專利名稱：磁記錄頭中的自對準(zhǔn)線圈工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及具有線圈的磁記錄頭領(lǐng)域，該線圈感應(yīng)對磁介質(zhì)(例如磁盤)進(jìn)行寫入的磁通，更特別地，涉及具有線圈的記錄頭，所述線圈自對準(zhǔn)且具有低電阻，然而利用常規(guī)加工技術(shù)用于其制造。
背景技術(shù)：
幾十年來磁硬驅(qū)動器(或盤驅(qū)動器)已經(jīng)普遍用于大批數(shù)據(jù)的存儲。其制造的改進(jìn)已經(jīng)吸引了廣泛注意，特別是為了減小驅(qū)動器和/或其內(nèi)部部件的尺寸從而實(shí)現(xiàn)更低成本和更廣泛的應(yīng)用。
磁硬驅(qū)動器包括用于讀和寫數(shù)據(jù)的磁記錄頭。眾所周知，磁記錄頭通常包括兩部分寫頭部分或?qū)戭^；用于在磁介質(zhì)或盤上寫或編程磁編碼信息；以及讀取器部分，用于從介質(zhì)讀取或取回所存儲的信息。
數(shù)據(jù)通過寫頭寫到盤上，寫頭包括線圈從其穿過的磁軛。當(dāng)電流流經(jīng)線圈時(shí)，磁通感應(yīng)在軛中，其導(dǎo)致磁場在極尖區(qū)域中在寫間隙處彌散出去。該磁場在盤上以磁轉(zhuǎn)變的形式寫數(shù)據(jù)。目前，這樣的頭是薄膜磁頭，利用材料沉積技術(shù)例如濺射和電鍍以及光刻技術(shù)和濕法及干法蝕刻技術(shù)來構(gòu)建。
這樣的薄膜頭的示例包括第一和第二磁極，它們通過背間隙連接，形成馬蹄形結(jié)構(gòu)并具有極尖區(qū)域和背間隙區(qū)域，由諸如NiFe的材料形成，所述材料可以在濺射沉積導(dǎo)電籽層之后鍍到襯底上。與極尖區(qū)域相對，在磁極的背側(cè)可形成磁背間隙。術(shù)語背間隙通常用來描述磁連接第一和第二極從而形成將要描述的完整磁軛的磁結(jié)構(gòu)。
一個(gè)或更多導(dǎo)電線圈可以形成在第一極之上，在位于部分第一極之上的基座(pedestal)與背間隙之間，并可通過絕緣層與極和軛電隔離，所述絕緣層可以是氧化鋁(Al2O3)或硬烘焙光致抗蝕劑。
參照圖1，可以相關(guān)于滑塊111觀察示例性寫元件302的平面圖。穿過磁軛306的線圈304在軛306中感應(yīng)磁通。軛306中的間隙又使得磁場在極尖308處彌散出來。就是該彌散場(fringing field)310將磁信號寫到附近的磁介質(zhì)上。
參照圖2，根據(jù)本發(fā)明一可行實(shí)施例的磁頭400具有形成在第一和第二磁屏蔽件404和406之間的磁讀元件402。寫頭408通常包括第一極P1410。設(shè)置在極尖區(qū)域413中的P1基座412及在相對端的第一背間隙層414形成在第一極之上。第一極410、P1基座412和背間隙414由軟磁材料例如NiFe形成。第一線圈絕緣層416形成在P1基座412和背間隙層414之間在第一極410之上。圖2中以部分剖面示出的導(dǎo)電線圈418在第一絕緣層416上越過第一極410。第二線圈絕緣層420將線圈418的每匝與其它匝絕緣并將線圈與寫頭408的其余部分絕緣。
繼續(xù)參照圖2，非磁寫間隙層424的薄層沉積在線圈418、絕緣層420和P1基座412之上并在一端延伸到氣墊面(ABS)426且在另一端終止而未完全延伸在背間隙層414的頂部上。第二磁背間隙材料層428可形成在背間隙層414的頂部上且與其磁連接。ABS是磁頭的表面，設(shè)計(jì)來使得它能夠使磁頭騎在沿盤表面在頭和盤之間的氣墊上。
繼續(xù)參照圖2，P2極尖430設(shè)置在極尖區(qū)域413中在寫間隙層424之上。P2極尖430延伸到ABS 426，并具有定義寫頭408的道寬的寬度(進(jìn)入圖2頁面的平面)。P2極尖由磁材料構(gòu)成，并優(yōu)選地由具有高磁飽和(高Bsat)和低矯頑力的軟磁材料構(gòu)成。
仍參照圖2，電介質(zhì)填充材料或?qū)?33例如氧化鋁從P2極尖430延伸到第二背間隙層428。P2極尖430和第二背間隙層428可同時(shí)或在加工的相同步驟中形成，或者，它們可分別形成，如上文所述。第二線圈434可位于電介質(zhì)層433頂上并通過絕緣層436絕緣，絕緣層436可以是例如硬烘焙光致抗蝕劑。P3磁層438形成在第二線圈434和絕緣層436之上并從P2極尖430延伸到第二背間隙層428且與兩者磁連接。P3磁層438形成寫頭408的磁軛的第二極的主要部分。
極尖區(qū)域413、P3磁層438和背間隙414形成前面和下面所稱的磁軛(或軛)。期望保持短的軛長度從而使磁路徑短并因此為了更高性能而最小化磁泄漏和實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。場310(圖1)通過寫間隙424彌散從而在介質(zhì)或盤上寫磁信號。
在現(xiàn)有技術(shù)寫頭400中，P2極尖430示出為位于P3磁層438下面且實(shí)際上與其連接。在另一些現(xiàn)有技術(shù)寫頭中，P2極尖430一直持續(xù)延伸形成P2層而沒有P3磁層438。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，線圈418和第二線圈434是寫或記錄頭的關(guān)鍵元件，因?yàn)樗鼈冃纬蓤D1的線圈304，穿過磁軛306(圖1中)，從而在軛306中感應(yīng)磁通。軛306中的磁通又使磁場在極尖308處彌散出來，如較早論述的。該彌散場310寫磁信號到附近的磁介質(zhì)上?，F(xiàn)有技術(shù)寫頭的問題在于，由于希望保持軛長度短，需要努力使線圈(線圈418和434)窄從而獲得合適數(shù)目的線圈匝數(shù)。窄線圈導(dǎo)致線圈電阻高。因此，寫頭在寫操作期間變得更熱，由此導(dǎo)致寫頭的膨脹和突出。該突出可能導(dǎo)致寫極過于突出靠近盤，潛在地引起盤的擦傷。另外，在當(dāng)前的寫頭設(shè)計(jì)中，線圈418和434仔細(xì)對準(zhǔn)，在很大長度上是由于其制造性質(zhì)，即首先構(gòu)造絕緣層然后沉積線圈。因此，第一線圈匝和P1基座412之間及最后線圈匝與背間隙層414之間的間距必須保持足夠大以避免線圈與軛之間的短路。
因此，需要一種具有線圈的盤驅(qū)動器的寫頭，所述線圈足夠?qū)捇蚝駨亩哂械碗娮枨抑圃鞛樽詫?zhǔn)從而避免寫頭的突出，但是仍然利用制造現(xiàn)有技術(shù)寫頭中使用的相同設(shè)備制造。

發(fā)明內(nèi)容
簡言之，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，寫頭包括第一極P1；P1基座(P1P)；第一背間隙層，鍍在第一極P1之上，留下P1基座與第一背間隙層之間的區(qū)域用于鍍線圈；第一絕緣層，施加在P1基座和第一背間隙層及P1基座與第一背間隙層之間的區(qū)域之上。該寫頭還包括線圈，至少部分地構(gòu)圖在P1基座和第一背間隙層及P1基座與第一背間隙層之間的區(qū)域上，銅鍍在線圈圖案中；以及第二絕緣層，應(yīng)用來填充線圈匝之間的空間。所得結(jié)構(gòu)通過化學(xué)機(jī)械拋光來平坦化。


圖1示出可相關(guān)于滑塊111觀察的示例性現(xiàn)有技術(shù)寫元件302的平面圖；圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有磁讀元件和磁寫元件的磁頭400；圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例實(shí)施本發(fā)明的盤驅(qū)動器100的頂透視圖；圖4進(jìn)一步示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的盤驅(qū)動器100的結(jié)構(gòu)；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示例性磁寫(或記錄)頭500的平面圖；
圖6(a)-(i)示出用于圖5的寫頭508的加工或制造的一些相關(guān)步驟；圖7(a)-(f)示出完成寫頭508的制造所需的額外步驟；圖8(a)-(f)示出用于線圈624的制造的替代方法的相關(guān)步驟；圖9(a)、(b)和(c)示出制造寫頭508中的替代步驟。
具體實(shí)施例方式
下面的描述是目前想到的用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。進(jìn)行該描述是為了說明本發(fā)明的一般原理而不是意圖限制這里提出的發(fā)明概念。
現(xiàn)在參照圖3，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例示出實(shí)施本發(fā)明的盤驅(qū)動器100的頂透視圖。盤驅(qū)動器100示出為包括音圈馬達(dá)(VCM)102、致動器臂104、懸臂106、撓曲件108、滑塊111、讀-寫頭112、頭安裝塊114、及磁盤或介質(zhì)116。懸臂106在頭安裝塊114處連接到致動器臂104。致動器臂104耦接到VCM 102。盤116包括多個(gè)道118并繞軸120旋轉(zhuǎn)。道118是環(huán)形的，每個(gè)在盤116的表面環(huán)形延伸，用于利用頭112存儲磁編碼數(shù)據(jù)或信息，這將參照其它圖更詳細(xì)論述。該工藝可用于垂直/縱向設(shè)計(jì)及單或雙層線圈中。
在盤驅(qū)動器100運(yùn)行期間，盤116的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣墊，其遭遇滑塊111。該氣墊用于保持滑塊111浮在盤116表面之上一小的距離，允許滑塊111飛行在盤116的表面之上。VCM 102選擇性地操作從而繞軸120移動致動器臂104，由此移動懸臂106并通過滑塊111定位包括主極(未示出)的換能頭(未示出)在盤116的道118之上。正確地定位換能頭從而從同心道118讀數(shù)據(jù)及向其寫數(shù)據(jù)是必要的。
現(xiàn)在參照圖4，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例進(jìn)一步示出盤驅(qū)動器100的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)磁盤116支承在主軸(spindle)214上且被盤驅(qū)動馬達(dá)218旋轉(zhuǎn)。每個(gè)盤上的磁記錄是盤116上同心數(shù)據(jù)道的環(huán)形圖案形式(圖4中未示出)。
至少一個(gè)滑塊111位于磁盤116附近，每個(gè)滑塊111支持一個(gè)或更多磁頭組件221。當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊111在盤表面222之上徑向進(jìn)出移動，從而磁頭組件221可以存取磁盤的寫有所需數(shù)據(jù)的不同道。每個(gè)滑塊111借助懸臂106附著到致動器臂104。懸臂106提供輕微的彈力，該彈力偏置滑塊111倚著盤表面222。每個(gè)致動器臂104連到致動器裝置227。如圖2所示，致動器裝置227可以是VCM 102。VCM 102包括在固定磁場中可動的線圈，該線圈移動的方向和速度被控制器229提供的馬達(dá)電流信號所控制。
盤存儲系統(tǒng)或盤驅(qū)動器100運(yùn)行期間，盤116的旋轉(zhuǎn)在滑塊111和盤表面222之間產(chǎn)生對滑塊施加向上的力或舉力的氣墊(air bearing)。于是在正常運(yùn)行期間該氣墊平衡懸臂106的輕微彈力，且支持滑塊111離開盤表面并以小的基本恒定的距離稍微位于盤表面之上。
盤存儲系統(tǒng)的各種組元在運(yùn)行中由控制單元229產(chǎn)生的控制信號來控制，例如存取控制信號和內(nèi)部時(shí)鐘信號。通常，控制單元229包括邏輯控制電路，存儲裝置和微處理器。控制單元229產(chǎn)生控制信號從而控制各種系統(tǒng)操作，例如線223上的驅(qū)動馬達(dá)控制信號以及線228上的頭定位和尋道控制信號。線228上的控制信號提供所需的電流曲線(current profile)，從而優(yōu)化地移動并定位滑塊111到盤116上的所需數(shù)據(jù)道。寫和讀信號借助記錄通道225傳達(dá)到寫頭和讀頭221并從其傳出。
上面對普通磁盤存儲系統(tǒng)的描述和圖4的說明僅用于說明目的。應(yīng)是顯然的，盤存儲系統(tǒng)可包括多個(gè)盤和致動器，每個(gè)致動器可支持多個(gè)滑塊。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“盤(disc)”在這里使用時(shí)與術(shù)語“盤(disk)”相同，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，事實(shí)上，術(shù)語“盤(disc)”和“盤(disk)”這里可互換使用。
本發(fā)明提供一種新的結(jié)構(gòu)以及改進(jìn)寫頭的一部分的制造的方法。參照圖5，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例示出示例性磁寫(或記錄)頭500和讀頭501的平面圖。為提供透視，寫頭500和讀頭501是圖3的滑塊111的一部分，可在盤驅(qū)動器例如盤驅(qū)動器100中操作。
讀頭501示出為包括夾在第一和第二磁屏蔽件504和506之間的磁讀元件502。總地指508的寫頭包括第一極P1 510。設(shè)置在氣墊面(ABS)526處的P1基座512及在相對端的第一背間隙層514形成在第一極之上。第一極510、P1基座512和背間隙514由磁材料例如NiFe形成。第一線圈絕緣層516形成在P1基座512與背間隙層514之間在第一極510之上。在制造寫頭500的一個(gè)方法中，背間隙層514與P1基座512同時(shí)制造。然而，在另一制造方法中，背間隙層514單獨(dú)制造。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，背間隙層514可由鎳鐵(NiFe)合金、鈷鐵(CoFe)合金、或鈷鐵鎳(CoFeNi)合金制成。圖5中以部分剖面示出的導(dǎo)電線圈層518在第一阻擋/籽絕緣層516上鍍在第一極510之上成為線圈袋(coil pocket)(附圖標(biāo)記518指的是被填充以線圈層之后的線圈袋)。線圈材料可以通過鍍或其它沉積技術(shù)沉積在線圈袋中。線圈匝在軛中感應(yīng)磁通，其用于產(chǎn)生用來在介質(zhì)上記錄磁轉(zhuǎn)變的寫場。線圈匝的數(shù)目取決于頭的設(shè)計(jì)規(guī)格。匝數(shù)越多，產(chǎn)生的磁通越大，但電感和電阻也越大(因?yàn)槊吭丫€圈必須更窄)。該問題的一個(gè)解決方案由相同發(fā)明人在2003年8月29日提交的標(biāo)題為“Method For Patterning ASelf-Aligned Coil Using A Damascene Process”的美國專利申請No.10/652878中給出，其內(nèi)容在此引入作為參考，類似全文陳述。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過氧化鋁(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)層的沉積，接著是籽層(例如銠)的沉積而制成第一絕緣層516，并且線圈518由銅制成。第二線圈絕緣層520將線圈518的匝彼此絕緣并將線圈與寫頭508的其余部分絕緣。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第二線圈絕緣層520是硬烘焙光致抗蝕劑。
圖5的實(shí)施例給出了非鑲嵌(non-damascene)結(jié)構(gòu)及其制造方法，用于減小P1基座的后退(recession)，這即將變得明顯。然而，給出寫頭500及其制造與鑲嵌方法相比的優(yōu)點(diǎn)的簡短論述。在鑲嵌技術(shù)中，采用在自對準(zhǔn)的線圈袋內(nèi)制造線圈的各種方法，但這些方法要求本發(fā)明實(shí)施例不要求的附加努力和更多的制造細(xì)節(jié)。線圈形成的鑲嵌技術(shù)例如會要求包括成像層、電介質(zhì)層和硬烘焙抗蝕劑的三層方法。替代實(shí)施例可包括具有成像層和電介質(zhì)層的二層方法。然而，根據(jù)本發(fā)明一方面的寫頭500的制造不需要鑲嵌技術(shù)的復(fù)雜性且同時(shí)由于P1基座512和背間隙514之間的小空間的更有效利用而允許具有低電阻的自對準(zhǔn)線圈的形成。P1基座512和背間隙514之間的空間的更有效利用允許占據(jù)可用面積的更大百分比的銅線圈的形成，對于給定數(shù)目的線圈匝數(shù)產(chǎn)生較低的電阻和電感。另外，P1基座后最終線圈匝的鄰近加強(qiáng)了P1基座，并在P1基座512形成之后的后續(xù)加工步驟期間提供對P1基座512下沉的更好防護(hù)。
繼續(xù)參照圖5，非磁寫間隙層524的薄層沉積在線圈518、絕緣層520和P1基座512之上，并在一端延伸到氣墊面(ABS)526且在另一端終止而未達(dá)到完全延伸在背間隙層514的頂部之上。第二磁背間隙材料層528可形成在背間隙層514的頂部之上且與其磁連接。ABS是磁頭的表面，設(shè)計(jì)為它能夠使磁頭騎在頭和盤之間沿盤表面的氣墊上。
繼續(xù)參照圖5，P2極尖530在極尖區(qū)域513中設(shè)置在寫間隙層524之上。P2極尖530延伸到ABS 526，并具有定義寫頭508的道寬的寬度(進(jìn)入圖5的頁面)。P2極尖由磁材料構(gòu)成，并優(yōu)選地由具有高磁飽和(高Bsat)、低矯頑力和高磁矩的軟磁材料構(gòu)成。
仍參照圖5，電介質(zhì)材料或?qū)?21例如氧化鋁從P2極尖530延伸到第二背間隙層528。第二線圈534位于電介質(zhì)層上并通過絕緣層536絕緣，絕緣層536可以是例如硬烘焙光致抗蝕劑。P3磁層538形成在第二線圈534和絕緣層536之上并從P2極尖530延伸到第二背間隙層528且與兩者磁連接。將馬上相關(guān)于其它附圖給出用于制造寫頭508的工藝的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
如圖5和2的比較中可注意到的，線圈518具有比線圈418更大的橫截面積，因?yàn)閳D2的部分絕緣層420用圖5的線圈518替換。因此，線圈518比線圈418電阻低，這出于上面討論的原因是所期望的。從電導(dǎo)率的觀點(diǎn)看，寫間隙層524之下和極P1 510上面的區(qū)域的電導(dǎo)率由于線圈518具有更大橫截面積而增加了20-40％。P1基座512和背間隙514之間的空間的更有效利用允許占據(jù)可用面積的更大百分比的銅線圈的形成，對于給定的線圈匝數(shù)導(dǎo)致較低的電阻和電感。本發(fā)明一實(shí)施例的另一方面可基于P1極層510之上且絕緣層521之下P1基座512與背間隙514之間導(dǎo)電材料與非導(dǎo)電材料的比率。本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例提供由線圈的導(dǎo)電材料(例如銅)對非導(dǎo)電絕緣材料520(例如Al2O3)所占據(jù)上述空間的更大比率。該比率將隨所需的每種設(shè)計(jì)(軛長度)和線圈匝數(shù)而變化，但對于給定設(shè)計(jì)和相應(yīng)線圈匝數(shù)，線圈匝所占據(jù)的面積除以絕緣材料所占據(jù)的面積的比率高于現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)方法。另外，在寫頭的制造期間，特別是在侵蝕性清潔期間和ABS暴露之后，在現(xiàn)有技術(shù)中，已知P1基座有時(shí)下沉(sink)。
例如，在圖5中，P1基座512不下沉，因?yàn)槠浜竺媸墙饘俣皇怯埠姹汗庵驴刮g劑，即線圈518取代絕緣層420被設(shè)置，其在P1基座512之后或與之相鄰，如前面提到的，其減小或消除盤擦傷和損壞的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)基于這樣的事實(shí)，即ABS處磁極和屏蔽件的突出在本發(fā)明的實(shí)施例中被減小，因?yàn)閷戭^在寫操作期間較冷。通過相對絕緣材料填充更多的銅到P1基座512和背間隙514之間的區(qū)域(其中鍍銅的區(qū)域)中，突出被減小。電流應(yīng)用到線圈中時(shí)，如果更多銅填充到線圈袋中則突出減小?；跉W姆定律，電阻反比于銅厚度。因此，線圈線寬度的增加導(dǎo)致較低電阻，從而得到較低的熱生成及因此減小的突出。
另外，使用用來制造圖2的寫頭408的相同工具和工藝來制造圖5的寫頭508，由此避免增加制造成本。即，不需要另外的設(shè)備來制造圖5的寫頭508，同時(shí)圖5的寫頭508與圖2的寫頭408相比提供性能改善。
例如，作為與使用鑲嵌工藝的比較，后者使用光刻設(shè)備、反應(yīng)離子蝕刻設(shè)備、鍍銅設(shè)備和CMP設(shè)備來形成線圈。本發(fā)明的非鑲嵌線圈工藝僅使用光刻設(shè)備和鍍銅設(shè)備。
圖5所示的線圈518更有效地利用了線圈袋中的空間并提供規(guī)則的線圈間隔。更多用于線圈610的銅被填充用于線圈匝。另外，極尖突出的可能性被減小，因?yàn)橥ㄟ^最大化形成線圈匝的銅，寫頭在較低溫度操作。
圖5的線圈518利用自對準(zhǔn)非鑲嵌工藝形成。該工藝可用在垂直/縱向設(shè)計(jì)和單或雙層線圈中。此外，通過最大化線圈匝中的銅，突出被進(jìn)一步減小。
現(xiàn)在將論述其余附圖從而提供制造寫頭508的步驟的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
圖6(a)-(i)示出用于加工或制造寫頭508的一些相關(guān)步驟。在圖6(a)中，在步驟602示出第一極P1 510的構(gòu)建。從圖6(a)可見，在一個(gè)實(shí)施例中通過鍍形成第一讀取器屏蔽件504。然后由磁絕緣材料制成的第一讀取器間隙被沉積(這里未示出)，然后在CMP工藝之后，讀傳感器502通過沉積包括讀傳感器的多層而被形成。最后第二讀取器屏蔽件506形成在形成于讀傳感器502之上的讀取器間隙層之上。形成寫頭的第一步驟是制造寫頭的第一極，其制造在形成于第二讀取器屏蔽件506之上的絕緣層之上。
圖6(b)示出步驟604，其中在本發(fā)明一實(shí)施例中通過鍍形成P1基座512和背間隙514。P1基座512和背間隙514都磁連接到P1極510。
在圖6(c)中，在步驟606，電介質(zhì)絕緣體例如氧化鋁間隙被沉積從而形成絕緣層516，至少部分覆蓋P1基座、背間隙514和P1基座512與背間隙514之間P1極層510的暴露部分。氧化鋁間隙層516用作絕緣體從而電隔離將形成在P1極510之上的線圈匝并通常為0.25微米厚，盡管也可采用其它厚度。在一實(shí)施例中，氧化鋁間隙的一般厚度是0.1至0.5微米。在本發(fā)明一實(shí)施例中，在步驟606，很薄的籽層可沉積在絕緣層516之上，用作氧化鋁之上的線圈匝的籽層。籽層(這里未示出)可由銠(Rh)、銅或其它合適材料制成，并且厚度可為約0.04至0.15微米。
然后，在圖6(d)中，在步驟608，光致抗蝕劑層600應(yīng)用在絕緣層516上用于構(gòu)圖/曝光線圈匝518(見圖5)，如很快將變得明顯的那樣。
在圖6(e)中，在步驟610，圖6(d)的光致抗蝕劑層600利用用于線圈匝的圖案被曝光，并且根據(jù)使用正或負(fù)抗蝕劑，抗蝕劑600的曝光或未曝光部分被顯影并溶解掉從而在抗蝕劑622內(nèi)形成用于線圈匝518(圖5)的圖案。這樣線圈匝圖案顯影在絕緣層516之上，絕緣層516形成在P1極層510之上及至少部分地在P1基座512和背間隙層514之上。另外，線圈匝圖案622允許與P1基座512和背間隙514的一個(gè)或兩者自對準(zhǔn)的線圈。應(yīng)當(dāng)注意到，線圈匝圖案622中第一線圈匝之間的距離如所示在620處非常窄，允許較大的第一線圈匝橫截面以及因此較低的線圈電阻。這之所以發(fā)生是因?yàn)楦嚆~可形成在較寬的第一線圈匝中。在至少一實(shí)施例中，第一線圈匝至少部分地占據(jù)P2極層526(見圖5)下面的區(qū)域。
然后，在圖6(f)的步驟612，銅線圈624鍍在光致抗蝕劑600中有開口的地方，對應(yīng)于線圈匝光致抗蝕劑圖案622。對于讀者顯然，銅線圈624的寬度增加并且與圖2的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)相比有更多導(dǎo)電材料(例如銅)。在示例性實(shí)施例中，該寬度增大為10-30％。鍍在線圈光致抗蝕劑圖案622的兩個(gè)之間的銅線圈624的每個(gè)的寬度的示例為0.5至4微米。另外，線圈624是自對準(zhǔn)的。所沉積的線圈導(dǎo)電材料至少部分地在P1基座512和背間隙514上的存在允許線圈624與P1基座512和背間隙514兩者自對準(zhǔn)，且還允許設(shè)計(jì)者利用P1基座512和背間隙514之間的最大可用空間。
然后，在圖6(g)的步驟614，在步驟606沉積的籽層和線圈匝光致抗蝕劑層600的剩余部分被去除。剩余的光致抗蝕劑層622可以利用溶解光致抗蝕劑的溶劑去除，籽層可利用離子研磨或蝕刻工藝去除。當(dāng)剩余的光致抗蝕劑層622被去除時(shí)，銅線圈624的匝之間留下空的空間623。
然后，在圖6(h)的步驟616，通常由光致抗蝕劑制成的絕緣層626被應(yīng)用從而填充銅線圈624之間的空間623且然后被硬烘焙，包封銅線圈624。該工藝通常也稱為硬烘焙抗蝕劑。烘焙溫度的示例為200至280℃。一實(shí)施例中的光致抗蝕劑是液態(tài)抗蝕劑。絕緣層626因此將線圈匝彼此之間以及與寫頭的其它元件例如P2極(該圖中未示出)電隔離。
然后，在圖6(i)的步驟618中，氧化鋁630沉積在硬烘焙光致抗蝕劑626上以及場區(qū)域中每處至基本相同的高度或水平。氧化鋁630是厚層且通常為2至4微米。進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝628從而平坦化圖6(h)的銅線圈624和絕緣層626的頂表面。線圈628的制造目標(biāo)是使銅占據(jù)P1基座512與第一背間隙層514之間盡可能多的空間。另外，由于線圈光致抗蝕劑圖案622的位置交迭P1基座512和第一背間隙層514，線圈628是自對準(zhǔn)的。關(guān)于圖6(a)-(i)描述的工藝不是工序和設(shè)備密集的，因而比在寫頭508中制造線圈匝的鑲嵌工藝更節(jié)約成本且易于實(shí)施。
圖7(a)-(f)示出進(jìn)行來完成寫頭508的制造的額外步驟，且將簡要描述。在圖7(a)中，在步驟640，寫間隙524沉積于在步驟618沉積的氧化鋁上。沒有間隙沉積在第一背間隙514上，從而允許形成磁軛線路(circuit)。然后，在圖7(b)的步驟642，P2極尖530和第二背間隙層528形成在寫間隙524上。然后，在圖7(c)的步驟644，氧化鋁被沉積并進(jìn)行CMP工藝從而平坦化其上形成第二線圈534的第一線圈518的頂表面以絕緣第二線圈534。線圈518和線圈534是兩層線圈，可以采用一層或兩層線圈。
然后，在圖7(d)的步驟646，第二線圈534由銅形成。然后，在圖7(e)的步驟648，絕緣層536通過與前面的論述類似的硬烘焙工藝應(yīng)用到第二線圈534上。然后，在圖7(f)的步驟650，形成P3極磁層538，從P2極尖530延伸到第二背間隙層528，完成寫入器馬蹄形回路并形成完整軛磁線路。
給出圖8(a)-(f)用于更好地理解圖9(a)-(c)所示的線圈624的替代制造方法，現(xiàn)在將對其論述。分別進(jìn)行圖8(a)和(b)的步驟608和610，如前面相關(guān)于圖6(d)和6(e)所論述的。然而，下一步，不是進(jìn)行步驟612，而是進(jìn)行圖9(a)的步驟651。在步驟651，銅線圈624鍍得低于步驟612的，并且位于圖8(b)的P1基座512和第一背間隙層514之上的線圈光致抗蝕劑圖案622和籽層幾乎全部被去除。然后在圖9(b)的步驟655，硬烘焙抗蝕劑絕緣層657被應(yīng)用，然后在圖9(c)的步驟653，氧化鋁層660沉積到銅線圈654上并且應(yīng)用CMP工藝從而齊平氧化鋁層660和銅線圈654的頂部。不進(jìn)行步驟616。然而，由于氧化鋁層660的位置，銅線圈654的橫截面小于參照圖5、6(a)-(i)和8(a)-(f)論述的實(shí)施例，由此產(chǎn)生比他們更高的線圈電阻。應(yīng)當(dāng)注意這里參照的圖不是按比例繪制的。
盡管依照特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解，毫無疑問其修改和變型對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，權(quán)利要求應(yīng)解釋為涵蓋落在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的全部修改和變型。
本發(fā)明是2003年8月29日提交的標(biāo)題為“Method For Patterning ASelf-Aligned Coil Using A Damascene Process”的在先美國專利申請No.10/652878的部分延續(xù)，在此引入其公開內(nèi)容作為參考，如同全部陳述一樣。
權(quán)利要求
1.一種制造寫頭的方法，包括在第一極P1上形成P1基座和第一背間隙層，留下其間的區(qū)域用于形成線圈，所述第一背間隙層形成在所述第一極P1的遠(yuǎn)端；沉積第一絕緣層，其設(shè)置在所述P1基座、所述第一極P1和所述第一背間隙層的至少一部分以及所述區(qū)域之上；通過在形成于線圈光致抗蝕劑層中的線圈袋中沉積銅來形成線圈，所述線圈光致抗蝕劑層沉積在所述第一絕緣層之上，其中所述線圈具有多匝；去除所述線圈光致抗蝕劑層從而在所述線圈匝之間形成空間；以及應(yīng)用第二絕緣層從而填充所述線圈匝之間的空間。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，還包括去除過多沉積的線圈和光致抗蝕劑層從而形成平坦表面。
3.如權(quán)利要求1所述的制造方法，還包括應(yīng)用所述第二絕緣層之前去除線圈籽層，其中在應(yīng)用所述線圈光致抗蝕劑層之前沉積所述線圈籽層。
4.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述第一絕緣層由氧化鋁制成。
5.如權(quán)利要求2所述的制造方法，其中所述P1基座后面所述第一絕緣層的厚度在0.1至0.5微米的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述線圈由銅制成。
7.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述線圈匝的每個(gè)的厚度在0.5至4微米的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中所述線圈相對于所述P1基座自對準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中在應(yīng)用第二絕緣層的步驟之后，進(jìn)行硬烘焙步驟從而包封所述線圈。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，還包括步驟在所述硬烘焙的抗蝕劑之上沉積氧化鋁；以及進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。
11.如權(quán)利要求1所述的制造方法，還包括步驟在權(quán)利要求10的化學(xué)機(jī)械拋光步驟之后在所述氧化鋁上沉積寫間隙；在所述寫間隙上形成P2極尖，且在相對端，在所述第一背間隙上形成第二背間隙；在所述P2極尖和所述第二背間隙層上沉積氧化鋁；進(jìn)行CMP工藝；形成第二線圈層；在所述第二線圈層上應(yīng)用第三絕緣層；以及在所述第二線圈層上形成P3磁層，其從所述P2極尖延伸到所述第二背間隙層。
12.一種形成在寫頭中的結(jié)構(gòu)，包括第一極P1；形成在所述第一極P1上的P1基座；鍍在所述第一極P1上的第一背間隙層，留下所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域用于形成線圈；應(yīng)用在所述P1基座、P1極和P1基座與第一背間隙層之間的區(qū)域上的第一絕緣層；線圈匝，由線圈圖案定義，其自對準(zhǔn)在所述P1基座和所述第一背間隙層以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上，其中所述線圈匝形成在所述線圈圖案中，在所述線圈匝之間形成空間；以及第二絕緣層，應(yīng)用來填充所述線圈匝之間的所述空間。
13.如權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu)，還包括應(yīng)用到所述P1基座的第一絕緣層。
14.如權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一絕緣層由Al2O3制成。
15.如權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中所述P1基座后面所述第一絕緣層的厚度在0.1至0.5微米的范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中所述背間隙前面所述第一絕緣層的厚度在0.1至0.5微米的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中所述線圈匝的每個(gè)的厚度在0.5至4微米的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu)，其中所述線圈是自對準(zhǔn)的。
19.一種盤驅(qū)動器，包括寫頭，包括第一極P1；P1基座；鍍在所述第一極P1上的第一背間隙層，留下所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域用于形成線圈；應(yīng)用在所述P1基座以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上的第一絕緣層；線圈圖案，由線圈匝定義，其自對準(zhǔn)在所述P1基座和所述第一背間隙層以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上，其中所述線圈匝形成在所述線圈圖案中，在所述線圈匝之間形成空間；以及第二絕緣層，應(yīng)用來填充所述線圈匝之間的所述空間。
20.一種寫入器，包括第一極基座，形成在第一極的第一端之上；第一背間隙層，形成在所述第一極的第二端之上；第一絕緣層，至少部分地覆蓋所述第一極基座和所述背間隙；第一籽層，至少部分地覆蓋所述第一極基座和所述背間隙；線圈圖案，形成在所述第一籽層上；以及自對準(zhǔn)線圈，鍍到所述線圈圖案中。
21.如權(quán)利要求18所述的寫入器，其中所述線圈被包封。
22.如權(quán)利要求18所述的寫入器，包括形成在電介質(zhì)填充層上的自對準(zhǔn)第二線圈，所述電介質(zhì)填充層形成在所述基座和所述背間隙上。
23.一種形成在寫頭中的結(jié)構(gòu)，包括第一極P1；形成在所述第一極P1上的P1基座；鍍在所述第一極P1上的第一背間隙層，留下所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域用于鍍線圈；應(yīng)用在所述P1基座以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上的第一絕緣層；線圈匝，通過線圈圖案定義，形成在所述P1基座與所述第一背間隙層之間的所述區(qū)域上，其中所述線圈匝形成在所述線圈圖案中，在所述線圈匝之間形成空間；以及第二絕緣層，應(yīng)用來填充所述線圈匝之間的所述空間，定義在所述第二絕緣層之下和所述第一極P1之上且在所述P1基座與所述第一背間隙層之間延伸的區(qū)域的電導(dǎo)率增加20-40％。
24.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，還包括應(yīng)用到所述P1基座的第一絕緣層。
25.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一絕緣層由Al2O3制成。
26.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其中所述P1基座后面所述第一絕緣層的厚度在0.1至0.5微米的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求24所述的結(jié)構(gòu)，其中所述背間隙前面所述第一絕緣層的厚度在0.1至0.5微米的范圍內(nèi)。
28.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，其中所述線圈匝的每個(gè)的厚度在0.5至4微米的范圍內(nèi)。
29.如權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)，其中所述線圈是自對準(zhǔn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有自對準(zhǔn)線圈的記錄頭。在本發(fā)明一實(shí)施例中，寫頭包括第一極P1；P1基座；鍍在所述第一極P1上的第一背間隙層，留下所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域用于鍍線圈；應(yīng)用在所述P1基座和所述第一背間隙層以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上的第一絕緣層。該寫頭還包括線圈，至少部分地構(gòu)圖在所述P1基座和所述第一背間隙層以及所述P1基座與所述第一背間隙層之間的區(qū)域上，銅鍍在所述線圈圖案中；以及第二絕緣層，應(yīng)用來填充所述線圈匝之間的所述空間。所得結(jié)構(gòu)通過化學(xué)機(jī)械拋光被平坦化。
文檔編號H01F41/02GK101025922SQ20061014200
公開日2007年8月29日 申請日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月4日
發(fā)明者林天洛, 戴維·K·李, 李顯邦, 施常青 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司