垂直磁記錄介質及其製造方法、磁記錄裝置的製作方法

2023-05-26 02:11:11

專利名稱：垂直磁記錄介質及其製造方法、磁記錄裝置的製作方法
技術領域：
本發明總體涉及一種垂直磁記錄介質及其製造方法，並且進一步涉及磁 記錄裝置，特別是涉及一種具有磁層的垂直磁記錄介質，在所述磁層中磁粒 子被無磁材料隔離。
背景技術：
諸如硬碟裝置之類的磁記錄裝置具有每位存儲成本低的特點，並且能夠 實現大存儲容量。因而，作為數位訊號記錄裝置，磁記錄裝置被廣泛應用於 個人計算機等裝置中。另一方面，硬碟裝置還被用於各種音像用途中，而且 對硬碟裝置的需求正迅猛增長。另外，當牽涉到記錄視頻信號的目的之時， 需要硬碟裝置進一步提高其存儲容量。與此同時，在磁記錄裝置中，為了獲得所期望的記錄容量的提高和成本 的降低，提高記錄介質的記錄密度是有效的途徑。隨著記錄介質的這種提高， 能夠在記錄裝置中減少記錄介質的數量，這樣就導致磁頭數量的減少。而作 為組件數量減少的結果，就使得磁記錄裝置的成本降低成為可能。為了改善磁記錄介質的記錄密度，有必要提高其解析度，並通過減低噪 聲而改善其信噪比(S/N比率)。在現有技術中，通過減小磁記錄介質中構 成記錄層的磁粒子的晶粒直徑並進一步磁隔離所述磁粒子而實現這種噪聲 的減低。專利參考文獻1日本特開專利申請2003-217107專利參考文獻2專利參考文獻3日本特開專利申請2005-353256 專利參考文獻4日本特開專利申請2006-309919通常，垂直磁記錄介質具有在襯底上由軟磁材料形成的軟磁襯層上疊置 記錄層的結構。記錄層通常由CoCr合金形成，並且通過在加熱襯底的同時 濺射CoCr合金而形成。根據此工藝，能夠在無磁Cr被隔離於磁粒子的晶界 處的狀態下，形成富含Co成分的CoCr合金的磁粒子。因此，就能夠使所述 磁粒子彼此磁隔離。另一方面，軟磁襯層是用來提供磁通量返回磁頭的路徑的層。這樣，當 晶態材料被用於軟磁襯層時，作為磁疇形成的結果，會出現尖峰噪聲形成的 問題。因此，在實踐中通常應用非晶態材料或微晶態材料來形成軟磁襯層， 而在這些材料中不易於形成磁疇。然而，對於這種結構，從避免軟磁襯層結 晶化的角度，形成記錄層時的退火溫度被施以限制。這樣，可能會出現Cr 的隔離不能充分實現的情形，從而導致磁粒子磁隔離。在此期間，提出了以下提案記錄層能夠促進磁粒子的隔離而同時不需 要進行高溫退火，並且記錄層具有在互相隔離的狀態下在Si02無磁陣列中形 成CoCr合金磁粒子的結構。此外，還提出了以下技術提案形成Rn膜作為 記錄層的基礎層，並促使記錄層中的磁粒子沿與襯底表面垂直的方向生長， 從而形成磁晶體的C軸在記錄介質中沿與襯底表面垂直的方向對準這樣的 柱狀結構，並且使得磁粒子在磁層中以基本相同的間隔生長。請參照專利參 考文獻l-2。與此同時，在只形成Ru膜作為記錄層基礎的情形下，注意磁粒子僅僅 在Ru膜的晶粒表面上生長。因此，取決於晶體粒子的尺寸或排列，會發生 磁粒子彼此耦合且不能獲得期望的磁粒子隔離的情形。此外，注意磁粒子發 生晶粒直徑分布的擴展，從而導致介質噪聲的增加。另一方面，當以基本相同的間隔形成相鄰的磁粒子時，需要在Ru膜的 下側提供籽晶層，而這種結構需要疊置多層籽晶層。因此，會出現籽晶層厚 度增大的問題。 6會造成軟磁襯層和記錄層之間的距離增大，從而導致記錄時所需的磁頭磁場 增大的問題。另外，會出現磁頭磁場的擴展，而這將導致信息的側向擦除(side-erasing)問題，即相鄰磁軌上的信息因磁頭磁場的擴展而被擦除。關於前述問題，本發明的發明人早先己提出一種應用具有柱狀晶粒結構 的記錄層的垂直磁記錄介質、其製造方法以及磁記錄裝置，其中改善了磁粒 子的尺寸分布並使磁粒子均勻分布。請參照專利參考文獻3。圖1和圖2示出前述提案的垂直磁記錄介質60的結構，作為本發明的 相關技術。參照圖l，磁記錄介質60包括形成在襯底1上的軟磁襯層2，其中軟磁 襯層2在其上經過取向控制層3載有晶粒生長晶核形成層61，其中取向控制 層3控制形成於軟磁襯層2之上的記錄層中磁粒子的取向。對於取向控制層 3而言，例如，可採用Ta非晶層。參照圖2，晶粒生長晶核形成層61由Pt島狀圖案61a等形成，其均勻 地且以基本相同的間隔形成在取向控制層3上，以及由具有基本相同的晶粒 直徑的Ru晶粒21a形成第一基礎層21，其中Ru晶粒21a分別以與島狀圖 案61a對應的方式生長。此外，如圖1所示，在第一基礎層21上形成Ru第二基礎層14，其中 第二基礎層14形成為從第一基礎層21中的Ru晶粒21a上分別生長的柱狀 Ru晶粒4a的聚集物(assembly)。這裡，注意Ru柱狀晶粒14a是在第二基 礎層14中相對Ru晶粒21a以間隙4b外延生長而成的。此外，在第二基礎層14上形成CoCrPt柱狀晶粒5a， CoCrPt柱狀晶粒 5a外延生長在第二基礎層14中的Ru晶粒4a上，其中CoCrPt晶粒5a被Si02 晶界相5b彼此隔離並構成記錄層5。對於這種結構，注意CoCrPt晶粒的取 向為使得其c軸以與襯底1垂直的方式對準，並在垂直於襯底1的方向上具 有易磁化軸。此外，記錄層5被保護膜6覆蓋。因此，對於如圖1和圖2所示的垂直記錄介質60，經由無磁晶界相5b 設置磁晶粒5a，其中每一個磁晶粒5a都具有以與襯底1垂直的方式對準的 易磁化軸，由此提高磁粒子的隔離。這樣一來，垂直磁記錄介質60表現出 介質噪聲減少的特點。另一方面，對於如圖l和圖2所示的垂直記錄介質60，需要以基本相同 的間隔在取向控制層3上形成島狀圖案61a，如圖2所示，而這種島狀圖案 61a的形成需要諸如掩模工藝等複雜的工藝，而這樣一來，垂直磁記錄介質 60難免出現製造成本增加的問題。發明內容根據實施例的一個方案，提供一種垂直磁記錄介質和應用這種垂直磁記錄介質的磁記錄裝置，所述垂直磁記錄介質包括 襯底；軟磁襯層，形成在所述襯底上方； 取向控制層，形成在所述軟磁襯層上方；第一基礎層，由形成在所述取向控制層上的Ru或Ru合金的連續膜製成;第二基礎層，包括形成在所述第一基礎層上的Ru或Ru合金的多個晶粒， 所述多個晶粒通過間隙彼此分隔；以及記錄層，包括形成在所述第二基礎層上並與所述多個晶粒分別對應的多 個磁粒子以及將所述多個磁粒子彼此隔離的無磁晶界相，所述多個磁粒子中 的每一個在與襯底表面基本垂直的方向上具有易磁化軸，其中，所述第一基礎層包括在各晶界處彼此接觸而形成的多個晶粒，構成所述第二基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒以與構成所述第一 基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒相對應的方式形成，以及其中，在所述第二基礎層中與構成所述第一基礎層的所述多個晶粒中的 所述一個晶粒相對應的所述晶粒與所述取向控制層之間的界面處設置有多 個晶核。根據實施例的一個方案，提供一種垂直磁記錄介質的製造方法，所述垂 直磁記錄介質包括 襯底；軟磁襯層，形成在所述襯底上方； 取向控制層，形成在所述軟磁襯層上方；第一基礎層，由形成在所述取向控制層上的Ru或Ru合金的連續膜製成; 第二基礎層，包括形成在所述第一基礎層上的Ru或Ru合金的多個晶粒，以及將所述多個晶粒彼此分隔的間隙；以及記錄層，包括形成在所述第二基礎層上並與所述多個晶粒對應的多個磁 粒子以及將所述多個磁粒子彼此隔離的無磁相，所述多個晶粒中的每一個在 與襯底表面垂直的方向上具有易磁化軸，所述方法包括如下步驟通過濺射工藝，在所述取向控制層上彼此分隔地沉積晶核；以及 通過在其上形成有所述晶核的所述取向控制層上進行濺射來沉積Ru或 所述Ru合金，而以所述Ru或Ru合金的連續膜的形式形成所述第一基礎層。 根據本發明，通過進行濺射在所述取向控制層上形成所述晶核以及以Ru 或Ru合金連續膜的形式在其上形成所述第一基礎層，能夠在第一基礎層中 形成多個晶粒，所述晶粒在所述襯底地整個表面上具有基本相同的晶粒直 徑。因此，能夠依照第一基礎層中晶粒的晶粒直徑而控制第二基礎層中的晶 粒。作為結果，第二基礎層中的晶粒直徑分布降低，而這也導致記錄層中的 晶粒直徑分布降低。作為記錄層中磁晶體差異減小的結果，垂直磁記錄介質 具有改善的信噪比和改善的寫入特性。此外，獲得了寫入區域的寬度減小。


圖1是示出根據本發明的相關技術的垂直磁記錄介質的結構的視圖； 圖2是示出圖1中的垂直磁記錄介質的局部細節的視圖； 圖3A至圖3D是解釋本發明原理的視圖；圖4是示出根據本發明第一實施例的垂直磁記錄介質的結構的視圖； 圖5是示出圖4中的垂直磁記錄介質的局部細節的視圖； 圖6A和圖6B是分別示出本發明的垂直磁記錄介質的磁粒子狀態和晶粒 直徑分布的視圖；圖7A和圖7B是分別示出根據比對參考的垂直磁記錄介質的磁粒子狀態 和晶粒直徑分布的視圖；圖8A是示出本發明與比對參考之間的比較效果的視圖；圖8B示出本發明與比對參考之間的比較效果的另一個視圖；圖8C是示出本發明與比對參考之間的比較效果的另 一個視圖；圖9是示出根據本發明第二實施例的垂直磁記錄介質的結構的視圖；圖io是示出根據本發明第三實施例的垂直磁記錄裝置的結構的視圖。
具體實施方式
原理下面，將結合圖3A至圖3D解釋本發明的原理。在這些附圖中，之前 述及的部件被標以相同的附圖標記，其描述被省略。圖3A至圖3D是示出根據本發明而在取向控制層3上形成第一基礎層 21的工藝視圖。參照圖3A，在本發明中，首先在構成取向控制層3的Ta膜上形成Pt 粒子作為生長晶核61n，其在襯底1的整個表面上具有隨機但均勻的分布。例如，通過在圖3A的步驟中執行應用Pt耙的濺射工藝，能夠在Ta取 向控制層3上形成Pt生長晶核61n，使得在將要形成的Ru基礎層21中與單 個Ru晶粒21a (平均晶粒直徑為9.1nm)佔據的區域相對應的區域內存在至 少一個晶核61n，其中所述濺射工藝是在室溫下，例如為5.33Pa (40mTorr) 的Ar氣體的稀有氣體壓力下，以0.5nm/秒的低沉積速率，並以相對於沉積 厚度大約為lnm的持續時間、例如為2秒的持續時間而執行的。注意晶核 61n可以是任何物質，只要其能夠在後續工序中用以生長晶核。因此，每個 晶核61n可以由單個Pt粒子或多個Pt粒子的聚集(aggregate)來形成。此 外，在晶核61n是通過濺射工藝形成的情形下，每個晶核61n具有比圖2所 示通過圖案化工藝形成的島狀圖案61a更小的尺寸。隨後，在圖3B至圖3D的步驟中，通過應用Ru靶的濺射工藝而在圖3A 的結構上形成Ru基礎層21，其中所述濺射工藝是在室溫下，0.667Pa(5mTorr) 的Ar氣體的稀有氣體壓力下，以2.5nm/秒的相對較高沉積速率而執行的。 這樣，基礎層21形成的膜厚度為10nm。因此，如圖3B所示，構成Ru膜21的Ru晶粒21a從圖3A所示隨機分 布的晶核21n上開始生長，其中注意晶粒21a在生長時彼此之間進行聚合 (merging)，並且在經過預定時間之後會出現Ru晶粒21a具有如圖3C所 示基本相同晶粒直徑的等粒度結構(equigranular structure)以作為平衡狀態。 對於圖3C的結構，Ru晶粒21a具有例如大約9.1nm的平均晶粒直徑以及各 自的平面內取向，並且在晶界21b處彼此接觸。在具有基本相同晶粒直徑的Ru晶粒21a以不同的平面內取向在晶界21b處彼此接觸的情形下，會出現 一個晶粒趨於吞併另一個晶粒或反之亦然的競爭過程(competingprocess)， 因此在最終的平衡狀態下，獲得具有微結構的Ru連續膜作為基礎膜21，在 所述微結構中具有基本相同晶粒直徑的Ru晶粒21a在晶界21b處彼此相鄰。 在本實施例中，取向控制層3優選形成為具有2.0nm或更厚的膜厚度。 Ru晶粒21a以及Ru基礎層21可以是包含Co、 Cr、 Fe、 Ni、 W和Mn中任 一種的合金。此外，晶核61n並不局限於Pt，而是可以由W、 Ag、 Au等形成，或者 可以由包含這些元素中的一種或更多種的合金形成。此外，晶核61n可以由Ru、 Ru合金、Ti、 Ta、 Co以及CoPt合金中的 任一種形成。在此情形下，除了Ru之外，Ru合金還可以包含Co、 Co、 Fe、 Ni、 W和Mn。注意對於這種Ru層21 ，通過控制其膜厚度可以在某種程度上控制其中 的Ru晶粒21a的晶粒直徑。因此，在Ru層21的膜厚度增加的情形下，會 導致Ru晶粒21a的晶粒直徑增加。第一實施例圖4和圖5示出根據本發明第一實施例的垂直磁記錄介質20的結構。參考圖4和圖5，本實施例的垂直磁記錄介質20被構造在襯底11上， 並包括形成在襯底11上的軟磁襯層12、形成在軟磁襯層12上的取向控制層 13、形成在取向控制層13上的第一基礎層31、形成在第一基礎層31上的第 二基礎層14、形成在第二基礎層14上的記錄層15、形成在記錄層15上的 保護膜16以及形成在保護膜16上的潤滑層18。此外，對於第二基礎層14， 注意構成基礎層14的晶粒是以彼此分隔的方式形成的。對於具有這種結構的垂直磁記錄介質20，構成記錄層15的磁粒子外延 生長在第二基礎層14中的晶粒上，從而促進了磁粒子的隔離。因此，介質 噪聲得到降低，並且實現了適用於高密度記錄的垂直磁記錄介質。襯底11可以是塑料襯底、結晶化的玻璃襯底、經回火的玻璃襯底、Si 襯底、鋁合金襯底等中的任一種襯底。在垂直磁記錄介質10是帶狀介質 (taped-formed medium)的情形下，可以應用聚酯(PET)、聚萘乙烯(PEN)、 耐熱聚醯亞胺(PI)等的膜。因為本發明不應用襯底加熱，所以即使應用樹脂襯底也不會出現問題。軟磁襯層12可以具有50nm-2pm的膜厚度，並由非晶或微晶狀態的合 金或這種合金的膜堆疊形成，所述合金包含選自Fe、 Co、 Ni、 Al、 Si、 Ta、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 C和B中的至少一種元素。從聚集記錄磁場的角度， 對軟磁襯層21優選應用飽和磁通量密度Bs為l.OT或更高的軟磁材料。為 此，例如可應用FeSi、 FeAlSi、 FeTaC、 CoZrNb、 CoCrNb、 NiFeNb等。軟 磁襯層12可以通過鍍覆工藝、濺射工藝、蒸發沉積工藝、CVD (化學氣相 沉積)工藝等而形成。提供軟磁襯層12是為了吸收來自記錄磁頭的幾乎所 有磁通量，因此從實現飽和記錄的角度，軟磁襯層12優選為飽和磁通量密 度Bs和膜厚度的乘積提供較大數值。此外，從以高轉移速率寫入數據的角 度，軟磁襯層12優選具有較大的高頻滲透性。取向控制層13例如可以具有l.Onm-lOnm的膜厚度，並由非晶狀態的 Ta、 Ti、 C、 Mo、 W、 Re、 Os、 Hf、 Mg、 Pt或其合金中的至少一種材料形 成，或者也可由NiP形成。取向控制層13執行控制形成在其上的基礎層31 和14的晶粒取向的功能，使得其c軸以與襯底表面基本上垂直的方式對準， 並使基礎層31和14的晶粒以平面內均勻的方式分布。從控制基礎層31和 14的晶體取向的角度，優選由Ta形成取向控制層13。此外，從儘可能靠近 地形成軟磁襯層和記錄層的角度，取向控制層13優選由單層形成。因此， 取向控制層13優選具有l.Onm至5nm的膜厚度，尤其是2.0nm或更小。此 外，通過以多層的形式疊置前述膜可以形成取向控制層13。現在，形成在取向控制層13上的第一基礎層31與之前參照圖3A至圖 3D說明的Ru連續膜21相對應，因此第一基礎層31中包括由於Ru晶粒31a 從晶核31n開始的競爭性生長過程而出現的平衡結構，從而Ru晶粒31a隨 機分布在取向控制層31上。通過執行應用Pt靶的濺射工藝，晶核31n形成為多個島並且因此處於分 散狀態，所述濺射工藝是在室溫下，5.33Pa (40mTorr)的稀有氣體壓力下， 以0.5nm/秒的非常低沉積速率，相對於沉積厚度為lnm的膜的持續時間，且 因此以大約2秒的持續時間而執行的。這裡，可以應用直流磁控濺射工藝。 這樣形成的晶核31n隨機分布在取向控制層13上。注意這種晶核31n可以 由單個Pt粒子或由多個Pt粒子的聚集來形成。此外，在晶核31n通過濺射工藝而形成的情形下，每個晶核31n都具有比圖2所示通過圖案化工藝形成 的島狀圖案61a更小的尺寸。另一方面，通過在這樣形成有晶核31n的取向控制層13上執行室溫下 的濺射工藝，基礎層31形成為具有10nm的厚度，例如，所述濺射工藝應用 Ru靶，並且是在0.667Pa (5mTorr)的稀有氣體(例如為Ar氣體)壓力下， 以2.5nm/秒的相對較高沉積速率而執行的。因此，對於基礎層31， Ru晶粒31a從之前參照圖3A至3D說明的各自 晶核31n開始生長，其中當晶粒31a具有小晶粒直徑時，晶粒31a通過彼此 聚合而快速生長。在經過預定時間之後，例如，如圖3C所示，會出現Ru 晶粒具有基本相同的9.1nm晶粒直徑的等粒度結構。最後，形成具有如圖5 所示微結構的Ru連續膜作為基礎膜31,在所述微結構中具有基本均勻的晶 粒直徑的Ru晶粒31a在晶界31b處彼此接觸。這裡，每個Ru晶粒31a在與 取向控制層13的界面處具有一個或多個晶核31n。由此，獲得優選厚度為10nm的Ru連續膜作為基礎層31，使得具有基 本均勻的晶粒直徑的晶粒3la在晶界3lb處彼此接觸。作為這種生長機制的 結果，基礎層31中的每個Ru晶粒31a包括至少一個晶核31n，通常是多個 晶核31n。此外，晶核31n並不局限於Pt，而是可以由W、 Ag、 Au等形成，或者 可以由包含這些元素中的一種或多種的合金形成，只要它們具有作為Ru晶 粒31a的生長晶核的功能。另外，晶核31n可以由Ru、 Ru合金、Ti、 Ta、 Co和CoPt合金中的任一種形成。在此情形下，除了Ru之外，Ru合金還可 以包含Co、 Co、 Fe、 Ni、 W和Mn。在另一方面，基礎層14由大量Ru或Ru-X合金的晶粒14a以及將晶粒 14a彼此分隔的間隙14b形成。晶粒14a促使沿著膜厚度方向從第一基礎層 31的表面開始生長，並形成到達與記錄層15的界面的柱狀結構。這裡，注 意每個晶粒14a由一個或多個單晶體形成，其是從下方的晶粒31a開始外延 生長。第二基礎層14的膜厚度在2nm-16nm的範圍內，例如為5nm，並且第二 基礎層14由Ru或Ru-X合金(X=Co、 Cr、 Fe、 Ni和Mn中的至少一種) 形成，Ru或Ru-X合金具有hcp晶體結構並包含Ru作為主成分。當第二基礎層14的厚度減小到2nm以下時，晶體的質量會惡化。另一 方面，當厚度增加至超過16nm時，會導致取向的惡化，並會出現例如記錄 時模糊不清(blur)的問題。從對記錄層15中的磁粒子進行隔離的角度，第 二基礎層14優選形成為其厚度在3nm-16nm的範圍內。從無信號損耗 (spacing loss)的角度，第二基礎層14進一步優選形成為具有3nm-10nm的 膜厚度。此外，通過將具有hcp晶體結構的材料例如Ru或Ru-X合金應用於第二 基礎層14，能夠對準記錄層15中磁粒子的易磁化軸，並在垂直於襯底表面 的方向上具有hcp結構。從晶體生長優良的角度，優選將Ru應用於第二基 礎層14。在第二基礎層14中，間隙14b形成為包圍晶粒14a，並且間隙14b從晶 粒14a的底面到達與記錄層15的界面，如圖5所示。間隙14b可以形成為 朝向晶粒14a的頂部擴展。根據本發明的發明人基於這樣形成的垂直磁記錄 介質的橫截面的TEM圖像進行的研究，經常會出現間隙在晶粒的上半部分 周圍形成的尺寸要大於其在晶粒的下半部分周圍形成的尺寸這樣的情形。通 過提供具有這種結構的第二基礎層14，能夠在形成於晶粒14a之上的記錄層 15中適當程度地隔離磁粒子15a。通過將稀有氣體氣氛(例如Ar氣體)的 壓力或者基礎層14的沉積速率設定至預定範圍而形成這種基礎層14。對於基礎層14，晶粒14a優選在平面內方向上具有2nm-10nm (更優選 為5nm-10nm)的平均晶粒直徑。這樣，可改善對在晶粒14a上生長的記錄 層15中晶粒15a的晶粒直徑的控制。此外，間隙14b優選具有lnm-2nm範 圍內的平均寬度。這樣，在記錄層15中，改善了對磁粒子15a之間的間隙 的控制。優選地，磁粒子15a之間的間隙大於2nm，但不超過3nm。記錄層15具有6nm-20nm的膜厚度，並由具有柱狀結構的磁粒子15a 和無磁材料的晶界相15b形成，晶界相15b包圍磁粒子15a並將相鄰的磁粒 子15a彼此物理隔離。具有柱狀結構的磁粒子15a沿膜厚度方向延伸，而晶 界相15b填充沿平面內方向大量排列的磁粒子15a之間的間隙。磁粒子15a由選自Ni、 Fe、 Co、 Ni合金、Fe合金、CoCrTa、 CoCrPt 和包含CoCrPt-M的Co合金中的任一種材料形成。這裡，M選自B、 Mo、 Nb、 Ta、 W、 Cu及其合金。磁粒子15a在膜厚度方向上具有易磁化軸。此外，在構成磁粒子15a的鐵磁合金具有hep結構的情形下，優選磁粒子15a 在膜厚度方向上、因此在生長方向上具有(001)表面。在磁粒子15a由CoCrPt合金形成的情形下，將Co的含量設定為50原 子％至80原子％，將Cr的含量設定為5原子％至20原子％，而將Pt的含量 設定為15原子％至30原子％。通過相比於傳統垂直磁記錄介質中結合更多 量的Pt，能夠增強垂直各向異性磁場，同時能夠提高矯頑力。儘管已經認識 到在主要為Cr的基礎層上外延生長包含如此高Pt含量的磁性材料是很困難 的，但本實施例能夠通過將前述材料應用於磁粒子15a來形成具有良好晶體 質量的磁粒子15a。另一方面，晶界相15b由無磁材料形成，所述無磁材料不會與構成鐵磁 粒子15a的鐵磁合金形成固溶體或化合物。晶界相15b可以是選自Ai、 Al、 Ta、 Zr、 Y、 Ti和Mg的一種元素與選自O、 N和C中的至少一種元素的化 合物。因此，對於晶界相15b，可以應用諸如Si02、 A1203、 Ta205、 Zr02、 Y203、 Ti02和MgO等氧化物，諸如Si3N4、 A1N、 TaN、 ZrN、 TiN和MgsN2 等氮化物，或諸如SiC、 TaC、 ZrC和TiC等碳化物(carbonate)。因為磁粒 子15a通過這樣無磁材料的晶界相15b而與相鄰的磁粒子15a物理上隔離開， 所以減小了磁粒子15a之間的磁相互作用，並能夠降低介質噪聲。構成晶界相15b的無磁材料優選由絕緣材料形成。因此，能夠減小磁粒 子15b之間因電子的隧道效應而造成的磁相互作用，這種電子的隧道效應是 導致鐵磁性的原因。對於晶界相15b的體積比，優選將所述體積比設定為相對記錄層15的 體積的2vol^至40vol^的範圍。當體積濃度小於2vol^時，就不能充分分 隔磁粒子15a，也不能充分隔離磁粒子。另一方面，當體積比超過40 volQ^ 時，記錄層15的飽和磁化強度大大降低，而回放(playback)時的輸出也減 小。此外，從隔離鐵磁粒子15a的角度以及從改變垂直對準的角度，尤其優 選將晶界相15b的體積比設置為8 vol^至30volX的範圍。此外，保護膜16具有例如0.5nm-15nm的厚度，並由非晶碳、氫化碳、 氮化碳、氧化鋁等形成。此外，潤滑層18可以由潤滑劑形成，具有0.5nm-5nm的厚度，並具有 全氟聚醚主鏈。對於潤滑劑，可以應用由MonteFluos製造的ZDol或Z25，或者由Ausimont製造的Ztetraol或AM3001。根據保護膜16的材料，可以 提供潤滑層18，也可以不提供潤滑層18。對於根據本實施例的垂直磁記錄介質20，其中基礎層14的晶粒14a通 過間隙14b而彼此分隔，記錄層15的磁粒子15a以彼此分隔的方式形成， 並且對於磁粒子15a的晶粒直徑獲得良好的分布。因此，能夠減小或均勻化 磁粒子15a之間的相互作用。從而，降低了介質噪聲。對於本發明的磁記錄介質20，其中如上所述，第一基礎層31以晶粒31a 的連續膜的形式形成，晶粒31a具有基本相同的晶粒直徑，因此能夠減少形 成在第一基礎層31上的基礎膜14中晶粒14a的晶粒直徑差異，而這會導致 記錄層15中磁粒子15a的晶粒直徑差異減少。圖6A示出根據本發明第一實施例的垂直磁記錄介質20的記錄層15的 電子顯微圖像，而圖6B則示出圖6A的記錄層15中磁粒子的晶粒直徑分布。參照圖6A，黑色部分表示磁粒子15a，而白色部分表示晶界相15b，其 中可以看出每個磁粒子15a被晶界相15b包圍，並與其它的磁粒子15a隔離。參照圖6B，可以看出記錄層15中磁粒子15a具有5.9nm的平均晶粒直 徑(Dave)，其晶粒直徑分布a為0.8nm，並且晶界分布a與平均晶粒直徑 0講的比率(a/Dave)為0.14。另一方面，圖7A示出在垂直磁記錄介質20中晶核31n的形成被省略的 情形下記錄層的電子顯微圖像，而圖7B示出圖7A的記錄層15中磁粒子15a 的晶粒直徑分布。參照圖7A，還應注意在這個對比參考中，記錄層中的每個磁粒子15a 被晶界相15b包圍，並且每個磁粒子15a也與其它的磁粒子15a相隔離，其 中從圖7B中可以看出，晶粒直徑分布是分散的，即使平均晶粒直徑D^仍 保持在5.9nm，晶粒直徑分布cr的數值在此時達到了 1.5nm。因此，比率a/Dave 增大到0.25。圖8A是示出由本實施例的垂直磁記錄介質20獲得的信噪比(S/Nt)與 重寫特性(OW2)之間的關係與對比參考的垂直磁記錄介質的結果相比的視 圖，在所述對比參考中省略了晶核31n的形成。參照圖8A，其中實心圓表示對比參考的結果，實心方塊表示作為Ru粒 子沉積的結果而形成晶核31n的情形。此外，實心菱形表示作為Pt粒子沉積的結果而形成晶核31n的情形。這裡注意，以100 kfci的頻率將低頻信號寫 入磁記錄介質20，隨後再以500 kfci的頻率寫入高頻信號，然後再讀出100 kfci的低頻信號，由此進行重寫特性OW2的測量。信噪比的數值越大，垂 直磁記錄介質的性能就越好。此外，重寫特性OW2的絕對值越大，垂直磁 記錄介質的性能就越好。參照圖8A，可以看出與對比參考相比，作為本發明的結果信噪比(S/Nt) 獲得改善。圖8B是示出由本實施例的垂直磁記錄介質20獲得的寫入芯部寬度 (write core width) (WCW)與重寫特性(OW2)之間的關係與對比參考的 垂直磁記錄介質的結果相比的視圖，在所述對比參考中省略了晶核31n的形 成。參照圖8B，其中實心圓表示對比參考的結果，實心方塊表示作為Ru 粒子沉積的結果而形成晶核31n的情形。此外，實心菱形表示作為Pt粒 子沉積的結果而形成晶核31n的情形。寫入芯部寬度WCW的數值越小， 垂直磁記錄介質的性能就越好。參照圖8A和圖8B，可以看出與對比參考相比，信噪比和寫入芯部寬度 WCW均獲得改善。圖8C是示出由本實施例的垂直磁記錄介質20獲得的信噪比(S/Nt)與 寫入芯部寬度(WCW)之間的關係與對比參考的垂直磁記錄介質的結果相 比的視圖，在所述對比參考中省略了晶核31n的形成。。參照圖8C，其中實心圓表示對比參考的結果，實心方塊表示作為Ru粒 子沉積的結果而形成晶核31n的情形。此外，實心菱形表示作為Pt粒子沉積 的結果而形成晶核31n的情形。參照圖8C，可以看出與對比參考相比，信噪比和寫入芯部寬度WCW均 獲得改善。下面，將描述本實施例的垂直磁記錄介質20的製造方法。首先，清潔襯底11的表面，並在乾燥後，通過非電解鍍覆工藝、電解鍍覆工藝、濺射工藝、真空蒸發沉積工藝等在襯底上形成之前描述的軟磁襯層12。隨後，應用濺射裝置，同時應用前述材料的濺射靶而在軟磁襯層12上形成取向控制層13。優選地，濺射裝置是能夠預先排空到10—》a的壓力的超 真空濺射裝置。更具體來說，在Ar氣體等的稀有氣體氣氛下，同時將壓力 設定為0.4Pa，通過直流磁控濺射工藝形成取向控制層13。其中，優選不對 襯底ll進行加熱。這樣，能夠抑制軟磁襯層12中微晶的結晶化或生長。當 然，可以將襯層12加熱到例如150°C或150°C以下的溫度，這樣軟磁襯層 12中就不會發生微晶的結晶化或生長。此外，可以將襯底11冷卻到例如 -100。C。另外，只要設備允許，可以將襯底冷卻到-100。C以下的溫度。針對 襯底11說明的加熱或冷卻也可應用於形成取向控制層13、基礎層31和14、 以及記錄層15的工藝中。隨後，在應用相同的濺射裝置並且應用Pt或Ru靶的同時，通過直流磁 控濺射工藝在取向控制層13上形成晶核31n，所述濺射工藝在室溫下、在壓 力為5.33Pa (40mTorr)的Ar氣體氣氛下，以0.5nm/秒的沉積速率，以相應 於厚度為lnm的沉積持續時間(可以是大約2秒)而進行的。如前所述，這 樣形成的晶核31n隨機分布在取向控制層13上。注意這種晶核31n可以由 單個Pt粒子或由多個Pt粒子的聚集形成。此外，在通過濺射工藝形成晶核 31n的情形下，每個晶核31n具有比圖2通過圖案化工藝形成的島狀圖案61a 更小的尺寸。隨後，通^;應用同樣的濺射工藝，同時應用前述的Ru或Ru-X合金濺 射靶，在取向控制層13上以與前述類似的方式形成第一基礎層31。更具體地，通過室溫下的直流磁控濺射工藝，同時應用Ru或Ru-X合金 靶，在壓力為0.667Pa (5mTorr)的Ar氣體氣氛下，以2nm/秒或更高的沉積 速率，例如2.5nm/秒的沉積速率，在上面形成有晶核31n的取向控制層13 上進行濺射。這樣，以覆蓋晶核31n的方式連續形成基礎層31，其厚度例如 為lOnm。隨後，通過應用同樣的濺射裝置，同時應用前述的Ru或Ru-X合金濺射 靶，在第一基礎層31上形成第二基礎層14。更具體來說，在Ar氣體氣氛下， 同時將沉積速率設置為O.lnm/秒或更高，但不超過2nm/秒，例如0.8nm/秒的 沉積速率，並且將氣氛氣體壓力設置為2.66Pa或更高，但不超過26.6Pa，例 如53.2Pa (40mTorr)，通過直流磁控濺射工藝形成第二基礎層14。通過將 沉積速率和氣氛氣體壓力設置到前述範圍內，能夠以晶粒14a被間隙14b彼此分隔的方式來形成基礎層14。在形成基礎層14的步驟中，當沉積速率設置為小於O.lnm/秒時，會出 現生產效率嚴重降低的問題，同時當沉積速率設置為大於2nm/秒時，則存在 無空隙形成以及可能獲得晶粒和晶粒晶界部分的連續膜的風險。此外，當稀 有氣體壓力設置為低於2.66Pa時，會出現無空隙形成以及可能形成晶粒和晶 粒晶界部分的連續膜。另一方面，當稀有氣體壓力設置為大於26.6Pa時，稀 有氣體可能合併到晶粒中，並且會降低結晶質量。由於上述原因，在形成基 礎層14時優選不對襯底11加熱。例如，在使用50W的濺射功率的同時進 行濺射工藝。隨後，應用濺射裝置，同時應用上述材料的濺射靶，在基礎層14上形 成記錄層15。更具體地，在惰性氣體或添加氧或氮的惰性氣體(其將被引入到晶界相 15b中)氣氛下，同時應用由磁粒子15a的磁材料和晶界相15b的無磁材料 構成的組合濺射靶，通過RF磁控濺射工藝形成記錄層15。作為選擇，可以 同時濺射磁粒子15a的磁材料和晶界相15b的無磁材料。膜形成時的壓力可 以設置為2.00Pa-8.00Pa的範圍，更優選為2.00Pa-3.99Pa的範圍。自形成取向控制層13的步驟到形成記錄層15的步驟中，從維持潔淨表 面狀態的角度，優選將其上載有各種層的襯底3保持在真空氣氛下或保持在 用於膜形成的氣氛下。隨後，通過濺射工藝、FCA (經過濾的陰極電弧)工藝等，在記錄層15 上形成保護膜16。此外，通過浸漬塗布工藝、旋塗工藝、液面降低工藝等， 在保護膜16的表面上應用潤滑層18。通過前述工藝，形成本實施例的垂直 磁記錄介質。根據本實施例的垂直磁記錄介質的製造方法，在形成基礎層14時，通 過僅僅設置沉積速率和惰性氣體的壓力而以由間隙將晶粒彼此分隔的方式 形成晶粒，可以容易地隔離磁粒子，所述磁粒子以與位於下方的晶粒排列共 形的排列生長。在前述工藝中，注意晶核31n的形成並不局限於濺射Pt或Ru，而是還 可以通過濺射W、 Ag或Au而實現，或者通過濺射包含這些元素中的一種或 多種的合金而實現。此外，可以將Ru、 Ru合金、Ti、 Ta、 Co以及CoPt合金應用於靶進行濺射。在此情形下，除了Ru之外，Ru合金還可以包含Co、 Co、 Fe、 Ni、 W和Mn。第二實施例圖9示出根據本發明第二實施例的垂直磁記錄介質30的結構。在此附 圖中，之前述及的部件被標以相同的附圖標記，其描述被省略。參照圖9,本實施例以連續膜的形式在圖4和圖5的垂直磁記錄介質20 的磁記錄層15與保護膜16之間形成另一記錄層15A，記錄層15A的垂直磁 各向異性小於磁記錄層15的垂直磁各向異性。對於這種結構，成功消除了因記錄層15具有非常大的垂直磁各向異性 並因此在記錄層15中具有過於穩定的磁化而導致的寫入困難的問題，並獲 得易寫入的垂直磁性記錄介質。記錄層15A可以由Cr的含量在13原子％-19原子％的範圍內的CoCr合 金形成。第三實施例圖10示出根據本發明第三實施例的垂直磁記錄裝置40的結構。參考圖10，垂直磁記錄裝置40包括外殼41，在外殼41中設置由主軸 馬達(未示出)驅動的輪軸42、固定在輪軸42上並繞其旋轉的垂直磁記錄 介質43、致動器單元44、臂45和安裝在致動器單元44上並沿垂直磁記錄 介質43的徑向移動的懸架46以及由懸架46支撐的磁頭48。對於圖10的磁記錄裝置40，本發明第一或第二實施例中的垂直磁記錄 介質20或30被用於垂直磁記錄介質43。儘管圖10中僅示出一個垂直磁記 錄介質43，注意磁記錄介質43的數量並不局限於一個，而可以提供兩個或 更多磁記錄介質43。本發明還包括多個磁記錄介質43中至少一個是由第一 或第二實施例中的垂直磁記錄介質20或30形成的情形。此外，本實施例的磁記錄介質40不局限於圖IO示出的這一種。另外， 本發明應用的垂直磁記錄介質43不局限於磁碟，還能夠以磁帶的形式實現。儘管參照優選實施例解釋了本發明，但是注意本發明並不局限於這些具 體實施例，在如專利權利要求提出的本發明的範圍內，可以進行不同的變型 和改型。
權利要求
1.一種垂直磁記錄介質，包括襯底；軟磁襯層，形成在所述襯底上方；取向控制層，形成在所述軟磁襯層上方；第一基礎層，由形成在所述取向控制層上的Ru或Ru合金的連續膜製成；第二基礎層，包括形成在所述第一基礎層上的Ru或Ru合金的多個晶粒，所述多個晶粒通過間隙彼此分隔；以及記錄層，包括形成在所述第二基礎層上並與所述多個晶粒分別對應的多個磁粒子以及將所述多個磁粒子彼此隔離的無磁晶界相，所述多個磁粒子中的每一個在與襯底表面基本垂直的方向上具有易磁化軸，其中，所述第一基礎層包括在各晶界處彼此接觸而形成的多個晶粒，構成所述第二基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒以與構成所述第一基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒相對應的方式形成，以及其中，在所述第二基礎層中與構成所述第一基礎層的所述多個晶粒中的所述一個晶粒相對應的所述晶粒與所述取向控制層之間的界面處設置有多個晶核。
2. 如權利要求1所述的垂直磁記錄介質，其中所述多個晶核中的每一 個包括元素Pt、 W、 Ag、 Au或者合金中的任一種，所述合金包含所述元素 中的一種或多種。
3. 如權利要求1所述的垂直磁記錄介質，其中所述多個晶核中的每一 個選自Ru、 Ru合金、Ti、 Ta、 Co和CoPt。
4. 如權利要求3所述的垂直磁記錄介質，其中所述Ru合金包含選自 Co、 Cr、 Fe、 Ni、 W和Mn中的至少一種元素。
5. 如權利要求1所述的垂直磁記錄介質，其中所述取向控制層包括厚 度為2.0nm或更大的Ta膜。
6. 如權利要求1所述的垂直磁記錄介質，其中構成所述記錄層的所述 多個磁粒子包含Co或Cr作為主要元素，並且所述無磁晶界相包含金屬氧化 物、金屬氮化物、金屬碳化物和碳中的任一種。
7. 如權利要求1所述的垂直磁記錄介質，其中在所述第一基礎層和第 二基礎層的每一個中，所述Ru合金具有hcp結構，並且除了Ru之外，還包 含選自Co、 Cr、 Fe、 Ni、 W和Mn中的至少一種元素。
8. —種磁記錄裝置，包括 垂直磁記錄介質；磁頭，在所述垂直磁記錄介質上方進行掃描；以及 驅動系統，用以使所述磁頭在所述垂直磁記錄介質上方進行掃描， 所述垂直磁記錄介質包括 襯底；軟磁襯層，形成在所述襯底上方； 取向控制層，形成在所述軟磁襯層上方；第一基礎層，由形成在所述取向控制層上的Ru或Ru合金的連續膜製成；第二基礎層，包括形成在所述第一基礎層上的Ru或Ru合金的多個 晶粒，以及將所述多個晶粒彼此分隔的間隙；以及記錄層，包括形成在所述第二基礎層上並與所述多個晶粒分別對應 的多個磁粒子以及將所述多個磁粒子彼此隔離的無磁晶界相，所述多個磁粒 子中的每一個在與襯底表面基本垂直的方向上具有易磁化軸，其中，所述第一基礎層包括在各晶界處彼此接觸而形成的多個晶粒，構成所述第二基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒以與構成所述 第一基礎層的所述多個晶粒中的一個晶粒相對應的方式形成，以及其中，在所述第二基礎層中與構成所述第一基礎層的所述多個晶粒 中的所述一個晶粒相對應的所述晶粒與所述取向控制層之間的界面處設置 有多個晶核。
9. 一種垂直磁記錄介質的製造方法，所述垂直磁記錄介質包括襯底； 軟磁襯層，形成在所述襯底上方；取向控制層，形成在所述軟磁襯層上方； 第一基礎層，由形成在所述取向控制層上的Ru或Ru合金的連續膜製成；第 二基礎層，包括形成在所述第一基礎層上的Ru或Ru合金的多個晶粒，以及 將所述多個晶粒彼此分隔的間隙；以及記錄層，包括形成在所述第二基礎層上並與所述多個晶粒對應的多個磁粒子以及將所述多個磁粒子彼此隔離的 無磁相，所述多個晶粒中的每一個在與襯底表面垂直的方向上具有易磁化 軸，所述方法包括如下步驟通過濺射工藝，在所述取向控制層上彼此分隔地沉積晶核；以及 通過在其上形成有所述晶核的所述取向控制層上進行濺射來沉積Ru或所述Ru合金，而以所述Ru或Ru合金的連續膜的形式形成所述第一基礎層。
10. 如權利要求9所述的方法，其中沉積所述晶核的所述步驟包括沉積 元素Pt、 W、 Ag、 Au以及合金中的任一種，所述合金包含所述元素中的至 少一種。
11. 如權利要求9所述的方法，其中沉積所述晶核的所述步驟包括沉積 Ru、 Ru合金、Ti、 Ta、 Co和CoPt中的任一種。
12. 如權利要求9所述的方法，其中以2納米/秒或更大的沉積速率沉積 所述第一基礎層。
13. 如權利要求9所述的方法，其中通過在IO毫託或更小的Ar氣體壓 力下進行濺射工藝沉積所述第一基礎層。
全文摘要
一種垂直磁記錄介質及其製造方法、磁記錄裝置，所述介質包括軟磁襯層，形成在襯底上；取向控制層，形成在軟磁襯層上；第一基礎層，為形成在取向控制層上的Ru或Ru合金連續膜；第二基礎層，包括形成在第一基礎層上的Ru或Ru合金多個晶粒及將其相分隔的間隙；記錄層，包括分別與多個晶粒相對應地形成在第二基礎層上的多個磁粒子及將其相隔離的無磁晶界相，每個磁粒子在與襯底表面基本垂直的方向具有易磁化軸，第一基礎層包括在各晶界處彼此接觸的多個晶粒，構成第二基礎層的多個晶粒之一與構成第一基礎層的多個晶粒之一相對應地形成，第二基礎層中與構成第一基礎層的多個晶粒之一相對應的晶粒與取向控制層之間的界面處設置有多個晶核。
文檔編號G11B5/667GK101252001SQ20081008043
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月19日 優先權日2007年2月20日
發明者向井良一 申請人:富士通株式會社