在金屬薄膜上藉助氮曝光形成的防腐層的製作方法
2023-05-11 15:09:21
專利名稱：在金屬薄膜上藉助氮曝光形成的防腐層的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用於磁存儲器件中的薄膜，並更具體地涉及薄膜製造方法，甚至更具體地涉及用於提高金屬薄膜耐腐蝕性的薄膜製造方法。
背景技術：
在圖1中示出現有技術中的典型磁頭和盤系統10。在操作中，當磁換能器20在盤16上飛行時，它由懸架13支撐。磁換能器通常稱作「磁頭」或「滑塊」，它由執行寫磁轉變(寫頭23)和讀磁轉變(讀頭12)任務的元件組成。讀和寫頭12、23(統稱為「磁換能器元件」)接收和發出的電信號沿著導電路徑(導線)14傳送，其中，導電路徑14連接到或嵌入在懸架13中。通常有兩個分別用於每個讀和寫頭12、23的電接觸片(未示出)。電線或導線14連接到這些片，在懸架13中走線，直到臂上電子器件(未示出)。盤16附在主軸18上，主軸18由主軸電機24驅動以使盤16旋轉。盤16包括其上澱積多個薄膜21的基片26。薄膜21包括鐵磁材料，寫頭23在鐵磁材料中記錄磁轉變，信息在磁轉變中編碼。當盤在磁換能器20的空氣支承表面(ABS)下旋轉時，讀頭12讀取磁轉變。
圖2是一種現有技術磁換能器20在研磨之前示出的中線部分割視圖。滑塊的基底43通常是堅固耐用的材料。所示出的讀頭12的部件為第一屏蔽(S1)和第二屏蔽(P1/S2)，其中，第一屏蔽(S1)由傳感器105包圍，傳感器105由絕緣層107和109包圍。此種類型的磁換能器稱作「結合磁頭」，因為P1/S2層作為讀頭12的屏蔽和寫頭23的極片。該磁軛還包括在背面與P1/S2連接的第二極片(P2)。P2在線圈上蜿蜒而下，跨過寫間隙層後與P1面對，以在空氣支承表面(ABS)上形成寫間隙。零喉部高度(ZTH)被定義成P2首先與間隙層接觸的點。傳感器105包括諸如坡莫合金的磁阻材料，但也可以是包含各種鐵磁和反鐵磁材料層的多層結構。屏蔽和極片為鐵磁材料，如NiFe或CoFe，同時，諸如TiC或Al2O3的陶瓷材料用於基片。在研磨之前，在ABS上的材料和結構延伸超過ABS。如圖2所示，ABS平面右邊的材料通過研磨而除去，以實現對傳感器105的長度(稱作「條紋高度」)和從ZTH到ABS的距離(稱作「喉部高度」)的精確控制。鋸平面的不確定使條紋高度發生微米級的變化，如果不確定不校正將導致磁性不可接受的變化。研磨是在現有技術中使用的工藝，以實現更嚴格的納米級條紋高度控制。在製造薄膜磁換能器的典型工藝中，在晶片上同時形成大量的換能器。在形成基礎結構之後，晶片被鋸成扇形的、條狀的或單個的換能器。在這些階段的任一個或全部階段中，可發生進一步的處理。儘管鋸切是用於把晶片分離成各個滑塊的典型方法，但近來已經用含氟(flourine)等離子體進行活性離子蝕刻(RIE)或深度活性離子蝕刻(DRIE)。與晶片切割時的晶片暴露表面正交的滑塊表面形成滑塊的空氣支承表面(ABS)。在研磨之後，在磁換能器20的ABS上形成通常稱作「滑軌」的部件。所述滑軌一般用於確定滑塊的空氣動力特性，並且用作換能器在旋轉或靜止時與介質接觸的接觸區域。
GMR磁頭的金屬部件在銼平環境中和在滑塊製造工藝過程中都容易腐蝕。當從晶片切割條時，金屬薄膜暴露，並且一般執行研磨。通常，在研磨之後，通過在薄膜上增加薄的碳或矽保護層而針對局部腐蝕。增加保護層的一個缺陷是在磁傳感器和磁介質之間固有地增加間隔，因為該塗層一般約為5-7nm。性能的提高要求更小的傳感器-介質間隔以及更薄的塗層，更薄的塗層則導致腐蝕可靠性降低。如果可找到防腐的替代方案，那麼就磁性而言，希望取消該塗層。
不是磁頭中所有有用的合金都具有相同程度的易腐蝕性，因此，有可能選擇具有更高耐腐蝕性的材料。Sakakima等在美國專利4904543中描述在磁薄膜中使用「氮化合金」層以提高耐腐蝕性和耐磨性。具有或沒有添加元素的不含氮的鐵合金首先在Ar氣氛中進行濺射，濺射時間足以在基片上形成所需厚度的不含氮的鐵合金，隨後，氮氣分壓從0.1％增加到50％的水平，從而在不含氮的鐵合金層上形成氮化合金層。
Baur等在美國專利6436248中描述使用在底層膜之前在基片上澱積的阻擋層，以增加金屬基底磁碟的耐腐蝕性。阻擋層優選通過以10-200kHz頻率和5∶1到1∶10的脈衝長度-脈衝停頓比進行中頻脈衝濺射而澱積形成。鋁或鉻是用於阻擋層的優選材料。當濺射工藝氣體包含一部分氧和/或氮時，據說可實現其它的改進。
Head等在美國專利4130847中論述使用諸如鉻的鈍化材料層以防止包括極尖的鐵鎳合金被腐蝕，其中，在換能器的極尖上濺射澱積該鈍化材料層。在澱積鉻之前，通過濺射蝕刻工藝來蝕刻極片的一部分末稍和薄膜感應換能器的間隙。
發明內容
描述一種用於製造具有金屬薄膜的磁換能器的工藝，所述金屬薄膜具有通過把薄膜暴露在等離子體室的氮氣中而產生的耐腐蝕表面。相信暴露到氮氣中能通過在薄膜表面區域內形成氮化物而增加金屬薄膜的耐腐蝕性。在優選實施例中，磁換能器的薄膜金屬在從晶片切割並研磨之後用氮氣進行處理。用於磁換能器中的典型金屬是NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe和銅。通過增加現有技術的保護層，如碳，而進一步保護所述膜。
為了更完全地理解本發明的本質和優點以及應用的優選模式，應該參考以下結合附圖的詳細描述。在以下全部附圖中，相同的參考號分配給相同或相似的部件。
圖1為示出使用本發明磁換能器的一種磁碟驅動系統的簡化符號圖。
圖2為一種現有技術磁換能器在製造工藝過程中在研磨之前的中線部分剖視圖。
圖3為圖2所示磁換能器類型在根據本發明進行研磨和處理之後的空氣支承表面區域的中線部分剖視圖。
圖4為用於比較根據本發明處理的換能器與未處理換能器的腐蝕屬性的實驗結果的柱狀圖。
具體實施例方式
本發明可以使用包括金屬薄膜的任何磁換能器(磁頭)結構，所述薄膜通過使滑塊從晶片分離的工藝而進行曝光。圖3中的磁換能器元件31的內部結構是根據現有技術的，並且這些結構的細節與本發明無關。儘管在優選實施例中磁換能器在根據本發明進行處理之前先被研磨，但不要求進行研磨來獲得本發明的利益。例如，如果能足夠精確地執行從晶片分離磁換能器的過程以取消研磨的必要性，本發明就仍然可以使用。
在薄膜處理中使用的產生等離子體並至少有兩個電極的各種現有技術設備可用於創造含氮等離子體。例如，等離子體清洗室、物理汽相澱積(PVD)室和化學汽相澱積(CVD)可根據本發明用氮對金屬表面進行處理。等離子體的形成和使用是根據現有技術的。通過在適當的條件下對在真空澱積室內的工藝氣體施加能量，如射頻(RF)或微波能量，形成作為離子和電子混合物的等離子體。施加的能量在該室中使分子形成為離子形式，並激發等離子體。一般而言，可通過改變一個或多個工藝參數，如溫度、分壓、等離子體密度、氣流速度、電源頻率、功率電平、室內實際幾何形狀等，而控制等離子體工藝中的反應速度。如本領域中所熟知的，使用給定裝置獲得希望結果的精確工藝參數一般是由經驗確定的。從而，如下所述，本申請人使用的設備和參數只作為實例，以便為使用他們自己設備、材料和性能目標的本領域中技術人員提供出發點。在本申請人使用的具體工藝中，使用等離子體清洗室。在分壓大約為100-300毫乇的基本純淨的N2氣上作用大約100-500瓦。在優選實施例中，部分完成的磁換能器的薄膜金屬在從晶片分離(一般把晶片鋸成條)之後並在研磨之後，用氮等離子體進行表面處理。如圖3所示，在現有技術的製造工藝中，此時換能器薄膜的外緣暴露在研磨表面上。在圖3中以放大形式示出的換能器具有與圖2所示相同的結構。在圖3右側，各種薄膜的共平面邊緣統一稱作ABS，即使在已完成的換能器中，此表面也在諸如碳的保護塗層之下。包含薄膜的磁換能器條在氮等離子體中處理大約5分鐘。相信該處理在薄膜金屬的表面層中產生氮化物，所述氮化物在薄膜表面向下延伸進入薄膜，深度為1-2nm數量級，如圖3中陰影區域87所示。表面處理區域與膜中沒有大量氮的其它部分是可區別的。表面處理區域87不是附加材料的澱積結果，從而，該區域不影響表面平滑度、條紋高度或換能器幾何形狀的其它方面。
儘管氮是活性元素，但在等離子體中也可存在其它元素，只要它們不幹涉氮結合到薄膜中就行。例如，等離子體另外可包括氦、氫和/或氨。由於N2或氮可從其它化合物如氨中得到，因此允許把氮引入到室中，所述化合物在室中離子化而產生氮離子。
可從根據本發明的處理受益的薄膜包括與氮化學結合的任何金屬。通常在GMR磁頭中優選使用的金屬是NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe、銅、IrMn和PtMn。在金屬薄膜如上所述地通過對氮曝光而進行處理之後，可根據現有技術塗敷一個或多個可選的保護塗層。
為了測試耐腐蝕性，對具有NiMn層的磁換能器做實驗，以便比較進行和不進行氮處理的腐蝕表現。對任一測試換能器都不塗敷塗層。實驗要求在90％相對溼度和50℃下對磁換能器曝光兩天。GMR傳感器的電阻變化作為腐蝕的衡量標準。儘管沒有直接測量其它金屬膜如屏蔽中的變化，但認為屏蔽金屬的表現與傳感器層的表現相似是合理的。一歐姆變化的閾值作為開始腐蝕作用的標記。圖4中的柱狀圖示出在四個實驗項目的每一個中，大於一歐姆變化的傳感器的百分比。在每個項目中經過氮處理的換能器組一般有少於1％的換能器下降超過該閾值，而未經過處理的控制組有大量的換能器，即大約13-29％，下降超過該閾值。
重要的是應該指出經過上述氮處理的換能器在GMR條的電阻或幅值方面沒有明顯的變化。
除了以上描述的材料、厚度值等，在體現本發明的滑塊中的層、結構和材料與現有技術一致，並且根據現有技術製造。在本文中描述的成分不考慮少量雜質，本領域中技術人員都知道這些雜質在實際材料中是不可避免的。儘管已在具體實施例中描述本發明，但本發明並不局限於這些實施例，並且本領域中技術人員非常清楚在本發明範圍內的各種變化和變更都是允許的。
權利要求
1.一種用於製造磁換能器的方法，包括以下步驟對至少一個磁換能器澱積金屬薄膜；以及用含氮等離子體處理金屬薄膜表面。
2.如權利要求1所述的方法，其中，處理步驟在包括表面的金屬薄膜區域中形成氮化物。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括在處理步驟之前執行的以下步驟對晶片上的至少一個磁換能器澱積一系列薄膜；以及與晶片表面大致正交地切割晶片，以對已選擇作為磁換能器空氣支承表面的薄膜表面進行曝光。
4.如權利要求1所述的方法，其中，金屬薄膜是從包括NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe、銅、IrMn和PtMn的組中選擇的材料。
5.如權利要求3所述的方法，進一步包括在對薄膜表面用含氮等離子體進行處理的步驟之後澱積保護塗層的步驟。
6.如權利要求3所述的方法，進一步包括在切割步驟之後和在處理步驟之前研磨薄膜表面的步驟。
7.一種磁換能器，包括包括至少一個金屬薄膜的多個薄膜，所述多個薄膜具有大致共平面的端面，所述端面與空氣支承表面共同延伸或平行；以及，所述金屬薄膜在端面上具有其中結合氮的第一區域，並具有更加遠離空氣支承表面的第二區域，其中第二區域內沒有結合氮。
8.如權利要求7所述的磁換能器，其中，一部分氮與金屬結合，形成氮化物。
9.如權利要求7所述的磁換能器，進一步包括在端面上的塗層。
10.如權利要求7所述的磁換能器，其中，金屬薄膜是從包括NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe、銅、IrMn和PtMn的組中選擇的材料。
11.一種數據存儲器件，包括磁介質；具有多個薄膜的磁換能器，所述多個薄膜包括至少一個金屬薄膜，所述多個薄膜具有大致共平面的端面，所述端面與空氣支承表面平行；以及，所述金屬薄膜在端面上具有其中結合氮的區域；以及用於相對磁換能器移動磁介質以便在磁介質上寫和讀磁轉變的裝置。
12.如權利要求11所述的數據存儲器件，其中，磁換能器進一步包括在端面上的塗層。
13.如權利要求11所述的數據存儲器件，其中，金屬薄膜是從包括NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe、銅、IrMn和PtMn的組中選擇的材料。
全文摘要
本發明涉及在金屬薄膜上藉助氮曝光形成的防腐層，其中描述一種用於製造具有金屬薄膜的磁換能器的工藝，所述金屬薄膜具有通過把薄膜暴露在等離子體室的氮氣中而產生的耐腐蝕表面。相信暴露到氮氣中能通過在薄膜表面區域內形成氮化物而增加金屬薄膜的耐腐蝕性。在優選實施例中，磁換能器的薄膜金屬在從晶片切割並研磨之後用氮氣進行處理。用於磁換能器中的典型金屬是NiMn、FeMn、NiFe、鈷、CoFe和銅。通過增加現有技術的保護層，如碳，而進一步保護所述膜。
文檔編號G11B5/31GK1503227SQ0316018
公開日2004年6月9日 申請日期2003年9月29日 優先權日2002年10月3日
發明者肖義平, 黃晨業, 吉拉·塔比, 塔比 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司