專利名稱：碳化鈦磁阻頭磁屏的偽屏火花隙的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及用于計算機數(shù)據(jù)存儲裝置的讀出頭。本發(fā)明尤其涉及一種保護讀出頭免受靜電放電的結(jié)構(gòu)。
用于為計算機系統(tǒng)存儲信息的比如磁盤機和磁帶機的數(shù)據(jù)存儲裝置是周知的。在磁數(shù)據(jù)存儲裝置里，例如磁盤或磁帶的介質(zhì)是用磁性材料處理的。為了在磁場中產(chǎn)生倒相以便在媒體上編碼信息，該磁性材料可以被極化。用于編碼信息的倒相可以由通常稱為讀出頭的磁傳感器檢測。讀出頭一般安裝在通常稱為浮動滑塊的一種結(jié)構(gòu)上。浮動滑塊由通常稱為空氣軸承的一薄層空氣所支承，在介質(zhì)的表面上方飛掃?？諝廨S承由浮動塊相對于介質(zhì)的相對運動所產(chǎn)生。例如，在磁盤機裝置里，磁盤旋轉(zhuǎn)以造成介質(zhì)和浮動滑塊之間的相對運動。浮動滑塊可以沿媒體徑向地定位，從而在媒體旋轉(zhuǎn)時允許讀出頭訪問媒體的任何區(qū)域。

圖1是一個具有兩個橫擋3的浮動滑塊1的示意圖。每個橫檔3具有一個空氣軸承面5。在每個橫擋的“下沉端”4上裝設(shè)一個讀出頭7。浮動滑塊1沿箭頭9的方向相對于磁性媒體運動。
一種眾所周知類型的讀出頭稱為磁阻(“MR”)頭。一個MR頭利用磁阻材料(通常稱為“MR傳感元件”)去檢測局部磁場的變化。圖2是浮動滑塊1的橫擋3內(nèi)的MR讀出頭7的一個剖面的簡化示意圖，該剖面是從空氣軸承面觀察的。箭頭9表示讀出頭7相對于該讀出頭7在其上飛掃的媒體的方向，一個MR傳感元件11表示為布置在第一磁屏13和第二磁屏15之間。第一和第二磁屏13、15典型地是由磁性材料如鎳/鐵合金構(gòu)成的，它防止了相鄰介質(zhì)區(qū)域的磁場扭曲與從介質(zhì)上將要讀出的信息有關(guān)的磁場。包圍各屏蔽13、15及MR傳感元件11的是如氧化鋁的絕緣材料17。絕緣體17防止MR傳感元件11直接和第一或第二磁屏13、15中的一個電接觸。圖2中還表示了一個基片19?；?9可以是如碳化鈦陶瓷材料。
圖3是沿圖2中所示的讀出頭7的3-3線的剖面圖。通過傳感器各引線21(圖中僅示出靠近該MR傳感元件11一側(cè)的一個這樣的引線21)，MR傳感元件11(用虛線表示該傳感器11被傳感器引線21遮蔽)和一個在專業(yè)中周知的附加電路相連接。第二條引線(未示出)和MR傳感元件11的另一側(cè)連接?？梢栽诳諝廨S承表面5上施加一個碳質(zhì)外罩20，以使磨損最小并且保護相對軟的磁屏13、15和MR傳感元件11免受損壞。外罩20對于在空氣軸承表面5上出現(xiàn)火花放電的可能性的影響很小。如圖1-3所示的磁頭7的MR頭的一個問題是，在制造期間可能從外部來源(如人體)向MR讀出頭7的部件(如磁屏13、15，MR傳感元件11和基片19)傳送靜電電荷。當向一個部件傳送的電荷足夠大時，出現(xiàn)通常稱為“火花放電”的放電。在磁頭7的制造和運送期間最有可能出現(xiàn)這種火花放電。
火花放電可能損壞磁頭。例如，在火花放電位置處的高電流強度一般造成火花放電附近材料的熔化。這種損壞可能出現(xiàn)在浮動滑塊1的空氣軸承表面5上。對于具有在空氣軸承5處出現(xiàn)火花放電的高百分率的MR讀出頭，火花放電損壞的結(jié)果或者增大電阻，或者在MR傳感元件電路中造成近似開路的狀態(tài)。另外，對空氣軸承表面5的損壞造成浮動滑塊1的飛掃高度特性的不希望的改變。也就是說，即使是空氣軸承表面5的表面特性的微小改變也具有對浮動滑塊1的飛掃高度特性的大的影響。由于火花放電的不希望有的影響，MR讀出頭的生產(chǎn)率的下降和一般出現(xiàn)這種火光放電的頻率成正比。
對這種靜電放電的研究已經(jīng)揭示出這些放電一般出現(xiàn)在三個區(qū)域中之一。在圖3中用字母“A”、“B”和“C”表示這三個區(qū)域。如圖3中所示，由于在空氣軸承中產(chǎn)生的較高的電場，這些放電區(qū)域一般是沿著空氣軸承表面5(即使提供了碳外罩20時)。
圖4示意由MR頭7的各部件構(gòu)成的電路的電模型。和MR傳感元件11連接的引線21的電阻用兩個電阻器23、24模示。MR傳感元件11的電阻用一個電阻器25模示。一種防止因靜電放電而造成的損壞的方法是在93年12月21日授權(quán)給Shibata等人的名稱為“Magneto-Resistance Effect Magnetic Head with StaticElectricity Protection”(帶有靜電保護的磁阻效應(yīng)磁頭)的美國專利No.5,272,582中講授的。在Shibata的專利中，設(shè)置了兩個傳感元件磁心以在浮動塊的空氣軸承表面的附近構(gòu)成一個磁隙。這兩個磁心在一個“背隙”上相互是磁接觸的，該“背隙”遠離該磁隙。在各個傳感元件磁心與該磁隙之間安放了一個絕緣層。在絕緣層之間安裝MR傳感元件并使該MR傳感元件在該磁隙之中。一個接地導電層電氣上和磁心中的第一個相連以便為從磁記錄介質(zhì)進入到磁隙的電荷提供接地的通路。因此，Shibata試圖把構(gòu)成磁隙的兩個磁心保持在一個受控的電勢上。這種布局的意圖是防止可能來自磁記錄介質(zhì)的電荷進入到該磁隙之中。
在1979年4月發(fā)表的IBM技術(shù)公報書21卷11號中Rohen(以下稱為“Rohen”)講授防止靜電放電以及這種放電產(chǎn)生的有關(guān)損壞的第二種方法。圖5表示Rohen采用的方法。在圖5中，一個MR元件31位于該結(jié)構(gòu)的一端。第一導電區(qū)域33和第二導電區(qū)域35經(jīng)端子37、39和接地電位電連接。絕緣材料41把這兩個區(qū)域33、35和兩個輔助導電區(qū)域43、45隔離開。區(qū)域43、45為電流提供通向MR元件31的導電通道，在制造期間該結(jié)構(gòu)的上部分47被移動到虛線49。通過把區(qū)域33、35和接地電位連接，為任何直接的靜電放電提供了低電位點，并且由區(qū)域33、35形成的接地側(cè)條提供了法拉弟屏蔽從而減少非直接靜電放電的影響。
防止靜電放電以及該放電引起的相關(guān)損壞的第三種方法需要為火花放電提供替代的通路。這種方法用于常規(guī)的感應(yīng)讀/寫頭。例如，在一般的感應(yīng)讀/寫頭中，感應(yīng)線圈比磁軛大約3μm。該電感應(yīng)線圈和該磁軛之間的介質(zhì)一般地是一個絕緣體，例如氧化鋁(Al2O3)。為了減小在這些部件上積累的任何靜電電荷，構(gòu)造了一個火花隙裝置，其引起來自感應(yīng)線圈或磁軛的火花放電。這種火花隙裝置靠近一個要放電的部件。在該部件上積累的電荷在比為向其它任何部件造成火花放電所需的更低的電壓上造成對火花隙裝置的火花放電。例如，在常規(guī)的感應(yīng)讀/寫頭中，應(yīng)該把一個火花隙裝置安裝在大約離放電部件1μm的地方。這樣，在比為使在磁軛和感應(yīng)線圈之間的3μm間隔產(chǎn)生火花放電所需的低得多的電壓上出現(xiàn)火花放電。
但是，由于MR讀出頭各個部件之間相對短的距離，在各個部件之間出現(xiàn)火花放電的電壓是相對低的。例如，在距離為0.12μm的MR傳感器引線和接地磁屏之間造成火花放電所需的電壓(即“火花放電電壓”)僅為60伏。
相反，在一般的MR頭(比如圖1中所示的磁頭7)中，一個磁屏13、15與MR傳感元件11之間的距離大約是0.12μm。因此，在比常規(guī)感應(yīng)讀/寫頭中磁軛和感應(yīng)線圈之間出現(xiàn)火花放電的低得多的電壓上在常規(guī)MR讀出頭的磁屏13、15與MR傳感元件11之間將出現(xiàn)火花放電。而且，因為MR讀出頭7的部件之間的火花放電可以通過空氣軸承表面上的空氣發(fā)生，磁屏13、15與MR傳感元件11之間所需的火花放電電壓甚至比必須跨越絕緣體的火花放電的情況下所需的電壓還要低。因此，研制一種可為積累在MR讀出頭的各部件上的電荷提供替代的放電路徑(即，一條要比在MR讀出頭的部件之間引起火花放電所需的電場更弱的電場上引發(fā)火花放電的路徑)的一種火花隙裝置是非常困難的。例如，在常規(guī)的感應(yīng)裝置里造成磁軛和感應(yīng)線圈之間的火花放電需要超出1000伏的電壓。相反，在相隔0.12μm的MR傳感器引線和接地磁屏之間，60伏可以引發(fā)火花放電。這種差異是由于跨越MR傳感器引線和磁屏之間的間隙的距離相對短，并且還由于MR讀出頭的各個部件基本上在空氣軸承表面上暴露在空氣中的這些事實。
盡管Rohen和Shibata提供的解決方式減少了MR讀出頭出現(xiàn)損壞的機會，由于火花放電(尤其在空氣軸承表面上)而造成的損壞仍是一個頑固的問題，這個問題不合乎需要地影響著生產(chǎn)率。從而，本發(fā)明的一個目的是提供一種在空氣軸承表面上對有害的火花放電不太敏感的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個目的是提供一種廉價的在空氣軸承表面上不太易受火花放電損壞的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的再一個目的是提供一種有效地制造在空氣軸承表面上不太易受火花放電損壞的一種結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明是一種用于感測從磁存儲介質(zhì)發(fā)出的磁場的磁阻讀出頭，該磁存儲介質(zhì)例如是計算機磁盤機裝置的一個磁盤或者磁帶機中所使用的磁帶。按照本發(fā)明的一種實施方式，非常靠近一個讀出頭的多個磁屏處安裝多個“寄生屏”。一個寄生屏和一個磁屏之間的間隙最好較窄于一個磁屏與基片或一個傳感元件之間的間隙，該讀出頭是在該基片上構(gòu)成的。從而，寄生屏為與火花放電相關(guān)的電流提供了一條替代的路徑，這樣防止這樣的電流損壞讀出頭。
通過一個電阻元件各個寄生屏和傳感元件電連接。因此，寄生屏的電位基本上將等于該傳感元件的電位。從而，如果在磁屏上積累電荷，比為在磁屏和傳感元件之間流過電流所需的電位的一個更低的電位下電流將流往寄生屏。備擇地，寄生屏可以直接地與已知電位的結(jié)構(gòu)諸如該基片電連接。
按照本發(fā)明的第二實施方式，傳導火花隙裝置和傳感元件各引線及各磁屏電連接。每個火花隙裝置離基片非常地近，從而為在傳感元件和基片之間積累的電荷提供了一條替代的放電路徑。按照本發(fā)明的一種實施方式，利用光刻及掩膜技術(shù)把火花隙裝置制造在半導體基片材料的一個薄片的沉積端面上的該薄片層上。在本發(fā)明的一個實施方式里，沉積端面處的墊可以和該基片以及各防護屏連接以允許構(gòu)成外部連接。
在本發(fā)明的實施方式中，和基片非?？拷幕鸹ㄏ兜亩祟^是用高電場強度感應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)形的，該高電場強度感應(yīng)結(jié)構(gòu)降低造成火花隙裝置和基片之間火花放電所需的電壓。備擇地，火花隙設(shè)備可以直接地和基片連接并且很靠近各磁屏及傳感元件。
本發(fā)明的細節(jié)，包括其結(jié)構(gòu)及運行兩個方面，可以參照附圖得到最好的理解。在附圖中相同的參考數(shù)字代表相同的部件。附圖是圖1是常規(guī)計算機磁盤機裝置中所使用的現(xiàn)有技術(shù)的浮動滑塊的透視圖；圖2是從空氣軸承表面看過去的現(xiàn)有技術(shù)的MR讀出頭的一個部分剖面圖；圖3是沿圖2的3-3線剖取的現(xiàn)有技術(shù)MR讀出頭的部分剖面圖；圖4是由圖2和圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)MR頭構(gòu)成的電路的模型；圖5表示一種帶接地側(cè)條的現(xiàn)有技術(shù)的MR頭；圖6a是按照本發(fā)明的一種實施方式的一種MR讀出頭的部分剖面圖；圖6b是按照本發(fā)明的另一種實施方式的一種MR讀出頭的部分剖面圖；圖6c是沿圖6a的6c-6c的線剖取的所發(fā)明的讀出頭的剖面圖；圖7a和7b是圖6a-6c中表示的發(fā)明的MR頭所構(gòu)成的電路的模型；圖8表示按照本發(fā)明的第一實施方式的一個制造過程；圖9是由本發(fā)明方法執(zhí)行的處理步驟的流程圖；圖10-16表示按照本發(fā)明的方法執(zhí)行的附加步驟；
圖17表示本發(fā)明的第二實施方式；圖18a表示本發(fā)明的一種實施方式，其利用傳導桿吸引火花放電；圖18b是一個沿圖18a的18b-18b線剖取的本發(fā)明的該實施方式的剖面圖；圖19表示本發(fā)明的一種實施方式，在該實施方式中展示了一個把傳感元件與讀出頭外部電路連接起來的一個墊片。
圖20是本發(fā)明的另一種實施方式的沉積端視圖，在該實施方式中各防護屏還和讀出頭的沉積端面處的墊片電連接；圖21a和21b是按照本發(fā)明的一種實施方式制造圖18a的讀出頭的方法的流程圖；圖22是一個磁盤存儲系統(tǒng)。
圖22是一個磁盤存儲系統(tǒng)。對于一個普通的技術(shù)人員這點很清楚盡管本發(fā)明被描述為用于磁盤存儲系統(tǒng)，但本發(fā)明可以應(yīng)用于任何使用該發(fā)明的磁頭的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，諸如磁帶記錄系統(tǒng)等。至少一個可旋轉(zhuǎn)磁盤2212被支承在主軸2214上并且由磁盤驅(qū)動馬達2218旋轉(zhuǎn)。各個盤上的磁記錄介質(zhì)是以盤2212上的同心數(shù)據(jù)磁道(未示出)的環(huán)形樣式為形式的。在盤2212上至少定位著一個浮動滑塊2213，各個浮動滑塊2213支承著一個或多個磁性讀/寫傳感器2221，其通常稱為讀/寫頭。當磁盤旋轉(zhuǎn)時，浮動滑塊2213徑向地沿盤表面2221內(nèi)外移動，從而磁頭2221可以訪問記錄著所需數(shù)據(jù)的磁盤的不同部分。通過懸架2215各浮動滑塊2213和致動臂2219連接。懸架2215提供一個使浮動滑塊2213靠著盤表面2222的輕微彈力。各個致動器臂2219連接在致動器裝置2227上。如在圖22中所示的致動器裝置例如可以是一個音圈馬達(VCM)。VCM包括一個可在一個固定磁場內(nèi)移動的線圈，線圈移動的方向和速度是由控制器所提供的馬達電流信號控制的。
在該磁盤存儲系統(tǒng)運行期間，盤2212的旋轉(zhuǎn)在浮動滑塊2213和盤表面2222之間產(chǎn)生一個在浮動滑塊上施加一個向上壓力(即升力)的空氣軸承。從而該空氣軸承補償懸架2215的輕微彈力，并且在運行期間支承浮動滑塊2213以一個小的、基本為恒定的間距略微處于盤表面的上方。
在運行中磁盤存儲系統(tǒng)的不同部件是由控制單元2229產(chǎn)生的控制信號諸如存取控制信號和內(nèi)部時鐘信號控制的。一般地，控制單元2229例如包括邏輯控制電路、存儲器和微處理機?？刂茊卧?229產(chǎn)生控制不同系統(tǒng)操作的各種控制信號，比如線2223上的驅(qū)動馬達控制信號和線2228上的磁頭位置及查找控制信號。線2228上的控制信號提供所需的電流曲線以把一個選定的浮動滑塊2213最優(yōu)地移動和定位到相關(guān)磁盤2212的所需數(shù)據(jù)磁道上。通過記錄通道2225讀和寫信號與讀/寫頭2221進行通信。
上面對一般磁盤存儲系統(tǒng)所作的說明以及對圖22的伴隨示例說明僅用作為對本發(fā)明一種示例性說明。很明顯磁盤存儲系統(tǒng)可能包括大量的盤和致動器，并且每個致動器可能支持多個浮動滑塊。
圖6a是按照本發(fā)明的第一實施方式的一個磁阻(“MR”)讀出頭107的部分剖面圖。圖6a的MR讀出頭107是在基片119上構(gòu)造的。基片119可以由任何用于制造浮動滑塊的適當常規(guī)材料來制造，例如碳化鈦陶瓷。普通的技術(shù)人員可以理解對于本發(fā)明特定的基片材料不是實質(zhì)性的。例如，在本發(fā)明的一種備擇實施方式里，基片可以是傳導性材料(例如鐵氧體，或鐵氧體合成物)、半導體材料(例如單晶硅)或絕緣材料(例如氧化鋁)。該MR讀出頭107包括第一磁屏113、第二磁屏115、一個傳感元件111和四個寄生屏124，每個寄生屏124緊靠磁屏113、115之一形成。
在圖6a中所示的本發(fā)明的一種實施方式里，各個寄生屏124的近端面127大致和磁屏113、115的靠近端面的形狀相符合。備擇地，各個寄生屏124的近端面127可以具有高電場強度感應(yīng)結(jié)構(gòu)(HEFDI結(jié)構(gòu))。例如，如圖6b中所示，各個寄生屏124的近端面可以用HEFDI結(jié)構(gòu)構(gòu)造，比如造成電場強度集中的普通的針狀結(jié)構(gòu)(即，最好是其半徑小于1μm的結(jié)構(gòu))。熟練的技術(shù)人員會理解，可以使用其半徑大于1μm的結(jié)構(gòu)。但是，半徑越小，電荷的集中越多。由于在HEFDI結(jié)構(gòu)中的電場集中，寄生屏124和一個磁屏113、115之間的火花放電的可能增大了。因此，在磁屏113、115和傳感元件111之間或者在磁屏113、115和基片119之間出現(xiàn)火花放電的可能更小。可以提供單個HEFDI結(jié)構(gòu)。但是，多個這樣的HEFDI結(jié)構(gòu)是更好的，因為高電流強度的火花放電可能使單個HEFDI結(jié)構(gòu)變形，從而降低HEFDI集中電場的能力。通過具有多于一個的這種HEFDI結(jié)構(gòu)，通過一個HEFDI結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多于一次的高電流火花放電將是可能的，即使火花放電造成其電流經(jīng)過的結(jié)構(gòu)的損壞。在考慮讀出頭的尺寸以及多次火花放電的可能性之后在讀出頭處可供用的空間與HEFDI結(jié)構(gòu)數(shù)量之間的權(quán)衡要求選取特定的HEFDI結(jié)構(gòu)的最佳數(shù)目。
圖6b表示一種備擇的實施方式，在這種實施方式里通過一個傳導元件171一個特有的墊片170和磁屏115電連接。以類似的方法采用附加的其它傳導元件(未示出)可以把讀出頭107的其它部件與附加的其它墊片電連接起來。
圖6c是沿圖6a的6c-6c線剖取的讀出頭107的剖面圖。圖6c揭示各寄生屏124不延伸接近空氣軸承表面5。通過把各寄生屏124適當?shù)貥?gòu)造在空氣軸承表面之上(即，最好大約是寄生屏124和磁屏115之間距離的二倍)，火花放電將出現(xiàn)在空氣軸承表面之上的機會將明顯減小。
在本發(fā)明的一種實施方式中，各個磁屏113、115是由通常稱為坡莫合金的鎳/鐵合金制造的。備擇地，磁屏113、115可以由相對可滲透材料(例如鐵氧體)制造的。在本發(fā)明的最佳實施方式里，寄生屏124是用和磁屏113、115相同的材料制造的，以允許用形成一個磁屏的同一工序步驟形成至少一個寄生屏。備擇地，各寄生屏124可以用任何傳導材料制造。
最好通過一條傳導路徑把各寄生屏124和傳感元件電連接起來。在本發(fā)明的一種實施方式里，在每個寄生屏和二個常規(guī)傳感元件111引線21中的一個之間的傳導路徑上提供了約為10-100千歐的電阻(見圖7a)。兩條傳感元件引線21允許電源流經(jīng)傳感元件111。傳感元件引線21中的一條遮掩了圖6c中的傳感元件111。從而，該傳感元件111是用虛線表示的。
在各個磁屏113、115和至少一個寄生屏124之間存在著火花隙125。在最佳實施方式中，兩個火花隙125和每個磁屏113、115，每個磁屏113、115的一側(cè)一個連接?；鸹ㄏ?25最好形成在電流流過一個磁屏113、115和傳感元件111或基片119之間之前電流將先穿過火花隙125。即，火花隙125要比傳感元件111和磁屏113、115之間的間隙更窄。從而，由于在一個磁屏113、115和傳感元件111之間積累的過量電荷而出現(xiàn)的任何火花放電將通過磁屏113、115和相關(guān)的一個或兩個寄生屏124之間的火花放電將穿過火花隙125而被放電。
圖7a是本發(fā)明的MR頭107的第一實施方式的電特性模型的簡圖。通過電容器132、134、136和138每個磁屏113、115電容性地和傳感元件引線21連接。各個電容器132-138代表磁屏113、115和傳感元件引線21之間的電容。例如，電容器132代表由于磁屏113鄰近傳感器引線21而存在的電容。此外，電容器168代表磁屏113和基片119之間的電容。諸如電阻器、二極管金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或靜電放電(ESO)電路的元件142、144、146和148連接在各個寄生屏124和傳感器引線21之間。在本發(fā)明的一種實施方式里，在寄生屏和傳感元件111之間串聯(lián)一個電阻值約為10千歐至100千歐范圍的電阻。備擇地，該寄生屏可以直接地電連接到已知電位的一個結(jié)構(gòu)上，如基片上。
因這些引線的長度在傳感器引線21上的電阻用電阻器150、152表示。此外，在各傳感器引線21和基片119之間存在著電容，其用電容器154、156表示。出于此討論的目的，基片119考慮為地電位。
在各寄生屏124和相鄰的傳感器引線21之間還存在著用電容器158、160、162、164表示的電容。當電荷在磁屏113、115上積累時，在各個寄生屏124與磁屏113、115之間存在的電位將和傳感器元件111和磁屏113、115之間存在的電位相同。也就是說，通過元件140、142、144、146，在各寄生屏124上累積的任何電荷將均勻地分布在整個傳感元件111和各寄生屏124上。因此，如果造成穿過間隙125的火花放電所需的電位低于造成穿過任一磁屏113、115和傳感元件111之間的間隙上的火花放電所需的電位，則在磁屏113、115和傳感元件111之間就不會出現(xiàn)火花放電。即，在磁屏113、115和傳感元件111之間不會出現(xiàn)有害的靜電放電，這是由于在磁屏113、115和傳感元件111之間累積的任何電荷在達到足以引起傳感元件和磁屏之間的火花放電之前將先由傳感元件11 1和寄生屏124之間的火花放電所耗散。因為火花隙125不靠近空氣軸承表面5，穿過火花隙125的火花放電的后果遠不會破壞讀出頭107的工作。
按照圖7b中所示的本發(fā)明的另一種實施方式，至少一個磁屏113、115和至少一個寄生屏124之間安裝了一個靜電放電電路166。靜電放電電路166可能由單個元件，如P溝道MOSFET、N溝道MOSFET或薄膜晶體管(TFT)組成。在本發(fā)明的一種實施方式中，晶體管的柵或和漏極或和源極連接。備擇地，柵極和一個控制電路，例如MR電路連接。這樣的控制電路從而可以改變靜電放電電路166的特性。在本發(fā)明一種實施方式里，漏極和一個寄生屏124連接而源極和一個磁屏113、115連接。備擇地源極和一個寄生屏124連接而漏極和一個磁屏113、115連接。
圖8表示按照本發(fā)明的第一實施方式的一種制造過程中的第一步驟。圖9是本發(fā)明方法中所執(zhí)行的處理步驟的流程圖。按照圖8中所示的實施方式，MR讀出頭是在基片119上制造的。往沉積端面121上施一層絕緣體117(例如氧化鋁)，例如沉積到基片119的沉積端面121上(步驟901)。備擇地，可以通過任何周知的技術(shù)外加絕緣體117，比如把象氧化鋁的絕緣材料噴涂到基片119上、把液態(tài)聚合物導入到薄片上并旋轉(zhuǎn)該薄片以散布該聚合物、或者通過化學汽相淀積鍍膜(CVD)技術(shù)沉積絕該緣材料。
然后形成“隔片”結(jié)構(gòu)(即多個隔片)。在本發(fā)明的一種實施方式中，隔片是根據(jù)轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人的美國專利No.4,256,514公開的技術(shù)構(gòu)造的，該專利的名稱是“Method of Forminga Narrow Dimensioned Region on a Body”，于1981年3月17日授權(quán)給Pogge。例如，在本發(fā)明的一種實施方式里，對絕緣體117外施多晶硅“輔座”118(諸如通過常規(guī)的半導體沉積技術(shù)、以及常規(guī)的光刻技術(shù)或常規(guī)的掩模技術(shù))(步驟903)。該多晶硅輔座是一個平臺(或者臺階)，在其上可以形成附加的結(jié)構(gòu)。例如，沿絕緣層117和輔座118的表面114、116再施加一層材料120(諸如氧化物層或氮化物層)，以使得在輔座118上以基本均勻涂敷材料120的狀況形成至少第一和第二外部側(cè)壁180、182以及頂表面184(步驟905)。材料120最好是選擇性地可除去的，例如是選擇性地可蝕刻的。
然后最好對材料120進行處理，以實質(zhì)上除去沿絕緣體120上施加的材料120，只留下不與絕絕體117和基片119之間的界面相平行的平面共平面的材料120。例如，通過采用任何常規(guī)的蝕刻劑可以在既不明顯地影響氧化鋁也不明顯地影響多晶硅的情形下從氧化鋁和多晶硅中選擇性地蝕刻掉氧化物。在選擇性的除去之后，如圖10中所示，實質(zhì)上只留下外部側(cè)壁180、182(步驟907)。接著，執(zhí)行另一次選擇性的除去工藝以除去輔座118(步驟909)，如圖11中所示。輔座118的除去留下兩個非常窄的材料120的隔片180、182。
在形成隔片之后，如圖12中所示，外施磁性材料(諸如鎳/鐵坡莫合金或鐵硅鋁磁合金)以形成二個寄生屏124和第一磁屏113(步驟911)。一般地，屏124、113將超過隔片180、182。從而，在最佳實施方式里，磨光(即磨盤磨)屏124、113以除去屏124、113超出隔片180、182的部分(步驟913)，如圖13中所示。
按照本發(fā)明的一種實施方式，通過圖14中所示的另一種選擇性地除去工藝(步驟915)除去隔片180、182。例如，可以通過一種可應(yīng)用任何常規(guī)蝕刻劑的蝕刻工藝移去氧化物隔片。一旦移去隔片180、182之后，外加絕緣材料的第二絕緣層(步驟917)，如圖15中所示。所施加的第二絕緣材料層填充當除去隔片180、182時在第一磁屏間留下的間隙。備擇地，可以留下隔片180、182，并把施加到磁屏113、二個寄生屏124和隔片180、182上面的第二絕緣層也可留下。在這兩種情況中，最好把所施加的第二絕緣材料層變成絕緣體117的鄰接部分。接著，如圖16中所示，在絕緣材料117上施加傳感元件111(步驟919)并且在傳感元件111之上施加第三層絕緣材料(步驟921)。
然后最好重復已采用過的形成隔片180、182的工藝以形成另外二個隔片，如圖6a所示，按上面所述的方式這兩個隔片用于形成第二磁屏115和第三及第四寄生屏124(步驟923)。
在一種替代的方法中，各個寄生屏124和第一磁屏113是按單個結(jié)構(gòu)形成的。然后穿過該結(jié)構(gòu)蝕刻兩條分隔線以把該結(jié)構(gòu)分隔為第一磁屏113和各個寄生屏124。接著在各寄生屏124和磁屏113上面外加第二絕緣層。然后按上述的方式形成傳感元件。之后，按單個結(jié)構(gòu)形成第二磁屏115和相關(guān)的寄生屏124。接著穿過該結(jié)構(gòu)蝕刻兩條線分隔該結(jié)構(gòu)以形成第二磁屏115和第三、第四寄生屏124之間的間隙。
在再一種替代的實施方式里，通過在絕緣材料上蝕刻三個槽可以形成隔片180、182，這樣在第一和第二槽之間留下第一隔片180并且在第二和第三槽之間留下第三隔片182。除了形成隔片的方式之外，該方法的其它部分和圖9a及9b所示的方法相同。
圖17是本發(fā)明的第二實施方式的示意圖。按照本發(fā)明的第二實施方式，第一和第二火花隙裝置205、203的近端200、204分別直接地和第一和第二磁屏201、202電連接。各個火花隙裝置203、205的遠端206迂回到很靠近基片207?；鸹ㄏ堆b置208的近端211和傳感器213連接?；鸹ㄏ堆b置208的遠端215迂回到很靠近基片207。備擇地，一個或多個火花隙裝置的近端200、204、211可以分別很靠近但是不接觸傳感器213或者磁屏，而遠端215可以和基片207直接電接觸。
在圖18a中所示的本發(fā)明的一種實施方式里，傳導桿210最好垂直于基片207和絕緣體209之間的界面延伸。柱桿210和基片207電連接?；鸹ㄏ堆b置203′、205′、208′的近端200、211分別和傳感元件213、第一磁屏201或第二磁屏202連接。圖18b是沿圖18a中所示的18b-18b線剖取的本發(fā)明的剖面圖。火花隙裝置205′表示為具有HEFDI結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)增大了火花隙裝置205′和柱桿210之間的間隙處的電場強度。從而，在火花隙裝置205′和柱桿210之間的較低電位差上將出現(xiàn)火花放電。HEFDI結(jié)構(gòu)能夠采用常規(guī)的薄膜沉積技術(shù)形成。
在圖19中所示的本發(fā)明的一種實施方式里，傳感器引線(未示出)把傳感元件213和位于讀出頭107′的沉積端面121′上的傳感器墊172連接起來。傳感器墊172允許傳感元件和外部電路連接起來。在圖19中所示的本發(fā)明的該實施方式里，火花隙裝置173的近端和墊172連接起來?；鸹ㄏ堆b置173的遠端包括置于離柱桿210很近的HEFDI結(jié)構(gòu)175。在一種備擇的實施方式里，HEFDI結(jié)構(gòu)175安放為很靠近基片。
圖20是本發(fā)明的另一種實施方式的沉積端面視圖，在這種實施方式里以類似于傳感元件213的方式各個屏201、202也在讀出頭的沉積端面處和墊230電連接。附加的火花隙裝置232可以和各個墊230連接。最好各個火花隙裝置具有HEFDI結(jié)構(gòu)以在火花隙裝置和柱桿210之間的間隙上增大電場強度。
各個火花隙裝置203′、205′、208′最好和與其相連接的結(jié)構(gòu)共平面。例如，火花隙裝置208′和傳感元件213是同在一個平面里的，使得在一個工序中可以將傳感元件213和火花隙設(shè)備208′二者加進去。熟練的技術(shù)人員可理解柱桿的相對位置是不受圖18a中所示的特定位置限制的。反而，只要柱桿可以被安裝成直接地和基片207電接觸并且每個火花隙裝置203′、205′、208′可以位于離柱桿210很近，柱桿210可以放在絕緣體209內(nèi)的任何位置上。
圖21a和21b是按照本發(fā)明的一種實施方式制造圖18a的讀出頭的方法的流程圖。如氧化鋁的第一層絕緣體209施加到沉積端面上，比如沉積到基片的沉積端面上(步驟2101)。備擇地，可以用任何周知的技術(shù)施加絕緣體209，如噴鍍象氧化鋁的絕緣材料到基片207上、把液體聚合物導入到薄片中并旋轉(zhuǎn)該薄片以散布該聚合物，或者通過化學汽相淀積鍍膜(CVD)技術(shù)沉積絕緣材料。接著，在該絕緣材料上面至少沉積一部分第一屏201(步驟2103)。之后往基片209加上第一火花隙裝置203′(步驟2105)。在一種備擇的實施方式中，在加上第一屏201之前先加上火花隙裝置203′。熟練的技術(shù)人員可以理解火花隙裝置203′可以沉積為比屏201更薄的元件。然后在火花隙裝置203′和第一屏201上面施加第二層絕緣材料209(步驟2106)。接著，在絕緣材料209上面加上傳感元件213(步驟2107)。之后往絕緣材料209加上第二火花隙裝置208′(步驟2109)。備擇地，可在傳感元件213之前先加上火花隙裝置208′。
然后在火花隙裝置208′和傳感元件213上面外加第三層絕緣材料(步驟2111)。接著在絕緣層材料209上施加第二屏202(步驟2113)。之后在絕緣層材料209上面施加第三火花隙裝置205′(步驟2115)。在一種備擇的實施方式里，在第二屏202之前先加上火花隙裝置205′。然后，在第二屏202和火花隙裝置205′上面外加第四層絕緣材料209(步驟2117)。
接著，在很靠近火花隙裝置203′、208′、205′的遠端處穿過絕緣材料形成一個洞(步驟2119)。在一種實施方式里，按已知的方式穿過氧化鋁化學蝕刻一個洞。備擇地，通過對選擇地除去材料采用周知的電抗離子技術(shù)形成該洞。一旦形成這個洞，用傳導材料填充這個洞以形成柱桿210(步驟2121)。
制造圖20中所示實施例的方法是相似的。但是，在直到形成柱桿210之后才形成火花隙裝置?；鸹ㄏ堆b置203′、205′、208′施加到絕緣材料209的頂層上。另外，按已知的方式以傳導連接的墊片230 、172形成和各個屏201、202及傳感器213相接觸。火花隙裝置203′、205′、208′形成為和有關(guān)的墊片230、174相接觸并且形成帶有很靠近柱桿210的HEFDI結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個重要方面在于火花隙裝置203、203′、205、205′、208、208′的遠端215、206的特有幾何構(gòu)形。因為傳感元件21 3和磁屏201、202之間的間隙小至12μm，制造火花隙裝置203、203′、205、205′、208、208′間小于12μm的間隙是非常困難的。因此，為了確保在傳感元件213和基片之間的穿過火花隙裝置208的火花放電之前不出現(xiàn)傳感元件213和磁屏201、202之間的火花放電，火花隙裝置208、208′的遠端215必須具有集中電場的特性。也就是說，通過制造使火花隙裝置208、208′的遠端215具有一般為針狀的結(jié)構(gòu)(即最好是具有小于1μm的半徑的結(jié)構(gòu))，由基片207和火花隙裝置208、208′之間的電位差所產(chǎn)生的電場集中在一個相對較小的區(qū)域里。熟練的技術(shù)人員可以理解該半徑可以大于1μm。但是，半徑越大、集中的電荷越少。這種絕緣體209中的電場集中將確保在比在一個磁屏113、115和傳感元件111之間或者在一個磁屏113、115和基片之間出現(xiàn)火花放電所需的電位更低的電位下在火花隙裝置208、208′之間出現(xiàn)火花放電。
已經(jīng)說明了本發(fā)明的一些實施方式。但是，應(yīng)該理解各個所說明的實施方式意圖僅是示例性的而不是用于限制所提供的保護范圍的。因此，僅僅附屬權(quán)利要求書中所規(guī)定的限制才用于定義和限定本發(fā)明的范圍。在不背離本發(fā)明的前提下可對本發(fā)明作出若干輔助修改。例如，種類繁多的材料可以用來制造基片、磁屏和傳感元件。并且，本發(fā)明所定義的火花隙裝置的遠端上可以采用任何特定的形狀。另外，可以采用許多不同的普通布局，其中讀出頭各部件的相對位置是變化的。即，一個或多個磁屏可以被彎曲以環(huán)繞該傳感元件。傳感元件的特定形狀可以同附圖所示的形狀有改變。進而，各火花隙裝置可以在任何接觸點上和讀出頭的各元件相接觸。此外，各火花隙裝置可以沿著任何傳導路徑前進。并且，柱桿可以由任何本質(zhì)上傳導的材料形成。對于本發(fā)明中提供寄生屏的實施方式，上面已經(jīng)說明了一些制造帶有寄生屏的讀出頭的方法。但是，存在著制造這些寄生屏的一些替代方法。應(yīng)該清楚這些方法的任一種應(yīng)該屬于本公開所說明的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。同時，盡管本發(fā)明是在浮動滑塊的情況下一般性地給予描述，應(yīng)該理解讀出頭可以安裝在或制造在不同的平臺上。進而，為了便于理解本發(fā)明僅在讀出頭的情況下給予描述的。但是，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何需要防止部件間靜電放電的裝置，這些部件不是電連接但是彼此是如此靠近，以致由于帶電物體接觸一個部件而向該部件傳送電荷時在相對低的電壓下在部件之間可以出現(xiàn)火花放電。因此，本發(fā)明是不受在此公開的特定的實施方式限制的，而是由下面陳述的權(quán)利要求書限制的。
權(quán)利要求
1.一種讀出頭保護電路，用于對積累在讀出頭的一個元件上的電荷進行放電，該讀出頭具有至少一個基片、至少一個磁屏以及至少一個傳感元件，保護電路包括至少一個離該磁屏很近安放的寄生屏；以及用于把至少一個寄生屏實質(zhì)上保持在該傳感元件的電位上的裝置。
2.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在于該至少一個寄生屏和該至少一個磁屏實質(zhì)上是用相同材料形成的。
3.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在于該用于把至少一個寄生屏實質(zhì)上保持在該傳感元件的電位上的該裝置包括連接在該寄生屏和該傳感元件之間的一個電阻器。
4.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在于為引起該磁屏和該傳感元件之間的火花放電所需的電位大于為引起該寄生屏和該磁屏之間的火花放電所需的電位。
5.權(quán)利要求4的讀出頭保護電路，其特征在于為引起該磁屏和該基片之間的一次火花放電所需的電位大于為引起該磁屏和該寄生屏之間的一次火花放電所需的電位。
6.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在于進而包括一個連接在該磁屏和該寄生屏之間的靜電放電電路。
7.權(quán)利要求6的讀出頭保護電路，其特征在于該靜電放電電路包括至少一個有源器件。
8.權(quán)利要求7的讀出頭保護電路，其特征在于該至少一個有源器件是一個晶體管。
9.權(quán)利要求6的讀出頭保護電路，其特征在于該靜電放電電路包括至少一個無源器件。
10.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在于該用于把至少一個寄生屏實質(zhì)上保持在該傳感元件的電位上的該裝置包括一個連接在該寄生屏和該傳感元件之間的一個電路元件，并且，為引起該傳感元件和該磁屏之間一次火花放電所需的電位大于該二極管兩端的電位差與為引起該寄生屏和該磁屏之間的一次火花放電所需的電位之和。
11.權(quán)利要求6的讀出頭保護電路，其特征在于該電路元件是一個二極管。
12.權(quán)利要求1的讀出頭保護電路，其特征在各寄生屏具有一個很靠近磁屏的近端，該近端具有高電場強度感應(yīng)結(jié)構(gòu)。
13.權(quán)利要求12的讀出頭，其特征在于該高電場強度感應(yīng)結(jié)構(gòu)具有約小于1μm的半徑。
14.權(quán)利要求1的讀出頭，其特征在于該傳感元件是一個磁阻傳感元件。
15.一種在一個基片上的一個讀出頭內(nèi)制造一個讀出頭保護電路的方法，其包括步驟把第一輔座結(jié)構(gòu)施加到該基片上；在該第一輔座結(jié)構(gòu)上面施加一層可除去的材料；除去不和一個與該基片和該絕緣體間界面相平行的平面共平面的該可除去材料的部分；除去第一輔座結(jié)構(gòu)；施加材料以形成第一磁屏和第一及第二寄生屏。
16.一種在一個具有至少一個磁屏和至少一個傳感元件的讀出頭之內(nèi)制造一個讀出頭保護電路的方法，該方法包括下述在一個基片上進行的步驟施加第一層絕緣材料；施加第一輔座結(jié)構(gòu)；在該第一輔座結(jié)構(gòu)上面施加一層可除去的材料；除去不和一個與該基片和該絕緣體間的界面平行的平面共平面的該可除去材料的部分；除去該第一輔座結(jié)構(gòu)從而至少留下一個垂直壁；施加材料以形成第一磁屏和至少一個第一寄生屏；以及從該第一磁屏和各個寄生屏的表面上除去過量的材料，從而在該第一磁屏與任一寄生屏之間不存在傳導路徑。
17.權(quán)利要求16的方法，其特征在于進而包括下述在該基片上執(zhí)行的步驟在該第一磁屏和各個寄生屏上面施加第二層絕緣材料；施加材料以在第二層絕緣材料上面形成一個傳感元件；在該傳感元件上面施加第三層絕緣材料；施加材料以形成第二磁屏和第三及第四寄生屏；施加第二輔座結(jié)構(gòu)；在該第二輔座結(jié)構(gòu)上面施加一層可除去材料；除去不和一個與該基片/絕緣體界面平行的平面共平面的該可除去材料的部分；除去該第二輔座結(jié)構(gòu)；施加材料以形成第二磁屏和第三及第四寄生屏；以及從該第二磁屏和該第三及第四寄生屏的表面上除去過量的材料，從而在該第二磁屏和該第三或者第四寄生屏之間不存在傳導路徑。
18.一種讀出頭保護電路，用于對積累在一個讀出頭的一個部件上的電荷進行放電，該讀出頭具有至少一個基片、至少一個磁屏和至少一個傳感元件，該電路包括至少一個火花隙裝置，其具有一個和磁屏電連接的近端以及一個很靠近該基片的遠端。
19.權(quán)利要求18的讀出頭保護電路，其特征在于至少一個火花隙裝置的至少一個中的該遠端具有至少一個高電場強度感應(yīng)裝置。
20.權(quán)利要求18的讀出頭保護電路，其特征在于至少一個火花隙裝置中的至少一個的該近端和該傳感元件連接。
21.一種讀出頭保護電路，用于對積累在一個讀出頭的一個部件上的電荷進行放電，該讀出頭具有至少一個基片、至少一個磁屏和至少一個傳感元件，該讀出頭保護電路包括至少一個和該基片連接的電傳導柱桿；至少一個火花隙裝置，其具有與該磁屏電連接的一個近端以及和至少一個柱桿靠得很近的一個遠端。
22.權(quán)利要求21的讀出頭保護電路，其特征在于至少一個的火花隙裝置的該遠端包括至少一個高電場強度感應(yīng)電路。
23.權(quán)利要求21的讀出頭保護電路，其特征在于至少一個火花隙裝置的該近端和該傳感元件連接。
24.一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，包括磁性存儲介質(zhì)，用于沿數(shù)據(jù)磁道記錄數(shù)據(jù)；磁傳感器，在相對于磁性存儲介質(zhì)的運動期間其保持在相對磁存儲介質(zhì)很近的間隔位置上，該磁傳感器包括一個磁阻傳感器，其包括具有至少一層絕緣材料的一個基片；布置在該絕緣材料之內(nèi)的一個磁屏；至少一個布置在該絕緣材料之內(nèi)的傳感元件；布置在該絕緣材料之內(nèi)的一個傳感器保護電路，用于對積累在該磁傳感器的一個部件上的電荷進行放電，其包括至少一個很靠近該磁屏安放的寄生屏；以及用于把至少一個寄生屏實質(zhì)上保持在該傳感元件的電位上的裝置；和磁傳感器連接的致動器裝置，用于把該磁傳感器移動到該磁存儲介質(zhì)上的選定數(shù)據(jù)磁道上；以及和磁阻傳感器連接的檢測裝置，用于對代表著記錄在磁存儲介質(zhì)中的由該磁阻傳感器截聽到的數(shù)據(jù)位的磁場起反應(yīng)。
全文摘要
一種具有“寄生屏”的磁阻讀出頭為和與火花放電有關(guān)的電流提供了一條替代的路徑。該寄生屏設(shè)置成離常規(guī)的磁屏很近。寄生屏的電位保持為實質(zhì)上和傳感元件的電位相同。如果在常規(guī)的磁屏上積累電荷，電流將以比造成常規(guī)磁屏和傳感元件間流過電流所需的電位的更低電位流向寄生屏。備擇地，傳導性火花隙裝置和傳感元件引線及各磁屏電連接。各火花隙裝置安放為非常接近基片以為積累在傳感元件和基片之間的電荷提供放電的替代路徑。
文檔編號G11B5/596GK1140872SQ9610586
公開日1997年1月22日 申請日期1996年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月7日
發(fā)明者蒂莫斯·斯考特·胡夫班克斯, 內(nèi)爾·萊斯列·羅伯特森, 史蒂芬·霍德·沃爾德曼, 阿爾伯特·約翰·瓦拉士 申請人:國際商業(yè)機器公司