JP2008010138A - 静電気放電防止回路群を活性化および非活性化する構造を有する磁気抵抗センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】製造中の磁気抵抗センサに対する静電気放電(ESD)破壊を防ぐための構造を提供する。
【解決手段】構造は、センサ306の試験中にはオフに切換えることができ、次に、センサにESD分流を提供するためにオンに戻すことができる切換え素子を包含する。スイッチ502は、スライダ上に構築された熱動型の機械的な継電器であることができる。スイッチ502は、第1および第2の電極の間に挟まれた固体電解質を包含する、プログラム可能な抵抗器であることもできる。電極の1つはアノードとして機能する。電圧が第1の方向に印加されると、イオンブリッジが、電極の両端にわたる電解質の両端間に生じて、抵抗器が伝導性になる。電圧が第2の方向に印加されると、イオンブリッジは減退し、プログラム可能な抵抗器は本質的に非伝導性になる。
【選択図】図5
【解決手段】構造は、センサ306の試験中にはオフに切換えることができ、次に、センサにESD分流を提供するためにオンに戻すことができる切換え素子を包含する。スイッチ502は、スライダ上に構築された熱動型の機械的な継電器であることができる。スイッチ502は、第1および第2の電極の間に挟まれた固体電解質を包含する、プログラム可能な抵抗器であることもできる。電極の1つはアノードとして機能する。電圧が第1の方向に印加されると、イオンブリッジが、電極の両端にわたる電解質の両端間に生じて、抵抗器が伝導性になる。電圧が第2の方向に印加されると、イオンブリッジは減退し、プログラム可能な抵抗器は本質的に非伝導性になる。
【選択図】図5
Description
本発明は、磁気データ記録ヘッド内の静電気放電の防止に関し、より具体的には、磁気ヘッドの製造および試験中に、必要に応じて活性化および非活性化させることができる静電気放電防止構造に関する。
コンピュータの長期記憶の中心となるのは、磁気ディスクドライブと称されるアセンブリである。磁気ディスクドライブは、回転する磁気ディスク、回転する磁気ディスクの表面に隣接するサスペンションアームによって吊り下げられる書込みおよび読取りヘッド、ならびにサスペンションアームを揺動して、回転するディスクの選択された円形トラック上に読取りおよび書込みヘッドを配置するアクチュエータを包含する。読取りおよび書込みヘッドは、空気軸受面(ABS)を有するスライダ上に直接配置される。サスペンションアームは、ディスク表面に向けてスライダを付勢し、また、ディスクが回転すると、ディスクに隣接する空気はディスクの表面と共に移動する。スライダは、この動いている空気を緩衝材にして、ディスクの表面上で浮遊する。スライダが空気軸受に乗っているとき、書込みおよび読取りヘッドは、回転するディスクに磁気転移を書込み、またそこから磁気転移を読取るのに使用される。読取りおよび書込みヘッドは、コンピュータプログラムによって作動して書込みおよび読取りの機能を実施する処理回路群に接続される。
書込みヘッドは、従来、1つまたは複数の絶縁層(絶縁スタック)に埋め込まれたコイル層を包含し、絶縁スタックは、第1および第2の磁極片層の間に挟まれる。ギャップは、書込みヘッドの空気軸受面(ABS)で、ギャップ層によって第1および第2の磁極片層の間に形成され、これらの磁極片層はバックギャップで接続される。コイル層に導通された電流は、上述の回転するディスク上の円形トラックなどの、動いている媒体上のトラックに上述の磁気転移を書込む目的で、磁極片中の磁束を誘導して、書込みギャップにおける磁界をABSでフリンジさせる。
現在の読取りヘッド設計では、回転する磁気ディスクから磁界を感知するために、巨大磁気抵抗(GMR)センサとも称されるスピンバルブセンサが使用されている。GMRセンサは、スペーサ層と称される非磁性伝導性層を包含し、これは固着層および自由層と以下に称される第1および第2の強磁性層の間に挟まれる。第1および第2のリード線は、スピンバルブセンサに接続され、そこを通して感知電流が導通される。固着層の磁化は空気軸受面(ABS)に垂直に固定され、自由層の磁気モーメントはABSと平行に配置されるが、外部磁界に応じて自由に回転する。固着層の磁化は、典型的には、反強磁性層との交換結合によってピン止めされる。
スペーサ層の厚さは、センサを通る伝導電子の平均自由行程よりも小さくなるように選択される。この構成により、スペーサ層と固着層および自由層それぞれとの界面近くで、伝導電子の一部が散乱される。固着層および自由層の磁化が互いに対して平行の場合、散乱は最小であり、また、固着層および自由層の磁化が反平行の場合、散乱は最大限にされる。θが固着層および自由層の磁化間の角度のとき、散乱の変化によって、スピンバルブセンサの抵抗はcosθに比例して変化する。読取りモードでは、スピンバルブセンサの抵抗は、回転するディスクからの磁界の大きさに比例して変わる。感知電流がスピンバルブセンサを介して導通される場合、抵抗の変化によって、再生信号として検出され処理される電位の変化が生じる。
磁気書込みヘッドに使用できる他の磁気抵抗センサは、トンネルバルブとも称されるトンネル接合センサ、および面直電流型巨大磁気抵抗(CPP GMR)センサである。異常磁気抵抗センサも同様に、磁気データ記録ヘッドに使用するように提案されてきた。
磁気ヘッドに使用される磁気抵抗センサのタイプに関わらず、磁気ヘッドの製造可能性に影響を及ぼす課題は、静電気放電(ESD)の問題である。記録ヘッドは、浮遊静電気放電が起こることによって破壊されるか、非常に劣化する恐れがある。書込みヘッド内の静電気放電を防ぐ様々な解決策が提案されてきたが、スライダのラップ仕上げ後に用いることができる利用可能な実用的な解決策はない。
当業者であれば理解するように、磁気読取り/書込みヘッドを有するスライダは、数千の読取り/書込みヘッドがウェハ上に作成されるプロセスによって作成される。このウェハは、次に、列にスライスされる。スライダの列は、ラップ仕上げを施されてスライダの列の切断縁部から所望量の材料が除去され、それによって、センサのストライプ高さが規定され、スライダ上に空気軸受面が形成される。これらの列は、後で個々のスライダに切り分けられる。
これまでに提案された磁気ヘッド内の静電気放電を防ぐための解決策は、ウェハを個々のスライダに切り分ける前に除去される、ある種の電気的分路構造を提供することを包含していた。分路構造は、スライダを試験する(例えば、疑似試験)ために、また完成したディスクドライブ内でセンサを機能させるために、除去されなければならない。しかしながら、試験が完了した後、スライダが完成したヘッドジンバルアセンブリおよびサスペンションアセンブリに組立てられる前に、ESD破壊が起こる大きなリスクが残る。さらに悪いことに、ESD保護の必要性は、センサの感度が進化する毎により顕著になっている。
したがって、製造の様々な段階において、試験が完了した後であっても、静電気放電(ESD)が磁気抵抗センサを破壊するのを防ぐことができる方法または構造が強く求められている。
本発明は、静電気放電(ESD)による破壊から磁気抵抗センサを保護する構造および回路群を提供する。構造は、センサの両端間に電気的分路を提供する回路群を包含する。回路は、センサに対する試験を行う必要があるとき、分流を除去するために開くことができ、次に、ESD保護のために分流を回復するように閉じることができる。
分流のオンオフを切換える回路は、熱動継電器を包含することができる。熱動継電器は、浮上高制御部(TFCパッド)に提供されるような接触パッドに接続された加熱素子を包含することができる。TFCパッドの両端間に電圧を印加することにより、加熱素子は、継電器を加熱して、センサに対して試験を実行することができるように分路を開く。
分路の切換えは、プログラム可能な抵抗器によって提供することもできる。そのようなプログラム可能な抵抗器は、第1および第2の電極の間に挟まれた固体電解質を組込んだ構造であることができる。電極の1つは、アノードとしての役割を果たすような材料で作ることができる。電極の両端間に電圧が一方向に印加されると、電極間にイオンブリッジが生じ、抵抗器は伝導性になる。電圧が他方の方向に印加されると、イオンブリッジが崩壊し、抵抗器は本質的に非伝導性になる。
分路に使用することができる別のタイプのプログラム可能な抵抗器は、相転移材料を使用して作成されたプログラム可能な抵抗器である。例えば、相転移材料は第1および第2の電極の間に挟むことができる。ある所望の熱処理を適用することにより、相転移材料は、非晶質かつ本質的に非伝導性になることができる。その後、別の所望の熱処理を適用することにより、相転移材料はアニールされてその結晶状態に戻ることができる。熱処理は、抵抗器の両端間に電圧を印加することによって電気的に実行することができ、または、例えばレーザーを抵抗器に向けることによって実行することができる。
ESD分路は、有利には、従来可能であったよりもさらに後の製造および組立てプロセスまで、センサが保護されることを可能にする。これは、試験が行われるべきときに分路を切換えてオフにすることができ、その後、分路をオンに戻して分流を再開することができるからである。分流がもはや不要の場合(スライダがヘッドジンバルアセンブリに組立てられた後など)、スイッチ(熱動継電器またはプログラム可能な抵抗器)をセンサに接続する回路線は、レーザー消去(laser deletion)などによって切断することができる。
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の発明を実施するための最良の形態を図面と併せ読むことで明らかになると考えられ、図面において、同様の参照番号は全体を通して同様の要素を示す。
本発明の本質および利点、ならびに好ましい使用形態に対するより十分な理解のため、以下の詳細な説明を添付図面と併せて参照されたい。ただし、図面は縮尺によらない。
本発明によれば、静電気放電(ESD)による破壊から磁気抵抗センサを保護する構造および回路群を提供することができる。
以下の説明は、本発明を実施するために現在考慮される最良の実施形態である。この記載は、本発明の一般的な原理を例証する目的でなされるものであり、本明細書に主張する発明概念を制限することを意図しない。
ここで図1を参照すると、本発明を具体化するディスクドライブ100が示される。図1に示すように、少なくとも1つの回転可能な磁気ディスク112はスピンドル114上で支持され、ディスクドライブモータ118によって回転される。各ディスク上への磁気記録は、磁気ディスク112上における同心のデータトラック(図示なし)の環状パターンの形状をとる。
少なくとも1つのスライダ113が磁気ディスク112の近くに位置付けられ、各スライダ113は1つまたは複数の磁気ヘッドアセンブリ121を支持する。磁気ディスクが回転すると、スライダ113はディスク表面122上で半径方向内向きまたは外向きに移動し、それにより、磁気ヘッドアセンブリ121が、所望のデータが書込まれる磁気ディスクの異なるトラックに接近してもよい。各スライダ113は、サスペンション115を介してアクチュエータアーム119に取付けられる。サスペンション115は、ディスク表面122に対してスライダ113を付勢する僅かなばね力を提供する。各アクチュエータアーム119はアクチュエータ手段127に取付けられる。図1に示されるようなアクチュエータ手段127は、ボイスコイルモータ(VCM)であってもよい。VCMは、固定の磁界内で移動可能なコイルを備え、コイルの移動方向および速度は、コントローラ129によって供給されるモータ電流信号によって制御される。
ディスク記憶システムの動作中、磁気ディスク112の回転により、スライダ113とディスク表面122との間に、スライダに上向きの力または揚力を働かせる空気軸受が生成される。空気軸受は、したがって、サスペンション115の僅かなばね力を平衡させ、通常の動作中、小さくほぼ一定の間隔だけ、スライダ113をディスク表面から離して僅かにその上で支持する。
ディスク記憶システムの様々な構成要素は、アクセス制御信号および内部クロック信号などの、制御ユニット129で生成される制御信号によって、動作中制御される。典型的には、制御ユニット129は論理制御回路、格納手段、およびマイクロプロセッサを備える。制御ユニット129は、駆動モータ制御信号などの様々なシステム操作を制御するための制御信号を電力線123上で、またヘッド位置制御信号およびシーク制御信号を電力線128上で生成する。電力線128上の制御信号は、スライダ113をディスク112上の所望のデータトラックに最適に移動させて位置付けるための、所望の電流プロファイルを提供する。書込みおよび読取り信号は、記録チャネル125を介して書込みおよび読取りヘッド121間と通信される。
図2を参照すると、スライダ113における磁気ヘッド121の配向を、より詳細に見ることができる。図2はスライダ113のABS図であり、また、図から分かるように、誘導書込みヘッドおよび読取りセンサを包含する磁気ヘッドは、スライダの後縁に配置される。典型的な磁気ディスク記憶システムの上記の記載および付随する図1は、単に例示のためのものである。ディスク記憶システムは多数のディスクおよびアクチュエータを含んでもよく、各アクチュエータが多数のスライダを支持してもよいことは明白であろう。
図3は、スライダ上に形成できるものなどの、磁気読取り書込みヘッド121の一例の断面図を示す。ヘッド121は、読取り素子302および書込み素子304を包含する。読取り素子は、第1および第2の磁気シールド308および310の間に挟まれ、かつ絶縁層312に埋め込まれた磁気抵抗センサ306を包含することができる。書込みヘッド304は、絶縁層314によって読取りヘッド302から分離することができ、または、上側のシールド310が書込みヘッド304の一部として機能する組み合わせヘッド設計であることができる。読取り素子および書込み素子は、例えば炭化チタンまたは他の何らかのヘッド材料であることができ、かつ図2に関して上述したスライダ113の本体を形成する、基板316上に作成される。
引き続き図3を参照すると、書込み素子は、バックギャップ322で磁気的に接続された第1および第2の磁極318および320を包含する。磁気台座324は、空気軸受面(ABS)において書込みヘッドの端部に包含されてもよく、台座は磁極318および320の1つと磁気的に接続される。非磁性の書込みギャップ326は、ABSで磁極318および320を磁気的に分離する。導電性の書込みコイル328は、磁極318および320の間を通り、アルミナなどの絶縁層330内で絶縁される。
やはり図3を参照すると、磁気ヘッド121は、熱的浮上高制御構造(TFC)332を包含してもよい。TFC構造332は、所望の電気抵抗を有する蛇行した形状(図3には図示なし)の層の形態であることができる。TFC構造332は、TFC構造332を所望量加熱する電流を供給する回路群と接続することができる。この加熱は、読取りおよび書込み素子302および304を熱膨張させて、それらをABSから所望量突出させるのに使用することができる。この突出は、ヘッド121の有効な浮上高を微細調節するのに使用することができる。
図4は、磁気ヘッド121がその上に形成されたスライダ113の端部を示す。スライダ113の端部は、ヘッド121の様々な構成要素と電気的に接触する一連の接触パッドを備えて形成することができる。例えば、一対の接触パッド402および404は、書込み電流を書込みコイル328に供給する第1および第2の導電性のリード線406および408によって、書込みコイル328と接続される。同様に、一対の接触パッド410および412は、導電性のリード線414および416によって、読取センサ306(図3)と接続される。それに加えて、熱的浮上高制御部332(図3)のための熱的加熱素子が提供される場合、ヒータ332は、導電性のリード線424および426によって一対の接触パッド420および422と接続されることができる。
引き続き図4を参照すると、静電気放電分路構造428が提供される。分路構造428はリード線430および432を介してセンサの接触パッド410および412と接続することにより、センサ306を電気的に分流するように機能する。分路構造428は、ESD保護のための閉回路(すなわち、分流)、または読取りセンサ306を使用または試験できるようにする開回路のどちらかを提供するように、切換えることができる。これにより、有利には、スライダが列および個々のスライダに分割された後、さらにはヘッドジンバルアセンブリ(HGA)に組立てられた後であっても、分路構造が影響を受けず機能的なままであることが可能になる。
上述の磁気ヘッド121は、本発明による静電気放電保護構造が具体化されてもよい環境を説明するため、単に一例として示される。他のタイプの読取りまたは書込み素子を同様に用いることができるので、これは単に一例である。例えば、書込み素子304は、上述した水平の設計ではなく、垂直書込みヘッドであることができる。それに加えて、書込みヘッドの構造は、水平か垂直かに関わらず、多数の他の設計を有することができる。また、磁気抵抗センサ306は、面内電流型巨大磁気抵抗センサ(CIP GMR)、面直電流型巨大磁気抵抗センサ(CPP GMR)、トンネルバルブ(TMR)、異常磁気抵抗素子(EMR)、または他の任意の現在利用可能なもしくは今後開発される磁気抵抗センサであることができる。
<熱動型の機械的ESD分路継電器>
次に図5を参照すると、静電気放電(ESD)分路のための熱動継電器を有する磁気ヘッドの概略図が記載される。磁気抵抗センサ306は、導電性のリード線414および416によって接触パッド410および412と接続される。熱的浮上高制御(TFC)加熱素子332は、リード線424および426によって接触パッド420および422と接続される。
次に図5を参照すると、静電気放電(ESD)分路のための熱動継電器を有する磁気ヘッドの概略図が記載される。磁気抵抗センサ306は、導電性のリード線414および416によって接触パッド410および412と接続される。熱的浮上高制御(TFC)加熱素子332は、リード線424および426によって接触パッド420および422と接続される。
ESD分路構造は、導電性のリード線504および506によってセンサの接触パッド410および412と接続された、熱動スイッチ構造502を包含する。熱動スイッチ構造502は、導電性のリード線510および512によってTFC接触パッド420および422と電気的に接続することができる、抵抗加熱素子508に隣接して形成される。熱動スイッチ502および加熱素子508は、共に、試験が実行されるときまでセンサ306を電気的に分流することができる継電器の一部であり、試験が行われる場合、スイッチは開いて分流を除去し、センサを使用できるようにすることができる。
スイッチ502は、閉位置で付勢されるが、TFC接触パッド420および422の両端間にバイアスを適用することによって開くことができる。このバイアスによって加熱素子508がスイッチを加熱し、それによって、以下から分かるようにスイッチが開かれる。
次に図6および7を参照すると、本発明の一実施形態による継電器502の構造をさらに詳細に見ることができる。継電器502は、スライダ113(図2)の本体であることができる基板602上に構築される。図6に示すように、継電器502は、図7に示すリード線504および506を介して接触パッド410および412と電気的に接続された、第1および第2の接触パッド604および606を包含する。導電性の接触棒608は、接触パッドの内側部分を押圧して、2つの接触パッド604および606を電気的に接続させる。接触パッドは、任意の導電性材料で作ることができ、好ましくはTaの層およびAuNiの層で作られる。接触棒608も、様々な材料で作ることができ、好ましくはAuNiで作られる。
継電器502は、さらに、図7に示すようにリード線510および512を介してTFC接触パッド420および422と接続された、外側接触パッド610および612を包含する。外側接触パッド612および610は、AuNiまたは他の何らかの導電性材料で作ることができ、また、より詳細に後述するように、内側パッド604および606と同じ蒸着工程で蒸着されることができる。高分子層614は、内側接触パッド604および606、接触棒608、ならびに外側接触パッド610および612の上を延びる。高分子層614は、様々な材料で作ることができるが、好ましくは、低い硬化温度(200゜C未満)、動作温度(恐らくは250゜C以下)における良好な熱安定性、ならびに、より詳細に後述される製造プロセス中における後の溶剤への暴露に対する不活性を有する材料で作られる。高分子層614は、SU8(登録商標)などのネガ型エポキシのフォトレジストで作ることができる。
図7を参照すると、電気抵抗加熱素子618が高分子膜614上に形成される。抵抗加熱素子618は、図7に示すような蛇行した形状を有することができ、または他の何らかの形状を有することもできる。抵抗器素子618は、高分子膜の上に形成され、かつそれを超えて延びる第1および第2の導電性のアンカーパッド620および622に接触する。図6から分かるように、高分子層614は、抵抗器618と外側接触パッド610および612との間の電気的接続を可能にする孔624および626を有する。これらの孔624および626は図6に示される。アンカーパッド620および622(ならびに、恐らくは抵抗器618の外側部分)は、孔624および626の中まで延びる。このように、アンカーパッドは、抵抗器618と外側接触パッド610および612とを電気的に接続するとともに、高分子膜614の外側端部を固定する機械的固着機能も提供する。アンカーパッドは、いくつかの導電性材料で作ることができ、好ましくはTaおよびAuで作られる。
図6および7を参照すると分かるように、零入力状態では、ESD分路継電器構造は、センサの接触パッド410および414の間に閉じた電気回路を提供することにより、センサの電気的分流を提供する。電流は、接触棒608の両端にわたる内側接触パッド604および606の両端間に分流される。しかしながら、操作者が疑似試験中などのようにセンサの試験を実行しようとする場合、操作者は、継電器502を開いてこの分流を除去することができる。これは、TFC接触パッド420および422の両端間に電圧を印加することによって実行される。この電圧は、抵抗ヒータ618を加熱する電流を生成し、それが次に高分子膜614を加熱する。高分子膜614の熱膨張により、膜は持ち上がるか上方に撓む。この持ち上がりまたは撓みによって、接触棒608が持ち上がり、それが膜に付着される。この接触棒608の持ち上がりにより、内側接触パッド604および606の間の電気的接触が除去されて、センサパッド410および412の間の回路が開かれ、センサの分流が一時的に除去される。電圧がTFC接触パッド420および422から除去されると(試験が完了した後など)、抵抗器618および膜614は冷える。膜614および接触棒608は、接触棒608が内側接触パッド604および606と接触する元の位置に移動する。その後、ESD分流が回復されて、センサにESD保護が提供される。
分路構造502がもはや不要になると(スライダが、完成し試験されたヘッドジンバルアセンブリに組立てられた後など)、リード線510、504、506、および512をレーザー消去などによって切ることができるか、または、リード線510、504、506、および512それぞれの中の可溶性素子を、高電流パルスを受けて開くことができる回路に包含することができる。
次に図8〜14を参照すると、上述したようなESD分路継電器502の作成方法が記載される。特に図8を参照すると、接触パッド410、412、420、および422が形成される。これらは、例えばAuで作ることができる。リード線510、504、506、および512、ならびに内側接触パッド604および606と外側接触パッド610および612とのパターンが次に形成される。リード線504および506は、内側接触パッド604および606をセンサパッド410および412と接続し、リード線510および512は、外側接触パッド610および612をTFCパッド420および422と接続する。リード線504、506、510、512の形成は、Taの完全なフィルム層を、次にAu−Niの完全なフィルム層を蒸着することによって実行することができる。Ta層は、例えば約20nmの厚さまで蒸着することができ、Au−Niは、例えば0.2〜0.3ミクロンの厚さまで蒸着することができる。その後、リード線504、506、510、および512、ならびにパッド604、606、610、および612に対応するパターンを有するレジストマスクを形成することができる。その後、イオンミリングなどの材料除去プロセスを実行して、蒸着されたTa層およびAu−Ni層の一部を除去し、それによって、リード線504、506、510、および512、ならびにパッド604、606、610、および612を形成することができる。例えばアルミナの層を蒸着し、AuNi表面まで研磨して、AuNiが構造の残りの部分とほぼ同一平面になるようにすることができる。
次に図9を参照すると、例えばCuで作られた剥離層902が蒸着される。剥離層902は、好ましくは、内側接触パッド604および606を覆うが、外側接触パッド610および612は覆わないように形成される。その後、図10に示すように、導電性の接触棒608が剥離層902の上に形成される。上述したように、接触棒はAu−Niで作ることができ、厚さ約0.2ミクロンであることができる。
次に図11を参照すると、高分子膜614が形成される。上述したように、高分子膜は、ネガ型フォトレジストSU8(登録商標)、または適切な硬化温度および熱安定性を有する他の何らかの材料などの材料で作ることができる。高分子膜614は、剥離層902の縁部の少なくとも一部が高分子膜614の縁部を超えて延びて、剥離層902の縁部の一部が露出することができるように形成される。さらに、図11から分かるように、貫通孔またはビア624および626が高分子膜614内に形成される。貫通孔624および626は、膜614を完全に貫通して延びて、その下の外側接触パッド612および610を露出させる。膜614は、いくつかの材料で作ることができ、好ましくは、スピン塗布することができる可撓性材料で作られる。材料は、好ましくは光画像化することができ、低い硬化温度(190°C未満)を有し、高い膨張係数、高い耐熱性を有し、かつ好ましくは耐溶剤性である。上述したように、膜材料の良好な候補材料は、厚さ4〜8ミクロンのSU8(登録商標)エポキシの層である。Cu剥離層902が存在することで、例えば、後続の処理工程のいずれかにプラズマ処理が使用される場合に、センサが、膜902の形成中の破壊から保護される。
2次元の膜も可能であることに留意すべきであり、その場合、膜は、2つを超える場所で固着される。これは、剥離層の露出に対する注意を必要とするので、膜は剥離されてもよい。2次元の膜は、上面の導体に電流を印加する際、ブリッジ状と言うよりも泡状に変形する。
次に図12を参照すると、電気抵抗加熱素子618が膜614の上に形成される。抵抗加熱素子618は、様々な材料で作ることができるが、好ましくは、Taの層とTaの層の上に形成されたAuの層とで作られる。加熱素子618は、加熱効率を最大限にするために蛇行した形状で形成することができ、好ましくは0.1〜0.2ミクロンの厚さを有するが、他の何らかの厚さであることもできる。加熱素子618はまた、部分的には、内部引張応力を有する加熱素子が得られる蒸着条件を使用して蒸着される。例えば、加熱素子は、引張応力が得られる一連の圧力およびバイアス条件下で、Cr、TiW、またはTaなどの様々な材料をスパッタ蒸着することによって形成することができる。引張応力は1GPa程度であってもよい。蒸発材料またはめっき材料を使用して、蛇行したヒータ構造618内に引張応力が掛けられた層を提供することもできる。加熱素子内の引張応力は、継電器502が開かれていないとき、接触パッド608を内側接点604および606(図6に示すような)に押し付けられた状態で維持する助けとなる。加熱素子618は、継電器を活性化する間のTFCの加熱を確実に制限するため、約50オームまたはTFC332(図3)の抵抗の約半分の抵抗を有して蒸着されることができる。
次に図13を参照すると、アンカーパッド620および622が蒸着される。アンカーパッドは、抵抗器と同様にTaおよびAuで作ることができる。アンカーパッド620および622は、膜内の孔624および626の中まで延びて、下にある外側接触パッド610および612(図10〜12に示す)ならびに加熱素子618との電気的接点を形成する。加熱素子が、孔624および626の中まで延びてパッド610および612と接触するように、1工程で作成することが可能である。しかしながら、膜614のトポグラフィが高いため、より慎重な方策は、別個の蒸着工程で蒸着されたアンカーパッド620および622を使用して、パッド610および612と接触させることである。それに加えて、アンカーパッド620および622は、膜614の端部を封止し固着する助けとなる。
図14を参照すると、剥離層902はエッチングによって除去することができる。エッチング液は、剥離層902の露出した縁部で剥離層に接近することができる。しかしながら、膜614の下の剥離層の除去をさらに容易にするため、エッチング液が剥離層に到達することをさらに可能にするように、スリットまたは孔を備えて膜614を形成することができる。剥離層の除去により、図6に示すように膜の下にある程度中空の空間が得られる。したがって、剥離層の除去により、加熱素子618および膜614の加熱中に接触棒608が持ち上がると、内側接触パッドの間の電気的接続が遮断されることが可能になる。
図15を参照すると、ESD保護回路がもはや不要の場合、レーザー消去などのプロセスを使用してリード線504、506、510、および512を切断して、ESD分路を恒久的に非活性化することができる。これには、導体504、506、510、および512の一部が、残屑を生成することなくきれいにレーザー消去できる材料で作られることが必要である。そのような方法および構造は、特許文献1(米国特許第6,049,056号明細書)および特許文献2(米国特許第5,759,428号明細書)に教示されており、それらを参考により本明細書に組込む。
<プログラム可能な抵抗器分路(電解質ベース)>
本発明の別の実施形態による静電気放電分路(ESD)構造は、記録ヘッドを構築する前に基板上またはその中に構築することができる、プログラム可能な抵抗器を使用することを伴う。これらの抵抗器は、比較的伝導性の状態(1オーム単位の抵抗を有する)から抵抗性状態(10Kオーム単位の抵抗を有する)に切換わることができるという特性を有する。抵抗性状態の切換えは、前に印加された電圧と反対の極性を有する電圧を、抵抗器の両端間に印加することによって達成される。この抵抗変化のための機構は、本質的に抵抗性である材料の層の両端間の伝導性ブリッジを生成または破壊することである。これは、イオン(通常CuまたはAg)の形態の電流を固体電解質に通過させることによって達成される。アノード(イオン供給電極)と不活性の対向電極との間に正電圧を印加すると、正に荷電された可動イオンが生成され、電着されて、電解質を越えて2つの電極を接続する伝導性の金属フィラメントを形成する。陰イオンは可動ではない。負電圧を印加すると、金属イオンは低減され、伝導性フィラメントは除去される。印加電圧の大きさは、電気化学反応に共通する酸化/還元電位を反映する数分の1ボルトである。
本発明の別の実施形態による静電気放電分路(ESD)構造は、記録ヘッドを構築する前に基板上またはその中に構築することができる、プログラム可能な抵抗器を使用することを伴う。これらの抵抗器は、比較的伝導性の状態(1オーム単位の抵抗を有する)から抵抗性状態(10Kオーム単位の抵抗を有する)に切換わることができるという特性を有する。抵抗性状態の切換えは、前に印加された電圧と反対の極性を有する電圧を、抵抗器の両端間に印加することによって達成される。この抵抗変化のための機構は、本質的に抵抗性である材料の層の両端間の伝導性ブリッジを生成または破壊することである。これは、イオン(通常CuまたはAg)の形態の電流を固体電解質に通過させることによって達成される。アノード(イオン供給電極)と不活性の対向電極との間に正電圧を印加すると、正に荷電された可動イオンが生成され、電着されて、電解質を越えて2つの電極を接続する伝導性の金属フィラメントを形成する。陰イオンは可動ではない。負電圧を印加すると、金属イオンは低減され、伝導性フィラメントは除去される。印加電圧の大きさは、電気化学反応に共通する酸化/還元電位を反映する数分の1ボルトである。
これらの特性を有するデバイスがメモリ素子のために提案されてきたが、それらは、非常に小型に作られ、速い切換え特性を有し、何度もサイクル動作される能力を有し、かつオン/オフ状態において実質的な差を有することがある。しかしながら、ここに記載される本発明の実施形態に使用するための要件は多少異なる。必要とされる特性は、(1)ESDの事象からの十分な保護を提供するため、伝導性(オン)状態で低抵抗(約1オーム)であること、(2)試験されているセンサとの電気的相互作用を制限するため、特に数百オームの抵抗を有する将来のセンサ(トンネルバルブなど)のため、抵抗性(オフ)状態で高抵抗(約10kオーム)であること、である。抵抗器を作成するための比較的広い面積があるので、プログラム可能な抵抗器をメモリ素子として使用する場合のように、小さなサイズは問題ではない。それに加えて、短い切換え時間または少量を越える切換えサイクルは必要ではない。1つの設計基準は、抵抗器が、センサの両端間に電圧(0.1Vであっても)を印加する状況下で切換えられなくてもよいことである。センサに応力がかかったりセンサが破壊されるのを回避するのに必要なこの要件は、以下により詳細に検討されるように、2つまたは3つのそのようなプログラム可能なセンサを使用する回路群を組込む設計によって対処することができる。
図16は、本発明の可能な一実施形態による静電気放電(ESD)保護回路群の概略図を示す。図に示すように、回路群は、磁気抵抗センサ1602および熱的浮上高制御加熱素子1604を包含することができる。センサ1602は、接続パッド1606および1608と電気的に接続される。TFC加熱素子1604は、接続パッド1610および1612と電気的に接続される。接続パッド1606、1608、1610、および1612は、Auまたは他の何らかの導電性材料で作ることができる。
第1および第2のプログラム可能な抵抗器1614および1616は、並列にTFC接続パッドの1つ1610と接続される。第1のプログラム可能な抵抗器1614は、センサ1602の第1の端部(第1のセンサリード線、図示なし)と接続され、第2のプログラム可能な抵抗器1616は、センサの第2の端部(第2のセンサリード線、図示なし)と接続される。センサの試験を実行するなど、プログラム可能な抵抗器素子1614および1616を切換えるため、操作者は、第1および第2のセンサパッド1606および1608にプローブを適用して、センサ1602を短絡する。その後、センサが短絡されている間に、第1のTFC接触パッドと短絡されたセンサとの間に電圧が印加される。このように、センサの両端間に電圧を印加することなく、抵抗器素子1614および1616を切換えることができる。
次に図17を参照すると、本発明の別の実施形態による回路設計を使用してESD分流を提供することができる。上述した実施形態と同様に、センサ1602は、第1および第2のセンサの接触パッド1606および1608と接続することができ、TFC加熱素子1604は、第1および第2のTFC接触パッド1610および1612と接続することができる。この実施形態は、3つのプログラム可能な抵抗器素子1702、1704、および1706を用いる。プログラム可能なセンサ素子の2つ(例えば、第1および第2の抵抗器1702および1704)は、1つのセンサリード線および1つのTFCパッドの間に接続され、第3の抵抗器1706はTFCと並列に接続される。これらの抵抗器は、2つの抵抗器が第1段階で切換えられ、第3の抵抗器が第2段階で切換えられる、二段階のプロセスで切換えられる。第1段階では、パッド1610および1612には極性1が与えられ、短絡されたセンサパッド1608および1606には極性2が与えられる。第2段階では、パッド1612には極性1が与えられ、残りのパッドは極性2で短絡される。抵抗器は、プロセスを逆にすることによって逆の状態に変更される。
多くの材料系が、可動金属イオンの酸化/還元から生じる抵抗の変化を示すことが分かっている。この系は、通常は、不活性で安定した電極、電解質層、およびアノード電極を含む。電解質材料は、アノードがそれから作られる顕著な濃度の材料(通常、CuまたはAg)を含有してもよい。これらの材料の多くの実施形態は、特許文献3(米国特許第6,865,117号明細書および特許文献4(米国特許第6,825,489号明細書)に見出すことができ、それらを参考により本明細書に組込む。公表された長所の電解質は、GeSeなどのGeカルコゲナイドガラス、およびWO3などの酸化物を包含する。
プログラム可能な抵抗器素子を含む構造は、好ましくは、記録ヘッドを構築するのに通常使用される絶縁体をコーティングした基板上に作成される。この基板は、通常、Al2O3/TiCセラミック上にアルミナがスパッタされたものである。下側電極構造(例えば、別のより厚い金属層が下にある厚さ30nmのW)は、絶縁体上にスパッタされ、次に、下側電極が絶縁体(例えば、アルミナ)に取り囲まれた1つまたは複数の区画に分離されるようにパターニングされる。電解質(例えば、厚さ50〜100nmのWO3)が蒸着され、それは、対象の導電性イオン(例えば、Cu)を含有する。アノード電極(例えば、厚さ25nmのCu)が蒸着されパターニングされる。その後、この構造はアニールされて、電解質中にCuが分散されてもよい。アノードは、より厚い金属被覆層によって覆われてもよい。その後、これらの層は、ビアが形成されたところを除いて絶縁体によって覆われて、抵抗器がセンサおよびTFCスタッドに接続されることが可能になる。接続の一部はウェハの最終表面上に構築されて、試験が完了すると、プログラム可能な抵抗器素子を回路群からレーザー消去することが可能になる。小型の構造(例えば、W−WO3−Cuデバイスからの直径5μm)により報告された抵抗変化の推定値に基づいて、スライダ(700×230μm)のほとんどの面積を使用して達成することができる抵抗値は、オン状態では約1オームであり、オフ状態では10kオーム超過であると概算される。
図18は、プログラム可能な抵抗器素子1802の可能な一実施形態の断面図を示す。抵抗器素子は、図16を参照して検討したプログラム可能な抵抗器素子1614および1616に、または図17を参照して検討したプログラム可能な抵抗器素子1702、1704、および1706に相当する。図18から、プログラム可能な抵抗器素子1802は、実際には、第1および第2のリード層1806および1808の間に並列で挟まれた複数のより小さな抵抗器素子1804から成ることができることが分かる。プログラム可能な抵抗器素子1802は、スライダを作るのに使用される、スパッタされた酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム/炭化チタンの基板ウェハなどの、基板1810上に形成することができる。アルミナなどの絶縁層1812は、抵抗器素子1802の上に形成することができ、また、リード線1806および1808との電気的接続を可能にするため、ビア1816および1818を備えることができる。抵抗器素子1802内の個々の抵抗器1804は、アルミナなどの絶縁充填層1814によって互いに分離することができる。
次に図19〜25を参照すると、本発明の一実施形態によるプログラム可能な抵抗器素子1802(抵抗器アレイと考えることもできる)の製造方法が記載される。特に図19を参照すると、基板1902が提供され、また絶縁層1903が基板1902の上に提供される。基板は、スパッタされた酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム/炭化チタンで作ることができる、スライダの本体であることができる。第1の、すなわち下側の導電性のリード線1904は、基板1902の上に蒸着される。第1のリード線は、例えばNi、Cu、Auなど、様々な導電性材料で作ることができる。
その後、第1の電極材料1906が第1のリード線1904の上に蒸着される。第1の電極は、Wなどの不活性電極材料であり、厚さ約30nmであることができるが、この材料および厚さは単に一例である。金属層が、電極1906の一部としてWの下に包含されてもよい。その後、固体電解質層1908が第1の電極層1906の上に蒸着される。固体電解質は、例えばWO3であることができ、また厚さ50〜100nmであることができる。Cuなどの第2の電極1910が、電解質層1908の上に蒸着されることができる。電解質層1908は、所望のイオン(例えば、Cu)を有しても有さなくてもよいが、第2の電極の一部(例えば、Cu電極からのCuイオン)を電解質層1908に打込むためにアニールを実行することができる。その後、Au+Taなどのキャッピング層1912を蒸着することができる。
その後、第1の電極材料1906が第1のリード線1904の上に蒸着される。第1の電極は、Wなどの不活性電極材料であり、厚さ約30nmであることができるが、この材料および厚さは単に一例である。金属層が、電極1906の一部としてWの下に包含されてもよい。その後、固体電解質層1908が第1の電極層1906の上に蒸着される。固体電解質は、例えばWO3であることができ、また厚さ50〜100nmであることができる。Cuなどの第2の電極1910が、電解質層1908の上に蒸着されることができる。電解質層1908は、所望のイオン(例えば、Cu)を有しても有さなくてもよいが、第2の電極の一部(例えば、Cu電極からのCuイオン)を電解質層1908に打込むためにアニールを実行することができる。その後、Au+Taなどのキャッピング層1912を蒸着することができる。
次に図20を参照すると、複数のマスクアイランド2002が、蒸着された層上に形成される。アイランド2002は、例えば1〜20μmの直径を有することができる。2つのそのようなマスクアイランド2002が示されるが、さらに多くのアイランドを使用できることを理解されたい。これらのマスクアイランドは、フォトレジスト層を包含することができ、また、1つまたは複数のイメージ転写層(DURAMIDE(登録商標)など)、および/または1つもしくは複数のハードマスク層をさらに包含してもよい。その後、図21を参照すると、イオンミリングなどの材料除去プロセスが実行されて、マスクアイランド2002によって保護されていない層1906、1908、1910、および1912の部分が除去される。終了点において、検出スキームを使用して、第1のリード線1904にいつ到達したか、また、イオンミリングもしくは他の材料除去プロセスをいつ終了させなければならないかを判断することができる。
次に図22を参照すると、アルミナなどの絶縁層2202が、好ましくはマスクアイランド2002を適所に残して完全なフィルムに蒸着される。その後、図23を参照すると、剥離プロセスが使用されて、マスクアイランド2002が除去される。剥離は、化学剥離プロセスまたは化学的機械的研磨(CMP)、あるいはそれらの組み合わせであることができる。その後、図24を参照すると、絶縁層内にビア2402を形成して、下にあるリード線へのアクセスを提供することができる。図25を参照すると、CuまたはAuなどの導電性材料を層1906〜1912の頂部の上に形成して、第2の、すなわち上側のリード線2502を形成することができる。導電性材料2504をビア2402の中に蒸着して、第1の、すなわち下側のリード線と電気的に接触させることができる。上側のリード線2502および導電性材料2504は、共通のマスキング工程および蒸着工程を使用して蒸着することができる。
上述のプロセスは、上側および下側のリード線1904および2502に電圧を印加することによって高抵抗状態と低抵抗状態の間で切換わることができる、プログラム可能な抵抗器を作成する。これにより、抵抗器が低抵抗状態にされる。電圧を一方向に印加することで、イオンブリッジが、電極層1906および1910の間の電解質層1908の両端間に生じる。この電圧を逆にすることで、これらのイオンブリッジが崩壊して、抵抗器がその高抵抗状態に回復される。上述の構造の変形を行うことができることに注目されたい。例えば、層1906が電解質層1908の上にあり、層1910が電解質層1908の下にあるように、電極層1906および1910の順序は逆にすることができる。また、より重要なことには、Ag−Ge−SeまたはAg−Ge−Sベースの材料系は、上述した代表的なCu−WO3系に類似のモードで作成されてもよい。
<相転移抵抗器を使用したESD分流>
静電気放電(ESD)保護回路に使用することができる別のタイプの抵抗器は、相転移材料を使用して作成された抵抗器である。相転移材料は、その結晶構造に基づいて導電性状態から電気絶縁状態に変わる材料である。この原理に基づいた抵抗器は、約1オームの抵抗を有する伝導性状態から、約1kオームの抵抗を有する高抵抗状態に切換わることができる。ここでは相転移抵抗器(PCR)として記載される抵抗器は、多くのカルコゲナイド材料(Ge2Sb2Te5[GST]、InSbTe、AgInSbTeなど)の1つの抵抗が、それらが非晶質状態と結晶状態の間で転換されると抵抗が変化することに基づく。非晶質の高抵抗率状態(約0.1オーム−cm)から結晶状態への転換は、融点より下の温度でアニールすることで生じ、結果として抵抗率がより低くなる(10−4オーム−cm程度)。
静電気放電(ESD)保護回路に使用することができる別のタイプの抵抗器は、相転移材料を使用して作成された抵抗器である。相転移材料は、その結晶構造に基づいて導電性状態から電気絶縁状態に変わる材料である。この原理に基づいた抵抗器は、約1オームの抵抗を有する伝導性状態から、約1kオームの抵抗を有する高抵抗状態に切換わることができる。ここでは相転移抵抗器(PCR)として記載される抵抗器は、多くのカルコゲナイド材料(Ge2Sb2Te5[GST]、InSbTe、AgInSbTeなど)の1つの抵抗が、それらが非晶質状態と結晶状態の間で転換されると抵抗が変化することに基づく。非晶質の高抵抗率状態(約0.1オーム−cm)から結晶状態への転換は、融点より下の温度でアニールすることで生じ、結果として抵抗率がより低くなる(10−4オーム−cm程度)。
この特性は、相転移がレーザー加熱で誘起され、かつ付随する特性の変化が材料の反射率である、読取り/書込み可能なコンパクトディスク(CD)およびデジタルビデオディスク(DVD)など、不揮発性メモリ技術に使用するために提案されてきた。相転移材料に基づくメモリ素子のために開発されている構造は、非常に小型であり、速い切換え特性を有し、かつ実際上無制限のサイクル数でサイクル動作する能力を有する。
ESD保護のために相転移抵抗器を磁気書込みヘッドに使用する際の、本発明に対する要件は全く異なる。抵抗器は、センサ測定のために数回だけ切換えられる。それらは、比較的大型であってもよく(現行のスライダに対して抵抗器に利用可能な合計面積が0.15mm2超過)、ゆっくり(約1秒)切換えられてもよい。さらに、メモリ素子に比べて、ESD保護に適用するための抵抗値はより低い。磁気記録センサの今後の数世代では、特有の抵抗は約10〜約500オームの範囲に及ぶであろう。ESD保護抵抗器は、センサに対して10倍超過のより良好な抵抗の低減を有するべきであり、それにより、約1〜50オームの範囲のPCRの低抵抗値が求められる。センサに行われる測定に対するPCRの並列抵抗の影響を低減するため、高抵抗状態は、センサの10倍超過の高い抵抗を有するべきである。これは、高抵抗値が100〜5000オームの範囲にあることを必要とする。
PCRを1つの状態から別の状態に切換えるのに利用可能な、少なくとも2つの技術がある。1つの技術では、切換えは、PCRをその結晶状態に「リセットする」ように設計された一組の短いパルスで単一のPCRを加熱する、集束レーザーを使用して達成される。第2の方策は、電気的な加熱電流を2つのPCRに通過させるものである。これらの方策が、本明細書において個別により詳細に後述される。
<電流を使用して切換えられるPCR>
上述したように、プログラム可能なESD回路の要件の1つは、それがセンサの両端間に電圧を印加しないことである。センサに応力が掛かるのを回避するため、図16を参照して上述したようなESD分路、この場合を除いてプログラム可能な抵抗器素子1614および1616はPCR抵抗器素子である。センサの試験を実行する前に、PCR1614および1616をその高抵抗(オフまたはリセット)状態に切換えることが望ましい。これは、図に示すように、抵抗器1614および1616を、センサの2つの端部の間に接続し、また、好ましい実施形態ではTFCスタッドであるが別の何らかのスタッドでもあり得る接続スタッドまたはパッドとも接続することによって達成できる。
上述したように、プログラム可能なESD回路の要件の1つは、それがセンサの両端間に電圧を印加しないことである。センサに応力が掛かるのを回避するため、図16を参照して上述したようなESD分路、この場合を除いてプログラム可能な抵抗器素子1614および1616はPCR抵抗器素子である。センサの試験を実行する前に、PCR1614および1616をその高抵抗(オフまたはリセット)状態に切換えることが望ましい。これは、図に示すように、抵抗器1614および1616を、センサの2つの端部の間に接続し、また、好ましい実施形態ではTFCスタッドであるが別の何らかのスタッドでもあり得る接続スタッドまたはパッドとも接続することによって達成できる。
両方の抵抗器を切換える手順は、プローブ(図示なし)を使用してセンサスタッド1606および1608を短絡し、次に、プローブを使用して、短絡されたセンサスタッドとTFCスタッド1610の間に電位を印加するものである。センサの個々の試験の前に、「リセット」電流が印加される。これは、PCRを高抵抗状態に変換するために使用される短い高電流パルスである。個々の試験が終了した後、より長くより低電流のセットパルスが印加される。これは、PCR材料をその結晶状態に変換して、ESDの事象に対する低抵抗保護を可能にする。抵抗器試験が完全に完了すると、PCRは、スライダの表面上の相互接続線をレーザー消去することにより、または別の方法として、回路から除去されてもよい。
この実施形態では、PCRは、電気的に活性化することができるので、第1段階においてウェハ構造で作られ、センサおよびライタの下に配置され、かつアルミナなどの絶縁体で包むことができる。これにより、比較的大きな抵抗器と読取りおよび書込み素子の構造との間の、スライダ表面積に対するあらゆる競合が回避される。さらに、相転移抵抗器の材料は、ヘッド構造およびディスクドライブ内部との化学的相互作用から除去される。いくつかの一般的な幾何学形状が、抵抗器の作成を可能にするのに利用可能である。2つの例が後述される。
図26は、ウェハ上に作成されたPCRを上から見た上面図を示す。図27は、線27−27に沿った断面を示す。PCR2602は、最初に、アルミナなどの絶縁層2604を、ウェハ自体であることができる基板2606上に適用することによって作成することができる。一対の電極またはリード線2608および2610は、それらの間に空間またはトレンチを残すようにして絶縁層2604上に蒸着される。このトレンチは、図に示すような蛇行した形状を有することができるか、または他の何らかの形状を有することができ、Ge2Sb2Te5[GST]、InSbTe、AgInSbTeなどの相転移材料2612で充填される。アルミナなどの保護絶縁層2614は、電極2608および2610、ならびに相転移材料2612の上に提供することができる。PCRが作成された後、読取りおよび書込みヘッドをPCR2602の上に構築することができる。図16を参照して上述したように、ビア(図26および27には図示なし)を提供して、スライダの表面で電極2608および2610を回路群と電気的に接続することができる。
上述したように、PCRをその非晶質状態にするため、PCRを加熱し、次に急速に冷却(急冷)しなければならない。これは、熱が相転移材料2612から離れる方向に急速に導かれなければならないことを必要とする。図28を参照すると、この熱除去をさらに容易にすることができる一実施形態は、ヒートシンク構造2702および2704を包含する。これらのヒートシンク構造は、高い熱伝導率を有する材料で作られ、それは、導電性であってもなくてもよい。例えば、ヒートシンク構造2702および2704は、Cuで作ることができ、また、電極2608および2610と同じ材料であることができる。ヒートシンク構造2702および2704は、電極2608および2610と同じ材料で作られるとしても、電極2608および2610とは別個の蒸着段階で作られることが好ましい。これにより、電極を、それらの間のギャップ(したがって、PCM2612)の寸法を良好に規定することが可能になるように、十分に薄く作成することが可能になる。その後、ヒートシンク構造2702および2704は、より高いトポグラフィおよびより小さな限界寸法で形成されることができる。
次に図29を参照すると、熱除去を容易にするための別の実施形態は、PCM2612の上および下に形成された、アルミナなどの第1および第2の薄い絶縁層2902および2904を包含する。PCM2612および絶縁層は、例えばCuで作ることができる、より厚く熱伝導率の高いヒートシンク層2906および2908の間に挟まれる。あるいは、ヒートシンク層2906および2908が電気絶縁性で熱伝導率の高い材料で作られる場合、絶縁層2902および2904は排除することができる。
図30を参照すると、断面で示されるPCM抵抗器3002の別の可能な実施形態は、電流が相転移材料を通ってウェハの表面に垂直な方向に流れるように、相転移材料3008の上および下に設けられた、第1および第2の電極3004および3006を包含する。電極3004および3006、ならびに相転移材料3008は、絶縁層3010および3012で包むことができる。導電性のスタッド3014および3016は、絶縁層3012内に形成されたビアを通って上向きに延びることができる。
<レーザーパルスによって切換えられるPCR>
PCRを切換えることができる別の方法は、レーザーパルスをPCRに印加することによる。これは、当然ながら、PCRが、PCRを加熱するためにレーザーパルスを使用することができるスライダの表面に配置されなければならないことを意味する。PCRは、電気的にではなくレーザーによって加熱されるので、より単純なESD回路を用いることができる。図31を参照すると、そのような回路は、センサの接触パッドまたはスタッド1606および1608と接続されたセンサ1602を包含する。PCRのプログラム可能な抵抗器素子3102は、パッド1606および1608との接続によって、センサ1602のどちらかの側(どちらかのリード線)と電気的に接続することができる。換言すれば、PCRのプログラム可能な抵抗器素子3102は、センサ1602と直列に直接接続することができる。
PCRを切換えることができる別の方法は、レーザーパルスをPCRに印加することによる。これは、当然ながら、PCRが、PCRを加熱するためにレーザーパルスを使用することができるスライダの表面に配置されなければならないことを意味する。PCRは、電気的にではなくレーザーによって加熱されるので、より単純なESD回路を用いることができる。図31を参照すると、そのような回路は、センサの接触パッドまたはスタッド1606および1608と接続されたセンサ1602を包含する。PCRのプログラム可能な抵抗器素子3102は、パッド1606および1608との接続によって、センサ1602のどちらかの側(どちらかのリード線)と電気的に接続することができる。換言すれば、PCRのプログラム可能な抵抗器素子3102は、センサ1602と直列に直接接続することができる。
次に図32および33を参照すると、レーザーで活性化されるPCR抵抗器の可能な構造が記載される。PCR抵抗器3302は、第1および第2の(すなわち、上側および下側の)電極3304および3306を包含し、相転移抵抗器(PCR)材料3308の層は、第1および第2の電極3304および3306の間に挟まれる。PCR抵抗器3302は、好ましくは読取りおよび書込みヘッドが作成された後のスライダの表面である、基板3310の上に構築される。絶縁層3312は、アルミナであることができるPCR抵抗器3302の下に提供することができる。それに加えて、反射層3314が、PCR抵抗器と、もし提供されれば絶縁体3312との下に提供されてもよい。反射層は、例えばAuであることができ、下にある読取りおよび書込みヘッド構造を、抵抗器3302のレーザー誘起による活性化切換えの間の破壊から保護する。
PCR3302をその非晶質の高抵抗状態に切換えることは、集束レーザーをPCR3302に向けることによって達成され、レーザーは、PCR材料3308を加熱し急速に冷却(急冷)する一組の短いパルスでPCRを加熱する。PCRをその結晶質の低抵抗状態にセットするため、一組のより長くより低電力のパルスが印加されて、PCR材料3308をその結晶状態にアニールすることが可能になる。
単一のレーザーで活性化されるPCR3302であっても、約25〜100平方ミクロン程度の大型である。したがって、ヘッドの素子は利用可能な面積のほとんどを費やし、PCR3302にレーザーが接近するのを阻害するので、PCR構造3302は、好ましくは主なこれらの素子の上にある層の上方に構築される。さらに、大きすぎる、または僅かに方向を誤ったレーザービームによって加熱されることからヘッドを保護するため、PCRの下のレーザー反射性材料3312のさらに大きな面積を必要とする可能性が高い。ヘッドが試験され、ヘッドジンバルアセンブリに組立てられて、ESD保護がもはや不要の場合、センサおよび/またはTFCパッドに対するリード線は、上述したようにレーザー消去によって切ることができる。
上述の実施形態の考察では、レーザー消去は、試験が完了した後、ESD分路構造を恒久的に非活性化する手段として記載されてきた。しかしながら、本明細書に記載の構造および抵抗器のいくつかにおいては、ヒューズ方法によってなど、他の手段によってESD分路構造に対するリード線を切断することも可能である。そのような方法を使用すると、リード線を局所的に溶融させるのに十分な高い電流をリード線に通過させることができる。リード線は、リード線の溶融をより狭い区画に局所化するため、他の区画よりも狭い区画で構成することができる。
様々な実施形態を上記に記載してきたが、それらは例証としてのみ示されているものであり、制限を目的とするものではないことを理解すべきである。本発明の範囲内にある他の実施形態もまた、当業者には明白になるであろう。したがって、本発明の広がりおよび範囲は、上述の代表的実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、請求項およびそれらの等価物のみにしたがって定義されるべきである。
100…ディスクドライブ、
112…磁気ディスク、
114…スピンドル、
118…ディスクドライブモータ、
113…スライダ、
115…サスペンション、
119…アクチュエータアーム、
121…磁気ヘッドアセンブリ、
122…ディスク表面、
127…アクチュエータ手段、
129…制御ユニット、
123、128…電力線、
125…記録チャネル、
302…読取り素子、
304…書込み素子、
306…磁気抵抗センサ、
308…第1の磁気シールド、
310…第2の磁気シールド、
312、314、330、1812、1903、2202、2604、2902、2904、3012、3312…絶縁層、
316、2606、3310…基板、
318…第1の磁極、
322…バックギャップ、
320…第2の磁極、
324…磁気台座、
326…書込みギャップ、
328…書込みコイル、
332…熱的浮上高制御構造(TFC)、
402、404、410、412、420、422、604、606、610、612、1606、1608、1610、1612…接触パッド、
406…第1の導電性のリード線、
408…第2の導電性のリード線、
414、416、424、426、430、432、504、506、510、512、1904、2502…リード線、
428…静電気放電分路構造、
502…継電器、
508、618…抵抗加熱素子、
608…接触棒、
610、612…外側接触パッド、
614…高分子層、
618…抵抗器、
620、622…アンカーパッド、
624、626…孔、
902…剥離層、
1602…磁気抵抗センサ、
1604…熱的浮上高制御加熱素子、
1606、1608…接触パッドまたはスタッド、
1614、1616、1702、1704、1706、1802、1804、3102…抵抗器素子、
1806…第1のリード層、
1808…第2のリード層、
1810、1902…基板、
1906…第1の電極材料、
1908…固体電解質層、
2002…マスクアイランド、
2504…導電性材料、
2402…ビア、
2602…PCR、
2608、2610、3004、3006、3304、3306…電極、
2612、3008…相転移材料、
2702、2704…ヒートシンク構造、
3002、3302…PCM抵抗器、
3014、3016…スタッド、
3308…相転移抵抗器(PCR)材料、
3312…レーザー反射性材料、
3314…反射層。
112…磁気ディスク、
114…スピンドル、
118…ディスクドライブモータ、
113…スライダ、
115…サスペンション、
119…アクチュエータアーム、
121…磁気ヘッドアセンブリ、
122…ディスク表面、
127…アクチュエータ手段、
129…制御ユニット、
123、128…電力線、
125…記録チャネル、
302…読取り素子、
304…書込み素子、
306…磁気抵抗センサ、
308…第1の磁気シールド、
310…第2の磁気シールド、
312、314、330、1812、1903、2202、2604、2902、2904、3012、3312…絶縁層、
316、2606、3310…基板、
318…第1の磁極、
322…バックギャップ、
320…第2の磁極、
324…磁気台座、
326…書込みギャップ、
328…書込みコイル、
332…熱的浮上高制御構造(TFC)、
402、404、410、412、420、422、604、606、610、612、1606、1608、1610、1612…接触パッド、
406…第1の導電性のリード線、
408…第2の導電性のリード線、
414、416、424、426、430、432、504、506、510、512、1904、2502…リード線、
428…静電気放電分路構造、
502…継電器、
508、618…抵抗加熱素子、
608…接触棒、
610、612…外側接触パッド、
614…高分子層、
618…抵抗器、
620、622…アンカーパッド、
624、626…孔、
902…剥離層、
1602…磁気抵抗センサ、
1604…熱的浮上高制御加熱素子、
1606、1608…接触パッドまたはスタッド、
1614、1616、1702、1704、1706、1802、1804、3102…抵抗器素子、
1806…第1のリード層、
1808…第2のリード層、
1810、1902…基板、
1906…第1の電極材料、
1908…固体電解質層、
2002…マスクアイランド、
2504…導電性材料、
2402…ビア、
2602…PCR、
2608、2610、3004、3006、3304、3306…電極、
2612、3008…相転移材料、
2702、2704…ヒートシンク構造、
3002、3302…PCM抵抗器、
3014、3016…スタッド、
3308…相転移抵抗器(PCR)材料、
3312…レーザー反射性材料、
3314…反射層。
Claims (28)
- スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成された継電器であって、電流が継電器を通じて流れていないときは閉回路状態でバイアスされ、電流が継電器を流れると作動して開く継電器と、
前記継電器を前記センサと接続する回路群であって、前記スライダをデータ記録装置に組立てる前に前記継電器を前記センサと接続するように構成された回路群と、
を備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - 前記継電器を前記センサに接続する前記回路群が開回路を形成するように切断されている請求項1に記載の構造。
- スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成され、前記磁気抵抗センサと接続して、前記磁気抵抗センサの両端間の電圧を選択的に電気的に分流するように構成された継電器構造とを備え、
前記継電器が、さらに、
空間によって互いに分離した第1および第2の電気接点と、
前記第1および第2の接点の一部ならびに前記空間の上に設けられた接触棒と、
前記第1および第2の接点ならびに前記接触棒の上を延び、前記接触棒と接続された膜と、
前記膜の熱膨張によって、前記膜が、前記接触棒を前記第1および第2の接点から離れる方向に持ち上げて、前記第1および第2の接点の間の電気的接続を遮断するように、前記膜を選択的に加熱する加熱素子と、
を備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - 前記膜が加熱されていないとき、前記膜が前記接触棒を前記第1および第2の電気接点に対してバイアスする請求項3に記載の構造。
- 前記継電器が、前記センサと前記継電器を電気的に接続するように配置された前記回路群と接続され、前記回路群の少なくとも一部がレーザー消去によって切断されている請求項1に記載の構造。
- スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成され、前記センサに対して選択的に電気的に分流することができるプログラム可能な抵抗器とを備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成された第1、第2、および第3の導電性の接触スタッドであって、第1および第2の接触スタッドが前記磁気抵抗センサと電気的に接続された接触スタッドと、
第1および第2のプログラム可能な抵抗器素子であって、第1のプログラム可能な抵抗器素子が前記第3の接触スタッドおよび前記第1の接触スタッドと電気的に接続され、第2のプログラム可能な抵抗器素子が前記第3の接触スタッドおよび前記第2の接触スタッドと電気的に接続されたプログラム可能な抵抗器素子と、
を備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - 前記第1および第2のプログラム可能な抵抗器素子が、電流が第1の方向にそれを通過しているときにはオフ(高抵抗)にされ、電流が第2の方向にそれを通過しているときにはオン状態(低抵抗)に戻ることができる抵抗器である請求項7に記載の構造。
- スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成された第1、第2、第3、および第4の導電性の接触スタッドであって、第2および第3のスタッドが前記磁気抵抗センサと電気的に接続された接触スタッドと、
第1、第2、および第3のプログラム可能な抵抗器素子であって、第1のプログラム可能な抵抗器素子が前記第1の接触スタッドおよび前記第2の接触スタッドと電気的に接続され、第2のプログラム可能な抵抗器素子が前記第3および第4の接触スタッドと電気的に接続され、第3のプログラム可能な抵抗器素子が前記第1の接触スタッドおよび前記第4の接触スタッドと電気的に接続されたプログラム可能な抵抗器素子と、
を備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - 前記プログラム可能な抵抗器が、分流のために前記センサとの電気的接続を提供する回路群と接続された請求項6に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、前記センサとの電気的接続を提供する回路群と接続され、前記回路群の少なくとも一部が切断されている請求項6に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、前記センサと前記プログラム可能な抵抗器とを電気的に接続するように配置された回路群と接続され、前記回路群の少なくとも一部がレーザー消去によって切断されている請求項6に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、前記抵抗器の両端間に電圧を印加することによって、導電性状態と電気抵抗性状態の間で切換わることができる固体電解質ベースの抵抗器である請求項6に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、第1および第2の電極と、前記第1および第2の電極の間に挟まれた固体電解質とを備える請求項6に記載の構造。
- 前記固体電解質がGeカルコゲナイドガラスを含む請求項14に記載の構造。
- 前記固体電解質が、GeSeおよびGeSから成る群から選択された材料を含む請求項14に記載の構造。
- 前記固体電解質が酸化物を含む請求項14に記載の構造。
- 前記固体電解質がWO3を含む請求項14に記載の構造。
- 前記第1および第2の電極の1つが第1の材料を含み、前記電解質が前記第1の材料をいくらか包含する第2の材料を含む請求項14に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、
Wを含む第1の電極と、
Cuを含む第2の電極と、
前記第1および第2の電極の間に挟まれた、Cuを含有する固体電解質と、
を備える請求項6に記載の構造。 - 前記プログラム可能な抵抗器が、
Wを含む第1の電極と、
Agを含む第2の電極と、
前記第1および第2の電極の間に挟まれた、Agをいくらか含有する固体電解質と、
を備える請求項6に記載の構造。 - スライダと、
前記スライダ上に形成された磁気抵抗センサと、
前記スライダ上に形成され、前記磁気抵抗センサに対して選択的に電気的に分流することができ、相転移材料を含むプログラム可能な抵抗器と、
を備える磁気抵抗センサに対する静電気放電破壊を防ぐ構造。 - 前記プログラム可能な抵抗器が第1および第2の電極を備え、前記相転移材料が前記第1および第2の電極の間に挟まれた請求項22に記載の構造。
- 前記相転移材料がカルコゲナイド材料を含む請求項22に記載の構造。
- 前記相転移材料が、Ge2Sb2Te5[GST]、InSbte、およびAgInSbTeから成る群から選択される材料を含む請求項22に記載の構造。
- 前記第1および第2の電極の少なくとも1つと熱的に接続されたヒートシンク構造をさらに備える請求項23に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が前記スライダの表面付近に設けられ、前記構造が、前記プログラム可能な抵抗器と前記スライダの間に設けられた反射器層をさらに備える請求項22に記載の構造。
- 前記プログラム可能な抵抗器が、前記センサと前記プログラム可能な抵抗器を電気的に接続するように配置された回路群と接続され、前記回路群の少なくとも一部が、前記回路群に電流を通過させて前記回路群を局所的に溶融することによって切断されている請求項6に記載の構造。
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