專利名稱：金屬氮氧化物粘接/腐蝕阻擋層及類金剛石碳上覆層的制作方法
技術領域：
本發明涉及硬盤驅動(HDD)的制作，具體地涉及通過使用也用作腐蝕 阻擋的下層上的類金剛石碳涂層來保護磁頭和磁盤的方法。
背景技術：
降低磁讀/寫頭及其下面旋轉的磁盤的表面之間的磁頭-至-磁盤間距(漂 浮高度，fly height) —直是在硬盤驅動(HDD)存儲系統中獲得超高記錄密 度的重要途徑之一。對于具有160千兆字節容量的商業上可獲得的HDD， 漂浮高度在10納米(nm)的數量級。在快速旋轉的磁盤和實質上漂浮在其 上的讀/寫頭之間保持這樣小的間距是困難的且磁盤表面和磁頭之間的偶爾 接觸是不可避免的。當發生這種接觸時，可以導致對磁頭和;茲盤的破壞和記 錄在磁盤上的信息的損失。為了最小化磁頭和磁盤破壞，DLC(類金剛石碳) 涂層的薄層涂敷到磁頭的表面和磁盤的表面。該DLC也用于保護磁頭中的 磁性材料免于被環境內的各種元素所腐蝕。已知DLC的作用的重要性，DLC 是硬的、致密的并很薄是必要的，需要薄來滿足總體漂浮高度需要而不會用 盡任何分配的間距。當前在現有技術中可以發現20-30埃之間的DLC涂層。常規地，DLC涂層厚度大于50A并對于該厚度范圍，存在高內應力， 導致與磁頭的基板材料以及它們可以結合到的其它襯底的不良粘接。因為高 內部應力和熱應力，所以需要粘接層。例如，在切割邊緣和鉆孔工具的應用 中，DLC厚度在微米范圍內，且工作溫度可以達到幾百攝氏度，粘接層的熱 膨脹系數(CTE)也起到重要的作用。對于這些原因，在現有技術中，日本 專利JP2571957、 JP2220522和JP3195301已經提出Si、 SiOx、 SiC和SiNx 用于該粘接層。Itoh等人(美國專利第5，227,196號)公開了在DLC層之下 的氧化物基板上的SiNx粘接層。在現有技術中也發現各種類型的粘接層。 Ishiyama (美國專利申請2006/0063040 )公開了為更好的粘接的氫化氮化碳 的碳基保護層。Hwang等人(美國專利申請2005/0045468 )教導用于DLC 的Si粘接層。Hwang等人(美國專利申請2002/0134672 )公開了 Si、 A1203、Si02、或SiNx作為DLC層之下的粘接層。David等人(美國專利第5,609,948 號)描述了 DLC層下面的SiC粘接層。除了這些列舉的現有技術，也已經利用了包含Si之外的材料的粘接層。 Natsume等人(美國專利第7,091,541號)公開了用于電容器介電層和電極 之間的粘接層的氮氧化物TiAlON。 Fu等人(美國專利申請第6,238,803號) 示出TiOxNy阻擋層。Johnson等人(美國專利第4,952,904號)描述了氮化 硅和鉑之間的金屬氧化物粘接層。Stevens (美國專利第5,070,036號)示出 作為VLSI電路中的各種材料區域之一的金屬氮氧化物。Gillery (美國專利 第4,861,669號)示出了TiON介電膜。對于磁頭，下層應該至少具有以下性能1. 電隔離性能。對于磁頭，必須為磁性金屬合金層提供電隔離，該磁性 金屬合金層比如是包含基于巨磁電阻(GMR)效應的磁阻讀頭的那些層，或 包含基于隧穿磁電阻(TMR)效應的器件的那些。這些層和周圍HDD部件 之間的電短路將破壞磁頭或類似器件。由此，保護層，尤其是下層應該是絕 緣的或半絕緣的。然而，由于Si的半導體性能，Si粘接層的表面分流可以 將比如所謂的爆米花噪聲的噪聲引入GMR或TMR讀出器。2. 抗腐蝕性能。DLC膜，具體那些通過現有技術的過濾陰極真空電弧 (FCVA)工藝生產的那些通常嵌入有微米或納米顆粒。這些顆粒可以導致用于形成磁性有源層的材料比如NiFe和NiCoFe的針孔和腐蝕。因此下層的 抗腐蝕性能對于保持傳感器的性能完整性至關重要。3. 抗磨損性能。在下層和DLC層的總厚度降低到亞30埃范圍的情形， 實質上每個原子對于保護都起作用。因此，如果我們可以將更多的原子放入 有限的膜厚中，則可以預期更好的抗磨損性能。因此，下層具有對于腐蝕保 護的化學穩定性和對于摩擦有利的高硬度兩者是非常重要的。本發明的目的是提供一類新型材料，用其形成下層，以替換Si和上述 現有技術描述的相關材料。發明內容本發明的第 一方面提供一種用于磁讀/寫頭或磁記錄介質的薄保護層以 保護它們免于不利接觸并提供磁頭和介質表面之間的磨損抵抗。本發明的第二方面提供形成為雙層的保護層，其中上層主要是保護層而8下層主要是粘接增強層和腐蝕保護層。本發明的第三方面提供這種雙層，其中下層的固有高電阻率消除表面分 流，因此從讀/寫頭降低噪聲，比如爆米花噪聲。本發明的第四方面提供這種雙層，其中下層與上層形成強的且穩定的化 學結合。本發明的第五方面提供用于形成滿足所有上述目標的保護性雙層的方法。本發明的目標將通過使用一類材料獲得以形成保護性雙層的粘接增強和腐蝕抵抗下層，該材料是過渡金屬氮氧化物，具有MeOxNy通式，以"Me" 表示過渡金屬。將滿足本發明的目標的過渡金屬的實例是周期表的IIIB、 IVB 和VB族中的Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo和W。過渡金屬氮氧化物 可以有效結合到DLC和讀/寫頭基板以及記錄介質基板以形成強且穩定的結 合。其具有必需的化學和機械性能以滿足上面闡述的本發明的目標。Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo和W是形成對于DLC膜展現良好粘接的碳化物 的難熔金屬。另外，它們也展示出與用在磁讀出頭和介質的基板材料比如 AlTiC、 A1203、 NiFe和NiFeCo以及與廣泛用在半導體工業中的多種其它材 料有良好的粘接。由此，Ti、 Cr和Ta已廣泛用于粘接層。此外，過渡金屬 氮氧化物的化學、機械和物理性能可以通過改變通式中氧和氮濃度x和y來 從共價鍵占優勢的氮化物到離子鍵占優勢的氧化物而被調整。例如，TiN是 用于粘接層的良好的材料，但其電阻(見圖1)僅在10"Ohm.cm的范圍。 然而，通過引入氧其電阻率可以增加到10+5-10+1Qohm cm之間的范圍(見 M丄Jung等人的"The physiochemical properties of TiOxNy films with controlled oxygen partial pressure", Surface Coating Technology 171, pp. 71-74, 2003 )。 與該電阻率的有利的變化一起，膜的應力也將有利地降低(S. S. Ang, "Titanium Nitride Films with High Oxygen Concentration" Journal of Electronic Materials, Vol. 17, No. 2, pp. 95-100, 1988 )。滿足本發明的目標的另一個實例是TaOxNy膜的類型，如下面描述的， 其可以通過采用Ar/02/N2離子束和Ta靶的反應賊射來制備。如圖1所示， 將TaOxNy膜中的x/y比率從大約0增加到20使得硬度在大約26 GPa到12 GPa之間調節。同時，帶隙能量Eg大約從2.7 eV增加到4.2 eV。結果，電 阻率也將因此增加。通過改變氧/氮比率來調節膜性能的能力是本發明一個十分有利的方面。又一個實例是CrOxNy膜類型，其可以通過Cr靶與Al/02/N2的反應賊射 來制備。材料的電學性能隨CrOxNy從CrN變化到CrO"而從導電改變到絕緣。進一步實例是MoOxNy類型，其中膜中的氧含量的增加將膜的硬度從約 25 GPa降低到約5 GPa。同時，楊氏模量也從250 GPa降低到約50 GPa。應 力從約1.5 GPa降低到接近于零的應力。為了參考和比較的目的，圖2提供用于磁讀/寫頭的制作的各種材料的幾 種相關機械和電學性能的常規列表。MeOxNy下層可以通過各種方法來制備，包括1. 金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或金屬氮氧化物耙在Ar/02/N2氣氛 內的反應賊射。2. 采用等離子體浸沒離子注入(PIII)、等離子體浸沒離子注入沉積 (PIIID)的金屬膜的等離子體處理。


本發明的目標、特征和優點將在下面闡述的對優選實施例描述的上下文中被理解。優選實施例的描述在附圖的上下文內被理解，在附圖中圖1是鉭氮氧化物的硬度作為氧和氮的相對百分比的函數的曲線圖。 圖2是列出用于形成讀/寫頭及其保護涂層的材料的幾種相關性能的表。 圖3a和3b是形成保護性雙層的現有技術方法(3a)以及形成保護性雙層的本方法(3b)的流程圖。圖4是在其上將形成本發明的保護性雙層的該類型的安裝滑觸頭的讀/寫頭的示意圖。該滑觸頭漂浮在該類型的旋轉磁盤之上，該磁盤也由本發明的雙層保護。圖5是用于使用反應離子束濺射制作本發明具體優選實施例的設備的示 意圖。圖6是用于使用掃描聚焦離子束來制作本發明具體優選實施例的設備的 示意圖。圖7是用于使用脈沖離子束制作本發明具體優選實施例的設備的示意圖。圖8是用于使用高能激光制作本發明具體優選實施例的設備的示意圖。圖9是用于在等離子體存在時使用離子束濺射或隨后在等離子體中處理來制作本發明的優選實施例的設備的示意圖。
具體實施方式
本發明的每個優選實施例教導制作磁讀/寫頭或磁記錄介質之上的薄保護性雙層的方法，其中該保護性雙層包括形成為過渡金屬氮氧化物MeOxNy (這里Me代表單一過渡金屬元素或由兩種或多種下面的過渡金屬元素形成 的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W)的粘接增強和腐蝕抵 抗下層，在其上形成硬的、保護性類金剛石碳(DLC)上層(也稱為上覆層)。非晶Si ( a-Si)是廣泛用于磁記錄工業中的粘接層以改善DLC層與磁讀 /寫頭的基板的粘接。在現有技術中，涂層工藝始于使用Ar+離子束清洗頭基 板。在該清洗工藝之后，非晶Si的粘接層使用離子束濺射沉積并然后DLC 上層使用離子束沉積(IBD)或PECVD或，更優選地，由過濾陰極真空電 弧(FCVA)沉積來沉積。因為完全不同類別的材料，過渡金屬氮氧化物形成以作為粘接和腐蝕保 護層，所以本發明的優選實施例不同于a-Si的IBD沉積。在優選實施例中， 該層形成(或在頭或記錄介質上)為MeOxNy層，Me代表下面的過渡金屬 元素的單一元素或由兩種或多種形成的合金周期表中IIIB、 IVB和VB族 中的Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W。該層可以通過反應離子濺 射、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、反應脈沖激光沉積(PLD)和 下面描述的其它方法來沉積。參照圖3a的流程圖，示出了制作現有技術的保護性雙層的連續三個步驟。1. 使用Ar+離子束作為蝕刻機制對基板進行預清洗。2. 使用反應離子濺射沉積非晶硅(a-Si)的粘接下層。3. 使用IBD、 PECVD或FCVA沉積DLC的保護性上層。參照圖3b的流程圖，示出了制作本發明的保護性雙層的連續三個步驟。1. 使用Ar+作為蝕刻機制對(頭或介質的)基板進行預清洗。2. 在Ar/02/N2氣氛內由這種金屬氧化物、金屬氮化物、或金屬氮氧化 物耙，使用難熔過渡金屬(Me)或這種金屬的合金的賊射，或通過使用等離子體浸沒離子注入、等離子體浸沒離子注入沉積、或反應脈沖激光沉積，來沉積MeOxNy粘接增強和腐蝕^氏抗下層。3.使用IBD、 PECVD或FCVA沉積DLC保護性上層。 本發明下面的實施例全部是可以在磁讀/寫頭或磁記錄介質(典型為磁 盤)上形成保護層的方法，這些方法將滿足上面闡述的本發明的所有目的。 在所有實施例中，保護層在磁盤上或讀/寫頭的合適基板表面上形成為雙層， 比如在已經由比如Ar離子或Ar/02離子束蝕刻的合適方法清洗的空氣軸承 表面(ABS)上。也可以理解優選有安裝在支架上并由該方法同時處理的多 個讀/寫頭。圖4示出磁頭-磁盤界面(沒有按比例畫出)，這里》茲頭滑觸頭(10)機 械地附著到其懸臂(110)?；|頭與屏蔽GMR或TMR讀出器或寫入器(150) 和八1203上覆層(170)構建在AlTiC基板(120)上。讀出器屏蔽、讀出器 和寫入器材料主要由包括Ni-Fe-Co的各種合金和化合物的^t性材料形成， 其在暴露預環境條件時遭受腐蝕?；|頭用本發明的下層(180)和DLC上 覆層(190)覆蓋。另一方面，磁盤(20)構建在玻璃或鋁基板(210)上，在該基板的頂 上是粘接層(220)(本發明中不是典型的)和磁性層(230)。磁性層的表面 由通過本發明的方法形成的粘接層(280)和DLC上覆層(290)保護。為 了最小化與滑觸頭的磨損，潤滑層(260)涂敷在磁盤上。本發明為滑觸頭 (180)和磁盤(280)兩者提供粘接層。第一優選實施例現在參照圖5,示出了設備的示意透視圖，在該設備內本發明的保護性 雙層可以形成在^H賣/寫頭上或^f茲記錄盤的表面上。在該第 一優選實施例中， 作為方法的實例，粘接增強層將形成為TiOxNy層。本發明的第一優選實施例使用沉積腔(10 ),在該沉積腔中由渦輪泵(未 示出)形成小于約10—6托的真空。該腔在所有下面的實施例中基本上是公共 的元件。將反應離子束比如Ar+束(20)注入到該腔并指向Ti02 (50)濺射 耙。該束由RF源(30)產生并由電壓加速，該電壓以大約300V到1200V 之間的束電壓產生離子束。注入口( 40 )允許02和N2氣體以大約0和20 sccm 的流速并以不同的濃度比率和不同的持續時間注入到腔(10)或離子源中，所述濃度比率和持續時間取決于TiC^Ny下層中的期望的x/y比率，x在大約 0到3的范圍內而y在大約0到2的范圍內。如上解釋的，Ar+束指向Ti02 濺射靶(50 )且濺射的原子(60 )碰撞到被涂敷的裝置(70 )(沉積目標) 上，其可以是讀/寫頭或^磁盤，多個讀/寫頭或^t盤安裝在一個為了均勻沉積 而旋轉的可旋轉支架(80)上。上述x和y的值產生粘接和腐蝕抵抗下層， 其電阻率在大約10"到10+6 ohm.cm的范圍內。還應注意的是x和y可以 隨沉積工藝進行而變化以生產具有是層厚的函數的成分的粘接層。在實施例 一至六的所有形成中，不超過50埃的粘接層的總厚度可以滿足本發明的目 標。小于20埃的粘接層厚度最為優選，盡管厚度小于50埃的粘接層將滿足 本發明的目標。沉積粘接層之后，使用上述的方法在粘接層上形成DLC層 (未示出)以生產滿足本發明的目標的接合的雙層。應該注意其中Ti為過渡金屬且Ti02為靶的上述層的形成也可以使用包 括Me的化合物的靶以基本相同的方式形成，這里Me代表下面的過渡金屬 元素中單一元素或以兩種或多種形成的合金丁i、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。在相同的第一實施例的第二種形式中，如上使用圖5的設備，但濺射靶 材料(50 )是TiN。 Ar+束(20 )使用RF源和產生大約在300V到1200V之 間的束電壓的加速電壓來注入且02和N2氣體以大約0和20 sccm之間的流 速和不同的濃度比率和不同的持續時間注入到腔(10)中，該不同的濃度比 率和不同的持續時間取決于TiOxNy下層的期望的x/y比率，x在大約0到3 的范圍內而y在大約0到2的范圍內。當Ar+束擊撞TiN濺射靶(50 )時， 得到的'踐射Ti和N原子(60)在注入的02和>^氣體存在下碰撞讀/寫頭或 磁盤(70)，以生產期望的TiO,Ny粘接層。多個讀/寫頭或磁盤安裝在為了均 勻沉積而旋轉的可旋轉支架(80)上。還應該注意的是x和y可以隨著沉積的進行而變化以生長具有是層厚的 函數的成分的粘接層。在所有這些形成中，不超過大約50埃的層的總厚度 產生滿足本發明的目的的結果。小于20埃的層厚是最優選的。應該注意其中Ti是該過渡金屬且濺射靶是TiN的上述層的形成可以使 用包括Me的化合物的輩巴以基本相同的方式進行，這里Me代表下面的過渡 金屬元素的單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、Cr、 Mo、和W。下層形成之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。第二優選實施例本發明的第二優選實施例使用圖6的設備，其與圖5的設備的相似之處 在于其包括沉積腔(10)，反應離子束(20)比如Ar+離子束可以注入到該 沉積腔(10 )中并指向Ti濺射靶(50 );同時注入口 ( 40 )允許02和N2氣 體以大約0和20 sccm的流速并以不同的濃度比率和不同的持續時間注入， 該濃度比率和持續時間取決于TiOxNy下層中的期望的x/y比率，x在大約0 到3的范圍內而y在大約0到2的范圍內。然而，在該實施例中，反應離子 束是高能掃描聚焦Ar+離子束(25)，其指向Ti的濺射靶(20)且濺射的原 子(60 )碰撞讀/寫頭或磁盤目標(70 )，讀/寫頭或磁盤安裝在為了均勻沉積 而旋轉的可旋轉支架上。為了避免毒化靶并消除與沉積關聯的滯后效應，使 用由T. Nyberg等人(美國專利申請2004/0149566A1 )描述的高能掃描聚焦 離子束，該專利的全部內容通過引用的方式結合于此。還應該注意的是x和 y可以隨著沉積工藝的進行而變化以生產具有是層厚的函數的成分的粘接 層。在所有這些形成中，不超過50埃的層的總厚度產生滿足本發明的目的 的結果。小于20埃的層厚是最優選的。應該注意的是其中Ti是該過渡金屬的上述層的形成可以使用包括Me 的化合物的靶以基本相同的方式進行，這里Me代表下面過渡金屬元素中的 單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 和W。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。 第三優選實施例本發明的第三優選實施例使用圖7的設備，其包括沉積腔(10)，反應 離子束比如Ar+離子束可以注入到該沉積腔(10)中并指向Ti賊射靶(50); 同時注入口 ( 40 )允許02和N2氣體以大約0和20 sccm的流速并以不同的 濃度比率和不同的持續時間注入，該濃度比率和持續時間取決于TiOxNy下 層中的期望的x/y比率，x在大約0到3的范圍內而y在大約O到2的范圍 內。然而，在該實施例中，離子束(20)是具有高瞬時功率的脈沖Ar+離子源，其指向Ti的濺射靶(50)且濺射的原子(60)碰撞在沉積目標讀/寫頭 (70)上，讀/寫頭安裝在為了均勻沉積而旋轉的可旋轉支架上。為了避免毒 化靶并消除與沉積關聯的滯后效應，使用由V. Kousnetsov等人(美國專利 申請6,296,742 )描述的高瞬時功率脈沖離子束，該專利的全部內容通過引用 的方式結合于此。還應該注意的是x和y可以隨著沉積工藝的進行而變化以 生產具有是層厚的函數的成分的粘接層。在所有這些形成中，不超過50埃 的層的總厚度產生滿足本發明的目的的結果。小于20埃的層厚是最優選的。 應該注意的是其中Ti是該過渡金屬的上述層的形成可以使用包括Me 的化合物的靶以基本相同的方式進行，這里Me代表下面過渡金屬元素中的 單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 和W。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。 第四優選實施例本發明的第四優選實施例使用圖8的設備，其包括沉積腔(10)，高能 脈沖激光可以將高能脈沖電義茲輻射(25 )指向Ti靶(50 )，同時注入口 ( 40 ) 允許02和N2氣體以大約0和20 sccm的流速并以不同的濃度比率和不同的 持續時間注入，該濃度比率和持續時間取決于TiOxNy下層中的期望的x/y比率。在該實施例中，電磁輻射可以由高能脈沖激光比如C02激光、準分子激光等產生且由該激光束射出的原子碰撞目標讀/寫頭或磁盤(70),該讀/寫頭 或磁盤(70)安裝在為了均勻沉積而旋轉的可旋轉支架上。獲得了大約0到 3的范圍內的x值和大約0到2之間的范圍內的y值并產生滿足本發明的目 標的粘接層。還應該注意的是x和y可以隨著沉積工藝的進行而變化以生產 具有是層厚的函數的成分的粘接層。在所有這些形成中，不超過50埃的層 的總厚度產生滿足本發明的目的的結果。小于20埃的層厚是最優選的。應該注意的是其中Ti是該過渡金屬的上述層的形成可以使用包括Me 的化合物的靶以基本相同的方式進行，這里Me代表下面過渡金屬元素中的 單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 和W。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。第五優選實施例參照圖9，示出了設備的示意透視圖，在該設備中按照第五優選實施例進行在磁讀/寫頭上形成保護性雙層的兩步工藝。本發明的第五優選實施例使用圖7的沉積腔(10),反應離子束比如A, 束(20 )注入到該沉積腔(10 )。該束由RF源(30 )產生并由以大約從300V 到1200V的范圍內的束電壓產生離子束的電壓來加速。該束(20)碰撞在 Ti賊射靶(50)上，引起Ti原子濺射到多個磁讀/寫頭或磁盤(70)上，該 多個讀/寫頭或磁盤(70)安裝在為了均勻沉積而旋轉的可旋轉夾具上。在讀/寫頭或;茲介質上沉積Ti濺射膜后，Ti膜被暴露到Ar/02和Ar/N2 氣體的等離子體(90)，該等離子體分別以02和N2不同的濃度和持續時間 注入到腔(10 )，取決于TiOxNy中的x/y比率的期望數值。獲得了大約0到 3的范圍內的x值和大約0到2之間的范圍內的y值并產生滿足本發明的目 標的粘接層。還應該注意的是x和y可以隨著沉積工藝的進行而變化以生產 具有是層厚的函數的成分的粘接層。在所有這些形成中，不超過50埃的層 的總厚度產生滿足本發明的目的的結果。小于20埃的層厚是最優選的。應該注意的是其中Ti是該過渡金屬的上述層的形成可以使用包括Me 的化合物的靶以基本相同的方式進行，這里Me代表下面過渡金屬元素中的 單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、 和W。該等離子體可以通過使用任何數量的現有技術已知的方法來產生和施 加，比如由離子束的等離子體形成、容性耦合等離子體(CCP)的形成和施 加，電子回旋共振(ECR)的形成或感性耦合等離子體(ICP)的形成和施 加。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。 第六優選實施例本發明的第六優選實施例基本上與第五實施例相同，除了當濺射束擊撞 讀/寫頭或^磁盤時發生等離子體的注入。該實施例-使用圖9的沉積腔(10)， 反應離子束比如Ar+束(20 )注入到該沉積腔(10 )。該束由RF源(30 )產 生并由以大約從300V到1200V的范圍內的束電壓產生離子束的電壓來加 速。該束(20)碰撞在Ti濺射靶(50)上，引起Ti原子濺射到多個石茲讀/寫頭或磁盤(70)上，該多個讀/寫頭或磁盤(70)安裝在為了均勻沉積而旋 轉的可旋轉夾具上。在存在Ar/02和Ar/N2氣體的等離子體(90 )時，在讀/寫頭或磁盤(70 ) 上進行Ti濺射膜的沉積，該Ar/02和Ar/N2氣體的等離子體(90 )分別以形成于腔(IO)內的02和N2的不同濃度和持續時間(或隨后以不同的暴露持續時間暴露于Ar/02和Ar/N2氣體的等離子體(90 )),取決于TiOxNy中x/y 的期望比率。該等離子體可以通過使用任何數量的現有技術已知的方法來產 生和施加，比如由離子束的等離子體形成、容性耦合等離子體(CCP)的形 成和施加，電子回旋共振(ECR)的形成或感性耦合等離子體(ICP)的形 成和施力口。獲得了大約0到3的范圍內的x值和大約0到2的范圍內的y值并生產 了滿足本發明的目的的粘接增強和腐蝕抵抗下層。還應該注意的是x和y可 以隨著沉積工藝的進行而變化以生產具有是層厚的函數的成分的粘接層。在 所有這些形成中，不超過50埃的層的總厚度產生滿足本發明的目的的結果。 小于20埃的層厚是最優選的。注意的是其中Ti是該過渡金屬的上述層的形成可以使用包括Me的化合 物的靶以基本相同的方式進行，這里Me代表下面過渡金屬元素中的單一元 素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W。形成下層之后，DLC上層使用上述的方法形成在下層上。如被本領域技術人員理解的，本發明的優選實施例對本發明是說明性 的，而不是對本發明的限制?？梢詫νㄟ^其在磁讀/寫頭上形成包括過渡金屬 氮氧化物粘接增強和腐蝕抵抗下層的保護性雙層的方法、工藝、材料、結構、 和尺寸進行修正和修改，同時仍提供這種按照由所附權利要求限定的本發明 形成的保護性雙層。
權利要求
1.一種保護的磁讀/寫頭或記錄盤，包括該讀/寫頭或記錄盤；形成在該讀/寫頭或記錄盤上的保護性雙層，該雙層進一步包括在該讀/寫頭或記錄盤的清潔的基板表面上形成為過渡金屬氮氧化物MeOxNy的粘接增強和腐蝕抵抗下層；形成在該下層上的類金剛石碳外層。
2. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中Me代表下面過 渡金屬元素中的單一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W。
3. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中x在大約0到3 之間的范圍內而y在大約0到2之間的范圍內。
4. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中所述下層形成為 小于大約50埃的厚度。
5. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中所述下層形成為 小于大約20埃的厚度。
6. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中所述總厚度形成 為小于大約50埃的厚度。
7. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中x和y作為該下 層厚度的函數變化。
8. 如權利要求1所述的保護的讀/寫頭或記錄盤，其中該下層在氧和氮 氣體或氧和氮等離子體存在下由反應脈沖激光沉積、反應離子濺射、脈沖反 應離子濺射或掃描聚焦反應離子束濺射的工藝形成。
9. 一種形成保護的磁記錄盤、保護的讀/寫頭或多個保護的讀/寫頭的方 法，包括提供該磁記錄盤、該讀/寫頭或多個讀/寫頭； 清洗所述盤、所述讀/寫頭或所述多個讀/寫頭的合適的表面； 在所述表面上形成具有通式MeOxNy的過渡金屬氮氧化物粘接增強和腐 蝕抵抗下層；在所述下層上形成類金剛石碳層。
10. 如權利要求9所述的方法，其中Me代表下面過渡金屬元素中的單 一元素或以兩種或多種形成的合金Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、和W。
11. 如權利要求9所述的方法，其中所述下層由一種工藝形成，該工藝 包括提供真空沉積腔，該真空沉積腔包括可旋轉支架、濺射靶、用于以選擇 的能量注入反應離子束并將所述離子指向所述濺射靶的設備、用于以選擇的 流速注入各種氣體并在所述腔內將所述氣體保持在期望的相對濃度的設備；在所述支架上安裝所述讀/寫頭或多個該頭；將所述反應離子指向賊射靶，該賊射靶包括難熔過渡金屬Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、或W，單一的或組合的或作為其單一或組合的氧化 物或氮化物；以不同濃度和不同持續時間注入02氣體和N2氣體，同時所述反應離子 碰撞在所述靶上且同時為均勻沉積而旋轉所述支架，因此在所述讀/寫頭或多 個讀/寫頭上形成所述MeOxNy的粘接層。
12. 如權利要求11所述的方法，其中x在大約0到3之間的范圍內而y 在大約0到2之間的范圍內。
13. 如權利要求11所述的方法，其中所述02和N2氣體以大約0和20 sccm之間的流速一皮注入。
14. 如權利要求11所述的方法，其中所述反應離子束是具有大約300V 和1200V之間的束電壓的脈沖的或穩定的Ar+離子束，且所述賊射耙是TiN 或丁;02靶，且所述下層形成為TiOxNy層。
15. 如權利要求11所述的方法，其中使得x和y隨著該下層的形成而變化。
16. 如權利要求11所述的方法，其中所述粘接層形成至小于約50埃的厚度。
17. 如權利要求9所述的方法，其中所述粘接層由一種工藝形成，該工 藝包括提供真空沉積腔，該真空沉積腔包括可旋轉支架、濺射靶、用于將電磁 輻射的高能反應脈沖束指向所述濺射靶的激光、用于在所述腔內以選擇的流 速注入各種氣體并將所述氣體以期望的持續時間保持在期望的濃度的設備；在所述支架上安裝所述^1記錄盤、所述讀/寫頭或多個該頭； 將所述電磁輻射指向把，該輩巴包括難熔過渡金屬Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、Ta、 Cr、 Mo、或W,單一的或組合的或作為其單一的或組合的氧化物或氮化物；將o2氣體和N2氣體以不同濃度和不同持續時間注入，同時所述反應離 子碰撞在所述耙上并同時所述支架為了均勻沉積而旋轉，因此在所述讀/寫頭 或多個讀/寫頭上形成MeOxNy的下層。
18. 如權利要求17所述的方法，其中x在大約0和3之間的范圍內且y 在大約0和2之間的范圍內。
19. 如權利要求17所述的方法，其中使得x和y隨著所述下層的形成而 變化。
20. 如權利要求17所述的方法，其中所述下層形成為小于約20埃的厚度。
21. 如權利要求17所述的方法，其中所述下層形成為小于約50埃的厚度。
22. 如權利要求9所述的方法，其中所述下層由一種工藝形成，該工藝 包括提供真空沉積腔，該真空沉積腔包括可旋轉支架、濺射靶、用于將反應 離子束以選擇的能量注入并將所述離子指向所述賊射靶的設備、用于在所述 腔內形成等離子體的設備，所述等離子體由Ar/02氣體和Ar/N2氣體以不同 濃度形成；在所述支架上安裝所述讀/寫頭或多個該頭；將所述反應離子束指向濺射靶，該濺射靶包括單一的或組合的難熔過渡 金屬Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、或W，因此在所述讀/寫頭或多個 讀/寫頭上可以形成所述單一的或組合的難熔過渡金屬層，同時為了均勻沉積 而旋轉所述支架；然后形成所述難熔過渡金屬層之后，分別以不同相對濃度比率形成所述 Ar/02氣體和Ar/N2氣體的等離子體，所述難熔過渡金屬層浸沒在所述等離 子體中，同時旋轉所述支架并因此在所述讀/寫頭或多個讀/寫頭上形成所述 MeOxNy的下層。
23. 如權利要求22所述的方法，其中x在大約0和3之間的范圍內且y在大約0和2之間的范圍內。
24. 如權利要求22所述的方法，其中使得x和y隨著所述下層的形成而 變化。
25. 如權利要求22所述的方法，其中所述下層形成為小于約50埃的厚度。
26. 如權利要求22所述的方法，其中所述下層形成為小于約20埃的厚度。
27. 如權利要求22所述的方法，其中所述反應離子束是具有大約300V 到1200V之間的束電壓的Ar+離子束。
28. 如權利要求9所述的方法，其中所述下層由一種工藝形成，該工藝 包括提供真空沉積腔，該真空沉積腔包括可旋轉支架、濺射靶、用于將反應 離子束以選擇的能量注入并將所述離子指向所述濺射靶的設備、用于在所述 腔內形成等離子體的設備，所述等離子體由Ar/02氣體和Ar/Nb氣體以不同 濃度形成；在所述支架上安裝所述讀/寫頭或多個該頭；將所述反應離子束指向濺射靶，該濺射靶包括單一的或組合難熔過渡金 屬Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、或W，因此在所述讀/寫頭或多個讀 /寫頭上形成所述單一的或組合的難熔過渡金屬層；然后形成所述Ar/02氣體和Ar/N2氣體的等離子體，所述過渡金屬層浸沒在 所述等離子體中，同時所述層形成且所述支架為了均勻沉積而旋轉，且因此 在所述讀/寫頭或多個讀/寫頭上形成所述MeOxNy的下層。
29. 如權利要求28所述的方法，其中所述等離子體順序地由Ar/02等離 子體和Ar/N2等離子體以不同持續時間施加或順序地由Ar/N2等離子體和 Ar/02等離子體以不同持續時間施加。
30. 如權利要求22所述的方法，其中所述等離子體形成為離子束等離子 體、電子回旋共振等離子體、感性耦合等離子體、或容性耦合等離子體。
31. 如權利要求28所述的方法，其中所述等離子體形成為離子束等離子 體、電子回旋共振等離子體、感性耦合等離子體、或容性耦合等離子體。
32. 如權利要求28所述的方法，其中所述反應離子束是具有大約300V 到1200V之間的束電壓的Ar+離子束。
33. 如權利要求25所述的方法，其中x在大約0和3之間的范圍內且y 在大約0和2之間的范圍內。
34. 如權利要求28所述的方法，其中使得x和y隨著所述下層的形成而 變化。
35. 如權利要求28所述的方法，其中所述下層形成為小于約50埃的厚度。
36. 如權利要求28所述的方法，其中所述下層形成為小于約20埃的厚度。
37. 如權利要求9所述的方法，其中所述下層由一種工藝形成，該工藝 包括提供真空沉積腔，該真空沉積腔包括可旋轉支架、濺射靶、用于注入反 應離子的高能掃描聚焦束并將所述離子指向所述濺射靶的設備、用于在所述 腔內注入各種氣體并保持所述氣體的氣氛在期望的相對濃度的設備；在所述支架上安裝所述讀/寫頭或多個該頭；將所述反應離子的高能掃描聚焦束指向靶，該靶包括難熔過渡金屬Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo、或W，單一的或組合的或作為其單一的或 組合的氧化物或氮化物；將02氣體和N2氣體以不同相對濃度注入，同時所述反應離子碰撞在所 述耙上，因此在所述》茲記錄盤、所述讀/寫頭或多個讀/寫頭上形成MeOxNy 的下層。
38. 如權利要求37所述的方法，其中所述反應離子束是具有大約300V 到1200V之間的束電壓的Ar+離子束。
39. 如權利要求37所述的方法，其中所述下層形成為小于約50埃的厚度。
40. 如權利要求37所述的方法，其中所述下層形成為小于約20埃的厚度。
41. 如權利要求9所述的方法，其中所述類金剛石碳層由離子束沉積、 等離子體增強化學氣相沉積或過濾陰極真空電弧形成。
全文摘要
本發明公開了一種用于在磁讀/寫頭或磁盤上形成保護性雙層的方法。該保護性雙層形成為粘接增強和腐蝕抵抗下層和保護類金剛石碳(DLC)上層。下層由過渡金屬氮化物形成，具有通式MeO_xN_y，這里Me代表下面的過渡金屬元素中的單一元素或由兩種或多種形成的合金Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、和W，這里x可以在0和3之間的范圍內而y可以在0和2之間的范圍內。通過調節x和y的值，粘接下層有助于如應力補償、化學和機械穩定性和低電導率的這些保護性雙層的品質。提供了形成粘接層的各種方法，所述方法包括反應離子濺射、等離子輔助化學氣相沉積、脈沖激光沉積和激光浸沒離子注入。
文檔編號G11B5/72GK101276601SQ200810081980
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月21日 優先權日2007年3月21日
發明者鑄 馮, 程實德, 車泰昊 申請人:Sae磁學(香港)有限公司