一绝缘层41形成，而随后的过程与本实施例同样地执行。
图7是根据本发明的另一个实施例的磁性记录头的堆叠结构的剖视图。如图7中所示，第一绝缘层41的阶梯部分具有相对于垂直线的预定倾斜，并且以相对于垂直线的预定倾斜来执行刻蚀，由此以具有倒梯形形状的垂直薄膜来形成第一磁性部分51。换言之，控制图7中示出的左倾斜以使其与第一绝缘层41的阶梯部分的阶梯竖直部分相同，而通过使离子碰撞第一磁性部分51的方向等于箭头所示出的方向来形成右倾斜。因此，第一磁性部分51形成为倒梯形。
如上所述，可利用现有的工艺设备而无需改变来执行制造根据本发明的磁性记录头的方法。
根据本发明的磁性记录头具有新的堆叠结构，该堆叠结构可以显著减小磁性记录介质的轨道宽度。磁性记录介质的轨道宽度由与光刻相比能够容易控制的薄膜厚度来确定。因此，轨道宽度可降低为亚纳米。
此外，根据本发明的磁性记录头制造方法即使利用现有的工艺设备而无需改变，也可制造出具有新堆叠结构的磁性记录头。
虽然参照本发明的示例性实施例已经具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在本发明中对形式和细节做各种改变。
权利要求
1.一种磁性记录头，具有包括主磁极和返回磁极的堆叠结构，所述堆叠结构包括第一绝缘层，在一个表面上具有阶梯部分；第一磁性部分，具有接触所述阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜的形状；第二磁性层，设置成与所述第一磁性部分绝缘。
2.如权利要求1所述的磁性记录头，其中，所述堆叠结构还包括第二绝缘层，形成在所述第一绝缘层的所述阶梯部分的下梯面的上表面上，所述第二绝缘层具有与所述第一磁性部分的高度相同的高度；第三绝缘层，形成在所述第一磁性部分的上表面和所述第二磁性层之间。
3.如权利要求1所述的磁性记录头，其中，所述第二磁性层形成在所述第一绝缘层的下表面上。
4.如权利要求1所述的磁性记录头，其中，所述第一磁性部分由软磁材料形成，所述软磁材料的饱和磁通密度大于所述第二磁性层的饱和磁通密度。
5.一种磁记录装置，包括磁性记录头，具有包括主磁极和返回磁极的堆叠结构；磁性记录介质，在所述磁性记录介质中，所选择的轨道在相对于所述磁性记录头的一个方向上移动，其中，所述堆叠结构包括第一绝缘层，在一个表面上具有梯形部分；第一磁性部分，具有接触所述阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜的形状；第二磁性层，设置成与所述第一磁性部分绝缘；所述磁性记录介质的所选择的轨道在与第一磁性部分堆叠从而形成所述磁性记录头的方向垂直的方向上移动。
6.一种制造具有包括主磁极和返回磁极的堆叠结构的磁性记录头的方法，所述方法包括形成在一个表面上具有阶梯部分的第一绝缘层；沿着所述阶梯部分在所述第一绝缘层上形成第一磁性层，所述第一磁性层为磁性薄膜；通过在预定的时间段内刻蚀所述第一磁性层直到去除所述第一磁性层的水平部分而仅留下所述第一磁性层的接触所述阶梯部分的所述阶梯竖直部分的垂直薄膜部分为止，形成第一磁性部分。
7.如权利要求6所述的方法，还包括通过在所述第一绝缘层和所述第一磁性部分的上表面上沉积绝缘材料并对所述绝缘材料进行抛光直到暴露所述第一磁性部分的所述上表面为止，形成第二绝缘层；在所述第一磁性部分的所述上表面上顺序地堆叠第三绝缘层和第二磁性层。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在通过刻蚀所述第一磁性层来形成所述第一磁性部分的过程中，采用各向异性刻蚀方法在所述第一磁性层的所述水平部分的厚度方向上执行刻蚀。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述各向异性刻蚀方法是从包括离子束刻蚀法、反应离子刻蚀法、反应离子束刻蚀法的组中选择的一种方法。
全文摘要
本发明提供了一种磁性记录头及其制造方法。该磁性记录头具有包括主磁极和返回磁极的堆叠结构。该堆叠结构包括第一绝缘层，在一个表面上具有阶梯部分；第一磁性部分，具有接触阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜的形状；第二磁性层，设置成与第一磁性部分绝缘。制造该磁性记录头的方法包括形成在一个表面上具有阶梯部分的第一绝缘层；沿着阶梯部分在第一绝缘层上形成磁性薄膜；通过在预定的时间段内刻蚀磁性薄膜直到仅留下磁性薄膜的接触阶梯部分的阶梯竖直部分的垂直薄膜部分为止，形成主磁极。
文档编号G11B5/127GK1838242SQ20061005838
公开日2006年9月27日 申请日期2006年3月3日 优先权日2005年3月24日
发明者李厚山, 金庸洙 申请人:三星电子株式会社