硬磁写磁头、器件及数据系统、写磁头制造方法

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种硬磁写磁头、器件及数据系统、写磁头制造方法。

背景技术

MTJ磁隧道结磁电阻传感器通常为推挽式结构，包括磁敏感方向相反的两个推磁电阻传感单元阵列和挽磁电阻传感单元阵列封装在一个芯片中，对于X轴或Y轴磁电阻传感器，采用反铁磁层磁场退火的方法来决定磁隧道结的磁场敏感方向，即将整个晶圆放置在磁场退火炉中，整个晶圆上的所有磁电阻传感单元具有相同的+X磁场敏感方向，而后切片成晶粒(die)，通过flip-die即旋转+X晶粒的方法，分别旋转90°得到+Y桥臂，180°得到-X桥臂，270°得到-Y桥臂，分别得到X轴推挽式磁电阻传感器和Y轴推挽式磁电阻传感器。这种方法最大的问题在于，由于旋转方法使得晶粒之间的相对位置的排列存在误差，从而影响传感器的精度。

为了解决这种问题，提出了采用激光退火的方法，采用激光光斑来加热单个磁电阻传感器单元，并配合施加+X,-X,+Y,-Y，+Z,-Z的磁场，就可以在单个晶粒上得到X,Y,Z轴磁电阻传感器，消除传感器位置对准导致的误差。

但是激光光斑在加热磁电阻传感单元时，存在着调节激光功率的作用，以保证加热温度不会过高对磁隧道结产生烧蚀，一方面，磁场产生装置作用于整个晶圆范围，导致要求产生磁场的装置电流过大，需要冷却装置，生产成本很高，另一方面，激光光斑要逐个的扫描晶圆上的所有的磁隧道结单元，所需时间过长。

Z轴磁电阻传感器通常采用X轴磁电阻传感单元和通量集中器的方法来实现，采用通量集中器来改变磁路，使得Z磁场在X轴磁电阻传感器附近产生X分量的磁场。但是，由于通量集中器是软磁材料，采用电镀方法制备，本身存在着磁滞，而且其厚度分布不均，因此，影响Z轴传感器的可重复性和性能的误差。

另一方面，利用磁性过渡金属/氧化物，例如CoFeB/MgO界面处存在着垂直各向异性(PMA)，可以形成磁金属/氧化物/磁金属的双界面的垂直各向异性的隧道结堆叠结构，在氧化物的两侧形成垂直各向异性的磁性材料层，通过控制氧化物磁金属和厚度，其中一侧为参考层，另一层为自由层，可以形成Z轴磁电阻传感器。

同样，形成推挽式Z轴磁电阻传感器，需要形成参考层中形成+Z和-Z轴的磁隧道结阵列，为了在一个晶粒上同时得到+Z和-Z轴的磁隧道结阵列。

需要一种简单、快速、高效率的Z轴磁电阻传感器参考层磁矩写入单元，以提高晶圆上Z轴磁电阻传感器的写入效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种硬磁写磁头、器件及数据系统、写磁头制造方法，能够提高磁电阻传感器的写入效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种硬磁写磁头，用于Z轴磁电阻传感器的晶圆上的Z桥臂所对应的Z轴磁电阻传感单元阵列钉扎层磁矩的写入，所述Z桥臂包括+Z桥臂和/或-Z桥臂，所述硬磁写磁头和第一软磁屏蔽层分别位于所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的上方和下方；所述硬磁写磁头包括：衬底以及设置在所述衬底上的硬磁磁极阵列，任一硬磁磁极的磁矩方向为+Z或-Z方向，且写入端正对一个所述Z桥臂；其中，写入时，所述硬磁磁极写入端在所述Z桥臂的钉扎层中产生包含Z向分量的直流写入磁场，从而使得所述钉扎层磁矩转向所述Z向分量直流写入磁场方向。

在一个实施例中，还包括微波线圈阵列，任一微波线圈环绕至少一个所述硬磁磁极；其中，写入时，所述微波线圈中通过微波电流，以在所述Z桥臂的钉扎层中产生的微波磁场。

在一个实施例中，所述衬底为PCB，所述硬磁磁极阵列内嵌入所述PCB中。

在一个实施例中，所述硬磁磁极为：安装在所述PCB的第一PCB通孔中的预制永磁体；或者，根据气流溅射法沉积在所述第一PCB通孔中的厚膜永磁体；或者，由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在第二PCB通孔中形成的复合永磁体，所述第二PCB通孔包含N级台阶沉孔、且第一台阶沉孔位于所述硬磁磁极支撑端，截面尺寸为D1，第N台阶沉孔位于所述硬磁磁极写入端，截面尺寸为DN，且D1>D2…>DN，N为大于等于3的整数；其中，所述第一PCB通孔、所述第二PCB通孔为圆形或者矩形截面。

在一个实施例中，所述衬底为晶圆，所述硬磁磁极阵列位于所述晶圆衬底上方。

在一个实施例中，还包括第二软磁屏蔽层；所述衬底为PCB，所述第二软磁屏蔽层位于所述PCB的第一表层，所述硬磁磁极支撑端贯穿所述第二软磁屏蔽层；或者，所述衬底为晶圆，所述第二软磁屏蔽层位于晶圆衬底和所述硬磁磁极支撑端之间。

在一个实施例中，还包括第三软磁屏蔽层；所述衬底为PCB，所述第三软磁屏蔽层位于所述PCB的第二表层，且所述硬磁磁极写入端贯穿所述第三软磁屏蔽层；或者，所述衬底为晶圆，所述第三软磁屏蔽层设置设置在靠近硬磁磁极写入端的端面的位置，且环绕所述硬磁磁极写入端。

在一个实施例中，所述衬底为PCB，所述硬磁写磁头还包括第四软磁屏蔽层，所述第四软磁屏蔽层位于所述PCB的第二软磁屏蔽层和硬磁磁极支撑端的上方。

在一个实施例中，还包括加热线圈阵列，所述加热线圈环绕所述硬磁磁极写入端并与所述硬磁磁极之间保持设定间隙，且所述任一硬磁磁极均环绕一个所述加热线圈。

在一个实施例中，还包括加热线圈阵列，所述加热线圈环绕所述硬磁磁极写入端并与所述硬磁磁极之间保持设定间隙，且所述任一硬磁磁极均环绕一个所述加热线圈；在所述Z轴磁电阻传感器钉扎层磁矩的写数据的过程中，加热线圈和所述微波线圈经过以下四个阶段：1)所述加热线圈，所述微波线圈不通电；2)所述加热线圈通电，所述微波线圈不通电；3)所述加热线圈不通电，所述微波写线圈通电；4)所述加热线圈，所述微波线圈不通电。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，包括+Z桥臂与-Z轴桥臂中一项和参考桥臂，且为半桥、全桥或者准桥结构；或者所述Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，包括+Z轴桥臂和-Z轴桥臂，且为半桥、全桥或者准桥结构。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为单个晶粒；所述Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，所述硬磁磁极阵列包括4个所述硬磁磁极，分别对应于4个Z桥臂；或者所述Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，或者，所述Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为全桥结构；所述硬磁磁极阵列包括2个所述硬磁磁极，分别对应于2个Z桥臂；或者所述Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，所述硬磁磁极阵列包括1个所述硬磁磁极，对应于1个Z桥臂。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为单个晶粒；所述Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，所述硬磁磁极阵列包括4个所述硬磁磁极，分别对应于4个Z桥臂，所述微波线圈阵列包括1个环绕4个所述硬磁磁极的微波线圈；或者所述Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，或者，所述Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，所述硬磁磁极阵列包括2个所述硬磁磁极，分别对应于2个Z桥臂，所述微波线圈阵列包括1个环绕2个所述硬磁磁极的微波线圈；或者所述Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，所述硬磁磁极阵列包括1个所述硬磁磁极，对应于1个Z桥臂，所述微波线圈阵列包括1个环绕1个所述硬磁磁极的微波线圈。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为掩模版曝光区域，所述掩模版曝光区域包含M*N个晶粒阵列，且任一晶粒(m,n)包括k个Z桥臂，所述硬磁磁极阵列包括：M*N个硬磁磁极单元，每个硬磁磁极单元包括k个所述硬磁磁极，1≤m≤M,1≤n≤N整数，k＝1、2或4。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为掩模版曝光区域，所述掩模版曝光区域包含M*N个晶粒阵列，且任一晶粒(m,n)包括k个Z桥臂，所述硬磁磁极阵列包括：M*N个硬磁磁极单元，每个硬磁磁极单元包括k个所述硬磁磁极，每个硬磁磁极单元包括的k个所述硬磁磁极由一个所述微波线圈环绕，1≤m≤M,1≤n≤N整数，k＝1、2或4。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆，所述晶圆包括X*Y个掩模版曝光区域阵列，任一掩模版曝光区域(x,y)包括M1*N1个晶粒阵列，任一晶粒(x,y,m1,n1)包括k1个Z桥臂，所述硬磁磁极阵列包括：X*Y*M1*N1个硬磁磁极单元，任一硬磁磁极单元(x,y,m1,n1)包括：k1个所述硬磁磁极，X,Y,M1,N1均为大于1的整数，1≤x≤X整数，1≤y≤Y整数，1≤m1≤M1整数，1≤n1≤N1整数，k1＝1、2、4。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆，所述晶圆包括X*Y个掩模版曝光区域阵列，任一掩模版曝光区域(x,y)包括M1*N1个晶粒阵列，任一晶粒(x,y,m1,n1)包括k1个Z桥臂，所述硬磁磁极阵列包括：X*Y*M1*N1个硬磁磁极单元，任一硬磁磁极单元(x,y,m1,n1)包括：k1个所述硬磁磁极，每个硬磁磁极单元包括的k1个所述硬磁磁极由一个所述微波线圈环绕，X,Y,M1,N1均为大于1的整数，1≤x≤X整数，1≤y≤Y整数，1≤m1≤M1整数，1≤n1≤N1整数，k1＝1、2、4。

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆时，晶圆包含M*N个晶粒阵列，任一晶粒均相同且具有k个Z桥臂(1,…,k)；所述硬磁写磁头包括：M*[Pk]ceil(N/k)个硬磁磁极阵列，[Pk]表示k个X向相邻排列的晶粒行(D1,…,Dk)所对应的k个X向相邻排列的所述硬磁磁极单元行(P1,…,Pk)，其中所述Pi硬磁磁极对应所述Di晶粒的第i个Z桥臂，1＝

在一个实施例中，所述Z轴磁电阻传感器堆叠结构从下到上为：(Co/Pt)n/Ta/CoFeB/MgO/CoFeB/Ru/Ta，其中下层CoFeB为钉扎层。

在一个实施例中，所述硬磁磁极的硬磁磁极支撑端通过电容连接微波发生器的输出端，所述微波发生器的接地端连接所述Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底，以在所述硬磁磁极写入端和对应的所述Z轴桥臂之间间隙处产生微波磁场。

在一个实施例中，所述微波线圈、微波发生器和电容串联连接，直流电源的接地端和所述微波发生器的接地端与所述Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底相连。

在一个实施例中，所述微波线圈两端串联一个电阻，再与一个电容并联，而后通过直流电源供电；或者，所述微波线圈串联一个第一电容，再与第二电容并联，而后通过直流电源供电；或者，所述微波线圈和电容两端并联，而后通过方波脉冲电源供电；其中，所述微波线圈和电容之间形成微波LC共振产生微波磁场，所述直流电源的接地端与所述Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底相连。

在一个实施例中，硬磁磁极阵列中一部分硬磁磁极的写入端的磁性方向与剩余的硬磁磁极的写入端的磁性方向相反。

第二方面，本申请实施例还提供一种硬磁写入磁头器件，包括：上述第一方面，或第一方面的任一种可能的实施方式中的硬磁写磁头以及所述第一软磁屏蔽层。

第三方面，本申请实施例还提供一种硬磁写入磁头器件，包括：根据第二方面的硬磁写入磁头器件；以及探针测试台；其中，写数据过程中，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆和所述硬磁写磁头均放置在探针测试台上，所述Z轴磁电阻传感器的晶圆放置在所述探针测试台的X-Y晶圆载物台上，所述硬磁写磁头放置在所述探针测试台的探针座上，所述第一软磁屏蔽位于所述Z轴磁电阻传感器的晶圆和所述X-Y晶圆载物台之间，且所述第一软磁屏蔽层可以位于所述Z轴磁电阻传感器的晶圆背面或者位于所述X-Y晶圆载物台上；通过操作所述探针测试台实现所述硬磁写磁头和所述Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域之间在X-Y方向定位和对准、以及Z方向的写入间距的控制，所述硬磁写磁头和所述Z轴磁传感器晶圆之间的写入间距控制在工作间距；通过操作所述探针座实现所述硬磁写磁头在所述Z轴磁电阻传感器的晶圆上不同所述单元写入区域的依次定位和写操作。

在一个实施例中，所述单元写入区域为所述Z轴磁电阻传感器的晶圆上的单个晶粒、掩模版曝光区或者整个晶圆。

在一个实施例中，所述系统还包括辅助加热装置，所述辅助加热装置设置在所述Z轴磁电阻传感器的晶圆上、或者设置在探针测试台上。

第四方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为安装在PCB衬底的第一PCB通孔中的所述预制永磁体，所述方法包括：

1)选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)加工第一通孔，直径为d，贯通所述双层PCB；3)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，所述台阶沉孔和所述第一通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，所述第一圆弧槽和所述台阶沉孔之间的所述第三软磁屏蔽层为加热线圈；所述第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的所述第三软磁屏蔽层为微波线圈，所述台阶沉孔、所述第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透所述第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；4)放置非磁性对准板以封闭所述台阶沉孔，同时将预制永磁体安装在所述第一PCB通孔中，使得所述预制永磁体写入端均对准在所述非磁性对准板上；5)撤掉所述非磁性对准板，得到所述硬磁磁极阵列；6)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第五方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为安装在所述PCB的第一PCB通孔中的所述预制永磁体，所述方法包括：选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别对应第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)利用PCB加工技术在所述第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；3)加工所述第一PCB通孔，直径为d，贯通所述双层PCB和所述硬磁磁极窗口；4)放置非磁性对准板以封闭所述第一通孔，同时将所述预制永磁体安装在所述第一PCB通孔中，使得所有所述预制永磁体写入端均对准在所述非磁性对准板上；5)撤掉所述非磁性对准板，得到所述硬磁磁极阵列；6)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第六方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在PCB衬底中的第一PCB通孔中的厚膜永磁体，所述方法包括：

1)选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，所述台阶沉孔和所述第一通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，所述第一圆弧槽和所述台阶沉孔之间的所述第三软磁屏蔽层为所述加热线圈；所述第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的所述第三软磁屏蔽层为所述微波线圈，所述台阶沉孔、所述第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透所述第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；3)甩光刻胶作为牺牲层覆盖所述PCB第二表层；4)加工所述第一PCB通孔，直径为d，贯通所述PCB和所述光刻胶层，并和所述台阶沉孔共轴；5)放置所述双层PCB在基板上，将所述台阶沉孔端对准气流溅射厚膜沉积设备靶材，开始沉积所述硬磁厚膜，直至将通孔填满；6)去光刻胶，得到包含所述硬磁厚膜硬磁磁极的写磁头；7)在所述第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和所述第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第七方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在PCB衬底中的第一PCB通孔中的厚膜永磁体，所述方法包括：

1)选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)利用PCB加工技术在所述第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；3)甩光刻胶作为牺牲层覆盖所述PCB第二表层；4)加工所述第一PCB通孔，直径为d，贯通所述PCB和所述光刻胶层，并和所述台阶沉孔共轴；5)放置所述双层PCB在基板上将所述台阶沉孔端对准气流溅射厚膜沉积设备靶材，开始沉积所述硬磁厚膜，直至将通孔填满；6)去光刻胶，得到包含所述硬磁厚膜硬磁磁极的写磁头；7)在所述第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和所述第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第八方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在PCB衬底中第二PCB通孔中形成的复合永磁体，所述方法包括：

1)选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；

2)采用不同直径刀具，从所述第一表层到所述第二表层，加工所述第二PCB通孔；

3)采用非磁性透明对准板封住所述第二PCB通孔的位于所述第二表层的台阶开口，并在所述非磁性透明对准板的另一面放置对准永磁体以使得所述复合永磁体具有+Z或-Z向极性；4)混合永磁磁粉和胶体形成混合物，并分散在所述第一表层上，将所述混合物填充到所述第二PCB通孔中，并除掉多余的磁粉；5)撤掉所述非磁性透明对准板；6)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，所述台阶沉孔和所述第二通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，所述第一圆弧槽和所述台阶沉孔之间的所述第三软磁屏蔽层为所述加热线圈；所述第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的所述第三软磁屏蔽层为所述微波线圈，所述台阶沉孔、所述第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透所述第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；7)在所述第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和所述第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第九方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在PCB衬底中第二PCB通孔中形成的复合永磁体，所述方法包括：1)选择双层PCB，所述PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)采用不同直径刀具，从所述第一表层到所述第二表层，加工所述第二PCB通孔；3)采用非磁性透明对准板封住所述第二PCB通孔的位于所述第二表层的台阶开口，并在所述非磁性透明对准板的另一面放置对准永磁体以使得所述复合永磁体具有+Z或-Z向极性；4)混合永磁磁粉和胶体形成混合物，并分散在所述第一表层上，将所述混合物填充到所述第二PCB通孔中，并除掉多余的磁粉；5)撤掉所述非磁性透明对准板；6)拆掉所述非磁性透明对准板；7)利用PCB加工技术在所述第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；8)在所述第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和所述第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

第十方面，本申请实施例还提供一种写磁头制造方法，包括：用于制造根据权利要求1所述的硬磁写磁头，所述硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在晶圆衬底中的通孔中的厚膜永磁体，所述方法包括：1)所述晶圆上气流溅射法沉积第二软磁屏蔽层，所述第二软磁屏蔽层和所述晶圆之间采用非磁性金属中间层过渡；2)沉积永磁厚膜硬磁磁极湿法刻蚀停止层：SiO2，Si3N4或者Al2O3薄膜；3)气流溅射法沉积厚膜永磁体；4)以光刻胶做掩膜，形成厚膜永磁体硬磁磁极的刻蚀窗口；5)湿法刻蚀所述厚膜永磁体，并去光刻胶，得到所述厚膜永磁体硬磁磁极阵列；6)用聚酰亚胺填充所述厚膜永磁体硬磁磁极阵列间隙及表面，固化并平整化；7)反应离子刻蚀(RIE)减薄聚酰亚胺；8)溅射种子层；9)电镀加热线圈、微波线圈、第三软磁屏蔽层；10)去种子层，得到写磁头。

本申请提供的硬磁写磁头，当其正对Z轴磁电阻传感器的晶圆上的Z桥臂所对应的Z磁电阻传感单元阵列钉扎层时，所述硬磁磁极写入端在所述Z桥臂的钉扎层中产生包含Z向分量的直流写入磁场，从而使得所述钉扎层磁矩转向所述Z向分量直流写入磁场方向，提供了一种简单、快速、高效率的Z轴磁电阻传感器参考层磁矩写入方式。

在磁极还环绕有微波线圈的实施例中，微波线圈可以增强在所述Z桥臂的钉扎层中产生的包含Z向分量直流写入磁场的磁场强度，提高磁矩写入的效率和效果。

另外，在制备硬磁磁极阵列时，可以将其中一些硬磁磁极制备为硬磁磁极写入端为N极，另一些硬磁磁极制备为硬磁磁极写入端为S极，进而在硬磁写磁头对Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域进行写入操作时，晶圆的单元写入区域中不同位置可以写入相反方向的磁矩。在此实施方式中，若硬磁磁极还环绕有微波线圈，微波线圈中所通入电流的方向应与硬磁磁极写入端的磁性相适应，即微波线圈所产生磁场的方向应与硬磁磁极写入端所产生磁场的方向相一致。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构一加方式一的结构正视图；

图2为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构一加设置一的结构正视图；

图3为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构一加设置一和设置三的结构正视图；

图4为本申请实施例提供的图3结构仰视图；

图5为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构一加设置一、设置三和设置五的一种结构正视图；

图6为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构一加设置一、设置三和设置五的另一种结构正视图；

图7为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构二加设置一和设置三的结构正视图；

图8为本申请实施例提供的图7结构仰视图；

图9为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构四加设置一和设置三的结构正视图；

图10为本申请实施例提供的图9结构仰视图；

图11为本申请实施例提供的硬磁写磁头为结构四加设置二和设置四的结构正视图；

图12为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式一示意图；

图13为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式二示意图；

图14为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式三示意图；

图15为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式四示意图；

图16为本申请实施例提供的气流溅射法厚膜沉积原理图；

图17为本申请实施例提供的气流溅射法沉积设备示意图；

图18为本申请实施例提供的气流溅射法在PCB第一通孔中溅射硬磁厚膜示意图；

图19为本申请实施例提供的气流溅射法在晶圆上直接溅射硬磁厚膜示意图；

图20为本申请实施例提供的晶圆写磁头加工工艺对应的方式五示意图；

图21为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式六示意图；

图22为本申请实施例提供的PCB写磁头加工工艺对应的方式七示意图；

图23为本申请实施例提供的硬磁磁极磁力线分布图；

图24为本申请实施例提供的硬磁磁极在Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图25为本申请实施例提供的硬磁磁极和第一软磁屏蔽层组合磁力线分布图；

图26为本申请实施例提供的硬磁磁极和第一软磁屏蔽层组合在Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图27为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层组合磁力线分布图；

图28为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层在Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图29为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合磁力线分布图；

图30为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图31为本申请实施例提供的台阶形硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合磁力线分布图；

图32为本申请实施例提供的台阶形硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图33为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、贯穿第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合磁力线空间分布图；

图34为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、贯穿第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层组合Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图35为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、贯穿第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层组合磁力线空间分布图；

图36为本申请实施例提供的硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、贯穿第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层组合Z桥臂位置处By、Bx分布图；

图37为本申请实施例提供的典型Z轴磁电阻传感器的传感单元堆叠层结构a)具体结构b)简化结构；

图38为本申请实施例提供的Z磁场作用下钉扎层磁矩的旋转示意图；

图39为本申请实施例提供的微波磁场和直流磁场共同作用下钉扎层磁矩旋转示意图；其中，a)为永磁硬磁磁极和微波线圈的写磁头器件图；b)为微波磁场和直流磁场作用下磁矩旋转图；

图40为本申请实施例提供的推挽式Z轴磁电阻传感器结构图；其中，a)为全桥结构，b)为半桥结构，c)为准桥结构；

图41为本申请实施例提供的参考桥式Z轴磁电阻传感器结构图；其中，a)为全桥结构，b)为半桥结构，c)为准桥结构；

图42为本申请实施例提供的写磁头对应单个晶粒图；其中，a)为4个Z桥臂，b)为2个Z桥臂，c)为1个Z桥臂；

图43为本申请实施例提供的写磁头对应晶圆单个曝光区域图；

图44为本申请实施例提供的写磁头对应整个晶圆区域图；

图45为本申请实施例提供的写磁头对应整个晶圆区域图一；其中，a)为硬磁磁极在晶粒上分布图，b)为写入相位1，c)为写入相位2，d)为写入相位3，e)为写入相位4；

图46为本申请实施例提供的写磁头对Z轴磁电阻传感器的晶圆的写入操作图：a)对准，b)写入

图47为本申请实施例提供的写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图一；

图48为本申请实施例提供的写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图二；

图49为本申请实施例提供的写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图三；

图50为本申请实施例提供的写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图四；

图51为本申请实施例提供的写线圈工作时序图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

首先本申请实施例提供一种硬磁写磁头，该硬磁写磁头用于Z轴磁电阻传感器的晶圆上的Z桥臂所对应的Z轴磁电阻传感单元阵列钉扎层磁矩的写入，该桥臂包括+Z桥臂和/或-Z桥臂，硬磁写磁头和第一软磁屏蔽层分别位于Z轴磁电阻传感器的晶圆的上方和下方。

示例性的，Z轴磁电阻传感器堆叠结构从下到上可以为：(Co/Pt)n/Ta/CoFeB/MgO/CoFeB/Ru/Ta，其中下层CoFeB为钉扎层。

可选地，该硬磁写磁头可以有多种实现方式，包括但不限于以下：

结构一：该硬磁写磁头包括：衬底以及设置在衬底上的硬磁磁极阵列。

这里的硬磁磁极阵列中包括多个硬磁磁极。其中，任一硬磁磁极的磁矩方向为+Z或-Z方向，且写入端正对一个Z桥臂。

应理解，写入时，硬磁磁极写入端在Z桥臂的钉扎层中产生包含Z向分量的直流写入磁场，从而使得钉扎层磁矩转向Z向分量直流写入磁场方向。

在一种实施例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为掩模版曝光区域。该掩模版曝光区域包含M*N个晶粒阵列，且任一晶粒(m,n)包括k个Z桥臂，该硬磁磁极阵列包括：M*N个硬磁磁极单元，每个硬磁磁极单元包括k个所述硬磁磁极，1≤m≤M,1≤n≤N整数，k＝1、2或4。

在另一种实施例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆。该晶圆包括X*Y个掩模版曝光区域阵列，任一掩模版曝光区域(x,y)包括M1*N1个晶粒阵列，任一晶粒(x,y,m1,n1)包括k1个Z桥臂，硬磁磁极阵列包括：X*Y*M1*N1个硬磁磁极单元，任一硬磁磁极单元(x,y,m1,n1)包括：k1个所述硬磁磁极，X,Y,M1,N1均为大于1的整数，1≤x≤X整数，1≤y≤Y整数，1≤m1≤M1整数，1≤n1≤N1整数，k1＝1、2、4。

在其他实施例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆时，晶圆包含M*N个晶粒阵列，任一晶粒均相同且具有k个Z桥臂(1,…,k)。

该硬磁写磁头还可以包括：M*[Pk]ceil(N/k)个硬磁磁极阵列，[Pk]表示k个X向相邻排列的晶粒行(D1,…,Dk)所对应的k个X向相邻排列的所述硬磁磁极单元行(P1,…,Pk)，其中Pi硬磁磁极对应Di晶粒的第i个Z桥臂，1＝

或者，硬磁写磁头还可以包括：ceil(M/k)*N个硬磁磁极阵列，[Pk]’表示k个Y向相邻排列的晶粒列(D1,…,Dk)’所对应的k个Y向相邻排列的硬磁磁极单元列(P1,…,Pk)’，其中Pi硬磁磁极对应Di晶粒的第i个Z桥臂，1＝

结构二：该硬磁写磁头包括：衬底、设置在衬底上的硬磁磁极阵列以及微波线圈阵列。

这里的硬磁磁极阵列中包括多个硬磁磁极，微波线圈阵列中包括多个微波线圈。其中，任一微波线圈环绕至少一个硬磁磁极。

应理解，写入时，微波线圈中通过微波电流，以在Z桥臂的钉扎层中产生的微波磁场。

在一种实施例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为掩模版曝光区域。该掩模版曝光区域包含M*N个晶粒阵列，且任一晶粒(m,n)包括k个Z桥臂。硬磁磁极阵列包括：M*N个硬磁磁极单元，每个硬磁磁极单元包括k个所述硬磁磁极，每个硬磁磁极单元包括的k个所述硬磁磁极由一个微波线圈环绕，1≤m≤M,1≤n≤N整数，k＝1、2或4。

在另一种实施例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为整个晶圆。该晶圆包括X*Y个掩模版曝光区域阵列，任一掩模版曝光区域(x,y)包括M1*N1个晶粒阵列，任一晶粒(x,y,m1,n1)包括k1个Z桥臂。硬磁磁极阵列包括：X*Y*M1*N1个硬磁磁极单元，任一硬磁磁极单元(x,y,m1,n1)包括：k1个硬磁磁极，每个硬磁磁极单元包括的k1个所述硬磁磁极由一个微波线圈环绕，X,Y,M1,N1均为大于1的整数，1≤x≤X整数，1≤y≤Y整数，1≤m1≤M1整数，1≤n1≤N1整数，k1＝1、2、4。

结构三：该硬磁写磁头包括：衬底、设置在衬底上的硬磁磁极阵列以及加热线圈阵列。

这里的硬磁磁极阵列中包括多个硬磁磁极，加热线圈阵列中包括多个加热线圈。其中，加热线圈环绕硬磁磁极写入端并与硬磁磁极之间保持设定间隙，且任一硬磁磁极均环绕一个加热线圈。

上述加热线圈用于将Z轴桥臂加热到目标温度。该目标温度可以在150℃至300℃范围内，例如，目标温度为180℃、200℃、220℃等。

结构四：该硬磁写磁头包括：衬底、设置在衬底上的硬磁磁极阵列、微波线圈阵列以及加热线圈阵列。

这里的硬磁磁极阵列中包括多个硬磁磁极，微波线圈阵列中包括多个微波线圈，加热线圈阵列中包括多个加热线圈。其中，任一微波线圈环绕至少一个硬磁磁极，加热线圈环绕硬磁磁极写入端并与硬磁磁极之间保持设定间隙，且任一硬磁磁极均环绕一个加热线圈。可选的，该设定间歇可以在1～15um范围内，例如，取值1um、5um、10um、12um、15um等。

应理解，微波线圈与加热线圈可以是相互独立的不同的线圈，也可以是同一线圈，或者，所有的加热线圈中的部分加热线圈与微波线圈是同一线圈，一些加热线圈是独立于微波线圈的不同线圈。微波线圈和加热线圈是同一线圈时，可以通过与该同一线圈相连的微波发生器和加热电源的不同操作时序来实现。

其中，在Z轴磁电阻传感器钉扎层磁矩的写数据的过程中，加热线圈和微波线圈经过以下四个阶段：

1)加热线圈，微波线圈不通电；

2)加热线圈通电，微波线圈不通电；

3)加热线圈不通电，微波写线圈通电；

4)加热线圈，微波线圈不通电。

其中阶段2)使得Z桥臂的温度快速升高到写入温度，并且在阶段3)得到保持，以便在阶段3)实现Z桥臂磁矩的写入操作。

在上述结构一至结构四种，该衬底的设置形式可以为多种，包括但不限于以下：

形式一：衬底为PCB，硬磁磁极阵列内嵌入PCB中。

在一种实施例中，该硬磁磁极可以为：安装在PCB的第一PCB通孔中的预制永磁体；或者，根据气流溅射法沉积在第一PCB通孔中的厚膜永磁体；或者，由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在第二PCB通孔中形成的复合永磁体，该第二PCB通孔包含N级台阶沉孔、且第一台阶沉孔位于硬磁磁极支撑端，截面尺寸为D1，第N台阶沉孔位于硬磁磁极写入端，截面尺寸为DN，且D1>D2…>DN，N为大于等于3的整数。其中，第一PCB通孔、第二PCB通孔为圆形或者矩形截面。

形式二：衬底为晶圆，硬磁磁极阵列位于晶圆衬底上方。

在一种实施例中，若该硬磁写磁头的结构为上述结构一-结构四的任意一种结构，则硬磁磁极的硬磁磁极支撑端通过电容连接微波发生器的输出端，微波发生器的接地端连接Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底，以在硬磁磁极写入端和对应的Z轴桥臂之间间隙处产生微波磁场。

在另一种实施例中，若该硬磁写磁头的结构为上述结构二或结构四，则微波线圈、微波发生器和电容串联连接，直流电源的接地端和微波发生器的接地端与Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底相连。

在其他实施例中，若该硬磁写磁头的结构为上述结构二或结构四，则微波线圈两端串联一个电阻，再与一个电容并联，而后通过直流电源供电；或者，微波线圈串联一个第一电容，再与第二电容并联，而后通过直流电源供电；或者，微波线圈和电容两端并联，而后通过方波脉冲电源供电。其中，微波线圈和电容之间形成微波LC共振产生微波磁场，直流电源的接地端与Z轴磁电阻传感器的晶圆衬底相连。

应理解，上述结构一至结构四为硬磁写磁头的基础结构，该硬磁写磁头在上述结构一至结构四的基础上，还可以包括：第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层或第四软磁屏蔽层的任意一种，不同的硬磁写磁头对应的衬底方式有所不同。

具体地，当该硬磁写磁头中还包括第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层或第四软磁屏蔽层中的任意一种时，该衬底的具体设置还可以如下：

设置一：当该硬磁写磁头上还设置第二软磁屏蔽层，且衬底为PCB时:第二软磁屏蔽层位于PCB的第一表层，硬磁磁极支撑端贯穿第二软磁屏蔽层。

设置二：当该硬磁写磁头上还设置第二软磁屏蔽层时，且衬底为晶圆时:第二软磁屏蔽层位于晶圆衬底和硬磁磁极支撑端之间。

设置三：当该硬磁写磁头上还设置第三软磁屏蔽层，且衬底为PCB时:第三软磁屏蔽层位于PCB的第二表层，且硬磁磁极写入端贯穿第三软磁屏蔽层。

设置四：当该硬磁写磁头上还设置第三软磁屏蔽层，且衬底为晶圆时:第三软磁屏蔽层设置在靠近硬磁磁极写入端的端面的位置处，且第三软磁屏蔽层环绕硬磁磁极写入端。

设置五：当该硬磁写磁头上还设置第四软磁屏蔽层，且衬底为PCB时:第四软磁屏蔽层位于PCB的第二软磁屏蔽层和硬磁磁极支撑端的上方。

应理解，上述衬底的具体设置方式可以和上述的任意硬磁写磁头结合，在上述设置方式之间不冲突时，也可以结合多种设置方式，以形成多种硬磁写磁头结构。例如，该硬磁写磁头的具体结构可以为：结构一+设置一、结构一+设置二、结构一+设置一+设置三、结构一+设置三、结构一+设置四、结构一+设置二+设置四、结构一+设置五…结构三+设置四、结构三+设置五等。

在上述多种结构和设置方式组合时，对于存在冲突的设置方式不能结合。这里的冲突是指衬底在每种结构中对应一种类型。例如，当衬底的设置方式为设置一时，该衬底的设置方式就不能为设置二和设置四。当衬底的设置方式为设置二时，该衬底的设置方式就不能为设置一、设置三和设置五。

可选的，当所述硬磁写磁头包括第三软磁屏蔽层和加热线圈时，所述加热线圈位于所述第三软磁屏蔽层和所述硬磁磁极之间。

可选的，当所述硬磁写磁头包括第三软磁屏蔽层、微波线圈和加热线圈时，所述微波线圈分割所述第三软磁屏蔽层成内外两部分，所述加热线圈位于所述微波线圈内部。

上述的Z轴磁电阻传感器可以为参考桥式磁电阻传感器，包括+Z桥臂与-Z轴桥臂中一项和参考桥臂，且为半桥、全桥或者准桥结构。该Z轴磁电阻传感器也可以为推挽桥式磁电阻传感器，包括+Z轴桥臂和-Z轴桥臂，且为半桥、全桥或者准桥结构。该Z轴磁电阻传感器的具体结构可以根据实际情况进行选择，本申请不做具体限制。

示例性地，该硬磁写磁头为结构一，且该Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为单个晶粒。则该Z轴磁电阻传感器的具体结构可以为以下结构：

结构A:若Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，硬磁磁极阵列包括4个硬磁磁极，分别对应于4个Z桥臂。

结构B:Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，或者，Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为全桥结构；硬磁磁极阵列包括2个硬磁磁极，分别对应于2个Z桥臂。

结构C:Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，硬磁磁极阵列包括1个硬磁磁极，对应于1个Z桥臂。

示例性地，该硬磁写磁头为结构二，且该Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域为单个晶粒。则该Z轴磁电阻传感器的具体结构可以为以下结构：

结构D:Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，硬磁磁极阵列包括4个硬磁磁极，分别对应于4个Z桥臂，微波线圈阵列包括1个环绕4个硬磁磁极的微波线圈。

结构E:Z轴磁电阻传感器为推挽桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，或者，Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为全桥结构，硬磁磁极阵列包括2个硬磁磁极，分别对应于2个Z桥臂，微波线圈阵列包括1个环绕2个硬磁磁极的微波线圈。

结构F:Z轴磁电阻传感器为参考桥式磁电阻传感器，且为半桥结构或准桥结构，硬磁磁极阵列包括1个硬磁磁极，对应于1个Z桥臂，微波线圈阵列包括1个环绕1个硬磁磁极的微波线圈。

上述的结构一至结构四、方式一至方式二、设置一至设置五、以及结构A至结构F之间可以相互结合、拆解，得到多种硬磁写磁头结构。

在一些实施例中，硬磁磁极阵列中一部分硬磁磁极的写入端的磁性方向与剩余的硬磁磁极的写入端的磁性方向相反。

例如，在制备硬磁磁极阵列时，可以将其中一些硬磁磁极制备为硬磁磁极写入端为N极，另一些硬磁磁极制备为硬磁磁极写入端为S极，进而在硬磁写磁头对Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域进行写入操作时，晶圆的单元写入区域中不同位置可以写入相反方向的磁矩。在此实施方式中，若硬磁磁极还环绕有微波线圈，微波线圈中所通入电流的方向应与硬磁磁极写入端的磁性相适应，即微波线圈所产生磁场的方向应与硬磁磁极写入端所产生磁场的方向相一致。

下面结合附图列举一些硬磁写磁头的具体结构：

示例一：图1所示的硬磁写磁头为结构一加方式一的结构，该结构包括：衬底2和硬磁磁极阵列3。

这里的衬底2为PCB，且为非磁性层，硬磁磁极阵列3内嵌入衬底PCB中且贯穿PCB，其中硬磁磁极阵列3写入端24正对着晶圆5上Z桥臂阵列6，如硬磁磁极33的写入端正对着Z桥臂63，硬磁磁极32的写入端正对着Z桥臂62，硬磁磁极31的写入端正对着Z桥臂61，硬磁磁极30的写入端正对着Z桥臂60，25为硬磁磁极支撑端，硬磁磁极具有+Z或者-Z方向磁矩。其中，在晶圆5的的远离硬磁写磁头的一侧还设置有第一软磁屏蔽层4。

示例二：图2所示的硬磁写磁头为结构一加设置一的结构，该结构包括：衬底2(1)、第二软磁屏蔽层8、第一金属中间层7和硬磁磁极阵列3。

这里的衬底2(1)为PCB，可以视为单层板，包括：非磁性层2’，位于PCB的第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8以及第一金属中间层7，硬磁磁极阵列3内嵌入衬底2(1)中，且贯穿于衬底2(1)，其中硬磁磁极阵列3写入端24正对着晶圆5上Z桥臂阵列6，如硬磁磁极33写入端正对着Z桥臂63，硬磁磁极32写入端正对着Z桥臂62，硬磁磁极31写入端正对着Z桥臂61，硬磁磁极30写入端正对着Z桥臂60，硬磁磁极阵列3支撑端25贯穿于第二软磁屏蔽层8且位于第一表层301，硬磁磁极具有+Z或者-Z方向磁矩。

示例三：图3所示的硬磁写磁头为结构一加设置一和设置三的结构，该结构包括：衬底2(2)、第二软磁屏蔽层8、第一中间金属层7、第三软磁屏蔽层10、第二中间金属层9和硬磁磁极阵列3。

这里的衬底2(2)为PCB，可以视为双层板，包括：非磁性层2’，位于PCB第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8及其第一中间金属层7，位于PCB第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10及其第二中间金属层9，硬磁磁极阵列3内嵌入衬底PCB中，且贯穿于PCB，其中硬磁磁极阵列3写入端24贯穿于第三软磁屏蔽层10且位于第二表层302上，且第三软磁屏蔽层10环绕所述硬磁磁极阵列3，两者之间间隙具有11，硬磁磁极阵列3写入端正对着晶圆5上Z桥臂阵列6，如硬磁磁极33写入端正对着Z桥臂63，硬磁磁极32写入端正对着Z桥臂62，硬磁磁极31写入端正对着Z桥臂61，硬磁磁极30写入端正对着Z桥臂60，硬磁磁极阵列3支撑端25贯穿于第二软磁屏蔽层8且位于第一表层301，硬磁磁极具有+Z或者-Z方向磁矩。

具体的，图4为图3结构仰视图，其中AA截面对应图3中的写磁头1(1)，硬磁磁极30-33，30(0)-33(0)位于第三软磁屏蔽层10的窗口上，且任一硬磁磁极均被第三软磁屏蔽层10所环绕，且和第三软磁屏蔽层10之间均形成间隙。

示例四：图5所示的硬磁写磁头为结构一加设置一、设置三和设置五的一种结构，该结构包括：衬底2(3)、硬磁磁极阵列3、第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10、第一中间金属层7、第二中间金属层9、第三中间金属层12以及第四软磁屏蔽层13。

这里的本例中衬底2(3)为PCB，相当于一个双层PCB，第二软磁屏蔽层8位于PCB的第一表层301，第三软磁屏蔽层10位于PCB的第二表层302，第四软磁屏蔽层位于PCB第二表层2(3)的上方，第三软磁屏蔽层10、第三软磁屏蔽层8和第四软磁屏蔽层13分别采用第一中间金属层7，第二中间金属层9和第三中间金属层12作为过渡层。硬磁磁极阵列3内嵌入衬底PCB中，且贯穿于PCB，硬磁磁极阵列3的写入端24贯穿第三软磁屏蔽层10，且和第三软磁屏蔽层10之间形成环形间隙11，硬磁磁极阵列3的支撑端25贯穿第二软磁屏蔽层8，且位于第四软磁屏蔽层13的下方。硬磁磁极阵列3和位于Z轴磁电阻传感器的晶圆5上的Z桥臂阵列之间的对应关系如前面图1-3相同，这里不再赘述。

可选地，上述示例一到示例四中的硬磁磁极阵列可以为预制永磁体，即制备好的永磁体条或永磁体棒直接安装到PCB通孔中。也可以为厚膜永磁体，即利用气流溅射法制备的永磁体厚膜直接填充到PCB通孔中而形成。该硬磁磁极阵列的具体结构可以根据实际情况进行选择，本申请不做具体限制。

示例五：图6所示的硬磁写磁头为结构一加设置一、设置三和设置五的另一种结构，该结构包括：衬底2(4)、硬磁磁极阵列3’、第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10、第一中间金属层7，第二中间金属层9、第三中间金属层12和第四软磁屏蔽层13。

这里的衬底2(4)为PCB，相当于一个双层PCB，第二软磁屏蔽层8位于PCB的第一表层301，第三软磁屏蔽层10位于PCB的第二表层302，第四软磁屏蔽层13位于PCB第二表层302的上方。第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10和第四软磁屏蔽层13分别采用第一中间金属层7，第二中间金属层9和第三中间金属层12作为过渡层。硬磁磁极阵列3’，内嵌入衬底PCB中，且贯穿于PCB，硬磁磁极阵列3’的写入端24贯穿第三软磁屏蔽层10，且和第三软磁屏蔽层10之间形成环形间隙11，硬磁磁极阵列3’的支撑端25贯穿第二软磁屏蔽层8，且位于第四软磁屏蔽层13的下方。硬磁磁极阵列3和位于Z轴磁电阻传感器的晶圆5上的Z桥臂阵列之间的对应关系如前面图1-3相同，这里不再赘述。

其中，硬磁磁极阵列3’为永磁磁粉和胶体混合物填满PCB通孔而形成的复合永磁体。该复合永磁体形状为多级台阶、假设为N级台阶，其横截面为圆形或者方形，靠近硬磁磁极支撑端25的第一个台阶截面尺寸为D1，靠近硬磁磁极写入端24的第N个台阶截面尺寸为DN，那么N级台阶截面尺寸大小依次为：D1>D2…>DN。在示例中为3级台阶，靠近硬磁磁极支撑端25的第一级台阶尺寸最大，靠近硬磁磁极写入端的第三级台阶24尺寸最小，第二级台阶居于两者之间。

示例六：图7所示的硬磁写磁头为结构二加设置一和设置三的结构，该结构包括：微波线圈阵列14、PCB衬底2(5)、硬磁磁极阵列3’、第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10、第一中间金属层7、第二中间金属层9、第三中间金属层12和第四软磁屏蔽层13。

这里的PCB衬底2(5)等效于双层PCB，其中第二软磁屏蔽层8位于PCB的第一表层301，第三软磁屏蔽层10和微波线圈阵列14位于PCB的第二表层302，第四软磁屏蔽层13位于第二软磁屏蔽层8之上，第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10和第四软磁屏蔽层13分别采用第一中间金属层7，第二中间金属层9和第三中间金属层12作为过渡层。

其中，如图8所示，图8为图7结构仰视图，其中BB截面对应图7中的写磁头1(1)，微波线圈阵列14，包括：微波线圈14(1)和14(2)，任一微波线圈环绕至少一个硬磁磁极，在示例中微波线圈14(1)环绕四个硬磁磁极32，33，32(0)和33(0)，微波线圈14(2)环绕四个硬磁磁极30，31，20(0)和31(0)，第三软磁屏蔽层10环绕硬磁磁极30-33，30(0)-33(0)，且和硬磁磁极30-33，30(0)-33(0)之间形成间隙；且任一微波线圈14(1)和14(2)和第三屏蔽层10之间形成间隙，其余部分为第三屏蔽层10所示覆盖。

示例七：图9所示的硬磁写磁头为结构四加设置一和设置三的结构，该结构包括：PCB衬底2(6)、硬磁磁极阵列3’、微波线圈阵列14、加热线圈阵列15、第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10、第一中间金属层7、第二中间金属层9、第三中间金属层12和第四软磁屏蔽层13。

这里的PCB衬底2(6)等效于双层PCB。其中，第二软磁屏蔽层8位于PCB的第一表层301，第三软磁屏蔽层10、微波线圈阵列14和加热线圈阵列15位于PCB的第二表层302，第四软磁屏蔽层13位于第二软磁屏蔽层8之上，第二软磁屏蔽层8、第三软磁屏蔽层10和第四软磁屏蔽层13分别采用第一中间金属层7，第二中间金属层9和第三中间金属层12作为过渡层。

其中，任一硬磁磁极均环绕一个加热线圈，而任一微波线圈则环绕至少一个硬磁磁极。在示例中，如图10所示，图10为图9结构仰视图，其中CC截面对应图9中的写磁头1(1)。该微波线圈14(1)环绕四个硬磁磁极32，33，32(0)和33(0)，加热线圈15(2)环绕硬磁磁极32，加热线圈15(1)环绕硬磁磁极33，加热线圈15’(2)环绕硬磁磁极32(0)，加热线圈15’(1)环绕硬磁磁极33(0)；微波线圈14(2)环绕四个硬磁磁极30，31，30(0)和31(0)，加热线圈15(3)环绕硬磁磁极31，加热线圈15(4)环绕硬磁磁极30，加热线圈15’(3)环绕硬磁磁极31(0)，加热线圈15’(4)环绕硬磁磁极30(0)。任一微波线圈如14(1)和14(2)和第三软磁屏蔽层10之间均有间隙隔开，任一加热线圈如15(1)-15(4)、15’(1)-15’(4)和第三软磁屏蔽层10之间均有间隙隔开，其余区域均被第三软磁屏蔽层10覆盖。

示例八：图11所示的硬磁写磁头为结构四加设置二和设置四的结构，该结构包括：晶圆衬底2(7)、硬磁磁极阵列3(00)、第二软磁屏蔽层8(1)、第三软磁屏蔽层10(1)、微波线圈阵列14(0)以及加热线圈阵列15(0)。

这里的晶圆衬底2(7)可以为硅，以及非硅衬底，如玻璃、聚合物等。该晶圆衬底2(7)的具体材料可以根据实际情况进行选择，本申请不做具体限制。

上述的硬磁磁极阵列3(00)位于晶圆衬底2(7)上方，为气流溅射法沉积的厚膜永磁体，第二软磁屏蔽层8(1)位于晶圆衬底2(7)和硬磁磁极阵列3(00)的支撑端25之间。

其中，任一硬磁磁极写入端均被一个加热线圈所环绕和第三软磁屏蔽层所环绕，且加热线圈位于第三软磁屏蔽层和硬磁磁极之间，加热线圈和硬磁磁极，加热线圈和第三软磁屏蔽层之间均有间隙。如硬磁磁极30(00)、31(00)、32(00)或33(00)的均分别被加热线圈15(04)、15(03)、15(02)或15(01)所环绕，且硬磁磁极和加热线圈之间具有间隙，然后硬磁磁极30(00)和加热线圈15(04)，硬磁磁极31(00)和加热线圈15(03)，硬磁磁极15(02)和加热线圈15(02)、硬磁磁极15(01)和加热线圈15(01)均分别被第三软磁屏蔽层10(1)所环绕，且第三软磁屏蔽层和加热线圈之间具有间隙；微波线圈14(01)或14(02)环绕至少一个硬磁磁极及其对应的加热线圈。

在实施例中，写磁头1(6)的仰视图可以参考图10，微波线圈14(01)环绕四个硬磁磁极和加热线圈，其中包括图11中可见的两个32(00)和33(00)，以及可见的对应的两个加热线圈15(02)和15(01)。微波线圈14(02)环绕四个硬磁磁极和加热线圈，其中包括图11中可见的两个30(00)和31(00)，以及可见的对应的两个加热线圈15(04)和15(03)。微波线圈14(01)和14(02)和第三软磁屏蔽层10(1)之间具有间隙，其余位置被第三软磁屏蔽层10(1)所覆盖。此外，第二软磁屏蔽层8(1)和晶圆2(7)之间具有第四中间金属层7(1)，硬磁磁极3(00)支撑端具有第五中间金属层3(01)，第三软磁屏蔽层10(1)、微波线圈阵列14(0)、加热线圈阵列15(0)具有第六中间金属层9(1)，硬磁磁极阵列3(00)之间用聚酰亚胺111进行填充并绝缘，8(2)为厚膜永磁体加工成硬磁磁极时湿法腐蚀停止层。

应理解，以上仅是示例的部分硬磁写磁头结构，并没有列出该硬磁写磁头结构所有的排列组合。在实际上制造中，对于PCB衬底，选择预制永磁体硬磁磁极阵列，可以选择包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部或者部分。对于PCB衬底，还可以选择复合永磁体阵列，也可以选择包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部或者部分。而对于晶圆衬底，只能选择厚膜永磁体硬磁磁极阵列，也可以选择包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部或者部分。

其中，在上述硬磁写磁头结构的排列组合中，第四软磁屏蔽层必须在第三软磁屏蔽层现有的情况下才能制备。

为便于对本实施例进行理解，下面对本申请实施例所公开的硬磁写磁头所在的硬磁写磁头器件进行详细介绍。该硬磁写磁头器件包括前述硬磁写磁头以及第一软磁屏蔽层。

这里的写磁头位于Z轴磁电阻传感器的晶圆的上方，第一软磁屏蔽层位于Z轴磁电阻传感器的晶圆的下方。

进一步的，下面对本申请实施例所公开的硬磁写磁头所在的硬磁写数据系统进行详细介绍。该硬磁写数据系统包括上述硬磁写磁头器件以及探针测试台。

其中，写数据过程中，Z轴磁电阻传感器的晶圆和硬磁写磁头均放置在探针测试台上，Z轴磁电阻传感器的晶圆放置在探针测试台的X-Y晶圆载物台上，硬磁写磁头放置在探针测试台的探针座上，第一软磁屏蔽位于Z轴磁电阻传感器的晶圆和X-Y晶圆载物台之间，且第一软磁屏蔽层可以位于Z轴磁电阻传感器的晶圆背面或者位于X-Y晶圆载物台上。

通过操作探针测试台实现硬磁写磁头和Z轴磁电阻传感器的晶圆的单元写入区域之间在X-Y方向定位和对准、以及Z方向的写入间距的控制，硬磁写磁头和Z轴磁传感器晶圆之间的写入间距控制在工作间距。

通过操作探针座实现硬磁写磁头在Z轴磁电阻传感器的晶圆上不同单元写入区域的依次定位和写操作。

这里的单元写入区域为所述Z轴磁电阻传感器的晶圆上的单个晶粒、掩模版曝光区或者整个晶圆。

在一些实施例中，该系统还包括辅助加热装置。该辅助加热装置设置在Z轴磁电阻传感器的晶圆上、或者设置在探针测试台上。

下面对本申请实施例所公开的写磁头的制造方法进行详细介绍。

可以理解地，通过上述实施例可知，该硬磁写磁头可以包括多种不同的结构，不同结构的硬磁写磁头可以对应不同的制备方法。当然，相同结构的硬磁写磁头也可以对应不同的制备方法。该硬磁写磁头的制备方法可以根据硬磁写磁头具体结构，以及不同的加工技术进行调整。例如，该硬磁写磁头可以包括PCB衬底，也可以包括晶圆衬底，该PCB衬底和晶圆衬底在进行制备是可以是不同的制备方式。当然，相同PCB对应的加工方式也可能不同，例如该PCB的加工工艺可以包括：机械加工和典型的PCB加工技术等不同工艺类型。该硬磁写磁头的加工工艺可以根据实际情况进行调整。

下面通过图例的方式，示例部分硬磁写磁头的加工工艺，该硬磁写磁头的加工工艺包括但不限于以下方式：

方式一：方式一的加工工艺用于：硬磁磁极为安装在PCB的第一PCB通孔中的预制永磁体的硬磁写磁头。该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别对应第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)利用PCB加工技术在第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；3)加工第一PCB通孔，直径为d，贯通双层PCB和硬磁磁极窗口；4)放置非磁性对准板以封闭第一通孔，同时将预制永磁体安装在第一PCB通孔中，使得所有预制永磁体写入端均对准在非磁性对准板上；5)撤掉非磁性对准板，得到硬磁磁极阵列；6)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

这里的PCB加工技术，包括：光刻、显影、湿法腐蚀和电镀技术等。

具体地，如图12所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，PCB300为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层。这里的a1为PCB300正视图，a2为第二表层302的俯视图，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。

b)采用典型的PCB加工技术，包括：在PCB300的第二表层302对应的第三软磁屏蔽层10上加工出：硬磁磁极窗口80’，为圆形区域，其中多余的第三软磁屏蔽层10被去掉，如图b2所示；加热线圈15’，第一圆弧间隙81’，分隔加热线圈15’和第三软磁屏蔽层10，加热线圈15’所在为圆形区域，第一圆弧间隙81’为圆环形区域；微波线圈14’，第二圆弧间隙82’和第三圆弧间隙83’，分隔微波线圈14’和第三软磁屏蔽层10，微波线圈14’、第二圆弧间隙82’和第三圆弧间隙83’均为圆形区域。这里的b1为步骤b)处理后的正视图，b2为对应的第二表层302的俯视图。

c)在PCB300上加工第一通孔16’，使得通孔位于硬磁磁极窗口80’的中心。其中，c1为步骤c)处理后正视图，c2为对应的第二表层302的俯视图。

d)在PCB300的第二表层302放置非磁性对准板18，然后从一表层301安装预制硬磁磁极3到第一通孔16’中，使得硬磁磁极3写入端对准在非磁性对准板18表面。其中，d为步骤d)处理后正视图。

e)撤掉非磁性对准板18。其中，e为步骤e)处理后正视图。

f)在PCB300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，f为步骤f)处理后正视图。

方式二：方式二的加工工艺用于：硬磁磁极为安装在PCB衬底的第一PCB通孔中的所述预制永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)加工第一通孔，直径为d，贯通双层PCB；3)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，台阶沉孔和第一通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，第一圆弧槽和台阶沉孔之间的第三软磁屏蔽层为加热线圈；第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的第三软磁屏蔽层为微波线圈，台阶沉孔、第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；4)放置非磁性对准板以封闭台阶沉孔，同时将预制永磁体安装在第一PCB通孔中，使得预制永磁体写入端均对准在非磁性对准板上；5)撤掉非磁性对准板，得到硬磁磁极阵列；6)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

具体地，如图13所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层。其中，a1为PCB300正视图，a2为第二表层302的俯视图，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。

b)在PCB300上加工第一通孔16，此时第三软磁屏蔽层10上出现一个孔16，图b1为步骤b)处理后的PCB300正视图，图b2为第二表层302俯视图。

c)采用机械加工的方法在PCB300的第二表层302所在的第三软磁屏蔽层10上加工：台阶沉孔80，所在区域没有第三软磁屏蔽层10，并且深入到非磁性绝缘层2中，台阶沉孔80和第一通孔16共轴；第一圆弧槽81，第二圆弧槽82，第三圆弧槽83，其中加热线圈15位于第一圆弧槽81和台阶沉孔80之间，微波线圈14位于第二圆弧槽82和第三圆弧槽83之间。其中，图c1为步骤c)处理后的PCB300正视图，图c2为第二表层302俯视图。

d)在PCB300的第二表层302放置非磁性对准板18，然后从一表层301安装预制硬磁磁极3到第一通孔16中，使得硬磁磁极3写入端对准在非磁性对准板18表面。其中，d为步骤d)处理后正视图。

e)撤掉非磁性对准板18。其中，e为步骤e)处理后正视图。

f)在PCB300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，f为步骤f)处理后正视图。

方式三：方式三的加工工艺用于：硬磁磁极为由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在PCB衬底中第二PCB通孔中形成的复合永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)采用不同直径刀具，从第一表层到第二表层，加工第二PCB通孔；3)采用非磁性透明对准板封住第二PCB通孔的位于第二表层的台阶开口，并在非磁性透明对准板的另一面放置对准永磁体以使得复合永磁体具有+Z或-Z向极性；4)混合永磁磁粉和胶体形成混合物，并分散在第一表层上，将混合物填充到第二PCB通孔中，并除掉多余的磁粉；5)撤掉非磁性透明对准板；6)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，台阶沉孔和第二通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，第一圆弧槽和台阶沉孔之间的第三软磁屏蔽层为加热线圈；第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的第三软磁屏蔽层为微波线圈，台阶沉孔、第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；7)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

具体地，如图14所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层。其中a1为PCB300正视图，a2为第二表层302的俯视图，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。

b)加工多级台阶通孔，即第二通孔16”。其中，b为步骤b)中PCB300正视图。

c)在PCB300的第二表层302放置透明非磁性对准板18’，然后放置一个永磁体19，透明非磁性对准板18’位于永磁体19和PCB2之间；然后从第一表层301填入永磁粉和胶体均匀混合而成的粉体20，然后采用塑料刮刀21挤压填充到第二通孔16”中，并压实，形成复合永磁体，永磁体19用复合永磁体在固化过程中磁粉磁矩取向实现Z向。其中，c为步骤c)中PCB300正视图。

d)刮掉多余的粉体，并拿掉永磁体19和透明非磁性对准板18’。其中，d为步骤d)中PCB300正视图。

e)采用机械加工的方法在PCB300的第二表层302所在的第三软磁屏蔽层10上加工：永磁窗口80(1)，去掉多余的第三软磁屏蔽层10，并深入到绝缘层2中；永磁窗口80(1)和第二通孔16”共轴；第一圆弧槽81(1)，第二圆弧槽82(1)，第三圆弧槽83(1)，其中加热线圈15(1)位于第一圆弧槽81(1)和永磁窗口80(1)之间，微波线圈14(1)位于第二圆弧槽82(1)和第三圆弧槽83(1)之间。其中，e为步骤e)中PCB300正视图。

f)在PCB300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，f为步骤f)中PCB300正视图。

方式四：方式四的加工工艺用于：硬磁磁极为由包括永磁磁粉和胶体形成的混合物填充在PCB衬底中第二PCB通孔中形成的复合永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)采用不同直径刀具，从第一表层到第二表层，加工第二PCB通孔；3)采用非磁性透明对准板封住第二PCB通孔的位于第二表层的台阶开口，并在非磁性透明对准板的另一面放置对准永磁体以使得复合永磁体具有+Z或-Z向极性；4)混合永磁磁粉和胶体形成混合物，并分散在第一表层上，将混合物填充到第二PCB通孔中，并除掉多余的磁粉；5)撤掉非磁性透明对准板；6)拆掉非磁性透明对准板；7)利用PCB加工技术在第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；8)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

具体地，如图15所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层。其中a1为PCB300正视图，a2为第二表层302的俯视图，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。

b)加工多级台阶通孔，即第二通孔16”。其中，b为步骤b)中PCB300正视图。

c)在PCB 300的第二表层302放置透明非磁性对准板18’，然后放置一个永磁体19，透明非磁性对准板18’位于永磁体19和PCB 2之间；然后从第一表层301填入永磁粉和胶体均匀混合而成的粉体20，然后采用塑料刮刀21挤压填充到台阶通孔16”中，并压实，形成复合永磁体，永磁体19用复合永磁体在固化过程中磁粉磁矩取向实现Z向。其中，c为步骤c)中PCB300正视图。

d)刮掉多余的粉体，并拿掉永磁体19和透明非磁性对准板18’。其中，d为步骤d)中PCB300正视图。

e)采用典型的PCB加工技术，包括：光刻、显影、湿法腐蚀和电镀技术，在PCB 300的第二表层302对应的第三软磁屏蔽层10上加工出：硬磁磁极窗口80(3)，为圆形区域，其中多余的第三软磁屏蔽层10被去掉；加热线圈15(3)，第一圆弧间隙81(3)，分隔加热线圈15(3)和第三软磁屏蔽层10，加热线圈15(3)所在为圆形区域，第一圆弧间隙81(3)为圆环形区域；微波线圈14(2)，第二圆弧间隙82(3)和第三圆弧间隙83(3)，分隔微波线圈14(2)和第三软磁屏蔽层10，微波线圈14(2)、第二圆弧间隙82(3)和第三圆弧间隙83(3)均为圆形区域。其中，e为步骤e)中PCB300正视图。

f)在PCB300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，f为步骤f)中PCB300正视图。

在一些实施例中上述硬磁磁极还可以为根据气流溅射法沉积的厚膜永磁体。

如图16所示，图16为气流溅射法沉积软磁厚膜原理图，在通过气流溅射法沉积软磁厚膜时，Ar气通过作为空心阴极的靶材100，并且接地的真空腔室的外壳101作为阳极，两者之间形成辉光放电，形成等离子体99，作为阴极的靶材被等离子体溅射到基板102上，可以选择SmCo或者其他硬磁合金，气流溅射法具有高速沉积率的特点，可以达到50um.h-1.可以用来制作厚膜硬磁或者软磁材料。

如图17所示，图17为气流溅射发放沉积厚膜设备图。该气流溅射发放沉积厚膜设备包括：软磁或者硬磁的靶材100、冷却水口104和框架结构103。其中，软磁或者硬磁的靶材100安装在框架结构103的内侧，冷却水口104设置在框架结构103上，空气Ar通过靶材形成的空心。

在一种实施例中，如图18所示，图18为气流溅射法PCB上沉积硬磁厚膜填充第一通孔示意图，PCB2(20)放置在基板102上，在沉积硬磁厚膜之前，预先在孔壁上沉积第四金属中间层3(0)，然后沉积永磁厚膜3，填充第一通孔。

在另一种实施例中，如图19所示，图19为气流溅射法晶圆上沉积硬磁厚膜示意图。将晶圆105放置在基板102上，并且在沉积厚膜106之前，预先在晶圆上沉积一层第五中间金属层105(0)，用以改善硬磁厚膜106和晶圆105的结合力。

应理解，当该硬磁磁极通过气流溅射法沉积软磁厚膜的方式得到时，该硬磁写磁头也可以通过不同方式制的，示例性地：

方式五：方式五的加工工艺用于：硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在晶圆衬底中的通孔中的厚膜永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)晶圆上气流溅射法沉积第二软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和晶圆之间采用非磁性金属中间层过渡；2)沉积永磁厚膜硬磁磁极湿法刻蚀停止层：SiO2，Si3N4或者Al2O3薄膜；3)气流溅射法沉积厚膜永磁体；4)以光刻胶做掩膜，形成厚膜永磁体硬磁磁极的刻蚀窗口；5)湿法刻蚀厚膜永磁体，并去光刻胶，得到厚膜永磁体硬磁磁极阵列；6)甩聚酰亚胺填充厚膜永磁体硬磁磁极阵列间隙及表面，固化并平整化；7)反应离子刻蚀(RIE)减薄聚酰亚胺；8)溅射种子层；9)电镀加热线圈、微波线圈、第三软磁屏蔽层；10)去种子层，得到写磁头。

具体地，如图20所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)晶圆105上沉积第五中间金属层105(0)和第二软磁屏蔽层106；其中，a为步骤a)中晶圆105正视图。

b)沉积硬磁厚膜的湿法腐蚀停止层，如Si3N4,Al2O3,SiO2陶瓷材料薄膜107覆盖第二软磁屏蔽层106；其中，b为步骤b)中晶圆105正视图。

c)沉积非磁性第六中间金属层108(0)和气流溅射法沉积硬磁厚膜108；其中，c为步骤c)中晶圆105正视图。

d)光刻胶做掩膜109，形成厚膜刻蚀窗口；其中，d为步骤d)中晶圆105正视图。

e)湿法腐蚀硬磁厚膜108，去掉硬磁磁极之间的多余硬磁厚膜110，形成硬磁磁极阵列3(00)；其中，e为步骤e)中晶圆105正视图。

f)甩聚酰亚胺111，固化，平整化，使得硬磁磁极覆盖在聚酰亚胺中；其中，f为步骤f)中晶圆105正视图。

g)反应离子刻蚀(RIE)减薄聚酰亚胺；其中，g为步骤g)中晶圆105正视图。

h)沉积种子层112；其中，h为步骤h)中晶圆105正视图。

i)以光刻胶做掩膜分别加工:第三软磁屏蔽层113，加热线圈114和微波线圈115；其中，i为步骤i)中晶圆105正视图。

j)去种子层，得到写磁头。其中，j为步骤j)中晶圆105正视图。

方式六：方式六的加工工艺用于：硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在PCB衬底中的第一PCB通孔中的厚膜永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)利用PCB加工技术在第三软磁屏蔽层上制备：加热线圈、微波线圈、硬磁磁极窗口，并保留相互之间的第三软磁屏蔽层；3)甩光刻胶作为牺牲层覆盖PCB第二表层；4)加工第一PCB通孔，直径为d，贯通PCB和光刻胶层，并和台阶沉孔共轴；5)放置双层PCB在基板上将台阶沉孔端对准气流溅射厚膜沉积设备靶材，开始沉积硬磁厚膜，直至将通孔填满；6)去光刻胶，得到包含硬磁厚膜硬磁磁极的写磁头；7)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

具体地，如图21所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。其中a为步骤a)中PCB300正视图。

b)采用典型的PCB加工技术，包括：在PCB300的第二表层302对应的第三软磁屏蔽层10上加工出：硬磁磁极窗口80”，为圆形区域，其中多余的第三软磁屏蔽层10被去掉，如图b所示；加热线圈15”，第一圆弧间隙81”，分隔加热线圈15”和第三软磁屏蔽层10，加热线圈15”所在为圆形区域，第一圆弧间隙81”为圆环形区域；微波线圈14”，第二圆弧间隙82”和第三圆弧间隙83”，分隔微波线圈14”和第三软磁屏蔽层10，微波线圈14”、第二圆弧间隙82”和第三圆弧间隙83”均为圆形区域。其中，b为步骤b)中PCB300正视图。

c)采用光刻胶210作为牺牲层覆盖第二表层302；其中，c为步骤c)中PCB300正视图。

d)采用刀具加工第一通孔16”，使得硬磁磁极窗口80”和第一通孔16”共轴；其中，d为步骤d)中PCB300正视图。

e)气流溅射法沉积厚膜硬磁磁极3(01)填充第一通孔16”，并采用第四金属中间层3(00)覆盖第一通孔16”孔壁的底面；其中，e为步骤e)中PCB300正视图。

f)去光刻胶，得到硬磁磁极3”；其中，f为步骤f)中PCB300正视图。

g)在PCB300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，g为步骤g)中PCB300正视图。

方式七：方式七的加工工艺用于：硬磁磁极为根据气流溅射法沉积在PCB衬底中的第一PCB通孔中的厚膜永磁体的硬磁写磁头，该方法包括：1)选择双层PCB，PCB第一表层和第二表层分别设置第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层均采用非磁性中间金属层作为过渡层；2)加工尺寸为D(D>d)的台阶沉孔，台阶沉孔和第一通孔共轴；加工第一圆弧槽、第二圆弧槽和第三圆弧槽，第一圆弧槽和台阶沉孔之间的第三软磁屏蔽层为加热线圈；第二圆弧槽和第三圆弧槽之间的第三软磁屏蔽层为微波线圈，台阶沉孔、第一圆弧槽、第二圆弧槽、第三圆弧槽均穿透第三软磁屏蔽层并深入PCB绝缘层中；3)甩光刻胶作为牺牲层覆盖PCB第二表层；4)加工第一PCB通孔，直径为d，贯通PCB和光刻胶层，并和台阶沉孔共轴；5)放置双层PCB在基板上，将台阶沉孔端对准气流溅射厚膜沉积设备靶材，开始沉积硬磁厚膜，直至将通孔填满；6)去光刻胶，得到包含硬磁厚膜硬磁磁极的写磁头；7)在第二软磁屏蔽层上沉积第四软磁屏蔽层，第二软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层之间采用非磁性金属中间层过渡。

具体地，如图22所示，该方法可以通过以下具体步骤实现：

a)起始衬底为PCB300，为双层PCB结构，包括：非磁性绝缘部分2，位于第一表层301位置的第二软磁屏蔽层8，位于第二表层302位置的第三软磁屏蔽层10，且第二软磁屏蔽层8和第三软磁屏蔽层10分别采用中间金属层7和9作为过渡层，第二表层302均为第三软磁屏蔽层10所覆盖。其中，a为PCB300正视图。

b)采用机械加工的方法在PCB300的第二表层302所在的第三软磁屏蔽层10上加工：台阶沉孔80”’，所在区域没有第三软磁屏蔽层10，并且深入到非磁性绝缘层2中，台阶沉孔80”’；第一圆弧槽81”’，第二圆弧槽82”’，第三圆弧槽83”’，其中加热线圈15”’位于第一圆弧槽81”’和台阶沉孔80”’之间，微波线圈14”’位于第二圆弧槽82”’和第三圆弧槽83”’之间。其中，b为步骤b)中PCB300正视图。

c)采用光刻胶210”’作为牺牲层覆盖第二表层302；其中，c为步骤c)中PCB300正视图。

d)采用刀具加工第一通孔16”’，使得台阶沉孔80”’和第一通孔16”’共轴；其中，d为步骤d)中PCB300正视图。

e)气流溅射法沉积厚膜硬磁磁极3(03)填充第一通孔16”’，并采用第四金属中间层3(02)覆盖第一通孔16”’孔壁的底面；其中，e为步骤3)中PCB300正视图。

f)去光刻胶，得到硬磁磁极3”’；其中，f为步骤f)中PCB300正视图。

g)在PCB 300的第一表层301表面沉积第四软磁屏蔽层13，并采用第三金属中间层12过渡。其中，g为步骤g)中PCB300正视图。

在上述示例中，图12和图13列出了写磁头衬底为PCB，硬磁磁极阵列为预制永磁体，包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部结构的加工工艺。

图14和图15列出了写磁头衬底为PCB，硬磁磁极阵列为复合永磁体，包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部结构的加工工艺。

图20为写磁头衬底为晶圆，硬磁磁极阵列为厚膜永磁体，包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部结构的加工工艺。

图21和图22为写磁头衬底为PCB，硬磁磁极阵列为厚膜永磁体，包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部结构的加工工艺。

可选地，上述永磁体的组成材料为Alnico；或者铁氧体陶瓷材料MO·6Fe2O3，M为Ba，Sr或者两者的组合；或者选自RECo5，其中RE＝Sm和/或Pr；RE2TM17，其中RE＝Sm，TM＝Fe，Cu，Co，Zr和/或Hf；以及RE2TM14B，其中RE＝Nd，Pr和/或Dy，TM＝Fe和/或Co中的一种或多种；或者FeCrCo合金和NbFeB合金中的一种或多种。该永磁体的材料可以根据实际情况选择，本申请不做具体限制。

上述第一软磁屏蔽层为合金材料，包括Co、Fe、Ni中的至少一种元素，或者，还包括B、C、Si、过渡元素、稀土元素中至少一项等，该第一软磁屏蔽层的材料可以根据实际情况选择，本申请不做具体限制。

应理解，以上仅是示例的部分硬磁写磁头结构的加工工艺，并没有列出该硬磁写磁头所有结构的加工工艺。实际上，对于PCB衬底，可以选择预制永磁体或者厚膜永磁体作为硬磁磁极阵列，进而对应的硬磁写磁头可以选择包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、第四软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部或者部分。其中，第四软磁屏蔽层必须在第三软磁屏蔽层现有的情况下才能制备。

同样，对于晶圆衬底，晶圆衬底只能选择厚膜永磁体硬磁磁极阵列，对应的硬磁写磁头可以选择包含第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层、微波线圈、加热线圈全部或者部分。

当写磁头只包含部分而不是全部的情况下，需要根据具体情况下对加工工艺进行局部的调整即可。

为了方便进一步理解，下面对该硬磁写磁头的部分性质和原理结合附图进一步解释说明：

图23为硬磁磁极空间磁力线分布图，硬磁磁极3为Z向磁化，硬磁磁极写入端为N极或者为S极，硬磁磁极支撑端为S极或者N极，为典型指南针磁场分布。

图24为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处的磁场分量分布图，其中301和302分别对应硬磁磁极的两个位置边缘，300为对称轴。可以看出，Bx相对于对称轴为中心对称，大小相同，符号相反，Bz为轴对称，单向，且在中间位置形成一个磁场平台。By最大值为-0.55T,Bx值从-0.68T到+0.68T之间变化。By和Bx处于相同的数量级，无法实现对Z桥臂的准确的写入操作。因此，单纯的硬磁磁极不适合于写磁头。

图25为硬磁磁极和第一软磁屏蔽层组合磁力线分布图，硬磁磁极3和第一软磁通屏蔽层4之间形成通量集中效应。

图26为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图。可以看出，By最大值可以达到-1.02T，而Bx在-0.25T到+0.25T之间变化。因此第一软磁屏蔽层4的引入，显著降低了Bx数值，使得By增加，因此，可以实现Z桥臂磁矩的写入操作，可以用于写磁头。

图27为硬磁磁极、第一软磁屏蔽层和第二软磁屏蔽层组合磁力线分布图，硬磁磁极3和第一软磁屏蔽层4、第二软磁屏蔽层8之间形成通量集中效应。

图28为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图，可以看出，By最大值可以达到-1.05T，而Bx在-0.25T到+0.25T之间变化。因此，第二软磁屏蔽层的引入，导致By的增加，Bx相对于图25没有明显变化，但是第二软磁屏蔽层8可以作为屏蔽层对于来自于支撑端的外来磁场具有屏蔽作用。

图29为硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层组合磁力线分布图，硬磁磁极3和第一软磁通量集中器4、第二软磁屏蔽层8之间形成通量集中效应。此外，第三软磁屏蔽层10和第一软磁屏蔽层4之间形成屏蔽效应。

图30为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图。可以看出，By最大值可以达到-1.07T，而Bx在-0.25T到+0.25T之间变化。因此，第三软磁屏蔽层的引入，导致By的增加，比较图27和图29，Bx在第三屏蔽层10区域迅速降低并保持在0，离开301边缘大概为30um距离，此时Bz分量保持在+0.25T，而图27中，在离开301边缘之后，By数值逐渐增加，达到0.4T。因此，第三软磁屏蔽层10的引入，能够降低硬磁磁极3的杂散磁场对附近的Z桥臂的影响程度，提高硬磁磁极的空间分辨率。

图31为台阶硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层组合磁力线分布图。

图32为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图。可以看出，By最大值可以达到-1.15T，而Bx在-0.27T到+0.27T之间变化。因此台阶硬磁磁极类似于一个通量集中器，具有增加By磁场的作用。

图33为贯穿硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层和第三软磁屏蔽层组合磁力线分布图。硬磁磁极3贯穿第二软磁屏蔽层8，图34为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图。可以看出，By最大值可以达到-1.05T，而Bx在-0.25T到+0.25T之间变化，比较图29中的硬磁磁极，By从1.07T减小到1.05T，其他没有明显变化，但是硬磁磁极3可能会受到来自于支撑端外来磁场的影响。

图35为贯穿硬磁磁极、第一软磁屏蔽层、第二软磁屏蔽层、第三软磁屏蔽层和第四软磁屏蔽层组合磁力线分布图，增加第四软磁屏蔽层13，位于贯穿硬磁磁极3之上。

图36为硬磁磁极正对的Z桥臂位置处磁场分量分布图，可以看出，By最大值可以达到-1.07T，而Bx在-0.25T到+0.25T之间变化。但是第四屏蔽层13的引入，可以使得来自于顶层得外磁场产生屏蔽作用，减小对写磁头得影响。

图37为典型的Z轴磁电阻传感器的传感器单元堆叠层结构，其中Si/SiO2为衬底700，(Co/Pt)n701和703为PMA(垂直各向异性)材料，Ru702为金属中间层，形成(Co/Pt)n/Ru/(Co/Pt)n结构，得到两个反向的垂直磁矩，同时又作为钉扎层CoFeB705的种子层，CoFeB705和隔离层MgO706之间由于界面处形成PMA，自由层CoFeB 707和中间层MgO706之间界面处也形成PMA，Ta/Ru层708为帽层，CoFeB/Ta/(CoPt)n/Ru/(Co/Pt)n一起形成了钉扎层7。实际的磁隧道结为CoFeB/MgO/CoFeB结构，705为钉扎层，707为自由层。

图38为Z磁场作用下钉扎层磁矩的旋转示意图，硬磁磁极产生的直流磁场仅仅为Z分量磁场，X磁场分量为0，Z桥臂的起始磁矩假设为M0，写入磁矩方向为M1，那么在Z分量磁场作用下，反转路径可以为720方向，也可以为721方向，因此仅有Z磁场分量的情况下，写入磁矩的旋转路径具有不确定性。

硬磁磁极在Z桥臂位置处的Bx的分布可以看出，Bx具有中心对称的特点，其中一半为Bx>0，另一半为Bx<0，因此，Bx>0的方向将具有确定路径720，Bx<0的方向，将具有确定路径721。

图39为微波磁场和直流磁场共同作用下钉扎层磁矩旋转示意图，图39a中硬磁磁极3(300)产生直流磁场79(300)，微波线圈5(300)中通入微波电流55(300)，经过第二软磁屏蔽层8(300)和第三软磁屏蔽层10(300)后，在位于衬底9(300)上的Z桥臂7(300)处产生直流磁场79(300)和微波磁场79(301)，Z桥臂7(300)的起始磁矩78(300)为-Z方向，图39b为磁矩的旋转轨迹，此时磁矩78(300)在直流磁场79(300)作用下开始旋转，但是在微波磁场79(301)下产生进动，这样，磁矩的运动轨迹为725(300)，从M0方向旋转到M1方向，伴随磁矩的直流转动和微波进动，从而完成磁矩的写入，微波磁场使得磁矩的写入过程具有稳定性，其运动轨迹恒定，保证Z桥臂磁矩写入过程的稳定，并具有可重复性。

在本例中，所有金属中间层为Ta、Ru、Al、Cu、Pt、Pd或Cr，软屏蔽层层为Co,Fe,Ni至少一个元素形成的合金，还可以包括C,B,N以及过渡金属、或者稀土金属形成的软磁合金材料。

图40为推挽桥式Z轴磁电阻传感器的三种结构图，图40a为全桥结构，包含4个需要写入的Z桥臂，图40b为半桥结构，包含2个需要写入的Z桥臂，图40c为准桥结构，包括2个需要写入的Z桥臂。

图41为参考桥式Z轴磁电阻传感器的三种结构图，图41a为全桥结构，包含2个需要写入的Z桥臂，图41b为半桥结构，包含1个需要写入的Z桥臂，图41c为准桥结构，包含1个需要写入的Z桥臂。

从图40和图41可以看出，对应于一个Z轴磁电阻传感器，对应的需要写入的Z桥臂，分别为4个Z桥臂，对应推挽桥式Z轴磁电阻传感器全桥结构，2个Z桥臂，对应推挽桥式Z轴磁电阻传感器半桥结构、参考桥式Z轴磁电阻传感器全桥、推挽桥式Z轴磁电阻传感器准桥，和1个Z桥臂，对应参考桥式Z轴磁电阻传感器半桥和准桥。

由于Z磁电阻传感器晶圆上的晶粒，分别对应于Z轴磁电阻传感器，也就是说晶粒可以有4个，2个和1个需要写入的Z桥臂。

单元写入区域为写磁头在Z轴磁电阻传感器的晶圆上对应的单次写入区域，可以为Z轴磁电阻传感器的晶圆上的单个晶粒、掩模版曝光区、或者整个晶圆。

图42为写磁头结构分布图一，对应的单元写入区域为单个晶粒，本例仅给出了包含加热线圈和微波线圈的情况。图42a对应的单元写入区域为4个Z桥臂的晶粒，写磁头600包括1个微波线圈601，4个加热线圈602，4个硬磁磁极603，其中微波线圈601环绕至少一个硬磁磁极，在本例中环绕4个硬磁磁极603。图42b对应的单元写入区域为2个Z桥臂的晶粒，写磁头600(1)包括：1个微波线圈601(1)，2个加热线圈602(1)，2个硬磁磁极603(1)，本例中微波线圈601(1)环绕2个硬磁磁极603(1)，图42c对应的单元写入区域为1个Z桥臂的晶粒，写磁头600(2)包括1个微波线圈602(20)，1个加热线圈602(2)，1个硬磁磁极603(2)，微波线圈602(20)环绕1个硬磁磁极603(2)。

操作时，写磁头在Z轴磁电阻传感器的晶圆上以一次完成一个Z轴磁电阻传感器晶粒(Die)的速度进行写入操作，直至将整个晶圆上的所有晶粒写完，因此写入时间最长。

图43为写磁头结构分布图二，对应的单元写入区域为Z轴磁电阻传感器的晶圆上的一个掩模版曝光区域(reticle)。假设所述掩模版曝光区域包含M*N个晶粒阵列，且任一晶粒(m,n)包括k个Z桥臂，则对应的写磁头包括：M*N个硬磁磁极单元阵列，所述任一硬磁磁极单元(m,n)包括：k个硬磁磁极、k个加热线圈、或者k个加热线圈加上1个环绕k个硬磁磁极的微波线圈，M,N均为大于1的整数，1≤m≤M,1≤n≤N整数，k＝1、2或4。本例中，掩模版曝光区域603包括5*5个晶粒阵列604，每个晶粒604均包括4个Z桥臂，对应的写磁头包括：5*5个硬磁磁极单元阵列，每个硬磁磁极单元均包括：1个微波线圈605，4个硬磁磁极607和4个加热线圈606，1个微波线圈环绕4个硬磁磁极607，4个加热线圈606分别环绕4个硬磁磁极607。写入操作时，需要在Z轴磁电阻传感器的晶圆上以一次完成一个掩模版曝光区域的速度写入，然后移动到写一个曝光区域，直至完成整个晶圆的写入，写入操作时间居中。

图44为写磁头结构分布图三，单元写入区域为整个晶圆，假设晶圆包括X*Y个掩模版曝光区域阵列，所述任一掩模版曝光区域(x,y)包括M1*N1个晶粒阵列，任一晶粒(x,y,m1,n1)包括k1个Z桥臂，则对应的写磁头包括：X*Y*M1*N1个硬磁磁极单元阵列，任一硬磁磁极单元(x,y,m1,n1)包括：k1个硬磁磁极、k1个加热线圈或者k1个加热线圈加上1个环绕k1个硬磁磁极的微波线圈，X,Y,M1,N1均为大于1的整数，1≤x≤X整数，1≤y≤Y整数，1≤m1≤M1整数，1≤n1≤N1整数，k1＝1、2、4。本例中，Z轴磁电阻传感器的晶圆608，包括11*10阵列式掩模版曝光区域(reticle)609，每个掩模版曝光区域609中的Z轴磁电阻传感器晶粒和写磁头的分布图见图38所示，包括5*5个晶粒阵列，任一晶粒604包括4个Z桥臂，则对应的写磁头包括：11*10*5*5个硬磁磁极单元阵列，任一硬磁磁极单元包括：4个硬磁磁极607，4个加热线圈606，和1个环绕4个硬磁磁极607的微波线圈605。这样就可以一次完成一个晶圆的速度写入，写入操作时间最短，但是对于写磁头的制作成本最高。

图45为写磁头结构分布图四及写入过程，单元写入区域为整个晶圆，假设晶圆包含M*N个晶粒阵列，所述任一晶粒均相同且具有k个Z桥臂(1,…,k)，则对应的写磁头包括：M*[Pk]ceil(N/k)或者[Pk]’ceil(M/k)*N个硬磁磁极阵列，[Pk]或[Pk]’分别表示k个X向或者Y向相邻排列的晶粒行(D1,…,Dk)或者晶粒列(D1,…,Dk)’所对应的k个X向或Y向相邻排列的硬磁磁极单元行(P1,…,Pk)或硬磁磁极单元列(P1,…,Pk)’，其中所述Pi硬磁磁极对应Di晶粒的第i个Z桥臂，1＝

写入过程分成4步，第1步，如图45b所示，晶粒阵列603(1)中，写磁头的硬磁磁极阵列607(1)为第1相位，这样，任一Z轴磁电阻传感器晶粒中存在第一个被写入的Z桥臂。第2步，如图45c所示，写磁头607(2)相对于第1相位向前移动了1个晶粒，为第2相位，这样，任一Z轴磁电阻传感器晶粒中存在第二个被写入的Z桥臂，第3步，如图45d所示，写磁头607(3)为第三相位，第三相位相对于第二相位向前移动了1个晶粒，这样，任一Z轴磁电阻传感器晶粒中存在第三个被写入的Z桥臂，第4步，如图45e所示，写磁头607(4)为第四相位，第四相位相对于第三相位向前移动了1个晶粒，这样，任一Z轴磁电阻传感器晶粒中存在第四个被写入的Z桥臂，且第一、第二、第三和第四Z桥臂位置不同，且构成了任一Z轴磁电阻传感器晶粒的4个Z桥臂。这样可以4步一片晶圆的速度完成对整个晶圆的写入，这样就可以以硬磁磁极数量少于图43的写磁头完成整个晶圆的写入。

图46为写磁头对Z轴磁电阻传感器的晶圆的写入操作图，704为晶圆测试探针台，Z轴磁电阻传感器的晶圆5放置在X-Y晶圆载物台703上，写磁头1(5)放置在探针座707上，图46a为写磁头和Z轴磁电阻传感器的晶圆的对准操作，利用X-Y晶圆载物台703上的向上显微镜705对写磁头1(5)的写入端进行成像，利用位于探针座707上的向下显微镜706对Z轴磁电阻传感器的晶圆5进行成像，通过操作X-Y晶圆载物台703的位置，使得晶圆5上的Z桥臂63和写磁头1(5)上的对应的硬磁磁极33’对准，62对准32’，61对准31’，60对准30’。图46b中为写磁头对Z轴磁电阻传感器的晶圆5的写入操作，写磁头1(5)写入端24和晶圆5上的Z桥臂60-63之间距离d大约在10um左右，以完成写磁头1(5)对晶圆5的写入操作，702为第一软磁屏蔽层，位于Z轴磁电阻传感器的晶圆5和X-Y晶圆载物台703之间，可以位于Z轴磁电阻传感器的晶圆5背面，也可以位于X-Y晶圆载物台703上表面。

还包括辅助加热装置，辅助加热装置可以位于Z轴磁电阻传感器的晶圆上、或者位于探针测试台上。

图47为写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图一，写磁头包括PCB 802，硬磁磁极801、第一软磁屏蔽层806、第二软磁屏蔽层803，第三软磁屏蔽层805，和第四软磁屏蔽层800，在Z桥臂812中产生直流磁场810，另一方面，微波发生器807通过一个电容809直接耦合到第四软磁屏蔽层800上，然后微波另一端连接到Z轴磁电阻传感器的晶圆804上，且Z轴磁电阻传感器的晶圆804接地808，微波在硬磁磁极801和Z桥臂812之间气隙产生微波磁场811，并作用于Z桥臂812。

图48为写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图二，图48a为写磁头和晶圆结构简图，磁头包括硬磁磁极32’和33’，分别正对位于晶圆上的Z桥臂42和43，以及位于底部的微波线圈81，环绕Z桥臂，在本例中是四个Z桥臂。图48(b)为写入电源示意图，微波发生器801通过一个串联电容809(3)分别连接到微波线圈81的两端，且其中一端接地802，Z轴磁电阻传感器的晶圆接地802.

图49为写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路图三，微波圈802(3)等效于一个电感L，和一个并联的电容809(3)构成一个微波LC共振回路，然后通过方波脉冲电源807(3)供电，这样LC共振形成高频微波电流803(30)，微波发生器其中一端接地808(3)，且Z轴磁电阻传感器的晶圆接地808(3)。

图50为写磁头写入Z轴磁电阻传感器的晶圆电路四，微波线圈802(4)等效于一个电感L,和一个电阻805(4)R串联，然后LR和一个并联的电容809(4)构成一个微波LC共振回路，然后通过直流电源807(4)供电，这样LC共振形成高频微波电流803(40)，微波发生器其中一端接地808(4)，且Z轴磁电阻传感器的晶圆接地808(4)。串联电阻805(4)用于消耗LC直流分量，从而使得微波线圈802(4)中产生纯微波分量。

图51为写线圈的工作时序图，包括4个阶段，1)加热线圈，微波线圈都不通电；2)加热线圈通电，微波线圈不通电；3)加热线圈不通电，微波线圈通电；4)加热线圈，微波线圈都不通电。

本申请提供的硬磁写磁头，当其正对Z轴磁电阻传感器的晶圆上的Z桥臂所对应的Z磁电阻传感单元阵列钉扎层时，所述硬磁磁极写入端在所述Z桥臂的钉扎层中产生包含Z向分量的直流写入磁场，从而使得所述钉扎层磁矩转向所述Z向分量直流写入磁场方向，提供了一种简单、快速、高效率的Z轴磁电阻传感器参考层磁矩写入方式。

在磁极还环绕有微波线圈的实施例中，微波线圈可以增强在所述Z桥臂的钉扎层中产生的包含Z向分量直流写入磁场的磁场强度，提高磁矩写入的效率和效果。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。