具有下降邊表面的數據讀取器的制造方法

具有下降邊表面的數據讀取器的制造方法
【專利摘要】本申請公開了具有下降邊表面的數據讀取器。一種數據讀取器能夠配置有至少磁響應層壓件，所述磁響應層壓件具有與空氣承載表面(ABS)相距第一帶條高度的第一部分以及與所述ABS相距不同的第二帶條高度的第二部分。所述第一部分能夠構造成具有借助下降邊特征相對于ABS成預定角度定形的下降邊表面。
【專利說明】具有下降邊表面的數據讀取器
[0001] 發明概述
[0002] 本公開的各個實施方案一般涉及能夠感應來自可旋轉介質的數據的數據讀取器。
[0003] 依照一些實施方案，磁響應層壓件具有與空氣承載表面（ABS)相距第一帶條高度 的第一部分以及與ABS相距不同的第二帶條高度的第二部分。第一部分構造成具有下降邊 表面，所述下降邊表面借助下降邊特征相對于ABS成一預定角度定形。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004] 圖1是數據存儲設備的實施例部分的框圖表示。
[0005] 圖2A和2B分別提供了能夠在圖1的數據存儲設備中使用的傳感元件的部分的前 視圖和剖面圖框圖表示。
[0006] 圖3A和3B分別示出了依照各個實施方案構造的數據讀取器的部分的前視圖和剖 面圖框圖表示。
[0007] 圖4顯示出依照一些實施方案布構造的實施例數據讀取器的部分的剖面框圖表 /_J、1 〇
[0008] 圖5提供了依照各個實施方案構造的各制造工藝的各階段中的多個實施例數據 讀取器。
[0009] 圖6提供了依照一些實施方案構造的數據讀取器制作例程的流程圖。
[0010] 發明詳述
[0011] 諸如傳感層壓件和屏蔽件的數據感測部件的微型化已經對材料的物理限制和常 規沉積工藝施加了壓力。對于數據感測層壓件，讀取器寬度以及屏蔽件間間距已經持續減 小以跟得上不斷增加的數據存儲密度。然而，由于感測層壓件的磁性層的體積減小，讀取器 的磁穩定性下降。對于數據感測層壓件的各個區域而言與空氣承載面相距不同帶條高度的 使用能夠提供使得層壓件的磁性操作穩定的形狀各向異性。然而，這種納米級的不同帶條 高度的制造會不精確并且導致數據感測性能下降。因此，本行業對于能夠根據設計規格而 在納米級上可靠構造的數據感測層壓件存在持續的需求。
[0012] 因此，數據讀取器可構造有至少磁響應層壓件，所述磁響應層壓件具有與空氣承 載表面（ABS)相距第一帶條高度的第一部分以及與ABS相距不同的第二帶條高度的第二部 分，所述第一部分具有借助下降邊特征相對于ABS成預定角度定形的下降邊表面。具有下 降邊特征的下降邊表面的定形允許有更多的制造處理時間來以預定角度精確地定形下降 邊表面。該下降邊特征能夠在磁感應層壓件用于數據存儲設備之前選擇性地應用和去除， 這樣能夠保持減小的層壓件可讀和屏蔽件間間距。
[0013] 圖1概括地示出了依照各個實施方案能夠使用具有定形的下降邊表面的磁響應 層壓件的實施例的數據存儲設備100的俯視圖框圖表示。數據存儲設備100是以非限制構 造示出的，其具有致動組件102,致動組件102將傳感頭104定位在磁存儲介質106之上，在 磁存儲介質106中一個或多個數據位108存儲在預定數據磁道110上。存儲介質106能夠 附接到主軸電動機112，主軸電動機112在使用期間旋轉以生成空氣承載表面（ABS)，在ABS 上，致動組件102的滑塊部114飛行以將包括傳感頭104的頭萬向常平架組件（HGA) 116定 位到介質106的預定部分之上。
[0014] 傳感頭104能夠配置有一個或多個傳感元件，諸如磁寫入器、磁響應讀取器以及 磁屏蔽件，這些傳感元件工作以分別對數據進行規劃以及從存儲介質106的所選數據磁道 110讀取數據。這樣，致動組件102的受控運動致使傳感器與限定在存儲介質表面上的數據 磁道110對準從而寫數據、讀數據以及重寫數據。隨著數據位108變得更稠密地定位在數 據磁道110中，數據介質106的容量增加，這會導致傳感器不穩定性增加，因為雜散磁場更 占優。
[0015] 可以通過使用形狀各向異性和調諧材料選擇來緩解由于縮小的傳感器尺寸引起 的更雜散磁場和熱不穩定性的效應，如圖2A和圖2B中的實施例的傳感元件120的相應的 剖面和ABS框圖表示圖大體示出的。如圖2A所示，傳感元件120具有自由層122,自由層 122具有從下降邊表面126與ABS正交地連續延伸的第一帶條高度124。基準結構12具有 也與ABS正交地連續延伸的第二帶條高度130。
[0016] 將第二帶條高度130構造為大于自由層帶條高度124允許通過形狀各向異性來穩 定基準結構128的磁性。雖然基準結構128顯示為單個連續層，但是該構造不是必要的，因 為基準結構128可以是跨非磁性間隔件132為自由層122提供磁阻（MR)效應的各種不同 的磁層壓件。例如，基準結構128可具有固定磁性，其不響應于所遇到的數據位并且構造為 接觸通過反鐵磁性與預定磁性釘扎的反鐵磁體或合成反鐵磁體（SAF)的釘扎鐵磁層。類似 地，非磁性間隔件132能夠針對材料進行調諧從而提供不同類型的數據傳感器，諸如自旋 閥、抵接接合、GMR和TMR。
[0017] 無論非磁性間隔件132和基準結構12的材料構造如何，較長的第二帶條高度130 能夠利用形狀各向異性來保持基準結構128的磁性，即使雜散磁場的存在率增加。而且，較 長的第二帶條高度130能夠增加基準結構128的體積和熱穩定性。這種調諧的基準結構 128的形狀各向異性不妨礙自由層122的靈敏度和精確度，因為非磁性絕緣體134從下降邊 表面126連續地延伸到第二帶條高度130,從而減少分流并且增加數據信號振幅。
[0018] 自由層122、間隔件132和基準結構128能夠統一地布置在可充當電極的種層136 和帽層138之間并且分別緩沖自由層122和基準結構12的磁性免于前屏蔽件140和后屏 蔽件142。在各個實施方案中，種層136、基準結構128、間隔件132、自由層122和帽層138 統一地特征化為磁層疊件144,但是這些結構描述可在其他實施方案中使用而僅描述用于 產生MR數據信號的自由層122、間隔件132和基準結構128。
[0019] 圖2A的調諧后帶條高度構造可用于穩定內部磁性，而前屏蔽件140和后屏蔽件 142緩解上磁道和下磁道磁場，但是高數據位密度的數據存儲介質的增加的雜散磁場能夠 使得附加的屏蔽成為必然。圖2B顯示了布置在側屏蔽件146之間的磁層疊件144的ABS 視圖，側屏蔽件146能夠與前屏蔽件140和后屏蔽件142 -起起到限定磁層疊件144的預 定磁性范圍的作用。通過在側屏蔽件146與磁層疊件144之間包含非磁性絕緣體148,可以 進一步保護磁層疊件144免于磁分流和數據信號振幅損失。
[0020] 通過統一的屏蔽和調諧帶條高度，傳感元件120能夠在各種數據位密度的數據存 儲環境中提供最優化的數據感測性能。然而，這種納米級上的調諧材料、尺寸和位置的構造 會遭遇公差設計用于較大尺寸的傳感元件（諸如數據寫入器和微米的數據讀取器）的處理 技術。
[0021] 圖3A和3B分別顯示了依照一些實施方案的處理技術構造的實施例的納米級數據 讀取器160的剖面和ABS視圖框圖表示。當磁層疊件和側屏蔽件是在下降邊表面162定形 之前形成時，在限定下降邊表面162的同時將類似于電子研磨終止標記（ELG)的處理特征 圖案化，這會導致差地限定ELG特征。另外，當諸如圖2B的148的絕緣間隙材料和側屏蔽 件存在時下降邊表面162的限定會由于招致刻蝕期間的陰影效應而妨礙自由層材料去除， 刻蝕期間的陰影效應將妨礙自由層的完全去除和下降邊表面162的限定。
[0022] 與限定下降邊表面162和ELG特征相關聯的處理時間能夠與在諸如銑削或刻蝕的 至少一種材料去除操作中被去除的層疊件帽層和自由層的厚度相對應。在相對薄的自由層 164和帽層厚度的情況可用的去除材料去除時間能夠產生限定不太好的下降邊表面162和 ELG特征，這會限制自由層164的磁穩定性和操作。
[0023] 在下降邊表面162限定之前側磁屏蔽件的形成會進一步導致存在殘留側屏蔽材 料170和讀取器層疊件160的磁穩定性的降級，如圖3B的ABS視圖所圖示的。雖然殘留的 側屏蔽材料170部分地或完全地被絕緣材料172所圍繞，但是在ABS的遠處類似于高矯頑 性和磁飽和材料的側磁屏蔽材料的存在會招致磁揮發性并且降低讀取器160的性能。
[0024] 通過牢記這些限定處理考慮，下降邊特征能夠用于增加限定下降邊表面164可用 的時間并且允許在磁層疊件構造之后形成側屏蔽材料從而消除過剩的側屏蔽材料。圖4提 供了依照一些實施方案的構造有在側磁屏蔽沉積之前使用的下降邊特征182的實施例數 據讀取器180的大體剖面框圖表示。雖然下降邊特征182能夠以不受限制的各種材料和 層數來構造，但是圖4所示的實施方案具有不同的第一硬掩模材料184和第二硬掩模材料 186,諸如可以是拋光阻止層的無定形碳以及可以是硬掩模層的類似于鉭和釕的非磁性金 屬。
[0025] 構成的硬掩模層184和186可以分別調諧而具有第一厚度188和第二厚度190,第 一和第二厚度沿著基準結構194、非磁性間隔件196、未處理自由層198和未處理帽200的 整個帶條高度192連續地延伸。這種調諧后厚度188和190提供了沿著與ABS相距預定距 離定位的平面的預定下降邊厚度202,該預定距離與自由層196的后處理帶條高度相對應。
[0026] 由下降邊特征182所提供的增加的下降邊厚度202能夠使得自由層198的下降邊 表面和ELG特征為均勻的和限定良好的，因為硬掩模184和186允許有更多的處理裕度來 進行妨礙材料去除的至少部分由于諸如讀取器接合側壁隔離材料和側屏蔽材料的材料的 缺少而去除ABS遠處的讀取器材料的操作。這種調諧后的下降邊厚度202和硬掩模材料選 擇能夠充當了確保在讀取器側壁和側屏蔽件形成之前數據讀取器180的上表面充分平坦 的拋光阻止層。
[0027] 由下降邊特征182所提供的增加的材料去除時間能夠進一步使得自由層198的下 降邊表面的定形復雜化。一些實施方案將下降邊表面定形成沿著Y軸與ABS平行，而其他 實施方案將下降邊表面定位成預定角度，諸如相對于ABS和Y軸的45°，如線段204所示。 增大間隔件196與下降邊特征12的上表面之間的距離的能力是由硬掩模層184和186的 調諧后材料選擇從而提供允許建立定形的下降邊表面構造的預定銑削時間來互補的。
[0028] 圖5示出了依照各個實施方案構造的實施例數據讀取器的構造的實施例處理流 程。如示例性的數據讀取器220的剖面和ABS視圖所示，基準結構222、非磁性間隔件層 224、磁自由層226和電極帽228的數據感測層疊件接連地形成有預定的材料、厚度和沿著X 軸距ABS的帶條高度。在一些實施方案中，數據感測層疊件的構造明確地不將感測層疊件 各層定形和處理成可與讀取器和側屏蔽件側壁定形對應的數據讀取接合部。這種在讀取器 側壁和側屏蔽件形成之前下降邊層230和232的形成能夠提供比沿著Y軸平行于ABS測量 到的自由層226和帽228的總計厚度大的下降邊距離234。
[0029] 將諸如光阻材料的圖案236放置到下降邊層230和232之上能夠定位距ABS的下 降邊表面帶條高度，隨后能夠借助下降邊特征層230和232以及帽層228和自由層226的 在ABS遠處的部分的預定材料去除來限定ABS。同時，能夠通過相同的材料去除步驟來限 定ELG特征。依照一些實施方案，下降邊特征層230和232分別構造為使得高精度地進行 下降邊表面238的限定的鉭和C無定形碳。
[0030] 能夠調諧下降邊特征層230和232的調諧材料和厚度以提供用于讀取器下降邊和 ELG特征的足夠刻蝕時間，從而提供優化的下降邊表面238和優化的ELG特征圖案化。還可 以調諧層230和232以在后續CMP階段提供充分的CMP阻止，同時一旦層230和232去除 而不招致明顯的表面臺階。
[0031] 總之，與下降邊距離234僅包括自由層226和帽層228相比，提供預定密度、銑削 和刻蝕特性的增加的下降邊距離234和下降邊特征層230和232材料的選擇能夠使得有更 多的制造時間。數據讀取器250圖示出在經過了類似于敲除銑削的一種或多組材料去除操 作之后下降邊表面238如何能夠定形成與ABS相距均勻的帶條高度而基本垂直。
[0032] 數據讀取器250的剖面視圖和ABS視圖示出了類似于氧化鋁的反向填充絕緣層 252的位置，反向填充絕緣層252從下降邊表面238連續地延伸到基準結構222和間隔件 層224的帶條高度，同時具有與自由層226和帽層228的總計匹配的厚度。絕緣層252的 反向填充能夠提供平面型表面，多個硬掩模層254、256、258和260接連地形成在平面型表 面上。相應的硬掩模層的材料和厚度能夠相同或不同，不進行限制，從而允許對數據讀取器 側壁262和側屏蔽件264進行處理，如數據讀取器270所顯示的。
[0033] 數據讀取器270進一步顯示了示例性實施例，其中基準結構222、間隔件224、自由 層226和帽228統一地定形成在空氣承載表面（ABS)處成梯形形狀，具有通過與讀取器側 壁262相鄰但是通過非磁性間隙層266與讀取器側壁262分離的側屏蔽件264側壁匹配的 非法向側壁角取向。獨立于下降邊表面238的限定且在下降邊表面238的限定之后進行的 讀取器側壁262的定形和側屏蔽件264的形成阻止了殘留屏蔽材料位于ABS的遠處以及不 利地影響基準結構222和自由層226的下降邊表面限定和可操作磁性。在各個實施方案中， 讀取器側壁262的定形可以與隨著去除以及在非磁性材料的反向填充越過與ABS間隔預定 距離的平面270之后對基準結構222和間隔件224帶條高度的限定相對應。
[0034] 從圖5的示例性處理流程中能夠理解，通過控制如何制造數據讀取器，能夠調諧 類似于帶條高度、下降邊特征材料和下降邊表面形狀的各種結構參數。圖6提供了依照制 造具有精確結構特征的納米級數據感測元件的各個實施方案進行的示例性數據讀取器制 作例程280。例程280可以各種非限制方式開始，諸如步驟282,其中具有至少基準結構、空 間、自由層和帽的數據感測層疊件接連地沉積到底部屏蔽件上。
[0035] 如之前所論述的，基準結構可以是任何數量的固定磁性層壓件，類似于釘扎鐵磁 層或釘扎SAF，其允許進行外部數據位以及鐵磁性自由層的磁阻感測。與在自由層和基準結 構的不同帶條高度形成之前來形成讀取器側壁和讀取器接合部相對比，步驟282進行到步 驟284,而不通過定形讀取器側壁或沉積任何側屏蔽件來形成讀取器接合部。這種未處理的 數據感測層疊件隨后可具有在步驟284中形成的下降邊特征，具有至少一個硬掩模拋光阻 止層，類似于無定形碳，以及至少一個硬掩模層，類似于鉭，沉積有預定厚度從而提供預定 的下降邊距離和材料去除時間，如圖4和圖5所圖示的。
[0036] 在步驟284中下降邊特征的形成能夠與諸如從刻蝕、研磨終止標記和銑削提供特 定材料去除時間相對應。步驟286進行以通過將ELG材料的形狀圖案化、刻蝕圖案之外的 材料、沉積ELG材料和剝離圖案而將ELG材料與下降邊特征并排定位。通過使ELG材料在 適當位置上，步驟288接著限定具有光阻圖案的下降邊表面以及也是在非磁性材料反向填 充到讀取傳感器的先前去除的區域中之前限定ELG特征的關聯的材料去除刻蝕。
[0037] 各個實施方案利用步驟288來定形具有非法向角構造的下降邊表面，諸如相對于 ABS為45°且為連續曲線，這可以增加自由層磁穩定性和性能。接著，在步驟292將諸如TaN 和無定形碳的多個硬掩模層沉積到平面化表面上之前，如圖5所示，步驟290通過化學機械 拋光和剝離工藝將從步驟288降至硬掩模層的反向填充材料平面化。能夠選擇各種硬掩模 層的數量、材料和厚度以允許在步驟294中高效形成讀取器側壁和基準結構帶條高度。也 就是，硬掩模層能夠提供允許類似于銑削的處理技術以納米級形成精確特征的預定的密度 和材料去除速率。
[0038] -種這樣的精確特征可以是在步驟294中形成梯形層疊形狀的成角度的感測層 疊件側壁。成角度的側壁可進一步涂有連續非磁性間隙層，其也是在294中定形而具有以 匹配讀取器側壁的取向成角度的側壁。無論讀取器和非磁性間隙層側壁的形狀如何，步驟 296繼續進行以將側屏蔽件沉積到數據感測層疊件的相對側上。側磁屏蔽件能夠連續地僅 延伸到由第二帶條高度限定的預定帶條高度，從而在步驟296中限定感測層疊件側壁和側 屏蔽件之前限定下降邊表面。
[0039] 通過各種磁感應層、屏蔽件和處理層的調諧沉積，例程280能夠提供優化的下降 邊表面限定，盡管自由層和帽層具有納米級厚度。然而，例程280不限制為圖6中所示的各 個步驟，因為任何部分能夠省去、改變和添加，而不受限制。例如，例程280能夠使用敲除銑 削和CMP工藝在側屏蔽件沉積之后來從讀取器層疊件的頂部去除不想要的材料。此外，例 程280能夠進一步去除基準結構的部分以限定比自由層下降邊表面距ABS更遠的第二下降 邊表面。
[0040] 增強由于自由層和側屏蔽件具有不同帶條高度所提供的磁性能的能力是通過在 讀取器側壁和側屏蔽件之前限定自由層下降邊表面來實現的。在讀取器的空氣承載部分之 前形成下降邊的下降邊處理流程能夠使得側屏蔽材料沿著基準結構完全覆蓋，同時完全去 除側屏蔽件尾部。經調諧的材料和下降邊特征的厚度能夠提供與增加的處理時間和更精確 限定的下降邊表面和ELG特征相對應的更大的下降邊距離。這種經調諧的下降邊特征材料 可以進一步充當拋光阻止層以確保在讀取器側壁和側屏蔽件形成之前的晶片平坦性。因 此，通過增大用于限定自由層的下降邊表面的處理裕度，能夠優化數據讀取器。
【權利要求】
1. 包括磁響應層壓件的裝置，所述磁響應層壓件具有與空氣承載表面（ABS)相距第一 帶條高度的第一部分以及與所述ABS相距不同的第二帶條高度的第二部分，所述第一部分 具有下降邊表面，所述下降邊表面借助下降邊特征相對于所述ABS成預定角度定形。
2. 如權利要求1所述的裝置，其中所述第一部分包括鐵磁性磁自由層和電極帽。
3. 如權利要求2所述的裝置，其中所述第二部分包括釘扎磁基準結構。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中所述釘扎磁基準結構包括合成反鐵磁體。
5. 如權利要求1所述的裝置，其中所述下降邊特征包括第一和第二硬掩模層。
6. 如權利要求5所述的裝置，其中每個硬掩模層對于接觸所述第一部分的第二帶條高 度連續地延伸。
7. 如權利要求5所述的裝置，其中所述硬掩模層包括鉭并且所述第二硬掩模層包括無 定形碳。
8. 如權利要求5所述的裝置，其中所述第一和第二硬掩模層具有偏向于空氣承載表面 而測量到的不同厚度。
9. 如權利要求5所述的裝置，其中所述第一和第二硬掩模層具有偏向于空氣承載表面 而測量到的共同厚度。
10. 如權利要求1所述的裝置，其中電子研磨終止標記與所述下降邊特征并排定位并 且側屏蔽件連續地延伸到所述第二帶條高度。
11. 如權利要求1所述的裝置，其中所述預定角度平行于空氣承載表面。
12. 如權利要求1所述的裝置，其中所述預定角度是相對于空氣承載表面的45°。
13. -種方法，包括： 提供磁響應層壓件，所述磁響應層壓件具有與空氣承載表面（ABS)相距第一帶條高度 的第一部分以及與所述ASS相距不同的第二帶條高度的第二部分；以及 借助下降邊特征將所述第一部分的下降邊表面相對于所述ABS成一預定角度定形。
14. 如權利要求13所述的方法，其中所述下降邊特征與分別大于僅所述第一部分的材 料去除的預定材料去除時間和下降邊表面距離對應。
15. 如權利要求14所述的方法，其中所述第一帶條高度是在側屏蔽件沉積之前形成 的，并且所述第二帶條高度是在所述側屏蔽件沉積之后形成的。
16. 如權利要求13所述的方法，其中在去除所述下降邊特征且對所述第一部分拋光之 后，將多個硬掩模層沉積到所述第一部分之上。
17. 如權利要求13所述的數據讀取器，其中所述定形步驟是在側屏蔽件沉積之前發生 的。
18. 如權利要求13所述的數據讀取器，其中所述定形步驟是在所述磁響應層壓件被構 造成梯形形狀之前發生的。
19. 一種方法，包括： 提供磁響應層壓件，所述磁響應層壓件具有與空氣承載表面（ABS)相距第一帶條高度 的第一部分以及與所述ABS相距不同的第二帶條高度的第二部分； 借助下降邊特征將所述第一部分的第一下降邊表面相對于所述ABS成預定角度定形； 以及 形成所述第二部分的第二下降邊表面。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述第一下降邊表面延伸至布置在所述第一和第 二部分之間的非磁性間隔件層，并且所述第二下降邊表面從所述第二部分延伸通過所述非 磁性間隔件。
【文檔編號】G11B5/60GK104143345SQ201410186034
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2013年5月6日
【發明者】X·曹, F·P·麥艾辛尼, J·許, M·W·奧姆斯頓 申請人:希捷科技有限公司