專利名稱：具有改進(jìn)的散熱特性的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照本申請(qǐng)要求于2002年9月13日由M.C.考茨基、M.卡馬拉祖賈達(dá)和薛松生提出的臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?0/410,614的“具有改進(jìn)的散熱特性的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)”的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及用于制造具有改進(jìn)的散熱特性的薄膜傳感磁頭的方法。
在磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)中，薄膜傳感磁頭通常包括傳感器、在其上構(gòu)建傳感器的襯底和沉積在傳感器上的外層(overcoat)。該傳感器通常包括用于將磁編碼的信息存儲(chǔ)到磁介質(zhì)上的寫入器部分和用于從磁介質(zhì)檢索磁編碼的信息的讀出器部分。該讀出器部分通常由下屏蔽體、上屏蔽體和位于上下屏蔽體之間的巨磁阻(6MR)傳感器組成。
寫入器部分通常由上和下磁極組成，它們?cè)趯懭肫鞯目諝廨S承表面由間隙層彼此分開(kāi)，而在遠(yuǎn)離空氣軸承表面的區(qū)域通過(guò)后間隙閉合器或后通路彼此連接。在上下磁極之間的是一個(gè)或多個(gè)由絕緣層包裹的導(dǎo)電線圈層，或?qū)懭肫鞔判?。該寫入器部分和讀出器部分常常以合并的結(jié)構(gòu)排列，其中共享磁極既作為讀出器部分的上屏蔽體也作為寫入器部分的下磁極。
為了將數(shù)據(jù)寫入磁介質(zhì)，產(chǎn)生流過(guò)導(dǎo)電線圈的電流，由此感生穿過(guò)上下磁極之間的寫入間隙的磁場(chǎng)。通過(guò)倒轉(zhuǎn)通過(guò)線圈的電流的極性，也可以倒轉(zhuǎn)寫入磁介質(zhì)的數(shù)據(jù)的極性。因?yàn)樯洗艠O通常是上下磁極中的從動(dòng)磁極(trailing pole)，所以上磁極用于將數(shù)據(jù)物理寫入磁介質(zhì)。因此，是上磁極確定所寫數(shù)據(jù)的磁道寬度。更清楚地，磁道寬度是由在空氣軸承表面的上磁極的寬度確定的。
在磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)工作期間，傳感磁頭緊靠近磁介質(zhì)。較佳地，傳感器和介質(zhì)之間的距離要足夠小以允許用大的面密度寫入磁介質(zhì)和從磁介質(zhì)讀出，同時(shí)足夠大以便防止磁介質(zhì)和傳感磁頭的接觸。傳感器的性能主要取決于磁頭-介質(zhì)間隔(HMS)。在空氣軸承表面的磁極尖端凹入/凸出(PTR)被認(rèn)為是對(duì)實(shí)現(xiàn)所需的HMS目標(biāo)的主要技術(shù)缺陷。在高的驅(qū)動(dòng)環(huán)境溫度時(shí)，PTR增加了磁頭-磁盤接觸的危險(xiǎn)和伴隨的機(jī)械可靠性問(wèn)題，而在冷寫入時(shí)，它可以將HMS增加到使寫入能力、信噪比和誤碼率變差的程度。在磁頭設(shè)計(jì)方面整體的PTR性能控制是至關(guān)重要的。
包括金屬和絕緣層兩者的傳感器層都具有與襯底不同的機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)上的不同將影響傳感器的幾個(gè)方面，包括與在傳感磁頭的空氣軸承表面(ABS)的襯底相關(guān)的傳感器的金屬層的磁極尖端凹入(PTR)。PTR效應(yīng)的兩個(gè)成分是，熱磁極尖端凹入/凸出(TPTR)和電流-感應(yīng)凹入/凸出(CPTR)。在驅(qū)動(dòng)操作期間傳感磁頭內(nèi)的等溫(全局)的溫度變化產(chǎn)生TPTR。TPTR與傳感磁頭和襯底材料之間的熱膨脹系數(shù)的差(ΔCTE)成比例。已經(jīng)提出了很多新穎的提議，利用低CTE的材料、減少的金屬材料體積和補(bǔ)償設(shè)計(jì)來(lái)降低TPTR量。
CPTR是由在將電流施加到寫入器線圈和將最終的散熱施加到傳感頭的周圍部件內(nèi)時(shí)局部的焦耳熱產(chǎn)生的。與TPTR相反，CPTR與一次ΔT(CTE)乘積成比例，其中ΔT是寫入器磁芯內(nèi)產(chǎn)生的局部溫度而CTE是磁芯填充物的熱膨脹系數(shù)。在寫入器線圈內(nèi)的大寫入電流的情況下，ΔT可以超過(guò)20℃，從而使CPTR超過(guò)0.3微米，這是整個(gè)飛行高度預(yù)標(biāo)的很大一部分。在驅(qū)動(dòng)中，將熱量轉(zhuǎn)移到磁盤可以將該值降低3-5倍，但它仍是整個(gè)飛行高度預(yù)標(biāo)的很大一部分。這限制了寫入電流，并與性能要求相矛盾，因此必須在降低TPTR的同時(shí)降低CPTR。
原則上，可以通過(guò)改善遠(yuǎn)離線圈和周圍的磁芯結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)從而減少局部溫度上升來(lái)降低CPTR。電流寫入器的設(shè)計(jì)將烘過(guò)的光阻材料和噴鍍過(guò)的Al2O3的組合用作磁芯填充物，它們兩者都具有很小的熱傳導(dǎo)率。用其它高熱傳導(dǎo)率材料取代這些材料是理論上優(yōu)化磁芯散熱的直接方法。但是，這是很困難的，因?yàn)樘畛渚€圈結(jié)構(gòu)的處理要求需要在靠近ABS處在線圈的圈之間具有達(dá)到3∶1的長(zhǎng)寬比的凹槽。為了效率具有類似的磁芯長(zhǎng)度和為了更高的磁通勢(shì)(MMF)具有更多圈數(shù)的未來(lái)的設(shè)計(jì)也可以增加長(zhǎng)寬比。因此，需要可以制造的具有改進(jìn)散熱的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于將數(shù)據(jù)寫入磁盤的數(shù)據(jù)傳感器。該具有空氣軸承表面的數(shù)據(jù)傳感器包括下磁極和通過(guò)寫入間隙在空氣軸承表面處與下磁極分開(kāi)的上磁極。磁芯形成于下磁極和上磁極之間，且導(dǎo)電線圈位于磁芯內(nèi)。該數(shù)據(jù)傳感器還包括用于將熱能消散出線圈的裝置。該裝置可以由符合導(dǎo)電線圈的圈數(shù)的絕緣體和填充有在磁芯內(nèi)沉積的高熱傳導(dǎo)率材料的磁芯構(gòu)成。
附圖概述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的傳感頭的部分的截面圖。
圖2至圖8是說(shuō)明制造寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例的各階段的傳感頭截面圖。
圖9至16是說(shuō)明制造寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例的各階段的傳感頭截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的傳感頭10的截面圖?；敬怪庇趥鞲蓄^10的空氣軸承表面(ABS)而得到圖1的截面。傳感頭10包括襯底12、底層14、讀出器16、寫入器18、絕緣層20和外層22。讀出器16包括下屏蔽體24、讀出元件26、讀出間隙28和上屏蔽體30。寫入器18包括下磁極32、共享磁極延伸段34、后通路36、寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38(它包括導(dǎo)電線圈40、絕緣體42和磁芯填充物44)、上磁極46和寫入間隙48。共享磁極是由上屏蔽體30、下磁極32和間隔物(未顯示)組合形成的。共享磁極延伸段34和后通路36還可通稱為上共享磁極。
底層14沉積于襯底12上。讀出器16和寫入器18都是多層裝置，它們堆疊在鄰近傳感頭10的ABS的底層14上。如圖1所示，讀出器16在底層14上形成，而寫入器18以在騎跨(piggyback)方式(其中，兩個(gè)元件之間無(wú)共享層)堆疊在讀出器16上。在未示出的另一個(gè)實(shí)施例中，讀出器16和寫入器18可以以合并頭的結(jié)構(gòu)(其中，在兩個(gè)元件之間共享層)排列，和/或?qū)懭肫?8可以在底層14上形成(而讀出器16形成于寫入器18上)。和讀出器16和寫入器18處于共同平面并和傳感頭10的ABS相對(duì)的是絕緣層20。外層22形成于寫入器18上。
襯底12通常由AlTiC、TiC、Si、SiC、Al2O3或其它由這些材料的組合形成的合成材料形成。這些材料中，AlTiC和TiC具有相當(dāng)大的熱膨脹系數(shù)(CTE)，通常在約6.0×10-6/℃至約9.0×10-6/℃的范圍內(nèi)，而硅具有較低的CTE，在約2.0×10-6/℃至約3.0×10-6/℃的范圍內(nèi)。
底層14形成于圖1所示的傳感頭10內(nèi)的襯底12上，雖然其它的實(shí)施例可以使底層14形成于另一個(gè)位置。底層14通常由絕緣材料構(gòu)成，諸如Al2O3、AlN、SiO2、Si3N4或SiO0-2N0-1.5。通常選擇用于底層14的絕緣材料使之與用作襯底的材料的化學(xué)和機(jī)械特性最接近地匹配。例如，Al2O3底層一般用于和AlTiC襯底結(jié)合，因?yàn)檫@兩種材料具有類似的CTE。
讀出器16形成于底層14上，并包括下屏蔽體24、讀出元件26、讀出間隙28和上屏蔽體30。在下屏蔽體24和上屏蔽體30的末端之間的ABS上定義讀出間隙28。讀出元件26位于讀出間隙28內(nèi)并鄰近ABS。讀出間隙28將讀出元件26與下屏蔽體24和上屏蔽體30隔離。讀出元件26可以是各種不同類型的讀出元件，諸如各向異性磁阻(AMR)讀出元件、巨磁阻(GMR)讀出元件或隧穿巨磁阻(TGMR)讀出元件。
寫入器18形成于讀出器16上，并包括下磁極32、共享磁極延伸段34、后通路36、寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38和上磁極46。寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38包括導(dǎo)電線圈40、絕緣體42和磁芯填充物44。共享磁極延伸段34和后通路36形成于下磁極32上，而共享磁極延伸段34鄰近ABS且后通路36遠(yuǎn)離ABS。在共享磁極延伸段34和上磁極46之間的ABS上定義寫入間隙48。上磁極46形成于共享磁極延伸段上方并從ABS延伸到后通路36。下磁極32和上磁極46定義磁芯50，其中導(dǎo)電線圈40位于磁芯50中。導(dǎo)電線圈40繞過(guò)后通路36，從而通過(guò)導(dǎo)電線圈40的電流產(chǎn)生穿過(guò)寫入間隙48的磁場(chǎng)。寫入器22的其它實(shí)施例不使用共享磁極延伸段40，而是使用兩片上磁極結(jié)構(gòu)來(lái)代替。
如圖1所示，絕緣體42包裹線圈40并包括下絕緣體52、或第一絕緣體，和絕緣層54。下絕緣體52形成于下磁極32上，而導(dǎo)電線圈40形成于下絕緣體52上。絕緣層54包裹導(dǎo)電線圈40的其余側(cè)。絕緣體42的薄層包裹導(dǎo)電線圈40而磁芯的其余部分填充了磁芯填充材料44。雖然圖1示出相對(duì)于軸向?qū)懭肫鞯谋景l(fā)明，但本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例可以包括垂直的寫入器。一些垂直寫入器的設(shè)計(jì)不包括共享磁極延伸段34，因此，磁芯填充材料44在ABS處露出。
下屏蔽體24、上屏蔽體30、下磁極32、共享磁極延伸段34、后通路36和上磁極46中的每一個(gè)都是由金屬材料構(gòu)成的，較佳地，這些部件中的每一個(gè)都是由主要由鐵(Fe)、鎳(Ni)和/或鈷(Co)組成的合金構(gòu)成。這些金屬合金通常具有很大的CTE。例如，坡莫合金，具有約80％Ni-20％Fe或79％Ni-21％Fe的組成，具有在約10.0×10-6/℃至13.0×10-6/℃的范圍內(nèi)的CTE。讀出間隙28通常由諸如Al2O3之類的絕緣材料構(gòu)成。
寫入器磁芯結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)電線圈40、絕緣體42、和磁芯填充物44。寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38形成于由下磁極32、共享磁極延伸段34、后通路36和上磁極46定義的磁芯50上。導(dǎo)電線圈40，或?qū)懭肫骶€圈，通常由諸如銅(Cu)、金(Au)或銀(Ag)之類的導(dǎo)電金屬構(gòu)成。最常用的是銅，它具有在約16.0×10-6/℃至18.0×10-6/℃的范圍內(nèi)的CTE。
絕緣體42沉積在導(dǎo)電線圈40周圍來(lái)使線圈40和磁芯填充物44隔離。絕緣體42由絕緣材料的薄層形成，較佳的絕緣材料諸如Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AiN、WN、W2N或BN。絕緣體42形成完全符合線圈40的絕緣薄層。原子層沉積(ALD)是用于將絕緣體42沉積在導(dǎo)電線圈40周圍的優(yōu)選方法，雖然其它可用的方法包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)、定向物理氣相沉積(定向-PVD)或電離物理氣相沉積(電離-PVD)。之前所列的材料使用ALD是理想的，它可以在保持良好的分段覆蓋(stepcoverage)的同時(shí)降低絕緣體42的厚度。
磁芯填充物44包圍包裹導(dǎo)電線圈40的絕緣體42以便填充磁芯50的其余部分。磁芯填充材料44具有高熱傳導(dǎo)率并且可以是絕緣的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷?即，金屬的)。磁芯填充材料44的實(shí)例包括SiC、AlN、多晶硅、W和Mo。磁芯填充材料44具有大于1.5W/m-K的熱傳導(dǎo)率和低于6.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。
圖1中未顯示的是到讀出元件26和線圈40的電引線(lead)和觸點(diǎn)。該電引線和觸點(diǎn)通常由諸如銅(Cu)、鉭(Ta)、金(Au)之類的金屬或其它金屬元素和合金構(gòu)成。
絕緣層20位于相對(duì)于ABS的傳感頭10的讀出器16和寫入器18的層的平面內(nèi)。絕緣層20較佳地由絕緣材料構(gòu)成，諸如氧化鋁、氮化鋁、氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。
外層22通常形成于寫入器18上。外層22通常由諸如Al2O3、AlN，SiO2、Si3N4和SiO0-2N0-1.5之類的絕緣材料構(gòu)成，時(shí)常是由形成底層14的同一材料構(gòu)成。
包括金屬和絕緣層兩者的所有傳感磁頭的層都具有不同的機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)。該性質(zhì)上的不同將影響傳感器的幾個(gè)方面，包括相對(duì)于傳感磁頭的空氣軸承表面(ABS)處的襯底的傳感器的金屬層的磁極尖端凹入(PTR)。PTR效應(yīng)的兩個(gè)成分是，熱磁極尖端凹入/凸出(TPTR)和電流-感應(yīng)凹入/凸出(CPTR)。TPTR由在驅(qū)動(dòng)操作期間傳感磁頭內(nèi)的等溫(全局)的溫度變化產(chǎn)生。TPTR與傳感磁頭和襯底材料之間的熱膨脹系數(shù)的差(ΔCTE)成比例。已經(jīng)提出了很多新穎的提議，利用低CTE的材料、減少金屬材料體積和補(bǔ)償設(shè)計(jì)來(lái)降低TPTR量。
CPTR是由在將電流施加到寫入器線圈和將最終的散熱施加到傳感頭的周圍部件內(nèi)時(shí)局部的焦耳熱產(chǎn)生的。與TPTR相反，CPTR與一次ΔT(CTE)乘積成比例，其中ΔT是寫入器磁芯內(nèi)產(chǎn)生的局部溫度而CTE是磁芯填充物的熱膨脹系數(shù)。在寫入器線圈內(nèi)的大寫入電流的情況下，ΔT可以超過(guò)20℃，從而使CPTR超過(guò)0.3微米，這是整個(gè)飛行高度預(yù)標(biāo)的很大一部分。在驅(qū)動(dòng)中，將熱量轉(zhuǎn)移到磁盤可以將該值降低3-5倍，但它仍是整個(gè)飛行高度預(yù)標(biāo)的很大一部分。這限制了寫入電流，并與性能要求相矛盾，因此必須在降低TPTR的同時(shí)降低CPTR。
本發(fā)明使用具有改進(jìn)散熱的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)來(lái)致力于CPTR的問(wèn)題。通過(guò)組合絕緣體42的ALD和由高熱傳導(dǎo)率材料組成的磁芯填充物來(lái)制成改進(jìn)的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)。通過(guò)組合絕緣體42的ALD和高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充物的散熱寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的制作隔絕導(dǎo)電線圈40周圍的材料的絕緣和熱傳導(dǎo)要求并允許分別優(yōu)化這些要求。
通常在電流寫入器磁芯結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電線圈40位于下磁極32和上磁極46之間的磁芯中，且該磁芯的其余部分填充了通常由烘過(guò)的光阻材料或噴鍍過(guò)的Al2O3或兩者的組合構(gòu)成的絕緣材料。這些材料都具有低熱傳導(dǎo)率，因?yàn)楣庾璨牧虾虯l2O3是非晶體型(amorphous)，所以它不能優(yōu)化磁芯結(jié)構(gòu)中的散熱。磁芯填充物不具有良好的熱傳導(dǎo)率，從而因?yàn)殡娏髡T發(fā)的熱沒(méi)有從磁芯結(jié)構(gòu)散出而增加了傳感頭中的CPTR。
本發(fā)明將磁芯結(jié)構(gòu)中的低熱傳導(dǎo)率材料替換成高熱傳導(dǎo)率材料，它能夠使和改善熱能從寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38的散熱并降低傳感頭的CPTR。通過(guò)用薄膜絕緣體42包裹導(dǎo)電線圈40并用高熱傳導(dǎo)率磁芯填充材料44填充磁芯50的剩余部分來(lái)實(shí)現(xiàn)CPTR的降低和改進(jìn)的散熱。使用高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充材料44降低CPTR，它是ΔT和CTE的函數(shù)，特別地，本發(fā)明通過(guò)降低磁芯填充材料的ΔT來(lái)降低CPTR。
圖2-8是說(shuō)明制造寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38的工藝流程的一個(gè)實(shí)施例的各階段的傳感頭10截面圖。特別地，圖2-8所示的實(shí)施例是用標(biāo)準(zhǔn)線圈構(gòu)建寫入器18的工藝流程。如圖2所示，下絕緣體52，或第一絕緣體沉積于下磁極32上。一旦導(dǎo)電線圈40形成，則下絕緣體52隔離其下部。下絕緣體52的厚度約為0.3微米且由Al2O3構(gòu)成。較佳地，使用ALD工藝來(lái)沉積下絕緣體52以減少絕緣體的厚度，這是由于ALD材料的更高的絕緣可靠性。用于形成通過(guò)ALD沉積的下絕緣體52的材料包括Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN。
下絕緣體42的厚度的降低使熱量更好地傳導(dǎo)到下磁極32成為可能，特別因?yàn)锳LD材料的熱傳導(dǎo)率比通常使用的PVD氧化鋁高出10-15％。在下絕緣體52沉積之前使下磁極32成形的寫入器設(shè)計(jì)中，用于絕緣體42的ALD的使用是特別有利的，在這種方式中需要較高的分段覆蓋來(lái)避免下磁極-導(dǎo)電線圈的短路。一個(gè)這樣的實(shí)例是垂直寫入結(jié)構(gòu)，其中寫入磁極在返回磁極(return pole)的下面形成。雖然ALD方法是較佳的，因?yàn)樗梢猿练e更薄的層，但下絕緣體52也可以通過(guò)CVD或電離-PVD工藝沉積。
如圖3所示，導(dǎo)電線圈40在下絕緣體52上成形。圖3示出多個(gè)線圈的螺圈56。導(dǎo)電線圈40使用標(biāo)準(zhǔn)的鍍敷和晶粒去除技術(shù)來(lái)成形，所述技術(shù)可以包括離子銑削或反應(yīng)離子蝕刻。
如圖4所示，對(duì)下絕緣體52進(jìn)行掩膜和磨銑來(lái)露出一部分下磁極32。在下磁極32的露出部分處形成共享磁極延伸段34和后通路36。
如圖5所示，在下磁極32上對(duì)共享磁極延伸段34和后通路36進(jìn)行鍍敷和范圍蝕刻(field etch)。共享磁極延伸段34的位置鄰近ABS，而后通路36形成于下磁極32的共享磁極延伸段34的對(duì)面?zhèn)?。下磁極32、共享磁極延伸段34和后通路36定義了磁芯50，在磁芯50處形成了寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38的其余部分(未示出)。
如圖6所示，絕緣層54，或第二絕緣體，沉積于導(dǎo)電線圈40上以及下絕緣體52、下磁極32、共享磁極延伸段34和后通路36的露出表面上。薄絕緣層54使導(dǎo)電線圈40的螺圈56的上部和側(cè)面絕緣。絕緣層54具有約200埃到1000埃之間的厚度。在最小化線圈40和磁芯填充材料44之間的熱阻的同時(shí)，絕緣層54在確保對(duì)于磁芯填充材料44絕緣的情況下盡可能地薄。使用ALD技術(shù)沉積絕緣層54，盡管其它方法也可以使用，諸如CVD、MOCVD、定向PVD或電離PVD。ALD是優(yōu)選的沉積絕緣層54的方法，因?yàn)樵摴に囀钩练e薄的、一致的材料層成為可能。絕緣層54由適于ALD工藝的材料構(gòu)成，這些材料諸如Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN。對(duì)于絕緣層54，應(yīng)該使用具有最高熱傳導(dǎo)率的材料來(lái)使線圈40和磁芯填充材料44之間的熱阻最小。為絕緣層54選用的ALD材料應(yīng)該不能和銅、共享磁極延伸段34、后通路36或磁芯填充材料44發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例可以包括在絕緣層54的一側(cè)或兩側(cè)上的專用的阻擋層。用于阻擋層的材料可以是金屬的、半導(dǎo)電的或絕緣的并具有和鄰近層的化學(xué)兼容性，充分分開(kāi)不兼容層的適當(dāng)?shù)姆侄胃采w和高熱傳導(dǎo)率。
絕緣層54是用于防止寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38內(nèi)的導(dǎo)電線圈40短路的絕緣材料。絕緣層54和導(dǎo)電線圈40完全相配，并且線圈的螺圈56在所有面上通過(guò)絕緣層54而保證相同的覆蓋，不考慮螺距(pitch)。絕緣層54完全覆蓋導(dǎo)電線圈40是很重要的。絕緣層54對(duì)由共享磁極延伸段34和后通路36形成的線圈50的側(cè)壁的覆蓋是允許的，只要線圈40與磁芯填充材料44完全絕緣。通過(guò)用光阻掩膜和濕蝕刻(wet-etch)步驟從這些表面除去絕緣層54，改善了磁芯填充材料44、共享磁極延伸段34和后通路36之間的熱接觸。
如圖7所示，磁芯50填充了高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充材料44。由于導(dǎo)電線圈40由絕緣ALD材料42包裹，所以磁芯填充材料44可以是絕緣的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷?即，金屬的)。使用高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充材料44具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，磁芯填充材料44允許把比常規(guī)氧化物具有更高熱傳導(dǎo)率的材料放在線圈的螺圈56之間起散熱片的作用。第二，磁芯填充材料44可以放松工藝限制，這是由于在磁芯填充的步驟中可以使用各種工藝，包括定向噴涂、常規(guī)噴涂、常規(guī)CVD、金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)、高密度等離子體CVD(HDP-CVD)或電鍍。在鍍敷或MOCVD的情況下，還可以通過(guò)ALD使高度一致的金屬晶粒層沉積于絕緣層54上。已知的金屬ALD工藝包括W、Ta、Ti、Cu、Ni，已有Co、Fe、Al和Cr的前體。
由于CPTR是磁芯填充物44的ΔT和CTE的函數(shù)，所以磁芯填充材料44必須具有比常規(guī)的磁芯填充材料Al2O3更高的熱傳導(dǎo)率，和比Al2O3更低的熱膨脹系數(shù)。磁芯填充材料44的熱傳導(dǎo)率大于1.5W-m/K，而磁芯填充材料44的熱膨脹系數(shù)低于6.0×10-6/℃。合適的磁芯填充材料的實(shí)例包括，但不限于，SiC、AlN、多晶硅、W和Mo。
本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)是能通過(guò)晶粒磨銑和磁芯填充工藝來(lái)將導(dǎo)電線圈40的螺圈56加寬到長(zhǎng)寬比的極限。更寬的長(zhǎng)寬比允許在保持恒定的磁通量傳導(dǎo)到寫入器18的同時(shí)，降低線圈電流，因此降低傳導(dǎo)到寫入器磁芯結(jié)構(gòu)38的焦耳熱總量。例如，線圈的螺圈56之間的凹槽可以具有4∶1或5∶1的長(zhǎng)寬比極限。
如圖8所示，寫入器磁芯結(jié)構(gòu)通過(guò)化學(xué)機(jī)械均夷(CMP)(chemical mechanicalplanarization)工藝而平整到最終高度。
圖9至16是說(shuō)明制造寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例的各階段的傳感頭截面圖，特別地是構(gòu)建的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138具有波紋線圈結(jié)構(gòu)(圖1-8中討論的相同結(jié)構(gòu)在圖9-16中具有相同的標(biāo)號(hào))。如圖9所示，使共享磁極延伸段134和后通路136成形和形成于下磁極132上。把共享磁極延伸段134和后通路136共同被視為上共享磁極。下磁極132、共享磁極延伸段134和后通路136定義了用于構(gòu)建寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138的磁芯150。
如圖10所示，磁芯150填充了高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充材料144。磁芯填充材料144可以是絕緣的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷?即，金屬的)。此外，磁芯填充材料144具有高于1.5W/m-K的熱傳導(dǎo)率和低于6.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。磁芯填充材料的實(shí)例包括SiC、AlN、多晶硅、W和Mo。
如圖11所示，通過(guò)CMP工藝使磁芯150和磁芯填充物144刨平成第一表面160。因此，磁芯填充材料144不會(huì)覆蓋共享磁極延伸段134或后通路136的上表面。
如圖12所示，磁芯填充材料144被線圈掩膜成形，并被蝕刻來(lái)形成線圈凹槽162。用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或感應(yīng)耦合等離子體(ICP)來(lái)成形并蝕刻磁芯填充材料144。通過(guò)在磁芯填充材料144的上部形成線圈掩膜并蝕刻磁芯填充材料144形成線圈凹槽162來(lái)使線圈凹槽162成形于磁芯填充材料144中。通過(guò)利用時(shí)間或選擇性的化學(xué)處理來(lái)在下磁極132處停止終止操作。根據(jù)在寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138中所使用的磁芯填充材料，使用特定的蝕刻劑。以下的列表識(shí)別了可以用于各個(gè)磁芯填充材料的示例的蝕刻化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)。

如圖13所示，絕緣層164沉積于磁芯150的露出的表面上，特別地，絕緣層164包裹線圈凹槽162的側(cè)壁并包裹磁芯填充材料144、共享磁極延伸段134和后通路136的上表面。較佳地，使用ALD工藝來(lái)沉積絕緣層164。絕緣層164由絕緣材料組成，尤其由可以用于ALD工藝的材料組成，諸如Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN。絕緣層164具有約200埃至約500埃之間的厚度。線圈晶粒層166通過(guò)定向PCD、電離PVD、CVD、MOCVD或ALD沉積于絕緣層164上。線圈晶粒層166用于形成導(dǎo)電線圈140。
如圖14所示，導(dǎo)電線圈通過(guò)MOCVD或電鍍沉積以便填充線圈凹槽162。
如圖15所示，寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138通過(guò)CMP工藝刨平到完成高度168。
如圖16所示，上絕緣體170沉積于寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138的上表面172上，來(lái)使導(dǎo)電線圈140和形成于上絕緣體170上的上磁極(未示出)絕緣。上絕緣體170可以是任何絕緣材料，但較佳地是具有高熱傳導(dǎo)率的材料以使傳導(dǎo)到上磁極的熱量最大。當(dāng)形成軸向?qū)懭肫鲿r(shí)，上絕緣體170足夠厚以便防止凹口磨銑(notch mill)穿入寫入器磁芯結(jié)構(gòu)138?？梢杂糜谛纬缮辖^緣體168的材料實(shí)例包括Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN。
本發(fā)明降低了磁極尖端處的電流感應(yīng)凹入/凸出(CPTR)。使用具有改進(jìn)散熱的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)。該寫入器磁芯結(jié)構(gòu)包括位于磁芯內(nèi)的導(dǎo)電線圈。該導(dǎo)電線圈由通過(guò)原子層沉積(ALD)技術(shù)沉積的絕緣材料的薄層包裹。磁芯的剩余部分填充了具有高熱傳導(dǎo)率的磁芯填充材料，它可以是絕緣的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷?。高熱傳?dǎo)率的磁芯填充材料能夠使和改進(jìn)寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的散熱，并由此降低傳感頭的CPTR。CPTR的降低特別地通過(guò)保持傳感頭和記錄介質(zhì)之間的磁頭到介質(zhì)間距來(lái)減少了磁頭-磁盤接觸的危險(xiǎn)和在傳感頭內(nèi)的機(jī)械可靠性問(wèn)題。
雖然已經(jīng)參考較佳的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域的熟練的技術(shù)人員將意識(shí)到可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行變化而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將數(shù)據(jù)寫到磁盤的數(shù)據(jù)傳感器，所述數(shù)據(jù)傳感器具有空氣軸承表面，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳感器包括下磁極；上磁極，它由寫入間隙于空氣軸承表面處與下磁極分開(kāi)，其中所述下磁極和所述上磁極之間形成磁芯；導(dǎo)電線圈，它位于所述磁芯內(nèi)；以及用于將熱能消散出線圈的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，所述用于消散熱能的裝置包括符合所述導(dǎo)電線圈的圈數(shù)的絕緣體；以及沉積在所述磁芯內(nèi)的磁芯填充物，其中所述磁芯填充物是高熱傳導(dǎo)率材料。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，所述磁芯填充物的熱傳導(dǎo)率大于約1.5W/m-K。
4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，所述磁芯填充物選自由SiC、AlN、多晶硅、W和Mo組成的組。
5.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，所述磁芯填充物是絕緣的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷摹?br> 6.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，所述絕緣體選自由Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN組成的組。
7.用于將數(shù)據(jù)寫到磁盤的數(shù)據(jù)傳感器，其特征在于，它包括下磁極、上共享磁極、上磁極，其中下磁極、上共享磁極和上磁極界定一磁芯，以及形成于所述磁芯內(nèi)的散熱寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，所述寫入器磁芯結(jié)構(gòu)包括第一絕緣體，它沉積于下磁極上；導(dǎo)電線圈，它成形于所述第一絕緣體上；第二絕緣體，它包裹所述線圈；以及磁芯填充物，它沉積入所述磁芯，其中所述磁芯填充物是高導(dǎo)電材料。
8.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一絕緣體的厚度約為0.3微米。
9.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一絕緣體和所述第二絕緣體選自由Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN組成的組。
10.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二絕緣體的厚度在約200埃到約1000埃之間。
11.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物選自由SiC、AlN、多晶硅、W和Mo組成的組。
12.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物的熱傳導(dǎo)率大于約1.5W/m-K。
13.如權(quán)利要求7所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物的熱膨脹系數(shù)小于6.0×10-6/℃。
14.用于將數(shù)據(jù)寫到磁盤的數(shù)據(jù)傳感器，，其特征在于，它包括下磁極、上共享磁極、上磁極，其中下磁極、上共享磁極和上磁極定義了磁芯，和形成于所述磁芯內(nèi)的散熱寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，所述寫入器磁芯結(jié)構(gòu)包括磁芯填充物，它沉積入所述磁芯，其中磁芯填充物是高導(dǎo)電材料；線圈凹槽，它成形在所述磁芯材料內(nèi)；第一絕緣體，它和所述線圈凹槽的側(cè)壁相配；導(dǎo)電線圈，它在所述線圈凹槽內(nèi)成形，其中第一絕緣體將所述線圈和所述磁芯填充物分開(kāi)；以及上絕緣體，它沉積于所述線圈的上表面。
15.如權(quán)利要求14所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物選自由SiC、AlN、多晶硅、W和Mo組成的組。
16.如權(quán)利要求14所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物的熱傳導(dǎo)率大于約1.5W/m-K。
17.如權(quán)利要求14所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁芯填充物具有小于6.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。
18.如權(quán)利要求14所述的寫入器磁芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一絕緣體和上絕緣體選自由Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN組成的組。
19.一種用于在下磁極上構(gòu)建散熱寫入器磁芯結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述方法包括將上共享磁極成形于所述下磁極上，其中所述上共享磁極和所述下磁極界定出磁芯；用具有高熱傳導(dǎo)率的磁芯材料填充所述磁芯；將線圈凹槽成形于所述磁芯材料內(nèi)；在所述線圈凹槽內(nèi)沉積第一絕緣體，其中第一絕緣體與所述線圈凹槽的側(cè)壁相配；在所述線圈凹槽內(nèi)成形線圈；以及在所述第一表面上沉積上絕緣體。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述磁芯材料選自由SiC、AlN、多晶硅、W和Mo組成的組。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述磁芯材料的熱傳導(dǎo)率大于約1.5W/m-K。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述磁芯材料具有小于6.0×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一絕緣體和所述上絕緣體選自由Al2O3、Ta2O5、HfO2、TiO2、ZrO2、CuO、Nb2O5、SiO2、In2O3、MgO、TiN、TaN、MoN、NbN、SiN、AlN、WN、W2N和BN組成的組。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述成形所述線圈凹槽的步驟包括在所述磁芯材料內(nèi)成形線圈掩膜；以及蝕刻所述磁芯材料來(lái)形成所述線圈凹槽。
全文摘要
數(shù)據(jù)傳感器被用于將數(shù)據(jù)寫到磁盤并具有空氣軸承表面。該數(shù)據(jù)傳感器還包括下磁極和通過(guò)寫入間隙在空氣軸承表面與下磁極分開(kāi)的上磁極。磁芯形成于下磁極和上磁極之間，而導(dǎo)電線圈位于磁芯中。該數(shù)據(jù)傳感器還包括用于將熱能消散出線圈的裝置。
文檔編號(hào)G11B5/31GK1494059SQ0315939
公開(kāi)日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者M·C·考茨基, M·卡馬拉祖賈達(dá), 薛松生, M C 考茨基, 砝 婕執(zhí) 申請(qǐng)人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司