專利名稱：用于垂直磁記錄介質(zhì)的SiN涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁數(shù)據(jù)記錄，更特別地，涉及磁介質(zhì)上使用的涂層。該涂層特別適于在垂直磁記錄介質(zhì)上使用。
背景技術(shù)：
計算機的核心是稱為磁盤驅(qū)動器的組件。磁盤驅(qū)動器包括旋轉(zhuǎn)磁盤、被與旋轉(zhuǎn)磁盤的表面相鄰的懸臂懸吊的寫和讀頭、以及轉(zhuǎn)動懸臂從而將讀和寫頭置于旋轉(zhuǎn)盤上選定環(huán)形道(track)之上的致動器。讀和寫頭直接位于具有氣墊面(ABS)的滑塊上。當(dāng)盤不旋轉(zhuǎn)時，懸臂偏置滑塊接觸盤的表面，但是當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時，空氣被旋轉(zhuǎn)的盤旋動。當(dāng)滑塊騎在氣墊上時，寫和讀頭被用來寫磁轉(zhuǎn)變到旋轉(zhuǎn)盤且從旋轉(zhuǎn)盤讀取磁印。讀和寫頭連接到根據(jù)計算機程序運行的處理電路從而實現(xiàn)寫和讀功能。
寫頭包括嵌入在第一、第二和第三絕緣層(絕緣堆疊)中的線圈層，絕緣堆疊夾在第一和第二極片層之間。在寫頭的氣墊面(ABS)處間隙通過間隙層形成在第一和第二極片層之間，極片層在背間隙處連接。傳導(dǎo)到線圈層的電流在極片中感應(yīng)磁通，其使得磁場在ABS處在寫間隙彌散出來以用于在移動介質(zhì)上的道中寫上述磁印，例如在上述旋轉(zhuǎn)盤上的環(huán)形道中。
近來的讀頭設(shè)計中，自旋閥傳感器，也稱為巨磁致電阻(GMR)傳感器，已被用來檢測來自旋轉(zhuǎn)磁盤的磁場。該傳感器包括下文稱為間隔層的非磁導(dǎo)電層，其夾在下文稱為被釘扎層和自由層的第一和第二鐵磁層之間。第一和第二引線(lead)連接到該自旋閥傳感器以傳導(dǎo)電流通過該傳感器。被釘扎層的磁化被釘扎為垂直于氣墊面(ABS)，自由層的磁矩位于平行于ABS，但是可以響應(yīng)于外磁場自由旋轉(zhuǎn)。被釘扎層的磁化通常通過與反鐵磁層交換耦合來被釘扎。
間隔層的厚度被選擇為小于通過傳感器的傳導(dǎo)電子的平均自由程。采用此布置，部分傳導(dǎo)電子通過間隔層與被釘扎層和自由層的每個的界面被散射。當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化彼此平行時，散射最小，當(dāng)被釘扎層和自由層的磁化反平行時，散射最大。散射的變化與cosθ成比例地改變自旋閥傳感器的電阻，其中θ是被釘扎層和自由層的磁化之間的角。在讀模式中，自旋閥傳感器的電阻與來自旋轉(zhuǎn)盤的磁場的大小成比例地變化。當(dāng)檢測電流傳導(dǎo)通過自旋閥傳感器時，電阻變化導(dǎo)致電勢變化，其被檢測到且作為重放信號被處理。
自旋閥傳感器位于第一和第二非磁電絕緣讀間隙層之間，第一和第二讀間隙層位于鐵磁的第一和第二屏蔽層之間。在合并式磁頭中，單個鐵磁層充當(dāng)讀頭的第二屏蔽層且充當(dāng)讀頭的第一極片層。在背負式頭中，第二屏蔽層和第一極片層是分開的層。
被釘扎層的磁化通常通過將鐵磁層之一(AP1)與反鐵磁材料例如PtMn的層交換耦合來被固定。雖然反鐵磁(AFM)材料例如PtMn本身沒有磁化，但是當(dāng)與磁材料交換耦合時，它能夠強烈地釘扎鐵磁層的磁化。
對日益提高的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)密度的的需求已經(jīng)推動了垂直磁記錄系統(tǒng)的研發(fā)。雖然更傳統(tǒng)的縱向記錄系統(tǒng)將數(shù)據(jù)位記錄為磁介質(zhì)上縱向取向的磁轉(zhuǎn)變，但是垂直記錄系統(tǒng)將數(shù)據(jù)記錄為垂直于介質(zhì)平面取向的磁位。這樣的垂直記錄系統(tǒng)需要新的高矯頑力介質(zhì)以發(fā)揮其最大潛能。垂直磁記錄介質(zhì)包括形成在低矯頑力襯層上的薄的高矯頑力頂層。
介質(zhì)的高矯頑力頂層中使用的合適材料是高侵蝕且多孔的。為了防止此高矯頑力頂層的侵蝕，也為了允許滑塊飛行在介質(zhì)之上，必須應(yīng)用薄的保護涂層。當(dāng)前，類金剛石碳(DLC)用于此頂涂層，且被認為是用于此目的的當(dāng)前可得的最佳材料。
不幸地，更高矯頑力的介質(zhì)以及更高數(shù)據(jù)速率記錄系統(tǒng)變得與這樣的DLC涂層的使用日益不相容。例如，垂直記錄所需的高矯頑力介質(zhì)材料是非常顆粒狀或粗糙的。通過離子束沉積沉積的當(dāng)前可用的DLC涂層過于定向性且趨于優(yōu)先沉積在介質(zhì)的粗糙顆粒表面的峰上。為了確保完全覆蓋，DLC涂層必須沉積至少4或5nm厚。更糟的是，具有良好分離(segregate)的晶粒的未來垂直介質(zhì)將更難以覆蓋。當(dāng)沉積在這樣的材料上時，所沉積的DLC未良好鋪展，使得非常難以獲得均勻涂覆的表面。
需要一種在小于3nm厚度能提供足夠的侵蝕和機械保護的材料。這樣的材料將優(yōu)選容易地被應(yīng)用，能夠平坦地鋪展從而均勻地涂覆介質(zhì)的表面。這樣的材料還優(yōu)選導(dǎo)致少的或者沒有額外的花費或制造復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種磁記錄介質(zhì)上使用的優(yōu)異涂層。本發(fā)明包括形成在磁記錄介質(zhì)的磁層之上的SiN涂層。
通過采用脈沖DC電源以在具有氮氣氛的濺射沉積腔內(nèi)激發(fā)等離子體，SiN涂層可以沉積在磁介質(zhì)上。SiN可以在施加負DC偏置電壓的同時沉積于保持在夾盤(chuck)上的晶片上的磁介質(zhì)上。負DC偏置電壓增大SiN涂層的密度且還允許SiN在粗糙磁表面上平坦地沉積，由此允許應(yīng)用更薄的涂層。
利用脈沖DC電源施加在偏置夾盤上的SiN涂層具有有利的大于100度的高水接觸角(water contact angle)，其防止了介質(zhì)使用期間的表面污染和侵蝕。這遠高于沒有脈沖DC電源和沒有偏置時施加的SiN涂層的水接觸角。
SiN涂層還可以有利地沉積為非常薄，小于3nm，且甚至約2.5nm，而仍保持優(yōu)良的侵蝕保護。涂層的此減小的厚度降低了磁間隔，允許增大的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)容量。該SiN涂層與現(xiàn)有技術(shù)碳基涂層相比還提供侵蝕保護方面多個數(shù)量級的改善，甚至比這樣的現(xiàn)有技術(shù)涂層施加得更薄。
通過結(jié)合附圖詳細說明其優(yōu)選實施例，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點將變得明顯，附圖中相似的附圖標(biāo)記始終表示相似的元件。


為了更充分地理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點，以及優(yōu)選使用模式，請結(jié)合附圖參照下面的詳細說明，附圖未按比例繪制。
圖1是其中可實現(xiàn)本發(fā)明的盤驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；圖2是橫截面示意圖，示出其中可實現(xiàn)本發(fā)明的垂直磁記錄系統(tǒng)；圖3是從圖2的環(huán)3截取的部分磁介質(zhì)的放大剖視圖；以及圖4是其中可沉積根據(jù)本發(fā)明一實施例的涂層的濺射沉積腔的示意圖。
具體實施例方式
下面的描述是關(guān)于實施本發(fā)明的當(dāng)前預(yù)期的較佳實施例。進行此描述以用于說明本發(fā)明的基本原理而不意味著限制這里主張的發(fā)明概念。
現(xiàn)在參照圖1，示出實現(xiàn)本發(fā)明的盤驅(qū)動器100。如圖1所示，至少一個可旋轉(zhuǎn)磁盤112支承在心軸(spindle)114上且被盤驅(qū)動器馬達118所旋轉(zhuǎn)。每個盤上的磁記錄是磁盤112上同心數(shù)據(jù)道(未示出)的環(huán)形圖案形式。
至少一個滑塊113位于磁盤112附近，每個滑塊113支承一個或更多磁頭組件121。磁盤旋轉(zhuǎn)時，滑塊113在盤表面122上方徑向進出移動使得磁頭組件121可以存取磁盤的寫有所需數(shù)據(jù)的不同道。每個滑塊113借助于懸臂115附著到致動器臂119。懸臂115提供輕微的彈力，其將滑塊113偏置朝向盤表面122。每個致動器臂119附著到致動器裝置127。如圖1所示的致動器裝置127可以是音圈馬達(VCM)。VCM包括在固定磁場內(nèi)可動的線圈，線圈移動的方向和速度通過由控制器129提供的馬達電流信號來控制。
盤存儲系統(tǒng)運行期間，磁盤112的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生滑塊113與盤表面122之間的氣墊，其對滑塊施加向上的力或舉力。因此在正常運行期間氣墊反平衡懸臂115的彈力，支承滑塊113離開盤表面且以一小的、基本恒定的間隔稍微在盤表面上方。
盤存儲系統(tǒng)的各種部件運行時由控制單元129產(chǎn)生的控制信號控制，例如存取控制信號和內(nèi)部時鐘信號。通常，控制單元129包括邏輯控制電路、存儲裝置和微處理器。控制單元129產(chǎn)生控制信號從而控制各種系統(tǒng)操作，例如線123上的驅(qū)動馬達控制信號和線128上的頭定位和尋道控制信號。線128上的控制信號提供期望電流分布(current profile)從而將滑塊113優(yōu)化地移動和定位到盤112上期望的數(shù)據(jù)道。寫和讀信號借助于記錄通道125傳送到寫和讀頭121且從其傳出。
參照圖2，可以更詳細地觀察滑塊113中磁頭121的取向。圖2是滑塊113的ABS視圖，如圖所見，包括感應(yīng)寫頭和讀傳感器的磁頭位于滑塊的尾緣。以上關(guān)于普通磁盤存儲系統(tǒng)的描述以及附圖1僅用于示例。應(yīng)是顯然的，盤存儲系統(tǒng)可包括多個盤和致動器，且每個致動器可支承多個滑塊。
現(xiàn)在參照圖3，描述用于本發(fā)明的垂直磁頭302和磁介質(zhì)304。磁頭302包括感應(yīng)寫頭306和讀頭308。寫頭包括磁寫極310和具有大得多的橫截面的返回極312。寫極310和返回極312通過磁背間隙314和成形層316磁連接，磁背間隙314和成形層316兩者從返回極312傳導(dǎo)磁通到寫極310。導(dǎo)電寫線圈318產(chǎn)生磁場，其導(dǎo)致磁通流經(jīng)返回極312、背間隙314、成形層316和寫極310。寫線圈318嵌在電絕緣材料320中。
寫極310具有比返回極小得多的橫截面。強的密集的寫場322從寫極沿基本垂直于介質(zhì)304的表面的方向發(fā)出。此寫場足夠強，其能夠局部磁化介質(zhì)304的高矯頑力頂層324的一部分。然后寫場行進經(jīng)過較低矯頑力的襯層326，在那里它返回經(jīng)過高矯頑力頂層324且回到返回極312。因為返回極312比寫極310具有大得多的橫截面，所以回到返回極310的磁場322太弱而不能擦除寫極所記錄的位。
讀頭306包括磁致電阻傳感器328，其可以嵌入在非磁電絕緣間隙材料330中。傳感器328和間隙材料330可以夾在第一和第二磁屏蔽件332之間。絕緣層334可以將讀頭308與寫頭306分隔開且也可以設(shè)置在讀頭的另一側(cè)。
現(xiàn)在參照圖3，介質(zhì)304的頂部可以被觀察到。此最頂部分包括較高矯頑力頂層324和涂層328。涂層328由特別沉積的氮化硅(SiN)構(gòu)成，其在高度侵蝕的、高矯頑力磁層328之上提供密集的、平坦的、堅固的涂層。
參照圖4，涂層328在濺射沉積腔402中沉積。涂層沉積在保持于夾盤406上的襯底，晶片404上。腔402還包括脈沖DC電源408和Si靶410。腔402還包括氣體入口412和氣體出口414，其可以用于以包括氮(N2)的氣氛填充腔。更優(yōu)選地，氣氛包括氮(N2)和氬(Ar)。
DC脈沖電源408在腔402中激發(fā)等離子體416，其從靶410驅(qū)移Si原子和離子418。來自靶410的Si和來自氣氛的N在反應(yīng)濺射過程中彼此反應(yīng)且沉積到晶片404上作為涂層328。負DC偏置電壓施加到夾盤上。此偏置電壓吸引正電荷Si離子以及帶正電的N離子，導(dǎo)致所沉積的SiN涂層中顯著更高的密度。此更高的密度提供涂層328的更大增強的侵蝕保護以及物理韌度。所沉積的涂層328優(yōu)選地具有差不多非常接近于Si3N4的化學(xué)計量濃度。例如，涂層328可由SixNy構(gòu)成，其中x＝2.5-3.5，y＝3.5-4.5。
脈沖DC濺射的SiN涂層328具有優(yōu)良的耐蝕性，即使在小為2-2.5nm的厚度下。該材料具有比先前使用的涂層材料更高的密度。該SiN還良好鋪展，即使在粗糙(顆粒狀)介質(zhì)表面上也提供非常均勻的覆蓋，且此覆蓋還通過DC偏置被改善。該DC偏置使得所沉積的SiN均勻地流到所述粗糙表面中從而該表面中的低點或槽(trough)與表面峰以基本相同的速率被涂覆。這與現(xiàn)有技術(shù)碳涂層的情況不同，現(xiàn)有技術(shù)碳涂層趨于在峰處比在谷(valley)中更容易沉積。此均勻的沉積速率允許本發(fā)明的SiN涂層沉積得比現(xiàn)有技術(shù)涂層薄得多。
上面描述的材料與沒有脈沖DC電源和沒有負偏置時施加的SiN相比還具有改善的水接觸角。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，水接觸角是材料的極性表面能的度量，且是材料使得水成水珠而不是鋪展在其表面上的能力。較高的水接觸角意味著材料將更少傾向于受到來自環(huán)境的侵蝕和表面污染。利用夾盤上的負DC偏置沉積的脈沖DC濺鍍SiN涂層328具有遠大于100度的水接觸角。該高的水接觸角與離子束沉積的碳涂層相當(dāng)，且意味著SiN涂層328具有優(yōu)良的耐侵蝕和耐污染性且較少受涂污的影響。
SiN涂層328比先前使用的碳涂層例如DLC致密得多且可以比這些碳基涂層施加得薄得多。如上所述，涂層328具有小于3或1-2.5nm的厚度。更優(yōu)選地，該涂層具有2-2.5nm的厚度。先前使用的碳涂層必須被沉積至少4nm厚從而提供足夠的保護。使DC脈沖SiN涂層328非常薄的該能力通過減小磁間隔允許增大的面密度。在現(xiàn)有和將來垂直記錄系統(tǒng)中磁間隔是非常嚴格的參數(shù)。
為了更好地理解SiN涂層328比現(xiàn)有涂層的優(yōu)點，作為示例的實驗顯示，45埃DLC涂層的樣品在暴露于侵蝕環(huán)境三天之后具有100至130計數(shù)每表面的侵蝕發(fā)生率(corrosion incidence)，在暴露6天之后為5000至10000計數(shù)每表面。作為對比，用DC偏置施加的脈沖DC濺鍍SiN涂層在暴露3天后具有零(0)計數(shù)每表面且暴露6天后僅具有約9計數(shù)每表面。
雖然已經(jīng)描述了各種實施例，但是應(yīng)理解，它們僅以示例而不是限制的方式給出。落入本發(fā)明廣度和范圍內(nèi)的其它實施例也會對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯然。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)局限于上述示例性實施例的任何一個。而是僅根據(jù)所附權(quán)利要求及其等價物來定義。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的磁介質(zhì)，該介質(zhì)包括磁層；以及形成在所述磁層上的涂層，該涂層包括SiN。
2.如權(quán)利要求1所述的磁介質(zhì)，其中該涂層包括SixNy，其中x＝2.5-3.5，y＝3.5-4.5。
3.如權(quán)利要求1所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有小于3nm的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有1-2.5nm的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有2-2.5nm的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有大于100度的水接觸角。
7.一種用于垂直磁記錄的磁介質(zhì)，包括磁性低矯頑力襯層；形成在該襯層之上的磁性高矯頑力頂層；以及非磁涂層，形成在該高矯頑力頂層之上，該涂層包括SiN。
8.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層包括SixNy，其中x為2.5-3.5，y為3.5-4.5。
9.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有小于3nm的厚度。
10.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有小于3nm的厚度。
11.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有1-2.5nm的厚度。
12.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有2-2.5nm的厚度。
13.如權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)，其中該涂層具有大于100度的水接觸角。
14.一種盤驅(qū)動系統(tǒng)，包括外殼；安裝在該外殼內(nèi)的馬達；磁盤，與所述馬達可旋轉(zhuǎn)地連接，所述磁盤包括磁層和形成在該磁層上的涂層，該涂層包括SiN；致動器；以及滑塊，與所述致動器連接用于與所述磁盤的表面相鄰地移動，所述滑塊包括磁寫頭和磁讀頭。
15.如權(quán)利要求14所述的磁介質(zhì)，其中該涂層包括SixNy，其中x為2.5-3.5，y為3.5-4.5。
16.如權(quán)利要求14所述的盤驅(qū)動器，其中所述涂層具有小于3nm的厚度。
17.一種制造磁介質(zhì)的方法，包括提供具有夾盤、脈沖DC電源和Si靶的等離子體沉積腔；放置晶片在所述夾盤上；泵抽氮到所述腔中；以及通過利用所述脈沖DC電源在所述腔中激發(fā)等離子體來濺射沉積SiN到所述晶片上。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括，濺鍍沉積SiN到所述晶片上時，向所述夾盤施加DC偏置。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括，在濺鍍沉積SiN到所述晶片上時，施加負DC偏置到所述夾盤上。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述氮氣氛以足夠的速率被泵抽到所述腔中從而以SixNy的濃度沉積SiN到所述晶片上，其中x為2.5-3.5，y為3.5-4.5。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述氣氛包括N2和Ar。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁記錄的磁介質(zhì)上使用的SiN涂層。該SiN涂層通過在施加負DC偏置的同時由脈沖DC濺射沉積。所述SiN涂層在垂直磁記錄介質(zhì)上尤其有用，因為它能夠薄地且均勻地沉積在粗糙的顆粒狀高矯頑力記錄介質(zhì)上同時保持優(yōu)良的侵蝕保護屬性。SiN涂層可以施加得小于3nm厚同時仍維持優(yōu)良的機械和侵蝕保護。該涂層還具有非常高的密度和水接觸角。
文檔編號G11B5/72GK1925013SQ20061012806
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者戴青, 霍亞·V·多, 肖敏, 賓·K·嚴 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司