CN105047204B - 形成近场换能器(nft)的多个部分的方法以及由此形成的物品 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了形成近场换能器(NFT)的多个部分的方法以及由此形成的物品。该方法包括：形成近场换能器(NFT)结构的至少一部分；将材料沉积到NFT的该部分的至少一个表面上以形成含金属层；以及使该含金属层经受用于使该材料的至少一部分扩散到NFT的该部分的至少一个表面中的条件；以及由此形成的设备。

Description

形成近场换能器(NFT)的多个部分的方法以及由此形成的 物品
发明内容
所公开的是多种方法，包括：形成近场换能器(NFT)结构的至少一部分；将材料沉积到NFT的该部分的至少一个表面上以形成含金属层；以及使该含金属层经受用于使该材料的至少一部分扩散到NFT的该部分的至少一个表面中的条件。
还公开的是多种方法，包括：形成近场换能器(NFT)结构的至少一部分；将材料沉积到NFT的至少空气轴承表面上以形成含金属层；使该含金属层经受用于使该材料的至少一部分扩散到NFT的该部分的至少一个表面中的条件；移除该含金属层的至少一部分；以及施加覆盖层。
进一步公开的是多种方法，包括：形成近场换能器(NFT)结构的至少一部分；将材料沉积到NFT的至少空气轴承表面上以形成含金属层；移除不在NFT的空气轴承表面上的该含金属层的一部分；使该含金属层经受用于使该材料的至少一部分扩散到NFT的该部分的至少一个表面中的条件；移除该含金属层的至少一部分；以及施加覆盖层。
本公开的以上概述不旨在描述本公开的每一公开的实施例或每种实现方式。下面的描述更具体地例示出示例性实施例。在贯穿本申请中的若干位置处，通过示例列表来提供指导，这些示例可以各种组合来使用。在每一实例中，引述的列表仅作为代表性组并且不应当被解释成排他性列表。
附图简述
图1是描绘了所公开的方法的示例性实施例的流程图。
图2A到2D描绘了在示例性的公开的方法期间的各个阶段的一物品的横截面。
图3A到3E描绘了在示例性的公开的方法期间的各个阶段的一物品的横截面。
图4是包括桩和盘的示例性NFT的透视图。
图5是示例性物品的横截面。
图6A示出了示例性的DLC样本的透射电子显微镜(TEM)图像；图6B是示出了由框所示的图6A的那部分处的Cr和Sn浓度的能量色散X射线(EDX)映射；图6C是示出了由框所示的图6A的那部分处的Cr浓度的EDX映射；并且图6D是示出了由框所示的图6A的那部分处的Sn浓度的EDX映射。
图7A示出了示例性的DLC样本的TEM图像；图7B是示出了由框所示的图7A的那部分处的Cr和Pt浓度的EDX映射；图7C是示出了由框所示的图7A的那部分处的Cr浓度的EDX映射；并且图7D是示出了由框所示的图7A的那部分处的Pt浓度的EDX映射。
图8A示出了示例性的DLC样本的TEM图像；图8B是示出了由框所示的图8A的那部分处的Ni和Cr浓度的EDX映射；图8C是示出了由框所示的图8A的那部分处的Cr浓度的EDX映射；并且图8D是示出了由框所示的图8A的那部分处的Ni浓度的EDX映射。
这些附图不一定按比例绘制。附图中使用的相同数字表示相同部件。然而，将理解在给定附图中使用数字来指代部件不旨在限制用另一附图中同一数字标记的部件。
详细描述
热辅助磁记录(HAMR)使用能量源(例如激光)来将介质的温度增加到其居里温度之上以使得以较小的面密度进行磁记录成为可能。为了将(例如)能量传递至介质的小区域(例如，在20到50纳米(nm)的级别上)，可利用近场换能器(NFT)。在记录过程期间，NFT和极(pole)吸收来自能量源的能量，导致NFT的温度的增加(例如，有时多达400℃)。一些NFT包括小的桩(peg)和大的盘(disk)。由NFT和极所达到的高温可引起极的氧化、极的腐蚀、原子从桩到盘的扩散或其组合，并且可藉此引起对极的损害以及桩的变形和凹进。
所公开的方法和设备可提供较少遭受变形和凹进的NFT。所公开的方法和设备可形成和/或包括具有已从外层扩散到桩中的材料的桩。各方法包括：在NFT的至少一个表面上形成含金属层；以及迫使该层的至少一些扩散到NFT中。
在某些实施例中，可由图1中所示的流程图来表示本文中所公开的方法。由此，在某些方法中，第一步骤可包括形成近场换能器(NFT)结构的至少一部分的步骤105。例如，步骤105可包括一个或多于一个的单独的步骤。形成NFT的至少一部分的步骤105可包括各种过程和方法。在某些实施例中，可在本文中形成通常被称为“盘和桩”类型的NFT。在某些实施例中，作为某些公开的方法的一部分，可形成盘和桩类型NFT的至少一个桩。例如，该桩可处于各种制造阶段。在某些实施例中，该桩可以是已被暴露于研磨(例如，研磨以形成空气轴承表面(ABS))的较大设备结构内的桩。
形成NFT的至少一部分的步骤可包括利用一种或多于一种材料来形成NFT的该部分(或更多)。在某些实施例中，各种材料包括，例如，金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、其合金或可被用来形成NFT的该至少一部分的其它材料。
某些公开的方法可包括下一步骤即沉积一个层的步骤110。在某些实施例中，该层可被沉积在NFT的至少一部分的至少一个表面上。在某些实施例中，在步骤110中所沉积的层可被称为含金属层。含金属层包括至少一种材料，该至少一种材料可扩散(具有或不具有外界影响)到在其上沉积该至少一种材料的表面中。可使用已知的方法(包括例如诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、镀层(例如，电镀)之类的沉积法、溅射法、阴极电弧沉积法、离子注入法和蒸发法)来沉积含金属层。
在某些实施例中，含金属层可具有任何期望的厚度并且甚至可具有可变的厚度。在某些实施例中，含金属层可具有例如不超过10纳米(nm)或不超过5nm的厚度。在某些实施例中，含金属层可具有例如大于0.1nm或大于0.5nm的厚度。应当注意的是，含金属层可指代多于一个分立的含金属层，即使这些分立的层彼此不接触。
含金属层可包括各种材料或单一材料。在某些实施例中，含金属层的材料可包括具有对感兴趣的NFT部分的材料的相对好的粘附、在含金属层和NFT的该部分的界面处的相对高的扩散系数、相对高的抗氧化性、在NFT的材料的主体(bulk)中的相对低的扩散或其任意组合的材料。
含金属层可包括单层或多于一层。在其中含金属层是单层的某些实施例中，该含金属层可包括金属间相或可形成金属间相的材料(其可提供高热稳定性、抗氧化性或两者)。在某些实施例中，含金属层可以是包括至少两层的多层结构。在这种情况下，该多层可被用于产生金属间相。在某些实施例中，多层含金属层还可包括可选择其材料以提供某种处理优势的一层或多层。
在某些实施例中，含金属层可包括铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、铅(Pb)、铜(Cu)、钇(Y)、硅(Si)、铟(In)、锡(Sn)、钴(Co)、硼(B)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镁(Mg)、锆(Zr)、氡(Ra)、铪(Hf)、钒(V)、锰(Mn)、铁(Fe)、钯(Pd)、银(Ag)、锌(Zn)、钬(Ho)、铒(Er)、磷(P)或其组合。示例性多层结构可包括例如Al/Au、Ni/Cr、Ni/Al、Cr/Al和Ni/Au。在某些实施例中，含金属层可包括例如Cr、Pt、Pb、Ni、Si、In、Sn、Al、Co、B或其组合。在某些实施例中，含金属层可包括Cr、Sn、Pt、Y、Pd、Mn、Cu、In、Ni或其组合。在某些实施例中，含金属层可包括例如Ni/Cr、Al/Au或Ni/Al。
在某些实施例中，含金属层可包括两(或更多)层的不同的(或相同的)材料。在某些实施例中，不与NFT接触的第二层可被称为外层。例如，可基于移除该材料的各种方式来选择一外层。作为具体的示例，可选择一外层以使得特定的化学蚀刻工艺(例如，反应等离子蚀刻)可被用于移除该外层。可被用来提供这样的特性的一种特定类型的外层可以是含Si(例如，含SiO2)层，其可使用例如氟基化学(例如，CF4、SF6或CHF3)来移除。可通过考虑这种性质来选择的多层结构的甚至更具体的示例是包含铬(Cr)NFT相邻层和SiO2外层的多层含金属层。可使用氟化学处理这种多层结构，该氟化学可移除外SiO2层并在Cr层上停止。过量的Cr层随后可被离子研磨掉或被氧化。
由于处理特性可以是有优势的多层含金属层的另一示例可包括可用作阻气层的外层和下面的(NFT相邻的)金属层。起阻气层作用的外层可运行以防止在退火期间下面的金属层的氧化。可起阻气层作用的材料的具体示例可包括例如，相对抗氧化的金属层(例如，Pt、Pd)、可被氧化以形成氧化层的金属层(例如，Cr、Si、Al、Ti、Mn或Ta)、类金刚石碳(DLC)、氮化物、碳化物和氧化物。具体的氧化物可包括例如CrO、SiO2和AlO。具体的氮化物可包括例如SiN、TiN、ZrN、TiAlN、CrN和TiSiN。
多层含金属层的另一示例是包括具有期望的性质(对感兴趣的NFT部分的材料的相对好的粘附、在含金属层和NFT的该部分的界面处的相对高的扩散系数、相对高的抗氧化性、在NFT的材料的主体中的相对低的扩散或其任意组合)的NFT相邻层以及可被氧化以形成具有期望的性质的氧化物的外层的多层含金属层。可与外层相关的性质可包括，例如，一旦氧化则将可能形成相对高度抗腐蚀的致密氧化物的材料、具有在氧化时的低折射率(n)、在氧化时的低光学吸收(k)或其某种组合的材料。
在某些实施例中，含金属层可被沉积在NFT的一部分的一个或多于一个表面上。在某些实施例中，例如，含金属层可被沉积在NFT的桩的一个或多于一个表面上。在某些实施例中，例如，含金属层可被沉积在NFT的桩的至少空气轴承表面(ABS)上。在某些实施例中，例如，含金属层(或含金属层的分立的层)可被沉积在桩的所有暴露的表面上。因此在某些实施例中，桩的每一暴露的表面可在其上具有含金属层。在桩的暴露的表面上的含金属层不需要在物理上彼此接触并且可以是分立的层。
在某些实施例中，例如，含金属层可被沉积在NFT的桩的五个暴露的表面上。图4示出了桩和盘类型NFT的示例。图4中的NFT包括桩405和盘410。图4中所示的桩405包括五个表面：空气轴承表面406、第二表面407、第三表面408、第四表面409和第五表面411。在某些实施例中，NFT的桩405的至少空气轴承表面406在其上沉积有含金属层。在某些实施例中，NFT的桩405的仅空气轴承表面406在其上沉积有含金属层。在某些实施例中，NFT的桩405的所有五个表面406、407、408、409和411在其上沉积有含金属层。
某些公开的方法可包括使至少含金属层经受用于使含金属层的材料中的至少一些扩散到NFT结构的该部分的表面的至少一部分中的条件的下一步骤，步骤115。此步骤可包括使仅含金属层、含金属层的仅一部分、含金属层的至少某部分和NFT的该部分的至少某部分或其任意组合经受用于使含金属层的材料扩散到NFT结构的表面的至少一部分中的条件。在某些实施例中，相比在没有采取步骤的情况下将引起的材料的扩散，此步骤可使含金属层的更多的材料扩散到NFT的该部分中。
在某些实施例中，步骤115可包括退火至少含金属层。在某些实施例中，可退火NFT结构、含金属层和包含相同含金属层的该结构的其它部分。可通过例如炉退火、激光退火、真空退火、感应加热、快速热退火或电子束加热退火来完成退火。
在某些实施例中，可利用炉退火。可由使至少含金属层经受的平均温度(例如，炉被设置到的温度或炉达到的温度)或使至少含金属层上升到的温度来描述炉退火。在某些实施例中，可由使至少含金属层经受的平均温度来描述炉退火。在这样的实施例中，炉退火可包括使至少含金属层经受至少100℃的温度。在某些实施例中，炉退火可包括使至少含金属层经受至少150℃的温度。在某些实施例中，炉退火可包括使至少含金属层经受至少200℃的温度。在某些实施例中，炉退火可包括使至少含金属层经受不超过250℃的温度。在某些实施例中，炉退火可包括使至少含金属层经受不超过225℃的温度。
在某些实施例中，可利用激光退火。通常，激光退火指的是使用激光来将材料暴露于辐射以加热该材料。在所公开的方法的背景中，激光退火指的是使用激光来将至少含金属层暴露于能量以导致含金属层的材料的至少一部分扩散到NFT中。在某些实施例中，可选择波长、强度、占空比或其某种组合以获得含金属层的至少某部分的期望的温度。在某些实施例中，激光退火可被配置成将含金属层的至少某部分加热到至少100℃的温度。在某些实施例中，激光退火可被配置成将含金属层的至少某部分加热到至少150℃的温度。在某些实施例中，激光退火可被配置成将含金属层的至少某部分加热到至少200℃的温度。在某些实施例中，激光退火可被配置成将含金属层的至少某部分加热到不大于600℃的温度。在某些实施例中，激光退火可被配置成将含金属层的至少某部分加热到不大于225℃的温度。在某些实施例中，可使用不超过2000nm的波长来执行激光退火步骤。在某些实施例中，可使用至少100nm的波长来执行激光退火步骤。在某些实施例中，可通过例如从几秒到几天，针对任何地方以不小于30毫瓦(mW)或不大于150mW的功率通过滑动器中的波导将激光耦合到桩来执行激光退火步骤。
在某些实施例中，步骤115可包括在含金属层正被沉积的同时将电偏压(例如，负电偏压)施加到衬底。在这样的实施例中，步骤110和步骤115至少在某种程度上在同一时间被执行。电偏压的施加可增加在沉积期间的离子的能量。高能离子的轰击可藉此引起局部加热，该局部加热可使含金属层的材料的至少一些扩散到NFT的表面的至少一部分中。在某些实施例中，负电偏压可以是至少200V。在某些实施例中，负电偏压可以是至少10V。在某些实施例中，电偏压可以是不大于1000V。在某些实施例中，电偏压可以是不大于100千伏(kV)。该偏压(例如，负偏压)可以是直流(DC)偏压或脉冲偏压。
所公开的方法还可包括可被用来氧化含金属层的至少一部分的可选的氧化步骤(在图1中示为步骤125)。氧化的步骤即步骤125可在引起含金属层的至少一部分的扩散的步骤(步骤115)之前、有时在步骤115之后或者之前和之后两种情况下进行。在其中含金属层包括外层的某些实施例中，步骤125可至少在扩散步骤之前进行。在这样的实施例中，可选择外层的材料以使得其形成具有期望的性质的氧化层。示例性的期望的性质可包括，例如含金属层的NFT相邻层的保护。可为可被氧化的外层选择的示例性材料可包括，例如可包括Si、Ta、Al、Mg、Y、Mn或Cr的材料。
当含金属层的外层被选为一旦氧化就将提供致密氧化层的外层时，可选的氧化步骤同样可以是有用的。在这样的实施例中，执行可选的氧化步骤以使外层的至少一部分被氧化。
可在步骤125中利用通常利用的氧化工艺，包括例如，热氧化、等离子体氧化、电感耦合等离子体(ICP)氧化、远程等离子体氧化、臭氧氧化以及将材料暴露于氧化环境。在某些实施例中，包括含金属层中的外层和可选步骤125的方法可消除移除覆盖(cap)层的需要。在某些实施例中，围绕NFT的材料还可是具有相对小的热膨胀系数、与NFT的材料(例如金)相对大的晶格差异、或其组合的介电材料。这可期望地导致高密度缺陷在NFT和扩散层的界面处形成。
步骤140是可被包括在所公开方法中的另一可选步骤。步骤140包括给含金属层加压。可使用热应力、机械应力或其某种组合来完成给含金属层加压。例如，还可循环地应用这种加压。步骤140可在步骤115(使含金属层经受引起扩散的条件)之前、在步骤115期间、或之前和期间两种情况下进行。应力的施加可改进通过NFT的界面的金属原子扩散，并且可因此改进由扩散层对NFT桩的覆盖。
某些公开的方法还可包括在扩散之前移除含金属层的至少一部分的可选步骤，步骤145。还应当注意的是，包括此步骤的方法可被认为类似于其中含金属层被沉积在其上(或其中)存在NFT的物品的不到整个表面上的方法。在某些实施例中，可从整个衬底的特定部分中移除含金属层。例如，在其中衬底不仅包括NFT而且包括磁读取器的某些实施例中，如果未使含金属层扩散到磁读取器中，则可以是有利的并且由此可在扩散之前移除覆盖磁读取器的含金属层。
在某些实施例中，可使用光刻法来完成步骤145。示例性的光刻法可包括，例如将光致抗蚀剂沉积到含金属层。该表面随后可被暴露于UV光同时保护期望有含金属层的区域。随后可使用溶剂或等离子蚀刻来移除暴露于UV光的光致抗蚀剂的区域。随后可通过例如等离子蚀刻或化学蚀刻来移除不受保护的(未被剩余的光致抗蚀剂覆盖的)含金属层。随后可使剩余的含金属层扩散。在某些实施例中，图案化步骤(例如光刻工艺)可被用于从覆盖磁读取器的区域、从除了桩之外的所有表面、从除了写极(write pole)之外的所有表面或其某种组合移除含金属层。
某些公开的方法还可包括移除一个或多个沉积层的至少一部分的可选步骤，步骤120。该可选步骤可运行以移除未扩散到下面的NFT的含金属层材料的某部分、含金属层的外层的某部分、含金属层的某个被氧化的部分、或其某种组合。
在某些实施例中，单层含金属层可被有意地沉积超过可扩散到NFT中的任何量的厚度并且此可选步骤被设计成从NFT的表面移除过量材料的至少一些。过量的含金属层的移除可起到防止在使用所公开方法制作的最终物品中的读取器分流的作用。
在某些实施例中，可选移除步骤可运行以移除含金属层(经氧化的或未经氧化的)的某外层的至少一部分。这样的移除步骤可被设计成减少整个物品的高度或厚度、移除具有不想要的性质(例如，不想要的电、机械或化学性质)的材料、或其某种组合。
可使用各种方法来完成含金属层的至少一部分的移除，可至少部分地基于要移除的材料的特性(identity)来选择所述各种方法。示例性工艺可包括，例如离子研磨、反应离子蚀刻、等离子蚀刻或湿法蚀刻。在某些实施例中，可在移除步骤中使用多于一个工艺。在某些实施例中，两个(或更多)不同工艺可被用于移除含金属层中的两个不同的层。在某些实施例中，两个(或更多)不同工艺可被用于移除含金属层中的单个层。在含金属层中包括多于一种类型的材料的例如以上所讨论的实施例中，可至少部分地基于移除含金属层的至少一部分的选定的或期望的方法(或多种方法)来选择构成含金属层的材料或层中的一个(或多个)。
在某些实施例中，移除含金属层的至少一部分的可选步骤可将含金属层的某部分留在NFT上。在某些实施例中，不超过0.5nm的含金属层保留在NFT的表面上。在某些实施例中，不超过2nm的含金属层保留在NFT的表面上。
在某些实施例中，移除步骤不移除在该方法中最初形成的NFT结构的任何部分。例如，在某些实施例中，所公开方法中的移除步骤不移除NFT的桩的任何部分。
可被用在移除步骤中的示例性工艺和方法可包括，例如，离子研磨、反应离子蚀刻、等离子蚀刻、湿法蚀刻或可被利用的其某种组合。特定的示例性实施例可包括通过以上釉入射(glazing incidence)的离子研磨或电感耦合等离子体(ICP)反应离子蚀刻(RIE)来移除DLC层(含金属层的示例性外层)和过量的金属层(示例性NFT相邻层)以用高级别的控制均匀地移除材料。而且，ICP RIE可允许在NFT的底层(underlying)金属(例如金)上选择性地移除NFT相邻层材料。
某些公开的方法还可包括沉积后继的(subsequent)层的可选步骤，步骤135。后继层的沉积可发生在任何时间，并且在某些实施例中，可在已经使得含金属层扩散到NFT中之后发生。后继层可以是与含金属层的某部分相同的材料或不同的材料。在某些实施例中，在沉积后继层之前，含金属层的至少一部分将已经被扩散到NFT中并且剩余的含金属层的至少某部分将已被移除。在这样的实施例中，后继层可包括例如金属。在某些实施例中，后继层可以是与含金属层的NFT相邻部分中的材料相同的材料。认为(但不依赖于此)，相比剩余的含金属层如果被氧化将具有的氧化物，诸如这样的后继层一旦被氧化将形成更致密的氧化物。更致密的氧化层在提供更高的抗蚀性方面可以是有利的。
在包括后继层的一些实施例中，可针对含金属层的材料对NFT的材料(例如，桩的材料，例如金)的粘附性质、含金属层的材料的抗氧化性以及含金属层的材料在金晶格中的扩散速率(期望在金晶格中的扩散速率较低以将其保持在NFT的最外层表面处)来选择含金属层的材料；并且可针对后继层的材料在氧化时形成致密氧化层的能力来选择后继层的材料。在某些实施例中，后继层可包括Si、Ta、Al、Mg、Cr、Y或其组合。
在某些实施例中，可选择围绕NFT的层的材料(例如，到NFT空间的磁心(CNS)、到NFT空间的极(PNS)或两者的材料)和/或使用所公开的方法形成的材料以使得这些材料具有小的热膨胀系数、与NFT材料的大晶格差或其某种组合。这些性质可以是有利的，因为它们可使较高密度的缺陷形成在NFT的界面处。较高密度的缺陷可使得含金属层的材料扩散到NFT(例如，混合层)中更容易并且可藉此有助于NFT的更高的热稳定性。
某些公开的方法可包括沉积覆盖(overcoat)材料的另一可选步骤，步骤130。步骤130可在含金属层的一部分已经被移除之后或在没有移除含金属层的一部分的情况下进行。在此步骤中所沉积的覆盖材料可包括通常利用的覆盖材料和沉积方法。
所公开的方法可包括图1中的可选步骤中的一个或多个。此外，如果适用的话，在所公开的方法中可不止一次地进行这些步骤中的一些；并且这些步骤的顺序不一定仅如本文中所描述的和/或所讨论的。
图2A到2D示出了在示例性的制作过程的各个阶段下的示例性设备。图2A中所示的示例性设备包括到NFT空间的磁心(也被称为CNS)202、籽晶(seed)层204、NFT的桩206、到NFT空间的极(也被称为PNS)208和极210。沉积在或位于NFT的桩206的至少一个表面上的是含金属层212。含金属层212可包括多种材料并且可如以上所讨论地进行沉积。在某些实施例中，含金属层212可被沉积在头(head)的空气轴承表面(ABS)上，该头在处理过程中的该阶段处包括NFT，在该阶段之后，该头已经被研磨。尽管未在图2A中所示，然而含金属层212可包括位于所描绘的含金属层212的表面上的可选的外层。该可选的外层可包括各种材料并且可如以上所讨论地进行沉积。
图2B示出了在已使得含金属层扩散到NFT中之后的示例性设备。这可使用各种方法(诸如以上所讨论的那些方法)来完成。此时的设备包括CNS 202、籽晶层204、NFT 206、PNS 208、极210并且在某些实施例中，含金属层212中的至少一些保留。该设备还包括混合层214。当含金属层212的材料中的一些扩散到NFT 206的材料中时，形成混合层214。混合层214围绕NFT 206的至少一部分，例如NFT的桩。在某些实施例中，混合层214围绕桩的五个表面。混合层214通常可被描述为以前是NFT 206的一部分的层，但由于引起含金属层的扩散的步骤，现在该混合层214包含来自含金属层和NFT材料的材料混合物。在某些实施例中，可通过厚度来描述混合层214。混合层214的厚度还可通过含金属层的原子扩散到NFT的材料中多远来描述。在某些实施例中，混合层214可具有不大于100nm的厚度。在某些实施例中，混合层214可具有不大于10nm的厚度。在某些实施例中，混合层214可具有不小于1nm的厚度。在某些实施例中，混合层214可具有不小于0.1nm的厚度。
图2B中的设备还示出了一种极混合层216。极混合层216可存在于其中含金属层212被沉积在NFT 206和极210上并且引起含金属层的扩散的条件同样被施加于极210的区域的情形中。极混合层216如果存在的话可以是有利的，因为其可防止或最小化极的氧化和/或腐蚀。
图2C示出了在移除步骤之后的示例性设备。图2C中所示的设备包括如以上所讨论的CNS 202、籽晶层204、NFT 206、PNS 208和极210。该设备还包括混合层215和极混合层217。在此阶段所描绘的混合层215和极混合层217可与图2B中所描绘的混合层214和极混合层216相同，或者由于其某个部分在移除步骤中可能已经被移除，它们可以是不同的。含金属层212的移除可如以上所讨论地，例如使用离子研磨、反应离子蚀刻、等离子蚀刻、或湿法蚀刻来完成。含金属层212的整体的移除可以是有利的，因为其可防止还可被包括在设备中的读取器(但未描绘出)的电分流。在其中外层(例如，诸如DLC)被包括在含金属层中的某些实施例中，可例如用以上釉入射的离子研磨或离子导电等离子体(ICP)反应离子蚀刻(RIE)来移除该外层和NFT相邻层，以均匀地移除DLC和过量的NFT相邻层。ICP RIE还可允许选择移除含金属层的材料而没有移除下面的材料(例如，NFT的下面的材料–例如，金)。
图2D示出了在下一可选步骤，沉积覆盖之后的示例性设备。图2D中所示的设备包括如以上所讨论的CNS 202、籽晶层204、NFT 206、PNS 208、极210、混合层215和极混合层217。该设备还包括可包括例如碳基(carbon based)覆盖的覆盖层218。
图2D示出了包括NFT 206、混合层215和极210的本文中所公开的示例性设备。混合层215可被描述为先前沉积的含金属层的原子已经扩散到其中的NFT 206的外层。混合层215可存在于NFT 206的一个或多于一个表面上。在某些实施例中，混合层215可存在于NFT206的至少空气轴承表面上。如图2D中所示，NFT 206的空气轴承表面207是毗邻覆盖层218的表面。在某些实施例中，混合层215可存在于NFT 206的仅空气轴承表面上。在某些实施例中，混合层215可存在于NFT 206的五个表面(如图4中所描绘的)上。混合层215可具有各种厚度，例如混合层可具有不大于30nm的厚度。在某些实施例中，混合层215可具有不大于10nm的厚度。在某些实施例中，混合层215可具有不小于1nm的厚度。在某些实施例中，混合层215可具有不小于0.1nm的厚度。
这些示例性设备还可可选地包括覆盖层218、极混合层217、CNS 204、PNS 208或其任意组合。
本文中还公开的是其中含金属层的材料以形成具有含金属层材料成分的梯度的混合层的方式扩散到NFT中的实施例。在某些实施例中，相比进一步远离含金属层的NFT的一部分(或含金属层所位于的表面)，最接近含金属层的NFT的一部分(或含金属层所位于的表面)可具有更高浓度的含金属层材料。例如，在其中含金属层位于桩的至少空气轴承表面(如图4中所见的406)上的一些实施例中，相比进一步远离空气轴承表面的混合层的一部分，最接近空气轴承表面的混合层的一部分可具有来自含金属层的更高浓度的材料。
图5同样示出了其中混合层不必位于所有表面的所有部分的另一示例性实施例。如图5中所见，混合层515不存在于NFT桩的所有侧面上(其它部件相同地进行编号并且具有相同的特性)。这可通过不在所有表面的所有部分上形成含金属层(例如使用光刻工艺)或通过形成含金属层并在扩散之前移除它的多个部分或仅使其特定部分扩散到NFT中来形成。
在某些实施例中，桩的主体可包括来自含金属层的材料。在某些实施例中，桩的主体的仅一部分包含来自含金属层的材料。这种情况可在桩具有相对好的与周围材料的粘附时发生，藉此导致界面处的低缺陷级别(level)并且优先地导致含金属层的材料去到主体而不是界面区域。在某些实施例中，桩的整个主体可包括来自含金属层的材料。这种情况可在含金属层的材料在桩的材料中具有相对低的溶解度时发生。
图3A到3E示出了在示例性的制作过程的各个阶段下的另一示例性设备。图3A中所示的示例性设备包括CNS 302、籽晶层304、NFT的桩306、PNS 308、极310和含金属层312。图3B示出了在已使得含金属层的一部分扩散到NFT中之后的设备。这可使用各种方法(诸如以上所讨论的那些方法)来完成。此时的设备包括CNS 302、籽晶层304、NFT 306、PNS 308、极310并且在某些实施例中，含金属层312中的至少一些保留。该设备还包括混合层314和可选的极混合层316。此时的设备可与参考图2B所描述的设备相似或在某些实施例中相同。
在某些实施例中，还可添加各种工艺步骤以增加NFT/含金属层界面处的缺陷密度。这样的工艺步骤可包括，例如热应力、机械应力或其某种组合。可在引起含金属层的扩散之前、在含金属层的扩散期间或其某种组合下采取这样的步骤。可以循环的方式施加应力(或多重应力)。这样的应力的施加可改善通过NFT和含金属层的界面的金属原子扩散并藉此改进利用混合层的NFT(例如，桩)的覆盖。
图3C示出了在下一步骤即移除之后的设备。图3C中所描绘的实施例包括CNS 302、籽晶层304、NFT 306、PNS 308、极310、混合层315和可选的极混合层317。在此阶段所描绘的混合层315和极混合层317可与图3B中所描绘的混合层314和极混合层316相同，或者由于其某个部分在移除步骤中可能已经被移除，它们可以是不同的。该设备还包括含金属层的某个剩余部分，本文中称为残余的含金属层313。残余的含金属层313可存在，因为移除过程未有效地移除整个含金属层312或移除过程可被设计成留下一部分含金属层以使得含金属层可在NFT写期间扩散到NFT中。
虽然未在图3A到3E的系列中描绘出，但在该过程的此阶段处还可添加另一可选步骤。在某些实施例中，一旦含金属层312中的一些已经被移除(通过选择无论什么移除过程)，则可沉积后继层。后继层可以是与含金属层相同的材料或不同的材料。在某些实施例中，后继层可以是金属。在某些实施例中，后继层可以是与含金属层相同的材料。认为(但不依赖于此)，相比剩余的含金属层313将具有的氧化物，后继层一旦被氧化将形成更致密的氧化物。更致密的氧化层由于更高的抗蚀性可以是有利的。
在包括后继层的一些实施例中，可针对含金属层的材料对NFT的材料(例如，桩的材料，例如金)的粘附性质、含金属层的材料的抗氧化性以及含金属层的材料在金晶格中的扩散速率(期望在金晶格中的扩散速率较低以将其保持在NFT的最外层表面处)来选择含金属层的材料；并且可针对后继层的材料在氧化时形成致密氧化层的能力来选择后继层的材料。在某些实施例中，后继层可包括Si、Ta、Al、Mg、Cr、Y、Mn或其组合。
图3D示出了在下一步骤即氧化之后的设备。图3D中所描绘的实施例包括CNS 302、籽晶层304、NFT 306、PNS 308、极310、混合层315、可选的极混合层317和经氧化的层319。可通过氧化残余的含金属层313来形成经氧化的层319。可例如通过等离子氧化过程来氧化残余的含金属层313。经氧化的层319的形成可起到最小化读取器的电分流的可能性或防止读取器的电分流的作用。经氧化的层319可具有各种厚度。在某些实施例中，经氧化的层319的厚度可以与残余的含金属层313的厚度有关。在某些实施例中，经氧化的层319可具有不大于10nm的厚度。在某些实施例中，经氧化的层319可具有不大于5nm的厚度。在某些实施例中，经氧化的层319可具有不小于0.1nm的厚度。在某些实施例中，经氧化的层319可具有不小于0.5nm的厚度。在某些情况下，残余的含金属层313的氧化可导致最终在设备的读取器上变得太厚的上覆层。为了缓解任何此类问题，扩散过程可与应用图案化的头覆盖的方法结合。
图3E示出了在下一步骤即覆盖的沉积之后的示例性设备。图3E中所示的设备包括如以上所讨论的CNS 302、籽晶层304、NFT 306、PNS 308、极310、混合层315、极混合层317和经氧化的层319。该设备还包括可包括例如碳基覆盖的覆盖层321。
图3E示出了包括NFT 306、混合层315、经氧化的层319和极310的本文中所公开的示例性设备。混合层315可被描述为原子已经从先前沉积的含金属层被扩散到其中的NFT306的外层。混合层315可存在于NFT 306的一个或多于一个表面上。在某些实施例中，混合层315可存在于NFT 306的五个表面上。经氧化的层319可存在于混合层315的一个或多于一个表面上。这些示例性设备还可可选地包括覆盖层321、极混合层317、CNS 304、PNS 308或其任意组合。
在其它可选的实施例(未在图3A到3E的流程中描绘出)中，可在引起扩散之前在含金属层312中包括可选的外层。可选择此可选的外层，以用于各种目的。例如，其可防止或最小化在引起含金属层的扩散的步骤期间含金属层的NFT相邻层的氧化。包括诸如DLC、氧化物、氮化物和碳化物之类的阻气层的各种材料可用作此目的。可选的外层还可用作移除过程的停止(stop)。例如，诸如SiO2之类的氧化物可用作氟基(例如，CF4、SF6、CHF3)蚀刻的停止，由此蚀刻将移除SiO2并在其到达含金属层的NFT相邻部分时停止。
在其中可选的外层被包括在蚀刻中的实施例中，例如，等离子蚀刻可被用于移除外层(例如DLC)和含金属层的NFT相邻部分的一部分并且保持混合层完整。这种过程将是可重复的和可靠的，并且将允许NFT(例如，桩)的整个表面被覆盖有混合层，该混合层可有利地用作粘附层并且增加NFT(例如，桩)的热稳定性。应当注意，可选的外层可能不会被包括在最终产品中，该最终产品在其制造中包括外层的使用。
通过以下示例示出本发明公开。要理解的是特定的示例、假设、建模以及过程应当根据如此处所阐述的本公开的范围和精神来宽泛地解释。
在HAMR头(其包括SiO2CNS、Au NFT的桩和SiO2NPS)的ABS表面上，使用磁控溅射沉积可变厚度(在下面表1中给出)、可变材料(在下面表1中给出)层并且在该表面的顶部，使用阴极电弧沉积的类金刚石碳(DLC)膜的层以保护金属层免于氧化。为了比较起见，也在样本上沉积的氧化钽(TaO)层。准备了每一样本的六十(60)个示例。在400℃下热退火这些示例20分钟、1小时、3小时、6小时、12小时或48小时(在下面表1中给出)。临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)随后被用于评估桩是否从ABS表面凹进。表1示出了样本的特性和以百分比计的其故障率。
表1：各种结构的故障率
被用于测量空间上位于物品中的元素的浓度的能量色散X射线(EDX)光谱术被用于分析这些样本中的一些。
图6A示出了DLC样本之一的透射电子显微镜(TEM)图像。图6B是示出了由框所示的图6A的那部分处的Cr和Sn浓度的EDX映射，图6C是示出了由框所示的图6A的那部分处的Cr浓度的EDX映射，并且图6D是示出了由框所示的图6A的那部分处的Sn浓度的EDX映射。图6B示意性地示出了图6C和图6D的组合。如EDX映射中所见，Sn均匀地分布在桩中并且在界面处存在高浓度的Cr。
图7A示出了DLC样本之一的SEM图像。图7B是示出了由框所示的图7A的那部分处的Cr和Pt浓度的EDX映射，图7C是示出了由框所示的图7A的那部分处的Cr浓度的EDX映射，并且图7D是示出了由框所示的图7A的那部分处的Pt浓度的EDX映射。图7B示意性地示出了图7C和图7D的组合。如EDX映射中所见，Pt均匀地分布在桩中并且在桩中存在低浓度的Cr，但在界面处存在相对高的浓度的Cr。
图8A示出了DLC样本之一的SEM图像。图8B是示出了由框所示的图8A的那部分处的Ni和Cr浓度的EDX映射，图8C是示出了由框所示的图8A的那部分处的Cr浓度的EDX映射，并且图8D是示出了由框所示的图8A的那部分处的Ni浓度的EDX映射。图8B示意性地示出了图8C和图8D的组合。如EDX映射中所见，Ni均匀地分布在桩中并且在桩中存在低浓度的Cr，但在界面处存在相对高的浓度的Cr。
本领域技术人员将理解本文中所描述的物品、设备和方法可利用除所公开内容之外的实施例来实施。所公开的实施例被提供用于说明的目的，而不是限制。本领域技术人员同样理解的是参照本文中的图形和实施例所描绘和描述的物品、设备和方法的组分可以是可互换的。
本文中所使用的所有科学术语和技术术语具有本领域中通常使用的含义，除非另外指明。本文中所提供的定义用于促进对本文中频繁使用的某些术语的理解，而不是为了限制本公开的范围。
如本说明书和所附权利要求书中所使用地，“顶部(top)”和“底部(bottom)”(或其它术语像“上部(upper)”和“下部(lower)”)严格用于相对描述，并且不暗示被描述的元件所位于的物品的任何整体方向。
如本说明书和所附权利要求书中所使用地，单数形式的“一(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”包括具有复数引用的实施例，除非该内容另外明确地指出。
如本说明书和所附权利要求书中所使用地，术语“或”一般以包括“和/或”的意思来使用，除非该内容另外明确地指出。术语“和/或”表示所列元素中的一个或全部或所列元素中的任意两个或多个的组合。
如本文中所使用的，“具有(have)”、“有(having)”、“包括(include)”、“包含(including)”、“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等被用于它们开放的形式，且一般意味着“包括但不限于”。可理解的是“基本上由…组成”、“由…组成”等被归入在“包含”等中。例如，“包括”银的导电迹线可以是由银组成或基本上由银组成的导电迹线。
如本文中所使用的，“基本上由…组成”在其涉及成分、装置、系统、方法等时意味着该组分、装置、系统、方法等的组件限于所枚举的组件以及未从实质上影响成分、装置、系统、方法等的基本和新颖特性的任何其它组件。
单词“优选的(preferred)”和“优选地(preferably)”指的是可在特定情况下提供特定益处的实施例。然而，在相同的或其它情况下，其它实施例同样可以是优选的。此外，一个或多个优选实施例的叙述并不暗示着其它实施例没有用，并且不旨在将其它实施例排除出本公开(包括权利要求书)的范围。
同样在本文中，通过端点对数值范围的陈述包括被纳入在该范围内的所有数值(例如，1到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等或者10或更小包括10、9.4、7.6、5、4.3、2.9、1.62、0.3等)。其中值的范围是“直到”特定值，该值被包括在该范围内。
在以上的描述和接下来的权利要求书中的“第一”、“第二”等的使用不旨在必须指示出所枚举的数量的物体是存在的。例如，“第二”衬底仅仅旨在与另一注入(infusion)设备(诸如“第一”衬底)区分开。在以上的描述和接下来的权利要求书中的“第一”、“第二”等的使用同样不一定旨在指示出一个在时间上比另一个早些出现。
因此，公开了形成近场换能器(NFT)的多个部分的方法以及由此形成的物品的实施例。以上所描述的实现和其它实现均在所附权利要求的范围内。本领域技术人员将理解本公开可利用除所公开内容之外的实施例来实施。所公开的实施例被提供用于说明的目的，而不是限制。

Claims (20)

1.一种用于形成近场换能器NFT的多个部分的方法，包括：
形成NFT结构的至少一部分；
将一材料沉积到所述NFT结构的所述部分的至少一个表面上以形成一含金属层；
使所述含金属层经受用于使所述材料的至少一部分扩散到所述NFT结构的所述部分的所述至少一个表面中的条件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述含金属层经受用于引起扩散的条件的步骤包括退火。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述退火包括炉退火或激光退火。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述退火包括将所述含金属层加热到至少约100℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述含金属层经受用于引起扩散的条件的步骤包括将一电偏压施加到所述NFT结构，并且其中沉积的步骤和将所述电偏压施加到所述NFT结构的步骤是同时进行的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电偏压是从约200V到约1000V。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属层包括Cr、Sn、Pt、Y、Pd、Mn、Cu、In、Ni、Pd、Al、Ti、Ta或其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属层包括至少两层。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含金属层包括包含Si、Ta、Al、Mn、Y、Cr或其组合的外层。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括氧化所述外层的至少一部分。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括从所述NFT结构的所述部分的所述至少一个表面移除所述含金属层的某部分。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，利用等离子蚀刻或离子研磨来完成移除所述含金属层的某部分的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，不超过约0.5纳米的含金属层保留在所述NFT结构的表面上。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述含金属层的某部分已经被移除之后沉积覆盖材料。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在使所述含金属层经受用于使它扩散的条件之前，移除所述含金属层的一部分。
16.一种用于形成近场换能器NFT的多个部分的方法，包括：
形成NFT结构的至少一部分；
将一材料沉积到所述NFT结构的至少一空气轴承表面上以形成一含金属层；
使所述含金属层经受用于使所述材料的至少一部分扩散到所述NFT结构的所述部分的至少一个表面中的条件；
移除所述含金属层的至少一部分；以及
施加覆盖层。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括在使所述含金属层经受扩散引发条件之后氧化所述含金属层的至少一部分。
18.一种用于形成近场换能器NFT的多个部分的方法，包括：
形成NFT结构的至少一部分；
将一材料沉积到所述NFT结构的至少一空气轴承表面上以形成一含金属层；
移除不在所述NFT结构的所述空气轴承表面上的所述含金属层的一部分；
使所述含金属层经受用于使所述材料的至少一部分扩散到所述NFT结构的所述部分的至少一个表面中的条件；
移除所述含金属层的至少一部分；以及
施加覆盖层。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包括在使所述含金属层经受扩散引发条件之后氧化所述含金属层的至少一部分。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，使所述含金属层经受用于引起扩散的条件的步骤包括退火。
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