专利名称：具有用于直镀磁极片的改进整形层的垂直磁头的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及硬磁盘驱动器的磁头，尤其涉及具有电镀极尖(pole tip)的垂直磁头。
背景技术：
硬磁盘驱动器一般地包括一个或多个可旋转数据存储磁盘，其具有形成于其上的磁数据存储层。小的磁化区域形式的数据，称作磁数据位(bit)，由磁头写到磁盘的磁层上，磁头包括磁极，使得磁通流动通过磁极。磁通从接近磁盘上磁层的磁极的极尖部分流动，引起磁位在磁层中的形成。
一般地，磁位可以被形成，其中每位的磁场方向或者在磁层的平面中或者垂直于磁层的平面。形成具有面内磁场的磁位的磁头称作纵向磁头，而形成具有垂直于磁层平面的磁场的位的磁头称作垂直磁头。本发明尤其涉及垂直磁头。
为了增加磁盘的理想数据存储密度，期望写较小的磁位。为了实现这一点，必须制造具有较小磁极尖的磁头，因为极尖的大小直接决定由极尖写入的磁数据位的大小。在目前制造的磁头中，极尖被制造具有亚微米大小，以产生亚微米大小的磁位。这种亚微米大小的磁极尖非常易碎，并且在磁头制造过程中容易畸形、和/或损坏。特别地，一些制造过程利用制造极尖的喷镀沉积技术。但是，该技术可能导致极尖材料中多余空白的形成。在极尖被电镀的情况下，空白的出现基本上减小。另外，在极尖在磁头制造过程中较早，而不是较晚制造的情况下，随后制造步骤中对极尖的损坏出现增多。本发明设法通过在朝向磁头制造过程结束的制造步骤中电镀极尖来解决这些问题。
发明内容
本发明的磁头包括暴露于磁头的空气支承表面处的第一磁极和不暴露于空气支承表面处的第二磁极整形层。一层非磁性材料制造在空气支承表面与整形层之间，其中非磁性材料也导电。在整形层的制造之后，磁头的极尖电镀在非磁性导电材料之上，并且与整形层磁通相通。
本发明的磁头的一个优点在于，磁极尖在磁极的整形层的制造之后制造，磁极尖与整形层以磁通相通连接。
本发明的磁头的另一个优点在于，磁极尖电镀在磁头内，而不具有沉积在极尖下面的电镀籽晶(seed)层。
本发明的磁头的再一个优点在于，没有极尖的电镀籽晶层存在于磁头的ABS表面处。
本发明的磁头的又一个优点在于，一层非磁性材料位于ABS表面和磁头的第二磁极的相对大整形层之间。
本发明的硬磁盘驱动器的一个优点在于，它包括本发明的磁头，其中磁极尖在磁极的整形层的制造之后制造，磁极尖与整形层以磁通相通连接。
本发明的硬磁盘驱动器的另一个优点在于，它包括本发明的磁头，其中磁极尖电镀在磁头内，而不具有沉积在极尖下面的电镀籽晶层。
本发明的硬磁盘驱动器的再一个优点在于，它包括本发明的磁头，其中没有极尖的电镀籽晶层存在于磁头的ABS表面处。
本发明的硬磁盘驱动器的又一个优点在于，它包括本发明的磁头，其中一层非磁性材料位于ABS表面和磁头的第二磁极的相对大整形层之间。
本发明的磁头的制造过程的一个优点在于，极尖在第二磁极的整形层制造之后制造，使得对极尖损坏的可能性减小。
用于制造本发明的磁头的方法的另一个优点在于，极尖由电镀过程直接制造在一层非磁性、导电材料上。
用于制造本发明的磁头的方法的另一个优点在于，极尖在电镀过程中制造，而不使用位于极尖下面的电镀籽晶层。
当参考附图的几幅图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其他特征和优点无疑将对本领域技术人员变得显然。
图1是描绘包括本发明的磁头的硬磁盘驱动器的示意图；图2是描绘现有技术垂直磁头的图；图3-16是描绘本发明的垂直磁头的制造过程的图；图17是从空气支承表面(ABS，air bearing surface)而取的本发明的垂直磁头的正视图；以及图18是本发明的完成垂直磁头的侧截面视图。
具体实施例方式
本发明的磁头用来读写数据到磁性媒体，例如硬磁盘驱动器中的硬磁盘。硬磁盘驱动器10的简化顶部平面图在图1中呈现，其中至少一个磁性媒体硬磁盘12可旋转地安装在主轴14上。本发明的磁头16在安装于传动装置臂18上的浮动块17上形成，以便在每个旋转的硬磁盘12的表面19上飞行，如对本领域技术人员众所周知的。
图2是磁头的典型现有技术垂直写磁头部分26的侧截面图，其用作下面本发明的改进垂直写磁头的描述的基础。如图2中所描绘的，具有空气支承表面34的浮动块17在硬磁盘40的表面38上的数据写入位置中显示。磁盘40包括制造在软磁底层46上面的高矫顽磁层42。在图2中，磁盘40正在相对于静止的浮动块17向左移动(箭头50)。
垂直磁头26包括第一磁极(P1)60，感应线圈64已经制造在其上。小且窄的极尖68制造在感应线圈结构64上面，并且第二磁极(P2)72制造在极尖68上面并与极尖68磁通流动相通。磁性后间隙片76连接P1极60和P2极72的上部，使得磁通可以在它们之间流动。如由本领域技术人员完全理解的，流过感应线圈64的电流将引起磁通流过磁头的磁极，其中磁通流的方向依赖于通过感应线圈的电流的方向。例如，一个方向上的电流将引起磁通从P2极72向下流动(参看箭头80)通过窄的P2极尖68进入磁头40的高矫顽磁层42中。磁通80使得磁化数据位记录到高矫顽磁层42中，其中数据位的磁场垂直于磁盘40的表面38(参看箭头84)。然后，磁通通过高矫顽磁层42并且流入到软磁底层46中，并且朝向P1极60支出。然后，磁通向上流动(参看箭头88)进入P1极60中，然后通过后间隙片76到达P2极72，从而完成磁通电路。在这种垂直写磁头中，重要的是，P1极60比极尖68大得多，使得向上(参看箭头88)通过高矫顽磁层42的磁通的密度极大地减小，并且将不在磁性上影响，或者回挠硬磁盘上数据位的磁场，例如与正在其上写入的轨道相邻的数据轨道上的位。并且，垂直写磁头的特征在于P1极60和P2极尖68之间的距离不像在纵向写磁头中那样是关键性的大小，其中P1极由非常细的写间隙层与P2极尖相隔，并且数据位被形成，具有高矫顽磁层的平面中的磁场方向。
增加硬磁盘的理想数据存储密度的期望导致以越来越小的数据位写入数据的期望，因此导致制造具有越来越小极尖的写磁头的要求。当创造这种非常小的极尖时，期望限制在小极尖的制造之后进行的制造步骤的数目，因为每个制造步骤都带有极尖将在这些随后的制造步骤中以某种方式损坏的进一步的可能性，从而退化各个设备性能，也减小制造产量。如从本发明下面的描述中将理解的，本发明优选实施方案的优点在于，极尖在P2磁极层的较大部分的制造之后制造，由此较少的写磁头制造步骤在极尖制造之后进行。但是，如这里所描述的，极尖可以在过程中较早地制造，其中采取适当的步骤在随后的制造步骤中保护它。本发明的这些和更多特征将从下面用于制造本发明的方法的描述中变得显然。
图3是本发明的垂直磁头16的制造中步骤的侧截面视图。图3中所示的特征是现有技术垂直磁头的一部分，并且用作理解本发明的制造过程的基础。如图3中描绘的，第一磁屏蔽(S1)100制造在衬底表面104上。然后，读磁头元件108制造在电绝缘层112中，并且在称作并入磁头的一种类型的磁头中也可以起第一磁极(P1)60作用的第二磁屏蔽(S2)60制造在读磁头绝缘层112的上面。此后，感应线圈结构64，显示为制造在电绝缘层120中的五个感应线圈圈数116，使用标准制造技术，例如照相平板印刷和电镀处理技术制造在P1极60的上面。此后，包括磁性导电材料例如坡莫合金的后间隙片76被制造，与P1极60磁连接。此后，感应线圈和后间隙片的顶面例如通过化学机械抛光(CMP)步骤平面化，并且形成图案的电绝缘层124沉积在感应线圈64的上面。
更常见的磁头设计(没有显示)称作背载磁头，其中S2磁屏蔽和P1极层是由典型地为一层绝缘材料(例如氧化铝)的层彼此磁性隔离的单独的铁磁层。这减小放出写磁头导致的读出器不稳定。理想地，铁磁层之间的该隔离层的厚度将为至少一微米。
在开始制造本发明的磁头时，如接下来在图4的横截面视图中看到的，称作整形层的第二磁极层的非磁性电镀籽晶层130接下来沉积在绝缘层124的平面顶面132上。籽晶层130可以包括材料例如NiP。籽晶130的一部分136可以去除，以便将来磁性后间隙76的对准和磁连续性。此后，使用众所周知的照相平版印刷技术，形成图案的抗蚀剂层134被制造，其中整形层沟138在籽晶层130上形成。此后，如图4中所描绘的，整形层142电镀在沟138内，并且图5是描绘整形层142的位置和形状的顶部平面图。优选的整形层材料是NiFe45/55，虽然NiFe的其他组成以及其他已知的磁性材料可以使用。如图4和5中所描绘的，整形层142的位置的重要特征在于，它被制造，使得前侧144远离计划的ABS表面(虚线146)而布置。整形层142的形状的特征在于，它被制造，使得侧壁150与ABS表面146平行并且朝向ABS向内逐渐变细。
如接下来在图6的横截面视图中看到的，在整形层142的电镀之后，使用进一步的照相平版印刷技术，抗蚀剂134被去除并且第二形成图案的抗蚀剂154被制造，使得沟158在整形层142前面形成。重要的是，沟158延伸超出磁头的ABS表面(虚线146)之外。沟158的该延伸将减轻即将到来的电镀过程步骤的需求。图7是显示在整形层142前面形成的沟158的位置和形状的顶部平面图，并且其中看到，沟跨越ABS表面146而延伸，并且它包括与ABS表面146平行的侧壁160。在沟158的形成之后，进一步的电镀步骤部分地利用电连接的籽晶层130来进行。重要地，在该电镀步骤中，非磁性、导电材料电镀到沟158中。非磁性、导电材料162可能是材料例如磷化镍NiP或镍铬NiCr，并且它完全电镀在沟158内。非磁性材料162的优选特性在于，它是抗蚀的并且当ABS随后被抛光时不产生极度的凹处和突起。
在非磁性材料162的电镀之后，光致抗蚀剂154利用照相平版印刷技术从圆片表面去除。接下来，籽晶层130在(设备区域外部)的范围中沿着材料去除。然后，圆片用绝缘体164例如氧化铝覆盖(如图9中所示并在下面描述)，其跨越圆片的表面沉积。此后，圆片的表面在CMP步骤中平面化，直到层次166(参看图6)，该层次166位于整形层142的顶面处或顶面内，使得整形层表面上的所有非磁性材料162被去除。包括极尖的第二磁极的探针层部分接下来将制造在整形层142和非磁性材料层162的上面，如接下来将描述的。
如图8的平面图中描绘的，形成图案的抗蚀剂(参看虚线172)接下来制造在圆片的平坦表面上，以覆盖整形层142和非磁性材料162的中心部分，然后电镀籽晶层184跨越圆片的表面而沉积。如图8中描绘的，籽晶层184被制造，以与整形层142的边缘188(图8中划上阴影线的)和非磁性材料162的边缘189(图8中划上阴影线的)电接触，其中整形层和非磁性材料的中心部分由形成图案的抗蚀剂屏蔽于籽晶层184。此后，如在沿着图8的线9-9和10-10而取的图9和10的横截面视图，以及沿着图8的线11-11而取的图11的侧截面视图中看到的，形成图案的抗蚀剂172利用照相平版印刷技术来去除，并且第二磁极的探针层部分的掩模层200跨越圆片的表面而沉积。掩模层200沉积到整形层142和非磁性材料162上，和籽晶层184上。重要的是，籽晶层184不是跨越整形层142和非磁性层162的整个表面而沉积，而是它仅沉积在整形层142和非磁性材料162的非临界旁边区域188和189中。由于以下将出现的原因，期望掩模层200包括相对硬的材料，其可以担当CMP停止层，或者可以利用活性离子蚀刻(RIE)过程选择性地去除。掩模层200的适当材料是材料例如SiO2和Ta2O5。掩模层200也可以是适当的抗蚀剂。
如接下来在(沿着图13的线12-12而取的)图12的前正视图和图13的顶部平面图中看到的，RIE掩模层204沉积在掩模层200的上面，并且形成图案以形成探针层形状的掩模开口206和P2极尖开口208。此后，在RIE蚀刻过程中，例如在层204包括SiO2的情况下利用氟种类，探针层沟210蚀刻进入并通过层200。包括非磁性层(NiP或NiCr)162和整形层(NiFe)142的材料对活性离子蚀刻过程不敏感，因此担当RIE停止层。如图12中描绘的，优选地，探针层沟210在RIE蚀刻过程中形成具有斜面侧边缘212，使得P2极尖将具有通常梯形形状，如下面描绘和描述的。一种备选制造方法是，直接用抗蚀剂材料形成掩模层200，其中沟210可以由平版印刷过程的优化来制造。这将去除对RIE掩模层204的需求。
如接下来在图14的前正视图中看到的，然后执行电镀步骤，其中包括P2极尖224的探针层220完全电镀在探针层沟210内。优选的探针层材料是高磁矩CoFe，虽然NiFe和其他已知的材料可以使用。也应当指出，其他沉积技术例如喷镀可以用来沉积探针层材料。优选地，过度电镀直到过度电镀材料蘑菇228形成。在这一点上，应当理解，探针层220和P2极尖224直接电镀到非磁性材料162和整形层142上，并且非磁性材料162导电的原因在于，ABS表面146处其上P2极尖224的良好电镀可以获得，而没有极尖位置处的籽晶层去除。电镀探针层和极尖对于其他技术例如喷镀沉积是优选的，因为极尖中空白的形成在利用电镀的情况下减小。如接下来在图15中看到的，接下来CMP步骤执行，其中过度电镀的探针层材料228和RIE掩模204被去除，直到掩模层200的表面232。如上面指出的，优选地，掩模层200由硬材料，例如SiO2或Ta2O5形成，以担当CMP停止，以保持P2极尖224的高度并且获得其上的平坦顶面236。因此，掩模层200的厚度确定P2极尖224的厚度。
期望去除野外的剩余掩模层材料以及任何探针层和籽晶层材料，以完成磁头的制造。如图16中描绘的，这可以通过首先用光致抗蚀剂掩模240覆盖探针层220和P2极尖224，然后执行蚀刻步骤，例如离子铣削或蚀刻步骤，以去除野外的暴露掩模层材料，暴露探针层材料和籽晶层来完成。此后，在进一步的标准磁头制造步骤例如电导线的制造之后，剩余的光致抗蚀剂掩模240利用照相平版印刷技术去除，紧接着进一步RIE步骤以去除由光致抗蚀剂240覆盖的剩余掩模层材料200。磁头的其他暴露部分，例如P2极尖，对RIE过程不敏感并且保持未受影响。此后，如图17中描绘的，磁头例如通过跨越圆片的表面沉积氧化铝250来密封，并且图18提供本发明的完成垂直磁头16的横截面视图，其已经在ABS表面146处切除和抛光。注意，感应线圈结构64，读传感器108，和返回磁头组(P1极60)的确切位置，形状和大小可以改变。
也应当指出，探针层和P2极尖的制造过程也可以改变。也就是，备选过程是，电镀较大的结构并且通过去除多余的磁性材料经由粒子铣削来形成期望的探针层和P2极尖。
因此，本发明的一些重要特征如下。参考图7中呈现的顶视图，应当理解，整形层142的侧壁150朝向P2极尖224逐渐变细，以便于磁通向上朝向P2极尖的底部流动。如将从图17的前正视图和图18的横截面视图理解的，本发明的第二磁极结构254包括整形层142，该整形层142由在ABS处在其前面制造的非磁性材料162与ABS 146相隔；因此跨越ABS来自整形层的多余磁场磁通泄漏减少。探针层220优选地直接电镀在整形层142上，而不使用和呈现其间的电镀籽晶层。类似地，探针层220的P2极尖部分224直接电镀在非磁性、导电材料162上，而不使用和呈现其间的电镀籽晶层；所以在ABS处，在P2极尖和非磁性材料之间不存在籽晶层。这为由P2极尖写入的数据位提供改进的定义。
如在已经阅读本发明的前述详细描述之后由本领域技术人员完全理解的，磁头可以被制造，其中本发明的极尖制造的新特征应用于第一磁极60，并且第二磁极形成而不具有极尖。也就是，第一磁极将被制造以包括整形层，非磁性、导电层和具有电镀在整形层和非磁性、导电层上的极尖的探针层。此后，充分厚的绝缘层制造在极尖的上面，紧接着制造感应线圈结构，并且随后制造具有暴露于ABS处的扩大极表面(大小类似于图2和3中描绘的P1极60)的第二磁极层。因此，这种磁头在发明者的思考中，并且打算包括于在下面陈述的权利要求书中。
虽然本发明已经参考某些优选实施方案显示和描述，应当理解，本领于技术人员将无疑在形式上且详细地设计将仍然包括本发明的基本本质和范围的备选和修改。因此，企图是下面的权利要求书包括所有这些备选和修改。
权利要求
1.一种磁头，包括第一磁极，其具有暴露于磁头的空气支承表面(ABS)处的其一部分；第二磁极的整形层部分，所述整形层与所述第一磁极磁通相通，并且不具有暴露于所述ABS处的部分；一层非磁性、导电材料，其位于所述整形层和所述ABS之间。
2.根据权利要求1的磁头，还包括所述第二磁极的探针层部分，所述探针层包括极尖，其中所述极尖至少部分地位于所述非磁性材料上，并且其中所述探针层的部分被布置与所述整形层磁通相通。
3.根据权利要求1的磁头，其中所述非磁性、导电材料包括NiP或NiCr。
4.根据权利要求1的磁头，其中所述整形层制造有侧壁，其在朝向所述ABS的方向上向内逐渐变细。
5.根据权利要求1的磁头，其中用于制造所述整形层的籽晶层是非磁性的。
6.根据权利要求5的磁头，其中用于制造所述整形层的所述籽晶层暴露于所述ABS处。
7.根据权利要求1的磁头，其中所述探针层直接电镀在所述整形层上，并且所述极尖的部分直接电镀在所述非磁性、导电材料上。
8.根据权利要求1的磁头，其中所述非磁性、导电材料形成具有与所述整形层的厚度近似相等的厚度。
9.一种硬磁盘驱动器，包括至少一个硬磁盘，其适合于在磁盘驱动器上旋转运动；至少一个浮动块设备，其具有浮动块体部分；磁头，其在所述浮动块体部分上形成，用于将数据写到所述硬磁盘上；所述磁头包括第一磁极，其具有暴露于磁头的空气支承表面(ABS)处的其一部分；第二磁极的整形层部分，所述整形层不具有暴露于所述ABS处的部分；一层非磁性、导电材料，其位于所述整形层和所述ABS之间。
10.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，还包括所述第二磁极的探针层部分，所述探针层包括极尖，其中所述极尖至少部分地位于所述非磁性材料上，并且其中所述探针层的部分被布置与所述整形层磁通相通。
11.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，其中所述非磁性、导电材料包括NiP或NiCr。
12.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，其中所述整形层制造有侧壁，其在朝向所述ABS的方向上向内逐渐变细。
13.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，其中用于制造所述整形层的籽晶层是非磁性的。
14.根据权利要求13的硬磁盘驱动器，其中用于制造所述整形层的所述籽晶层暴露于所述ABS处。
15.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，其中所述探针层直接电镀在所述整形层上，并且所述极尖的部分直接电镀在所述非磁性、导电材料上。
16.根据权利要求9的硬磁盘驱动器，其中所述非磁性、导电材料形成具有与所述整形层的厚度近似相等的厚度。
17.一种用于制造磁头的方法，包括制造第二磁极的整形层部分，与单独的第一磁极磁通流动相通，所述整形层片被定位，使得其没有将位于磁头的空气支承表面(ABS)处的部分；在所述ABS和所述整形层之间制造一层非磁性、导电材料；将所述第二磁极的探针层部分直接电镀在所述整形层上，所述探针层包括直接电镀在所述非磁性、导电材料上的极尖部分。
18.根据权利要求17的用于制造磁头的方法，其中所述探针层电镀在掩模层内，该掩模层包括在活性离子蚀刻步骤中去除的材料。
19.根据权利要求18的用于制造磁头的方法，其中所述探针层电镀在包括抗蚀剂的掩模层内。
20.根据权利要求18的用于制造磁头的方法，其中所述掩模层包括相对硬的材料，其担当化学机械抛光停止层。
21.根据权利要求20的用于制造磁头的方法，其中在所述化学机械抛光步骤之后，执行活性离子蚀刻过程步骤，以去除所述掩模层。
22.根据权利要求17的用于制造磁头的方法，其中所述整形层和所述非磁性、导电材料利用同一籽晶层电镀。
23.根据权利要求18的用于制造磁头的方法，其中在所述探针层的电镀之后，执行平面化过程步骤直到所述掩模层的顶面。
24.根据权利要求17的用于制造磁头的方法，其中所述整形层的顶面和所述非磁性、导电材料的顶面利用平面化步骤形成。
25.根据权利要求17的用于制造磁头的方法，其中所述非磁性、导电层包括NiP或NiCr。
全文摘要
本发明的磁头包括暴露于磁头的空气支承表面处的第一磁极和不暴露于空气支承表面处的第二磁极整形层。一层非磁性材料制造在空气支承表面和整形层之间，其中非磁性材料也是导电的。在整形层的制造之后，磁头的极尖电镀在非磁性导电材料的上面，并且与整形层磁通相通。
文档编号G11B5/187GK1551108SQ20041003189
公开日2004年12月1日 申请日期2004年3月31日 优先权日2003年4月1日
发明者杰弗里·S·里尔, 杰弗里 S 里尔 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司