具有用于近场换能器的保护性多层膜的热辅助磁记录（hamr）写入头的制作方法-j9九游会真人

具有用于近场换能器的保护性多层膜的热辅助磁记录(hamr)写入头
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年6月11日提交的美国申请17/345,634号的优先权，该美国申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
3.本发明整体涉及热辅助磁记录(hamr)盘驱动器，其中在盘上的磁记录层处于升高的温度时写入数据，并且更具体地，涉及改进的hamr写入头。


背景技术：

4.在常规磁记录中，在记录介质中所存储的磁化的热不稳定性可导致记录数据的丢失。为避免这种情况，需要具有高磁晶各向异性(ku)的介质。然而，增大ku也增大介质的矫顽磁性，这可超出写入头的写入字段能力。由于已知记录层的磁性材料的矫顽磁性依赖于温度，因此对于热稳定问题的一种建议j9九游会真人的解决方案是热辅助磁记录(hamr)，其中高ku磁记录材料在写入期间被局部加热以降低足以进行写入的矫顽磁性，但其中矫顽磁性/各向异性足够高，以在盘驱动器的环境温度(即，约15℃-30℃的正常操作温度或“室温”)下实现所记录位元的热稳定性。在一些提出的hamr系统中，磁记录材料被加热至接近或高于其居里温度。然后，通过常规磁阻读取头在环境温度下回读所记录的数据。已经针对常规连续介质提出了hamr盘驱动器，其中磁记录材料是盘上的连续层，并且针对位元图案介质(bpm)提出了hamr盘驱动器，其中磁记录材料被图案化成离散数据岛或“位元”。
5.在典型的hamr写入头中，来自激光二极管的光耦合到波导，该波导将光引导至近场换能器(nft)(也称为等离激元天线)。“近场”换能器是指“近场光学器件”，其中光通过具有亚波长特征的元件，并且光耦合到位于距第一元件亚波长距离的第二元件，诸如磁记录层之类的衬底。头载体或滑块支撑nft和写入头，其中nft和写入极具有位于滑块的面向记录层的表面处的端部。保护性滑块外涂层形成在位于nft端部和写入极端部之上的面向记录层表面上，并用作滑块的气体轴承表面(gbs)。滑块还支撑读取头，并且在气体垫(通常为空气或氦气)上骑跨在盘表面上方。
6.nft通常由低损耗金属(例如，au、ag、al、cu)形成，该低损耗金属以当光入射时将表面电荷运动集中在位于滑块gbs处的凹口或尖端处的方式成形。振荡尖端电荷产生强烈的近场图案，该近场图案加热盘上的记录层。然后使用磁写入极在记录层冷却时改变记录层的磁化。有时，nft的金属结构可产生谐振电荷运动(表面等离激元)以进一步增强强度和盘生热。例如，当偏振光与e形天线类型nft对准时，在e形天线的凹口或尖端处产生强烈的近场图案。通过调节e形天线尺寸以使表面等离激元频率匹配入射光频率，可发生谐振电荷运动。具有大致三角形输出端的nft(有时称为“纳米嘴(nanobeak)”类型的nft)在us 8705325 b2和us 8705327 b2中有所描述。在该类型nft中，在波导的表面处产生的消散波耦合到在nft的表面上激发的表面等离激元，并且在三角形输出端的顶点处产生强光学近
场。


技术实现要素：

7.已经发现，在类似光学功率下，与真空或环境空气条件下相比，nft的可靠性在盘上的实际记录条件下要差得多。这可能是由于由无定形类金刚石碳(dlc)形成的保护性滑块外涂层的降解或氧化所致。这也可能是由于因滑块-盘摩擦生热、来自盘的传导、和/或碳质材料在nft附近的积聚而导致的nft的“回热”所致。为了解决该问题，已经提出了一种保护层来覆盖nft端部，该保护层限于面向记录层的表面的窗口。因为nft端部和写入极端部彼此如此接近，所以写入极端部也必须位于窗口区域中并且由保护层保护。转让给与本技术相同的受让人的us 8,902,720 b1描述了一种hamr写入头，该hamr写入头在窗口区域中具有由各种氧化物或氮化物形成的保护层。转让给与本技术相同的受让人的us 10,083,713描述了一种hamr写入头，该hamr写入头具有金属和类金刚石碳(dlc)的交替膜的保护性多层。
8.因为窗口保护层既覆盖了nft端部，也覆盖了写入极端部，所以它必须不仅具有所需的光学透明度，而且也具有抗热氧化性，以防止写入极铁磁材料的氧化。作为对各种材料进行测试的结果(作为本发明的一部分)，已经发现，最佳窗口保护层优选地为纯氮化硅(si3n4)的单层。作为hamr光学窗口材料，纯氮化硅具有光学透明度和抗热氧化性的最佳组合。在光学窗口内包含除氮化硅以外的任何化合物将降低其光学透明度和抗热氧化性。用于光学窗口的氮化硅保护层在ar n2等离子体中由硅靶通过反应离子束沉积(ribd)而沉积。然而，ribd工艺需要极低的室压，特别是氧分压，以使层内的氮化硅含量最大化。否则，室中的任何残留气体将与溅射靶表面和/或新沉积的膜表面反应，以将它们转化为非si3n4化合物以外的化合物。为了提供必要的保护，氮化硅层的优选厚度至少为2.5nm。然而，常规溅射系统只能制造非常薄的纯氮化硅层，通常小于约1nm至2nm。在大于约1nm的厚度下，这些层开始由比如si-ox-ny的其他材料构成，并且在约2nm的厚度下，这些其他材料可构成层材料的约50％。
9.us 10,614,850 b1描述了通过用液体溶液涂覆盘然后进行hamr写入操作而在nft上形成介电涂层的方法。介电涂层可以是来自包括氮化硅和二氧化硅的13种氧化物和氮化物的列表中的两种或更多种氧化物和氮化物的组合。us 9,412,402 b2描述了一种具有以下项的气体阻隔双层：nft上的第一氧化物层(比如alo、mgo或beo)、第一层上的第二氧化物或氮化物层(可以是来自32种氧化物和氮化物的列表中的sio或sin)，并且其中保护性耐磨层位于第二层上。
10.本发明的实施方案利用保护性多层来保护nft端部和写入极端部，该保护性多层限于滑块的面向盘的表面的窗口，该窗口围绕nft端部和写入极端部。该保护性多层包括：第一氮化硅膜，其直接处于nft端部和写入极端部上并与它们接触；和第二金属氧化物膜，其处于氮化硅膜上并与之接触。该氮化硅膜优选通过ribd形成，但是足够薄使得其不包含任何显著量的其他化合物。金属氧化物优选为氧化硅(siox)比如二氧化硅，或者另选地为铪、钽、钇或锆的氧化物，并且与氮化硅膜一起提供具有足够厚度的保护性多层。窗口保护性多层对于激光波长下的辐射而言是透明的，并且在高温下以及存在氧气和湿气时是耐氧化的。非窗口区域中的滑块保护性外涂层通常是形成在粘附膜上的dlc，该粘附膜处于滑块
的面向记录层的表面上。nft上的窗口保护性多层提供了足够的保护，使得在该多层的顶部上不需要单独的保护性外涂层，比如dlc。
11.为了更全面地理解本发明的实质和优点，应当参考结合附图所作的以下具体描述。
附图说明
12.图1是根据现有技术的热辅助磁记录(hamr)盘驱动器的顶视图。
13.图2描绘了根据现有技术的在hamr盘驱动器中使用的气体轴承滑块和hamr盘的一部分的剖视图，该剖视图由于难以显示非常小的特征部而未按比例绘制。
14.图3a是根据本发明的一个实施方案的滑块的一部分的剖视图，并且图3b是具有保护性多层的滑块的气体轴承表面(gbs)视图，该保护性多层处于滑块的面向盘的表面的窗口区域上。
15.图4a是根据本发明的一个实施方案的滑块的一部分的剖视图，并且图4b是具有保护性多层的滑块的gbs视图，该保护性多层处于滑块的面向盘的表面的窗口区域上，其中近场换能器(nft)是具有三角形端部的“纳米嘴”类型的nft，该三角形的顶点形成面向写入极端部的nft尖端。
16.图5a至图5e是根据本发明的一个实施方案的示出了形成保护性多层的基本工艺步骤的截面图。
具体实施方式
17.图1是根据现有技术的热辅助磁记录(hamr)盘驱动器100的顶视图。在图1中，hamr盘驱动器100被示出为包括具有连续磁记录层31的盘200，该连续磁记录层具有同心的圆形数据磁道118。仅示出了靠近盘200的内径和外径的若干代表性磁道118的一部分。
18.驱动器100具有支撑致动器130的外壳或基部112和用于使磁记录盘200旋转的驱动马达(未示出)。致动器130可为具有刚性臂131并围绕枢轴132旋转(如箭头133所示)的音圈马达(vcm)旋转致动器。头悬架组件包括悬架135和头载体诸如气体轴承滑块120，该悬架具有附接到致动器臂131的端部的一端，该头载体附接到悬架135的另一端。悬架135允许滑块120保持非常靠近盘200的表面，并且使得其能够在盘200沿箭头20的方向旋转时，在由该盘生成的气体(通常是空气或氦气)轴承上“倾斜”和“滚动”。滑块120支撑hamr头(未示出)，该hamr头包括磁阻读取头、感应式写入头、近场换能器(nft)和光学波导。例如，具有780至980nm波长的半导体激光器90可用作hamr光源，并且被描述为支撑在滑块120的顶部上。作为另外一种选择，激光器可位于悬架135上并通过光学通道耦合到滑块120。在盘200沿箭头20的方向旋转时，致动器130的移动允许滑块120上的hamr头访问盘200上的不同数据磁道118。滑块120通常由复合材料形成，诸如氧化铝/碳化钛(al2o3/tic)的复合材料。图1中仅示出了具有相关联的滑块和读写头的一个盘表面，但通常在由主轴马达旋转的轮毂上堆叠有多个盘，其中单独的滑块和hamr头与每个盘的每个表面相关联。
19.在以下附图中，x方向表示垂直于滑块的气体轴承表面(gbs)的方向，y方向表示磁道宽度或跨磁道方向，并且z方向表示沿磁道方向。图2是示出了根据现有技术的hamr头的构型示例的示意性剖视图，其在本发明的实施方案中也能够用作hamr头。在图2中，盘200被
示出为常规盘，其中hamr记录层31为具有磁化区域或“位元”34的可磁化材料的连续非图案化磁记录层。位元34在物理上彼此相邻，并且相邻位元的边界被称为磁跃迁37。这些位元被记录在各个数据扇区中。记录层31通常由具有垂直磁各向异性且高各向异性(ku)的基本上化学有序的fept合金(或copt合金)形成。盘包括通常由无定形类金刚石碳(dlc)形成的外涂层36和通常为粘结的全氟聚醚(pfpe)的液体润滑剂层38。
20.气体轴承滑块120由悬架135支撑。滑块120具有面向记录层的表面122，外涂层124沉积在该表面上。外涂层124通常是dlc外涂层，其外表面形成滑块120的gbs。在沉积外涂层124之前，可将任选的粘附内涂层(未示出)诸如硅(si)或氮化硅(sinx)膜沉积在表面122上。滑块120支撑磁写入头50、磁阻(mr)读取头60和磁通读取头屏蔽件s1和s2。记录磁场由写入头50产生，写入头由线圈56、用于传输线圈56所生成的通量的主磁极53、具有端部52的写入极55、和返回极54构成。线圈56所生成的磁场通过磁极53传输到位于光学近场换能器(nft)74附近的写入极端部52。写入头50通常能够以不同的时钟速率工作，以便能够以不同的频率写入数据。当来自波导73的光入射时，也被称为等离激元天线的nft 74通常使用低损耗金属(例如，au、ag、al或cu)，该低损耗金属被成形为使得将表面电荷运动集中在位于滑块gbs处的尖端处。振荡尖端电荷产生强烈的近场图案，从而加热记录层31。有时，nft的金属结构可产生谐振电荷运动(表面等离激元)以进一步增强记录层的强度和加热。在记录的时刻，盘200的记录层31被nft 74所生成的光学近场加热，并且同时，通过施加写入极端部52所生成的记录磁场，将区域或“位元”34磁化并因此写入到记录层31上。
21.半导体激光器90安装到滑块120的顶部表面。用于将来自激光器90的光引导至nft 74的光学波导73形成于滑块120内。激光器90通常能够以不同的功率水平工作。确保波导73芯材料的折射率大于包覆材料的折射率的材料可用于波导73。将光传送至nft 74的波导73优选地为单模波导。
22.在类似条件下，与真空或环境空气相比，nft的可靠性在盘上的实际记录条件下更差。这据信是由于通过高盘转速(5-15krpm)或通过“回热”(即，由于滑块-盘摩擦生热、来自盘的传导、和/或不透明碳质材料在nft附近的积聚而导致的nft生热)在gbs处生成的高气压(20个或更多个大气压)导致的滑块dlc外涂层的加速氧化。回热可能导致nft金属扩散，直到nft尖端圆化并且记录退化。
23.在本发明的实施方案中，hamr写入头具有窗口保护性多层，该窗口保护性多层由直接处于nft端部和写入极端部上并与它们接触的第一氮化硅膜以及直接处于氮化硅膜上并与之接触的第二金属氧化物膜构成。图3a是根据本发明的一个实施方案的滑块的一部分的剖视图，并且图3b是该滑块的gbs视图。滑块220具有面向盘上的记录层的表面222。滑块支撑波导173、nft 174、主极153和具有写入极端部152的写入极155。该示例中的nft 174是具有面向写入极端部152的中心尖端176的e形天线。在该示例中，写入极端部152是从写入极155延伸到面向盘的表面222处的唇缘。面向盘的表面222包括围绕nft 174和写入极端部152两者的窗口区域240(图3b)。通常为dlc的滑块保护性外涂层224仅在窗口区域240之外的非窗口区域241中形成于面向盘的表面222上。在从写入极155向下的磁道z方向上，磁阻读取头160位于非窗口区域241中。内涂层或粘附膜223诸如硅(si)或氮化硅(sinx)膜用于提高保护性外涂层224的粘附性。粘附膜223的典型厚度为0.2nm至0.5nm，并且dlc外涂层224的典型厚度范围为1.5nm至2.5nm。仅在窗口区域240内，保护性多层250形成在面向盘的
表面222上，并且包括氮化硅膜251和金属氧化膜253。保护性多层(组合膜251和253)的厚度至少为2.5nm并且优选范围为3nm至5nm。不需要在该多层的金属氧化物膜253上形成单独的保护性外涂层，比如外涂层224。
24.图4a和图4b示出了一个实施方案，其中nft 274是具有三角形端部的“纳米嘴”类型的nft，并且该三角形的顶点形成面向写入极端部152的nft尖端276。在此示例中，写入极端部152不作为唇缘从写入极155开始延伸。在此类型的nft中，波导273具有面向nft 274的表面274a的表面273a。当光被引入波导273中时，消散波在表面273a处生成并且耦合到在nft 274的表面274a上激发的表面等离激元。表面等离激元传播到输出尖端276。仅在围绕nft 274端部和写入极端部152的窗口区域240
′
中，具有氮化硅膜251和金属氧化物膜253的保护性多层形成在滑块保护性外涂层224上。
25.在全部实施方案中，窗口被描绘为圆形，但可具有其他形状，前提条件是其覆盖nft端部和写入极端部两者。优选地，窗口不会大到也覆盖读取头(图3a中的物体160)。如果为圆形，则其直径可例如为约3gm，这将不会影响读取头，该读取头通常距写入极端部约5μm。
26.图5a至图5e是根据本发明的一个实施方案的示出了形成保护性多层的基本工艺步骤的截面图。在图5a中，粘附膜223和无定形dlc外涂层224已经沉积在滑块220的整个表面222上。粘附膜223的厚度可介于约0.2nm至0.5nm之间，并且dlc外涂层224的厚度可介于约1.5nm至2.5nm之间。在图5b中，抗蚀剂300已经在外涂层224上图案成型和形成，以限定围绕nft端部174和写入极端部152的窗口区域240。抗蚀剂可以为通过旋涂沉积的液体抗蚀剂。在图5c中，在窗口区域240中去除了粘附膜223和滑块外涂层224，例如通过在ar-n2气氛中的反应离子蚀刻(rie)。由于内涂层223和外涂层224材料的蚀刻速率为人们所熟知，因此可在精确的时间终止蚀刻以去除外涂层224材料和全部粘附膜223，而不蚀刻nft 174材料(通常是au或au合金)或写入极152材料(通常是cofe或cofeni合金)中的任一者。
27.接下来，在图5d中，在窗口区域240中，直接在nft端部174和写入极端部152上沉积该保护层的第一膜，即基本上由si3n4组成的氮化硅膜251。膜251优选地在ar n2等离子体中由si靶通过ribd来沉积。另选地，膜251可在ar气氛中由si3n4靶通过离子束沉积(ibd)来沉积。氮化硅膜的沉积厚度至少为0.5nm，但不超过约2.0nm，以确保其不包含除纯氮化硅以外的不可接受量的材料。然后，在ar o2等离子体中由si靶直接在氮化硅膜251上通过ribd沉积第二膜253，即金属氧化物膜，其优选为二氧化硅。另选地，第二膜可以是选自氧化铪、氧化钽、氧化钇和氧化锆的氧化物。将金属氧化物沉积至一定厚度，以确保该多层的总厚度至少为2.5nm，优选范围为约3nm至5nm，以确保充分的保护性。
28.在图5e中，已经去除了抗蚀剂300和上覆的氮化硅及二氧化硅材料。窗口区域240中的保护性多层膜251和253被描绘为延伸超出滑块220的gbs，其为非窗口区域中的外表面。
29.在该方法的一个实施方案中，可以在二氧化硅膜的表面上进行任选的表面处理。可以使二氧化硅膜表面经受基本上由四氟化碳(ccl4)、氮气(n2)和氮气氢气混合物(n2 h2)中的一项组成的等离子体。
30.在所有实施方案中，重要的是，氮化硅膜是第一膜，并且二氧化硅膜或其他金属氧化物膜是第二膜。如果膜的顺序颠倒，nft和写入极将氧化并变形。这是因为，为了制造具有
良好化学计量和良好光学透明度的二氧化硅膜，利用氩-氧等离子体且通过ribd来沉积二氧化硅膜。已经发现，为了避免在随后的二氧化硅沉积过程中的nft和写入极氧化，氮化硅的厚度应当至少为0.5nm。
31.表1示出了针对类似厚度的单个氮化硅层和根据本发明的实施方案的多层的光学性能，如通过衰减全反射(atr)方法所测量。表面等离子体激元传播系数(gspp)描述了每行进距离(μm)的光损失量(db)。消光系数k是光吸收性的量度。对于和厚度的层而言，si3n4/sio2多层表现出较低的gspp和k值，这表示更具光学透明度的层。
32.表1
[0033][0034]
对具有各种si3n4/sio2多层厚度的ni28fe72试样，测试多层的抗热氧化性。在环境气氛下，使试样于烘箱中经受300℃。在规定的退火时间之后，将它们从烘箱中取出并用拉曼光谱法进行分析，以测试fe氧化物的形成。数据表明，si3n4/sio2多层提供了相当于单个si3n4层的热氧化保护，其中检测到铁氧化物峰值的时间大于10小时。
[0035]
虽然已参考优选的实施方案具体示出并描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可在形式和细节上作出各种更改。因此，所公开的本发明被认为仅是示例性的，并且在范围上仅限于所附权利要求书中指定的范围。