包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的製作方法
2023-05-08 17:11:56 1
專利名稱：包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種垂直磁性記錄介質，且更具體而言，涉及一種包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質，用於通過提供防止軟磁性底層內的磁性材料擴散的擴散阻擋層來提高交換耦合特性。
背景技術：
隨著對超小型記錄介質的日益增加的需求，急需具有高的面積記錄密度的磁性記錄介質。雖然在現有技術中磁性記錄設備利用了長度方向磁性記錄來進行磁性記錄，但為了提高面積記錄密度已經提出了垂直磁性記錄。垂直磁性記錄在垂直方向磁化磁性記錄層從而記錄信息。磁性記錄層由具有高磁性各向異性和高矯頑磁力的磁性材料形成。將參考圖1描述常規的垂直磁性記錄設備。
圖1是常規的垂直磁性記錄設備的示意性剖面圖。通常，垂直磁性記錄設備包括垂直磁性記錄介質和磁性頭。
參考圖1A，常規的磁性記錄介質包括依次形成在襯底10上的軟磁性底層11、記錄層12和保護層13。中間層可以夾置在軟磁性底層11和記錄層12之間。磁性頭15位於垂直磁性記錄介質之上並包括主磁極(pole)和返回磁極。這裡，引入軟磁性底層11以通過有效磁化記錄層12的區域A而使得寫數據更容易。
具體地，磁性頭在記錄層12上施加磁通量M並磁化記錄層12以記錄信息。例如，為了在記錄層12上記錄信息，來自主磁極的磁通量以位區單元磁化記錄層12、沿記錄層12下面的軟磁性底層11流動、然後匯集到返回磁極。軟磁性底層11的引入允許來自主磁極的磁通量被有效地傳送到記錄層12而不分散磁通量，因此記錄層12更有效地被此磁通量磁化。
將參考圖1B詳細描述軟磁性底層11的結構。圖1B是示出常規的軟磁性底層的結構的示意圖。包括籽層102和緩衝層103的底層形成在襯底101上。反鐵磁(AFM)層104和軟磁性層105依次形成在該底層上。而且，記錄層106可以形成在軟磁性層105上。中間層(未顯示)可以選擇性地夾置在軟磁性層105與記錄層106之間。具體地，襯底101可以由玻璃形成，籽層102可以由Ta形成，緩衝層103可以由NiFeCr形成，AFM層104可以由IrMn形成，軟磁性層105可以由CoNbZr形成，且中間層可以由Ru形成。
具有圖1B所示結構的軟磁性底層通過濺射工藝形成，且根據記錄層的結構和組分可能需要高溫熱處理。通常用於磁阻器件的過渡金屬例如Mn、Fe、Co和Ni在約超過500℃的高溫處理中擴散，這引起磁性特性例如交換耦合力的減少，並因此減少了垂直磁性記錄介質的記錄特性。因此，非常需要防止用於磁性記錄介質的軟磁性底層的過度金屬在高溫工藝中擴散的新結構。
發明內容
本發明提供了一種垂直磁性記錄介質，包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層，以防止構成軟磁性底層的主要成分在高溫熱處理工藝中擴散。
根據本發明的一個方面，提供了一種垂直磁性記錄介質，其包括軟磁性底層和形成在該軟磁性底層上的記錄層，該軟磁性底層包括底層；形成在該底層上的擴散阻擋層；形成在該擴散阻擋層上的AFM(反鐵磁)層；和形成在AFM層上的軟磁性層。
該底層可以包括籽層並還可以包括形成在該籽層上的緩衝層。
該介質還可以包括形成在擴散阻擋層與AFM層之間的中間磁性層。
該擴散阻擋層可以由Ru形成。
AFM層可以由Mn化合物構成。
軟磁性層可以由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZr的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。
籽層可以由Ta和Ta合金中的一種形成。
緩衝層可以由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
中間磁性層可以由CoFeB形成。
通過參考詳細示出了本發明示範性實施例的附圖，本發明的上述和其他特點和優點將更為明顯，在附圖中
圖1A是常規垂直磁性記錄設備的示意圖；圖1B是常規軟磁性底層的示意圖；圖2是包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的示意圖；圖3A是示出原生狀態的沒有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質的M-H特性的曲線；圖3B是示出原生狀態的根據本發明的實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的M-H特性的曲線；圖4A是示出當形成沒有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度下熱處理32.5秒的M-H特性的曲線；圖4B是示出當形成根據本發明實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度下熱處理32.5秒的M-H特性的曲線；圖5A是示出形成沒有擴散阻擋層的常規垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度進行熱處理之後通過SIMS測量的組分分布的曲線；圖5B是示出形成根據本發明實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度進行熱處理之後通過SIMS測量的組分分布的曲線。
具體實施例方式
現在將參考附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了本發明的實施例。在附圖中，為了清楚而誇大了層和區域的厚度。
圖2是包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的示意圖。
參考圖2，根據本發明實施例的垂直磁性記錄介質包括軟磁性底層，該軟磁性底層包括依次形成在襯底201上的底層202和203、擴散阻擋層204、AFM層205、和軟磁性層206。記錄層207形成在軟磁性層206上，且中間層(未顯示)可以夾置在軟磁性層206與記錄層207之間以提高記錄層的晶體取向特性和磁特性。而且，垂直磁性記錄介質還可以包括形成在記錄層207上的保護層和/或潤滑層(未顯示)。底層202和203可以分別是籽層和緩衝層。
下面將詳細說明用於根據本發明實施例的每一層的材料。用於通常的垂直磁性記錄介質的襯底可以不受限制地用於襯底201。襯底201可以由例如玻璃形成。籽層202和緩衝層203設計為用於生長磁性層以形成在籽層202和緩衝層203上。籽層202可以由Ta和Ta合金之一形成，且緩衝層203可以由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
擴散阻擋層204防止構成緩衝層203或AFM層205的過渡金屬(例如Mn、Fe、Co或Ni)擴散，並可以由非磁性材料形成，該非磁性材料對形成在擴散層204上的AFM層205的生長不具有不利的影響。具體地，擴散阻擋層204可以由幾納米到幾十納米厚的Ru形成。當擴散阻擋層204夾置在緩衝層203與AFM層205之間時，可以防止構成緩衝層203或AFM層205的例如Mn、Fe、Co和Ni的過渡金屬在500℃的高溫熱處理工藝中擴散超過層之間的邊界。當構成磁性層的組分擴散超過層之間的邊界時，磁滯曲線改變，導致垂直磁性記錄介質的記錄特性的減小。因此，通過設置擴散阻擋層204，即使在高溫熱處理工藝中也可以保持垂直磁性記錄介質的記錄特性，其將在後詳細描述。
AFM層205確定形成在AFM層205上的軟磁性層206的磁化方向，且交換耦合力可以根據AFM層205的厚度而改變。此AFM層205可以由Mn化合物例如IrMn形成為幾納米到幾十厚度。軟磁性層206可以由各種磁性材料形成。具體地，軟磁性層206可以由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZ的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。中間磁性層(未顯示)還可以形成在AFM層205與軟磁性層206之間。中間層可以通過例如形成幾納米厚的CoFeB來由AFM層205強化固定軟磁性層206的磁化方向的效果。
圖3A是示出原生狀態的沒有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質的M-H特性的曲線。這裡，用作測量目標的測試片是沒有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質。該垂直磁性記錄介質通過在玻璃襯底上形成約5nm厚的Ta籽層並在Ta籽層上形成約5nm厚的NiFeCr緩衝層而製備。而且，IrMn AFM層在NiFeCr緩衝層上形成為10nm厚度，且CoFeB中間磁性層在IrMn AFM層上形成為約2nm厚。而且，CoZrNb軟磁性層在CoFeB中間磁性層上形成為約40nm厚，且Ru層在CoZrNb軟磁性層上形成為約20nm厚。
圖3B是示出原生狀態的根據本發明實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質的M-H特性的曲線。這裡，用作測試目標的測試片是具有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質。該垂直磁性記錄介質通過在玻璃襯底上形成約5nm厚的Ta籽層並在Ta籽層上形成5nm厚的NiFeCr緩衝層而製備。而且，擴散層在NiFeCr緩衝層上形成10nm厚，CoFeB中間磁性層形成為2nm厚，IrMnAFM層在緩衝層上形成為約10nm厚。而且CoZrNb軟磁性層在IrMn AFM層上形成為約40nm厚，Ru層在CoZrNb軟磁性層上形成為約20nm厚。即，與圖3A的測量目標測試片相比，在圖3B的測量目標測試片的情況下，擴散阻擋層夾置在擴散層與AFM層之間。
參考圖3A和3B，圖3A的交換耦合力(Hex)約為35 Oe，圖3B的交換耦合力(Hex)約為45 Oe。當進行熱處理時，插入擴散阻擋層的結構具有較大的互聯耦合力。
圖4A是示出當形成沒有擴散阻擋層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度下熱處理32.5秒的M-H特性的曲線。這裡，用作測試目標的測試片是圖3A中使用的測試片，且在600℃環境下進行32.5秒的熱處理。
圖4B是示出當形成根據本發明實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度下熱處理32.5秒的M-H特性的曲線。這裡，用作測試目標的測試片是圖3B中材料的測試片，且在600℃環境下進行32.5秒的熱處理。
參考圖4A和4B，當不形成擴散阻擋層時，交換耦合力顯著減小並幾乎達到0 Oe。另一方面，當在插入擴散阻擋層的該結構上進行熱處理時，交換耦合力變為24 Oe，導致交換耦合力與作為熱處理前狀態的原生狀態相比減小，但交換耦合力與不插入擴散阻擋層的情況相比提高。
圖5A是示出形成沒有擴散阻擋層的常規垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度進行熱處理之後通過二次離子質譜儀(SIMS)測量的組分分布的曲線。具體地，測量了圖4A的測試目標測試片的組分分布。
參考圖5A，當元件被熱處理時，他們在整個結構上有效擴散，特別是在水平軸的1500秒顯示最高峰的Mn通過擴散在其他層中保持高的組分分布。
圖5B是示出形成根據本發明實施例的包括具有擴散阻擋層的軟磁性底層的垂直磁性記錄介質並隨後在600℃溫度進行熱處理之後通過SIMS測量的組分分布的曲線。具體地，測量了圖4B的測試目標測試片的組分分布。
參考圖5B，與圖5A的結果相比元素的擴散顯著減少。具體地，Mn具有與圖5A所示的分布明顯不同的減少的分布，且Fe、Co和Ni在整體上具有低擴散分布。當與圖5A的結構相比時，特別是Mn和Cr在被熱處理時，根據是否存在擴散阻擋層具有幾乎達到1/10的擴散減少量。擴散阻擋層的引入防止構成磁性層的金屬擴散，導致熱穩定。
根據本發明，提供了下面的效果。
首先，本發明能夠防止構成AFM層的過渡金屬或底層在熱處理工藝中擴散，並通過在垂直磁性記錄介質的底層與AFM層之間引入擴散阻擋層而防止記錄介質記錄特性的減少。
第二，利用擴散阻擋層提供了具有優異熱穩定性的垂直磁性記錄介質，從而能夠進一步增加製造工藝中的熱處理溫度，且垂直磁性記錄介質可以在較高溫度環境下穩定使用。
雖然參考其示範性實施例具體示出並描述了本發明，但本領域的技術人員應該理解，可以不脫離由權利要求所限定的本發明的精神和範疇進行各種形式和細節的變化。
權利要求
1.一種垂直磁性記錄介質，包括軟磁底層和形成在所述軟磁性底層上的記錄層，其中所述軟磁性底層包括底層；形成在所述底層上的擴散阻擋層；形成在所述擴散阻擋層上的反鐵磁層；和形成在所述反鐵磁層上的軟磁性層。
2.根據權利要求1所述的介質，其中所述底層包括籽層。
3.根據權利要求1所述的介質，其中所述底層包括籽層和形成在所述籽層上的緩衝層。
4.根據權利要求1所述的介質，還包括形成在所述擴散阻擋層和反鐵磁層之間的中間磁性層。
5.根據權利要求1所述的介質，其中所述擴散阻擋層由Ru形成。
6.根據權利要求1所述的介質，其中所述反鐵磁層由Mn化合物形成。
7.根據權利要求1所述的介質，其中所述軟鐵磁層由包括CoFeB、CoZrNb、和CoTaZr的Co合金或者由包括Co90Fe10和Co35Fe65的CoFe合金形成。
8.根據權利要求2所述的介質，其中所述籽層由Ta和Ta合金之一形成。
9.根據權利要求3所述的介質，其中所述緩衝層由Ta/Ru化合物和NiFeCr之一形成。
10.根據權利要求4所述的介質，其中所述中間磁性層由CoFeB形成。
11.根據權利要求3所述的介質，其中所述籽層由Ta和Ta合金之一形成。
全文摘要
本發明提供了一種垂直磁性記錄介質，其包括具有擴散阻擋層的軟磁底層。該垂直磁性記錄介質包括軟磁記錄底層和形成在所述軟磁性底層上的記錄層。所述軟磁性底層包括襯底、底層、擴散阻擋層、反鐵磁層和軟磁性層。該底層形成在襯底上，且擴散阻擋層形成在底層上。反鐵磁層形成在擴散阻擋層上，且軟磁性層形成在反鐵磁層上。
文檔編號G11B5/70GK101017669SQ200610149439
公開日2007年8月15日 申請日期2006年11月20日 優先權日2006年2月9日
發明者李在喆, 尹成龍, 吳薰翔, 金雪基 申請人:三星電子株式會社