专利名称：制造与活动磁媒体一起运作的转换器滑块上衬垫的方法
技术领域：
本发明涉及与活动磁性媒体一起使用的磁转换器(磁头)领域，更具体地说，涉及制造面对数据存储系统活动媒体的转换器的、包括空气轴承表面在内的滑块表面上衬垫的方法。
背景技术：
图1中绘制的是用现有方法制造的典型的磁头与磁盘系统。在运行中，磁转换器20在磁盘16上方扫描时为悬架13所支承。通常被称为磁头或滑块的这种磁转换器包括完成记录磁转换(记录头23)和读出磁转换(读出头12)任务的组件。进出读出头12和记录头23的电信号经安装于或嵌入悬架13的传导分支(引线)14传输。一般有两对电接触片(未显示)，分别用于读出头12和记录头23。电线或引线14连接于这两对电接触片并布于悬架内通到悬臂电子设备(未显示)。磁盘16安装于主轴18上，所述主轴为主轴马达24所驱动，从而使磁盘16旋转。磁盘16包括基底26，在其上沉积多层薄膜。薄膜21包含铁磁材料，写出头23把包括编码信息的磁转换记录于此铁磁材料中。读出头12当磁盘在磁头20的空气轴承表面下旋转时读取转变来的磁转换。在典型的制造薄膜磁转换器的过程中，在一个晶片上形成许多转换器。在基本结构完成后，把晶片切分为四分之一或多行，再研磨并以现行平面蚀刻法制成盘结构。最后再把各行切分为各个转换器。
磁转换器20的空气轴承表面按常规制成轨条形，从滑块体向媒体延伸，决定气动力学，并且在转换器与旋转的或静止的磁盘接触时起接触区的作用。为了减少轨条形件与静止的表面接触时的静态阻力，在条形件上和空气轴承表面的其他区域制出沉积的衬垫29或凸块。为了说明起见只显示了几个这样的衬垫，然而，在轨条形件上及其附近可以有成百上千的这种极小的衬垫。按照常规这些极小的衬垫是用激光点加热的方法制于轨条形件表面的，但是也可以用光刻法制出多层衬垫层结构。下面要说明的本发明是使用光刻法制造这种衬垫的方法。用光刻法制造这种衬垫，其方法就是制造光致抗蚀图案时把这些衬垫的地方制成空白。然后把制造这种衬垫的材料沉积到包括光致抗蚀剂在内的整个表面上。除去光致抗蚀剂后沉积于光致抗蚀材料上的制造这种衬垫的材料也被除去，留下光致抗蚀剂空白处的这种衬垫。去除光致抗蚀剂的典型办法是运用溶液刷洗。现有光刻法的一个问题是这种衬垫趋向于在外边沿出现隆起或围栏状结构，因为制造这种衬垫的材料沉积于围绕这种衬垫的光致抗蚀剂侧壁上。这种围栏状结构的材料可能损坏磁盘并可能破裂成可损坏磁盘和驱动器内的其他部件的碎片。
授予汉等人的发明名称为《空气轴承滑块的坚固的沉积的衬垫》的美国专利第6,236,543号提到了这种衬垫破裂的问题，随之而来的是要使用应力更高的硬材料。据说解决这个问题的办法包括用一种极硬的四面体非晶碳材料制造这种衬垫和以插入至少一层诸如硅、碳化硅、二氧化硅或四碳化三硅之类的减应力材料的办法减少应力。建议使用旋转斜角沉积法使四面体非晶硅沉积，从而使这种衬垫的顶部变圆，这样做可以把边角修平滑。
发明内容
本发明的目的是提供围栏状结构最小而又坚固的滑块的衬垫制造方法。
现在说明制造具有边缘无围栏状结构的沉积的衬垫的转换器制造法。这种衬垫的形状和位置由用现有方法在轨条形结构表面上或其附近形成的光致抗蚀剂图案中的空白处限定。优选方案是使用垂直束法沉积衬垫结构的初始层，用作粘结层或种子层。下一层是衬垫层，根据现有方法，因为衬垫构形的限定，优选方案是以非垂直(倾斜)法沉积这一层。最后一层即掩膜层垂直沉积于衬垫层上，在后面的灰化步骤中提供各向异性保护。垂直沉积加工使掩膜层和种子层材料在光致抗蚀剂空白处侧壁上的沉积减少到最低限度。因此，通过垂直沉积，围栏状结构上的掩膜层和种子层材料比结构的平面部分薄得多。衬垫层表面上的掩膜层的厚度应该足以在以后的氧等离子体灰化中保护衬垫层，但衬垫层围栏状结构上侧壁处掩膜材料的厚度应该薄到足以使围栏状结构在灰化中得不到保护。掩膜层的材料应该是能形成阻止以后氧等离子体穿透的钝化氧化物的一种材料。衬垫的各材料层沉积完毕后，优选方案是以包括机械研磨(例如，喷苏打或溶剂擦洗)在内的方法除去光致抗蚀剂。除去光致抗蚀剂后，以含氧等离子体对结构进行灰化。在灰化过程中除去衬垫层上的围栏状结构，因为掩膜层对围栏状结构提供的保护小于对衬垫层主体提供的保护。机械研磨由于引发围栏状结构上的掩膜材料薄碎片遭破坏，增加了除去围栏状结构的把握。在灰化期间掩膜层的大部分可望转变为氧化物，而这种氧化物在结构上也是间断的并且是不自承的。剩下的掩膜材料以及氧化物材料以溅射浸蚀除去，使衬垫层暴露出来并且没有围栏状结构。
图1表示的是现有技术，显示磁头与位于磁盘驱动器内的相关部件的关系。
图2表示的是现有技术的滑块的空气轴承表面上沉积的衬垫结构。
图3表示的是根据本发明的、在滑块衬垫结构上垂直沉积掩膜层。
图4表示的是根据本发明的经过垂直沉积工序后的衬垫结构。
图5表示的是根据本发明的一道工序中光致抗蚀剂去除后制造衬垫结构的状况。
图6表示的是图5中标记E1的区域的放大图。
图7表示的是图6中标记E1的区域在根据本发明经氧等离子体灰化和机械研磨后的放大图。
图8绘制的是图7中标记E1的区域根据本发明经喷射蚀刻后的放大图。
具体实施例方式
用上面说明的现行方法沉积根据本发明的粘结层和衬垫层导致沉积在侧壁上的材料在去除光致抗蚀剂时产生围栏状结构。本发明在消除衬垫层的围栏状结构方面使用基本为零度(从与基底平面垂直的方向)的入射角沉积掩膜层。使用高度定向手段，例如，离子束或溅射(优选地用基底偏压)沉积掩膜层时，与离子束垂直的平面上的沉积速率显著高于与离子束平行的平面。这种比率一般可能大约为7比1。也就是说，基本从垂直方向(与法面成零度夹角)沉积，沿围栏状结构侧壁(平行于离子束)的掩膜层厚度大约为衬垫层表面(垂直于离子束)上掩膜层厚度的7分之1。
这意味着有一个“操作范围”，这时掩膜层的厚度厚到足以防止下面的衬垫层氧化而围栏状结构的掩膜层厚度不足以保护围栏状结构的“主要部分”不为氧等离子体所侵蚀。掩膜层的操作厚度的确切限度是可以变动的，决定于沉积设备的性能、所使用的材料和诸如氧等离子区压力之类的参数。掩膜层厚度范围预期大约在5-50埃米之间。根据本发明沉积掩膜层和种子层时，在围栏状结构上，该两层就会是间断的。来自光致抗蚀剂的机械摩擦进一步削弱侧壁上的掩膜层，但不削弱衬垫表面的掩膜层，因为衬垫表面上的掩膜层比较厚，由于围栏状结构的几何形状使之在机械力作用下易于发生大侧向偏转对衬垫表面上的掩膜层的削弱程度也比较小。暴露于氧等离子体(灰化)和机械研磨导致侧壁上的材料变为非自承的、松软多孔的氧化物(例如氧化硅)的部分。
相反，如果把离子束沉积或溅射流置于45度方向，或者使用任何其他非定向沉积方法，衬垫表面和围栏状结构表面上的掩膜层厚度都会差不多一样，掩蔽效果也差不多一样。如果侧壁和平面上的掩蔽物质厚度差不多，就不会有各向异化效应，就不会优先把围栏状结构的物质灰化掉。结果就会是操作范围显著缩小或者为零。
现在参照图3说明本发明。图3绘制的是封装于滑块内的转换器，该滑块具有根据本发明结构的衬垫。图3显示转换器20的一部分。转换器20包含多个以现有工艺制造的磁转换器。沉积的光致抗蚀剂41之间的空白也是以现有工艺制成的。光致抗蚀材料41形成于制造滑块体的材料层43上。粘结层44沉积于光致抗蚀剂和空白处之上。与碳素的衬垫材料一起使用的粘结层44可以是诸如钛或硅之类的可以形成碳化物的材料中的任一种，优选材料是硅。这些材料通常在灰化时氧化。与对于掩膜层46的原因类似，粘结层44优选地也是垂直沉积。粘结层44与其后沉积的功能层相比要薄一些，只需厚到足以起粘着作用，这意味着可能在不薄于大约10埃。鉴于在其内使用浮动体的存储系统的结构要求已定，粘结层的厚度与其他层一样应根据实验确定。结构要求之一是包括粘结层在内的衬垫的整个厚度，因为这个厚度限制置于浮动体内的磁传感器与磁记录媒体之间的间隔。
衬垫层45要沉积到比粘结层44厚得多的厚度。衬垫层的厚度一般以现有技术的原则决定，例如，使静摩擦和耐磨性最佳化。目前的结构使用的衬垫层厚度为大约150-600埃。制作衬垫的优选材料是金刚石类的碳。这种碳可以氢化或氮化和/或加有其他的功能搀杂质。只要在氧等离子区或其他等离子区内灰化时足以发生挥发(即形成气态还原产物)也可以在本发明的范围内使用其他耐久材料。
在图3的沉积方法中示出了掩膜材料47。所述掩膜材料47的优选材料应是暴露于氧时会钝化，形成浓密的粘附氧化物的材料。硅是优选材料。箭头表示沉积受到限制，使得沉积角θ很小，即基本与表面垂直(垂直沉积)。使用垂直沉积是为了使沉积物在侧壁上的沉积量最少。用现有技术的方法，例如离子束沉积或偏压溅射，可得到垂直沉积。图4显示掩膜层46沉积完毕后空气轴承表面的状况。
图5显示光致抗蚀材料41去除后的结构。优选地用机械研磨，例如，喷苏打或加溶液擦洗，来弱化或减少围栏状结构的方法除去光致抗蚀材料41。图6显示图5中标记E1区域的放大图，以便更清楚地显示掩膜层46和衬垫层45的细部结构和边缘的外形。衬垫的结构46F和45F是前面提到的不需要的围栏状结构。图7显示在氧等离子体中这种结构灰化的结果。氧使薄的围栏状结构中的碳灰化，并与去除光致抗蚀剂期间的机械磨蚀一起破坏围栏状结构的完整性，留下更圆一些的结构，这种结构对于衬垫层45的边缘是优选的。因为保护衬垫的掩膜层更厚并产生钝化氧化物，能对衬垫层45提供持续的覆盖和保护。虽然所说明的实施例包含灰化步骤之前的去除保护层，但是可以预期去除保护层之前的灰化会获得相同的结果。图8显示以溅射侵蚀去除掩膜材料47使衬垫层边缘变为圆形的结果。也可以在衬垫和滑块上沉积更多的外保护层。
除了上面明文给出的材料、厚度值等等之外，前面本发明的实施例里的各层、结构及材料都可按照现有的工艺使用，并根据现有的工艺制造。
这里给出的各种成分在说明中都没有考虑少量杂质的问题，而在实际的实施例中出现少量杂质是不可避免的，这一点本专业技术人员是很明白的。
虽然本发明的实施例是以一个具体的实施例说明的，但是这里说明的本发明并不限于实施例里的运用，本专业技术人员了解的各种改变和修改都在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种制造磁转换器的滑块上衬垫的方法，包括以下步骤形成包括磁转换器的一个滑块主体；形成在光致抗蚀剂中的空白处，以限定在滑块主体上的衬垫的位置和形状，所述空白处有侧壁；在滑块主体上沉积衬垫层，所述衬垫层在所述空白处的侧壁上形成围栏状结构并具有一个表面；各向异性地沉积一个掩膜层，所述侧壁上的围栏状结构上的掩膜层比衬垫层表面上的掩膜层薄；为了除掉所述空白处以外的衬垫层和掩膜层，除去所述光致抗蚀材料；通过灰化从衬垫层上除去围栏状结构；除去掩膜层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括在形成所述空白处之后和沉积所述衬垫层之前各向异性地沉积粘结层或种子层这一步骤，在所述空白处侧壁上的粘结层或种子层比所述空白处底部表面上的粘结层或种子层薄。
3.根据权利要求2的方法，其特征是，所述粘结层或种子层是一种形成碳化物的材料。
4.根据权利要求2的方法，其特征是，所述粘结层或种子层是硅。
5.根据权利要求1的方法，其特征是，各向异性地沉积掩膜层这一步骤还包括用离子束在基本与所述衬垫层表面垂直的方向沉积所述掩膜层。
6.根据权利要求1的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步骤包括使用机械研磨。
7.根据权利要求1的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步包括喷苏打。
8.根据权利要求1的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步骤包括溶液擦洗。
9.根据权利要求1的方法，其特征是，所述从衬垫层上除去围栏状结构这一步还包括把所述围栏状结构暴露于含氧等离子区。
10.根据权利要求1的方法。其特征是，所述衬垫层是金刚石类碳。
11.根据权利要求1的方法。其特征是，所述掩膜层是能形成钝化氧化物的材料。
12.根据权利要求1的方法，其特征是，所述各向异性地沉积掩膜层这一步骤还包括使用偏压溅射方法在基本与所述衬垫层表面垂直的方向上沉积所述掩膜层。
13.一种制造磁转换器的滑块上衬垫的方法，这种方法包括以下步骤形成包括磁转换器的一个滑块主体；在滑块主体的表面上沉积光致抗蚀材料；在所述光致抗蚀剂内制出空白处，以限定衬垫的位置和形状；在所述光致抗蚀剂和空白处上垂直沉积粘结层或种子层；在所述粘结层上沉积衬垫层，所述衬垫层包含暴露于氧等离子体时挥发的第一材料；垂直沉积掩膜层，所述掩膜层包含暴露于氧时能形成钝化氧化物的第二材料；为了除掉所述空白处以外的粘结层、衬垫层和掩膜层，除去所述光致抗蚀材料；通过以含氧等离子体进行的灰化从衬垫层上除去围栏状结构材料；除去所述掩膜层。
14.根据权利要求13的方法，其特征是，所述粘结层是硅。
15.根据权利要求13的方法，其特征是，所述衬垫层是金刚石类碳。
16.根据权利要求13的方法，其特征是，所述掩膜层是硅。
17.根据权利要求13的方法，其特征是所述粘结层是硅；所述衬垫层是金刚石类碳；所述掩膜层是硅。
18.根据权利要求13的方法，其特征是，除去掩膜层这一步骤还包括溅射侵蚀。
19.根据权利要求13的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步骤还包括机械研磨光致抗蚀材料。
20.根据权利要求13的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步骤还包括喷苏打或溶液擦洗。
21.一种制造磁转换器的滑块上衬垫的方法，这种方法包括以下步骤形成包括磁转换器的一个滑块主体；在光致抗蚀剂内制出空白处，以限定衬垫在滑块上的位置和形状，所述空白处有侧壁；在滑块体上沉积衬垫层，所述衬垫层在所述空白处的侧壁上形成围栏状结构并具有表面；各向异性地沉积掩膜层，所述侧壁上的围栏状结构上的掩膜层比衬垫层表面上的掩膜层薄；通过灰化从衬垫层上除去围栏状结构；为了除去除了空白处以外的衬垫层和掩膜层，除去光致抗蚀材料；除去所述掩膜层。
22.根据权利要求21的方法，其特征在于还包括在制出所述空白处之后和沉积所述衬垫层之前各向异性地沉积粘结层或种子层这一步骤，在所述侧壁上的粘结层或种子层比所述空白处底部表面上的粘结层或种子层薄。
23.根据权利要求22的方法，其特征是，所述粘结层或种子层是一种形成碳化物的材料。
24.根据权利要求22的方法，其特征是，所述粘结层或种子层是硅。
25.根据权利要求21的方法，其特征是，各向异性地沉积掩膜层这一步还包括用离子束在基本与所述衬垫层表面垂直的方向沉积所述掩膜层。
26.根据权利要求21的方法，其特征是，所述除去光致抗蚀材料这一步骤包括使用机械研磨。
27.根据权利要求21的方法，其特征是，所述以灰化方法从衬垫层除去围栏状结构这一步骤还包括把所述围栏状结构暴露于含氧等离子区。
28.根据权利要求21的方法，其特征是，所述掩膜层是形成氧化物的材料。
29.根据权利要求21的方法。其特征是，所述各向异性地沉积掩膜层这一步骤还包括使用偏压溅射方法在基本与所述衬垫层表面垂直的方向上沉积所述掩膜层。
全文摘要
制造转换器滑块上衬垫的方法，转换器具有边缘没有围栏状结构的沉积的衬垫。衬垫的形状和位置由用现有方法在光致抗蚀剂内制出的空白处限定。优选方案是在空白处首先沉积粘结层再沉积衬垫层。再在衬垫层上垂直沉积掩膜层。衬垫层表面上的掩膜层的厚度应足以在以后的灰化步骤中保护衬垫层，但衬垫层围栏状结构侧壁上的掩膜材料应薄到在灰化中不足以保护围栏状结构。为了在氧等离子区使衬垫与有腐蚀性的氧等离子体隔开保护下面的衬垫层，掩膜层应是一种能形成钝化氧化物的材料。再以灰化辅以机械研磨除去衬垫层上的围栏状结构，灰化步骤可在除去光致抗蚀剂之前实施。剩下的掩膜层以溅射侵蚀法除去，使衬垫层暴露出来，并且没有围栏状结构。
文档编号G11B5/60GK1487505SQ0314749
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月15日 优先权日2002年7月15日
发明者德特勒夫·加多, 黄成一, 卢恩卿, 师宁, 德特勒夫 加多 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司