專利名稱：磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種信息存儲裝置的制造方法，尤其涉及一種在信息存儲磁盤裝置的 磁頭空氣承載面(air bearing surface, ABS)上類金岡U石碳層(diamond-like carbon, DLC)的形成方法。
背景技術：
磁盤驅動裝置是一種常見的信息存儲裝置。圖la所示為一種傳統(tǒng)磁盤驅動裝置 200，圖中磁盤101安裝在用于旋轉該磁盤101的主軸馬達102上。音圈馬達臂(Voice coil motor arm) 104支撐具有讀/寫頭的磁頭103的磁頭折片組合(head gimbal assembly, HGA)IOO。音圈馬達(voice coil motor, VCM)通過控制音圈馬達臂104的運動，來控制磁 頭103在磁盤101表面的磁軌間移動，從而使得讀/寫磁頭從磁盤101中讀取數據或者將 數據寫入磁盤101。工作時，磁頭103與旋轉的磁盤101之間的氣動干擾產生一升力。該升 力通過磁頭折片組合100的懸臂件提供的彈力來獲得平衡，從而利用音圈驅動馬達臂104 的充分徑向運動來維持旋轉磁盤101表面上的預定飛行高度。 圖lb為圖la所示磁盤驅動裝置200中磁頭的仰視結構示意圖。在磁盤驅動裝置 工作過程中，磁頭103上形成的空氣承載面在磁盤103和旋轉磁盤101之間產生一氣動干 擾，使得磁頭103在磁盤101上方飛行。該磁頭103還包括一個設有對磁盤101進行數據 讀/寫操作的讀/寫頭的極尖113。 圖lc所示為磁頭103的極尖113的詳細結構示意圖。如圖所示，該極尖113從左 到右依次包括第二感應寫磁極11、與該第二感應寫磁極11隔開的第一感應寫磁極13、第二 屏蔽層15及第一屏蔽層16。上述元件設置在構成磁頭103主體的陶瓷基底21上。磁阻 元件(magneto-resistive elment， MR element) 14位于所述第二屏蔽層15和第一屏蔽層 16之間。該第一感應寫磁極13與第二感應寫磁極11之間設有銅圈12，以幫助寫操作。另 外，保護層(overcoat) 31覆蓋于空氣承載面，以保護磁頭103。 —方面，由于空氣承載面尤其是磁頭的極尖區(qū)域(主要是金屬材料制成，例如上 述銅圈12)容易受到因外界潮濕環(huán)境引起的化學腐蝕而造成的損害，因此有必要在磁頭的 整個空氣承載面上覆上保護層(例如上述保護層31)。為此例如類金剛石碳這類具有強抗 腐蝕性能的碳材料經常被用作保護層。而且，附著在空氣承載面上的類金剛石碳層的粘合 能力越強越好，這樣類金剛石碳層不會輕易從空氣承載面脫落。另一方面需要降低空氣承 載面上的類金剛石碳層的厚度從而進一步降低磁頭飛行高度(該飛行高度為磁盤和磁頭 的空氣承載面之間的距離)，最終可以進一步提高磁盤驅動裝置的存儲容量。現有技術中有 很多添加類金剛石碳層的方法；但是，所有這些方法都不能滿足強粘合能力和微小厚度的 這兩個要求?，F有技術中所使用的方法介紹如下。 圖2所示為一種常用方法。該方法包括如下步驟首先，將磁頭陣列分布，每個 磁頭都具有一個空氣承載面(步驟201);其次，在每個磁頭的空氣承載面上形成一層硅層 (步驟202);最后，在硅層上面形成一層類金剛石碳層(步驟203)。由于類金剛石碳層的自然屬性，難以在空氣承載面上，尤其是在需要足夠黏合力的極尖上，直接積淀形成類金剛 石碳層，。因此，為提高黏合力，先形成用來增加空氣承載面上的類金剛石碳層的黏合力的 硅層，然后再在硅層上形成類金剛石碳層。 雖然通過上述方法形成的類金剛石碳層有穩(wěn)定的黏合力，但是由于具有兩種不同 的材料層在一起而不是僅一種材料層，很難進一步減小硅層和類金剛石碳層的總厚度。因 為進一步減少硅層或者類金剛石碳層的厚度會導致每個層在覆蓋上的不連續(xù)，從而增加類 金剛石碳層從空氣承載面上脫落的可能性。不連續(xù)覆蓋范圍可以利用浸酸的方法來檢測和 估計。在上述方法中，是用高倍率顯微鏡尋找不連續(xù)層上由于酸腐蝕導致的腐蝕點。
磁頭的空氣承載面上類金剛石碳層的另一種形成方法是直接在磁頭的空氣承載 面上蓋覆類金剛石碳層。上述方法中，僅僅在空氣承載面上積淀類金剛石碳層而不是硅層 和類金剛石碳的組合，所以單材料層中厚度不連續(xù)的問題很小甚至不存在，因此可以降低 類金剛石碳層的總厚度，從而更進一步降低磁頭的飛行高度。但是該方法是不可行的。如 上所述，連接到磁頭空氣承載面，特別是在極尖區(qū)域的類金剛石碳層的黏合力很弱，因此類 金剛石碳層在一些簡單的測試后就容易從空氣承載面上脫落。
因此，亟待一種改良的類金剛石碳形成方法來克服上述缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的之一在于提供一種能夠提高磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的黏合
力的形成方法。 本發(fā)明另一目的在于提供一種能夠有效降低所述類金剛石碳層整體厚度的磁頭
空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法。 為了實現上述目的，本發(fā)明提供的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法， 包括下列步驟(l)提供具有空氣承載面的陣列式排列的磁頭；(2)通過在空氣承載面積淀 第一類金剛石碳層從而在磁頭空氣承載面形成一個包含磁頭材料和該類金剛石碳層材料 的混合層；(3)除去第一類金剛石碳層，露出混合層；(4)在該混合層上形成第二類金剛石 碳層。
在實施例中，上述方法還包括以下步驟將磁頭放置于托盤上；將所述托盤裝入
處理室；并將處理室抽空至預定壓強。上述步驟是在步驟(1)后步驟(2)前進行。在處理
室被抽空之后且進行步驟(2)前，需要去除磁頭空氣承載面上堆積的污染物。另外，上述污
染物可以利用任何合適的方法例如離子束蝕刻或者等離子體濺射的方法來去除。 所述第一類金剛石碳層可通過化學氣相積淀法、離子束積淀法、或者濾波陰極電
弧法在磁頭的空氣承載面積淀形成。步驟(3)使用離子束蝕刻方法，所述離子束的入射角
范圍是0-80度，蝕刻能量范圍是150-500eV。 第二類金剛石碳層是通過化學氣相積淀法、離子束積淀法或者濾波陰極電弧法在 混合層上形成。優(yōu)選地，第二類金剛石碳層的適宜厚度范圍是1. 5nm-3. 0nm，以便給磁頭的 空氣承載面提供牢固但又足夠薄的保護層。 可選地，在步驟(4)后，對處理室進行通風處理并從處理室卸載磁頭。 —方面，當僅有一層類金剛石碳層(第二類金剛石碳層)形成在磁頭的空氣承載
面上，且沒有出現傳統(tǒng)方法中存在的厚度不連續(xù)問題時，空氣承載面的保護層的厚度可以降低；另一方面，當包含類金剛石碳和磁頭材料的混合層在空氣承載面上形成，且所述混合 層與空氣承載面和類金剛石碳層材料有強黏合力時，之后形成的類金剛石碳層(第二類金 剛石碳層)與空氣承載面就具有很好的黏合力。 為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結合附圖進一步闡述本發(fā)明的具體實施例。


圖la是相關領域的現有磁盤驅動裝置的立體結構示意圖；
圖lb是圖la中所示磁盤驅動裝置的磁頭的仰視圖； 圖lc是圖lb中所示磁頭沿B-B線的局部剖視圖，用來說明磁頭極尖的詳細結構； 圖2是磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的現有形成方法的流程圖； 圖3是本發(fā)明一實施例中磁頭空氣承載面上類金剛石碳層形成方法的流程圖； 圖4是執(zhí)行圖3中所示方法主要步驟的裝置示意圖； 圖5a-5c是圖3中所示方法主要步驟的順序示意圖； 圖6是蝕刻過程中電子蝕刻的電子束能量對混合層深度的影響的示意圖；
圖7是本發(fā)明方法實施前后磁頭的磁阻阻抗變化的示意圖； 圖8a是包含由類金剛石碳和鎳鐵合金材料形成的混合層的晶圓表面的俄歇深度 剖面分析結果的示意圖； 圖8b是沒有形成混合層的晶圓表面的俄歇深度剖面分析結果示意圖； 圖9a是熱沖擊試驗中溫度隨著時間變化的示意圖。 圖9b是短時間浸酸試驗后磁頭的表面腐蝕結果的示意圖； 圖9c是長時間浸酸試驗后磁頭的表面腐蝕結果的示意具體實施例方式以下結合附圖闡述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。 本發(fā)明公開了一種磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，包括下列步驟 提供具有空氣承載面的陣列式排布的磁頭；通過在空氣承載面積淀第一類金剛石碳層，從 而在磁頭空氣承載面形成一個包含磁頭材料和該類金剛石碳層材料的混合層；除去第一類 金剛石碳層，露出混合層；最后在混合層上形成第二類金剛石碳層。由于混合層與空氣承載 面和第二類金剛石碳層都具有較好的黏合力，因此第二類金剛石碳層有較好的黏合力。此 外，由于僅有單層材料，例如在空氣承載面上僅積淀類金剛石碳層作為保護層，可以有效降 低保護層的總厚度。 圖3所示為本發(fā)明磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法的一個實施例。如 圖3所述，該方法包含如下步驟首先，提供具有空氣承載面的陣列式排布的磁頭(步驟 301);其次，通過在空氣承載面積淀第一類金剛石碳層從而在磁頭空氣承載面形成混合層， 該混合層包括磁頭材料和該類金剛石碳層的材料(步驟302);再次，除去第一類金剛石碳 層，露出混合層(步驟303);最后，在該混合層上形成第二類金剛石碳層(步驟304)。
圖4所示為執(zhí)行上述方法的裝置300，以下結合圖4詳細闡述該方法。具體地，在 步驟301中，陣列式排列的磁頭稱為磁條。磁條是由晶圓切割而形成的。磁條的一表面用 于形成空氣承載面，之后用相應的溶劑清洗磁條，最后用IPA蒸汽機烘干。被清洗和干燥過的磁條就可以用于積淀類金剛石碳層。 然后，將磁條45放置于托盤上(圖未示)。接著，將托盤裝入裝置300的處理室302.然后，將處理室302抽空至預定壓強。 再次，執(zhí)行預清洗來去除磁頭空氣承載面上堆積的污染物。通常，空氣承載面會吸收一些水分，二氧化碳甚至一些用于清洗空氣承載面的有機溶劑，上述這些物質構成了污染物。預清洗是用來去除上述污染物的。預清洗通過離子束蝕刻方法來實施。進一步如圖4所示，執(zhí)行預清洗時，打開第一光閘42和第二光閘46，用由離子束蝕刻源(ion-beametching source, IBES)41產生的離子束轟擊磁條45的空氣承載面，由此去除污染物。
由于預清洗是為了去除表面污染物，因此物理方法去掉的空氣承載面(即磁頭基底)的材料非常少，通常大約lnm厚。需要注意的是，本實施例中通過離子束蝕刻方法去除污染物，但是還可以通過其他合適的方法去除污染物，例如等離子體濺射方法。
預清洗后，利用離子束積淀法(ion-beam d印osition， IBD)在磁條45的空氣承載面上積淀第一類金剛石碳層。預清洗后，關閉第一光閘42，打開第三光閘44.在磁條45的空氣承載面上積淀由離子束積淀源43產生的碳離子束。 一段時間后，在空氣承載面上就積淀形成第一類金剛石碳層。在這個過程中，使用甲烷或者乙烯在離子束積淀過程中作為前驅體，而純石墨柱被用作濾波陰極電弧的靶材。石墨靶材被電弧電離，碳粒如電離形成的碳離子受磁管道影響限制。大微粒在經過磁管道時被過濾掉。僅僅大小適中的碳離子被積淀到磁條45的空氣承載面上。通常，這種方式積淀形成的第一類金剛石碳層的厚度為l-2nm。明顯地，積淀第一類金剛石碳層時，部分碳材料嵌入進空氣承載面，因此在空氣承載面中上形成包括第一類金剛石層的材料和磁頭材料的混合層。 需要注意的是，雖然在本實施例中，通過離子束積淀方法形成第一類金剛石碳層，但是，也可以應用其他方法形成第一類金剛石碳層，例如化學氣相積淀法(chemical vapord印osition， CVT)或者濾波陰極電弧法(filter cathodicarc， FCA)。此外，在混合層形成過程中(即第一類金剛石碳層的積淀過程中)，為了獲得合適的混合層厚度，控制離子束參數非常重要。實驗證明，當離子束的入射角在0-80度，蝕刻能量在150-500eV之間時，混合層形成的厚度最佳，該厚度會使得在下一步驟中積淀的第二類金剛石碳層具有較強的黏合力。 接著，蝕刻掉第一類金剛石碳層后，從空氣承載面中暴露出混合層。此時，關閉第
三光閘44，然后打開第一光閘42，離子束蝕刻源41產生的離子束轟擊(即蝕刻)在空氣承
載面積淀的第一類金剛石碳層，來去除第一類金剛石碳層，從而暴露出混合層。 在從空氣承載面中露出混合層的過程中，為了不破壞混合層并且精確地控制第一
類金剛石碳層的蝕刻量，蝕刻過程中應用端點檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用質譜檢測基底材料
(通常包括鈦，氧化鋁和鎳鐵)。 一旦該系統(tǒng)檢測到有基底材料(主要是磁頭材料)飛濺出
來，蝕刻過程將立刻停止。 露出混合層后，在空氣承載面上積淀形成第二類金剛石碳層。如圖4所示，再次關閉第一光閘42，并相應地再次打開第三光閘44.由離子束積淀源43產生的碳離子束在混合層上積淀形成第二類金剛石碳層。需要注意的是，雖然本實施例中的第二類金剛石碳層通過離子束積淀方法形成，但是也可以通過其他方法形成，例如化學氣相積淀法或者濾波陰極電弧法。另外，為了充分保護磁條45的空氣承載面，第二類金剛石碳層的優(yōu)選厚度是1. 5-3. 0nm。 最后，給處理室302通風并從處理室302中卸載磁條45，該磁條的空氣承載面上積淀有第二類金剛石碳層。在磁頭空氣承載面形成類金剛石碳層的整個過程結束。
圖5a-5c顯示了在實施圖3所示的本發(fā)明方法時空氣承載面的主要表面的變化情況。圖中，311表示第一類金剛石碳層，312表示磁條的空氣承載面，313表示混合層，314表示第二類金剛石碳層。如圖5a所示，第一類金剛石碳層形成過程中，第一類金剛石碳層311形成在空氣承載面312上，因此就在空氣承載面312上形成了混合層313(參見圖5b)。接著，如圖5b所示，蝕刻掉第一類金剛石碳層，露出混合層313，該混合層313包括第一類金剛石碳層311和空氣承載面312(例如，基底)。最后如圖5c所示，在混合層313上形成的第二類金剛石碳層314起保護層的作用，用來保護整個空氣承載面312。 如上所述，在混合層形成過程中，離子的能量對混合層的厚度有很大的影B向。通常磁頭的磁阻阻抗變化是與混合層的厚度變化成比例的，因此可以通過觀察磁阻阻抗的變化來獲得厚度的變化。磁阻阻抗隨著離子能量變化的情況如圖6所示，圖中磁阻阻抗的變化在正常范圍內。從圖中很明顯地發(fā)現，當離子能量增加，磁阻阻抗的變化也增加，混合層厚度也增加。為了獲得一個適宜的混合層厚度，需要控制離子的能量。事實證明，離子的能量在150-500eV之間是最適宜的。 以此方式形成的混合層可以用俄歇電子光譜(Auger ElectionSpectrum， AES)方法檢測。具體地，在俄歇電子光譜深度剖面分析中使用鎳鐵晶片(含鎳達82%)作為基準。用電子束積淀法對該晶片進行蝕刻，然后在其上形成2nm厚度的硅層。圖8b為該晶片的俄歇電子光譜深度分布的分析結果。作為比較，應用電子束積淀法對第二晶圓(包含與上述晶片相同的化學元素)進行蝕刻，然后在其上積淀一層類金剛石碳層。然后，蝕刻掉類金剛石碳層，再次在第二晶片上形成2nm厚的硅層。圖8a為第二晶片的俄歇電子光譜深度分布的分析結果。在圖8a所示的圖表中附加強度曲線401作為對比。強度曲線401表示碳元素(高活性碳，HiEC)的強度變化，當前曲線401表示含有碳的混合層形成在第二晶片上。
另外，實施本發(fā)明的方法時，靜電放射(Electrostatic damage, ESD)會磁頭極尖產生破壞效應。以穿隧式磁電阻磁頭(tunnelmagneto-resistive slider)為例評估上述破壞效應。通過在實施該方法的(具體來說，是形成第二類金剛石碳層的步驟，例如，HiEC過程)前后分別檢測磁頭磁阻阻抗的下降值來判斷靜電放射。。如果磁阻阻抗值降低大于95%，那么認定穿隧式磁電阻的阻擋層被靜電放射破壞。磁阻阻抗的下降如圖7所示?？梢钥吹酱蠖鄶档臏y試點位于斜線500上方，只有少數測試點位于斜線500下方，這表示磁阻阻抗的下降值(測試點位于斜線500下方)很小。換句話說，本發(fā)明的方法引起的靜電放射對磁頭的破壞很小。 此外，為了評估形成在磁頭空氣承載面上的類金剛石碳層的黏合力和覆蓋改善情
況，還進行熱沖擊試驗和浸酸測試。以下描述上述試驗。首先，取一組磁頭作為樣本。每個
磁頭的空氣承載面上形成有一層類金剛石碳層。利用本發(fā)明的方法形成的類金剛石碳層厚
度分別為lnm、1. 5nm、2nm、2. 5nm和3nm。而其余使用傳統(tǒng)方法制造的類金剛石碳層標記為
3C，厚度為3nm，必要的硅層來改善磁頭空氣承載面上的類金剛石碳層的黏合力。其次，通過顯微鏡(1500X)檢測極尖區(qū)域上磁頭初始缺陷。接著，這些磁頭在圖
9a所示的溫度條件下進行熱沖擊試驗。將磁頭放進一個溫度隨著時間從高(14(TC)到低(40°C)變化的環(huán)境中，檢測空氣承載面上的類金剛石碳層的黏合力。溫度變化循環(huán)周期如圖所示。之后，將磁頭短時浸入特定的酸(PHI. 8)內。通過較短時間的浸酸步驟，每個磁頭的空氣承載面尤其是其極尖區(qū)域被酸腐蝕，在顯微鏡(1500X)下計算侵蝕點的數目。在短時浸酸步驟后，將磁頭較長時間浸入另一種特定的酸(PHI. 8)內。類似地，通過較長時間的浸酸步驟，在每個磁頭的空氣承載面上會形成更多的侵蝕點。相應地在顯微鏡(1500X)下計算侵蝕點的數目。如圖9b-9c所示為最后的試驗結果，圖中縱坐標表示侵蝕率(S卩，侵蝕點相對起初始缺陷的增加率)，而橫坐標表示不同類金剛石碳層厚度的磁頭。此外，圖中陰影塊表示嚴重侵蝕率，而空白塊表示微小侵蝕率。 圖9b所示為短時間浸酸試驗的侵蝕結果。圖中清楚地看出應用本發(fā)明的方法在磁頭的空氣承載面上包覆的2nm厚的類金剛石碳層的侵蝕率比用其他應用傳統(tǒng)方法形成的3nm厚類金剛石碳層(標記為3C)的侵蝕率要小得多。類似地，如圖9c所示，2nm厚的類金剛石碳層比其他標記為3C的類金剛石碳層有更小的侵蝕率。換句話說，本發(fā)明的方法能夠在磁頭的ABS上提供比傳統(tǒng)方法更薄更穩(wěn)定的類金剛石碳層。 雖然本發(fā)明方法是利用單個裝置300來實施，但是如果上述方法過程使用單個裝
置難以實施時，也可以應用兩個或者多個裝置依次實施。例如，在形成混合層前的那些步驟
可以使用一個裝置執(zhí)行，而形成混合層和接下來的步驟可以使用另一個裝置執(zhí)行。 與傳統(tǒng)方法相比，在磁頭空氣承載面上形成的混合層與空氣承載面、第二類金剛
石碳層都有較好的黏合力，因此形成的第二類金剛石碳層也具有較好的黏合力；此外，因為
在空氣承載面上只有單層材料作為保護層，例如第二類金剛石碳層，保護層的總厚度有效
地被降低。 以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權利要求
一種磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，包括下列步驟(1)提供多個陣列式排列的磁頭，每個所述磁頭具有一空氣承載面；(2)通過在所述空氣承載面積淀第一類金剛石碳層從而在所述磁頭的所述空氣承載面形成一混合層，所述混合層包括所述磁頭的材料和所述第一類金剛石碳層的材料；(3)除去所述第一類金剛石碳層，露出所述混合層；及(4)在所述混合層上形成第二類金剛石碳層。
2. 如權利要求1所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，還包括以下步驟將所述磁頭放置于托盤上；將所述托盤裝入處理室；并將所述處理室抽空至預定壓強，且上述步驟是在步驟(1)后步驟(2)前進行。
3. 如權利要求2所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于在所述處理室被抽空之后并且進行步驟(2)前，需要去除所述磁頭的所述空氣承載面上堆積的污染物。
4. 如權利要求3所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述污染物是用離子束蝕刻或者等離子體濺射方法去除。
5. 如權利要求1所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述第一類金剛石碳層通過化學氣相積淀法、離子束積淀法或濾波陰極電弧法在每個所述磁頭的所述空氣承載面積淀形成。
6. 如權利要求1所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述步驟(3)使用離子束蝕刻方法。
7. 如權利要求6所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述離子束的入射角范圍是0-80度。
8. 如權利要求6所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述蝕刻能量范圍是150-500eV。
9. 如權利要求1所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述第二類金剛石碳層是通過化學氣相積淀法、離子束積淀法或濾波陰極電弧法在所述混合層上形成的。
10. 如權利要求l所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于所述第二類金剛石碳層的厚度范圍是1. 5nm-3. 0nm。
11. 如權利要求2所述的磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，其特征在于還包括通風所述處理室并從所述處理室卸載磁頭的步驟，且該步驟在步驟(4)后進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁頭空氣承載面上類金剛石碳層的形成方法，包括下列步驟將具有空氣承載面的磁頭陣列分布；通過在空氣承載面積淀第一類金剛石碳層從而在磁頭空氣承載面形成一個包括磁頭材料和該類金剛石碳層材料的混合層；去除第一類金剛石碳層，露出混合層；在該混合層上形成第二類金剛石碳層。
文檔編號G11B5/127GK101727914SQ20081017517
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權日2008年10月27日
發(fā)明者上田國博, 方宏新, 王東 申請人:新科實業(yè)有限公司