TW210391B - - Google Patents

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210391 A6 經濟部中央標準局ΙΚΧ.消费合作社印製 B6_ 五、發明説明（1 ) 拎衡绾Μ 本發明係關於一棰薄膜金靨合金磁性記錄磁碟片，且特 定言之，係關於這樣的一種具有一曆也含有氮之本質為碳 之保護性覆膜的磁碟片。 發明背# 在旋轉式硬式磁碟機的很多型式中，每一 _的讀/寫轉 換器.（或磁頭）受支撐於一個載送裝置（或濟動装置）上 •其當磁碟片正^其操作速度旋轉時，跨置於位在其伴隨 磁碟片表面上的一個空氣氣墊或軸承上。該滑動裝置藉由 —個相當易碎的懸吊装置而連结於一僩線性或迴轉起動器 °在具有起動器Μ支援若干滑動装置的磁碟機中可能含有 —叠的磁碟片。該起勖器徑向性地移動滑動裝置，以使每 一個磁頭可以存取其伴随磁碟片表面的記錄區域。 在這些傅統的磁碟機中，滑動裝置藉由來自懋吊裝置的 一個小力量而施加壓力至磁磲片表面。該滑動装置因此從 打開磁碟機電源時起，直到磁碟片達到足以帶動滑動裝置 跨置於空氣-袖承上的速度時為止•都和該磁碟片表面接 觸。當關掉該磁碟機電源且該磁碟片的旋轉速度落到產生 空氣-袖承所必需的速度Μ下時，該滑動装置再度和.該磁 碟片表面接觸。在這樣的接»起動/停止（CSS)磁碟機中 ，要經常保持一種保護性覆膜和潤滑物於磁碟片表面上Κ 防止在該磁碟片之起動和停止期間對磁頭和磁碟片的損害 (讀先閲汸背面之注*事項再塡寫本頁) 丨装· 訂· .線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐〉 Λ 6 Β6 210391 五、發明説明（2) 除了上述說明的傳统CSS磁性Ε錄磁碟機外，磁頭-磁 碟片介面包括一棰在轉換器載送裝置和磁碟片之間作為液 態釉承之液態膜的硬式磁碟櫬已經為人提出。這涸液態軸 承介面磁碟機型式的一個例子說明於受讓人申請中的申請 案，美國序號 264,604* 1988年10月31日提出申請，及 1990年5月9日公告為歐洲公開申請系的ΕΡ 3675 1 0 。 使用於硬式磁碟機中之磁碟Η的一個型式是薄膜金靨合 金磁^片*其典型地包括一画基板，諸如具有鎳磷（Nip) 表面鍍曆的鋁鎂\纟丨Mg)合金、一靥濺鍍沈積於基板表面 上作為磁性層的鈷腸合金•諸如CoPt或CoNi合金和一層形 成於該磁性層上的保護性覆膜，諸如濺鍍沈積的非晶質碳 膜。除了磁性層和保護性覆膜之外，薄膜磁碟片也可能包 括一層位於基板和磁性層之間的濺鍍沈積底層，諸如一層 路（Cr*)、絡-釩（CrV)或筠（W)層和一曆位於磁性層和保 護性覆膜之間的濺鍍沈積黏著性曆，諸如一層C「、W或钛 (Τί)層。 用於薄膜金屬合金磁碟片的保護性碳覆膜是眾所热知的 。它們典型地是自石墨靶材藉由濺渡沈積而形成，且通常 僅稱為保護性碳覆膜、濺鍍碳覆瞑、「類纘石」碳覆膜、 非晶質碳覆膜、或者，在含氫氣雅存在下藉由濺鍍沈.横所 形成之那些覆膜的情形中，稱為氫化磁覆膜。蔡（Tsai) 等人在「硬式磁性媒質磁碟片上之濺鍍碳覆膜的结構和性 質」真空科學及技術期刊第A6 (4)卷，1988年7月/ 8月 或’第 2 3 0 7 - 2 3 1 4 頁（J · V a c . S c i e n c e T e c h η ο 1 〇 g y A 6 ------------------：---.---裝----.玎------^ (清"閱-''-?背而之注'4#項再塡寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 4 本·紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公楚·) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 210391 五、發明説明（5 ) U), July/August 1988， PP. 2307-2314) —文中’說明 這樣的保護性碳覆膜且稱它們為非晶質「類鑲石」碳膜’ Γ類鑽石」是指它們的硬度而不是指它們的结晶结構。美 國專利第4,503,125號說明一種藉由濺鍍石墨靶材而形成 的非晶質碳保護性覆膜。在—種氬氣和碳氫氣賭的氣壓中 .藉由石墨靶材之反應性濺鍍而形成的非晶質氫化碳膜保 護性磁碟片覆膜說明於日本專利特許公告第60-1 57725號 中。受讓者的美國專利第4,778,582號說明一種在Ar和氫 氣（H2)存在下·‘賴由濺鍍石墨靶材而形成的保護性氫化 碳覆膜。氮的结合入非晶質碳膜中增加了膜的硬度和電阻 係數。 伴隨著保護性磁碟片覆膜的問題之一是，由於它們為了 下面磁性曆之抗磨耗性和抗腐牲性而需要的固有厚度，磁 頭和磁性層之間的間距必定要增加。然而以寫入磁顗來寫 入資料於磁性層上所箱之信號強度和由謅出磁頭自磁性層 所讀出之信號強度是直接正比於磁頭和磁性層之間的間距 ，所Μ最小化這個間距是需要的。在商業上可用的磁性記 錄磁碟片中保護性非晶質碳或非晶質氫化碳覆膜的最小厚 度是在200 - 250埃的範圍内。然而，頃實驗上地發現，在 保護功能的消失發生之前，最小膜厚度是在約125埃的範 画内。

氮之非晶質碳膜的化學结構已由考夫曼（Kaufnian) 、梅亭（》^1；丨11)和塞桕斯坦（$〇6「31^4)在「氮-攙雜 之非晶質碳中的對稱打斷：拉曼（Raman)-主動性G和D 本紙張;d適用t"國國家群（〇TS)甲4規格（21G X 297公發） ---------------------.---裝------^1tr------線 ('.'ή-t閲-?一背而之注.¾菸項再塡寫本頁)

Afi Bfi 210391 五、發明説明（4 ) 帶的紅外光觀察」，物理評論B冊，第3集，第39卷，第 18期，1 989年6月15日之二，第13-053至13-060頁 (Physical review B, Third Series, Vol. 39, No. 18, 15 June 1989-11, pp. 13-053 to 13-060)—文中探 討。日本公開特許專利申請案JP 10 48 221說明一種二層的 保護性磁碟片覆膜，其中第一餍是氮化鉻且第二或上層是 一層在氫和氮存在下，藉由濺鍍碳靶材而形成的膜。這些 在本芦上說明添加氮到一棰非晶質氫化碳膜的參考資料中 ，沒有任何一篇δί出該膜的任何性質將可使該膜製作得更 薄且在這些資料中仍然還是作為一種保護性磁碟片覆膜。 所需要的是一種薄膜磁碟片覆膜，其同時提供抗磨耗性 和抗腐蝕性但使磁碟片磁性靥和磁頭之間的間距最小化。 發明摘沭 本發明是一種具有含氮保護性碳覆膜的薄膜金靥合金磁 性記錄磁碟片。存在於覆膜中的氮降低了相當多的膜應力 。因為該瞑的低應力，所Μ該覆膜在磁碟楗搡作期間將極 不可能會自下面的磁性層上剝離、馘折、或者從另一方面 說，磨損。這允許了減少很多的覆膜厚度，因此降低.了磁 碟櫬中的磁頭-磁碟片間距。該覆膜·儘管此先前技ϋ先 前技藝碳覆膜薄很多，但卻比無氮碳覆膜擁有較好的抗磨 耗性和λ腐独性。此外*當該碳覆膜是一種氫化碳膜時· 氮的存在，如果是存在於一涸視添加到該膜之氫含量而定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格'(210 X 297公釐） ------------------------裝！玎------線 (-先間-背而之注-箅項再埸寫本頁) 經濟部中央標準局R工消費合作社印製 210391 Λ6 Β6 五、發明説明（5) {'χτ tw-'-T背而之;t*菸項再增·罵本頁) 的範圍之内的話，會增加該膜的硬度。 為了本發明之本質和優點的更充分腺解，應該參考下列 與附圖並述的詳细說明。 附睡簡里說明 圖1是，對Μ電漿CVD和濺鍍所製作之膜而言，含氮氫 化碳膜之應力為該膜中氮含量之函數的圃形；及 圖2是，對含不同氫含量之膜而言，含氮氳化碳膜之硬 度的圖形。 * 較住亘《窨細例銳明 對以電漿輔肋化學氣相沈積（CVD)和濺鍍沈積兩種方法 製作的覆膜•觀察氮在當做保護性磁碟片覆膜用之非晶質 氫化碳膜性質上的效應。在兩種方法中，含氮氫化硪膜形 成於薄膜磁碟片上並形成於單晶半導體级的矽晶圓上，且 與形成的無氮比較性膜相比較。於其上形成覆膜的薄膜金 羼合金磁性磁碟片包括一個具有NiP表面鍍層和約300埃 厚度之coPtCr磁性層的AlMg基板。 經濟部中央標準局员工消費合作社印製 對電漿輔肋CVD方法而言，沈積氣壓保持在6毫托耳 (mTorr)，且氫化碳膜的沈積是藉由導入碳氫氣艘（環戊 烷）於電漿中而完成。其它的碳氫氣體，例如甲烷、乙烯 或苯，也可使用。該碳氫氣體的分壓保持在0.5毫托耳。 使用 400瓦低頻RF (300千赫玆）來點燃電漿。基板施加-3 00伏特DC。捶實驗上決定，基板偏壓，在約-200到- - 7 - 本紙張尺茂適用中國园家標準（CNS)甲4規格'(210 X 297公釐） 210391 Λ6 B6 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 五、發明説明（6 ) 600伏持DC的範圍内，對完成足夠硬度的膜是重要的。為 了含氮氫化碳膜的沈積而使用具有氫和氮1 : 1比例的載 體氣體。沈積時間名義上是45秒。缌覆膜厚度名義上是75 埃。Μ拉塞福 （Rutherford)背向散射和前向回彈散射 (RBS)所做的量測指出，K這種$漿CVD方法形成的含氮 氫化碳膜含有約5個原子百分比（at.S!)的氮和25個原子 百分比的氫。8由改變氫氣和氮氣量而製作具有變化之氫 和氮贪量的膜。 對濺鍍沈潰方^而言，激镀是以使用1.5千瓦DC電源的 DC磁電管藉由使用一個高纯度壓縮成堅硬的石墨靶材而完 成。基板K 300千赫玆操作之低頻電源供應器施加650瓦 的偏壓。基板偏遯的施加已實驗上地發現可改良膜的抗磨 耗性，但是不使用基板僱壓而製作適當的膜是可能的。對 形成的無氮磁碟片覆膜而言，載體氣體是氬氣加上4個百 分比的氫氣，且對含氮磁碟片覆膜而言，載體氣體是帶有 4個百分比氫氣的氬氣加上50個百分比的氮氣。M RBS所 做的量測證實，含氮氫化碳膜含有約U個原子百分比的氮 和約U個原子百分比的氫。沒有添加氮而製作的膜含約20 個原子百分比的氫且沒有可偵測到的氮。藉由改變導入濺 鍍室之氫氣和氮氣量而製作具有變化之氫和氮含量的.膜。 據發現，Μ上述描述之方法所製作的含氮氫化碳膜擁有 非常低的應力。對Κ兩種方法形成於矽晶圚上的膜而言， 為氮添加之函數的這儸非預期性膜應力降低Μ圖形敘述於 ------------------------装---1#------嫁 (請 t!y.:'-'iirl而之;.t.5:p.Jfl再塡寫本頁) 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格'(210 X 297公釐）~ 1210391 Λ 6 Β6 經濟部中央標準局與工消費合作社印製 五、發明説明（7) 圖1之中。膜的内應力以雜子糸统（Ionic Systems)公司 所製之晶画偏斜儀加Μ測量。用於該應力量測的膜是在3 英吋直徑的矽晶圓上形成2000埃的名義上厚度。然後，將 該晶圓Κ有膜的一邊面向光感测器而放入偏斜儀中。應力 量測背後的理論是，當膜形成於矽晶圓上時，它將引入一 個數量的偏斜或彎曲至晶圓上。這個彆曲的精確量測允許 膜應力的計算。從這涸總偏斜最能決定膜應力的大小。作 為保護性磁碟片覆膜，該膜的應力直接闞係到它附著於薄 膜磁碟片上之下層磁性層的能力。覆膜擁有零應力是令人 想望的，其代表它對磁性層的最大附著力，且因此代表， 在磁碟機操作期間它自磁性層剝離、皴折，或者從另一方 面說|磨損的一個低機率。 由於藉由氮之添加而造成膜應力降低的發現，所Μ進行 賁驗Μ決定，是否在不危害覆膜提供逋當的抗磨耗性和抗 腐蝕性之能力下，它的厚度可相地減少而超出先前所能達 到者。具有形成於鈷合金磁性層上之含氮非晶質氫化碳膜 的磁碟片是Μ獲自曼特第森（Montedison)公司的Z-D0L 牌全氣聚醚加Μ濶滑•然後放入CSS測試機並使其接受 CSS循環Μ決定何時損壤會發生。受測的含氮碳覆膜具有 75埃的厚度並纆得起42,0 00涸CSS循環。經由比較，當幾 乎相同厚度但不含氮的實驗性覆膜接受相同測試時，該磁 碟片的損壊在少於15,000個CSS循環時即發生。此外•具 有相同75埃厚之含氮碳覆膜的磁磔片比具有200埃厚之無 氮非晶質氫化碳覆膜的磁碟Η擁有顯著較好十倍的抗腐蝕 -'•''先1?-许而之-;±-声項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格—(210 X 297公釐） 210391 經濟部中央標準局8工消費合作社印製 A6 B6 五、發明説明（8 ) 性。 商業上可用之具有碳覆膜的薄膜金屬合金磁碟片具有典 型地約200到250埃的碳覆膜厚度。然而，在CoPtCr磁性 層上之各種覆膜厚度之氪化碳覆膜的實驗性CSS測試已指 出，使用於磁碟機中之可達到的最小限厚度是約125埃。 在含氮氫化碳覆膜中，膜應力降低為氮濃度之函數的非預 期性發現，如圖1中所敘述，使該覆膜能製作得薄很多， 因此降.低磁碟機中的磁頭-磁碟片間距。此外/如同從上 述說明中所顯而易見的•這種薄很多的磁碟片覆膜非預期 性地提供了比傳统無氮氫化碳覆膜好的抗磨耗性和抗腐触 性。 添加氫到傅統非晶質碳磁碟Η覆膜可同時改良該覆膜的 硬度和電阻係數是為人所知的。然而，如圖2中所敘述， 已發現到，添加氮到非晶霣氫化碳膜也可超過由氫單獨所 能達到地增加膜的硬度，假定氮存在一個視氫存在於覆膜 中之量而定的特定霣的話。因此，參考圖2 ，其中膜的硬 度表示成十億巴斯卡（GPa)，具有25個原子百分比之氫之 覆膜的曲線指出，當氮存在量高到約10個原子百分比時， 該覆膜的硬度比如果沒有氮存在時大。同樣地，具有5個 原子百分比之氫之覆瞑的曲線指出，如果氮存在量高到約 25 CTRL原子百分比，則該覆膜可製作得較硬。敘述於画 2中的數據因此提出在覆膜中氫和氮之間增效效懕的一些 型式。 如同從上述說明和實驗數據中所懕顯而易見的，添加氮 - 10 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐） ---------------------.----裝------.玎------線 (請先閲¾背面之注意事項再塡寫本頁) 210391 A6 B6 五、發明説明（9) 到非晶質氫化碳膜使得保護性覆膜能夠形成遠低於先前可 達到之商業上可用的 2 0 0埃厚度和實驗上觀察到的1 2 5埃 厚度的厚度而用於薄膜磁碟片。由於藉由氮的添加而引起 相當之膜應力降低的發現，及這種較薄之膜提供比傳统氣 化碳膜大之抗磨耗性、抗腐蝕性和硬度的發現，這是可達 成的。 本發明的較佳具體實施例已詳细地予以敘述•但是對熟 諳此技藝者而言，那些具體實施例的修正和改造可能發生 而不致從如下列申請專利範圍所說明之本發明的領域中偏 離，應該是顯而易見的。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) .裝· •11. ’線· 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 - 11 - 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 2i〇3Ql A7 B7 C7 D7_ 六、申請專利範園 L —種薄膜磁性記錄磁碟片包括： 一片基板； —層包括一種形成於該基板上之鈷靥合金的磁性層；及 一層包括形成於該磁性靥上之碳、氫和氮及具有厚度小 於約200埃的保護性覆膜。 2. 根據申請專利範圍第1項之該磁碟Η *其中該覆膜是一 種濺鍍沈積的覆膜。 a 根據申請専利範園第1項之該磁碟片•其中該覆膜是直 接形成於該磁性層上。 4. 根據申請專利範圍第1項之該磁碟片，其中該覆膜含有 數量在約5到25個原子百分比之間的氫。 & 根據申請專利範園第1項之該磁碟片，其中該覆膜含有 數量少於 約25個原子百分比的氮。 6. 一種薄膜磁性記錄磁碟片包括： 一片基板； 一層形成於該基板上的金靥合金磁性層；及 一層形成於該磁性層上具有厚度少於約200埃的保護性 覆膜，該覆_為一種主要包括本質上非晶質型式之碳並 含有氮的膜。 7. 根據申請專利範園第6項之該薄膜磁碟片，其中該主要 為碳的覆膜也含有氫。 a 根據申請專利範第6項之該薄膜磁碟片，其中該主要 為碳的覆膜含有數量少於約25個原子百分比的氮。 - 12 - 本纸張尺廋適用中國圃家標準（CNS〉甲4規格（210 X 2町公釐） ------------------------裝----„---#------^ ··* (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) «濟部中央標準局霣工消费合作社印餐 A7 2i039i = _D7_ 六、申請專利範圍 a 根據申請專利範圍第7項之該薄膜磁碟片，其中氫存在 數量少於約25個原子百分比且氮存在數量少於約15個原 子百分比。 to. 根據申請專利範圍第7項之該薄膜磁碟片，其中氫存在 數量少於約5個原子百分比且氮存在數量少於約25個原 子百分比。 11- 根據申請專利範圍第6項之該薄膜磁碟片，其中該基板 是單晶矽。 12- 根據申請專利範圍第6項之該薄膜磁磲片，其中該基板 是一種具有一層NiP’表面鍍層的鋁合金磁碟片。 ------------------------裝|_-----，玎------線 • * - » (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製

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