經全膜鍍生產的鑲嵌寫入極的制作方法

專利名稱：經全膜鍍生產的鑲嵌寫入極的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及硬盤驅動器，并且具體涉及經全膜鍍生產鑲嵌(大馬士革)寫入 極。
背景技術：
硬盤驅動器包括一個或更多個硬磁盤，這些硬磁盤上涂覆有能夠在其中存儲數據 的磁記錄介質。硬盤驅動器還包括用于與磁記錄介質中的數據交互的讀寫頭。寫入頭包括 感應元件，其用于產生將磁記錄介質中的域的磁矩對準以代表數據位的磁場。磁記錄技術包括縱向和垂直記錄。垂直磁記錄(PMR)是一種形式的磁性記錄，其 中代表數據位的磁矩垂直于磁記錄介質的表面定向，與縱向地沿著其磁軌相反。PMR相比于 縱向記錄具有很多優點，諸如明顯更高的面積密度記錄能力。使用在空氣軸承表面(ABS)具有梯形截面形狀的寫入極，以提高PMR頭的寫入性 能。然而，具有這種梯形截面形狀的寫入極的制造呈現很多困難。制造這種極的一種方法 涉及從磁性材料層銑削極的縮減工藝。然而，由于下一代硬盤驅動器要求的復雜的三維形 狀，該工藝可能非常困難并且易于導致低產量。制造這些極的另一方法涉及添加工藝，其中 鑲嵌溝槽被形成在絕緣襯底層中，并且灌注磁性材料。一個這種形成寫入極的方法在圖1A-1I中說明。如參考圖IA可看到的，鉭(Ta) 的圖案化掩膜103被設置在布置在鉻(Cr)形成的下襯底101上的氧化鋁(Al2O3)襯底102 上。圖案化掩膜103在襯底102的將形成鑲嵌溝槽的區域上具有開口 104。通過使圖IA的 結構承受反應離子蝕刻(RIE)操作，在襯底102中形成鑲嵌溝槽105，如圖IB所說明的。為 了控制極的最終形狀和磁道寬度，一個或更多個氧化鋁層，諸如層106可以經原子層沉積 (ALD)布置在圖IB的結構上以提供更窄的鑲嵌溝槽107，如圖IC所說明的。轉到圖1D，光刻膠層108被施加到圖IC的結構上以敞開在鑲嵌溝槽107上方的 區域109。諸如CoMFe或同類物的高磁矩磁性材料110接著被鍍上以填充通過在前的光 致抗蝕工藝形成的溝槽圖案，如圖IE所說明的。光刻膠接著從該結構剝離以在圍繞磁性材 料110的地帶產生開放區，并且停止層(或截止層)111，諸如類金剛石碳(DLC)，被布置在 該地帶區上，如圖IF說明的。停止層允許使用化學機械拋光(CMP)操作以去除延伸到期望 的寫入極的尾緣之上的多余磁性材料，如下面將更詳細說明的。為了促進CMP工藝，另一個Al2O3層112被設置在圖IF的結構上，如圖IG說明的。 該結構經受CMP工藝以平面化停止層111的頂部上的表面，如圖IH說明的。通過停止CMP 工藝，寫入極113的厚度和磁道寬度被良好地保持在停止層111的厚度內，然而，在停止層 具有圍繞寫入極113的間隙114的地方，可能發生寫入極113的尾緣的凹陷。在最后的步 驟中，通過另一 RIE工藝，從停止層111去除剩余材料，如圖II說明的。盡管上述工藝能夠提供具有嚴密控制的磁道寬度和側壁角度的寫入極，但使用光 刻膠限定用于鍍磁性材料的框架可能在鑲嵌溝槽中以及沿著由此形成的寫入極的側壁留 下不希望的光刻膠殘留。任何光刻膠殘留可能導致很差的極完整性和完成，以及甚至導致器件故障。

發明內容
本發明的各個實施例通過提供以下方法解決上述問題使用磁性材料的全膜鍍形 成寫入極以避免光刻膠殘留物包圍寫入極。另外，全膜離子束蝕刻被使用在以全膜鍍之后 從地帶區去除過量的磁性材料，極大地簡化了極形成工藝。犧牲緩沖層被設置在全膜鍍的 磁性材料和CMP停止層之間，使得用于去除過量磁性材料的離子束蝕刻或銑削不到達CMP 停止層和影響其有效性。根據本公開主題的一個實施例，形成寫入極的方法包括以下步驟在晶片的襯底 層上形成停止層，所述停止層具有位于所述襯底層中的鑲嵌溝槽上方的開口。該方法還包 括在所述停止層上形成緩沖層，所述緩沖層具有位于所述停止層的開口上方的開口。該方 法還包括以下步驟在所述晶片上鍍磁性材料層，在位于所述鑲嵌溝槽上方的磁性材料區 域上布置第一犧牲材，并且在所述晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被第一犧牲材料覆 蓋的磁性材料以及去除第一犧牲材料。該方法還包括以下步驟在所述晶片上布置第二犧 牲材料，以及在所述晶片上進行拋光操作以去除位于所述鑲嵌溝槽上方的磁性材料區域， 去除第二犧牲材料，以及去除所述緩沖層。根據本公開主題的另一實施例，一種形成多個寫入極的方法包括以下步驟在晶 片的襯底層形成停止層，所述停止層具有位于所述襯底層中的相應的多個鑲嵌溝槽上方的 第一多個開口。該方法還包括以下步驟在所述停止層上形成緩沖層，所述緩沖層具有位于 停止層的相應的第一多個開口上方的第二多個開口。該方法還包括以下步驟在所述晶片 上鍍磁性材料層，在位于相應的多個鑲嵌溝槽上方的多個磁性材料區域上布置第一犧牲材 料，在所述晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以及去除 第一磁性材料。該方法還包括以下步驟在所述晶片上布置第二形成材料，以及在所述晶片 上進行拋光操作以去除位于相應的多個鑲嵌溝槽上方的所述多個磁性材料區域，去除第二 犧牲材料，以及去除所述緩沖層。應理解上述發明內容和以下的詳細描述是示例和說明性的，意在提供對要求保護 的本發明的進一步解釋。


包括附圖以提供本發明的進一步理解并且附圖被并入并組成本說明書的一部分， 圖解說明本發明的實施例，與說明書一起解釋本發明的原理。在附圖中圖1A-1I圖解說明在形成寫入極的各種步驟之后形成的結構；圖2A-2I圖解說明根據本公開主題的一個方面的在形成寫入極的各種步驟之后 形成的結構；圖3是根據本公開主題的一個方面通過銑削或蝕刻操作已經去除過量磁性材料 之后的部分形成的寫入極的掃描電子顯微圖像；圖4是根據本公開主題的一個方面形成的寫入極的掃描電子顯微圖像；圖5是圖解說明根據本公開主題的一個方面的形成寫入極的方法的流程圖；以及圖6是圖解說明根據本公開主題的一個方面的形成多個寫入極的方法的流程圖。
具體實施例方式在以下的詳細說明中，大量具體細節被闡述以提供本發明的完整理解。然而對于 本領域技術人員明顯的是，本發明可以在沒有這些具體細節中的一些的情況下被實施。在 其他示例中，已知的結構和技術未被詳細示出以避免不必要地模糊本發明。圖2A-2I圖解說明根據本公開主題的一個方面在寫入極的形成的各種步驟之后 形成的結構。如參照圖2A可見，鉭(Ta)或同類物的圖案化掩膜203被設置在氧化鋁(A1203) 的襯底202上，該襯底202布置在鉻(Cr)或同類物的下襯底201上。圖案化掩膜203具有 在將形成鑲嵌溝槽的襯底202的區域上的開口 204。通過使圖2A的結構承受反應離子蝕刻 (RIE)操作，在襯底202中形成鑲嵌溝槽205，如圖2B所說明的。為了控制極的最終形狀和 磁道寬度，一個或更多個氧化鋁層，諸如層206可以經由原子層沉積(ALD)布置在圖2B的 結構上以提供更窄的鑲嵌溝槽207，如圖2C所說明的。轉到圖2D，DLC或同類物的CMP停止層208被設置在層206上。根據本公開主題 的一個方面，CMP停止層208的材料可以被選擇使得磁性材料和停止層材料之間的CMP選 擇性(即材料去除的相對速率)大于300 1。同樣如圖2D所說明的，AlOx(其中x是正 整數)犧牲緩沖層209被設置在CMP停止層208上以保護CPM停止層208免受隨后的銑削 或蝕刻操作，如以下更詳細地闡述。在圖2E中，釕(Ru)或同類物的種子層210被設置在晶 片上，CoNiFe、CoFe、NiFe或同類物的高磁矩磁性材料層211被鍍在種子層210上方的晶片 上。在由此被磁性材料填充的鑲嵌溝槽207上方的區域中，可以形成凹陷212。該凹陷212可以幫助對準光刻膠213的區域的施加，如下面關于圖2F更詳細說明 的。另外，該凹陷可以允許隨后的CMP操作從寫入極的期望尾緣之上更快速地去除多余的 磁性材料，和多余材料具有平面的上表面的情況相比更快。參照圖2F可見，光刻膠213用 作掩膜以保護由其覆蓋的磁性材料211的區域，使隨后的離子束蝕刻(IBE)或銑削操作將 不從緊緊圍繞(和填充)鑲嵌溝槽的區域去除磁性材料。這關于圖2G更詳細地說明，其中 圖解說明后銑削結構。如參考圖2G可見，全膜IBE或銑削操作去除大多數光刻膠材料213、多余的磁性材 料和圍繞極區域的種子層材料，但僅僅去除AlOx犧牲緩沖層209的一部分。緩沖層209由 此起到保護CMP停止層208以免被銑削或蝕刻操作損壞的作用，確保CMP停止層將能夠為 隨后的CMP操作提供立即可檢測的端點，如在以下更詳細描述的。蝕刻或銑削操作之后留 下的磁性材料211的小突起允許更短的拋光時間和更高的平面化效率。不被全膜IBE或銑 削操作去除的光刻膠材料213的任何殘留可以在此時經由拔起而去除。轉到圖3，圖解說明根據本公開主題的一個方面的通過銑削或蝕刻操作去除多余 磁性材料之后的部分形成的寫入極的截面的掃描電子顯微圖像。如參考圖3可見，AlOx緩 沖層的一部分保持原封不動，保護DLC的CMP停止層免受蝕刻或銑削操作。返回圖2H，氧化鋁或同類物的犧牲層214被布置在晶片上，覆蓋磁性材料211以及 為CMP操作提供更均勻的表面。進行CMP操作，去除這個犧牲層214、剩余的緩沖層209以 及多余的磁性材料以形成寫入極213。當停止層208被檢測到時(例如當遭遇DLC時拋光 去除速率減慢)，CMP操作停止。剩余的Ru種子層210可以在隨后的局部CMP操作中使用 (與在先的全局或整個晶片CMP操作相反)，作為每個寫入極停止層。
圖4是根據本公開主題的一個方面形成的寫入極的掃描電子顯微圖像。如參考圖 4可見，寫入極經歷最小的凹陷，并且不存在可能污染用框架化的鍍方法生產的寫入極的光 刻膠殘留。圖5是流程圖，圖解說明根據本公開主題的一個方面的形成寫入極的方法。該方 法開始于步驟501，其中圖案化掩膜層被形成在晶片的襯底層上。在步驟502，被圖案化掩 膜層露出的襯底層的區域被蝕刻以在襯底層中形成鑲嵌溝槽。在步驟503，氧化鋁層被布 置在晶片上以調整鑲嵌溝槽的寬度。在步驟504，停止層被形成在襯底上，停止層具有在鑲 嵌溝槽之上的開口。在步驟505，緩沖層被形成在停止層上，緩沖層具有位于停止層的開口 之上的開口。在步驟506，種子層被布置在晶片上，以及在步驟507，磁性材料層被鍍在晶片 上。在步驟508，第一犧牲材料被布置在鑲嵌溝槽上方的磁性材料區域上。在步驟509，在 晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以及去除第一犧牲 材料。在步驟510，第二犧牲材料被布置在晶片上，以及在步驟511，在晶片上進行拋光操作 以去除鑲嵌溝槽之上的磁性材料區域，去除第二犧牲材料，以及去除緩沖層。盡管在上述示例實施例中，詳細說明了單個寫入極的制造，但本領域技術人員將 容易理解，鑒于本公開主題，上述工藝可以應用于在單個晶片中多個寫入極的制造。實際 上，全膜鍍和全膜IBE步驟在其中形成多個寫入極的晶片制造工藝中提供很多優點，如容 易理解的。例如，圖6是圖解說明根據本公開主題的一個方面的用于形成多個寫入極的方 法流程圖。該方法開始于步驟601，其中停止層被形成在晶片的襯底層上，停止層具有位于 襯底層中的相應的多個鑲嵌溝槽上方的第一多個開口。在步驟602，緩沖層被形成在停止層 上，緩沖層具有位于停止層的第一多個開口的相應各個上方的第二多個開口。在步驟603， 種子層被布置在晶片上，以及在步驟604，磁性材料層被鍍在晶片上。在步驟605，第一犧牲 材料被布置在位于多個鑲嵌溝槽的相應各個上方的多個磁性材料區域上。在步驟606，銑削 或蝕刻操作在晶片上進行以去除不被第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以及去除第一犧牲材 料。在步驟607，第二犧牲材料被布置在晶片上。在步驟608，拋光操作在晶片上進行以去 除位于多個鑲嵌溝槽的相應各個上方的多個磁性材料區域，以去除第二犧牲材料，以及去 除緩沖層。提供本發明的描述以使本領域的任何技術人員能夠實施此處描述的各種實施例。 盡管已經參照各種附圖和實施例具體描述了本發明，但應理解這僅僅是為了說明的目的而 不被認為是限制本發明的范圍。可以存在實現本發明的許多其他方式。此處描述的各種功能和元件可以不同于所 示出的那樣被分割而不脫離本發明的實質和范圍。對這些實施例的各種修改對本領域技術 人員是顯而易見的，此處限定的總體原理可以應用于其他實施例。由此，本領域技術人員可 以對本發明進行很多變化和修改，而不脫離本發明的實質和范圍。除非具體聲明，以單數對要素的引用不意味著“一個且僅僅一個”，而是“一個或更 多個”。術語“一些”指代一個或更多個。下劃線和/或斜體的標題和小標題僅僅為了方便 而使用，不限制本發明，并且不結合本發明的說明的解釋來指代。本領域技術人員已知或后 來知道的本公開中描述的本發明的各種實施例的要素的全部結構和功能等同物通過應用 被明確地并入，并且意在被本發明包括。另外，此處公開的所有內容都不打算奉獻給公眾而 無論是否這種公開在說明書中被明確地陳述。
權利要求
一種形成寫入極的方法，包含如下步驟在晶片的襯底層上形成停止層，所述停止層具有位于所述襯底層中的鑲嵌溝槽上方的開口；在所述停止層上形成緩沖層，所述緩沖層具有位于所述停止層的所述開口上方的開口；在所述晶片上鍍磁性材料層；在位于所述鑲嵌溝槽上方的磁性材料區域上布置第一犧牲材料；在所述晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被所述第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以及去除所述第一犧牲材料；在所述晶片上布置第二犧牲材料；以及在所述晶片上進行拋光操作以去除位于所述鑲嵌溝槽上方的所述磁性材料區域，去除所述第二犧牲材料，以及去除所述緩沖層。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括在所述晶片上鍍所述磁性材料之前在所述晶片 上布置種子層的步驟。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述進行銑削或蝕刻操作的步驟還去除所述種子 層的不被所述第一犧牲材料覆蓋的一部分。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述進行銑削或蝕刻操作的步驟包括進行離子束 蝕刻。
5.根據權利要求1所述的方法，其中在露出所述停止層之前停止所述銑削或蝕刻操作。
6.根據權利要求1所述的方法，其中進行所述拋光操作的步驟包括進行化學機械拋光。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述磁性材料和所述停止層之間的化學機械拋光 選擇性大于300 1。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述停止層包括類金剛石碳。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述緩沖層包括AlOx，其中χ是正整數。
10.根據權利要求1所述的方法，其中所述磁性材料包括CoNiFe、CoFe或NiFe。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一犧牲材料包括光刻膠。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二犧牲材料包括氧化鋁。
13.根據權利要求1所述的方法，還包括通過以下步驟在所述襯底層中形成所述鑲嵌 溝槽的步驟在所述襯底層上形成圖案化掩膜層；以及蝕刻所述襯底層的被所述圖案化掩膜層露出的區域以形成所述鑲嵌溝槽。
14.根據權利要求13所述的方法，其中在所述襯底層中形成所述鑲嵌溝槽的步驟還包括在所述晶片上布置氧化鋁層以調整所述鑲嵌溝槽的寬度。
15.根據權利要求1所述的方法，其中所述襯底層包括氧化鋁。
16.一種磁性記錄器件，包括根據權利要求1的方法形成的所述寫入極。
17.一種形成多個寫入極的方法，包含如下步驟在晶片的襯底層上形成停止層，所述停止層具有位于所述襯底層中的相應的多個鑲嵌 溝槽上方的第一多個開口；在所述停止層上形成緩沖層，所述緩沖層具有位于所述停止層的所述第一多個開口的 相應各個上方的第二多個開口； 在所述晶片上鍍磁性材料層；在位于所述多個鑲嵌溝槽的相應各個上方的多個磁性材料區域上布置第一犧牲材料；在所述晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被所述第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以 及去除所述第一犧牲材料；在所述晶片上布置第二犧牲材料；以及在所述晶片上進行拋光操作以去除位于所述多個鑲嵌溝槽的相應各個上方的所述多 個磁性材料區域，去除所述第二犧牲材料，以及去除所述緩沖層。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括在所述晶片上鍍所述磁性材料之前在所述晶 片上布置種子層的步驟。
19.根據權利要求18所述的方法，其中進行所述銑削或蝕刻操作的步驟還去除所述種 子層的不被所述第一犧牲材料覆蓋的部分。
全文摘要
本發明涉及經全膜鍍生產的鑲嵌寫入極。公開一種形成寫入極的方法，該方法包括在晶片的襯底層上形成停止層，所述停止層具有位于所述襯底層中的鑲嵌(大馬士革)溝槽上方的開口；在所述停止層上形成緩沖層，所述緩沖層具有位于所述停止層的開口上方的開口。該方法還包括在所述晶片上鍍磁性材料層，在位于所述鑲嵌溝槽上方的磁性材料的區域上布置第一犧牲材，在所述晶片上進行銑削或蝕刻操作以去除不被第一犧牲材料覆蓋的磁性材料以及去除第一犧牲材料。該方法還包括在所述晶片上布置第二犧牲材料，以及在所述晶片上進行拋光操作以去除位于所述鑲嵌溝槽上方的磁性材料區域，以去除第二犧牲材料，以及去除所述緩沖層。
文檔編號G11B5/127GK101996641SQ20101026052
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月20日 優先權日2009年8月20日
發明者G·羅, J·王, M·蔣, R·周, X·項, Y·李 申請人:西部數據(弗里蒙特)公司