专利名称：具有热辅助记录元件的垂直磁头及其制备方法
技术领域：
本发明一般性地涉及薄膜硬盘数据存储设备所用的磁头，尤其涉及具有在磁头的写头(write head)部件的第二个磁极尖邻近形成的存储介质加热元件的垂直磁头的设计和制备。
背景技术：
硬盘驱动器一般包含在其上形成有磁数据存储层的一个或多个可旋转的数据存储盘。通过含有使磁通流动经过的磁极的磁头，将被称为磁数据位、具有小磁化区域形式的数据写入磁盘的磁层上。从紧邻磁盘上磁层的磁极的极尖部分流出的磁通导致在磁层内形成磁位(magnetic bit)。
一般来说，可以产生磁位，其中每个位的磁场方向处于磁层平面内，或者与磁层的平面垂直。形成具有平面内磁场的磁位的磁头被称为纵向磁头，而形成具有与磁层平面垂直的磁场的磁位的磁头被称为垂直磁头。本发明特别涉及垂直磁头。
对更高磁介质数据记录密度的不断寻求，要求有更小的位单元(bit cell)，其中减少单元中记录材料(颗粒)体积和/或增加矫顽力(Hc)。当位单元尺寸得以充分减少时，超顺磁极限问题会给出磁记录表面密度的物理极限。目前延迟存储介质中这种极限的出现的方法包含制备相互去偶并具有很高矫顽力的更小磁颗粒。此外，写头技术方法包含使用更高磁矩的材料，以及使用热辅助(thermally assisted)记录头。本发明涉及这样的热辅助记录头，其中加热器件被布置在磁头内。磁头发出的热暂时减少介质的局部矫顽力，使得磁头能够在磁介质内记录数据位。一旦磁盘恢复到周围的温度，磁介质的非常高的矫顽力提供了记录的数据磁盘所需要的位存留时间(bit latency)。
为了实现垂直记录的优点最大化，需要一种写头，其提供接近磁头材料的饱和磁通密度的极磁通密度(pole flux density)、近似等于道宽(trackwidth)的极厚度(pole thickness)，加热磁盘的器件和有效磁轭(yoke)设计。
发明内容
本发明的垂直磁头实施例包含在制备磁头的读头(read head)元件之后在磁头结构内制备的介质加热元件。该介质加热元件最好在靠近磁头ABS表面的第一磁极层上制备。在一个磁头的实施例中，在加热元件制备之后，制备包含第二磁极尖的第二磁极探测层(probelayer)。在一个可选磁头实施例中，在加热元件上制备第二磁极整形层(shaping layer)，之后制备包含第二磁极尖的探测层。加热元件是电阻加热元件，最好由NiCr或NiFe构成。介质加热元件紧接在磁介质通过极尖下方之前将磁介质加热。介质的加热降低其局部矫顽力，这有助于通过磁头的写头元件将数据写入该介质中。
本发明垂直磁头的一个优点是它包含促使将数据写入磁盘的介质加热元件。
本发明垂直磁头的另一个优点是加热元件被布置在磁头的第二磁极尖的下方，使得加热元件在介质通过磁极尖下方之前加热该介质。
本发明垂直磁头的实施例的进一步优点在于，加热元件被布置在磁头的P2极尖下方，使得P2极尖能够吸收加热元件发出的热，并将热辐射到通过P2极尖下方的介质。
本发明垂直磁头的实施例的另外一个优点是加热元件被布置在与磁头的P2极尖分隔的层中，使得加热元件能够在介质通过P2极尖之前将热辐射到经过其下的介质上。
本发明硬盘驱动器的优点在于它包含具有介质加热元件的垂直磁头，由此能够获得硬盘驱动器的更高数据表面存储密度。
本发明硬盘驱动器的另外一个优点在于它包含具有介质加热元件的垂直磁头，由此能够对具有更高矫顽力的数据存储盘进行写入。
本发明硬盘驱动器的进一步优点在于它包含具有加热元件的垂直磁头，该加热元件被布置在磁头的第二磁极尖下方，使得加热元件在介质通过磁头的极尖下方之前加热该介质。
本发明硬盘驱动器的另外一个优点在于它包含具有加热元件的磁头，该加热元件被布置在与磁头的P2极尖相隔离的层中，使得该加热元件能够在介质通过P2极尖之前将热辐射到通过其下的介质上。
毫无疑问本发明的这些和其它的特性对于本领域的技术人员在参照附图并仔细阅读下面的详细描述之后会变得更加明显。
下列附图并没有按实际设备的尺寸画出，这里是用于举例说明本发明。
图1是包含本发明磁头的硬盘驱动器的示意性俯视图；图2是描述现有技术中垂直磁头的各种部件的横截面图；图3-7图示的是本发明的包含介质加热元件的垂直磁头；图8和图9描述的是本发明包含介质加热元件的另一种垂直磁头；图10描述的是本发明在第一磁极内制备磁极尖的另一种垂直磁头。
具体实施例方式
利用本发明的磁头将数据读出和写入例如硬盘驱动器中的硬盘的磁介质。图1示出的是硬盘驱动器10的简化俯视图，其中至少一个磁介质硬盘12可旋转地被安放在主轴电机14上。本发明的磁头16在滑块17上形成，而滑块17被安放在制动臂18上，使得磁头在每个旋转的硬盘12的表面19上飞行，正如本领域的那些技术人员所熟知的那样。
图2是现有技术中普通磁头的垂直写头部分26的横截面图，作为如下本发明改进的垂直写头的描述基础。如图2所示，具有气浮面(air bearing surface)(ABS)34的滑块17处于硬盘12的表面38上的数据写入位置。该磁盘12包含高矫顽力磁层42，其制备在软磁底层46的顶部。在图2中，磁盘12相对于静止滑块17向左(箭头50)移动。
垂直磁头26包含第一磁极(P1)60，在其上已经制备了感应线圈结构62，包含通常在电绝缘层66上和填充绝缘体67内形成的感应线匝(coil turn)64，并进一步具有在线匝64的顶部形成的绝缘层69。在感应线圈结构62的顶部制备包含第二磁极尖70的薄探测层68。被称为整形层72的第二磁极层在探测层68的顶部制备，并与探测层形成磁通流传递。磁后间隙块(magnetic back gap piece)76与P1极60和整形层72的上部会合，使得磁通能够在它们之间流过。正如本领域的技术人员能够很好理解的那样，流过感应线圈64的电流会使磁通流过磁头的磁极，其中磁通流动的方向取决于流过感应线圈的电流的方向。例如，在一个方向的电流会使磁通向下流过整形层(见箭头80)，并且通过窄的P2极尖70进入硬盘12的高矫顽力磁层42。该磁通80导致磁化数据位被记录在高矫顽力层42中，其中数据位的磁场与磁盘12的表面38垂直(见箭头84)。因此磁通流过该高矫顽力层42并流入软磁底层46，并分流(disburse)到P1极60。因此磁通向上(见箭头88)流入P1极60，然后通过后间隙块76到整形层72，因此完成一个磁通环路(magnetic flux circuit)。在这样的垂直写头中，重要的是在ABS上P1极60比极尖70大得多，使得向上(见箭头88)通过高矫顽力层42的磁通密度大大地减少，因此不会磁性影响或翻转硬盘上数据位的磁场，例如邻近正在其上进行写入的磁道的数据磁道上的位的磁场。正如本领域技术人员所熟知的那样，感应线圈64以及P1极60的尺寸和形状可以随写头设计的不同而不同。此外，写头设计是已知的，其中当数据被写入正在旋转的磁盘时，例如P1极的大磁极能够位于写极(即具有其极尖的第二磁极)之后。
垂直写头的重要特性在于P1极60和P2极尖70之间的距离不象在纵向写头中那样至关重要，其中P1极与P2极尖相隔非常薄的写间隙层，以在高矫顽层平面内的磁场方向形成数据位。
图3是本发明垂直磁头16的制备步骤的横截面图。图3所示的特征是例如头26的现有技术垂直磁头的一部分，其作为理解本发明制备过程的基础。如图3所述，第一磁屏蔽(S1)100在滑块衬底表面104上制备。然后读头元件108在电绝缘层112内制备，而第二磁屏蔽(S2)60(可以作为或不作为在一种被称为合并磁头的磁头中的第一磁极(P1)60)在读头绝缘层112的顶部制备。也可以使S2和P1 60作为通常被称为背负式头(piggyback head)的磁头中的磁分立层，本发明适用于合并头或背负式头。其后，感应线圈结构62(被示为5个感应线圈线匝64)使用例如光刻和电镀处理的标准制备技术在电绝缘层66上被制备出来，而电绝缘层66在P1极60的顶部制备。由例如镍铁导磁合金(permalloy)的磁传导材料构成的后间隙块76可以接着进行制备并与P1极60磁连通。此后，与线匝64和磁结构相邻的间隙用电绝缘物67进行填充。然后感应线圈和后间隙块的上表面通常通过例如化学机械抛光(CMP)步骤的方法被平化，并将光刻的电绝缘层69沉积在感应线圈结构62的顶部。
正如上面所指出的那样，本发明为一种垂直磁头，包含在记录数据位到高矫顽力磁介质时提供热辅助的加热元件。本发明的垂直磁头16的第一实施例将在图4、5、6和7中进行描述，其中图4是描述磁头重要部件的透视图，图5是图4中描述的磁头的俯视图，图6是沿图5中的线6-6所取的横截面图，图7是图4-6中所描述的加热元件的俯视图。如图4-7中所述，加热器结构126接着在绝缘层69的顶部进行制备。加热器结构126可以利用著名的光刻技术进行制备，其中电阻加热元件130和加热元件的电导体(electrical lead)134被相继制备。在美国专利申请SJO9-2002-0096US1，＿＿提交，题目为＿＿中提供了这样的加热元件的制备的细节描述，这里全文引用该申请的内容。基本上，加热器结构126包含中心电阻加热器130，其在随后会制备极尖的位置的下方制备。希望加热器的有源加热部分130近似地与极尖的磁轨宽度一样宽，因为不希望加热与正在写入的磁道相邻的数据磁道上布置的磁介质部分。如图4-7中所见，加热元件130可以首先制备，接着是从加热元件横向伸出的电导体元件。尽管不是必需的，但是希望加热元件130在制备时稍微离开磁头的气浮面(ABS)34，以限制在写入操作期间加热元件受到侵蚀和从加热元件到介质磁盘的可能放电。
在加热器结构126的制备之后，例如氧化铝的电绝缘层140被沉积在晶片表面上。在完成绝缘层140的沉积之后，接着会制备包含第二磁极尖148的探测层144。晶片最好具有平整的表面，这有益于精确制备小的极尖148。可以利用光刻技术制备探测层144，而且探测层最好由例如CoFe合金的高磁距材料构成。
在探测层144的制备之后，利用标准的光刻和电镀技术制备被称为整形层160的第二磁极层。整形层最好由具有例如45/55或80/20的at％组合的NiFe组成。整形层160的后端164被形成并且与后间隙块76进行磁通传递(magnetic flux communication)，并且整形层的前侧缘168朝ABS 34和极尖148向内倾斜，以帮助和整形磁通向极尖148的流动。整形层160的前端172离开ABS 34而形成，以防止直接对磁盘12的磁通泄漏，使得来自整形层160的磁通隧道通过极尖148。正如本领域的技术人员所熟悉的那样，在制备整形层160之后，进一步完成例如内部电互连(没有示出)的制备的磁头制备步骤，随后磁头通过例如氧化铝层176的沉积的方法进行封装。此后，晶片被切割和抛光成磁头，磁头的ABS表面被仔细地进行抛光和叠压，最终形成各个磁头。
如上所述，增加硬盘的表面数据存储密度的愿望会导致希望用甚至更小的数据位写入数据，因此需要制备具有甚至更小的极尖的写头。当制造这样非常小的极尖时，希望限制在小极尖的制作之后完成的制备步骤的数量，因为在这些随后的制备步骤期间，每个制备步骤都会进一步带来以某种方式引起极尖损坏的机会。如下所述，极尖可以在整形层的制备之后进行制备，这样，在极尖制备之后，执行较少的写头制备步骤。
本发明另一个实施例将在图8和9中提出，其中图8是俯视图，图9是沿图8的线9-9得到的侧横截面图。如图8和9所示，加热器结构126首先在绝缘层69上进行制备，而绝缘层69是在感应线圈结构上制备的，如图3和上面所述。电加热器结构126与图4-7中描述的加热器结构126基本相似，如上所述，并且它包含中心电阻加热器元件130，和给该加热器元件提供电流的电导体134。在加热器结构126的制备之后，氧化铝层140被沉积在晶片表面之上，这可以跟在(尽管不是必需的)CMP步骤之后进行。在绝缘层140的沉积之后，接着制备整形层160。如参照图4-7所述，整形层160的后部164被制备并且与后间隙块76形成磁通传递，而整形层的前部172被制备成与离开ABS 34，并且具有倾斜的侧面168。在制备整形层160之后，氧化铝200被沉积在晶片表面上，这导致在ABS 34处填充整形层160前面的区域。接着可以完成CMP步骤以形成平整表面并暴露出整形层160的上表面208。接着制备包含极尖148的探测层144，使得它与整形层160形成磁通传递。
在对图4-7和图8-9的磁头实施例进行比较之后可以理解，它们之间的重要差别在于加热器元件130和极尖148之间的距离。具体地，在图4-7所描述的磁头实施例中，加热器元件130靠近极尖148，其间仅有绝缘层140，而在图8和图9所述的磁头实施例中，加热器元件130与极尖148分隔整形层160的厚度加上绝缘层140的厚度。加热器元件130或188和极尖148之间的分隔重要性涉及在磁介质通过极尖下方之前加热器元件能够将介质12的磁层42加热到合适温度的效率。即取决于磁盘12的旋转速度和加热元件的加热能力，以及各种热传递参数，有利的加热设计可以是使加热元件靠近极尖(图4-7)，或者在操作上更优的是使加热元件与极尖148分隔例如整形层160的厚度加上绝缘层140的厚度的距离(图8和图9)。
已经读过本发明的前述细节描述的本领域技术人员会很好地理解，也能够制备出这样的磁头，其中本发明的探测层和极尖制备的新特性被应用到第一磁极，而第二磁极的形成与第一磁极的形成相类似；即没有极尖。具体地，如图10所述，在电绝缘层112内读头元件108的制备之后(如参照图3所述)，第二磁屏蔽(S2)320在绝缘层112的顶部进行制备。正如本领域的技术人员所理解的那样，图10所描述的实施例中的第二磁屏蔽320不充当第一磁极，使得图10所描述的器件被合适地称为背负式磁头。
在第二磁屏蔽320的制备之后，例如上述加热器元件130的加热器元件被制备。具体地，绝缘层324被沉积在第二磁屏蔽320上，之后是绝缘层332内加热器元件130的制备，进而另一个绝缘层336在加热器元件130上被制备。此后，第一磁极整形层340在绝缘层336上制备，使得一定量的非磁性材料344在ABS表面和整形层340之间制备。整形层340和非磁性材料344的制备过程与参照图9和前面描述的整形层160和非磁性材料200的制备过程类似。之后，探测层348被制备在整形层340和非磁性材料344上，并且与整形层340形成磁通传递。探测层348的窄极尖352在ABS表面上制备。探测层348和极尖352可以与参照图9和前面描述的探测层144和极尖148相类似。如上所述，在制备探测层348之后，沉积绝缘层，并且之后制备感应线圈结构62。此后，具有在ABS表面34暴露的扩大表面(enlargesurface)366的第二磁极360在感应线圈结构62上制备。后间隙块76在第二磁极和第一磁极之间制备，以利于它们之间的磁通流过。正如本领域的技术人员所熟悉的，在制备进一步的例如内部电互连的磁头结构之后，磁头结构通过例如沉积氧化铝层370的步骤来进行封装。在这个实施例中，在第一磁极及其相关极尖352的制备之前制备加热器元件，使得该加热器元件130在磁盘介质部分通过与第一磁极相关的极尖352下方的之前加热这些部分。
因此应当理解，本发明包含垂直磁头的设计和制备的优选方法，用于以很高的数据速率获得很高的记录密度。如上所述，在更好的解析介质(resolving media)(BPI)内能够取得该记录密度，并且通过利用较高矫顽力介质上的写入的优点减少记录探测器(recording probe)(TPI)的宽度来提高记录密度。与本发明的垂直磁头合为一体的加热器与写头极尖的大小相类似。由于这种设计，探测器的厚度现在只需是纵向记录所需厚度的一小部分。
虽然已经参照一些优选实施例对本发明进行了演示和描述，然而应当理解的是，形式和细节的修正无疑可以由本领域技术人员根据这个公布而得到。因此，下列权利要求旨在覆盖所有这样的改变和修正，只要这些改变和修正包含本发明的发明特征的真实宗旨和目的。
权利要求
1.一种垂直磁头，包括第一磁极，其一部分暴露于磁头的气浮面(ABS)；第二磁极，包含其暴露于所述ABS处的极尖；加热元件，位于所述第一磁极和所述极尖之间；感应线圈层，位于所述第一磁极和所述第二磁极之间。
2.如权利要求1所述的垂直磁头，其中所述加热元件位于所述感应线圈和所述极尖之间。
3.如权利要求1所述的垂直磁头，其中所述第二磁极包含被布置成与所述第一磁极形成磁通传递的整形层，和包含所述极尖的探测层，其中所述探测层被布置成与所述整形层形成磁通传递。
4.如权利要求3所述的垂直磁头，其中所述整形层位于所述加热元件和所述极尖之间。
5.如权利要求3所述的垂直磁头，其中所述探测层位于所述加热元件和所述整形层之间。
6.一种垂直磁头，包括读头元件；第一磁极，其极尖部分暴露于磁头的气浮面(ABS)处；第二磁极，包含其暴露于所述ABS处的一部分；加热元件，位于所述读头元件和所述极尖之间；感应线圈层，位于所述第一磁极和所述第二磁极之间。
7.如权利要求6所述的垂直磁头，其中所述第一磁极包含被布置成与所述第二磁极形成磁通传递的整形层，和包含所述极尖的探测层，其中所述探测层被布置成与所述整形层形成磁通传递。
8.如权利要求7所述的垂直磁头，其中所述整形层位于所述加热元件和所述极尖之间。
9.一种包含垂直磁头的硬盘驱动器，包括适于在第一方向旋转的介质盘；所述磁头包含包含磁极的写头元件，所述磁极具有其暴露于磁头的气浮面(ABS)处的极尖部分，并且被布置成将磁位写到所述介质盘的部分；加热元件，被布置成靠近所述极尖，使得所述加热元件被布置成在将所述磁位写入所述介质盘的所述部分之前加热所述磁盘的所述部分。
10.如权利要求9所述的硬盘驱动器，其中所述磁头包含其一部分暴露于所述ABS处的第二磁极；位于所述第一磁极和所述第二磁极之间的感应线圈，其中所述加热元件位于所述感应线圈和所述极尖之间。
11.如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中所述第二磁极包含被布置成与所述第一磁极形成磁通传递的整形层，和包含所述极尖的探测层，其中所述探测层被布置成与所述整形层形成磁通传递。
12.如权利要求11所述的硬盘驱动器，其中所述整形层位于所述加热元件和所述极尖之间。
13.如权利要求11所述的硬盘驱动器，其中所述探测层位于所述加热元件和所述整形层之间。
14.如权利要求10所述的硬盘驱动器，其中所述第一磁极包含被布置成与所述第二磁极形成磁通传递的整形层，和包含所述极尖的探测层，其中所述探测层被布置成与所述整形层形成磁通传递。
15.如权利要求14所述的硬盘驱动器，其中所述整形层位于所述加热元件和所述极尖之间。
16.一种制备垂直磁头的方法，包括在磁头的一层上制备第一磁极，其中所述第一磁极的一部分暴露于所述磁头的气浮面(ABS)处；制备与所述第一磁极形成磁通传递的第二磁极，使得所述第二磁极的极尖部分暴露于所述ABS处；在所述第一磁极和所述第二磁极之间制备感应线圈；在制备所述第二磁极之前在所述磁头内制备加热元件。
17.如权利要求16所述的制备垂直磁头的方法，其中制备所述第二磁极的所述步骤包含步骤制备包含所述极尖的探测层；和在所述探测层上制备所述第二磁极的整形层部分，其中所述整形层被形成为与所述第一磁极进行磁通传递。
18.如权利要求16所述的制备垂直磁头的方法，其中制备第二磁极的所述步骤包含步骤制备所述第二磁极的整形层部分，其中所述整形层被形成为与所述第一磁极进行磁通传递，以及在所述整形层上形成与之进行磁通传递的探测层，其中所述极尖被形成为所述探测层的一部分。
19.一种制备垂直磁头的方法，包括在磁头的一层上制备第一磁极，其中所述第一磁极的极尖部分暴露于所述磁头的气浮面(ABS)处；制备与所述第一磁极形成磁通传递的第二磁极，使得所述第二磁极的一部分暴露于所述ABS处；在所述第一磁极和所述第二磁极之间制备感应线圈；在制备所述第一磁极之前在所述磁头内制备加热元件。
20.如权利要求19所述的制备垂直磁头的方法，其中制备所述第一磁极的所述步骤包含步骤在制备所述加热元件之后制备包含所述极尖的探测层；和在所述探测层上制备所述第一磁极的整形层部分。
21.如权利要求19所述的制备垂直磁头的方法，其中制备所述第一磁极的所述步骤包含步骤制备所述第一磁极的整形层部分，其中所述整形层被形成为与所述第二磁极进行磁通传递，和在所述整形层上形成探测层以与之进行磁通传递，其中所述极尖被形成为所述探测层的一部分。
全文摘要
在磁头结构内制备包含介质加热元件的垂直磁头。该加热元件最好在靠近磁头的ABS表面的第一磁极层上进行制备。在一个实施例中，在加热元件制备完成之后，制备包含第二磁极尖的第二磁极探测层。在另一个磁头实施例中，在加热元件上制备第二磁极整形层，之后制备包含第二磁极尖的探测层。加热元件是电阻加热元件，最好由NiCr或NiFe构成。
文档编号G11B5/00GK1577493SQ20041005861
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月23日 优先权日2003年7月24日
发明者杰弗里·S.·莉莉, 雨果·A·E.·桑蒂尼 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司