CN101276601A - 金属氮氧化物粘接/腐蚀阻挡层及类金刚石碳上覆层 - Google Patents

金属氮氧化物粘接/腐蚀阻挡层及类金刚石碳上覆层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于在磁读/写头或磁盘上形成保护性双层的方法。该保护性双层形成为粘接增强和腐蚀抵抗下层和保护类金刚石碳(DLC)上层。下层由过渡金属氮化物形成，具有通式MeOxNy，这里Me代表下面的过渡金属元素中的单一元素或由两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W，这里x可以在0和3之间的范围内而y可以在0和2之间的范围内。通过调节x和y的值，粘接下层有助于如应力补偿、化学和机械稳定性和低电导率的这些保护性双层的品质。提供了形成粘接层的各种方法，所述方法包括反应离子溅射、等离子辅助化学气相沉积、脉冲激光沉积和激光浸没离子注入。

Description

金属氮氧化物粘接/腐蚀阻挡层及类金刚石碳上覆层
技术领域
本发明涉及硬盘驱动(HDD)的制作，具体地涉及通过使用也用作腐蚀阻挡的下层上的类金刚石碳涂层来保护磁头和磁盘的方法。
背景技术
降低磁读/写头及其下面旋转的磁盘的表面之间的磁头-至-磁盘间距(漂浮高度，fly height)一直是在硬盘驱动(HDD)存储系统中获得超高记录密度的重要途径之一。对于具有160千兆字节容量的商业上可获得的HDD，漂浮高度在10纳米(nm)的数量级。在快速旋转的磁盘和实质上漂浮在其上的读/写头之间保持这样小的间距是困难的且磁盘表面和磁头之间的偶尔接触是不可避免的。当发生这种接触时，可以导致对磁头和磁盘的破坏和记录在磁盘上的信息的损失。为了最小化磁头和磁盘破坏，DLC(类金刚石碳)涂层的薄层涂敷到磁头的表面和磁盘的表面。该DLC也用于保护磁头中的磁性材料免于被环境内的各种元素所腐蚀。已知DLC的作用的重要性，DLC是硬的、致密的并很薄是必要的，需要薄来满足总体漂浮高度需要而不会用尽任何分配的间距。当前在现有技术中可以发现20-30埃之间的DLC涂层。
常规地，DLC涂层厚度大于
Figure A20081008198000071
并对于该厚度范围，存在高内应力，导致与磁头的基板材料以及它们可以结合到的其它衬底的不良粘接。因为高内部应力和热应力，所以需要粘接层。例如，在切割边缘和钻孔工具的应用中，DLC厚度在微米范围内，且工作温度可以达到几百摄氏度，粘接层的热膨胀系数(CTE)也起到重要的作用。对于这些原因，在现有技术中，日本专利JP2571957、JP2220522和JP3195301已经提出Si、SiOx、SiC和SiNx用于该粘接层。Itoh等人(美国专利第5,227,196号)公开了在DLC层之下的氧化物基板上的SiNx粘接层。在现有技术中也发现各种类型的粘接层。Ishiyama(美国专利申请2006/0063040)公开了为更好的粘接的氢化氮化碳的碳基保护层。Hwang等人(美国专利申请2005/0045468)教导用于DLC的Si粘接层。Hwang等人(美国专利申请2002/0134672)公开了Si、Al2O3、SiO2、或SiNx作为DLC层之下的粘接层。David等人(美国专利第5,609,948号)描述了DLC层下面的SiC粘接层。
除了这些列举的现有技术，也已经利用了包含Si之外的材料的粘接层。Natsume等人(美国专利第7,091,541号)公开了用于电容器介电层和电极之间的粘接层的氮氧化物TiAlON。Fu等人(美国专利申请第6,238,803号)示出TiOxNy阻挡层。Johnson等人(美国专利第4,952,904号)描述了氮化硅和铂之间的金属氧化物粘接层。Stevens(美国专利第5,070,036号)示出作为VLSI电路中的各种材料区域之一的金属氮氧化物。Gillery(美国专利第4,861,669号)示出了TiON介电膜。
对于磁头，下层应该至少具有以下性能：
1.电隔离性能。对于磁头，必须为磁性金属合金层提供电隔离，该磁性金属合金层比如是包含基于巨磁电阻(GMR)效应的磁阻读头的那些层，或包含基于隧穿磁电阻(TMR)效应的器件的那些。这些层和周围HDD部件之间的电短路将破坏磁头或类似器件。由此，保护层，尤其是下层应该是绝缘的或半绝缘的。然而，由于Si的半导体性能，Si粘接层的表面分流可以将比如所谓的爆米花噪声的噪声引入GMR或TMR读出器。
2.抗腐蚀性能。DLC膜，具体那些通过现有技术的过滤阴极真空电弧(FCVA)工艺生产的那些通常嵌入有微米或纳米颗粒。这些颗粒可以导致用于形成磁性有源层的材料比如NiFe和NiCoFe的针孔和腐蚀。因此下层的抗腐蚀性能对于保持传感器的性能完整性至关重要。
3.抗磨损性能。在下层和DLC层的总厚度降低到亚30埃范围的情形，实质上每个原子对于保护都起作用。因此，如果我们可以将更多的原子放入有限的膜厚中，则可以预期更好的抗磨损性能。因此，下层具有对于腐蚀保护的化学稳定性和对于摩擦有利的高硬度两者是非常重要的。
本发明的目的是提供一类新型材料，用其形成下层，以替换Si和上述现有技术描述的相关材料。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于磁读/写头或磁记录介质的薄保护层以保护它们免于不利接触并提供磁头和介质表面之间的磨损抵抗。
本发明的第二方面提供形成为双层的保护层，其中上层主要是保护层而下层主要是粘接增强层和腐蚀保护层。
本发明的第三方面提供这种双层，其中下层的固有高电阻率消除表面分流，因此从读/写头降低噪声，比如爆米花噪声。
本发明的第四方面提供这种双层，其中下层与上层形成强的且稳定的化学结合。
本发明的第五方面提供用于形成满足所有上述目标的保护性双层的方法。
本发明的目标将通过使用一类材料获得以形成保护性双层的粘接增强和腐蚀抵抗下层，该材料是过渡金属氮氧化物，具有MeOxNy通式，以“Me”表示过渡金属。将满足本发明的目标的过渡金属的实例是周期表的IIIB、IVB和VB族中的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W。过渡金属氮氧化物可以有效结合到DLC和读/写头基板以及记录介质基板以形成强且稳定的结合。其具有必需的化学和机械性能以满足上面阐述的本发明的目标。Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W是形成对于DLC膜展现良好粘接的碳化物的难熔金属。另外，它们也展示出与用在磁读出头和介质的基板材料比如AlTiC、Al2O3、NiFe和NiFeCo以及与广泛用在半导体工业中的多种其它材料有良好的粘接。由此，Ti、Cr和Ta已广泛用于粘接层。此外，过渡金属氮氧化物的化学、机械和物理性能可以通过改变通式中氧和氮浓度x和y来从共价键占优势的氮化物到离子键占优势的氧化物而被调整。例如，TiN是用于粘接层的良好的材料，但其电阻(见图1)仅在10-6Ohm·cm的范围。然而，通过引入氧其电阻率可以增加到10+5-10+10ohm·cm之间的范围(见M.J.Jung等人的“The physiochemical properties of TiOxNy films with controlledoxygen partial pressure”，Surface Coating Technology 171，pp.71-74，2003)。与该电阻率的有利的变化一起，膜的应力也将有利地降低(S.S.Ang，“Titanium Nitride Films with High Oxygen Concentration”Journal of ElectronicMaterials，Vol.17，No.2，pp.95-100，1988)。
满足本发明的目标的另一个实例是TaOxNy膜的类型，如下面描述的，其可以通过采用Ar/O2/N2离子束和Ta靶的反应溅射来制备。如图1所示，将TaOxNy膜中的x/y比率从大约0增加到20使得硬度在大约26GPa到12GPa之间调节。同时，带隙能量Eg大约从2.7eV增加到4.2eV。结果，电阻率也将因此增加。通过改变氧/氮比率来调节膜性能的能力是本发明一个十分有利的方面。
又一个实例是CrOxNy膜类型，其可以通过Cr靶与Al/O2/N2的反应溅射来制备。材料的电学性能随CrOxNy从CrN变化到CrO1.5而从导电改变到绝缘。
进一步实例是MoOxNy类型，其中膜中的氧含量的增加将膜的硬度从约25GPa降低到约5GPa。同时，杨氏模量也从250GPa降低到约50GPa。应力从约1.5GPa降低到接近于零的应力。
为了参考和比较的目的，图2提供用于磁读/写头的制作的各种材料的几种相关机械和电学性能的常规列表。
MeOxNy下层可以通过各种方法来制备，包括：
1.金属、金属氧化物、金属氮化物或金属氮氧化物靶在Ar/O2/N2气氛内的反应溅射。
2.采用等离子体浸没离子注入(PIII)、等离子体浸没离子注入沉积(PIIID)的金属膜的等离子体处理。
附图说明
本发明的目标、特征和优点将在下面阐述的对优选实施例描述的上下文中被理解。优选实施例的描述在附图的上下文内被理解，在附图中：
图1是钽氮氧化物的硬度作为氧和氮的相对百分比的函数的曲线图。
图2是列出用于形成读/写头及其保护涂层的材料的几种相关性能的表。
图3a和3b是形成保护性双层的现有技术方法(3a)以及形成保护性双层的本方法(3b)的流程图。
图4是在其上将形成本发明的保护性双层的该类型的安装滑触头的读/写头的示意图。该滑触头漂浮在该类型的旋转磁盘之上，该磁盘也由本发明的双层保护。
图5是用于使用反应离子束溅射制作本发明具体优选实施例的设备的示意图。
图6是用于使用扫描聚焦离子束来制作本发明具体优选实施例的设备的示意图。
图7是用于使用脉冲离子束制作本发明具体优选实施例的设备的示意图。
图8是用于使用高能激光制作本发明具体优选实施例的设备的示意图。
图9是用于在等离子体存在时使用离子束溅射或随后在等离子体中处理来制作本发明的优选实施例的设备的示意图。
具体实施方式
本发明的每个优选实施例教导制作磁读/写头或磁记录介质之上的薄保护性双层的方法，其中该保护性双层包括形成为过渡金属氮氧化物MeOxNy(这里Me代表单一过渡金属元素或由两种或多种下面的过渡金属元素形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W)的粘接增强和腐蚀抵抗下层，在其上形成硬的、保护性类金刚石碳(DLC)上层(也称为上覆层)。
非晶Si(a-Si)是广泛用于磁记录工业中的粘接层以改善DLC层与磁读/写头的基板的粘接。在现有技术中，涂层工艺始于使用Ar+离子束清洗头基板。在该清洗工艺之后，非晶Si的粘接层使用离子束溅射沉积并然后DLC上层使用离子束沉积(IBD)或PECVD或，更优选地，由过滤阴极真空电弧(FCVA)沉积来沉积。
因为完全不同类别的材料，过渡金属氮氧化物形成以作为粘接和腐蚀保护层，所以本发明的优选实施例不同于a-Si的IBD沉积。在优选实施例中，该层形成(或在头或记录介质上)为MeOxNy层，Me代表下面的过渡金属元素的单一元素或由两种或多种形成的合金：周期表中IIIB、IVB和VB族中的Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。该层可以通过反应离子溅射、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、反应脉冲激光沉积(PLD)和下面描述的其它方法来沉积。
参照图3a的流程图，示出了制作现有技术的保护性双层的连续三个步骤。
1.使用Ar+离子束作为蚀刻机制对基板进行预清洗。
2.使用反应离子溅射沉积非晶硅(a-Si)的粘接下层。
3.使用IBD、PECVD或FCVA沉积DLC的保护性上层。
参照图3b的流程图，示出了制作本发明的保护性双层的连续三个步骤。
1.使用Ar+作为蚀刻机制对(头或介质的)基板进行预清洗。
2.在Ar/O2/N2气氛内由这种金属氧化物、金属氮化物、或金属氮氧化物靶，使用难熔过渡金属(Me)或这种金属的合金的溅射，或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、或反应脉冲激光沉积，来沉积MeOxNy粘接增强和腐蚀抵抗下层。
3.使用IBD、PECVD或FCVA沉积DLC保护性上层。
本发明下面的实施例全部是可以在磁读/写头或磁记录介质(典型为磁盘)上形成保护层的方法，这些方法将满足上面阐述的本发明的所有目的。在所有实施例中，保护层在磁盘上或读/写头的合适基板表面上形成为双层，比如在已经由比如Ar离子或Ar/O2离子束蚀刻的合适方法清洗的空气轴承表面(ABS)上。也可以理解优选有安装在支架上并由该方法同时处理的多个读/写头。
图4示出磁头-磁盘界面(没有按比例画出)，这里磁头滑触头(10)机械地附着到其悬臂(110)。滑触头与屏蔽GMR或TMR读出器或写入器(150)和Al2O3上覆层(170)构建在AlTiC基板(120)上。读出器屏蔽、读出器和写入器材料主要由包括Ni-Fe-Co的各种合金和化合物的磁性材料形成，其在暴露预环境条件时遭受腐蚀。滑触头用本发明的下层(180)和DLC上覆层(190)覆盖。
另一方面，磁盘(20)构建在玻璃或铝基板(210)上，在该基板的顶上是粘接层(220)(本发明中不是典型的)和磁性层(230)。磁性层的表面由通过本发明的方法形成的粘接层(280)和DLC上覆层(290)保护。为了最小化与滑触头的磨损，润滑层(260)涂敷在磁盘上。本发明为滑触头(180)和磁盘(280)两者提供粘接层。
第一优选实施例
现在参照图5，示出了设备的示意透视图，在该设备内本发明的保护性双层可以形成在磁读/写头上或磁记录盘的表面上。在该第一优选实施例中，作为方法的实例，粘接增强层将形成为TiOxNy层。
本发明的第一优选实施例使用沉积腔(10)，在该沉积腔中由涡轮泵(未示出)形成小于约10-6托的真空。该腔在所有下面的实施例中基本上是公共的元件。将反应离子束比如Ar+束(20)注入到该腔并指向TiO2(50)溅射靶。该束由RF源(30)产生并由电压加速，该电压以大约300V到1200V之间的束电压产生离子束。注入口(40)允许O2和N2气体以大约0和20sccm的流速并以不同的浓度比率和不同的持续时间注入到腔(10)或离子源中，所述浓度比率和持续时间取决于TiOxNy下层中的期望的x/y比率，x在大约0到3的范围内而y在大约0到2的范围内。如上解释的，Ar+束指向TiO2溅射靶(50)且溅射的原子(60)碰撞到被涂敷的装置(70)(沉积目标)上，其可以是读/写头或磁盘，多个读/写头或磁盘安装在一个为了均匀沉积而旋转的可旋转支架(80)上。上述x和y的值产生粘接和腐蚀抵抗下层，其电阻率在大约10-6到10+6ohm·cm的范围内。还应注意的是x和y可以随沉积工艺进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。在实施例一至六的所有形成中，不超过50埃的粘接层的总厚度可以满足本发明的目标。小于20埃的粘接层厚度最为优选，尽管厚度小于50埃的粘接层将满足本发明的目标。沉积粘接层之后，使用上述的方法在粘接层上形成DLC层(未示出)以生产满足本发明的目标的接合的双层。
应该注意其中Ti为过渡金属且TiO2为靶的上述层的形成也可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式形成，这里Me代表下面的过渡金属元素中单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
在相同的第一实施例的第二种形式中，如上使用图5的设备，但溅射靶材料(50)是TiN。Ar+束(20)使用RF源和产生大约在300V到1200V之间的束电压的加速电压来注入且O2和N2气体以大约0和20sccm之间的流速和不同的浓度比率和不同的持续时间注入到腔(10)中，该不同的浓度比率和不同的持续时间取决于TiOxNy下层的期望的x/y比率，x在大约0到3的范围内而y在大约0到2的范围内。当Ar+束击撞TiN溅射靶(50)时，得到的溅射Ti和N原子(60)在注入的O2和N2气体存在下碰撞读/写头或磁盘(70)，以生产期望的TiOxNy粘接层。多个读/写头或磁盘安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转支架(80)上。
还应该注意的是x和y可以随着沉积的进行而变化以生长具有是层厚的函数的成分的粘接层。在所有这些形成中，不超过大约50埃的层的总厚度产生满足本发明的目的的结果。小于20埃的层厚是最优选的。
应该注意其中Ti是该过渡金属且溅射靶是TiN的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面的过渡金属元素的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
下层形成之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
第二优选实施例
本发明的第二优选实施例使用图6的设备，其与图5的设备的相似之处在于：其包括沉积腔(10)，反应离子束(20)比如Ar+离子束可以注入到该沉积腔(10)中并指向Ti溅射靶(50)；同时注入口(40)允许O2和N2气体以大约0和20sccm的流速并以不同的浓度比率和不同的持续时间注入，该浓度比率和持续时间取决于TiOxNy下层中的期望的x/y比率，x在大约0到3的范围内而y在大约0到2的范围内。然而，在该实施例中，反应离子束是高能扫描聚焦Ar+离子束(25)，其指向Ti的溅射靶(20)且溅射的原子(60)碰撞读/写头或磁盘目标(70)，读/写头或磁盘安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转支架上。为了避免毒化靶并消除与沉积关联的滞后效应，使用由T.Nyberg等人(美国专利申请2004/0149566A1)描述的高能扫描聚焦离子束，该专利的全部内容通过引用的方式结合于此。还应该注意的是x和y可以随着沉积工艺的进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。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。小于20埃的层厚是最优选的。
应该注意的是其中Ti是该过渡金属的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
第三优选实施例
本发明的第三优选实施例使用图7的设备，其包括沉积腔(10)，反应离子束比如Ar+离子束可以注入到该沉积腔(10)中并指向Ti溅射靶(50)；同时注入口(40)允许O2和N2气体以大约0和20sccm的流速并以不同的浓度比率和不同的持续时间注入，该浓度比率和持续时间取决于TiOxNy下层中的期望的x/y比率，x在大约0到3的范围内而y在大约0到2的范围内。然而，在该实施例中，离子束(20)是具有高瞬时功率的脉冲Ar+离子源，其指向Ti的溅射靶(50)且溅射的原子(60)碰撞在沉积目标读/写头(70)上，读/写头安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转支架上。为了避免毒化靶并消除与沉积关联的滞后效应，使用由V.Kousnetsov等人(美国专利申请6,296,742)描述的高瞬时功率脉冲离子束，该专利的全部内容通过引用的方式结合于此。还应该注意的是x和y可以随着沉积工艺的进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。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。小于20埃的层厚是最优选的。
应该注意的是其中Ti是该过渡金属的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
第四优选实施例
本发明的第四优选实施例使用图8的设备，其包括沉积腔(10)，高能脉冲激光可以将高能脉冲电磁辐射(25)指向Ti靶(50)，同时注入口(40)允许O2和N2气体以大约0和20sccm的流速并以不同的浓度比率和不同的持续时间注入，该浓度比率和持续时间取决于TiOxNy下层中的期望的x/y比率。在该实施例中，电磁辐射可以由高能脉冲激光比如CO2激光、准分子激光等产生且由该激光束射出的原子碰撞目标读/写头或磁盘(70)，该读/写头或磁盘(70)安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转支架上。获得了大约0到3的范围内的x值和大约0到2之间的范围内的y值并产生满足本发明的目标的粘接层。还应该注意的是x和y可以随着沉积工艺的进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。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。小于20埃的层厚是最优选的。
应该注意的是其中Ti是该过渡金属的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
第五优选实施例
参照图9，示出了设备的示意透视图，在该设备中按照第五优选实施例进行在磁读/写头上形成保护性双层的两步工艺。
本发明的第五优选实施例使用图7的沉积腔(10)，反应离子束比如Ar+束(20)注入到该沉积腔(10)。该束由RF源(30)产生并由以大约从300V到1200V的范围内的束电压产生离子束的电压来加速。该束(20)碰撞在Ti溅射靶(50)上，引起Ti原子溅射到多个磁读/写头或磁盘(70)上，该多个读/写头或磁盘(70)安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转夹具上。
在读/写头或磁介质上沉积Ti溅射膜后，Ti膜被暴露到Ar/O2和Ar/N2气体的等离子体(90)，该等离子体分别以O2和N2不同的浓度和持续时间注入到腔(10)，取决于TiOxNy中的x/y比率的期望数值。获得了大约0到3的范围内的x值和大约0到2之间的范围内的y值并产生满足本发明的目标的粘接层。还应该注意的是x和y可以随着沉积工艺的进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。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。小于20埃的层厚是最优选的。
应该注意的是其中Ti是该过渡金属的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
该等离子体可以通过使用任何数量的现有技术已知的方法来产生和施加，比如由离子束的等离子体形成、容性耦合等离子体(CCP)的形成和施加，电子回旋共振(ECR)的形成或感性耦合等离子体(ICP)的形成和施加。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
第六优选实施例
本发明的第六优选实施例基本上与第五实施例相同，除了当溅射束击撞读/写头或磁盘时发生等离子体的注入。该实施例使用图9的沉积腔(10)，反应离子束比如Ar+束(20)注入到该沉积腔(10)。该束由RF源(30)产生并由以大约从300V到1200V的范围内的束电压产生离子束的电压来加速。该束(20)碰撞在Ti溅射靶(50)上，引起Ti原子溅射到多个磁读/写头或磁盘(70)上，该多个读/写头或磁盘(70)安装在为了均匀沉积而旋转的可旋转夹具上。
在存在Ar/O2和Ar/N2气体的等离子体(90)时，在读/写头或磁盘(70)上进行Ti溅射膜的沉积，该Ar/O2和Ar/N2气体的等离子体(90)分别以形成于腔(10)内的O2和N2的不同浓度和持续时间(或随后以不同的暴露持续时间暴露于Ar/O2和Ar/N2气体的等离子体(90))，取决于TiOxNy中x/y的期望比率。该等离子体可以通过使用任何数量的现有技术已知的方法来产生和施加，比如由离子束的等离子体形成、容性耦合等离子体(CCP)的形成和施加，电子回旋共振(ECR)的形成或感性耦合等离子体(ICP)的形成和施加。
获得了大约0到3的范围内的x值和大约0到2的范围内的y值并生产了满足本发明的目的的粘接增强和腐蚀抵抗下层。还应该注意的是x和y可以随着沉积工艺的进行而变化以生产具有是层厚的函数的成分的粘接层。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。小于20埃的层厚是最优选的。
注意的是其中Ti是该过渡金属的上述层的形成可以使用包括Me的化合物的靶以基本相同的方式进行，这里Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
形成下层之后，DLC上层使用上述的方法形成在下层上。
如被本领域技术人员理解的，本发明的优选实施例对本发明是说明性的，而不是对本发明的限制。可以对通过其在磁读/写头上形成包括过渡金属氮氧化物粘接增强和腐蚀抵抗下层的保护性双层的方法、工艺、材料、结构、和尺寸进行修正和修改，同时仍提供这种按照由所附权利要求限定的本发明形成的保护性双层。

Claims (41)

1.一种保护的磁读/写头或记录盘，包括：
该读/写头或记录盘；
形成在该读/写头或记录盘上的保护性双层，该双层进一步包括：
在该读/写头或记录盘的清洁的基板表面上形成为过渡金属氮氧化物MeOxNy的粘接增强和腐蚀抵抗下层；
形成在该下层上的类金刚石碳外层。
2.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
3.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中x在大约0到3之间的范围内而y在大约0到2之间的范围内。
4.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中所述下层形成为小于大约50埃的厚度。
5.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中所述下层形成为小于大约20埃的厚度。
6.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中所述总厚度形成为小于大约50埃的厚度。
7.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中x和y作为该下层厚度的函数变化。
8.如权利要求1所述的保护的读/写头或记录盘，其中该下层在氧和氮气体或氧和氮等离子体存在下由反应脉冲激光沉积、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的工艺形成。
9.一种形成保护的磁记录盘、保护的读/写头或多个保护的读/写头的方法，包括：
提供该磁记录盘、该读/写头或多个读/写头；
清洗所述盘、所述读/写头或所述多个读/写头的合适的表面；
在所述表面上形成具有通式MeOxNy的过渡金属氮氧化物粘接增强和腐蚀抵抗下层；
在所述下层上形成类金刚石碳层。
10.如权利要求9所述的方法，其中Me代表下面过渡金属元素中的单一元素或以两种或多种形成的合金：Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述下层由一种工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，该真空沉积腔包括可旋转支架、溅射靶、用于以选择的能量注入反应离子束并将所述离子指向所述溅射靶的设备、用于以选择的流速注入各种气体并在所述腔内将所述气体保持在期望的相对浓度的设备；
在所述支架上安装所述读/写头或多个该头；
将所述反应离子指向溅射靶，该溅射靶包括难熔过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、或W，单一的或组合的或作为其单一或组合的氧化物或氮化物；
以不同浓度和不同持续时间注入O2气体和N2气体，同时所述反应离子碰撞在所述靶上且同时为均匀沉积而旋转所述支架，因此在所述读/写头或多个读/写头上形成所述MeOxNy的粘接层。
12.如权利要求11所述的方法，其中x在大约0到3之间的范围内而y在大约0到2之间的范围内。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述O2和N2气体以大约0和20sccm之间的流速被注入。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述反应离子束是具有大约300V和1200V之间的束电压的脉冲的或稳定的Ar+离子束，且所述溅射靶是TiN或TiO2靶，且所述下层形成为TiOxNy层。
15.如权利要求11所述的方法，其中使得x和y随着该下层的形成而变化。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述粘接层形成至小于约50埃的厚度。
17.如权利要求9所述的方法，其中所述粘接层由一种工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，该真空沉积腔包括可旋转支架、溅射靶、用于将电磁辐射的高能反应脉冲束指向所述溅射靶的激光、用于在所述腔内以选择的流速注入各种气体并将所述气体以期望的持续时间保持在期望的浓度的设备；
在所述支架上安装所述磁记录盘、所述读/写头或多个该头；
将所述电磁辐射指向靶，该靶包括难熔过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、或W，单一的或组合的或作为其单一的或组合的氧化物或氮化物；
将O2气体和N2气体以不同浓度和不同持续时间注入，同时所述反应离子碰撞在所述靶上并同时所述支架为了均匀沉积而旋转，因此在所述读/写头或多个读/写头上形成MeOxNy的下层。
18.如权利要求17所述的方法，其中x在大约0和3之间的范围内且y在大约0和2之间的范围内。
19.如权利要求17所述的方法，其中使得x和y随着所述下层的形成而变化。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述下层形成为小于约20埃的厚度。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述下层形成为小于约50埃的厚度。
22.如权利要求9所述的方法，其中所述下层由一种工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，该真空沉积腔包括可旋转支架、溅射靶、用于将反应离子束以选择的能量注入并将所述离子指向所述溅射靶的设备、用于在所述腔内形成等离子体的设备，所述等离子体由Ar/O2气体和Ar/N2气体以不同浓度形成；
在所述支架上安装所述读/写头或多个该头；
将所述反应离子束指向溅射靶，该溅射靶包括单一的或组合的难熔过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、或W，因此在所述读/写头或多个读/写头上可以形成所述单一的或组合的难熔过渡金属层，同时为了均匀沉积而旋转所述支架；然后
形成所述难熔过渡金属层之后，分别以不同相对浓度比率形成所述Ar/O2气体和Ar/N2气体的等离子体，所述难熔过渡金属层浸没在所述等离子体中，同时旋转所述支架并因此在所述读/写头或多个读/写头上形成所述MeOxNy的下层。
23.如权利要求22所述的方法，其中x在大约0和3之间的范围内且y在大约0和2之间的范围内。
24.如权利要求22所述的方法，其中使得x和y随着所述下层的形成而变化。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述下层形成为小于约50埃的厚度。
26.如权利要求22所述的方法，其中所述下层形成为小于约20埃的厚度。
27.如权利要求22所述的方法，其中所述反应离子束是具有大约300V到1200V之间的束电压的Ar+离子束。
28.如权利要求9所述的方法，其中所述下层由一种工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，该真空沉积腔包括可旋转支架、溅射靶、用于将反应离子束以选择的能量注入并将所述离子指向所述溅射靶的设备、用于在所述腔内形成等离子体的设备，所述等离子体由Ar/O2气体和Ar/N2气体以不同浓度形成；
在所述支架上安装所述读/写头或多个该头；
将所述反应离子束指向溅射靶，该溅射靶包括单一的或组合难熔过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、或W，因此在所述读/写头或多个读/写头上形成所述单一的或组合的难熔过渡金属层；然后
形成所述Ar/O2气体和Ar/N2气体的等离子体，所述过渡金属层浸没在所述等离子体中，同时所述层形成且所述支架为了均匀沉积而旋转，且因此在所述读/写头或多个读/写头上形成所述MeOxNy的下层。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述等离子体顺序地由Ar/O2等离子体和Ar/N2等离子体以不同持续时间施加或顺序地由Ar/N2等离子体和Ar/O2等离子体以不同持续时间施加。
30.如权利要求22所述的方法，其中所述等离子体形成为离子束等离子体、电子回旋共振等离子体、感性耦合等离子体、或容性耦合等离子体。
31.如权利要求28所述的方法，其中所述等离子体形成为离子束等离子体、电子回旋共振等离子体、感性耦合等离子体、或容性耦合等离子体。
32.如权利要求28所述的方法，其中所述反应离子束是具有大约300V到1200V之间的束电压的Ar+离子束。
33.如权利要求25所述的方法，其中x在大约0和3之间的范围内且y在大约0和2之间的范围内。
34.如权利要求28所述的方法，其中使得x和y随着所述下层的形成而变化。
35.如权利要求28所述的方法，其中所述下层形成为小于约50埃的厚度。
36.如权利要求28所述的方法，其中所述下层形成为小于约20埃的厚度。
37.如权利要求9所述的方法，其中所述下层由一种工艺形成，该工艺包括：
提供真空沉积腔，该真空沉积腔包括可旋转支架、溅射靶、用于注入反应离子的高能扫描聚焦束并将所述离子指向所述溅射靶的设备、用于在所述腔内注入各种气体并保持所述气体的气氛在期望的相对浓度的设备；
在所述支架上安装所述读/写头或多个该头；
将所述反应离子的高能扫描聚焦束指向靶，该靶包括难熔过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、或W，单一的或组合的或作为其单一的或组合的氧化物或氮化物；
将O2气体和N2气体以不同相对浓度注入，同时所述反应离子碰撞在所述靶上，因此在所述磁记录盘、所述读/写头或多个读/写头上形成MeOxNy的下层。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述反应离子束是具有大约300V到1200V之间的束电压的Ar+离子束。
39.如权利要求37所述的方法，其中所述下层形成为小于约50埃的厚度。
40.如权利要求37所述的方法，其中所述下层形成为小于约20埃的厚度。
41.如权利要求9所述的方法，其中所述类金刚石碳层由离子束沉积、等离子体增强化学气相沉积或过滤阴极真空电弧形成。
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