CN101236747A - 包括氮氧化铝衬层和类金刚石覆层的磁记录头和介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括氮氧化铝衬层和类金刚石覆层的磁记录头和介质，该氮氧化铝衬层和类金刚石覆层形成一双层结构。衬层由铝或铝合金的氮氧化物形成，具有一般表达式AlOxNy或MezAlOxNy，其中Mez代表Tiz、Siz或Crz，且其中x、y和z可在形成工艺中变化。通过调节x和y的值，有助于提高该双层的质量，例如应力补偿、化学和机械稳定性、以及低的电导率。本发明还提供了形成衬层的各种方法，包括反应离子溅射、等离子体辅助化学气相沉积、脉冲激光沉积和等离子体浸没离子注入。

Description

包括氮氧化铝衬层和类金刚石覆层的磁记录头和介质
技术领域
本发明涉及硬盘驱动器(HDD)的制造，特别地，涉及通过使用涂覆在衬层上的类金刚石碳保护磁头和磁盘的方法，所述类金刚石碳还用作腐蚀阻挡层。
背景技术
在硬盘驱动(HDD)存储系统中，减小磁读/写头和在其下旋转的磁盘的表面之间的头盘间距(飞行高度)已成为实现超高记录密度的主要途径之一。对于商业可得的具有160G字节(byte)容量的HDD，飞行高度为10纳米(nm)左右。在快速旋转的盘和自由飞行于其上的读/写头之间维持这样小的间隔是困难的，且盘表面与头之间的偶然接触是不可避免的。当发生这样的接触时，其会导致对头和盘的损坏以及盘上记录信息的丢失。为了最小化头和盘的损坏，DLC(类金刚石碳)涂层的薄层应用到头表面和盘表面。该DLC还用于保护头中的磁材料免于被环境中的各种元素腐蚀。鉴于DLC作用的重要性，必要的是其是硬的、密实的且非常薄，要求是薄的以满足总飞行高度要求，而不用光任何所分配的间距。现在，在已有技术中发现有20-30埃之间的DLC涂层。
传统上，DLC涂层厚度大于50，对于该厚度范围，有高程度的内应力，导致与头的衬底材料以及与其可结合到的其它衬底的差的粘合性。由于高的内应力和热应力，所以需要衬层(underlayer)。例如，在切边和钻孔工具的应用中，DLC厚度在微米范围，工作温度能上升到数百摄氏度。因此，衬层的热膨胀系数(CTE)也扮演重要的角色。因为这些原因，在现有技术中，日本专利JP2571957、JP2215522和JP3 195301已经提出了Si、SiOx、SiC和SiNx用作该粘合层。Itoh等人(美国专利号5227196)披露了在DLC层之下在氧化物衬底上的SiNx衬层。已有技术中还发现有各种其他类型的粘合层。Ishiyama(美国专利申请2006/0063040)揭示了氢化氮化碳的碳基保护层以用于更好的粘合。Hwang等人(美国专利申请2005/0045468)教导了用于DLC的Si衬层。Hwang等人(美国专利申请2002/0134672)揭示了Si、Al2O3、SiO2或SiNx用作DLC层之下的衬层。David等人(美国专利号5609948)揭示了在DLC下的SiC衬层。
除了这里引用的已有技术外，包括除了Si之外的材料的粘合层也已经应用在其他领域中。Natsume等人(美国专利号7091541)揭示了氮氧化物TiAlON用于电容器电介质层与电极之间的衬层。Fu等人(美国专利号6238803)示出了用于Al电极的TiOxNy阻挡层。Johnson等人(美国专利号4952904)描述了在氮化硅和铂之间的金属氧化物衬层。Stevens(美国专利号5070036)示出了金属氮氧化物作为VLSI电路中各种材料区域之一。Gillery(美国专利号4861669)示出了TiOxNy电介质膜。
对于磁头，衬层应至少具有如下属性：
1、电隔离属性。对于磁头，必须为磁金属合金层提供电隔离，诸如构成基于巨磁致电阻(GMR)效应的磁致电阻读头的那些层，或者构成基于隧穿磁致电阻(TMR)效应的器件的那些层。这些层和周围的HDD部件之间的电短路将损坏头或类似器件。因为该原因，保护层，尤其是衬层，应是绝缘或半绝缘的。然而，由于Si的半导体属性，Si衬层的表面分流(surfaceshunting)能引入噪声诸如所谓的爆米花噪声(popcorn noise)到GMR或TMR读头中。
2、抗腐蚀属性。DLC膜，特别是通过已有技术的过滤阴极真空弧(FCVA)工艺生产的那些，通常嵌入有微米或纳米颗粒。这些颗粒能导致在形成磁有源层时使用的材料例如NiFe和NiCoFe的针孔(pinhole)和腐蚀。因此，衬层的抗腐蚀属性对于保持传感器的性能完整性至关重要。
3、抗磨损属性。随着衬层和DLC层的总厚度减小到30埃以下的范围，几乎每个原子都用于保护。因此，如果我们能在有限的膜厚度上放置更多的原子，则预期有更好的抗磨损属性。因此非常重要的是，衬层既具有用于腐蚀保护的化学稳定性，又具有高硬度以获得摩擦优势。
本发明的目的是提供新种类的材料作为衬层，以取代上面引用的已有技术中描述的Si和相关材料且提供上面的属性。
发明内容
本发明的第一目的在于为磁读/写头或磁记录介质提供薄的保护层，以保护它们免于意外相互接触的负面影响，且提供头与介质表面之间的抗磨损性。
本发明的第二目的在于提供形成为双层的这样的保护层，其中覆层(overlayer)主要为保护层，衬层主要为粘合增强层和腐蚀保护层。
本发明的第三目的在于提供这样的双层，其中衬层的固有高电阻率消除了表面分流，由此从读/写头减少噪声，例如爆米花噪声。
本发明的第四目的在于提供这样的双层，其中衬层与覆层形成强且稳定的化学键(chemical bond)。
本发明的第五目的在于提供形成满足全部上述目的的保护性双层的方法。
本发明的目的将通过使用一类材料来实现，铝氮氧化物和铝合金氮氧化物，例如AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy或CrzAlOxNy，且更一般地表示为MezAlOxNy，其中Me表示合金金属。当AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy和CrzAlOxNy形成为衬层时，他们可以通过溅射、等离子体浸没离子注入(PIII)、等离子体浸没离子注入沉积(PIIID)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、反应脉冲激光沉积(PLD)等沉积在读/写头或磁盘上。
上面显示的铝氮氧化物和铝合金氮氧化物是形成碳化物的化合物(carbide forming compound)，其呈现出良好的到DLC膜的粘合性。另外，它们还显示出具有良好的到磁读头中使用的衬底材料以及到半导体工业中广泛使用的各种其他材料的粘合性，所述衬底材料例如为AlTiC、Al2O3、NiFe和NiFeCo，所述其他材料例如为Ti、Cr、Ta、以及相当属性的其它材料。
在其稳定性、化学不活泼性、以及物理和化学属性诸如应力、折射率和密度等的可调性(通过他们的氧和氮含量的变化)方面，铝氮氧化物也是非常好的材料。例如，AlOxNy的硬度可以从12GPa(AlN)调节到20GPa(Al2O3)以上。在Al23O27N5的情况下，其硬度约为18GPa。保护膜的最重要的功能之一是抗腐蚀性，与硅或非晶硅相比，Al2O3和AlN更稳定和抗腐蚀。
将钛、硅和铬引入到Al-O-N系统中(即TizAlOxNy、SizAlOxNy、CrzAlOxNy)还能提供额外的硬度。例如TiAlN的硬度可比AlN高50％。另外，引入钛和铬还能通过形成Ti-C或Cr-C键促进与类金刚石碳层的键接强度，并且促进到DLC膜的粘合。Ti、Cr和Al已经广泛用作用于金刚石颗粒的键接元素(US6915796)。同时，由于铝、钛和铬的良好粘合性，这些膜具有良好的到磁头中的衬底材料的粘合性，所述衬底材料包括AlTiC、Al2O3、NiFe、NiFeCo等。
通过向AlOxNy添加Ti或Cr成分，强Ti-C和Cr-C键的形成将促进AlOxNy衬层到DLC涂层的粘合，同时，衬层中的金属成分将粘结到滑块或介质中的衬底材料，即AlTiC、Al2O3、NiFe、NiFeCo等。
AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy、CrzAlOxNy衬层能通过在Ar/O2/N2气氛中或者被通过不同方法产生的Ar/O2和/或Ar/N2等离子体处理的金属、金属氧化物或金属氮化物靶的反应溅射来准备，例如离子束等离子体、电容耦合等离子体(CCP)、感应耦合等离子体(ICP)、或电子回旋共振(ECR)等离子体。
描述沉积AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy、或CrzAlOxNy衬层的方法和示例的优选实施例将在下面给出且在下面说明。在这些实施例和示例的每个中，将利用能向下崩抽到＜10-6Torr基压(base pressure)的真空沉积腔。通过自动匹配RF电源供电的离子源，例如产生Ar+束的离子源，聚焦到靶上。所溅射的靶通过其羽流(plume)沉积在衬底上，该衬底可以是磁盘或读/写头，且其连续旋转以获得良好的沉积均匀性。Ar、O2和N2气体通过气体管线引入到腔/离子源中。
通常，氧比氮更具反应性；另外，氧气比氮气更易于分解成原子。这些事实在沉积系统中的气流和气氛控制中是非常重要的，以获得适当成份的AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy、或CrzAlOxNy膜。
为了参照和比较，图1提供了在磁读/写头的制造中使用的各种材料的数种相关机械和电属性的简便列表。
附图说明
本发明的目的、特征和优点在下面阐述的具体实施方式的上下文中得以理解。具体实施方式在附图的上下文中理解，附图中：
图1是列出形成读/写头和其保护涂层中使用的材料的数个相关属性的表。
图2a和2b是形成保护双层的已有技术方法(2a)和形成保护双层的本发明方法(2b)的流程图。
图3是安装读/写头的滑块的示意图，此类滑块上将形成本发明的保护双层。滑块飞行于旋转磁盘上，此类旋转磁盘也被本发明的双层保护。
图4是用于采用反应离子束溅射制造本发明的特定优选实施例的装置的示意图。
图5是用于采用扫描聚焦离子束制造本发明的特定优选实施例的装置的示意图。
图6是用于采用脉冲离子束制造本发明的特定优选实施例的装置的示意图。
图7是用于采用脉冲高能激光制造本发明的特定优选实施例的装置的示意图。
图8是用于在存在等离子体时用离子束溅射以制造本发明的特定优选实施例的装置的示意图。
具体实施方式
本发明的每个优选实施例教导了在磁读/写头或记录介质上制造薄保护双层的方法，其中保护双层包括粘合增强衬层，其形成为铝氮氧化物，AlOxNy、TizAlOxNy、SizAlOxNy、CrzAlOxNy(更一般地为MezAlOxNy)，其上形成硬的、保护性类金刚石碳(DLC)覆层(也称为涂层)。
在磁记录工业中，非晶硅(a-Si)广泛用作衬层以促进DLC层到磁读/写头的衬底的粘合。在已有技术中，涂敷工艺始于用Ar+离子束清洁头衬底。接着该清洁工艺，采用离子束溅射(IBD)沉积非晶硅衬层，然后采用离子束沉积(IBD)、PECVD或ECR，更优选地采用过滤阴极真空弧(filteredcathodic vacuum arc，FCVA)沉积DLC覆层。
本发明的优选实施例不同于a-Si的IBD沉积，因为完全不同类的材料，铝氮氧化物和铝合金氮氧化物，形成为粘合层。在优选实施例中，衬层形成为通过反应离子溅射、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、反应脉冲激光沉积(PLD)和下面将要描述的其他方法沉积的层。
参照图2a，以流程图形式示出制造已有技术保护双层的三步骤的序列。
1.使用Ar+离子束或Ar/O2离子束作为蚀刻机制的衬底预清洁。
2.使用反应离子溅射的非晶硅(a-Si)粘合衬层的沉积。
3.使用IBD、PECVD或FCVA的DLC保护覆层的沉积。
参照图2b，其示出制造本发明的保护双层的三步骤的序列。
1.采用Ar+离子束或Ar/O2作为蚀刻机制的衬底预清洁。
2.使用Ar/O2/N2气氛内铝氧化物或氮化物靶的反应离子溅射或者通过使用等离子体浸没离子注入、等离子体浸没离子注入沉积、等离子体增强化学气相沉积、或反应脉冲激光沉积，沉积铝氮氧化物粘合衬层。
3.采用IBD、PECVD或FCVA沉积DLC保护覆层。
本发明下面的实施例全是能在磁读/写头或磁记录介质(例如盘)上形成保护层的方法，其将满足上面阐述的本发明的所有目的。在所有的实施例中，保护层形成为盘上或读/写头的适当衬底表面上的双层，所述适当衬底表面例如为气垫层表面(ABS)，其已通过合适的方法例如Ar+束或Ar/O2离子束蚀刻被清洁。还应理解，优选有多个读/写头安装在支架上且由该方法同时处理。
图3示出了磁头-盘界面(未按比例)，其中磁头滑块10机械连接到其悬臂110。滑块构建在AlTiC衬底120上，包括有的被屏蔽的GMR或TMR读器(reader)和写器150以及Al2O3涂覆层(overcoat)170。读器屏蔽件、读器和写器材料主要由磁材料形成，包括Ni-Fe-Co的各种合金和化合物，其在暴露到环境条件时经历腐蚀。滑块涂覆有衬层180和DLC覆层190。
另一方面，磁盘20构建在玻璃或铝衬底210上，其上是衬层220和磁层230，磁层表面由通过本发明的方法形成的衬层280和DLC覆层290保护。为了最小化与滑块头的磨损，润滑(润滑剂)层260应用在磁盘上。本发明为滑块180和磁盘280提供衬层。
第一优选实施例
现在参照图4，其示出其中本发明的保护双层可形成在磁读/写头上或磁记录盘的表面上的装置的示意性透视图。在第一优选实施例中，作为反应离子溅射方法的示例，粘合增强层将形成为AlOxNy层。
本发明的第一优选实施例使用沉积腔10，其中通过涡轮泵已经形成低于约10-6Torr的真空。该腔基本上是所有下面的实施例中的公共元件。离子束，例如Ar+束20射入该腔中，且指向在Al2O3靶50。束由RF源30生产，并由从约300V至1200V范围的电压加速。射入口40允许O2和N2气体注入到腔10中，根据期望的AlOxNy衬层的形式，x在约0至1.5的范围内且y在约0至1的范围内，采用约0和20sccm之间的流速和不同比率用于反应沉积。如上所述，Ar+束指向Al2O3靶50，且所溅射的原子60撞击在正被涂覆的器件70上，其可由读/写头或磁盘构成，多个所述器件安装在可旋转支架80上，为了沉积的均匀性，支架80能被旋转。在全部实施例1至7的形成中，不超过50埃的衬层总厚度产生满足本发明的目的的结果。尽管厚度在50埃以下的粘合层将满足本发明的目的，但是20埃以下的衬层厚度是最优选的。沉积粘合层之后，采用上述方法将DLC层(未示出)形成在衬层上，以制造满足本发明的目的的结合双层。
在相同第一实施例的第二方案中，如上使用图4的装置，但是靶材料50是AlN，铝氮化物而不是铝氧化物。Ar+束20采用RF源和约300V与1200V之间的加速电压射入，O2和N2气体入射到腔10中，根据期望的AlOxNy衬层的形式，x在约0至1.5的范围内且y在约0至1的范围内，采用约0和20sccm之间的流速和不同比率。当Ar+束撞击AlN靶50时，所得的溅射的Al和N原子60在存在所注入的O2和N2气体的情况下撞击在读/写头或盘70上，以产生期望的AlOxNy粘合层。为了沉积的均匀性，多个读/写头或磁盘安装在可旋转的支架80上。
还应注意，x和y可随着沉积工艺进展而变化，从而产生具有是层厚度的函数的成分的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
形成衬层后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第二优选实施例
本发明的第二优选实施例采用图5的装置，其类似于图4，因为它包括沉积腔10，反应离子束20例如Ar+离子束能入射到其中且指向Al靶50，同时注入口40允许O2和N2气体以约0与20sccm之间的流速和不同比率注入，以形成期望形式的AlOxNy衬层，x在约0至1.5的范围内，y在约0至1的范围内。然而，在该实施例中，反应离子束是指向Al靶50的高能扫描聚焦Ar+离子束25，所溅射的原子60撞击在目标读/写头或磁盘70上，为了沉积的均匀性，它们安装在可旋转支架80上。为了避免污染靶且为了消除与沉积有关的滞后(hysteresis)效应，使用T.Nyberg等人(美国专利申请2004/0149566A1，在此全部引入作为参考)描述的高能扫描聚焦离子束。还应注意，x和y能随着沉积工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
作为该实施例的方法的第二示例，全部上述条件基本保持相同，但提供TizAl合金靶50(更一般地，MezAl，其中Me在下文表示一种适于制成合金的金属)用于聚焦、扫描反应离子束，由此溅射工艺在读/写头或磁盘上产生TizAlOxNy衬层。溅射工艺仍由在上面描述且在此引用的Nyberg的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的TizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第三示例，全部上述条件基本保持相同，但提供SizAl合金靶50用于聚焦、扫描反应离子束，由此溅射工艺产生SizAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。溅射工艺仍由上面描述且在此引入的Nyberg的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选地在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的SizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第四示例，全部上述条件基本保持相同，但提供CrzAl合金靶50用于聚焦、扫描反应离子束，由此溅射工艺产生CrzAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。溅射工艺仍由上面描述且在此引入的Nyberg的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选地在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的CrzAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第三优选实施例
本发明的第三优选实施例采用图6的装置，其包括沉积腔10，反应离子束例如Ar+离子束能入射到其中且指向Al靶50，根据AlOxNy衬层的期望形式，x在约0至1.5的范围，y在约0至1的范围，注入口40允许O2和N2气体以约0与20sccm之间的流速和不同比率注入。然而，在该实施例中，离子束20是具有高的瞬时功率的脉冲Ar+离子源，其指向Al靶50，所溅射的原子60撞击在目标读/写头70或介质上，为了沉积的均匀性，它们安装在可旋转支架80上。为了避免污染靶且为了消除与沉积相关的滞后效应，采用了V.Kousnetsov等人描述的高瞬时功率脉冲离子源(美国专利号6296742，在此引入其全部内容作为参考)。还应注意，x和y可随着沉积工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
作为该实施例的方法的第二示例，全部上述条件基本保持相同，但提供TizAl合金靶50(更一般地，MezAl)用于脉冲反应离子束，由此溅射工艺在读/写头或磁盘上产生TizAlOxNy衬层。溅射工艺仍由在上面描述且在此引用的Kousnetsov的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的TizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第三示例，全部上述条件基本保持相同，但提供SizAl合金靶50用于脉冲反应离子束，由此溅射工艺产生SizAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。溅射工艺仍由上面描述且在此引入的Kousnetsov的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的SizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第四示例，全部上述条件基本保持相同，但提供CrzAl合金靶50用于脉冲反应离子束，由此溅射工艺产生CrzAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。溅射工艺仍由上面描述且在此引入的Kousnetsov的方法进行。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的CrzAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第四优选实施例
本发明的第四优选实施例采用图7的装置，其包括沉积腔10，高能脉冲激光能引导高能、脉冲电磁辐射束25到Al靶50，根据AlOxNy衬层的期望形式，注入口40允许O2和N2气体以0与20sccm之间的流速和不同比率x/y注入。在该实施例中，电磁辐射能通过高能脉冲激光例如CO2激光、受激准分子激光(excimer laser)等产生，通过激光束发射的原子60撞击在目标读/写头或磁盘70上，为了沉积的均匀性，它们安装在可旋转支架80上。约0至1.5范围内的x和约0至1范围内的y的值产生满足本发明的目的的粘合层。还应注意，x和y可随着沉积工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
作为该实施例的方法的第二示例，全部上述条件基本保持相同，但提供TizAl合金靶50(更一般地，MezAl)用于高能激光束，由此溅射工艺在读/写头或磁盘上产生TizAlOxNy衬层。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的TizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第三示例，全部上述条件基本保持相同，但提供SizAl合金靶50用于高能激光，由此溅射工艺产生SizAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的SizAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。应注意，随着沉积的进行，x、y和z的值可随着层厚度而变化。
作为该实施例的方法的第四示例，全部上述条件基本保持相同，但提供CrzAl合金靶50用于高能激光，由此溅射工艺产生CrzAlOxNy衬层在读/写头或磁盘上。氧气和氮气以不同比率引入，以形成x在约0至1.5+2z的范围，y在约0至1+1.3z的范围，更优选在约0至1+z的范围，z在约0至10的范围的CrzAlOxNy膜成分。氧气和氮气的流速与上面给出的相同。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第五优选实施例
参照图8，示出一装置的示意性透视图，在该装置中进行根据第五优选实施例的在磁读/写头上形成保护双层的两步工艺。
本发明的第五优选实施例采用图8的沉积腔10，反应离子束例如Ar+束20入射到其中。该束由RF源30产生，且由从300V至1200V范围的电压加速。束20撞击在Al靶50或Al合金靶(TizAl、SizAl、CrzAl，或更一般地，MezAl)上，使得靶原子溅射到为了均匀沉积而安装在可旋转支架80上的多个磁读/写头或磁盘70上。
在溅射膜沉积于读/写头上之后，该膜然后暴露到Ar/O2/N2气体(Ar用作载气(carrier gas))的等离子体90，所述气体根据期望的氮氧化物形式以不同比率x/y注入到腔10中。当Al用作靶时，约0至1.5范围的x和约0至1范围的y的值产生满足本发明的目的的粘合层。还应注意，x和y可随着沉积工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第六优选实施例
本发明的第六优选实施例与第五实施例基本相同，除了在溅射束撞击读/写头或盘的同时发生等离子体的注入之外。本实施例采用图8的沉积腔10，反应离子束例如Ar+束20射入其中。该束由RF源30产生，且由从300V至1200V范围的电压加速。束20撞击在Al靶或TizAl、SizAl或CrzAl(更一般地，MezAl)合金靶50上，使得靶原子溅射到为了均匀沉积而安装在可旋转支架80上的多个磁读/写头或磁盘70上。
在O2和N2气体的等离子体90(Ar可用作载气)存在的情况下进行溅射膜在读/写头或磁盘上的沉积，所述等离子体90根据所期望的氮氧化物的形式以不同比率形成在腔10内。当Al用作靶时，约0至1.5范围的x和约0至1范围的y的值产生满足本发明的目的的粘合层。还应注意，x和y可随着等离子体工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
第七优选实施例
本发明的第七优选实施例采用图8的沉积腔10，其中已通过涡轮泵形成约10-6Torr以下的真空。反应离子束例如Ar+束20射入该腔中且指向Al靶或TizAl、SizAl、CrzAl(更一般地，MezAl)合金靶50。束由RF源30产生，且由从300V至1200V范围的电压加速。束20撞击在靶50上，从而被溅射到为了均匀沉积而安装于可旋转的固定设备(fixture)上的多个磁读/写头或磁盘70上。
在Al溅射膜或TizAl、SizAl、CrzAl(更一般地，MezAl)膜沉积在读/写头上后，根据期望的MezAlOxNy层的形式，所沉积的膜然后以不同的暴露持续时间依次暴露到Ar/O2/N2气体100的等离子体90(或依次暴露到Ar/O2气体和Ar/N2气体100的等离子体90)(即已沉积的MezAl膜的等离子体表面处理)。等离子体可以通过采用本领域已知的多种方法中的任意方法产生和应用，例如通过离子束的等离子体形成、电容耦合等离子体(CCP)的形成和应用、电子回旋共振(ECR)等离子体的形成、或感应耦合等离子体(ICP)的形成和应用。
还应注意，x和y能随着沉积工艺进展而变化，以产生具有是层厚度的函数的成份的粘合层。在所有这些形成中，不超过50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。20埃以下的层厚度是最优选的。
衬层形成后，DLC覆层采用上述方法形成在衬层上。
如本领域技术人员所理解的，本发明的优选实施例是对本发明的说明，而不是对本发明的限制。可以对在磁读/写头上或磁盘表面上形成包括铝氮氧化物衬层或铝合金氮氧化物层的保护双层的方法、工艺、材料、结构和尺寸进行修改和改变，同时仍提供根据所附权利要求定义的本发明形成的保护双层。

Claims (64)

1.一种受保护的磁读/写头，包括：
所述读/写头；
形成在所述头上的保护双层，所述双层还包括：
粘合增强衬层，形成为在所述头的清洁衬底表面上的铝氮氧化物AlOxNy的层；
类金刚石碳DLC外层，形成在该衬层上。
2、如权利要求1所述的受保护的磁读/写头，其中x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1之间的范围。
3、如权利要求1所述的受保护的磁读/写头，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
4、如权利要求1所述的受保护的磁读/写头，其中所述衬层形成至约20埃以下的厚度。
5、如权利要求1所述的受保护的磁读/写头，其中x和y在该衬层的厚度上变化。
6、如权利要求1所述的受保护的磁读/写头，其中在存在氧和氮气体或者氧和氮等离子体时，通过溅射、反应脉冲激光沉积、脉冲反应离子溅射或扫描聚焦反应离子束溅射工艺形成该衬层。
7、一种受保护的磁读/写头，包括：
所述读/写头；
形成在该头上的保护双层，该双层还包括：
粘合增强衬层，形成为在所述头的清洁衬底表面上的铝合金的氮氧化物MezAlOxNy的层，其中Mez是具有相对原子百分比z的合金元素；
类金刚石碳外层，形成在该衬层上。
8、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中Mez是Tiz，x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
9、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中Mez是Siz，x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0与1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
10、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中Mez是Crz，x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
11、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
12、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中x、y和z在该衬层的厚度上变化。
13、如权利要求7所述的受保护的磁读/写头，其中在存在氧和氮气体或者氧和氮等离子体时，通过反应脉冲激光沉积、反应离子溅射、脉冲反应离子溅射或扫描聚焦反应离子束溅射工艺形成该衬层。
14、一种表面受保护的磁盘，包括：
所述磁盘；
形成在该盘上的表面保护双层，该双层包括：
粘合增强衬层，由铝氮氧化物AlOxNy形成，且形成在所述盘上；
以及
类金刚石碳覆层，形成在所述衬层上。
15、如权利要求14所述的表面受保护的磁盘，其中x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1之间的范围。
16、如权利要求14所述的表面受保护的磁盘，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
17、如权利要求14所述的表面受保护的磁盘，其中所述衬层形成至约20埃以下的厚度。
18、如权利要求14所述的表面受保护的磁盘，其中x和y在该衬层的厚度上变化。
19、如权利要求14所述的表面受保护的磁盘，其中在存在氧和氮气体或者氧和氮等离子体时，通过反应脉冲激光沉积、反应离子溅射、脉冲反应离子溅射或扫描聚焦反应离子束溅射工艺形成该衬层。
20、一种表面受保护的磁盘，包括：
所述磁盘；
形成在所述盘上的表面保护双层，该双层包括：
粘合增强衬层，由铝合金的氮氧化物MezAlOxNy形成在所述盘上，其中Mez是具有相对原子百分比z的用于制造合金的元素；以及
类金刚石碳覆层，形成在所述衬层上。
21、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中Mez是Tiz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
22、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中Mez是Siz，且x在约0与1.5+2z之间的范围，y在约0与1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
23、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中Mez是Crz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
24、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
25、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中x、y和z在该衬层的厚度上变化。
26、如权利要求20所述的表面受保护的磁盘，其中在存在氧和氮气体或者氧和氮等离子体时，通过反应脉冲激光沉积、反应离子溅射、脉冲反应离子溅射或扫描聚焦反应离子束溅射工艺形成该衬层。
27、一种形成受保护的读/写头、多个受保护的读/写头、或表面受保护的磁盘的方法，包括：
提供所述磁盘、所述读/写头、多个所述磁盘、或多个所述读/写头；
清洁所述磁盘、所述读/写头、多个所述磁盘、或多个所述读/写头的适当表面；
在所述表面上形成Al、或TiAl、或SiAl、或CrAl的氮氧化物粘合层；
在所述衬层上形成类金刚石碳层。
28、如权利要求27所述的方法，其中所述衬层由一工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，其包括可旋转支架、溅射靶、用于以选定能量入射反应离子束且引导所述离子到所述溅射靶的装置、用于以选定流速注入各种气体且在所述腔内保持所述气体在期望的相对浓度的装置；
在所述支架上安装所述读/写头、所述多个这样的头、或所述磁盘，且旋转所述支架；
引导所述反应离子到溅射靶；
以相对浓度比率x/y注入O2气体和N2气体，同时所述反应离子撞击在所述溅射靶上，由此在所述读/写头、多个所述读/写头、或磁盘上形成所述衬层为氮氧化物。
29、如权利要求28所述的方法，其中该靶包括Al、Al的氧化物、或Al的氮化物，且x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1.0之间的范围，且氮氧化物是AlOxNy的形式。
30、如权利要求28所述的方法，其中该靶包括MezAl形式的Al合金，其中Me是合金成分，或者该靶包括MezAl的氧化物或MezAl的氮化物，该氮氧化物是MezAlOxNy的形式。
31、如权利要求30所述的方法，其中Mez是Tiz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
32、如权利要求30所述的方法，其中Mez是Siz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
33、如权利要求30所述的方法，其中Mez是Crz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
34、如权利要求28所述的方法，其中所述O2和N2气体以0与20sccm之间的流速注入。
35、如权利要求28所述的方法，其中所述离子束是Ar+离子的束，通过经由约300V至1200V之间的电压发送所述束而形成。
36、如权利要求28所述的方法，其中使x和y随所述衬层的形成而变化。
37、如权利要求27所述的方法，其中所述衬层由一工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，其包括可旋转支架、溅射靶、用于入射高能脉冲离子束或高能离子束的聚焦、扫描束到所述腔中且引导所述离子到所述溅射靶的装置、用于以选定流速注入各种气体且在所述腔内保持所述气体在期望的相对浓度的装置；
在所述支架上安装所述读/写头、所述多个这样的头、或所述磁盘，且旋转所述支架；
引导所述反应离子到所述溅射靶；
以一相对浓度比率注入O2气体和N2气体，同时所述反应离子撞击在所述靶上，由此在所述读/写头、所述多个读/写头、或所述磁盘上形成所述衬层为氮氧化物。
38、如权利要求37所述的方法，其中该靶包括Al、Al的氧化物、或Al的氮化物，且x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1.0之间的范围，且氮氧化物是AlOxNy的形式。
39、如权利要求37所述的方法，其中该靶包括MezAl形式的Al合金，其中Mez是合金成分，或者该靶包括MezAl的氧化物或MezAl的氮化物，该氮氧化物是MezAlOxNy的形式。
40、如权利要求39所述的方法，其中Mez是Tiz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
41、如权利要求39所述的方法，其中Me是Si，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
42、如权利要求39所述的方法，其中Mez是Crz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
43、如权利要求37所述的方法，其中所述O2和N2气体以0与20sccm之间的流速注入。
44、如权利要求37所述的方法，其中使x和y随所述衬层的形成而变化。
45、如权利要求27所述的方法，其中所述衬层由一工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，其包括可旋转支架、溅射靶、用于入射高能电磁辐射束到所述腔中且引导所述辐射到所述溅射靶的装置、用于以选定流速注入各种气体且在所述腔内保持所述气体在期望的浓度比率的装置；
在所述支架上安装所述读/写头、多个这样的头、或磁盘，且旋转所述支架；
引导所述辐射到溅射靶；
以一相对浓度比率分别注入O2气体和N2气体，同时所述辐射撞击在所述靶上，由此在所述读/写头、所述多个读/写头、或所述磁盘上形成所述衬层为氮氧化物。
46、如权利要求45所述的方法，其中该靶包括Al、Al的氧化物、或Al的氮化物，且x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1.0之间的范围，且氮氧化物是AlOxNy的形式。
47、如权利要求45所述的方法，其中该靶包括MezAl形式的Al合金，其中Mez是合金成分，或者该靶包括MezAl的氧化物或MezAl的氮化物，该氮氧化物是MezAlOxNy的形式。
48、如权利要求47所述的方法，其中Mez是Tiz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
49、如权利要求47所述的方法，其中Mez是Siz，且x在约0与1.5+2z之间的范围，y在约0与1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
50、如权利要求47所述的方法，其中Mez是Crz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
51、如权利要求45所述的方法，其中所述辐射由高能脉冲CO2激光或受激准分子激光产生。
52、如权利要求45所述的方法，其中所述O2和N2气体以约0与20sccm之间的流速注入。
53、如权利要求45所述的方法，其中使x和y随所述衬层的形成而变化。
54、如权利要求45所述的方法，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
55、如权利要求27所述的方法，其中所述衬层由一工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，其包括可旋转支架、溅射靶、用于以选定能量入射反应离子的高能脉冲束且引导所述离子到所述溅射靶的装置、用于形成以选定流速引入且混合的各种气体的等离子体且在所述腔内以期望的等离子体气体的相对浓度维持所述等离子体的装置；
在所述支架上安装所述读/写头、所述多个这样的头、或所述磁盘，且旋转所述支架；
引导所述反应离子到溅射靶，由此从所述靶产生溅射材料；
形成相对浓度比率x/y的O2气体和N2气体的等离子体，
其中Ar可用作所述等离子体的载气；
在来自所述靶的溅射材料撞击其上的同时或者在所述溅射材料已撞击在其上之后，用所述等离子体接触所述读/写头、所述多个读/写头、或所述磁盘，由此在所述读/写头、所述多个读/写头、或所述磁盘上形成氮氧化物的所述衬层。
56、如权利要求55所述的方法，其中该靶包括Al、Al的氧化物、或Al的氮化物，且x在约0与1.5之间的范围，y在约0与1.0之间的范围，且所述氮氧化物是AlOxNy的形式。
57、如权利要求55所述的方法，其中该靶包括MezAl形式的Al合金，其中Mez是合金成分，或者该靶包括MezAl的氧化物或MezAl的氮化物，该氮氧化物是MezAlOxNy的形式。
58、如权利要求57所述的方法，其中Mez是Tiz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
59、如权利要求57所述的方法，其中Mez是Siz，且x在约0与1.5+2z之间的范围，y在约0与1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
60、如权利要求57所述的方法，其中Mez是Crz，且x在约0至1.5+2z之间的范围，y在约0至1+1.3z之间的范围，z在约0至10之间的范围。
61、如权利要求55所述的方法，其中使x和y随所述衬层的形成而变化。
62、如权利要求55所述的方法，其中所述衬层形成至约50埃以下的厚度。
63、如权利要求55所述的方法，其中所述等离子体通过Ar/O2等离子体和Ar/N2等离子体以不同持续时间依次施加，或者由Ar/N2等离子体和Ar/O2等离子体以不同持续时间依次施加。
64、如权利要求55所述的方法，其中所述等离子体是离子束等离子体、ECR等离子体、ICP或CCP。
CNA2008100021962A 2007-01-18 2008-01-18 包括氮氧化铝衬层和类金刚石覆层的磁记录头和介质 Pending CN101236747A (zh)

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