專利名稱：被保護的磁讀寫頭或磁記錄介質(zhì)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬盤驅(qū)動器(HDD )的制造，特別是通過在下層(underlayer ) 上的類金剛石覆蓋層的使用來保護磁頭和磁盤的方法，該下層還增強了粘性 并且用作腐蝕阻擋層(corrosion barrier )。
背景技術(shù)：
在硬盤驅(qū)動器(HDD)存儲系統(tǒng)中，減小磁讀寫頭和其下面旋轉(zhuǎn)的磁盤 表面之間的頭-盤(head-to-disk )間距(飛行高度)已成為達(dá)到超高記錄密 度的主要手段之一。為了商業(yè)上可用的具有160GB容量的HDD,飛行高度 在10納米(nm)的量級。在快速旋轉(zhuǎn)的盤和在其上精確飛行的讀寫頭之間 保持如此小的間距是困難的而且盤表面和頭之間的偶然接觸是不可避免的。 而當(dāng)這樣的接觸發(fā)生時，會導(dǎo)致頭和盤的損壞并導(dǎo)致記錄在盤上的信息丟 失。為了使頭和盤損壞最小化，薄的DLC(類金剛石碳)覆蓋.層被應(yīng)用到頭 的表面和盤的表面。這種DLC還保護頭中的磁性材料不受環(huán)境中的各種成 分的腐蝕?？紤]到DLC的作用的重要性，重要的是DLC覆蓋層是堅硬、致 密并且非常薄的，具有用以滿足整個飛行高度的需要而無需用完任何被分配 的間距的所需要的薄度。目前現(xiàn)有技術(shù)中DLC覆蓋層的厚度在20-30埃之 間。
通常地，DLC覆蓋層厚度大于50埃并且在該厚度范圍內(nèi)存在高的內(nèi)應(yīng) 力，導(dǎo)致其與頭的襯底材料以及其被粘接到其它襯底的低粘著力。因為高的 內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力，因此需要粘著層。例如，在切削刃和鉆孔刀具的應(yīng)用中， DLC的厚度在微米范圍并且工作溫度能夠達(dá)到幾百攝氏度，粘著層的熱膨脹 系數(shù)(CTE)也扮演著重要的角色?；谶@些原因，Itoh等人的日本專利 JP2571957 (美國專利No.5227196)和JP3195301已經(jīng)提出Si， SiOx， SiC 和SiNx用于這樣的粘著層。具體地，日本專利JP2571957教導(dǎo)引入氣態(tài)硅 化物到具有氧化表面的作為襯底的基礎(chǔ)材料上并且使用等離子體作為分解 媒質(zhì)形成無定形硅的緩沖層。之后，氣態(tài)碳?xì)浠衔锉灰氩⑶以诰彌_層上形成含碳的覆蓋膜。
Itoh (在上面被引用)教導(dǎo)疊層膜包括用于控制內(nèi)應(yīng)力為目的的至少兩 層膜。在一個實施例中控制氮化硅層中氫的含量以獲得在碳層和氧化物襯底 之間作為緩沖層的氮化硅層的最佳性質(zhì)。
JP3195301教導(dǎo)通過插入具有低內(nèi)應(yīng)力的膜在襯底上形成碳膜。在一個 實施例中，氮化硅膜被用作低應(yīng)力的插入膜。用硅化氫氣體引入到反應(yīng)室形 成該膜。
Ishiyama (美國專利申請2006/0063040)公開了 一種具有較好粘接性的 氫化氮化碳的碳基保護層。Hwang等人(美國專利申請2005/0045468 )教 導(dǎo)Si粘著層用于DLC。 Hwang等人(美國專利申請2002/0134672 )公開了 位于DLC層下的Si、 A1203、 Si02或SiNx作為粘著層。David等人(美國 專利號5,609,948 )描述了位于DLC層下的SiC粘著層。
為了在磁頭中應(yīng)用下層，下層應(yīng)具備以下性質(zhì)
1. 電隔離性。對于磁頭，必須為磁性金屬合金層提供電隔離，該磁性金 屬合金層，例如那些包括基于巨磁電阻效應(yīng)(GMR)的磁電阻讀取頭的層， 或那些包括基于隧il^茲電阻效應(yīng)(TMR)的器件的層。在這些層和周圍HDD 組件之間的電短路將損壞頭或類似器件?；诖嗽颍Ｗo層，特別是下層， 應(yīng)該是絕緣或半絕緣的。然而，因為Si的半導(dǎo)體特性，Si粘著層的表面分 流(surface shunting)會將噪音，也就是所謂的爆米花噪音引入到GMR或 TMR讀出器中。
2. 抗腐蝕性。DLC膜，特別是通過現(xiàn)有技術(shù)的過濾陰極真空弧光(filtered cathodic vacuum arc, FCVA)過程制備的那些DLC膜，通常嵌入有微米顆粒 或納米顆粒。這些顆粒能導(dǎo)致用于形成^f茲性活性層中材料，例如NiFe和 NiCoFe的針孔和腐蝕。如果能夠提供下層的抗腐蝕性，將對保持傳感器的 性能完整性起到至關(guān)重要的作用。
3. 抗磨損性。因為粘著層和DLC層的總厚度被減小到低于30埃的范圍 內(nèi)，精確到每一個原子都值得保護。因此粘著層具有用于腐蝕保護的化學(xué)穩(wěn) 定性和用于摩擦優(yōu)勢的高硬度是非常重要的。本發(fā)明的目的就是提供一種作 為粘著層的新型材料以替代上述現(xiàn)有技術(shù)中所描述的Si和相關(guān)材料
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第 一個目的是提供一種用于磁讀寫頭或磁記錄介質(zhì)的薄的保 護層以防止在頭和介質(zhì)表面之間無意的接觸。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種形成為雙層(bilayer)的保護層，其中 覆蓋層主要為保護層以及下層主要為粘性增強層和抗腐蝕層。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種雙層，其中下層的固有的高電阻率減小 了表面分流，因此降低噪音，例如來自讀寫頭的爆米花噪音。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種雙層，其中下層與覆蓋層形成強且穩(wěn)定 的化學(xué)鍵。
本發(fā)明的第五個目的是提供一種滿足上述目的的保護雙層的形成方法。 通過使用一類材料氮氧化硅，通式為SiOxNy，以形成保護雙層的粘接 增強和腐蝕保護下層來達(dá)到本發(fā)明的目的。氮氧化硅能夠有效地與DLC和 讀寫頭襯底結(jié)合以形成強而穩(wěn)定的結(jié)合。其具有必需的化學(xué)和機械特性以滿
足本發(fā)明上述目的。
因為碳和硅原子之間的親合性，對于DLC膜SiOxNy表現(xiàn)出良好的粘接
具有好的粘接性，包括材料例如AlTiC、 AI203、 NiFe、 NiFeCo和類似性質(zhì) 的其它材料。進(jìn)一步，通過改變氧和氮的濃度，化學(xué)式中的x和y,能夠定 制氮氧化硅的化學(xué)、機械和物理特性。為了參考和比較，圖l提供了在磁讀 寫頭制造中使用的各種材料的幾種相關(guān)的機械和電學(xué)特性的表格。
薄保護膜的重要功能，例如本發(fā)明的雙層，是提供腐蝕保護。與硅或非 晶硅相比，Si02和Si3N4更加穩(wěn)定且抗腐蝕并因此防腐蝕。例如，在堿性溶 液中硅的蝕刻率比SiCb或Si3N4的都高得多；特別在KOH溶液中(重量百 分?jǐn)?shù)33,3%， 80。C), Si在(100)面的蝕刻率為11000埃/分鐘，而對于熱 氧化物(thermoxide) Si02,大約77埃/分鐘以及對于富含Si的氮化硅和按 化學(xué)配比的氮化硅而言，蝕刻率基本上為零。(K. R. Wiliams， "Etchrate for micromachining processing-part IF Journal of Microelectromechanical Systems, 12(67)， pp.761-778， 2003 )。
浸漬試驗?zāi)軌蚪沂颈Ｗo覆蓋層的抗腐蝕性。該試驗在酸性(蟻酸)和堿 性(小蘇打)條件下被實施。具有相同的30埃的厚度，SiON/DLC雙層在 統(tǒng)計上顯示出比傳統(tǒng)的Si/DLC雙層(見圖3 )高的抗腐蝕性。
SiOxNy的硬度能夠從6Gpa ( Si02)變化到超過20Gpa ( SiNy )。類似地，SiOxNy薄膜的應(yīng)力能夠從對于SiNy的+0.9Gpa的^i應(yīng)力變化(調(diào)節(jié))到對 于SiO2的-0.3Gpa的壓應(yīng)力。通過比較，a-Si具有大約+1.0Gpa的壓應(yīng)力(R. T. Howe et al., "Stress in polycrystalline and amorphous silicon thin films", Journal of Applied Physics, 54(8)pp.4674-4675， 1983 )。 SiOxNy的其它特性的調(diào) 節(jié)也被很好地說明，例如其光學(xué)反射系數(shù)能在對于SiCb的1.45到對于SiNy 的2.0到對于富含Si的SiOxNy的2.4之間變化。
上面所提到的，在下層和DLC層的總厚度減小到小于30埃的范圍時， 精確到每一個原子都值得保護。氧和氮在最小的原子之中(圖4)。在非晶 Si02t，兩個O原子大約占據(jù)一個Si原子的空間，所以對于給定的厚度能 夠插入更多小的原子。對于DLC覆蓋層的耐磨性，覆蓋層對襯底的粘接強 度是重要的考慮因素。在本發(fā)明中耐磨性已通過用Hysitron Triboindenter納 米磨損實驗得到證實。相同的20微牛的負(fù)載和20個磨損周期應(yīng)用到相同厚 度的常規(guī)Si/DLC雙層和本發(fā)明的SiOxNy/DLC，本發(fā)明的SiOxNy/DLC表現(xiàn) 出更好的納米磨損耐久性。
因為SiON比Si更絕緣，表面分流及其相關(guān)噪音能被大大減少。圖5顯 示了對傳統(tǒng)Si/DLC雙層(陰影條)和本發(fā)明的SiON/DLC雙層(無陰影條) (每種的260個滑塊)進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)測試(Quasi-Static Test)的結(jié)果，并且結(jié) 果表明在SiON/DLC保護的滑塊中爆米花噪音的頻度明顯減小。
可以通過多種方法制備SiOxNy下層，包括
1. 在Ar/02/N2氣氛中以金屬、金屬氧化物或金屬氮化物靶進(jìn)行的反應(yīng)性濺 射Si。
2. 等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD),低壓力化學(xué)氣相沉積(LPCVD)， 等離子體浸入離子注入(PIII)，等離子體浸入離子注入沉積(PIIID)。
3. 通過離子束等離子體、電容性耦合等離子體(CCP)、電感耦合等離子體 (ICP)和電子回旋共振(ECR)等離子體進(jìn)行的Si表面的等離子體處理。


從下面對優(yōu)選實施例的描述的上下文中，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點將 被理解。優(yōu)選實施例的描述將在附圖的上下文中被理解，其中
圖1是列出用于形成讀寫頭及其保護層的材料的幾種相關(guān)特性的表。 圖2a和2b是描述形成本發(fā)明的保護雙層的步驟的示意性流程圖。圖3展示了現(xiàn)有技術(shù)保護層與本發(fā)明保護層的腐蝕率的比較。 圖4顯示了用于本發(fā)明的元素的原子半徑。
圖5顯示了與現(xiàn)有技術(shù)保護層相關(guān)的爆米花t喿音和與本發(fā)明保護層相關(guān)
的爆米花噪音之間的比較。
圖6是被本發(fā)明的雙層所保護的讀寫頭和磁盤之間界面的示意圖。
圖7是使用離子束濺射、聚焦離子束濺射或脈沖離子束濺射的本發(fā)明優(yōu) 選實施例的示意圖。
圖8是使用高能激光的本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖。
圖9是本發(fā)明優(yōu)選實施例的示意圖，其中在多個讀寫頭或磁介質(zhì)上的濺 射Si膜暴露于混合的Ar/02/N2等離子體，順序包括Ar/N2等離子體和Ar/02 等離子體(或相反順序)，其中該等離子體被作為電感耦合等離子體(ICP), 電容性耦合等離子體(CCP)，或電子回旋共振等離子體(electron cyclotron resonance, ECR)而應(yīng)用。
具體實施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例教導(dǎo)在磁讀寫頭或磁介質(zhì)上制作一層薄的保護雙 層的方法，其中該保護雙層包括SiOxNy增強粘性和抗腐蝕下層(underlayer )， 其上形成一層堅固的、類金剛石碳(DLC)保護^隻蓋層(也叫做保護層)。 在磁記錄行業(yè)中非晶Si (a-Si)被廣泛用作粘著層(adhesion layer)以 提升DLC層對磁讀寫頭襯底的粘著性。參照圖2a，通過順序的三個步驟圖 示出了現(xiàn)有技術(shù)中在讀寫頭上形成保護覆蓋層。在現(xiàn)有技術(shù)中，該覆蓋過 程以使用Ar+離子束對頭襯底的清潔作為開始。4妄在此清潔工藝之后，使用 離子束濺射沉積非晶Si的粘著層然后使用離子束沉積(IBD)或PECVD 或，更加優(yōu)選地，過濾陰極真空弧光(FCVA)沉積DLC覆蓋層。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例不同于在讀寫頭襯底上的a-Si的現(xiàn)有技術(shù)IBD沉 積并且還將包括在包括磁記錄介質(zhì)和讀寫頭的襯底上沉積。參照圖2b，顯示 了制作本發(fā)明的保護雙層的順序的三個步驟。
1. 使用Ar+離子束作為蝕刻裝置(etching mechanism)對襯底預(yù)清潔， 其中該襯底可以是讀寫頭或磁介質(zhì)的表面。
2. 使用在Ar/02/N2氣氛中以硅、氧化硅或氮化硅靶進(jìn)行的反應(yīng)離子濺射 Si，等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD )，或反應(yīng)脈沖激光沉積，來沉積增強粘著性和抗腐蝕的下層SiOxNy。或者通過離子束等離子體、電容性耦合
等離子體(CCP)、電子回旋共振(ECR)等離子體、電感耦合等離子體(ICP) 或通過等離子體浸入離子注入/沉積(PniD )，對a-Si膜進(jìn)行等離子處理。
3.使用離子束沉積(IBD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)或過 濾陰極真空弧光(FCVA)沉積DLC的保護覆蓋層。
本發(fā)明接下來的九個實施例都是在磁讀寫頭或》茲介質(zhì)上形成保護雙層 的方法，其將滿足本發(fā)明以上闡明的所有目的。在全部的實施例中，保護層 形成在讀寫頭或記錄介質(zhì)的合適的襯底表面上，例如已由合適的方法例如 Ar+束蝕刻清洗的空氣支承層表面(air-bearing layer surface, ABS )。還可以理 解的是多個讀寫頭優(yōu)選地安裝在夾具上并同時通過該方法處理。
為了示意性地圖示本發(fā)明下面任一實施例的應(yīng)用的目的，，圖6示意性 地顯示了在頭和介質(zhì)假設(shè)的位置中位于磁記錄介質(zhì)上方的讀寫頭，而硬盤驅(qū) 動器(HDD)在工作中并且該磁記錄介質(zhì)在該頭下面移動。該示了磁頭 -盤界面(未按比例作圖)，其中磁讀寫頭滑塊(IO)被機械地連接其懸臂(110)。 該滑塊設(shè)置在具有被屏蔽的GMR或TMR讀取頭和寫入頭(150)以及A1203 覆蓋層(170)的AlTiC襯底(120)上。讀取頭屏蔽、讀取頭和寫入頭材料 主要由磁性材料形成，該磁性材料包括各種合金和Ni-Fe-Co化合物，其暴 露在周圍環(huán)境條件下時，可以抗腐蝕。該滑塊涂敷有下層(180)和DLC覆 蓋層(190)。
另 一方面，在該滑塊下旋轉(zhuǎn)的磁記錄介質(zhì)(在這些實施例中的磁盤(20 )) ,皮設(shè)置在玻璃或鋁襯底(210)上，該襯底上是第一下層(220 )(不是本發(fā) 明的下層)和磁性層(230 )。磁性層(230)的表面被第二下層(280 )和 DCL覆蓋層(290)保護，該第二下層是本發(fā)明的下層，第二下層和DCL 覆蓋層都是通過本發(fā)明的方法形成的。為了減小對滑塊頭的磨損，潤滑層 (260)被應(yīng)用在磁盤上。本發(fā)明提供用于滑塊(180)和磁盤(280)以及 形成于其上的下層和DLC層。
第一優(yōu)選實施例
參照圖7，顯示了具有在f茲讀寫頭或記錄介質(zhì)上形成本發(fā)明的保護雙層 的裝置的示意性透視圖。
本發(fā)明第一優(yōu)選實施例使用沉積室(10)，在其中注入離子束，在本發(fā)明中是Ar+束(20 )。該束由RF源(30 )產(chǎn)生并由范圍從300V到1200V的 電壓加速。注入端口 ( 40 )允許02和N2氣注入該室(10 ),該02和N2氣 具有在0到20sccm之間的流速以及不同的比率，x/y，取決于SiOxNy下層 的期望的形式。Ar+束對準(zhǔn)SiCb濺射靶(50)并且^^皮濺射的原子(60)撞擊 到可旋轉(zhuǎn)的安裝的沉積靶(70)上，該靶可以是讀寫頭，多個該讀寫頭作為 未切割的滑塊可以安裝在可旋轉(zhuǎn)的夾具上，該可旋轉(zhuǎn)的夾具能夠旋轉(zhuǎn)用于沉 積的均勻?？蛇x擇地，沉積靶(70)還可以是被類似安裝的磁記錄介質(zhì)，例 如圖6的磁盤。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01 到1.5之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行 而變化以制作出粘著層，其成分是層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不超 過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃 是最優(yōu)選的。下層沉積之后，在該下層上形成DLC層用來制作結(jié)合的雙層 以滿足本發(fā)明的目的。
第二優(yōu)選實施例
在第二優(yōu)選實施例中，圖8的裝置被如上使用，但濺射靶材料(50 )是 Si3N4。離子束，在本實施例中是Ar+束(20)，使用300V到1200V之間的 電壓將其注入并且02和N2氣^皮注入室(10 )中，該02和N2氣具有0到20sccm 之間的流速并且不同的比率，x/y,取決于SiOxNy下層的期望的形式。Ar+ 束對準(zhǔn)Si3N4濺射靶(50 )并且在注入的02和N2氣存在下濺射的Si和N原 子(60)撞擊到可旋轉(zhuǎn)的安裝的讀寫頭的沉積靶(70)上用以產(chǎn)生所期望的 SiOxNy下層。多個該讀寫頭作為未切割的滑塊可以安裝在可旋轉(zhuǎn)的夾具上以 使得沉積均勻。可選擇地，沉積輩巴(70)還可以是^茲記錄介質(zhì)例如;茲盤。所 制作的下層具有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01到1.5之間可以 滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以制作出 下層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不超過50埃的下層 的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃是最優(yōu)選的。
下層形成之后，用上文所述方法在該下層上形成DLC覆蓋層。
第三優(yōu)選實施例
本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例使用圖7的裝置，包括沉積室(10),其中當(dāng)注入端口( 40 )允許02和N2氣以0到20sccm之間的流速以及取決于SiOxNy 下層的期望形式的不同的比率x/y注入時，離子束能夠注入到該沉積室中。 然而，在本實施例中，離子束是高能掃描聚焦離子束(20)，其對準(zhǔn)Si的濺 射靶(50 )并且濺射的原子(60 )撞擊到可旋轉(zhuǎn)的安裝的讀寫頭的沉積靶(70 ) 上，該讀寫頭作為未切割的滑塊可以被安裝在可^^轉(zhuǎn)的夾具上以使得沉積均 勻?？蛇x擇地，沉積靶(70)還可以是磁記錄介質(zhì)例如磁盤。為了避免毒化 (poisoning )賊射草巴并減'j、沉積所帶來的滯后效應(yīng)(hysteresis effect),使用 如T. Nyberg等人所描述(美國專利申請2004/0149566，其全部內(nèi)容在此凈皮作 為參考)的高能掃描聚焦的離子束。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0 之間并且y的值在O.Ol到1.5之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可 以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以制作出下層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在 所有這些形成中，不超過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié) 果。下層厚度小于20埃是最優(yōu)選的。
第四優(yōu)選實施例
本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例使用圖7的裝置，包括沉積室(10),其中當(dāng) 注入端口 ( 40 )允許02和N2氣以0到20sccm之間的流速以及取決于SiOxNy 下層的期望形式的不同的比率x/y注入時，離子束能夠注入到該沉積室中。 然而，在本實施例中，離子束(20)由具有高瞬時功率的脈沖離子源(30) 產(chǎn)生，該束對準(zhǔn)Si的濺射靶(50)并且濺射的原子(60)撞擊到可旋轉(zhuǎn)的 安裝的讀寫頭的沉積靶(70)上，該讀寫頭作為多個未切割的滑塊被安裝在 可旋轉(zhuǎn)的夾具上以使得沉積均勻。同樣地，沉積靶(70)可以是被安裝在夾 具上的磁介質(zhì)盤。為了避免毒化濺射靶并減小沉積所帶來的滯后效應(yīng)，使用 如V. Kousnetsov等人所描述(美國專利號6,296,742，其全部內(nèi)容在此被作為 參考)的高瞬時功率的脈沖離子源。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0 之間并且y的值在O.Ol到1.5之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可 以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以制作出下層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在 所有這些形成中，不超過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié) 果。下層厚度小于20埃是最優(yōu)選的。
第五優(yōu)選實施例在本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例使用圖8的裝置，其包括沉積室(10),其
中當(dāng)注入端口 ( 40 )允許02和N2氣以在0到20sccm之間的流速以及取決 于SiOxNy下層的期望形式的不同的比率x/y注入時，激光器(20)將電磁輻 射波(80)對準(zhǔn)Si、 Si02或Si;N4濺射靶(50)。在本實施例中，激光器可以 是高能激光器例如C02激光器、準(zhǔn)分子激光器等等，并且由激光束射出的原 子(60)撞擊到可旋轉(zhuǎn)的安裝的讀寫頭的沉積靶(70)上，該讀寫頭作為未 切割的滑塊可以安裝在可旋轉(zhuǎn)的夾具上以使得沉積均勻?？蛇x擇地，沉積靶 (70)還可以是》茲記錄介質(zhì)，例如》茲盤。激光通量可以在大約2到5J/cm2 之間。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01到1.5 之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化 以制作出下層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不超過50 埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃是最 優(yōu)選的。
第六優(yōu)選實施例
參照圖9，顯示了一種裝置的示意性透視圖，其中執(zhí)行根據(jù)第六優(yōu)選實 施例在磁讀寫頭上形成保護雙層的兩步過程。
本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例使用圖9的沉積室(10),反應(yīng)離子束，例如 本實施例的Ar+束(20)注入到該沉積室中。該束由RF源(30)產(chǎn)生并由 范圍從300V到1200V的電壓加速。該束(20)撞擊Si濺射靶(50)產(chǎn)生即 將濺射到可旋轉(zhuǎn)的安裝的沉積靶(70)上的Si原子，該沉積靶可以是多個 可旋轉(zhuǎn)地安裝的磁讀寫頭，典型地作為多個未被切割的滑塊，安裝在可旋轉(zhuǎn) 的夾具上用于均勻沉積?？蛇x擇地，沉積耙(70)還可以是可旋轉(zhuǎn)地安裝的 》茲記錄介質(zhì)，例如》茲盤，以在其上進(jìn)行沉積。
在讀寫頭或盤上沉積Si濺射膜后，該Si膜暴露于Ar、 02和N2氣(Ar 作為載氣)的等離子體(90)， 02和N2氣分別具有不同的比率，該比率取決 于SiOxNy層所需要的形式(即構(gòu)成對已沉積的Si膜的等離子體表面處理的 過程)。通過使用本領(lǐng)域中公知的許多方法可以產(chǎn)生并應(yīng)用該等離子體，例 如通過離子束形成的等離子體，電容性耦合等離子體(CCP )的形成和應(yīng)用， 電子回旋共振(ECR)等離子體的形成或電感耦合等離子體(ICP)的形成 和應(yīng)用。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01到1.5之 間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以 制作出下層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不超過50埃 的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃是最優(yōu) 選的。.
第七優(yōu)選實施例
本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例使用圖9的沉積室(10)，離子束，例如本實 施例的Ar+束(20)注入到該沉積室中。該束由RF源(30)產(chǎn)生并由范圍 從300V到1200V的電壓加速。該束(20 )撞擊Si濺射靶(50 )產(chǎn)生即將濺 射到可旋轉(zhuǎn)的安裝的沉積靶(70)上的Si原子，該沉積靶可以是多個可旋 轉(zhuǎn)的安裝的磁讀寫頭，典型地作為多個未被切割的滑塊，安裝在可旋轉(zhuǎn)的夾 具上用于均勻沉積?？蛇x擇地，濺射靶(70)可以是安裝在可旋轉(zhuǎn)的夾具上 的石茲介質(zhì)，例如》茲盤，并在其上進(jìn)行沉積。
在讀寫頭上沉積Si濺射膜后，接著該膜暴露于Ar/02氣的等離子體(90 ), 緊接著暴露于Ar/N2氣的等離子體，或可選擇地，Ar/N2氣的等離子體(90) 緊接著Ar/02氣的等離子體的相反順序。這些等離子體通過使用例如第六優(yōu) 選實施例所描述的方法形成，例如通過離子束形成的等離子體，電容性耦合 等離子體(CCP)的形成和應(yīng)用，電子回旋共振(ECR)等離子體的形成或 電感耦合等離子體(ICP)的形成和應(yīng)用，每個等離子體以不同的時間長度 施加在Si膜上，取決于SiOxNy的期望的形式。所制作的下層具有x的值在 0.02到2.0之間并且y的值在0.01到1.5之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指 出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以制作出下層，其成分是下層厚度 的函數(shù)。在所有這些形成中，不超過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā) 明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃是最優(yōu)選的。
第八優(yōu)選實施例
本發(fā)明的第八優(yōu)選實施例使用圖9的沉積室(10)，離子束，例如本實 施例的Ar+束(20)注入到該沉積室中。該束由RF源(30)產(chǎn)生并由范圍 從300V到1200V的電壓加速。該束(20 )撞擊到Si濺射靶(50 )上產(chǎn)生即 將濺射到可旋轉(zhuǎn)的安裝的沉積靶(70)上的Si原子，該沉積靶可以是多個可旋轉(zhuǎn)地安裝的磁讀寫頭，典型地作為多個未被切割的滑塊，安裝在可旋轉(zhuǎn) 的夾具上用于均勻沉積?？蛇x"^奪地，沉積靶(70)可以是可旋轉(zhuǎn)地安裝的磁 介質(zhì)，例如》茲盤，并在其上進(jìn)4于沉積。
在讀寫頭上沉積Si濺射膜以等離子體浸入沉積的形式，也就是說，沉
積是在Ar、 02和N2氣的等離子體(90)存在的情況下實施的，該等離子體 通過使用例如第六優(yōu)選實施例所描述的方法形成，例如由離子束形成的等離 子體，電容性耦合等離子體(CCP)的形成和應(yīng)用，電子回旋共振(ECR) 等離子體的形成或電感耦合等離子體(ICP)的形成和應(yīng)用，以及該等離子 體以不同的02和N2氣的比率施加在室(10)內(nèi)，該比率取決于SiOxNy層 的期望的形式。所制作的下層具有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01 到1.5之間可以滿足本發(fā)明的目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行 而變化以制作出粘著層，其成分是下層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不 超過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20 埃是最優(yōu)選的。
第九優(yōu)選實施例
再參照圖7,顯示了一種裝置的示意性透視圖，其中執(zhí)行根據(jù)第九優(yōu)選 實施例在磁讀寫頭上形成保護雙層的兩步過程。
本發(fā)明的第九優(yōu)選實施例使用圖7的沉積室(10)，反應(yīng)離子束，例如 本實施例的Ar+束(20)注入到該沉積室中。該束由RF源(30)產(chǎn)生并由 范圍從300V到1200V的電壓加速。該束(20)撞擊到Si濺射靶(50)上產(chǎn) 生即將濺射到可旋轉(zhuǎn)的安裝的沉積靶(70)上的Si原子，該沉積靶可以是 多個可旋轉(zhuǎn)地安裝的磁讀寫頭，典型地以多個未被切割的滑塊的形式，安裝 在可旋轉(zhuǎn)的夾具上用于均勻沉積?？蛇x擇地，在其上進(jìn)行沉積時，沉積靶(70 ) 可以是安裝在夾具上的用于在其上進(jìn)行沉積的的;茲介質(zhì)，例如磁盤。
在讀寫頭上沉積Si濺射膜后，該Si膜暴露于02和N2氣氛，該02和 N2氣以不同的x/y比率和不同的時間長度被引入室內(nèi)，以使得Si膜的氧和 氮能夠取得SiOxNy形式的粘著層中所需要的x和y的值。所制作的下層具 有x的值在0.02到2.0之間并且y的值在0.01到1.5之間可以滿足本發(fā)明的 目的。還指出x和y可以根據(jù)沉積過程的進(jìn)行而變化以制作出下層，其成分 是下層厚度的函數(shù)。在所有這些形成中，不超過50埃的下層的全部厚度產(chǎn)生滿足本發(fā)明目的的結(jié)果。下層厚度小于20埃是最優(yōu)選的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，本發(fā)明的優(yōu)選實施例只是對本發(fā)明的說明并不是 對本發(fā)明的限定。在仍然提供根據(jù)所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明所形成保護層 的情況下，可以對在磁讀寫頭上形成保護層的方法，工藝，材料，結(jié)構(gòu)和尺 寸進(jìn)行修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種被保護的磁讀寫頭或磁記錄介質(zhì)，包括讀寫頭或記錄介質(zhì)；形成在所述頭或記錄介質(zhì)上的保護雙層，該雙層還包括在所述頭或記錄介質(zhì)的被清潔的襯底表面上形成為SiOxNy層的下層；形成在所述下層上的DLC外層。
2. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中x在大約0.02 到2.0之間且y在大約0.01到1.5之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中所述下層形 成為厚度小于約50埃。
4. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中所述下層形 成為厚度小于約20埃。
5. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中x和y作為 下層厚度的函數(shù)而變化。
6. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中所述下層通 過濺射、等離子體浸入離子注入、等離子體浸入離子注入沉積、等離子體增 強化學(xué)氣相沉積、電子回旋共振等離子體沉積或反應(yīng)性脈沖激光沉積而形 成。
7. 如權(quán)利要求1所述的被保護的讀寫頭或記錄介質(zhì)，其中所述下層是 增強粘著性和抗腐蝕的。
8. —種被保護的讀寫頭、多個被保護的讀寫頭或被保護的磁記錄介質(zhì) 的形成方法，包括提供該讀寫頭、該多個該讀寫頭或該磁記錄介質(zhì)； 清潔該讀寫頭、多個該讀寫頭或該磁記錄介質(zhì)的適當(dāng)?shù)谋砻?；在所述表面上形成具有通式為SiOxNy的下層；在所述下層上形成DLC層。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中x在大約0.02到2.0之間且y在大 約0.01到1.5之間。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層通過一種工藝形成，該工藝包括提供一個真空沉積室，其包括可旋轉(zhuǎn)的夾具、濺射靶、用于在設(shè)定的能 量下注入反應(yīng)離子束并且使所述離子對準(zhǔn)所述濺射靶的裝置，用于以設(shè)定的 流速注入各種氣體并且在所述室內(nèi)保持所述氣體為所需要的相對濃度的裝 置；在所述夾具上安裝所述讀寫頭、所述多個該頭或所述》茲記錄介質(zhì)； 將所述離子束對準(zhǔn)Si、 Si02、 Si3Ht的濺射靶；當(dāng)所述反應(yīng)離子撞擊到所述靶上時，分別以相對濃度x和y引入02氣 和N2氣，從而在所述讀寫頭或多個該讀寫頭上形成SiOxNy下層。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為Ar+離子束， 其通過使該束經(jīng)過大約600V到1200V之間的電壓而形成。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為高能掃描聚焦 離子束，用以避免毒化濺射靶并減小滯后。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為高瞬時功率的 脈沖離子源，用以避免毒化濺射靶。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中x和y隨著所述下層的形成而改變
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述下層形成為厚度小于約50埃。
16. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層通過一種工藝形成，該工 藝包括提供真空沉積室，其包括可旋轉(zhuǎn)的夾具、濺射靶、用于將電磁輻射的高 能脈沖束對準(zhǔn)所述濺射靶的激光器，用于以設(shè)定流速引入各種氣體以及在所 述室內(nèi)保持所述氣體為所需要的相對濃度的裝置；在所述夾具上安裝所述讀寫頭、所述多個該頭或所述^f茲記錄介質(zhì)；將所述電磁輻射對準(zhǔn)Si的濺射靶；當(dāng)所述電/f茲輻射撞擊到所述耙上時，注入選定濃度的Oz氣和N2氣，從而在所述讀寫頭或多個該頭上形成SiOxNy下層。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中在02和N2注入的過程中Ar作為載氣。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中x和y隨所述下層的形成而改變。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述下層形成為厚度小于約50埃。
20. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中激光器是C02激光器或準(zhǔn)分子激光器。
21. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述輻射的高能束具有約2到5 J/cm2的能量流量。
22. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層通過一種工藝形成，該工 藝包括提供真空沉積室，其包括可旋轉(zhuǎn)的夾具、賊射靶、用于以設(shè)定能量注入 反應(yīng)離子束并將所述離子對準(zhǔn)所述濺射靶的裝置、用于在所述室內(nèi)形成等離 子體的裝置，所述等離子體由具有選定濃度的02氣和N2氣的混合物形成；在所述夾具上安裝所述讀寫頭、所述多個該頭或所述》茲記錄介質(zhì)；將所述反應(yīng)離子束對準(zhǔn)Si的濺射靶，從而在所述讀寫頭、多個該頭或 磁記錄介質(zhì)上形成Si層；接著在所述Si層形成后，形成具有選定濃度的02氣和N2氣的所述等離子體， 所述Si層浸入所述等離子體持續(xù)選定時間，從而在所述讀寫頭或多個該頭 上形成SiOxNy下層。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中在02和N2等離子體形成過程中 Ar作為載氣。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為Ar+離子束， 其通過使所述束經(jīng)過大約600V到1200V之間的電壓而形成。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中以一順序施加所述等離子體，該 順序包括施加Ar/〇2等離子體后施加Ar/N2等離子體，每個施加持續(xù)不同的 時間，或該順序包括施加Ar/N2等離子體后施加Ar/02等離子體，每個施加 持續(xù)不同的時間。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述等離子體是離子束等離子體、 ECR等離子體、ICP或CCP。
27. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層通過一種工藝形成，該工 藝包括提供真空沉積室，其包括可旋轉(zhuǎn)的夾具、濺射靶、用于將反應(yīng)離子束以 設(shè)定能量注入并將所述離子對準(zhǔn)所述濺射靶的裝置，用于在所述室內(nèi)形成等 離子體的裝置，所述等離子體由選定濃度的Cb氣和N2氣的混合物形成；在所述夾具上安裝所述讀寫頭、所述多個該頭或所述^i記錄介質(zhì)；將所述反應(yīng)離子束對準(zhǔn)Si的濺射靶，從而在所述讀寫頭或多個該頭上形成Si層；形成選定濃度的所述02氣和N2氣的等離子體，所述Si層浸入到所述等 離子體中在形成所述層時，從而在所述讀寫頭、所述多個該頭或所述磁記錄介質(zhì)上形成SiOxNy下層。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中在02和N2等離子體形成過程中 Ar作為載氣。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為Ar+離子束， 其通過使所述束經(jīng)過大約600V到1200V之間的電壓而形成。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述等離子體是離子束等離子體、 ECR等離子體、ICP或CCP。
31. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層通過一種工藝形成，該工 藝包括提供真空沉積室，其包括可旋轉(zhuǎn)的夾具、濺射靶、用于將反應(yīng)離子束以 設(shè)定能量注入并將所述離子對準(zhǔn)所述濺射靶的裝置，用于注入各種氣體并在所述室內(nèi)保持具有選定相對濃度的所述氣體的氣氛；在所述夾具上安裝所述讀寫頭、所述多個該頭或^i記錄介質(zhì)； 將所述反應(yīng)離子束對準(zhǔn)Si的濺射靶，從而在所述讀寫頭、所述多個該頭或所述》茲記錄介質(zhì)上形成Si層；使用Ar作為載氣來形成具有選定的相對濃度的02氣和N2氣的氣氛，由此所述02氣氧化所述Si層并且所述N2氣氮化所述Si層，從而在所述讀寫頭、所述多個該頭或所述^f茲記錄介質(zhì)上形成SiOxNy下層。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述反應(yīng)離子束為Ar+離子束， 其通過〗吏所述束經(jīng)過大約600V到1200V之間的電壓而形成。
33. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述DLC層通過IBD、 PECVD或 FCVA形成。
34. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述下層是增強粘著性和抗腐蝕的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種被保護的磁讀寫頭或磁記錄介質(zhì)及其形成方法，具體而言公開了一種用于在磁讀寫頭或磁記錄介質(zhì)的襯底上形成保護雙層的方法。該雙層形成為增強粘著性和抗腐蝕的下層以及類金剛石碳(DLC)保護覆蓋層。該下層由氮氧化硅形成，通式為SiO_xN_y，其中x在大約0.02到2.0之間且y在大約0.01到1.5之間。通過調(diào)整x和y的值，該下層產(chǎn)生這樣的性質(zhì)，如在襯底和DLC之間強的化學(xué)鍵、耐磨和抗腐蝕、化學(xué)和機械穩(wěn)定性以及低的導(dǎo)電率。該下層可以通過多種方法形成，如反應(yīng)離子濺射、等離子體輔助化學(xué)氣相沉積、反應(yīng)脈沖激光沉積、等離子表面處理和等離子體浸入離子注入。
文檔編號G11B5/84GK101303860SQ20081012779
公開日2008年11月12日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
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