DE69615456T2

DE69615456T2 - MR-Kopf mit parasitärem Schirm für elektrostatischen Entladungsschutz

Info

Publication number: DE69615456T2
Application number: DE69615456T
Authority: DE
Inventors: Timothy Scott Hughbanks; Neil Leslie Robertson; Steven Howard Voldman; Albert John Wallash
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2016-05-25
Also published as: US6359750B1; CN1185631C; JPH08335305A; CN1547194A; US20040017640A1; SG51705A1; EP0747888B1; CN1140872A; CN1313586A; EP0747888A2; KR100263522B1; DE69615456D1; JP3320973B2; CN1077311C; US6081409A; US5761009A; TW297895B; MY119414A; EP0747888A3; US6288880B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Leseköpfe für Computerdatenspeichervorrichtungen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Struktur zum Schützen eines Lesekopfes vor elektrostatischer Entladung.

Technischer Hintergrund

Datenspeichervorrichtungen, wie Magnetplattenlaufwerke und Bandlaufwerke, die zum Speichern von Information für Computersysteme verwendet werden, sind allgemein bekannt. In Magnetplattenspeichervorrichtungen wird ein Medium, wie eine Magnetplatte oder ein Magnetband, mit magnetischem Material behandelt. Das magnetische Material kann polarisiert sein, um Phasenumkehrungen in einem Magnetfeld zu verursachen und damit Information auf dem Medium zu codieren. Die Phasenumkehrungen, die zur Codierung von Information verwendet werden, können durch magnetische Sensoren detektiert werden, die üblicherweise als Leseköpfe bezeichnet werden. Es ist üblich, dass ein Lesekopf in einer Struktur angebracht ist, die üblicherweise als Gleitstück bezeichnet wird. Gleitstücke schweben typischerweise über der Oberfläche des Mediums, getragen durch eine dünne Luftschicht, was üblicherweise als Luftlagerung bezeichnet wird. Die Luftlagerung wird durch eine Relativbewegung des Gleitstücks bezüglich des Mediums erzeugt.
In einer Plattenlaufwerkvorrichtung wird zum Beispiel die Plattenscheibe gedreht, um eine Relativbewegung zwischen dem Medium und dem Gleitstück zu erzeugen. Das Gleitstück kann radial über dem Medium positioniert werden, um zu ermöglichen, dass der Lesekopf auf jeden beliebigen Bereich des Mediums zugreift, wenn das Medium rotiert. Fig. 1 ist eine Darstellung eines Gleitstücks 1 mit zwei Schienen 3. Jede Schiene 3 besitzt eine Luftlageroberfläche 5. Ein Lesekopf 7 befindet sich auf einem "Depositionsende" 4 jeder Schiene. Das Gleitstück 1 bewegt sich in Richtung eines Pfeils 9 relativ zu einem magnetischen Medium.
Ein allgemein bekannter Typ von Lesekopf wird als magnetoresistiver ("MR") Kopf bezeichnet. Ein MR-Kopf verwendet magnetoresistives Material (üblicherweise als ein "MR-Sensorelement" bezeichnet), um Änderungen in einem lokalen Magnetfeld zu erfassen. Fig. 2 ist eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitts eines MR-Lesekopfes 7 innerhalb einer Schiene 3 eines Gleitstücks 1, der von der Luftlageroberfläche 5 her betrachtet wird. Der Pfeil 9 zeigt die Richtung des Lesekopfes 7 bezüglich des Mediums an, über dem der Lesekopf 7 schwebt. Ein MR-Sensorelement 11 ist so gezeigt, dass es zwischen einer ersten magnetischen Abschirmung 13 und einer zweiten magnetischen Abschirmung 15 angeordnet ist. Die erste und die zweite Abschirmung 13, 15 bestehen typischerweise aus einem magnetischen Material, wie einer Nickel/Eisenlegierung, das verhindert, dass die Magnetfelder von angrenzenden Bereichen des Mediums die Felder stören, die mit der Information verknüpft sind, die von dem Medium gelesen wird. Ein isolierendes Material 17, wie Aluminiumoxid, umgibt jede Abschirmung 13, 15 und das MR- Sensorelement 11. Der Isolator 17 verhindert, dass das MR- Sensorelement 11 in direkten elektrischen Kontakt entweder mit der ersten oder mit der zweiten Abschirmung 13, 15 kommt. In Fig. 2 ist außerdem ein Substrat 19 gezeigt. Das Substrat 19 kann ein Keramikmaterial sein, wie Titancarbid.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 des in Fig. 2 gezeigten Lesekopfes 7. Das MR-Sensorelement 11 (gezeigt durch die gestrichelte Linie, um anzuzeigen, dass der Sensor 11 durch eine Sensorleitung 21 verdeckt ist) ist mit einem zusätzlichen Schaltungsaufbau, der auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist, durch Sensorleitungen 21 gekoppelt (lediglich eine einzige derartige Leitung 21 ist auf der nähen Seite des MR-Sensorelements 11 gezeigt). Eine zweite Leitung (nicht gezeigt) ist mit einer anderen Seite des MR- Sensorelements 11 gekoppelt. Eine Kohlenstoffbeschichtung 20 kann ander Luftlageroberfläche 5 angebracht sein, um die Abnutzung zu minimieren und die relativ weichen Abschirmungen 13, 15 und das MR-Sensorelement 11 vor Schädigung zu schützen. Die Beschichtung 20 hat wenig Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, dass an der Luftlageroberfläche 5 ein Überschlag auftritt.
Ein Problem bei MR-Köpfen, wie dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Kopf 7, besteht darin, dass elektrostatische Ladungen von einer externen Quelle (wie einem menschlichen Körper) auf die Komponenten des MR-Lesekopfes 7 (wie die Abschirmungen 13, 15, das MR-Sensorelement 11 und das Substrat 19) während der Herstellung übertragen werden können. Wenn die auf eine Komponente übertragene Ladung ausreichend groß ist, tritt eine elektrische Entladung auf, die üblicherweise als "Überschlag" bezeichnet wird. Derartige Überschläge treten am wahrscheinlichsten während der Herstellung und der Handhabung des Kopfes 7 auf.
Überschläge können den Kopf schädigen. Die hohe Stromdichte an der Stelle des Überschlags führt zum Beispiel typischerweise dazu, dass Material nahe des Überschlags schmilzt. Diese Schädigung kann an der Luftlageroberfläche 5 des Gleitstücks 1 auftreten. Bei einem hohen Prozentsatz von MR-Leseköpfen, bei denen eine Schädigung durch Überschlag an der Luftlageroberfläche 5 auftritt, besteht das Ergebnis der Überschlagschädigung entweder aus einem erhöhten Widerstand oder alternativ einem nahezu offenen Stromkreiszustand in dem Schaltkreis des MR-Sensorelements. Außerdem führt eine Schädigung der Luftlageroberfläche 5 zu unerwünschten Änderungen der Flughöheneigenschaften des Gleitstücks 1. Das heißt, dass selbst die geringfügigen Änderungen der Oberflächeneigenschaften der Luftlageroberfläche 5 einen großen Einfluss auf die Flughöheneigenschaften des Gleitstücks 1 haben. Aufgrund der unerwünschten Effekte von Überschlägen ist die Fertigungsausbeute für MR-Leseköpfe proportional zu der Häufigkeit reduziert, mit der derartige Überschläge typischerweise auftreten.
Untersuchungen derartiger elektrostatischer Entladungen haben ergeben, dass diese Entladungen typischerweise in einem von drei Bereichen auftreten. Diese drei Bereiche sind in Fig. 3 durch die Buchstaben "A", "B" und "C" gezeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, befinden sich die Entladungsbereiche aufgrund eines höheren elektrischen Feldes, das in der Luftlagerung erzeugt wird, typischerweise entlang der Luftlageroberfläche 5 (selbst wenn eine Kohlenstoffbeschichtung 20 bereitgestellt wird).
Fig. 4 stellt ein elektrisches Modell des Schaltkreises dar, der durch die Elemente des MR-Lesekopfes 7 gebildet wird. Der Widerstand der Leitungen 21 zu und von dem MR-Sensorelement 11 ist als zwei Widerstände 23, 24 modelliert. Der Widerstand des MR-Sensorelements 11 ist als ein Widerstand 25 modelliert. Ein Verfahren zur Verhinderung einer Schädigung aufgrund einer elektrostatischen Entladung wird vom US-Patent Nr. 5 272 582 mit dem Titel "Magneto-Resistance Effect Magnetic Head with Static Electricity Protection", erteilt an Shibata et al. am 21.12.93 gelehrt. Bei Shibata werden zwei magnetische Kerne von Sensorelementen aufgebracht, um eine magnetische Lücke nahe der Luftlageroberfläche eines Gleitstücks zu bilden. Die zwei magnetischen Kerne stehen in einer "rückwärtigen Lücke", die von der magnetischen Lücke entfernt ist, in magnetischem Kontakt zueinander. Eine isolierende Schicht ist zwischen jedem magnetischen Sensorelementkern in der magnetischen Lücke platziert. Ein MR-Sensorelement ist zwischen den isolierenden Schichten derart platziert, dass das MR-Sensorelement innerhalb der magnetischen Lücke liegt. Eine geerdete leitfähige Schicht ist mit einem ersten der magnetischen Kerne elektrisch verbunden, um die elektrischen Ladungen, die von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium in die magnetische Lücke kommen, nach Masse abzuleiten. Demgemäß versucht Shibata, die magnetischen Kerne, welche die magnetische Lücke bilden, auf einem kontrollierten Potential zu halten. Diese Anordnung ist dazu gedacht, zu verhindern, dass elektrische Ladungen, die von dem magnetischen Aufzeichnungsmedium kommen können, in die magnetische Lücke hineinlaufen.
Ein zweites Verfahren zur Verhinderung einer elektrostatischen Entladung und der zugehörigen Schädigung, die eine derartige Entladung verursacht, wird in IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 21, Nr. 11, vom April 1979 von Rohen (im Folgenden als "Rohen" bezeichnet) gelehrt. Fig. 5 stellt die von Rohen gewählte Vorgehensweise dar. In Fig. 5 befindet sich ein MR-Element 31 an einem Ende der Struktur. Ein erster leitfähiger Bereich 33 und ein zweiter leitfähiger Bereich 35 sind über Anschlüsse 37, 39 mit einem Massepotential elektrisch gekoppelt. Ein isolierendes Material 41 isoliert diese Bereiche 31, 33 von zwei weiteren leitfähigen Bereichen 43, 45. Die Bereiche 43, 45 stellen einen leitfähigen Pfad für Strom zu dem MR-Element 31 bereit. Während der Fertigung wird der obere Bereich 47 der Struktur bis zu der gestrichelten Linie 49 entfernt. Durch Koppeln der Bereiche 33, 35 an ein Massepotential wird für jegliche direkte elektrostatische Entladungen ein Punkt mit niedrigem Potential bereitgestellt, und die geerdeten Seitenstränge, die durch die Bereiche 33, 35 gebildet werden, stellen eine Faraday-Abschirmung bereit, um den Effekt von indirekten elektrostatischen Entladungen zu verringern. JP-A-61 096508 ("Kazuhiko") offenbart die Platzierung einer leitfähigen Struktur mehrere um von dem magnetoresistiven Element entfernt, wobei die leitfähige Struktur mit Masse verbunden ist.
Ein drittes Verfahren zur Verhinderung einer elektrostatischen Entladung und der zugehörigen Schädigung, die eine derartige Entladung verursacht, wird im US-Patent 4 841 395 ("Craft") gelehrt. Die Offenbarung von Craft erfordert die Bereitstellung eines alternativen Pfades für einen Überschlag. Dieses Verfahren wurde mit herkömmlichen induktiven Schreib- /Leseköpfen verwendet. In einem typischen induktiven Schreib- /Lesekopf ist zum Beispiel die induktive Spule größer als ungefähr 3 um vom Joch. Das Dielektrikum zwischen der induktiven Spule und dem Joch ist typischerweise ein Isolator, wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;). Es wird ein Funkenstreckenbauelement gebildet, das einen Überschlag von der induktiven Spule oder dem Joch verursacht, um jegliche elektrostatische Ladung zu reduzieren, die sich auf diesen Komponenten aufbaut. Ein derartiges Funkenstreckenbauelement wird dicht bei einer Komponente platziert, die zu entladen ist. Die auf der Komponente aufgebaute Ladung verursacht einen Überschlag zu dem Funkenstreckenbauelement bei einer niedrigeren Spannung, als erforderlich ist, um einen Überschlag zu jeder anderen Komponente zu verursachen. In einem herkömmlichen induktiven Schreib-/Lesekopf befindet sich zum Beispiel ein Funkenstreckenbauelement ungefähr 1 um von der zu entladenden Komponente entfernt. Somit tritt ein Überschlag mit einer wesentlich geringeren Spannung auf, als für einen Überschlag über die Lücke zwischen Joch und induktiver Spule von 3 um hinweg erforderlich ist.
Aufgrund der relativ kurzen Distanz zwischen den Komponenten eines MR-Lesekopfes ist jedoch die Spannung relativ niedrig, bei der ein Überschlag zwischen jenen Komponenten auftritt. Die Spannung, die zur Verursachung eines Überschlags (d. h. die "Überschlagsspannung") zwischen einer MR-Sensorleitung und einer geerdeten magnetischen Abschirmung erforderlich ist, die durch 0,12 um getrennt sind, beträgt lediglich 60 Volt. Im Gegensatz dazu beträgt der Abstand zwischen einer der magnetischen Abschirmungen 13, 15 und dem MR-Sensorelement 11 in einem typischen MR-Kopf (wie dem in Fig. 1 gezeigten Kopf 7) ungefähr 0,12 um. Daher tritt zwischen den magnetischen Abschirmungen 13, 15 und dem MR-Sensorelement 11 eines herkömmlichen MR-Lesekopfes ein Überschlag bei einer viel geringeren Spannung auf als zwischen dem Joch und der induktiven Spule in einem herkömmlichen induktiven Schreib- /Lesekopf. Des Weiteren ist, da der Überschlag zwischen Komponenten des MR-Lesekopfes 7 über Luft an der Luftlageroberfläche auftreten kann, die erforderliche Überschlagsspannung zwischen den magnetischen Abschirmungen 13, 15 und dem MR-Sensorelement 11 sogar niedriger als es der Fall wäre, wenn der Überschlag einen Isolator zu überwinden hätte. Demgemäß ist es sehr schwierig, ein Funkenstreckenbauelement zu entwickeln, das einen alternativen Pfad für eine Entladung jeglicher Ladung bereitstellt, die sich auf den Komponenten eines MR-Lesekopfes aufbaut (d. h. einen Pfad, durch den ein Überschlag durch ein schwächeres elektrisches Feld induziert werden kann, als zur Verursachung eines Überschlags zwischen den Komponenten des MR-Lesekopfes erforderlich ist). Es sind zum Beispiel Spannungen von mehr als 1.000 Volt erforderlich, um einen Überschlag zwischen einem Joch und einer induktiven Spule in einer herkömmlichen induktiven Vorrichtung zu verursachen. Im Gegensatz dazu können 60 Volt einen Überschlag zwischen einer MR- Sensorleitung und einer geerdeten magnetischen Abschirmung bewirken, die durch 0,12 um getrennt sind. Diese Differenz ist in der relativ kurzen Entfernung über die Lücke zwischen der MR-Sensorleitung und der magnetischen Abschirmung hinweg und außerdem in der Tatsache begründet, dass die Komponenten eines MR-Lesekopfes an der Luftlageroberfläche der Luft wesentlich ausgesetzt sind. Die Dielektrizitätskonstante für Luft ist derart, dass ein Überschlag über Luft hinweg bei geringeren Spannungen auftritt als über viele andere Materialien hinweg.
Wenngleich die Lösungen, die von Rohen, Kazuhiko, Shibata und Craft bereitgestellt werden, die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass eine Schädigung eines MR-Lesekopfes auftritt, bleibt eine Schädigung aufgrund von Überschlägen (insbesondere an der Luftlageroberfläche) ein ständiges Problem, das die Fertigungsausbeute unerwünscht beeinflusst. Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Struktur bereitzustellen, die weniger anfällig für schädliche Überschläge an der Luftlageroberfläche ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer kostengünstigen Struktur, die weniger anfällig für eine Schädigung durch Überschläge an der Luftlageroberfläche ist. Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur effizienten Herstellung einer Struktur, die weniger anfällig für eine Schädigung durch Überschläge an der Luftlageroberfläche ist.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die verschiedenen Aspekte der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen 1, 14 und 17 definiert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für einen magnetoresistiven Lesekopf, der zur Abtastung von Magnetfeldern verwendet wird, die von einem magnetischen Speichermedium ausgehen, wie einer Platte einer Computerplattenlaufwerkvorrichtung oder einem magnetischen Band, das in einem Bandlaufwerk verwendet wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind "parasitäre Abschirmungen" in enger Nachbarschaft zu magnetischen Abschirmungen eines Lesekopfes platziert. Die Lücke zwischen einer parasitären Abschirmung und einer magnetischen Abschirmung ist schmaler als die Lücke zwischen einer magnetischen Abschirmung und entweder dem Substrat, auf dem der Lesekopf ausgebildet ist, oder einem Sensorelement. Demgemäß stellt eine parasitäre Abschirmung einen alternativen Pfad für mit Überschlägen verknüpften Strömen bereit, womit verhindert wird, dass derartige Ströme den Lesekopf schädigen. Jede der parasitären Abschirmungen ist durch ein Widerstandselement mit dem Sensorelement elektrisch gekoppelt. Daher ist das elektrische Potential der parisitären Abschirmung im Wesentlichen gleich dem elektrischen Potential des Sensorelements. Wenn sich Ladungen auf der magnetischen Abschirmung anhäufen, fließt demgemäß ein Strom zu der parasitären Abschirmung auf einem geringeren Potential, als für einen Strom erforderlich wäre, der zwischen der magnetischen Abschirmung und dem Sensorelement fließt. Alternativ können die parasitären Abschirmungen direkt mit einer Struktur von bekanntem elektrischem Potential, wie dem Substrat, elektrisch gekoppelt sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind leitfähige Funkenstreckenbauelemente mit Sensorelementleitungen und mit jeder magnetischen Abschirmung elektrisch gekoppelt. Jedes Funkenstreckenbauelement wird in sehr enge Nachbarschaft zu dem Substrat gebracht, um einen alternativen Pfad für Ladungen bereitzustellen, die sich zwischen dem Sensorelement und dem Substrat aufgebaut haben, um entladen zu werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Funkenstreckenbauelemente auf dem Waferniveau an einem Depositionsende eines Wafers aus Halbleitersubstratmaterial unter Verwendung von Photolithographie- und Maskierungstechniken gefertigt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Kontaktstellen an dem Depositionsende mit dem Substrat und Abschirmungen verbunden sein, um die Herstellung externer Verbindungen zu ermöglichen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Enden der Überschlagslücken, die in enge Nachbarschaft zu dem Substrat gebracht werden, mit eine hohe elektrische Felddichte induzierenden Strukturen konfiguriert, welche die Spannung reduzieren, die erforderlich ist, einen Überschlag zwischen dem Funkenstreckenbauelement und dem Substrat zu verursachen. Alternativ können die Funkenstreckenbauelemente direkt mit dem Substrat gekoppelt sein und in enge Nachbarschaft zu den magnetischen Abschirmungen und dem Sensorelement gebracht werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleichartige Teile bezeichnen und in denen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Gleitstücks des Standes der Technik ist, das in einer herkömmlichen Computerplattenlaufwerkvorrichtung verwendet wird;
Fig. 2 eine Teilquerschnittansicht eines MR-Lesekopfes des Standes der Technik ist, betrachtet von der Luftlageroberfläche aus;
Fig. 3 eine Teilquerschnittansicht eines MR-Lesekopfes des Standes der Technik entlang einer Linie 3-3 von Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Modell der elektrischen Schaltung ist, die von dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten MR-Kopf des Standes der Technik gebildet, wird;
Fig. 5 eine Darstellung eines MR-Kopfes mit geerdeten Seitensträngen nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 6a eine Teilquerschnittansicht eines MR-Lesekopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6b eine Teilquerschnittansicht eines MR-Lesekopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6c eine Querschnittansicht des erfinderischen Lesekopfes entlang der Linie 6c-6c von Fig. 6a ist;
Fig. 7a und 7b Modelle der elektrischen Schaltung sind, die von dem in den Fig. 6a bis 6c gezeigten erfinderischen MR- Kopf gebildet wird;
Fig. 8 einen Fertigungsprozess gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 9 ein Flussdiagramm der Prozessschritte ist, die in dem erfinderischen Verfahren durchgeführt werden;
Fig. 10 bis 16 zusätzliche Schritte darstellen, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden;
Fig. 17 eine Darstellung einer zweiten 'Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 18a eine Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die einen leitfähigen Stift verwendet, um Überschläge anzuziehen;
Fig. 18b eine Querschnittansicht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 18b-18b von Fig. 18a ist;
Fig. 19 eine Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei der eine Kontaktstelle gezeigt ist, die das Sensorelement mit einem Schaltungsaufbau außerhalb des Lesekopfes verbindet;
Fig. 20 eine Ansicht des Depositionsendes einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei der jede Abschirmung außerdem mit einer Kontaktstelle an dem Depositionsende eines Lesekopfes elektrisch gekoppelt ist;
Fig. 21a und 21b Flussdiagramme des Verfahrens zur Herstellung des Lesekopfes von Fig. 18a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind; und
Fig. 22 ein Magnetplattenspeichersystem ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 22 ist ein Magnetplattenspeichersystem. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung, wenngleich sie zur Verwendung in einem Magnetplattenspeichersystem beschrieben ist, in jedem beliebigen Datenspeichersystem verwendet werden kann, in dem der erfinderische Kopf verwendet wird, wie Magnetbandaufzeichnungssysteme etc. Wenigstens eine drehbare Magnetplatte 2212 wird auf einer Spindel 2214 getragen und durch einen Plattenlaufwerkmotor 2218 gedreht. Das magnetische Aufzeichnungsmedium auf jeder Platte liegt in Form einer ringförmigen Struktur konzentrischer Datenspuren (nicht gezeigt) auf der Platte 2212 vor. Wenigstens ein Gleitstück 2213 ist auf der Platte 2212 positioniert, wobei jedes Gleitstück 2213 einen oder mehrere magnetische Schreib- /Lese-Messwandler 2221 trägt, die typischerweise als Schreib- /Leseköpfe bezeichnet werden. Wenn sich die Platten drehen, werden die Gleitstücke 2213 radial über der Plattenoberfläche 2222 derart hinein- und herausbewegt, dass die Köpfe 2221 auf verschiedene Bereiche der Platte zugreifen können, wo gewünschte Daten aufgezeichnet sind. Jedes Gleitstück 2213 ist an einem Aktuatorarm 2219 mittels einer Aufhängung 2215 angebracht. Die Aufhängung 2215 stellt eine leichte Federkraft bereit, die das Gleitstück 2213 gegenüber der Plattenoberfläche 2222 vorspannt. Jeder Aktuatorarm 2219 ist an einem Aktuatormittel 2227 angebracht. Das Aktuatormittel kann, wie in Fig. 22 gezeigt, zum Beispiel ein Schwingspulenmotor (VCM) sein. Der VCM beinhaltet eine Spule, die innerhalb eines festen Magnetfelds bewegbar ist, wobei die Richtung und die Geschwindigkeit der Spulenbewegungen durch die von einer Steuereinheit zugeführten Motorstromsignale gesteuert werden.
Während des Betriebs des Plattenspeichersystems erzeugt die Drehung der Platte 2212 eine Luftlagerung zwischen dem Gleitstück 2213 und der Plattenoberfläche 2222, die eine nach oben gerichtete Kraft (d. h. Anhebung) auf das. Gleitstück ausübt. Die Luftlagerung gleicht somit die leichte Federkraft der Aufhängung 2215 aus und hält das Gleitstück 2213 während des Betriebs von der Plattenoberfläche weg und um einen kleinen, im Wesentlichen konstanten Abstand etwas über derselben.
Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden im Betrieb durch ein von einer Steuereinheit 2229 erzeugtes Steuersignal gesteuert, wie Zugriffssteuersignale und interne Taktsignale. Typischerweise beinhaltet die Steuereinheit 2229 zum Beispiel logische Steuerschaltkreise, Speichermittel und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 2229 erzeugt Steuersignale, um verschiedene Systemvorgänge zu steuern, wie Antriebsmotorsteursignale auf Leitung 2223 und Kopfpositions- und Suchsteuersignale auf Leitung 2228. Die Steuersignale auf Leitung 2228 stellen die gewünschten Stromprofile bereit, um ein ausgewähltes Gleitstück 2213 optimal zu der gewünschten Datenspur auf der zugehörigen Platte 2212 zu bewegen und dort zu positionieren. Lese- und Schreibsignale stehen mittels eines Aufzeichnungskanals 2225 in Kommunikationsverbindung zu und von Schreib-/Leseköpfen 2221.
Die vorstehende Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die begleitende Darstellung von Fig. 22 werden lediglich als eine Darstellung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Es ist offensichtlich, dass Plattenspeichersysteme eine große Anzahl von Platten und Aktuatoren enthalten können und jeder Aktuator eine Anzahl von Gleitstücken tragen kann.
Fig. 6a ist eine Teilquerschnittansicht eines magnetoresistiven ("MR") Kopfes 107 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der MR-Lesekopf 107 von Fig. 6a ist auf einem Substrat 119 hergestellt. Das Substrat 119 kann aus irgendeinem geeigneten herkömmlichen Material gefertigt sein, das zur Herstellung von Gleitstücken verwendet wird, wie Titancarbid-Keramik. Für den Fachmann versteht es sich, dass das spezielle Substratmaterial für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Substrat zum Beispiel entweder ein leitfähiges Material (wie Ferrit oder eine Ferrit-Zusammensetzung), ein Halbleitermaterial (wie ein Siliciumeinkristall) oder ein isolierendes Material sein (wie Aluminiumoxid). Der MR- Lesekopf 107 beinhaltet eine erste magnetische Abschirmung 113, eine zweite magnetische Abschirmung 115, ein Sensorelement 111 und vier parasitäre Abschirmungen 124, wobei jede parasitäre Abschirmung 124 in enger Nachbarschaft zu einer der magnetischen Abschirmungen 113, 115 ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 6a gezeigt ist, entspricht das proximale Ende 127 jeder parasitären Abschirmung 124 allgemein der Form des nahegelegenen Endes der magnetischen Abschirmung 113, 115. Alternativ kann das proximale Ende 128 jeder parasitären Abschirmung 124 Strukturen aufweisen, die eine hohe elektrische Felddichte induzieren (HEFDI-Strukturen). Das proximale Ende 128 jeder parasitären Abschirmung 124 kann zum Beispiel, wie in Fig. 6b gezeigt, mit einer oder mehreren HEFDI-Strukturen ausgebildet sein, wie einer allgemeinen Punktstruktur (d. h. einer Struktur vorzugsweise mit einem Radius von weniger als etwa 1 um), was bewirkt, dass die Intensität des elektrischen Feldes konzentriert wird. Für den Fachmann versteht es sich, dass Strukturen mit Radien von mehr als 1 um verwendet werden können. Je kleiner jedoch der Radius ist, desto größer ist die Konzentration der Ladung. Aufgrund der Konzentration von elektrischen Feldern in den HEFDI- Strukturen nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Überschlags zwischen einer parasitären Abschirmung 124 und einer magnetischen Abschirmung 113, 115 zu. Demgemäß ist es weniger wahrscheinlich, dass Überschläge entweder zwischen der magnetischen Abschirmung 113, 115 und dem Sensorelement 111 oder zwischen der magnetischen Abschirmung 113, 115 und dem Substrat 119 auftreten. Es kann eine einzige HEFDI-Struktur vorgesehen sein. Eine Mehrzahl derartiger HEFDI-Strukturen ist jedoch bevorzugt, da ein Überschlag mit hoher Stromdichte eine einzelne HEFDI-Struktur verformen kann, wodurch die Fähigkeit der HEFDI reduziert wird, das elektrische Feld zu konzentrieren. Indem mehr als eine derartige HEFDI-Struktur vorhanden ist, wird das Auftreten von mehr als einem Überschlag mit hohem Strom durch eine HEFDI-Struktur möglich, selbst wenn der Überschlag eine Schädigung der Struktur verursacht, durch die Strom fließt. Ein Kompromiss zwischen Raum, der in dem Lesekopf zur Verfügung steht, und der Anzahl von HEFDI-Strukturen erfordert, dass die spezielle bevorzugte Anzahl von HEFDI-Strukturen nach Berücksichtigung der Abmessungen des Lesekopfes und der Wahrscheinlichkeit für Mehrfachüberschläge gewählt wird.
Fig. 6b stellt eine alternative Ausführungsform dar, bei der eine spezielle Kontaktstelle 170 durch ein leitfähiges Element 171 mit der magnetischen Abschirmung 115 elektrisch gekoppelt ist. Zusätzliche leitfähige Elemente (nicht gezeigt) können dazu verwendet werden, weitere Komponenten des Lesekopfes 107 mit zusätzlichen Kontaktstellen (nicht gezeigt) in ähnlicher Weise elektrisch zu koppeln.
Fig. 6c ist eine Querschnittansicht des Lesekopfes 107 entlang der Linie 6c-6c von Fig. 6a. Fig. 6c zeigt, dass sich die parasitären Abschirmungen 124 nicht nahe der Luftlageroberfläche 5 erstrecken. Durch Bilden der parasitären Abschirmungen 124 einiges oberhalb der Luftlageroberfläche (d. h. vorzugsweise etwa im doppelten Abstand zwischen der parasitären Abschirmung 124 und der magnetischen Abschirmung 115) wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein Überschlag an der Luftlageroberfläche auftritt, wesentlich reduziert.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede magnetische Abschirmung 113, 115 aus einer Nickel- /Eisenlegierung hergestellt, die üblicherweise als Permalloy bekannt ist. Alternativ können die magnetischen Abschirmungen 113, 115 aus jedem beliebigen relativ permeablen Material (wie Ferrit) hergestellt sein. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die parasitären Abschirmungen 124 aus dem gleichen Material wie die magnetischen Abschirmungen 113, 115 hergestellt, um zu ermöglichen, dass wenigstens eine parasitäre Abschirmung durch den gleichen Prozessschritt gebildet wird, der eine magnetische Abschirmung bildet. Alternativ können die parasitären Abschirmungen 124 aus irgendeinem leitfähigen Material hergestellt sein.
Die parasitären Abschirmungen 124 sind vorzugsweise durch einen Leitungspfad mit dem Sensorelement elektrisch gekoppelt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind ungefähr 10 Kiloohm bis 100 Kiloohm Widerstand in dem leitfähigen Pfad zwischen jeder parasitären Abschirmung und einem von zwei herkömmlichen Sensorelement(111)-Leitungen 21 vorgesehen (siehe Fig. 7a). Die Sensorelementleitungen 21 ermöglichen, dass ein Strom zu dem Sensorelement 111 hin und von diesem weg fließt. Eine der Sensorelementleitungen 21 verdeckt das Sensorelement 111 in Fig. 6c. Das Sensorelement 111 ist daher durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Zwischen jeder der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und wenigstens einer der parasitären Abschirmungen 124 existiert eine Funkenstrecke 125. In der bevorzugten Ausführungsform sind zwei Funkenstrecken 125 mit jeder magnetischen Abschirmung 113, 115 verknüpft, eine auf jeder Seite von jeder magnetischen Abschirmung 113, 115. Die Funkenstrecken 125 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Strom über die Funkenstrecken 125 hinweg fließt, bevor ein Strom zwischen einer magnetischen Abschirmung 113, 115 und entweder dem Sensorelement 111 oder dem Substrat 119 fließt. Das heißt, die Funkenstrecken 125 sind enger als die Lücke zwischen dem Sensorelement 111 und den magnetischen Abschirmungen 113, 115. Demgemäß wird jeder Überschlag, der aufgrund überschüssiger Ladung auftritt, die sich zwischen einer der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 aufbaut, durch einen Überschlag zwischen der magnetischen Abschirmung 113, 115 und einer oder beiden zugehörigen parasitären Abschirmungen 124 über die Funkenstrecke 125 hinweg entladen.
Fig. 7a ist eine Schemaansicht eines Modells der elektrischen Eigenschaften der ersten Ausführungsform des MR-Kopfes 107 der vorliegenden Erfindung. Jede der magnetischen Abschirmungen 113, 115 ist durch Kondensatoren 132, 134, 136 und 138 mit den Sensorleitungen 21 kapazitiv gekoppelt. Jeder der Kondensatoren 132 bis 138 repräsentiert die Kapazität zwischen den Abschirmungen 113, 115 und den Sensorleitungen 21. Der Kondensator 132 repräsentiert zum Beispiel die Kapazität, die aufgrund der Nachbarschaft der magnetischen Abschirmung 113 zu der Sensorleitung 21 existiert. Außerdem repräsentiert ein Kondensator 168 die Kapazität zwischen der Abschirmung 113 und dem Substrat 119. Ein Element 140, 142, 144 und 146, wie ein Widerstand, ein Diodenmetalloxid- Halbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) oder ein elektrostatischer Entladungs(ESD)-Schaltkreis, ist zwischen jeder parasitären Abschirmung 124 und den Sensorleitungen 21 eingeschleift. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Widerstand mit einem Widerstandswert von ungefähr im Bereich von 10 Kiloohm bis 100 Kiloohm in Serie zwischen der parasitären Abschirmung und dem Sensorelement 111 vorgesehen. Alternativ kann die parasitäre Abschirmung direkt mit einer Struktur mit bekanntem elektrischem Potential, wie dem Substrat, elektrisch gekoppelt sein.
Der Widerstandswert in den Sensorleitungen 21 aufgrund der Länge dieser Leitungen wird durch Widerstände 150, 152 repräsentiert. Zusätzlich gibt es eine Kapazität, die zwischen den Sensorleitungen 21 und dem Substrat 119 existiert und durch Kondensatoren 154, 156 repräsentiert wird. Für den Zweck dieser Erörterung wird das Substrat 119 als auf Massepotential liegend betrachtet.
Eine Kapazität, die durch Kondensatoren 158, 160, 162, 164 repräsentiert wird, existiert außerdem zwischen jeder der parasitären Abschirmungen 124 und der benachbarten Sensorleitung 21. Wenn sich Ladung auf den magnetischen Abschirmungen 113, 115 anhäuft, existiert das gleiche elektrische Potential zwischen jeder der parasitären Abschirmungen 124 und den magnetischen Abschirmungen 113, 115, das zwischen dem Sensorelement 111 und den magnetischen Abschirmungen 113, 115 existiert. Das heißt, jegliche Ladung, die sich auf den parasitären Abschirmungen 124 anhäuft, wird durch die Elemente 140, 142, 144, 146 gleichmäßig über das Sensorelement 111 und die parasitären Abschirmungen 124 hinweg verteilt. Wenn das Potential, das erforderlich ist, einen Überschlag über die Lücke 125 zu verursachen, geringer als das Potential ist, das erforderlich ist, einen Überschlag über die Lücke zwischen irgendeiner der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 zu verursachen, wird demgemäß niemals ein Überschlag zwischen den magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 auftreten. Das heißt, zwischen den magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 tritt keine schädliche elektrostatische Entladung auf, da jegliche Ladung, die sich zwischen den magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 anhäuft, durch einen Überschlag zwischen dem Sensorelement 111 und der parasitären Abschirmung 124 abgeleitet wird, bevor sie ausreichend groß ist, einen Überschlag zwischen dem Sensorelement und der magnetischen Abschirmung zu verursachen. Da sich die Funkenstrecke 125 nicht nahe der Luftlageroberfläche 5 befindet, ist das Ergebnis eines Überschlags über die Funkenstrecke 125 für den Betrieb des Lesekopfes 107 viel weniger störend.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 7b gezeigt ist, ist ein elektrostatischer Entladungsschaltkreis 166 zwischen wenigstens einer der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und wenigstens einer der parasitären Abschirmungen 124 platziert. Der elektrostatische Entladungsschaltkreis 166 kann aus einem einzigen Element, wie einem p-Kanal MOSFET, einem n-Kanal MOSFET oder einem Dünnfilmtransistor (TFT) bestehen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gate des Transistors entweder mit der Drain oder der Source gekoppelt. Alternativ ist das Gate mit einem Steuerschaltkreis gekoppelt, wie dem MR-Schaltkreis. Ein derartiger Steuerschaltkreis kann dann die Charakteristik des elektrostatischen Entladungsschaltkreises 166 verändern. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Drain mit der parasitären Abschirmung 124 gekoppelt, und die Source ist mit der magnetischen Abschirmung 113, 115 gekoppelt. Alternativ ist die Source mit der parasitären Abschirmung 124 gekoppelt, und die Drain ist mit der magnetischen Abschirmung 113, 115 gekoppelt.
Fig. 8 stellt einen ersten Schritt in einem Fertigungsprozess gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 9 ist ein Flussdiagramm der Prozessschritte, die in dem erfinderischen Verfahren durchgeführt werden. Gemäß der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform wird der MR-Lesekopf auf einem Substrat 119 hergestellt. Ein Isolator 117 (wie Aluminiumoxid) ist an einem Depositionsende 121 angebracht, zum Beispiel indem er auf dem Depositionsende 121 des Substrats 119 abgeschieden wird (SCHRITT 901). Alternativ kann der Isolator 117 durch irgendeine allgemein bekannte Technik, wie Sputtern eines isolierenden Materials, wie Aluminiumoxid, auf das Substrat 119, Einbringen eines flüssigen Polymers auf den Wafer und Schleudern des Wafers zur Verteilung des Polymers oder Aufbringen des isolierenden Materials durch eine Technik der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) angebracht werden.
Dann werden "Abstandshalter"-Strukturen (d. h. Abstandshalter) erzeugt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Abstandshalter gemäß einer Technik erzeugt, die im US-Patent Nr. 4 256 514 mit dem Titel "Method Of Forming a Narrow Dimensioned Region on a Body" offenbart ist, das am 17. März 1981 für Pogge erteilt und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel ein Polysilicium-"Gate" 118 an dem Isolator 117 angebracht (wie zum Beispiel durch eine herkömmliche Halbleiterdepositionstechnik und eine herkömmliche Photolithographietechnik oder eine herkömmliche Maskierungstechnik) (SCHRITT 903). Das Polysilicium-Gate ist eine Plattform (oder Stufe), auf der zusätzliche Strukturen gebildet werden können. Zum Beispiel wird dann eine Schicht aus einem Material 120 (wie eine Oxid- oder Nitridschicht) über den Oberflächen 114, 116 des Isolators 117 und des Gates 118 derart angebracht, dass wenigstens eine erste und zweite äußere Seitenwand 180, 182 und eine Oberseite 184 auf dem Gate 118 in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Beschichtung aus dem Material 120 gebildet werden (SCHRITT 905). Das Material 120 ist vorzugsweise selektiv entfernbar, wie zum Beispiel selektiv ätzbar.
Das Material 120 wird dann vorzugsweise behandelt, um das Material 120, das über dem Isolator 120 angebracht war, im Wesentlichen zu entfernen, wobei lediglich das Material 120 zurückbleibt, das nicht koplanar mit einer Ebene ist, die parallel zu der Grenzfläche zwischen dem Isolator 117 und dem Substrat 119 verläuft. Oxid kann zum Beispiel durch Verwenden irgendeines herkömmlichen Ätzmittels selektiv gegenüber dem Aluminiumoxid und Polysilicium geätzt werden, ohne entweder das Aluminiumoxid oder das Polysilicium stark zu beeinträchtigen. Nach der selektiven Entfernung verbleiben im Wesentlichen lediglich die äußeren Seitenwände 180, 182, wie in Fig. 10 gezeigt (SCHRITT 907). Als nächstes wird ein weiterer selektiver Entfernungsprozess durchgeführt, um das Gate 118 (SCHRITT 909) zu entfernen, wie in Fig. 11 gezeigt. Eine Entfernung des Gates 118 lässt zwei sehr schmale Abstandshalter 180, 182 aus dem Material 120 zurück.
Nach der Erzeugung der Abstandshalter wird ein magnetisches Material (wie ein Nickel/Eisen-Permalloy oder Sendust) angebracht, um zwei parasitäre Abschirmungen 124 und eine erste magnetische Abschirmung 113 zu bilden (SCHRITT 911), wie in Fig. 12 gezeigt. Die Abschirmungen 124, 113 erstrecken sich typischerweise über den Abstandshaltern 180, 182. Daher werden die Abschirmungen 124, 113 in der bevorzugten Ausführungsform herunterpoliert (d. h. geläppt), um jenen Bereich der Abschirmungen 124, 113 zu entfernen, der sich über den Abstandshaltern 180, 182 befindet (SCHRITT 913), wie in Fig. 13 gezeigt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Abstandshalter 180, 182 durch einen weiteren selektiven Entfernungsprozess entfernt (SCHRITT 915), wie in Fig. 14 gezeigt. Abstandshalter aus Oxid können zum Beispiel durch einen Ätzprozess entfernt werden, bei dem irgendein herkömmliches Ätzmittel angewendet wird. Nach der Entfernung der Abstandshalter 180, 182 wird eine zweite isolierende Schicht aus isolierendem Material angebracht (SCHRITT 917), wie in Fig. 15 gezeigt. Die zweite Schicht aus angebrachtem isolierendem Material füllt die Lücken, die zwischen der ersten magnetischen Abschirmung verblieben sind, als die Abstandshalter 180, 182 entfernt wurden. Alternativ können die Abstandshalter 180, 182 bleiben, und die zweite Schicht aus Isolierung wird über der magnetischen Abschirmung 113, den zwei parasitären Abschirmungen 124 und den Abstandshaltern 180, 182 angebracht. In jedem Fall wird die zweite Schicht aus angebrachtem isolierendem Material vorzugsweise zu einem zusammenhängenden Teil des Isolators 117. Als nächstes wird das Sensorelement 111 auf dem Isolator 117 angebracht (SCHRITT 919), und eine dritte Schicht aus isolierendem Material wird über dem Sensorelement 111 angebracht (SCHRITT 921), wie in Fig. 16 gezeigt.
Dann wird der zur Erzeugung der Abstandshalter 180, 182 verwendete Prozess vorzugsweise wiederholt, um zwei weitere Abstandshalter zu bilden, die in der vorstehend beschriebenen Weise dazu verwendet werden, eine zweite magnetische Abschirmung 115 und eine dritte und vierte parasitäre Abschirmung 124 zu bilden (SCHRITT 923), wie in Fig. 6a gezeigt.
In einem alternativen Verfahren werden jede parasitäre Abschirmung 124 und die erste magnetische Abschirmung 113 als eine einzige Struktur gebildet. Dann werden zwei Unterteilungslinien durch die Struktur geätzt, um die Struktur in die erste magnetische Abschirmung 113 und jede parasitäre Abschirmung 124 zu trennen. Dann wird eine zweite isolierende Schicht über den parasitären Abschirmungen 124 und der magnetischen Abschirmung 113 angebracht. Danach wird das Sensorelement in der vorstehend beschriebenen Weise gebildet. Als nächstes werden die zweite Abschirmung 115 und die zugehörigen parasitären Abschirmungen 124 als eine einzige Struktur erzeugt. Die Struktur wird dann durch Ätzen von zwei Linien durch die Struktur unterteilt, um die Lücke zwischen der zweiten magnetischen Abschirmung 115 und der dritten und vierten parasitären Abschirmung 124 zu erzeugen.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Abstandshalter 180, 182 durch Ätzen von drei Vertiefungen in das isolierende Material gebildet werden, wobei ein erster Abstandshalter 180 zwischen der ersten und der zweiten Vertiefung verbleibt und ein zweiter Abstandshalter 182 zwischen der zweiten und der dritten Vertiefung verbleibt. Mit Ausnahme der Weise, in der die Abstandshalter erzeugt werden, ist der Rest des Verfahrens gleich wie bei dem in den Fig. 9a und 9b gezeigten Verfahren.
Fig. 17 ist eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeweils das proximale Ende 200, 204 eines ersten und eines zweiten Funkenstreckenbauelements 205, 203 vorzugsweise direkt mit der ersten beziehungsweise der zweiten magnetischen Abschirmung 201, 202 elektrisch gekoppelt. Das distale Ende 206 jedes Funkenstreckenbauelements 203, 205 ist so geführt, dass es in enge Nachbarschaft zu dem Substrat 207 kommt. Das proximale Ende 211 eines Funkenstreckenbauelements 208 ist mit dem Sensor 213 gekoppelt. Das distale Ende 215 des Funkenstreckenbauelements 208 ist so geführt, dass es in enge Nachbarschaft zu dem Substrat 207 kommt. Alternativ kann das proximale Ende 200, 204, 211 von einem oder mehreren der Funkenstreckenbauelemente in enger Nachbarschaft, jedoch nicht in Kontakt mit dem Sensor 213 beziehungsweise der magnetischen Abschirmung sein, und das distale Ende 215 kann in direktem elektrischem Kontakt mit dem Substrat 207 sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 18a gezeigt ist, erstreckt sich ein leitfähiger Stift 210 vorzugsweise senkrecht zu der Grenzfläche zwischen dem Substrat 207 und dem Isolator 209. Der Stift 210 ist mit dem Substrat 207 elektrisch gekoppelt. Die proximalen Enden 200, 211 von Funkenstreckenbauelementen 203', 205', 208' sind mit dem Sensorelement 213, der ersten magnetischen Abschirmung 201 beziehungsweise der zweiten magnetischen Abschirmung 202 gekoppelt. Fig. 18b ist eine Querschnittansicht der vorliegenden Erfindung entlang der in Fig. 18a gezeigten Linie 18b-18b. Das Funkenstreckenbauelement 205' ist mit HEFDI-Strukturen gezeigt, welche die elektrische Feldstärke an der Lücke zwischen dem Funkenstreckenbauelement 205' und dem. Stift 210 erhöhen. Demgemäß tritt ein Überschlag bei einer geringeren Spannungsdifferenz zwischen dem Funkenstreckenbauelement 205' und dem Stift 210 auf. Die HEFDI-Strukturen können unter Verwendung herkömmlicher Dünnfilmdepositionstechniken erzeugt werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 19 gezeigt ist, koppeln Sensorleitungen (nicht gezeigt) das Sensorelement 213 elektrisch mit Sensorkontaktstellen 172, die sich an dem Depositionsende 121' des Lesekopfes 107' befinden. Die Sensorkontaktstellen 172 ermöglichen, dass das Sensorelement mit einem externen Schaltungsaufbau verbunden wird. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 19 gezeigt ist, ist das proximale Ende eines Funkenstreckenbauelements 173 mit der Kontaktstelle 172 gekoppelt. Das distale Ende des Funkenstreckenbauelements 173 beinhaltet HEFDI-Strukturen 175, die in enger Nachbarschaft zu dem Stift 210 angeordnet sind. In einer alternativen Ausführungsform sind die HEFDI-Strukturen 175 in enger Nachbarschaft zu dem Substrat angeordnet.
Fig. 20 ist eine Ansicht des Depositionsendes einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der jede Abschirmung 201, 202 auch mit einer Kontaktstelle 230 an dem Depositionsende 121' eines Lesekopfes in ähnlicher Weise wie das Sensorelement 213 elektrisch gekoppelt ist. Weitere Funkenstreckenbauelemente 232 können mit jeder der Kontaktstellen 230 gekoppelt sein. Jedes Funkenstreckenbauelement weist vorzugsweise HEFDI-Strukturen auf, um die Stärke des elektrischen Feldes an der Lücke zwischen dem Funkenstreckenbauelement und dem Stift 210 zu erhöhen.
Jedes Funkenstreckenbauelement 203', 205', 208' ist vorzugsweise koplanar zu der Struktur, mit der das Funkenstreckenbauelement 203', 205', 208' gekoppelt ist. Das Funkenstreckenbauelement 208' ist zum Beispiel koplanar zu dem Sensorelement 213, so dass sowohl das Sensorelement 213 als auch das Funkenstreckenbauelement 208' in einem Prozess angebracht werden können. Für den Fachmann versteht es sich, dass der relative Ort des Stiftes 210 nicht durch die speziellen Orte begrenzt ist, die in Fig. 18a gezeigt sind. Stattdessen kann sich der Stift 210 überall innerhalb des Isolators 209 befinden, solange der Stift in direktem elektrischem Kontakt mit dem Substrat 207 angeordnet werden kann und jedes Funkenstreckenbauelement 203', 205', 208' in enge Nachbarschaft zu dem Stift 210 gebracht werden kann.
Die Fig. 21a und 21b sind Flussdiagramme des Verfahrens zur Fertigung des Lesekopfes von Fig. 18a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine erste Schicht aus einem Isolator 209, wie Aluminiumoxid, wird an einem Depositionsende angebracht, wie zum Beispiel dadurch, dass sie auf dem Depositionsende des Substrats abgeschieden wird (SCHRITT 2101). Alternativ kann der Isolator 209 durch irgendeine allgemein bekannte Technik angebracht werden, wie Sputtern eines isolierenden Materials, wie Aluminiumoxid, auf das Substrat 207, Einbringen eines flüssigen Polymers auf den Wafer und Schleudern des Wafers, um das Polymer zu verteilen, oder Aufbringen des isolierenden Materials durch eine Technik der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Als nächstes wird wenigstens ein Teil einer ersten Abschirmung 201 über dem isolierenden Material aufgebracht (SCHRITT 2103). Dann wird das erste Funkenstreckenbauelement 203' am Substrat 209 angebracht (SCHRITT 2105). In einer alternativen Ausführungsform wird das Funkenstreckenbauelement 203' vor der ersten Abschirmung 201 angebracht. Für den Fachmann versteht es sich, dass das Funkenstreckenbauelement 203' als ein dünneres Element als die Abschirmung aufgebracht werden kann. Dann wird eine zweite Schicht aus isolierendem Material 209 über dem Funkenstreckenbauelement 203' und der ersten Abschirmung 201 angebracht (SCHRITT 2106). Als nächstes wird das Sensorelement 213 über dem isolierenden Material 209 angebracht (SCHRITT 2107). Danach wird das zweite Funkenstreckenbauelement 208' an dem isolierenden Material 209 angebracht (SCHRITT 2109). Alternativ wird das Funkenstreckenbauelement 208' vor dem Sensorelement 213 angebracht.
Dann wird eine dritte Schicht aus isolierendem Material über dem Funkenstreckenbauelement 208' und dem Sensorelement 213 angebracht (SCHRITT 2111). Danach wird eine zweite Abschirmung 202 über dem isolierenden Material 209 angebracht (SCHRITT 2113). Das dritte Funkenstreckenbauelement 205' wird dann über dem isolierenden Material 209 angebracht'(SCHRITT 2115). In einer alternativen Ausführungsform wird das Funkenstreckenbauelement 205' vor der zweiten Abschirmung 202 angebracht. Als nächstes wird eine vierte Schicht aus isolierendem Material 209 über der zweiten Abschirmung 202 und dem Funkenstreckenbauelement 205' angebracht (SCHRITT 2117).
Als nächstes wird eine Öffnung durch das isolierende Material hindurch in enger Nachbarschaft zu den distalen Enden der Funkenstreckenbauehemente 203', 208', 205' erzeugt (SCHRITT 2119). In einer Ausführungsform wird die Öffnung in bekannter Weise chemisch durch das Aluminiumoxid hindurch geätzt. Alternativ wird die Öffnung durch allgemein bekannte reaktive Ionentechniken zur selektiven Entfernung von Material gebildet. Nach der Bildung der Öffnung wird die Öffnung mit einem leitfähigen Material gefüllt, um den Stift 210 zu bilden (SCHRITT 2121).
Das Verfahren zur Fertigung der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform ist analog. Die Funkenstreckenbauelemente werden jedoch nicht vor der erfolgten Erzeugung des Stifts 210 gebildet. Die Funkenstreckenbauelemente 203', 205', 208' werden auf die obere Schicht aus dem isolierenden Material 209 angebracht. Außerdem werden die Kontaktstellen 230, 172 in Kontakt mit leitfähigen Verbindungen zu jeder Abschirmung 201, 202 und dem Sensor 213 in bekannter Weise gebildet. Die Funkenstreckenbauelemente 203', 205', 208' werden in Kontakt mit einer zugehörigen Kontaktstelle 230, 174 erzeugt und mit einer HEFDI-Struktur in enger Nachbarschaft zu dem Stift 210 gebildet.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die spezielle geometrische Konfiguration der distalen Enden 215, 206 der Funkenstreckenbauelemente 203, 203', 205, 205', 208, 208'. Da die Lücke zwischen dem Sensorelement 213 und den magnetischen Abschirmungen 201, 202 nur 0,12 um klein ist, ist es sehr schwierig, eine Lücke zwischen einem Funkenstreckenbauelement 203, 203', 205, 205', 208, 208' herzustellen, die kleiner als die Lücke von 0,12 um ist. Um sicherzustellen, dass der Überschlag zwischen dem Sensorelement 213 und der magnetischen Abschirmung 201, 202 nicht vor einem Überschlag zwischen dem Sensorelement 213 und dem Substrat über das Funkenstreckenbauelement 208, 208' auftritt, muss daher das distale Ende 215 des Funkenstreckenbauelements 208, 208' Merkmale aufweisen, die das elektrische Feld konzentrieren. Das heißt, durch Herstellen des distalen Endes 215 des Funkenstreckenbauelements 208, 208' derart, dass es im Wesentlichen punktförmige Strukturen aufweist (d. h. Strukturen vorzugsweise mit einem Radius von weniger als etwa 1 um), wird das elektrische Feld, das durch den Potentialunterschied zwischen dem Substrat 207 und dem distalen Ende des Funkenstreckenbauelements 208, 208' erzeugt wird, in einem relativ kleineren Gebiet konzentriert. Für den Fachmann versteht es sich, dass der Radius größer als 1 um sein kann. Je größer der Radius ist, desto weniger konzentriert ist jedoch die Ladung. Eine derartige Konzentration des elektrischen Feldes in dem Isolator 209 stellt sicher, dass der Überschlag zwischen dem Funkenstreckenbauelement 208, 208' bei einem geringeren elektrischen Potential auftritt, als für einen Überschlag zwischen einer der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Sensorelement 111 oder zwischen einer der magnetischen Abschirmungen 113, 115 und dem Substrat erforderlich ist.
Es wurde eine Anzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass jede beschriebene Ausführungsform lediglich dazu gedacht ist, als Beispiel zu dienen, und nicht dazu gedacht ist, den bereitgestellten Schutzumfang zu beschränken. Demgemäß sollen nur die in den begleitenden Ansprüchen spezifizierten Beschränkungen dazu verwendet werden, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu definieren und zu beschränken. Es kann eine Anzahl von zusätzlichen Variationen bei der vorliegenden Erfindung realisiert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es kann zum Beispiel eine breite Vielzahl von Materialien verwendet werden, um das Substrat, die magnetische Abschirmung und das Sensorelement zu fertigen. Des Weiteren kann jede beliebige spezielle Form an dem distalen Ende der Funkenstreckenbauelemente verwendet werden, die durch die vorliegende Erfindung definiert sind. Außerdem kann eine Anzahl verschiedener allgemeiner Konfigurationen verwendet werden, bei denen die relativen Positionen der Komponenten eines Lesekopfes variiert sind. Das heißt, eine oder mehrere magnetische Abschirmungen können gekrümmt sein, um sich um das Sensorelement herumzuwinden. Die spezielle Form des Sensorelements kann von jener in den begleitenden Figuren gezeigten abweichen. Des Weiteren kann jedes Funkenstreckenbauelement mit jedem Element des Lesekopfes an jedem beliebigen Kontaktpunkt in Kontakt treten. Überdies kann jedes Funkenstreckenbauelement jedem beliebigen leitfähigen Pfad folgen. Des Weiteren kann der Stift aus irgendeinem im Wesentlichen leitfähigen Material gebildet sein. Bezüglich der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der parasitäre Abschirmungen vorgesehen sind, wurde vorstehend eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung eines Lesekopfes mit parasitären Abschirmungen beschrieben. Es existiert jedoch eine Anzahl alternativer Verfahren zur Herstellung derartiger parasitärer Abschirmungen. Es ist klar, dass jedes beliebige dieser Verfahren in den Umfang der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Erfindung fällt. Außerdem versteht es sich, wenngleich die vorliegende Erfindung allgemein im Zusammenhang mit einem Gleitstück beschrieben wurde, dass ein Lesekopf auf einer Vielzahl von Plattformen installiert oder hergestellt werden kann. Zudem ist die vorliegende Erfindung lediglich zwecks leichtem Verständnis im Zusammenhang mit einem Lesekopf beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf jedes beliebige Bauelement anwendbar, das einen Schutz vor einer elektrostatischen Entladung zwischen Komponenten erfordert, die elektrisch nicht gekoppelt sind, die jedoch so dicht beieinander liegen, dass ein Überschlag zwischen den Komponenten bei relativ kleinen Spannungen aufgrund eines Kontakts einer Komponente mit einem aufgeladenen Körper auftreten kann, der Ladung auf jene Komponente überträgt.

Claims

1. Lesekopfschutzschaltung zum Abführen von elektrischen Ladungen, die sich auf einer Komponente eines Lesekopfes (107) angesammelt haben, wobei der Lesekopf wenigstens ein Substrat (119), wenigstens eine magnetische Abschirmung (113, 115) und wenigstens ein Sensorelement (111) aufweist und die Lesekopfschutzschaltung beinhaltet:

wenigstens eine parasitäre Abschirmung (124), die in enger Nachbarschaft zu der magnetischen Abschirmung angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung des Weiteren beinhaltet:

Mittel (140, 142, 144, 146), um die wenigstens eine parasitäre Abschirmung im Wesentlichen auf einem elektrischen Potential des Sensorelements bezüglich des Substrats zu halten; und

wobei sich die wenigstens eine magnetische Abschirmung näher bei der wenigstens einen parasitären Abschirmung als bei dem wenigstens einen Sensorelement befindet, so dass das elektrische Potential, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen der magnetischen Abschirmung (113, 115) und dem Sensorelement (111) zu verursachen, größer als ein elektrisches Potential ist, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen der parasitären Abschirmung (124) und der magnetischen Abschirmung zu verursachen.

2. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine parasitäre Abschirmung (124) und die wenigstens eine magnetische Abschirmung (113, 115) aus im Wesentlichen dem gleichen Material bestehen.

3. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Mittel (140, 142, 144, 146) zum Halten der wenigstens einen parasitären Abschirmung auf im Wesentlichen dem elektrischen Potential des Sensorelements (111) einen Widerstand beinhalten, der zwischen die parasitäre Abschirmung (124) und das Sensorelement eingeschleift ist.

4. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Potential, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen der magnetischen Abschirmung (113, 115) und dem Substrat (119) zu verursachen, größer als das elektrische Potential ist, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen der magnetischen Abschirmung und der parasitären Abschirmung (124) zu verursachen.

5. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, die des Weiteren eine elektrostatische Entladungsschaltung (166) beinhaltet, die elektrisch zwischen die magnetische Abschirmung (113, 115) und die parasitäre Abschirmung (124) eingeschleift ist.

6. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 5, wobei die elektrostatische Entladungsschaltung (166) wenigstens ein aktives Bauelement beinhaltet.

7. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 6, wobei das wenigstens eine aktive Bauelement ein Transistor ist.

6. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 5, wobei die elektrostatische Entladungsschaltung (166) wenigstens ein passives Bauelement beinhaltet.

9. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Mittel (140, 142, 144, 146) zum Halten der wenigstens einen parasitären Abschirmung (124) im Wesentlichen auf dem elektrischen Potential des Sensorelements (111) ein Schaltkreiselement (166) beinhalten, das zwischen die parasitäre Abschirmung und das Sensorelement eingeschleift ist, und wobei ein elektrisches Potential, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen dem Sensorelement und der magnetischen Abschirmung zu verursachen, größer als die Summe eines elektrischen Potentials, das über dem Schaltkreiselement abfällt, und eines elektrischen Potentials ist, das erforderlich ist, einen Überschlag zwischen der parasitären Abschirmung und der magnetischen Abschirmung (113, 115) zu verursachen.

10. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 9, wobei das Schaltkreiselement (166) eine Diode ist.

11. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei jede parasitäre Abschirmung (124) ein proximales Ende in enger Nachbarschaft zu der magnetischen Abschirmung (113, 115) aufweist, wobei das proximale Ende (127) Strukturen (128) besitzt, die hohe elektrische Felddichten induzieren.

12. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 11, wobei die Strukturen, die hohe elektrische Felddichten induzieren, einen Radius von weniger als 1 um aufweisen.

13. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 1, wobei das Sensorelement (111) ein magnetoresistives Sensorelement ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer Lesekopfschutzschaltung in einem Lesekopf (107) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13 auf einem Substrat (119), das die. Schritte umfasst:

Anbringen (903) einer ersten Gate-Struktur (118) an dem Substrat;

Anbringen (905) einer Schicht aus entfernbarem Material (120) über der ersten Gate-Struktur;

Entfernen (907) eines Teils des entfernbaren Materials, der nicht koplanar mit einer Ebene ist, die parallel zu einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und einem Isolator (117) verläuft;

Entfernen (909) der ersten Gate-Struktur;

Anbringen (911) eines Materials, um eine erste magnetische Abschirmung (113) und eine erste und eine zweite parasitäre Abschirmung (124) zu bilden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren die Schritte umfasst:

Anbringen (901) einer ersten Schicht aus isolierendem Material (117); und

Entfernen der ersten Gate-Struktur derart, dass wenigstens eine senkrechte Wand verbleibt;

Entfernen (915) von überschüssigem Material von der Oberfläche der ersten magnetischen Abschirmung (113) und jeder parasitären Abschirmung (124) derart, dass kein leitfähiger Pfad zwischen der ersten magnetischen Abschirmung und jeder der parasitären Abschirmungen existiert.

16. Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren die folgenden, auf dem Substrat (119) durchgeführten Schritte umfasst:

Anbringen (917) einer zweiten Schicht aus isolierendem Material (117) über der ersten magnetischen Abschirmung (113) und jeder parasitären Abschirmung (124);

Anbringen (919) eines Materials, um ein Sensorelement (111) über der zweiten Schicht aus isolierendem Material zu bilden;

Anbringen (921) einer dritten Schicht aus isolierendem Material (117) über dem Sensorelement;

Anbringen eines Materials, um eine zweite magnetische Abschirmung und eine dritte sowie eine vierte parasitäre Abschirmung zu bilden;

Anbringen (903) einer zweiten Gate-Struktur;

Anbringen (905) einer Schicht aus entfernbarem Material (120) über der zweiten Gate-Struktur;

Entfernen (907) jenes Teils des entfernbaren Materials, der nicht koplanar mit einer Ebene ist, die parallel zu der Grenzfläche zwischen Substrat und Isolator verläuft;

Entfernen (909) der zweiten Gate-Struktur;

Anbringen eines Materials (911), um eine zweite magnetische Abschirmung und eine dritte sowie vierte parasitäre Abschirmung zu bilden; und

Entfernen (915) von überschüssigem Material von der Oberfläche der zweiten magnetischen Abschirmung und der dritten und vierten parasitären Abschirmung derart, dass kein leitfähiger Pfad zwischen der zweiten magnetischen Abschirmung und entweder der dritten oder der vierten parasitären Abschirmung existiert.

17. Lesekopfschutzschaltung zum Abführen von elektrischen Ladungen, die sich auf einer Komponente eines Lesekopfs (107') angesammelt haben, wobei der Lesekopf wenigstens ein Substrat (207), wenigstens eine magnetische Abschirmung (201, 202) und wenigstens ein Sensorelement (213) aufweist, wobei die Lesekopfschutzschaltung durch wenigstens ein Funkenstreckenbauelement (203, 206) gekennzeichnet ist, das ein proximales Ende, das elektrisch mit der magnetischen Abschirmung gekoppelt ist, und ein distales Ende aufweist, das in enger Nachbarschaft zu dem Substrat ausgebildet ist.

18. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 17, die des Weiteren wenigstens einen elektrisch leitfähigen Stift (210) beinhaltet, der mit dem Substrat (207) gekoppelt ist, und wobei das distale Ende des wenigstens einen Funkenstreckenbauelements (173) in enger Nachbarschaft zu wenigstens einem der Stifte ausgebildet ist.

19. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das distale Ende von wenigstens einem des wenigstens einen Funkenstreckenbauelements (203', 205', 208') wenigstens ein Bauelement aufweist, das hohe elektrische Felddichten induziert.

20. Lesekopfschutzschaltung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das proximale Ende (211) von wenigstens einem des wenigstens einen Funkenstreckenbauelements (208) mit dem Sensorelement (213) gekoppelt ist.

21. Datenspeichersystem mit:

einem magnetischen Speichermedium (2212) zum Aufzeichnen von Daten entlang von Datenspuren;

- einem magnetischen Lesekopf (2221), der in einer eng beabstandeten Position relativ zu dem magnetischen Speichermedium während einer Relativbewegung zwischen diesen gehalten wird, wobei der magnetische Lesekopf beinhaltet:

einen magnetoresistiven Sensor mit einem Substrat (119, 202), das wenigstens eine Schicht aus isolierendem Material (117) aufweist;

einer magnetischen Abschirmung (113, 115, 201, 202), die innerhalb des isolierenden Materials angeordnet ist;

wenigstens einem Sensorelement (111, 213), das innerhalb des isolierenden Materials angeordnet ist;

einer Lesekopfschutzschaltung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13 oder der Ansprüche 17 bis 20;

Aktuatormitteln (2219), die mit dem magnetischen Lesekopf gekoppelt sind, um den magnetischen Lesekopf auf ausgewählte Datenspuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen; und

Detektionsmitteln (2225), die mit dem magnetoresistiven Sensor gekoppelt sind, der auf magnetische Felder anspricht, die repräsentativ für Datenbits sind, die in dem magnetischen Speichermedium aufgezeichnet sind, das von dem magnetoresistiven Sensor abgetastet wird.