專利名稱：防磁頭隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法及微紋形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種防止磁頭之隧道磁電阻(TMR，tunnelmagneto-resistance)的磁阻阻抗(MRR，magneto-resistance resistance)降低的方法及該方法中在磁頭表面形成微紋的方法。
背景技術：
一種信息存儲裝置是磁盤驅(qū)動裝置，磁盤驅(qū)動裝置利用磁介質(zhì)存儲資料，并有一可移動的磁性讀/寫頭定位在磁介質(zhì)上，以選擇性地從磁盤讀取或?qū)懭氪疟P資料。
圖1a所示為一種典型的磁盤驅(qū)動裝置2，并顯示一磁盤201安裝在使磁盤201旋轉(zhuǎn)的主軸馬達202上。音圈驅(qū)動馬達臂204支撐一磁頭折片組合(HGA)200，該支撐一磁頭折片組合200包括一具有讀/寫頭的磁頭203及一支撐磁頭203的懸臂件213。音圈馬達(VCM)209控制音圈驅(qū)動馬達臂204移動，從而控制磁頭在磁盤201表面的磁道間移動。運作時，因為空氣動力的作用，磁頭203與旋轉(zhuǎn)的磁盤201間產(chǎn)生一個升力，該升力使音圈驅(qū)動馬達臂204在磁盤201表面上保持一定的飛行高度。
圖1b為圖1a所示磁頭的立體圖，圖1c為圖1b所示磁頭的俯視圖。如圖所示，磁頭203具有一前緣219及一與前緣219相對的后緣218。后緣218上有四個電連接觸點215，將磁頭203與懸臂件213電連接(如圖1a所示)。后緣218還具有一極尖216，極尖216中心位置有一磁性讀/寫頭，以對磁盤201進行讀/寫操作。極尖216以適當?shù)姆椒ㄈ绯练e法形成在后緣218上。另外，磁頭213之與前緣219及后緣218垂直的一表面上形成有空氣承載面圖案217。
如圖1d所示，極尖216具有層狀結(jié)構(gòu)，從上到下包括第二感應寫頭極116、與第二感應寫頭極116隔開的第一感應寫頭極118、第二屏蔽層111及第一屏蔽層113。以上所有元件被支撐在陶瓷基底122上，控制磁頭的飛行高度。一磁阻元件(MR element)112及位于磁阻元件112兩側(cè)并與磁阻元件112電連接的石墨層(lead layer)114位于第一、第二屏蔽層113、111之間。請參圖1e，第二感應寫頭極116與第一感應寫頭極118之間設有銅圈117，以幫助寫操作。另外，由硅層12及位于硅層12之上的類金剛石碳層13組成的保護層(overcoat)115(如圖1f所示)覆蓋在極尖表面及磁頭的陶瓷基底122表面上以保護碰頭。
在磁頭的如上結(jié)構(gòu)中，目前是用巨磁阻(GMR)元件作為磁阻元件以達讀操作。然而，隨著硬盤驅(qū)動裝置(HDD)對記錄密度的要求不斷增高，目前所用的巨磁阻元件已經(jīng)達到極限，因此一種新的磁阻元件，如隧道磁電阻(TMR)，已研制出來，可以達到比巨磁阻元件更高的記錄密度，成為硬盤驅(qū)動裝置下一代的讀感應器。
請參圖1f，傳統(tǒng)的隧道磁電阻元件10包括二金屬層11及一夾在二金屬層之間的阻擋層14。由硅層12及位于硅層12之上的類金剛石碳層13組成的保護層(overcoat)115覆蓋在二金屬層11及阻擋層14的表面上，以保護隧道磁電阻元件10。
在磁頭的制造中，隧道磁電阻元件的磁阻阻值必須控制在預定的值上以使磁頭保持好的動態(tài)性能。例如，在磁頭研磨時，隧道磁電阻元件的磁阻高度必須精確地研磨以調(diào)整到設計的值，因為磁阻高度對磁阻阻抗的影響很大，從而進一步影響磁頭的動態(tài)性能。還有一個例子，在磁頭的真空處理中，磁阻高度也應該一直保持在一個常數(shù)，以使磁阻阻抗不變。
然而，在傳統(tǒng)的隧道磁電阻元件的結(jié)構(gòu)中，因為金屬層直接與保護層的硅層接觸，金屬層的金屬材料容易擴散到硅層里，從而形成電傳導路徑，該電傳導路徑電連接二金屬層，這樣在隧道磁電阻元件的電路上形成一個分路。不幸的是，該分路引起隧道磁電阻元件的磁阻阻坑降低，從而降低磁頭的動態(tài)性能及硬盤驅(qū)動裝置的讀取性能。實驗證明，在真空處理中，在隧道磁電阻元件的表面覆蓋保護層后，磁阻阻抗降低4％，有時劇降10％，這對磁頭的動態(tài)性能是致命的。
因此，亟待一種改良的設計來克服現(xiàn)有技術的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明之一目的在于提供一種防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法，其有效防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低，從而改善磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種在磁頭表面形成微紋的方法，其明顯改善磁頭的降落(touch-down)及起飛(take-off)性能。
本發(fā)明之又一目的在于提供一種磁頭的制造方法，使磁頭的動態(tài)性能及降落及起飛性能均得到改善。
為了實現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供的防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法包括下列步驟將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；及將所述磁頭結(jié)構(gòu)的本體暴露在處理氣體中的蝕刻手段(etching means)中，使隧道磁電阻元件表面氧化而形成一層氧化層。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述隧道磁電阻元件包括二金屬層及一夾在二金屬層之間的阻擋層，所述氧化層形成在二金屬層上。
在本發(fā)明的另一個實施例中，所述氧化層的厚度在1.5納米至4納米之間，2納米的厚度為最佳。
為了實現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供的在磁頭表面形成微紋的方法包括下列步驟將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；將所述磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋；在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及隧道磁電阻元件的表面形成硅層；及在硅層上形成類金剛石碳層。
在一個實施例中，所述處理氣體是氧氣與至少一種惰性氣體的混合氣體。
在另一個實施例中，所述處理氣體是純氧氣。
更佳的，在磁條定位于托盤之前，還包括研磨(lapping)所述磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面的步驟。在向處理室引入包含氧氣的處理氣體之前，還包括用光致抗蝕劑罩遮蔽所述極尖的步驟。光致抗蝕劑罩可以是正極性光致抗蝕劑罩或負極性光致抗蝕劑罩。
另外，所述蝕刻手段包括等離子體或離子束(ion beam)。在一個實施例中，所述等離子體是直接電容耦合等離子體或電感耦合等離子體。在另一個實施例中，所述等離子體是通過電子回旋加速共振增強微波源產(chǎn)生的。
為了實現(xiàn)上述又一目的，本發(fā)明提供的磁頭制造方法包括下列步驟將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；將磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋；在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及每一隧道磁電阻元件的表面形成硅層；在硅層上形成類金剛石碳層；及將磁條切割成單個的磁頭。
與現(xiàn)有技術相比，形成的氧化層具有阻擋層的功能，使隧道磁電阻元件的金屬層與硅層隔離，從而阻止金屬層的金屬材料擴散到硅層中，所以隧道磁電阻元件的電路不會形成分路，這樣隧道磁電阻元件的磁阻阻抗在磁頭的整個制造過程中保持不變，因此大大改善磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。
磁頭表面的微紋高度與磁頭的降落及起飛性能關系如下表所示

上表中，降落(atm.)表示磁頭降落在磁盤上的最大壓力，起飛(atm.)表示磁頭可從磁盤上起飛的最小壓力。較低的值及降落(atm.)與起飛(atm.)間較小的差距意味著磁頭具有較好的穩(wěn)定性。從上表中還可以清楚看到，隨著微紋高度的增加，磁頭的降落(atm.)與起飛(atm.)值及差距減小，也就是說，磁頭的飛行性能及動態(tài)性能變得更穩(wěn)定。因此本發(fā)明之微紋形成方法，可以明顯改善磁頭的降落及起飛性能。
以本發(fā)明之磁頭制造方法制作的磁頭，隧道磁電阻元件的表面形成有氧化層，磁頭表面形成有微紋，所以磁頭的動態(tài)性能及降落及起飛性能均得到改善。
為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。


圖1a為傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動裝置的立體圖。
圖1b為圖1a所示磁頭的立體圖。
圖1c為圖1b所示磁頭的俯視圖。
圖1d為圖1c所示磁頭的部分放大圖。
圖1e為圖1d之過A-A線的部分剖面圖。
圖1f為傳統(tǒng)隧道磁電阻(TMR，tunnel magneto-resistance)元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a為本發(fā)明防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法的流程圖。
圖2b展示了本發(fā)明之磁頭的隧道磁電阻元件的結(jié)構(gòu)，其上形成了一層氧化層。
圖3a圖解了傳統(tǒng)隧道磁電阻元件及根據(jù)本發(fā)明之方法構(gòu)成的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗的降低。
圖3b圖解了另一傳統(tǒng)隧道磁電阻元件及根據(jù)本發(fā)明之方法構(gòu)成的另一隧道磁電阻元件的磁阻阻抗的降低。
圖4是本發(fā)明在磁頭之表面上形成微紋的方法的流程圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明之微紋形成方法形成的微紋的形態(tài)。
圖6a是氣體蝕刻處理前磁頭一表面的截面掃描圖。
圖6b展示了圖6a所示磁頭表面的微紋高度(Depth)分布狀態(tài)。
圖7a是經(jīng)過20秒的氣體蝕刻處理后磁頭一表面的截面掃描圖。
圖7b展示了圖7a所示磁頭表面的微紋高度(Depth)分布狀態(tài)。
圖8a是經(jīng)過40秒的氣體蝕刻處理后磁頭一表面的截面掃描圖。
圖8b展示了圖8a所示磁頭表面的微紋高度(Depth)分布狀態(tài)。
圖9a是經(jīng)過60秒的氣體蝕刻處理后磁頭一表面的截面掃描圖。
圖9b展示了圖9a所示磁頭表面的微紋高度(Depth)分布狀態(tài)。
圖10a是碳化鈦(TiC)顆粒的尺寸變化時磁頭一表面的截面掃描圖。
圖10b展示了圖10a所示磁頭表面的微紋高度(Depth)分布狀態(tài)。
圖11a是本發(fā)明微紋形成方法中所用設備的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11b是本發(fā)明微紋形成方法中所用設備的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12a-12c為本發(fā)明在磁頭表面形成微紋的方法的第一實施例的流程圖。
圖13a-13c為本發(fā)明在磁頭表面形成微紋的方法的第二實施例的流程圖。
圖14是本發(fā)明磁頭制造方法的流程圖。
具體實施例方式
為詳細說明本發(fā)明的技術內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。在各附圖及各實施方式中，相似的附圖標記代表相似的元件。本發(fā)明提供了一種防止磁頭之隧道磁電阻(TMR，tunnelmagnetic-resistance)的磁阻阻抗(MRR，magnetic-resistance resistance)降低的方法，該方法包括以下步驟將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁務(rowbar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；將托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；向處理室引入包含氧氣的處理氣體；然后將磁頭結(jié)構(gòu)的本體暴露在處理氣體中的蝕刻手段(etching means)中，使隧道磁電阻元件一表面氧化而形成一層氧化層。形成的氧化層具有阻擋層的功能，使隧道磁電阻元件的金屬層與硅層隔離，從而阻止金屬層的金屬材料擴散到硅層中，所以隧道磁電阻元件的電路不會形成分路，這樣隧道磁電阻元件的磁阻阻抗在磁頭的整個制造過程中保持不變，因此大大改善磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。
圖2a所示流程圖展示了本發(fā)明防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法的一種實施方式。如圖所示，該方法包括以下步驟首先，將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖，極尖具有一隧道磁電阻元件，即步驟301；然后，將托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強，即步驟302；其次，向處理室引入包含氧氣的處理氣體，即步驟303；最后，將磁頭結(jié)構(gòu)的本體暴露在處理氣體中的蝕刻手段(etching element)中，使隧道磁電阻元件一表面氧化而形成一層氧化層，即步驟304。
圖2b是一隧道磁電阻元件20的結(jié)構(gòu)示意圖，其上具有一層用上述方法形成的氧化層。如圖所示，該隧道磁電阻元件20包括二金屬層21、一夾在二金屬層21之間的阻擋層24、一覆蓋在隧道磁電阻元件20表面的氧化層25、一覆蓋在氧化層25上的硅層22及一類金剛石碳(DLC)層24，更具體地說，氧化層覆蓋在二金屬層21及阻擋層25上。硅層22和類金剛石碳層24的組合還叫做保護層(overcoat)。以所述方法形成的氧化層25的厚度在1.5納米(nm)至4納米(nm)之間，最好是2納米(nm)。已經(jīng)證明此厚度的氧氣層可以有效地防止金屬材料擴散，從而改善磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。
在上述氧化層形成的過程中，處理氣體中的氧氣使金屬層表面氧化，從而形成氧化層25，所以，當保護層覆蓋在隧道磁電阻元件表面時，金屬層21與保護層的硅層22不直接接觸，因此阻止金屬層21的金屬材料擴散到硅層22，從而阻止在隧道磁電阻元件的電路上形成分路，避免了隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低，這樣磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能得到很好地保證。防止磁阻阻抗降低的效果將在下面結(jié)合附圖3a-3b進一步闡釋。
圖3a是表示傳統(tǒng)隧道磁電阻元件及根據(jù)本發(fā)明之方法構(gòu)成的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低的圖表，在本案例中，硅層22的厚度是10埃，而類金剛石碳層24的厚度是20埃。圖中，柱401代表傳統(tǒng)磁頭的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低，柱402代表本發(fā)明之磁頭的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低。從圖上可以看出，傳統(tǒng)磁頭中，因為其隧道磁電阻元件和硅層之間沒有氧化層，其磁阻阻抗降低了15.0歐姆(Ohms)，而本發(fā)明之磁頭僅有0.15歐姆(Ohms)的磁阻阻抗降低。從以上比較可知，因為作為阻擋層的氧化層25形成在道磁電阻元件表面與硅層22之間，所以本發(fā)明之磁頭僅有非常小的磁阻阻抗降低，因此對磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能影響很小。另外，如圖3b所示，當硅層22的厚度增加到40埃，而類金剛石碳層24的厚度仍為20埃時，傳統(tǒng)磁頭的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低即柱401’劇增至80.8歐姆(Ohms)，而本發(fā)明之磁頭的隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低即柱402’僅增至0.23歐姆(Ohms)。也就是說，硅層22厚度越厚，用本發(fā)明之方法防止隧道磁電阻元件的磁阻阻抗降低的效果越好，因此實現(xiàn)越好的磁頭動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。
在如上所述的本發(fā)明之防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法中，在氧化層形成的過程中，包含氧氣的處理氣體對磁頭表面的不同材料蝕刻的速度不同，因此在磁頭表面形成微紋(micro-texture)。更特別的是，因為磁頭結(jié)構(gòu)的本體主要由AlTiC材料(Al2O3(三氧化二鋁)與TiC(碳化鈦)的混合物)制成，又因為氧氣蝕刻Al2O3的速度比蝕刻TiC的速度快，所以在磁頭表面形成具有清晰的兩階(two-step)結(jié)構(gòu)的微紋(突出的島狀TiC顆粒嵌在Al2O3基底上)。
圖4本發(fā)明在磁頭表面上形成微紋的方法的流程圖。如圖所示，微紋形成方法包括以下步驟首先，將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖，極尖具有一隧道磁電阻元件，即步驟401；其次，將托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強，即步驟402；接下來，向處理室引入包含氧氣的處理氣體，即步驟403；然后，將磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋，即步驟404；在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及隧道磁電阻元件的表面形成硅層，即步驟405；最后在硅層上形成類金剛石碳層，即步驟406。
在如上所述的實施方式中，處理氣體可以是純氧氣，也可以是氧氣與惰性氣體如氬氣、氖氣、氙氣、氦氣的混合氣體。所述惰性氣體可以幫助去除微紋表面的污染。在一實施例中，島狀TiC顆粒的尺寸在1微米(μm)左右。
圖5展示了磁頭表面形成的微紋的形態(tài)。由404指代的黑色區(qū)域為Al2O3基底，由403指代的白色區(qū)域為突出的突出的島狀TiC顆粒。
所述微紋的高度可以用原子力顯微鏡(AFM，atomic force microscope)來測量，所測量的區(qū)域面積是20微米(μm)×20微米(μm)，并采用矯平方法(flattening method)去除了原子力顯微鏡懸臂弧(cantilever bow)的影響。另外，為了獲得更好的高度特性，考慮到總測量面積的平均數(shù)，可以用切法(bearing method)獲取微紋的高度。
現(xiàn)在請參考圖6a，當磁頭還沒有用微紋形成方法進行蝕刻時，磁頭表面沒有清晰的兩階結(jié)構(gòu)。這是因為在磁頭蝕刻前，通常會有研磨加工，該研磨加工以幾乎相同的速度去除Al2O3基及TiC。相應地，請參考圖6b，顯示了微紋高度(Depth)的分布狀態(tài)，大多數(shù)的微紋高度低于1納米(nm)。再如圖7a-7b所示，當磁頭表面蝕刻20秒時，大多數(shù)的微紋高度是2納米(nm)。類似的，如圖8a-8b所示，當磁頭表面蝕刻40秒時，大多數(shù)的微紋高度是3納米(nm)。而當蝕刻時間增至60秒時，大多數(shù)的微紋高度達到4納米(nm)。也就是說，本發(fā)明的微紋形成方法提供了具有清晰兩階結(jié)構(gòu)的微紋，且臺階高度或微紋高度取決于氣體處理或蝕刻時間。
作為對上述實施方式的變更，TiC顆粒的尺寸可以改變，并可以達到類似的效果，即也可以在磁頭表面形成如圖10a-10b所示的的兩階結(jié)構(gòu)，不同點僅在于島狀TiC顆粒的密度不同。
微紋高度會影響磁頭的降落(touch-down)和起飛(take-off)性能，此點可從下表中清楚地看到。

上表中，降落(atm.)表示磁頭降落在磁盤上的最大壓力，起飛(atm.)表示磁頭可從磁盤上起飛的最小壓力。較低的值及降落(atm.)與起飛(atm.)間較小的差距意味著磁頭具有較好的穩(wěn)定性。從上表中還可以清楚看到，隨著微紋高度的增加，磁頭的降落(atm.)與起飛(atm.)值及差距減小，也就是說，磁頭的飛行性能及動態(tài)性能變得更穩(wěn)定。
在上述微紋形成方法的硅層及類金剛石層形成步驟中，一般用化學氣相沉積法(CVD)、離子束沉積法(IBD)和濾波陰極電弧法(FCA)在磁頭上形成保護層。一般情況下，形成保護層的工藝通常包括三步預清洗、鍍硅層和鍍類金剛石碳層。
更具體地，預加工的磁頭通常在空氣中清洗，然后裝入一個被抽空的真空室中。磁頭將被處理的表面在空氣中吸收水份、二氧化碳及清洗磁頭用的有機溶劑。在預清洗步驟中，用氧氣或氧氣與惰性氣體如氬氣的混合氣體進行等離子蝕刻或離子束蝕刻去除將被處理的磁頭表面的污染。經(jīng)過蝕刻處理，有極少量材料從磁頭表面上被去除，磁頭表面的粗糙度沒有發(fā)生顯著變化。換句話說，磁頭的表面粗糙度(Ra)仍然保持在0.3納米(nm)左右。
預清洗后，在磁頭被處理的表面上鍍上一層支持層。所述支持層最好用硅來形成，因為硅可以使類金剛石碳層更容易鍍上。另外，在鍍類金剛石碳層時，甲烷或者乙烯在化學氣相沉積(CVD)工藝和離子束沉積(IBD)工藝作為前驅(qū)體(precursor)，而純石墨柱(graphite cylinder)被用作濾波陰極電弧(FCA)靶材。
如上所述之本發(fā)明的微紋形成方法是在預清洗過程中進行，而且是在原設備中進行，稍微增加處理時間，這使得本發(fā)明的工藝非常實用。本發(fā)明能夠通過幾個常規(guī)工藝，包括等離子蝕刻工藝和離子束蝕刻工藝來實現(xiàn)，下面將分別描述。
請參圖11a，展示了本發(fā)明微紋形成方法中所用設備的第一實施例。以陣列形式排列的磁頭，亦稱為磁條，被固定在一托盤上，所述托盤通過一個裝/卸端口31裝入所述設備30中。然后，托盤從裝/卸端口31移到所述設備30的真空傳送室32中。接下來，所述真空傳送室32被抽成具有預定壓力的真空，接著，所述托盤被移入等離子蝕刻室33中。
接下來進行等離子蝕刻工藝，其內(nèi)裝有托盤的等離子蝕刻室33被抽真空到預定壓力，一種處理氣體，例如氧氣或者氧氣與惰性氣體的混合氣體，經(jīng)過質(zhì)量流量控制器(MFC)閥門(沒有標出)被引入等離子蝕刻室33中。待處理氣體引入后，等離子被點燃。有幾種方式可以產(chǎn)生等離子。最常用的等離子就是利用射頻電壓產(chǎn)生的直接電容耦合等離子或電感耦合等離子。當然，也可以用一些新近發(fā)展的方法，例如用電子回旋共振增強微波源來產(chǎn)生等離子。本發(fā)明中，形成微紋的關鍵點在于調(diào)節(jié)基底偏壓(substrate bias)。電容耦合等離子在基底上會產(chǎn)生自偏壓，但是對于其他方法，必須在基底上施加額外的電壓才能夠產(chǎn)生基底偏壓。
經(jīng)過預定時間后，所述等離子被關閉。時間的設置取決于在磁頭上形成微紋的期望度。
接下來，托盤移送到鍍硅室34，在那里，一層硅被濺鍍(sputter-coated)到磁頭的表面上。然后，所述托盤被移送到a-C:H(含氫的類金剛石碳)或者ta-C(無氫的四面體的類金剛石碳(tetrahedral carbon))鍍室35中，在那里，磁頭表面被鍍上一層具有期望厚度的類金剛石碳層(DLC layer)。
影響等離子蝕刻工藝的關鍵因素包括處理氣體的類型、處理室的壓力、蝕刻電壓和蝕刻時間。本發(fā)明用于等離子蝕刻工藝的蝕刻氣體根據(jù)Al2O3和TiC的比例可為氧氣、或者氧氣和惰性氣體的混合氣體。在本發(fā)明中，氧氣對Al2O3的蝕刻速率較快，而對TiC的蝕刻速率則較慢。所述處理氣體的流動速率通過質(zhì)量流量控制器(MFC)來控制以達到期望壓力，這里所述處理室的工作壓力設為1.0Pa。
用于本發(fā)明的電源可根據(jù)所述設備進行調(diào)整，其可在等離子蝕刻工藝中產(chǎn)生等離子并在將被處理的磁頭上提供偏壓。在本發(fā)明的一個實施例中，所述磁頭被施加一個300V的直流自偏壓。形成偏壓的目的是進行氧支配的物理蝕刻。
蝕刻時間依微紋的期望臺階高度而定。通常，如果微紋的臺階高度要求為4納米(nm)左右，蝕刻時間應定為大約5分鐘。
本發(fā)明的另一個例子是用離子束蝕刻(IBE)代替上面所說的等離子蝕刻。執(zhí)行IBE工藝的設備如圖11b所示。用離子束蝕刻方法在磁頭上形成微紋的過程如下首先，將承載磁條的托盤置入一個真空處理室(沒有標出)中，并用產(chǎn)品保持裝置46將托盤固定，所述產(chǎn)品保持裝置46可在0到90度之間傾斜。然后，所述真空處理室被抽真空至預定壓力。
接下來，把處理氣體，例如氧氣，或者氧氣和惰性氣體的混合氣體，引入到第一離子源41中，所述離子源41通過第一個閘門47和產(chǎn)品保持裝置46分隔開。然后，點燃離子源41中的中和劑(neutralizer)和等離子。點燃后過一段時間，等離子穩(wěn)定下來。
當?shù)入x子穩(wěn)定后，產(chǎn)品保持裝置46被傾斜一個預定角度，閘門47被打開，從而允許等離子轟擊固定在托盤上的磁頭以進行對磁頭的預清洗。此時處理室的內(nèi)部壓力大約為0.03-0.05Pa。
在經(jīng)過一段時間后，閘門47再次關閉，離子源41和中和器的電源也要關閉。所述處理室再次被抽真空，所述托盤傾斜至另一個預定方向，并通過第二離子源44和硅靶材42進行處理，其中，所述第二離子源44被第二個閘門45所遮蔽，所述硅靶材42通過第三個閘門43與產(chǎn)品保持裝置46相隔離。硅層就這樣被鍍在所述磁頭上。
然后，所述托盤被傾斜調(diào)整回到第一個離子源41的位置上，但是這次離子源41所用的源氣換為C2H4，目的是鍍C:H層。這一階段所用的處理時間取決于所鍍C:H層的期望厚度和沉積速率。
影響離子蝕刻方法形成微紋的關鍵因素包括處理氣體的類型，離子束的入射角度、蝕刻電壓和蝕刻時間。本發(fā)明為了使Al2O3在TiC上有較大的選擇度，在離子束蝕刻工藝中所用的處理氣體是氧氣、或者氧氣和惰性氣體的混合氣體。考慮到磁頭的極尖凹陷，就必須調(diào)節(jié)離子束入射角度。為了適應期望的極尖形態(tài)，極尖材料和預清洗前的表面形態(tài)是調(diào)整入射角度時的重要考量因素。
圖12a-12c展示了本發(fā)明在磁頭表面形成微紋的方法的另一種實施方式。首先，如圖12a所示，在磁頭表面12進行細研磨，使其變得光滑，表面粗糙度(Ra)為0.2-0.4納米(nm)。然后在研磨后的磁頭表面12上覆蓋一層保護層，即類金剛石碳層。然后在磁頭表面12進行一系列處理，包括照相平版印刷及離子蝕刻，以在磁頭表面12形成空氣承載面圖案(ABS pattern)14使空氣流動及壓力控制。最后，如圖12c所示，在磁頭表面12形成陰影所指的微紋。
圖13a-13c所示為另一種實施方式，在研磨及覆蓋類金剛石碳層(圖13a所示)后，在磁頭表面12進行形成微紋的處理，如圖13b的陰影所示。之后，如圖13c所示，在磁頭表面12形成空氣承載面圖案(ABS pattern)14。
在微紋形成的過程中，可以用遮光罩(包括正極性光致抗蝕劑罩及負性光致抗蝕劑罩)對磁頭表面12的特定區(qū)域例如磁極尖進行遮蔽保護。
再請參考圖14，闡釋了本發(fā)明之磁頭制造方法。首先，將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖，極尖具有一隧道磁電阻元件，即步驟501；其次，將托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強，即步驟502；接下來，向處理室引入包含氧氣的處理氣體，即步驟503；然后，將磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋，即步驟504；然后，在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及隧道磁電阻元件的表面形成硅層，即步驟505；在硅層上形成類金剛石碳層，即步驟506；最后，將磁條切割成單個的磁頭，即步驟507。磁頭如此制作完成。
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，仍屬于本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種防止磁頭之隧道磁電阻(TMR)的磁阻阻抗(MRR)降低的方法，其特征在于包括下列步驟(a)將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；(b)將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；(c)向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；及(d)將所述磁頭結(jié)構(gòu)的本體暴露在處理氣體中的蝕刻手段(etchingmeans)中，使隧道磁電阻元件表面氧化而形成一層氧化層。
2.如權利要求1所述的防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法，其特征在于所述隧道磁電阻元件包括二金屬層及一夾在二金屬層之間的阻擋層，所述氧化層形成在二金屬層上。
3.如權利要求1所述的防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法，其特征在于所述氧化層的厚度在1.5納米至4納米之間。
4.如權利要求3所述的防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法，其特征在于所述氧化層的厚度為2納米。
5.一種在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于包括下列步驟(a)將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；(b)將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；(c)向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；(d)將所述磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋；(e)在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及隧道磁電阻元件的表面形成硅層；及(f)在硅層上形成類金剛石碳層。
6.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述隧道磁電阻元件包括二金屬層及一夾在二金屬層之間的阻擋層，所述氧化層形成在二金屬層上。
7.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述氧化層的厚度在1.5納米至4納米之間。
8.如權利要求7所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述氧化層的厚度為2納米。
9.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述處理氣體是氧氣與至少一種惰性氣體的混合氣體。
10.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述處理氣體是純氧氣。
11.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于在所述步驟(a)之前還包括研磨(lapping)所述磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面的步驟。
12.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于在所述步驟(c)之前還包括用光致抗蝕劑罩遮蔽所述極尖的步驟。
13.如權利要求12所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述光致抗蝕劑罩可以是正極性光致抗蝕劑罩或負極性光致抗蝕劑罩。
14.如權利要求5所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述蝕刻手段包括等離子體或離子束(ion beam)。
15.如權利要求14所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述等離子體是直接電容耦合等離子體或電感耦合等離子體。
16.如權利要求14所述的在磁頭表面形成微紋的方法，其特征在于所述等離子體是通過電子回旋加速共振增強微波源產(chǎn)生的。
17.一種磁頭制造方法，其特征在于包括以下步驟(a)將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條(row bar)定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖(pole tip)，極尖具有一隧道磁電阻元件(TMR element)；(b)將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；(c)向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；(d)將磁條暴露在處理氣體中的蝕刻手段中而在每一隧道磁電阻元件的表面形成一層氧化層，并在每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體之沒有覆蓋氧化層的一表面形成兩階結(jié)構(gòu)的微紋；(e)在磁頭結(jié)構(gòu)的本體表面及每一隧道磁電阻元件的表面形成硅層；(f)在硅層上形成類金剛石碳層；及(g)將磁條切割成單個的磁頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止磁頭之隧道磁電阻的磁阻阻抗降低的方法，包括下列步驟將由若干磁頭結(jié)構(gòu)的本體構(gòu)成的磁條定位在一托盤上，每一磁頭結(jié)構(gòu)的本體具有一極尖，極尖具有一隧道磁電阻元件；將所述托盤裝入處理室，抽空處理室至預設的壓強；向所述處理室引入包含氧氣的處理氣體；及將所述磁頭結(jié)構(gòu)的本體暴露在處理氣體中的蝕刻手段中，使隧道磁電阻元件表面氧化而形成一層氧化層。該氧化層阻止隧道磁電阻元件的電路形成分路，防止磁阻阻抗降低，從而改善磁頭的動態(tài)性能及磁盤驅(qū)動裝置的讀取性能。本發(fā)明同時公開了在上述方法中在磁頭表面形成微紋的方法，還公開了磁頭的制造方法。
文檔編號G11B5/39GK101075437SQ200610081900
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權日2006年5月16日
發(fā)明者馬洪濤, 方宏新, 陳寶華 申請人:新科實業(yè)有限公司