KR20090050746A

KR20090050746A - Perpendicular magnetic recording head and method for fabricating the same

Info

Publication number: KR20090050746A
Application number: KR1020070117356A
Authority: KR
Inventors: 나경원; 김용수; 선우국현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20

Abstract

수직 자기 기록 헤드 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 개시된 수직 자기 기록 헤드는, 메인 폴과; 메인 폴에 기록 자기장을 유도하는 코일과; 메인 폴과 함께 기록 자기장의 자로를 형성하는 리턴 요크와; 메인 폴의 상부에 형성되는 탑 실드와; 메인 폴과 동일 평면상에 놓이며 탑 실드와 일체로 형성되는 것으로, 메인 폴의 기록 자기장이 방출되는 폴 팁을 탑 실드와 함께 둘러싸는 사이드 실드;를 포함하며, 사이드 실드와 메인 폴의 폴 팁 사이의 측부 기록 갭에 있어서 탑 실드에 가까운 쪽의 측부 기록 갭이 탑 실드에서 먼 쪽의 측부 기록 갭보다 더 작도록 되어 있다.A vertical magnetic recording head and a manufacturing method thereof are disclosed. The disclosed vertical magnetic recording head includes a main pole; A coil for inducing a recording magnetic field on the main pole; A return yoke together with the main pole to form a magnetic field of the recording magnetic field; A top shield formed on an upper portion of the main pole; A side shield which is coplanar with the main pole and integrally formed with the top shield, which surrounds the pole tip with the top shield from which the recording magnetic field of the main pole is emitted, and includes the side shield and the pole tip of the main pole. In the side recording gap therebetween, the side recording gap closer to the top shield is smaller than the side recording gap far from the top shield.

Description

Perpendicular magnetic recording head and method for fabricating the same

본 발명은 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인 폴(main pole) 주변의 쉴드 구조를 개선한 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vertical magnetic recording head and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vertical magnetic recording head and a method of manufacturing the improved magnetic shield structure around a main pole.

자기 기록은 기록 방식에 따라 크게 수평 자기 기록 방식(longitudinal magnetic recording type)과 수직 자기 기록 방식(perpendicular magnetic recording type)으로 나눌 수 있다. 수평 자기 기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 평행하게 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이고, 수직 자기 기록 방식은 자성층의 자화 방향이 자성층의 표면에 수직 방향으로 정렬되는 것을 이용하여 정보를 기록하는 방식이다. 기록 밀도 측면에서 볼 때, 수직 자기 기록 방식은 수평 자기 기록 방식보다 훨씬 유리하여, 다양한 구조의 수직 자기 기록 헤드가 개발되고 있다. 이러한 수직 자기 기록 헤드는 현재 컴퓨터에서 사용되고 있는 제품인 하드 디스크(HDD)의 부품으로 사용하고 있고, 기록 특성을 결정하는데 중요한 부품이다.Magnetic recording can be classified into a longitudinal magnetic recording type and a perpendicular magnetic recording type according to a recording method. The horizontal magnetic recording method records information by using the magnetization direction of the magnetic layer aligned parallel to the surface of the magnetic layer, and the vertical magnetic recording method uses the magnetization direction of the magnetic layer aligned vertically with the surface of the magnetic layer. It is a way of recording information. In terms of recording density, the vertical magnetic recording method is much more advantageous than the horizontal magnetic recording method, so that vertical magnetic recording heads of various structures have been developed. Such a vertical magnetic recording head is used as a part of a hard disk (HDD), which is currently used in a computer, and is an important part in determining recording characteristics.

기록 밀도를 개선하기 위해서는 트랙 밀도(track density)와 선 기록 밀도(linear recording density)를 향상시키는 것이 중요하다. 선 기록 밀도를 향상시키기 위해서는 기록 자기장의 경사도(magnetic field gradient)를 증가시키는 것이 필요하며, 이를 위하여 기록 매체의 하부에 연자성 바닥층(soft under layer; SUL)을 코팅한 이중층 구조(dual layered structure)를 가진 기록 매체를 사용한다. 하지만 200Gb/in² 이상의 기록 밀도를 달성하기 위하여는, 더 큰 기록 자기장의 경사도가 필요하게 된다. 또한 트랙 밀도를 향상시키기 위하여 기록 헤드(write head)에 의한 기록 폭이 좁게 형성하여야 하며, 이에 기록 헤드의 폴팁(pole tip)은 보다 정교하게 제작할 필요가 있다.In order to improve the recording density, it is important to improve the track density and the linear recording density. In order to improve the linear recording density, it is necessary to increase the magnetic field gradient of the recording magnetic field. For this purpose, a double layered structure is coated with a soft under layer (SUL) on the lower side of the recording medium. Use a recording medium with However, to achieve a recording density of ²⁰⁰ Gb / in ² or more, a larger recording magnetic field gradient is required. In addition, in order to improve the track density, the recording width by the write head should be narrow. Therefore, the pole tip of the recording head needs to be manufactured more precisely.

트랙 밀도를 향상시키기 위하여 트랙의 폭이 작아짐에 따라, 수직 자기 기록 헤드에 기록 헤드에 설계되어 있는 기학학적 트랙 폭(geometric track width)보다 실질적으로 기록 매체에 기록되는 유효 트랙 폭(effective track width)이 커지게 되는 문제가 발생된다.As the track width becomes smaller to improve the track density, the effective track width recorded on the recording medium is substantially smaller than the geometric track width designed for the recording head in the vertical magnetic recording head. This problem becomes large.

본 발명에서는 메인 폴의 폴팁 구조를 개선함으로써, 메인 폴의 폴팁에서 발생되는 자기장에 의한 측부 기록(side writing) 특성과 기록 자기장의 경사도를 향상시킨 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조 방법을 제안한다.The present invention proposes a vertical magnetic recording head which improves the side writing characteristics and the inclination of the recording magnetic field due to the magnetic field generated by the pole tip of the main pole by improving the pole tip structure of the main pole, and a manufacturing method thereof.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드는, Vertical magnetic recording head according to an embodiment of the present invention,

메인 폴;Main pole;

상기 메인 폴에 기록 자기장을 유도하는 코일;A coil for inducing a recording magnetic field on the main pole;

상기 메인 폴과 함께 기록 자기장의 자로(磁路)를 형성하는 리턴 요크;A return yoke together with the main pole to form a magnetic path of a recording magnetic field;

상기 메인 폴의 상부에 형성되는 탑 실드; 및A top shield formed on an upper portion of the main pole; And

상기 메인 폴과 동일 평면상에 놓이며 상기 탑 실드와 일체로 형성되는 것으로, 상기 메인 폴의 기록 자기장이 방출되는 폴 팁을 상기 탑 실드와 함께 둘러싸는 사이드 실드;를 포함하며,And a side shield disposed on the same plane as the main pole and integrally formed with the top shield, and surrounding the pole tip together with the top shield from which the recording magnetic field of the main pole is emitted.

상기 사이드 실드와 상기 메인 폴의 폴 팁 사이의 측부 기록 갭에 있어서 상기 탑 실드에 가까운 쪽의 측부 기록 갭이 상기 탑 실드에서 먼 쪽의 측부 기록 갭 보다 더 작도록 되어 있다.In the side recording gap between the side shield and the pole tip of the main pole, the side recording gap closer to the top shield is smaller than the side recording gap farther from the top shield.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법은,Method of manufacturing a vertical magnetic recording head according to an embodiment of the present invention,

기판상에 측부 기록 갭층을 형성하는 단계;Forming a side recording gap layer on the substrate;

상기 측부 기록 갭층을 사이에 두고 메인 폴과 사이드 실드층을 동시에 형성하는 단계;Simultaneously forming a main pole and a side shield layer with the side recording gap layer interposed therebetween;

상기 메인 폴의 상부에 상부 기록 갭층을 형성하는 단계; 및Forming an upper recording gap layer on top of the main pole; And

상기 상부 기록 갭층 및 사이드 실드 위에 탑 실드를 형성하는 단계;를 포함하며,Forming a top shield over said top recording gap layer and side shield;

상기 측부 기록 갭층의 갭 너비가 적층 높이에 따라 감소되도록 형성한다.The gap width of the side recording gap layer is formed to decrease with the stack height.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the examples exemplified below are not intended to limit the scope of the present invention, but are provided to fully explain the present invention to those skilled in the art. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드의 구조를 개략적으로 보인 단면도이며, 도 2는 도 1의 A 부근을 확대한 도면이다. 도 3은 ABS에서 본 도면으로 메인 폴의 폴 팁과 탑 실드 및 사이드 실드의 관계가 도시되어 있으며, 도 4는 도 3에서 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 본 단면도이고, 도 5는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a vertical magnetic recording head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of A of FIG. FIG. 3 is a view of the pole, and the relationship between the pole tip of the main pole, the top shield and the side shield is shown. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 3, and FIG. It is sectional drawing along line II.

도 1과 도 2를 참조하면, 수직 자기 기록 헤드는, 기록헤드부(100)와 재생헤드부(200)를 포함하며, 기록 매체(300)에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 읽는다.1 and 2, the vertical magnetic recording head includes a recording head portion 100 and a reproduction head portion 200, and records or reads information in the recording medium 300.

기록헤드부(100)는 코일(120)과, 리턴 요크(105)와, 메인 폴(110)과, 서브 요크(115)와, 탑 실드(140)와, 사이드 실드(130)를 포함한다. The recording head unit 100 includes a coil 120, a return yoke 105, a main pole 110, a sub yoke 115, a top shield 140, and a side shield 130.

기록헤드부(100)의 측부에는 기록매체(300)에 기록된 정보를 재생하는 재생헤드부(300)가 배치되어 있다. 재생헤드부(300)는 제1실드층(305), 제2실드층(315) 및 상기 제1실드층(305)과 상기 제2실드층(315) 사이에 배치된 재생센서(310)를 포함하며, 상기 제1실드층(305), 제2실드층(315) 및 재생센서(310)의 일단부 각각은 ABS와 일치하게 배치된다. 재생센서(310)로는 GMR 또는 TMR과 같은 자기저항소자가 사용될 수 있다.On the side of the recording head portion 100, a reproduction head portion 300 for reproducing information recorded on the recording medium 300 is disposed. The playhead unit 300 includes a first sensor 305, a second shield 315, and a play sensor 310 disposed between the first shield 305 and the second shield 315. One end of each of the first shield layer 305, the second shield layer 315, and the regeneration sensor 310 is disposed to match the ABS. As the regeneration sensor 310, a magnetoresistive element such as GMR or TMR may be used.

도면에서 X 축 방향은 기록매체(300)가 진행하는 방향(D)으로 통상 기록층(315)의 다운 트랙 방향(down track direction)이라 칭한다. 그리고, Y 축은 다운 트랙 방향에 수직 방향으로 통상 크로스 트랙 방향(cross-track direction)이라 칭한다.In the drawing, the X axis direction is a direction D in which the recording medium 300 travels, and is generally referred to as a down track direction of the recording layer 315. The Y axis is usually referred to as a cross-track direction in the direction perpendicular to the down track direction.

코일(120)은 메인 폴(110)을 감고 있어, 기록 자기장(B)을 유도한다. 이러한 코일(120)은 도면에 도시된 바와 같이 메인 폴(110)을 감는 솔레노이트 코일 형태로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 코일(120)은 메인 폴(110)의 상부에서 박막 코일 형태로 형성될 수도 있다.The coil 120 is wound around the main pole 110 to induce the recording magnetic field B. The coil 120 may be formed in the form of a solenoid coil winding the main pole 110 as shown in the figure, but is not limited thereto. For example, the coil 120 may be formed in the form of a thin film coil on the top of the main pole 110.

메인 폴(110)은 에어베어링 면(Air Bearing Surface; ABS)(S) 쪽 끝단, 즉 폴 팁(111)이 몸체(112)로부터 연장된 형태로 코일(120)에서 발생된 기록 자기장(B)을 폴 팁(111)을 통해 기록 매체(300) 쪽으로 방출시킨다. 메인 폴(110)의 yz 평면상에서 본 형상의 일례는 도 4에 도시되어 있으며 후술하기로 한다.The main pole 110 has a recording magnetic field B generated at the coil 120 in the form of an air bearing surface (ABS) S end, that is, a pole tip 111 extending from the body 112. Is discharged toward the recording medium 300 through the pawl tip 111. An example of the shape seen from the yz plane of the main pole 110 is shown in FIG. 4 and will be described later.

리턴 요크(105)는 리턴 요크 쪽 ABS(S) 쪽 일단부가 메인 폴(110)과 이격되어 있고, 리턴 요크(105)의 타단부는 메인 폴(110)과 연결되어 있어, 메인 폴(110)과 함께 코일에 의해 발생된 기록 자기장(B)의 자로를 형성한다.The return yoke 105 has one end of the return yoke side ABS (S) spaced apart from the main pole 110, and the other end of the return yoke 105 is connected to the main pole 110, so that the main pole 110 is connected to the main pole 110. And a magnetic path of the recording magnetic field B generated by the coil.

ABS(S)에서 메인 폴(110)과 리턴 요크(105) 사이에는 갭(gap)이 형성되어 있어 갭 근방에 있는 메인 폴(110)의 끝단에서 누설 기록 자기장(B)이 발생한다. 기록 매체(300)는 예를 들어, 연자성 하지층(305), 중간층(310), 기록층(315)의 구조로 되어 메인 폴(110)에서 누설된 기록 자기장(B)의 수직 성분이 기록층(315)을 수직 방향으로 자화시키는 방식으로 기록이 행해진다. 도 1에서 화살표(D)는 기록 매체(D)의 움직이는 방향을 나타낸다. 후술하는 바와 같이 리턴 요크(105)의 ABS 쪽 끝단인 리턴 요크 팁은 탑 실드(140)가 될 수 있으며, 이때, ABS에서 탑 실드(140)와 메인 폴(110)이 이격된 거리, 즉 상부 기록 갭의 갭 길이(g_u)는, 메인 폴(110)에서 누설된 기록 자기장(B)이 기록 매체(300)의 연자성 하지층(305)을 경유하여 리턴 경로를 형성할 수 있도록 대략 500nm 이하로 형성되는 것이 바람직하다.In ABS (S), a gap is formed between the main pole 110 and the return yoke 105 so that the leakage recording magnetic field B is generated at the end of the main pole 110 near the gap. The recording medium 300 has a structure of, for example, a soft magnetic underlayer 305, an intermediate layer 310, and a recording layer 315 so that the vertical component of the recording magnetic field B leaked from the main pole 110 is recorded. The recording is done in such a way that the layer 315 is magnetized in the vertical direction. In Fig. 1, the arrow D indicates the direction in which the recording medium D moves. As will be described later, the return yoke tip of the ABS side of the return yoke 105 may be the top shield 140. In this case, the distance between the top shield 140 and the main pole 110 is separated from the ABS, that is, the upper part. The gap length g _u of the recording gap is approximately 500 nm so that the recording magnetic field B leaked from the main pole 110 can form a return path via the soft magnetic underlayer 305 of the recording medium 300. It is preferable to form below.

서브 요크(115)가 메인 폴(110)의 측면에 배치되어 있을 수 있다. 서브 요크(115)의 일단부는 ABS(S)에서 기록 매체(300)와 멀어지는 쪽으로 이격되어 있다. 이러한 서브 요크(115)는 메인 폴(110)에 발생되는 기록 자기장을 메인 폴(110)의 ABS 쪽 단부로 집속시킨다. 상기 메인 폴(110)의 단부에 집속되는 자기장의 크기는 메인 폴(110)의 재질의 포화 자속 밀도에 의해 제한되므로, 메인 폴(110)은 포화 자속 밀도가 서브 요크(115)의 포화 자속 밀도 보다 큰 값을 갖는 재질로 선택되는 것이 바람직하다.The sub yoke 115 may be disposed on the side of the main pole 110. One end of the sub yoke 115 is spaced apart from the recording medium 300 in the ABS (S). The sub yoke 115 focuses the recording magnetic field generated on the main pole 110 to the ABS end of the main pole 110. Since the size of the magnetic field focused at the end of the main pole 110 is limited by the saturation magnetic flux density of the material of the main pole 110, the saturation magnetic flux density of the main yoke 110 has a saturation magnetic flux density of the sub yoke 115. It is preferable to select a material having a larger value.

도 3 내지 도 5를 참조하여, 메인 폴(110)의 폴 팁(111) 및 폴 팁을 둘러싸는 탑 실드(140)와 사이드 실드(130)의 관계를 설명하기로 한다. 3 to 5, the relationship between the pole tip 111 of the main pole 110 and the top shield 140 and the side shield 130 surrounding the pole tip will be described.

먼저 메인 폴(110)의 단부 즉, 폴 팁(111)은 도 3에 도시되듯이 그 단면이 역사다리꼴을 가질 수 있다. 특히, 역사다리꼴 단면에서 상변과 하변 중 기록 매체(도 1의 300)의 이동방향과의 관계에서 앞쪽에 위치하게 되는 영역으로 폴 팁(111)의 리딩 쪽이 되는 하변의 폭(t₁)은 좁고, 기록 매체(도 1의 300)의 이동방향과의 관계에서 상대적으로 뒤쪽에 위치하게 되는 영역으로 트레일링 쪽이 되는 상변의 폭(t₂)은 넓게 형성된다. 도면상에서, X 방향이 기록 매체(200)의 이동방향이고, ABS는 X-Y 평면과 나란한 면이 된다. 이와 같이 폴 팁(111)의 단면을 역사다리꼴로 형성함으로써, 디스크 형상의 기록매체(300)의 서로 다른 트랙들을 추종할 때 발생되는 스큐(skew)에 따라 기록 트랙이 커지는 현상을 억제할 수 있다. 그러나, 본 발명은 메인 폴(110)의 폴 팁(111) 형상이 사다리꼴인 경우에 한정되는 것은 아니고, 가령 직사각형 등의 형상을 가질 수도 있다.First, the end of the main pole 110, that is, the pole tip 111 may have an inverted trapezoidal cross section as shown in FIG. In particular, the area (t ₁ ) of the lower side, which is the leading side of the pole tip 111, is a region located in front of the upper and lower sides in the inverse trapezoid cross section with the moving direction of the recording medium (300 in FIG. ₁ ). The width t ₂ of the upper side, which is a trailing side, is formed in a narrow, relatively rearward region in relation to the moving direction of the recording medium (300 in FIG. 1). In the figure, the X direction is the moving direction of the recording medium 200, and ABS is a plane parallel to the XY plane. In this way, the cross section of the pole tip 111 is formed in an inverted trapezoid, thereby suppressing a phenomenon in which the recording track grows according to skew generated when following different tracks of the disc-shaped recording medium 300. . However, the present invention is not limited to the case where the pole tip 111 of the main pole 110 is trapezoidal, and may have a shape such as a rectangle.

메인 폴(110)의 폴 팁(111)을 둘러싸는 실드는 탑 실드(140)와 사이드 실 드(130)를 포함한다. 여기서, 사이드 실드(130)는 메인 폴(110)과 동일 평면상에 형성되며, 탑 실드(140)와 일체로 형성되는 코넥티드 사이드 실드 구조(connected side shield structure)를 갖는다. 이때, 탑 실드(140)와 사이드 실드(130)는 폴 팁(111)으로부터 소정 거리, 즉 상부 기록 갭(g_u)과 측부 기록 갭(g_s1,g_s2)으로 이격되어 형성된다. 이와 같이 폴 팁(111)과 탑 실드(140)와 사이드 실드(130)의 이격된 공간에는 비자성의 절연성 물질이 개재될 수 있다. 이러한 비자성의 절연성 물질은, 예를 들어, Al₂O₃, SiO₂, Ru 등이 될 수 있다.The shield surrounding the pole tip 111 of the main pole 110 includes a top shield 140 and a side shield 130. The side shield 130 is formed on the same plane as the main pole 110 and has a connected side shield structure integrally formed with the top shield 140. In this case, the top shield 140 and the side shield 130 are formed to be spaced apart from the pole tip 111 by a predetermined distance, that is, the upper recording gap g _u and the side recording gap g _s1 , g _s2 . As such, the non-magnetic insulating material may be interposed in the space between the pole tip 111, the top shield 140, and the side shield 130. Such nonmagnetic insulating material may be, for example, Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , Ru, or the like.

사이드 실드(130)와 폴 팁(111) 측부 사이의 간격, 측부 기록 갭(g_s1,g_s2)은 탑 실드(140)로부터의 거리에 따라 달라진다. 즉, 탑 실드(140)로부터 가까운 쪽의 측부 기록 갭(g_s2)은 탑 실드(140)로부터 먼 쪽의 측부 기록 갭(g_s1)보다 더 작도록 형성된다. 폴 팁(111)의 사이드 실드(130)를 마주하는 면은 폴 팁(111)이 놓인 면에 대해 θ₁만큼 기울어져 있으며, 이때 폴 팁(111)의 단면은 역사다리꼴이므로, 각도 θ₁는 예각이다. 반면에 사이드 실드(130)의 폴 팁을 마주보는 면은 사이드 실드(130)가 놓인 면으로부터 θ₂만큼 기울어져 있을 수 있으며, 이때 각도 θ₂는 둔각으로 형성될 수 있다. 이와 같이 측부 기록 갭(g_s1,g_s2)을 탑 실드(140)와의 거리에 따라 다르게 형성함으로써, 후술하는 바와 같이 사이드 실드(130)에서의 기록 자기장의 간섭을 억제할 수 있게 된다.The distance between the side shield 130 and the pole tip 111 side, and the side recording gaps g s ₁ and g s ₂ , depend on the distance from the top shield 140. That is, the side recording gap g _s2 closer to the top shield 140 is formed to be smaller than the side recording gap g _s1 far from the top shield 140. The side facing the side shield 130 of the pole tip 111 is inclined by θ ₁ with respect to the surface on which the pole tip 111 is placed. In this case, since the cross section of the pole tip 111 is trapezoidal, the angle θ ₁ is Acute angle. On the other hand, the side facing the pole tip of the side shield 130 may be inclined by θ ₂ from the side on which the side shield 130 is placed, and the angle θ ₂ may be formed at an obtuse angle. By forming the side recording gaps g _s1 and g _s2 differently according to the distance from the top shield 140 in this manner, the interference of the recording magnetic field in the side shield 130 can be suppressed as described later.

도 4에 도시된 바와 같이, 메인 폴(110)은 몸체(112)로 부터 소정 폭의 폴 팁이 연장되어, 몸체(112) 쪽에서 유도된 기록 자기장이 폴 팁(111)으로 집속되도록 형성된다. 사이드 실드(130)는 이러한 폴 팁(111)의 측부에 위치하여, 누설되는 기록 자기장의 경사도를 보다 증가시킨다. 한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 리턴 요크(도 1의 105)의 끝단인 리턴 요크 팁은 폴 팁(111)에 대한 탑 실드(140)로 기능하며, 이러한 탑 실드(140)는 도 4에 도시된 사이드 실드(130)와 일체로 형성된다.As shown in FIG. 4, the main pole 110 is formed such that a pole tip of a predetermined width extends from the body 112 so that a recording magnetic field induced from the body 112 is focused onto the pole tip 111. The side shield 130 is located on the side of the pole tip 111 to further increase the inclination of the leaking recording magnetic field. Meanwhile, as shown in FIG. 5, the return yoke tip, which is the end of the return yoke 105 of FIG. 1, functions as a top shield 140 for the pawl tip 111, which is the top shield 140. It is formed integrally with the side shield 130 shown in.

다음으로 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 동작에 대해 설명하기로 한다. Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9.

도 6과 도 7은 본 발명에 대한 비교예로서, 메인 폴 인근의 자속 분포를 개념적으로 보여준다. 도 6을 참조하면, 사이드 실드가 없는 경우의 메인 폴 인근의 자속 분포를 보여준다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 메인 폴의 폴 팁(113)에서 누설된 기록 자기장은 리턴 요크 팁인 탑 실드(141)로 회귀하지만, 폴 팁(111)의 측부쪽으로 누설된 기록 자기장의 경사도는 완만하여 기록 매체의 기록 트랙을 좁히는데 한계가 있다. 한편, 도 7을 참조하면, 폴 팁(114)의 측부 쪽에 사이드 실드(132)를 형성함으로써, 폴 팁(114)의 측부 쪽으로 누설된 기록 자기장의 경사도를 향상시킬 수 있다. 6 and 7 are comparative examples of the present invention, conceptually showing the magnetic flux distribution near the main pole. Referring to Figure 6, it shows the magnetic flux distribution near the main pole in the absence of the side shield. As shown in FIG. 6, the recording magnetic field leaked from the pole tip 113 of the main pole returns to the top shield 141 which is the return yoke tip, but the slope of the recording magnetic field leaked toward the side of the pole tip 111 is gentle. There is a limit in narrowing the recording track of the recording medium. On the other hand, referring to Fig. 7, by forming the side shield 132 on the side of the pole tip 114, it is possible to improve the inclination of the recording magnetic field leaked toward the side of the pole tip 114.

그러나, 도 7에 도시된 비교예의 경우, 폴 팁(114)의 측부 쪽으로 누설된 기록 자기장은 사이드 실드(132)로도 회귀한다. 이때, 폴 팁(114)의 리딩 쪽 영역(P)에는 자속이 밀집하여 매우 높은 자속 밀도를 보여준다. 이러한 현상은, 폴 팁(114)의 리딩 쪽 모서리에서 방출되는 기록 자기장(B)이 사이드 실드(132) 쪽으 로 자기력선을 형성하게 되어, 리딩 쪽 영역(P)에 자속이 밀집하는 것으로 이해될 수 있다. 이와 같이 폴 팁(114)의 측부 쪽으로 누설된 기록 자기장은 사이드 실드(132)로 회귀하므로, 폴 팁(114)의 리딩 쪽 모서리에 인접한 사이드 실드(132)에서 폴 팁(114)의 자화 방향과 반대로 자화되게 된다. 이러한 사이드 실드(132)의 반대 방향의 자화는 인접한 기록 트랙에 기록된 정보를 소거하는 악영향을 미칠 수 있다.However, in the comparative example shown in FIG. 7, the recording magnetic field leaked toward the side of the pawl tip 114 also returns to the side shield 132. At this time, the magnetic flux is concentrated in the leading side area P of the pole tip 114 to show a very high magnetic flux density. This phenomenon can be understood that the recording magnetic field B emitted at the leading edge of the pole tip 114 forms a line of magnetic force toward the side shield 132, whereby the magnetic flux is concentrated in the leading side area P. have. Since the recording magnetic field leaked toward the side of the pole tip 114 is returned to the side shield 132, the magnetization direction of the pole tip 114 at the side shield 132 adjacent to the leading side edge of the pole tip 114. On the contrary, it becomes magnetized. This magnetization in the opposite direction of the side shield 132 may adversely erase the information recorded in the adjacent recording tracks.

도 8a와 도 8b는 상기 도 6과 도 7의 비교예에서의 자속 밀도 분포를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 8A and 8B are simulation results showing magnetic flux density distributions in the comparative examples of FIGS. 6 and 7.

도 8a를 참조하면, 폴 팁(114)에서 누설된 기록 자기장의 다운 트랙 방향의 분포 곡선(C1,C2)은 사이드 실드의 유무에 관계없이 대략적으로 비슷한 결과를 보여주고 있음을 볼 수 있다. Referring to FIG. 8A, it can be seen that the distribution curves C1 and C2 in the down track direction of the recording magnetic field leaked from the pole tip 114 show approximately similar results with or without side shields.

한편, 도 8b를 참조하면, 도 6의 비교예에서는, 즉 사이드 실드가 없는 경우에는, 폴 팁(114)에서 누설된 기록 자기장의 크로스 트랙 방향의 분포 곡선(C1)은 폴 팁의 중심으로부터 벗어날수록 급격히 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 즉 도 7의 비교예에서는, 즉 사이드 실드(도 7의 132)가 있는 경우에는, 폴 팁(114)에서 누설된 기록 자기장의 크로스 트랙 방향의 분포 곡선(C2)이 폴 팁의 중심으로부터 소정 거리, 가령 40nm, 떨어진 곳에서 폴 팁(114)에서의 자화 방향에 반대 방향의 자기장 성분이 나타나고 있음을 볼 수 있다. 이와 같이 폴 팁의 중심으로부터 측부 방향으로 소정 거리 떨어진 곳에서 다시 나타나는 폴 팁의 자화 방향과 반대 방향의 자기장 성분은 인접한 트랙에 기록된 정보를 지우는 등의 문제를 발생케 한다.On the other hand, referring to FIG. 8B, in the comparative example of FIG. 6, that is, when there is no side shield, the distribution curve C1 in the cross track direction of the recording magnetic field leaked from the pole tip 114 deviates from the center of the pole tip. It can be seen that the decrease rapidly. However, in the comparative example of FIG. 7, that is, when there is a side shield (132 in FIG. 7), the distribution curve C2 in the cross track direction of the recording magnetic field leaked from the pole tip 114 is from the center of the pole tip. It can be seen that the magnetic field component in the opposite direction appears in the magnetization direction at the pole tip 114 at a certain distance, for example 40 nm away. As such, the magnetic field component in the opposite direction to the magnetization direction of the pole tip, which is reappeared a predetermined distance away from the center of the pole tip, causes a problem such as erasing information recorded in an adjacent track.

도 9는 도 1의 실시예에서의 메인 폴 인근의 자속 분포를 개념적으로 보여준다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에서는, 탑 실드(140)와 함께 일체로 사이드 실드(130)를 마련함으로써, 폴 팁을 둘러싸는 구조(wrap around shield structure)를 구현하여, 도 6을 참조하여 설명된 비교예에 비해 누설된 기록 자기장의 경사도를 향상시킬 수 있다. 또한, 사이드 실드(130)의 탑 실드(140)쪽에 인접한 부근의 측부 기록 폭이 사이드 실드(130)의 탑 실드(140)쪽에서 먼쪽의 측부 기록 폭보다 더 작게 하여서, 폴 팁(111)에서 누설된 기록 자기장의 영향이 사이드 실드(130)의 폴 팁(111)의 리딩 쪽 모서리 부근에의 영향을 최소화하도록 하여, 도 7에서와 같이 사이드 실드(130)의 자화 방향이 폴 팁(111)의 자화 방향과 반대 방향으로 되는 현상을 최소 한도로 억제한다. 이에 따라, 폴 팁(111)에서 방출되는 기록 자기장의 경사도가 향상될 뿐만 아니라, 사이드 실드(130)에 의한 인접 트랙의 소거 현상도 억제되므로, 폴 팁(111)에서 방출되는 기록 자기장에 의한 기록 트랙 폭을 보다 좁게 형성할 수 있어, 트랙 밀도를 높일 수 있다.9 conceptually shows the magnetic flux distribution near the main pole in the embodiment of FIG. 1. Referring to FIG. 9, in the present embodiment, the side shield 130 is integrally formed together with the top shield 140 to implement a wrap around shield structure, and with reference to FIG. 6. Compared with the comparative example described, the inclination of the leaked recording magnetic field can be improved. In addition, the side recording width in the vicinity adjacent to the top shield 140 side of the side shield 130 is smaller than the side recording width farther from the top shield 140 side of the side shield 130, thereby leaking out of the pole tip 111. The influence of the recorded recording magnetic field is minimized so that the influence of the side shield 130 near the leading edge of the pole tip 111 is changed so that the magnetization direction of the side shield 130 is the same as that of the pole tip 111. Suppress the phenomenon to become opposite to the magnetization direction to the minimum. Accordingly, not only the inclination of the recording magnetic field emitted from the pole tip 111 is improved, but also the erasing phenomenon of adjacent tracks by the side shield 130 is also suppressed, so that the recording by the recording magnetic field emitted from the pole tip 111 is performed. The track width can be made narrower, and the track density can be increased.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드의 제조 방법을 설명하기로 한다. 도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드의 제조 공정을 단계별로 도시한다.Next, a manufacturing method of the vertical magnetic recording head according to the embodiment of the present invention will be described. 10A to 10H show step by step the manufacturing process of the vertical magnetic recording head according to the embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b는 제1절연층(500) 위에 측부 기록 갭층(511)을 형성하는 공정을 도시한다. 재생헤드부(도 1의 200)를 포함한 메인 폴(도 1의 110)의 제조 전 단계까지는 통상의 적층 공정을 통해서 제조될 수 있다. 적층하는 공정은 스퍼터링법, 전기도금법, 진공증착법 또는 원자층 증착법 등 종래 알려진 다양한 박막 공정 기술을 채용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 10A and 10B illustrate a process of forming the side recording gap layer 511 on the first insulating layer 500. Up to the pre-production stage of the main pole (110 of FIG. 1) including the playhead portion (200 of FIG. 1) may be manufactured through a conventional lamination process. The lamination process may employ various conventionally known thin film processing techniques such as sputtering, electroplating, vacuum deposition, or atomic layer deposition, and a detailed description thereof will be omitted.

도 10a를 참조하면, 먼저 제1절연층(500) 위에 제2절연층(510)을 형성한다. 제1 및 제2절연층(500,510)은 예를 들어 Al₂O₃으로 형성될 수 있으며, 그 밖에 SiO₂ 또는 Si₃N₄등의 다양한 산화물, 질화물들로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10A, first, a second insulating layer 510 is formed on the first insulating layer 500. The first and second insulating layers 500 and 510 may be formed of, for example, Al ₂ O ₃ , or may be formed of various oxides or nitrides such as SiO ₂ or Si ₃ N ₄ .

다음으로 도 10b를 참조하면, 포토 레지스트의 제1마스크 패턴(520)을 제2절연막(도 10a의 510) 위에 형성하고, 제2절연층(510)을 식각함으로써, 측부 기록 갭층(511)을 형성한다. 이때, 측부 기록 갭층(511)의 경사면(511a,511b)는 각각 θ₃, θ₄로 기울어질 수 있도록 비스듬히 식각된다. 즉, 제1마스크 패턴(510)의 단면 형상이 역사다리꼴이 되도록 등방성의 습식 또는 건식 식각 공정을 수행한다. 가령, 습식 식각을 수행하는 경우, 노출된 영역으로부터 모든 방향에 대하여 균일한 속도로 진행하는 습식 식각의 등방적 특성에 의해 하부보다 상부쪽이 더 많이 식각되도록 할 수 있다. 이에 따라 측부 기록 갭층(511) 사이의 제1홈(511b)은 역사다리꼴의 형상으로 형성되며, 측부 기록 갭층(511)은 하부 쪽이 상부 쪽보다 더 두껍게 형성될 수 있다. 측부 기록 갭층(511)의 외측 경사면(511a)의 각도 θ₃는 사이드 실드(520)의 경사진 각도(도 3의 θ₂)에 대응되며, 측부 기록 갭층(511)의 내측 경사면(511b)의 각도 θ₄는 메인 폴의 폴 팁의 경사진 각도(도 3의 θ₁)에 대응된다. 제1절연층(500)은 예를 들어 Al₂O₃으로 형성될 수 있으며, 그 밖에 SiO₂ 또는 Si₃N₄ 등의 다양한 산화물, 질화물들로 형성될 수 있다. Next, referring to FIG. 10B, the side recording gap layer 511 is formed by forming the first mask pattern 520 of the photoresist on the second insulating film 510 of FIG. 10A and etching the second insulating layer 510. Form. At this time, the inclined surfaces 511a and 511b of the side recording gap layer 511 are etched at an angle so as to be inclined by θ ₃ and θ ₄ , respectively. That is, an isotropic wet or dry etching process is performed such that the cross-sectional shape of the first mask pattern 510 becomes an inverted trapezoid. For example, when wet etching is performed, the upper side may be etched more than the lower side due to the isotropic property of the wet etching proceeding at a uniform speed in all directions from the exposed area. Accordingly, the first grooves 511b between the side recording gap layers 511 may be formed in an inverted trapezoid shape, and the side recording gap layers 511 may have a lower side thicker than an upper side. The angle θ ₃ of the outer inclined surface 511a of the side recording gap layer 511 corresponds to the inclined angle (θ _{2 in} FIG. 3) of the side shield 520, and of the inner inclined surface 511b of the side recording gap layer 511. The angle θ ₄ corresponds to the inclined angle (θ _{1 in} FIG. 3) of the pole tip of the main pole. The first insulating layer 500 may be formed of, for example, Al ₂ O ₃ , or may be formed of various oxides or nitrides such as SiO ₂ or Si ₃ N ₄ .

다음으로, 도 10c 내지 도 10e에 도시되는 바와 같이 메인 폴과 사이드 실드를 동시에 형성한다. 도 10c를 참조하면, 먼저 측면 기록 갭층(511) 위에 도금 시드층(531)을 증착하고, 도금 공정을 통해 자성물질층(540)을 형성한다. 도금 시드층은 CoFe, CoFeN, NiFe, 또는 Ru 등으로 형성될 수 있으며, 자성 물질층(540)은 CoFe, CoFeN, 또는 NiFe 등으로 형성될 수 있다. 다음으로, 도 10e에 도시되듯이 측면 기록 갭층(511)의 일부가 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 평탄화 공정을 수행하여 메인 폴과 사이드 실드층(541)을 분리한다. Next, as shown in FIGS. 10C to 10E, the main pole and the side shield are simultaneously formed. Referring to FIG. 10C, a plating seed layer 531 is first deposited on a side recording gap layer 511, and a magnetic material layer 540 is formed through a plating process. The plating seed layer may be formed of CoFe, CoFeN, NiFe, Ru, or the like, and the magnetic material layer 540 may be formed of CoFe, CoFeN, NiFe, or the like. Next, as shown in FIG. 10E, the main pole and the side shield layer 541 are separated by performing a planarization process such as chemical mechanical polishing (CMP) until a part of the side recording gap layer 511 is exposed.

다음으로, 도 10f에 도시되듯이 제3절연층(550)을 증착한다. 상기 제3절연층(550)은 예를 들어, Al₂O₃, SiO₂, 또는 Si₃N₄으로 형성될 수 있다. 다음으로, 도 10g에 도시되듯이 포토 리소그래피 방법을 이용하여, 메인 폴쪽 상부에만 포토 레지스트를 남기고, 이를 이용하여 제3절연층(550)을 식각하여 상부 기록 갭층(551)이 형성한다. 다음으로, 포토 레지스트(560)를 제거하고 자성물질을 도금하여 탑 실드(571)을 형성한다. 이러한 탑 실드(571)의 재질은 사이드 실드(541)의 재질과 동일한 재질을 사용할 수 있다. 사이드 실드(541) 쪽 상부의 탑 실드(571)는 연속적으로 형성되어 일체로 된 둘러싸는 실드(wrap around shield)(570)를 형성한다. 탑 실드(571)는 전술한 바와 같이 리턴 요크의 ABS 쪽 단부인 리턴 요크 팁 자체가 될 수 있다. Next, as shown in FIG. 10F, a third insulating layer 550 is deposited. The third insulating layer 550 may be formed of, for example, Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , or Si ₃ N ₄ . Next, using the photolithography method, as shown in FIG. 10G, the photoresist is left only on the upper side of the main pole, and the upper insulating gap layer 551 is formed by etching the third insulating layer 550. Next, the photoresist 560 is removed and the magnetic material is plated to form the top shield 571. The material of the top shield 571 may be the same material as that of the side shield 541. The top shield 571 on the upper side of the side shield 541 is formed continuously to form an integral wrap around shield 570. Top shield 571 may be the return yoke tip itself, which is the ABS side end of the return yoke, as described above.

탑 실드(571)를 포함한 리턴 요크를 형성하는 공정이나, 그 이후의 공정은 통상의 수직 자기 기록 헤드의 제조 공정과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.Since the process of forming the return yoke including the top shield 571 and the process thereafter are substantially the same as those of manufacturing a normal vertical magnetic recording head, detailed description thereof will be omitted.

전술한 본 발명인 수직 자기 기록 헤드 및 그 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described vertical magnetic recording head of the present invention and a method of manufacturing the same have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity of understanding. However, these are merely exemplary and various modifications and changes may be made by those skilled in the art. It will be appreciated that other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수직 자기 기록 헤드를 보인 도면이다.1 is a view showing a vertical magnetic recording head according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 A 부근을 확대한 도면이다.FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of A of FIG. 1.

도 3은 ABS에서 본 도면으로 메인 폴의 폴 팁과 탑 실드 및 하부 실드의 관계가 도시된다.Figure 3 is a view from the ABS, showing the relationship between the pole tip of the main pole and the top shield and the bottom shield.

도 4는 도 3에서 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 본 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 3.

도 5는 도 3에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 본 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 3.

도 6과 도 7은 본 발명에 대한 비교예로서, 메인 폴 인근의 자속 분포를 개념적으로 보여준다.6 and 7 are comparative examples of the present invention, conceptually showing the magnetic flux distribution near the main pole.

도 8a 및 도 8b는 도 6과 도 7의 비교예에서의 다운 트랙 방향과 크로스 트랙 방향에서 본 누설 자속의 분포를 보여준다.8A and 8B show the distribution of leaked magnetic flux seen in the down track direction and the cross track direction in the comparative example of FIGS. 6 and 7.

도 9는 도 1의 실시예에서의 메인 폴 인근의 자속 분포를 개념적으로 보여준다.9 conceptually shows the magnetic flux distribution near the main pole in the embodiment of FIG. 1.

도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 실시예에 따른 수직 자기 기록 헤드의 제조 공정을 단계별로 도시한다.10A to 10H show step by step the manufacturing process of the vertical magnetic recording head according to the embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100...기록헤드부 105...리턴 요크100.Recording head 105.Return yoke

110...메인 폴 111...폴 팁110 ... main pole 111 ... pole tip

115...서브 요크 120...코일115 ... sub york 120 ... coil

130...사이드 실드 140...탑 실드130 ... side shield 140 ... top shield

200...재생헤드부 300...기록 매체200 Playback head section 300 Recording medium

B...기록 자기장 S...에어베어링 면B ... Recording magnetic field S ... Air bearing face

t₁,t₂...폴 팁의 폭 g_u...상부 기록 갭t ₁ , t ₂ ... width of the pole tip g _u ... upper writing gap

g_s1,g_s2...측부 기록 갭g _s1 , g _s2 ... side recording gap

Claims

Main pole;

A coil for inducing a recording magnetic field on the main pole;

A return yoke together with the main pole to form a magnetic path of a recording magnetic field;

A top shield formed on an upper portion of the main pole; And

And a side shield disposed on the same plane as the main pole and integrally formed with the top shield, and surrounding the pole tip together with the top shield from which the recording magnetic field of the main pole is emitted.

And a side recording gap closer to the top shield in the side recording gap between the side shield and the pole tip of the main pole such that the side recording gap closer to the top shield is smaller than the side recording gap farther from the top shield.

The method of claim 1,

And a face facing the pole tip of the main pole of the side shield is inclined at an obtuse angle.

The method of claim 1,

A vertical magnetic recording head positioned on a trailing side in which the top shield is rearward with respect to the moving direction of the recording medium of the main pole.

The method of claim 1,

And the top shield is a return yoke tip facing the pole tip of the main pole of the return yoke.

The method of claim 1,

A cross section parallel to the air bearing surface of the pole tip of the main pole has a trailing side width that is rearward with respect to the moving direction of the recording medium of the main pole leading forward with respect to the moving direction of the recording medium of the main pole. Vertical magnetic recording head formed to be trapezoid wider than the width of the side.

The method of claim 1,

And the side write gap is filled with an insulating material.

The method of claim 6,

And the insulating material is filled with Al ₂ O ₃ , SiN or SiO ₂ .

Forming a side recording gap layer on the substrate;

Simultaneously forming a main pole and a side shield layer with the side recording gap layer interposed therebetween;

Forming an upper recording gap layer on top of the main pole; And

Forming a top shield over said top recording gap layer and side shield;

And a gap width of the side recording gap layer is formed to decrease with stack height.

The method of claim 8,

Forming the side recording gap layer on the substrate,

Forming a second insulating layer over the first insulating layer;

Forming a first mask pattern for the side recording gap layer on the second insulating layer;

And etching the second insulating layer in the shape of a side recording gap layer by using the first mask pattern.

The method of claim 9,

In etching the second insulating layer,

And the side recording gap layer is etched so that its inner groove is in an inverted trapezoid shape.

The method of claim 9,

In etching the second insulating layer,

And the side recording gap layer is etched such that its outer surface is inclined at 90 to 105 degrees.

The method of claim 9,

At the same time forming the main pole and the side shield layer,

Depositing a plating seed layer over the second insulating layer etched in the shape of the side recording gap layer;

Plating a magnetic material on the plating seed layer to form a magnetic material layer;

Planarizing the magnetic material layer until the side recording gap layer is exposed.