在HAMR结构中使用高导热材料涂覆NFT区间的方法与流程

本文公开的实施例总体上涉及采用热辅助磁记录(HAMR)头的磁盘装置。

背景技术：

用于磁盘驱动器中的磁介质中更高的存储位密度已经将磁位的尺寸(体积)减小到磁位尺寸受限于磁性材料的晶粒尺寸的程度。尽管晶粒尺寸还可以进一步减小，存储在磁单元中的数据可能不再热稳定。即环境温下的随机热波动可能足以擦除数据。此状态被描述为超顺磁极限(superparamagnetic limit)，其决定了对于给定磁介质的最大理论存储密度。可以通过提高磁介质的矫顽力或降低温度来提高此极限。当设计用于商用或消费使用的硬盘驱动器时，降低温度可能并不总是可行的。另一方面，提高矫顽力需要包含更高磁矩材料的写头，或例如垂直记录的技术(或者两者)。

已经提出另一种方案，其使用热量来降低磁介质表面上的局部区域的有效矫顽力，并且在该被加热的区域内写入数据。一旦介质冷却到环境温度，数据状态变为“固定的”。此技术广泛地称为HAMR(热辅助磁记录)，其可以应用于纵向和垂直记录系统，以及“位图案化介质(bit patterned mediea)”。已经通过若干技术(例如聚焦激光束或近场光源)来实现介质表面的加热。

典型地，通过光耦合至各种波导来将外部光电装置(例如激光器或光电二极管)集成到完成的滑块内，其中所述波导随后将光引导并聚焦到用于产生热点的等离子体近场换能器(NFT)之上。由非晶态类金刚石碳(DLC)制成的保护性上覆层典型地形成在面向磁介质的滑块上。保护性上覆层的降解或氧化，连同由滑块-介质摩擦生热造成的NFT的回热，可能降低NFT的可靠性。

因此，需要一种形成HAMR头的改进的方法。

技术实现要素：

本文公开的实施例总体上涉及一种形成HAMR头的方法。所述方法包含使用按需滴喷(drop-on-demand)工具在滑块表面的一部分上沉积按需滴喷掩模。滑块表面包含NFT的至少一部分。在滑块表面的剩余的部分之上和按需滴喷掩模之上沉积第一保护层。将按需滴喷掩模以及设置在按需滴喷掩模上的第一保护层的一部分移除，暴露NFT的至少一部分。在第一保护层和NFT的至少暴露的部分上沉积第二保护层。通过使用按需滴喷工具来沉积按需滴喷掩模，降低了按需滴喷掩模和NFT的该部分之间的对准的严格度，并且可以使用擦除工具轻易地移除按需滴喷掩模。

在一个实施例中，方法包含在NFT的至少一部分上设置按需滴喷掩模，在NFT的剩余的部分之上和按需滴喷掩模之上沉积第一保护层，将按需滴喷掩模以及设置在按需滴喷掩模之上的第一保护层的一部分移除，NFT的该部分被暴露，并在NFT的暴露的部分上沉积第二保护层。

在另一实施例中，方法包含在NFT的至少一部分上设置掩模，并且掩模包含墨。所述方法还包含在NFT的剩余的部分之上和掩模之上沉积类金刚石碳层，将掩模以及设置在掩模之上的类金刚石碳层的一部分移除，并在NFT的暴露的部分上沉积铝氮化物层。

在另一实施例中，磁头包含NFT、主磁极端、以及在NFT和主磁极端上形成的上覆层。上覆层包含第一部分和与第一部分不同的第二部分，并且上覆层的第二部分设置为与NFT的至少一部分相邻。在从NFT的该部分移除墨掩模之后，在NFT的该部分上形成上覆层的第二部分。

附图说明

为了使本公开的上述特征可以被详细理解，将通过参考实施例(其中一些在附图中图示)对上文的简要概括进行本公开的更详细的描述。然而应注意到，附图仅图示了本公开的典型实施例，因此并不应当视为限制了其范围，因为本公开可以允许涉及磁传感器的任何领域中的等效实施例。

图1图示了根据本文所描述的实施例的磁盘驱动器系统。

图2是根据本文所描述的一个实施例的图1的磁盘驱动器的HAMR读/写头和磁介质的局部截面侧视图。

图3A-3F图示了用于形成根据本文所描述的各种实施例的上覆层的工艺。

为了方便理解，尽可能使用了相同的附图标记来指代附图共有的相同元件。可以设想一个实施例中公开的元件可以在无需特别指明的情况下有益地使用在其他实施例中。

具体实施方式

在下文中，参考了实施例。然而，应该理解的是，本公开并不局限于特定描述的实施例。相反地，不论是否涉及不同的实施例，下文的特征和元件的任意组合可以被设想以实施并实现所要求保护的主题。此外，尽管本文所描述的实施例可以实现相较于其他可能的方案和/或先前技术的优点，但无论特定的优点是否通过给定的实施例实现并不限定所要求保护的主题。因此，下文的方面、特征、实施例以及优点仅为说明性的，而不应视为所附权利要求的要素或限制，除非在权利要求中明确地表述。

本文所公开的实施例总体上涉及一种形成HAMR头的方法。所述方法包含使用按需滴喷工具在滑块的表面的一部分上沉积按需滴喷掩模。滑块的表面包含NFT的至少一部分。在第一滑块表面的剩余的部分之上和按需滴喷掩模之上沉积第一保护层。将按需滴喷掩模以及设置在按需滴喷掩模上的第一保护层的一部分移除，暴露NFT的至少一部分。在第一保护层上和NFT的至少暴露的部分上沉积第二保护层。通过使用按需滴喷工具来沉积按需滴喷掩模，降低按需滴喷掩模和NFT的该部分之间的对准的严格度，并且可以使用擦除工具轻易地移除按需滴喷掩模。

图1图示了采用本公开的磁盘驱动器100。如图所示，至少一个可旋转的磁介质112被支承在主轴114上，并且通过磁盘驱动器电机118旋转。每个介质上的磁记录是数据磁道的任意合适的图案的形式，例如磁介质112上的同心数据磁道的环形图案(未示出)。

至少一个滑块113设置在磁介质112附近，每个滑块113支承一个或多个磁头组件121，所述磁头组件121可以包含用于加热介质表面122的辐照源(例如激光器或LED)。随着磁介质112旋转，滑块113在介质表面122之上径向地移动进出，使得磁头组件121可以访问(access)磁介质112的不同磁道，以读取或记录数据。每个滑块113通过悬架(suspension)115附接到致动器臂119。悬架115提供使滑块113朝向介质表面122偏移的轻微弹力。每个致动器臂119附接到致动器机构127。如图1所示的致动器机构127可以是音圈电机(VCM)。VCM包含在固定磁场中可移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过控制单元129提供的电机电流信号来控制。

在HAMR使能的磁盘驱动器100的操作期间，磁介质112的旋转在滑块113与介质表面122之间产生空气轴承，其在滑块113上施加向上的力或升力。空气轴承由此抗衡(counter-balance)悬架115的轻微的弹力，并且在正常操作期间以小的、基本上不变的间距将滑块113略微支承在介质表面122之上。辐照源加热高矫顽力介质，使得磁头组件121的写入元件可以正确地磁化介质中的数据位。

在操作中，通过由控制单元129产生的控制信号(例如访问控制信号和内部时钟信号)来控制磁盘驱动器100的各种部件。典型地，控制单元129包含逻辑控制电路、存储机构和微处理器。控制单元129产生控制信号，以控制各种系统操作，例如线123上的驱动器电机控制信号，以及线128上的头定位和寻找控制信号。线128上的控制信号提供所需的电流分布，以将滑块113最佳地移动并定位到介质112上的所需的数据磁道。读取和写入信号通过数据记录通道125与组件121上的读头和写头往复通信。

上文对典型的磁盘存储系统的描述以及图1的所附图示仅为代表目的。显而易见的是，磁盘存储系统可以包含大量的介质和致动器，并且每个致动器可以支承数个滑块。

图2是图1的磁盘驱动器100的HAMR读/写头201和磁介质112的截面侧视图。读/写头201可以对应于图1中描述的磁头组件121。读/写头201包含面向介质表面(MFS)202(例如空气轴承表面(ABS))、写头203和磁读头205，并且安装到滑块113上，使得MFS 202面向磁介质112。磁介质112可以包含具有磁化的区域或“位”206的记录层204。磁介质112可以还包含上覆层208(典型地由非晶态DLC形成)，以及润滑层210(典型地由全氟聚醚(PFPE)形成)。如图2所示，磁介质112在由箭头212指示的方向上移动经过写头203。滑块113和HAMR读/写头201可以包含面向磁介质112的表面214，并且可以在表面214上形成上覆层216。上覆层216可以具有从约1nm至约3nm范围之间的厚度，并且上覆层216包含MFS202。上覆层216可以包含第一部分218和第二部分220。第一部分218可以由DLC形成，而第二部分220可以由铝氮化物(AlN)形成。

在一些实施例中，磁读头205是磁致电阻式(MR)读头，其包含位于MR屏蔽件S1和MR屏蔽件S2之间的MR传感元件222。在其他实施例中，磁读头205是磁隧道结(MTJ)读头，其包含位于MR屏蔽件S1和MR屏蔽件S2之间的MTJ传感元件222。磁介质112中相邻的磁化区域的磁场通过MR(或MTJ)传感元件222可检测为记录位。

写头203包含主磁极224、波导226、NFT 228、主磁极端234、返回磁极230、以及激发主磁极224的线圈232。波导226可以包含芯236和围绕芯236的覆层材料238。写头203可以被工作附接到激光器240(即辐照源)。激光器240可以直接置于写头203上，或者可以通过光纤或波导从与滑块113分离设置的激光器240传送辐照。波导226是将辐照传输穿过写头203的高度到达NFT 228的通道，NFT 228例如是位于MFS 202附近的等离子体装置或光换能器。NFT 228典型地使用低损耗金属(例如金、银、铝或铜)，其形状设定为当来自波导226的光入射时，将表面电荷运动集中于位于MSF202的尖端。振荡尖端电荷形成强烈的近场图案，加热记录层204。有时，NFT 228的金属结构可以形成共振的电荷运动(表面等离子体)，以进一步提高记录层204的加热和强度。在记录的时刻，通过NFT 228产生的光学近场来加热磁介质112的记录层204，与此同时，区域或“位”206被磁化，且从而通过施加由主磁极端234产生的记录磁场被写入到记录层204上。

在HAMR磁盘驱动器中，NFT 228中的电荷运动也造成NFT 228的加热，且此“自加热”可能降低NFT 228的长期可靠性，或者通过造成NFT 228尖端变圆，或者通过使常规的DLC上覆层降解或氧化。通过使用光学透明的材料(例如AlN)取代DLC上覆层的一部分，可以将此“自加热”的效果最小化。因此，上覆层216包含第一部分218和与第一部分218不同的第二部分220，并且第二部分220可以由AlN制成，并且可设置为与NFT 228产生光学近场的部分相邻。第一部分218可以设置为与HAMR读/写头201的的剩余部分相邻，所述HAMR读/写头201的剩余部分与第二部分220不相邻。除此之外，HAMR读/写头201的剩余部分可以包含NFT 228的剩余的部分、主磁极端234的至少一部分、以及MR传感元件222。

图3A-3F图示了根据本文描述的各种实施例的用于形成上覆层216的工艺。图3A是NFT 228、主磁极端234和波导226的放大图。间隔层302可以设置在NFT 228与主磁极端234之间。间隔层302可以由介电材料制成，例如氧化铝。NFT 228可以包含面向磁介质112的表面304，间隔层302可以包含面向磁介质112的表面306，并且主磁极端234可以包含面向磁介质112的表面308。表面304、表面306、表面308可以是图2所示的表面214的部分。

如图3B所示，按需滴喷掩模310形成在表面214的一部分上，表面214的该部分可以是表面304的至少一部分、表面306、以及表面308的至少一部分。按需滴喷掩模310可以由液体材料制成，例如墨。在一个实施例中，按需滴喷掩模310由黑墨制成。可以使用按需滴喷工具(例如喷墨打印机或医用药品分配单元)将按需滴喷掩模310沉积到表面214的一部分上。使用这样的按需滴喷工具的益处是按需滴喷掩模310的尺寸可以轻易地改变，并且与使用光刻工艺相比，使得在表面214的一部分上形成掩模的成本降低。此外，与使用可能损坏NFT 228的蚀刻工艺相比，可以将液体按需滴喷掩模310轻易地移除。按需滴喷掩模310可以具有从约1微米至约2微米范围的直径，并且按需滴喷掩模310应当至少覆盖表面304上产生光学近场的点313。

接下来，如图3C所示，可以将第一保护层312沉积在表面304的剩余的部分、表面308的剩余的部分以及按需滴喷掩模310之上。第一保护层312可以是沉积在未被按需滴喷掩模310覆盖的表面214的剩余的部分之上的DLC层。在沉积第一保护层312之前，可以将粘附层314沉积在表面214的剩余的部分上并与之接触，并且沉积在按需滴喷掩模310上并与之接触，且可以将第一保护层312沉积在粘附层314上并与之接触。粘附层314可以是硅层。设置在按需滴喷掩模310上的粘附层314和第一保护层312的部分的总厚度是薄的，例如约5埃。可以通过使用异丙醇的擦除工具，将按需滴喷掩模310以及设置在其上的粘附层314和第一保护层312的薄层移除，如图3D所示。再一次地，与通过蚀刻工艺来移除光刻胶掩模相比，通过擦除工具来移除按需滴喷掩模310更加容易，并且通过擦除工具来移除按需滴喷掩模310不会损坏NFT 228。在移除按需滴喷掩模310之后，表面214的部分被暴露，例如被按需滴喷掩模310覆盖的表面304的包含点313的部分、表面306、以及表面308的部分。

如图3E所示，可以将第二保护层316沉积在表面214的暴露的部分上(例如表面304的包含点313的部分、表面306，以及表面308的部分)，以及第一保护层312上。第二保护层316可以由光学透明材料制成。在一些实施例中，第二保护层316可以具有高导热性和低热吸收，例如AlN。可以通过任意合适的方法沉积第二保护层316，例如物理气相沉积(PVD)。接下来，可以将第二保护层316的一部分移除，从而使第二保护层312与第二保护层316共面，如图3F所示。可以通过任意合适的方法执行第二保护层316的该部分的移除。在一个实施例中，通过研磨执行第二保护层316的该部分的移除。在另一实施例中，通过化学机械抛光(CMP)工艺执行第二保护层316的该部分的移除，并且第一保护层312充当CMP工艺的停止层。第一保护层312和第二保护层316可以是图2所示的上覆层216，第一保护层312是第一部分218，而第二保护层316是第二部分220。第二保护层312和第二保护层316的共面的表面可以是图2所示的MFS 202。光学透明并且具有高导热性和低热吸收的第二保护层316覆盖点313。

概括起来，公开了一种在HAMR读/写头上形成上覆层的方法。方法包含使用按需滴喷工具沉积按需滴喷掩模。通过使用按需滴喷工具，降低形成掩模的成本，并且掩模的尺寸可以轻易地变化。此外，可以轻易地移除按需滴喷掩模。

尽管前述内容针对了本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围的前提下，可以设想其他的和进一步的实施例，并且本公开的范围由随附的权利要求确定。