CN101159139A - 磁记录介质及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁记录介质以及制造该磁记录介质的方法。该磁记录介质包括：基底；软磁下层，形成在基底上；纹理层，形成在软磁下层上，并包括均匀的图案；记录层，包括磁性颗粒和将磁性颗粒隔离的非磁边界区域。记录层的磁性颗粒和非磁边界区域根据纹理层的规则的图案通过分离形成规则的粒状结构。因此，可在记录层上形成规则的粒状结构，而不需要例如对记录层进行蚀刻的工艺，从而可显著地提高磁记录介质的记录密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁记录介质及其制造方法，更具体地讲，涉及一种具有图案化的粒状结构(patterned granular structure)的磁记录介质以及制造该磁记录介质的方法。
背景技术
已经提出了用于制造具有磁性颗粒图案(magnetic grain pattern)的磁记录介质的各种方法。这些方法包括：1)利用纳米压印方法在基底上形成纳米孔洞图案，接着，通过电镀、气相沉积等形成记录层以填充形成在基底上的纳米孔洞；2)通过纳米压印方法等在包括记录层的基底上形成纳米柱(nano pillar)图案，并对记录层进行蚀刻；3)利用纳米压印方法在基底上形成纳米柱并对基底进行蚀刻以在基底上形成纳米柱阵列，接着，在设置有纳米柱阵列的基底上沉积记录层，从而形成物理上独立的纳米柱阵列结构；或者4)在基底上沉积记录层，并利用具有纳米孔洞的模板掩膜(stencil mask)将离子选择性地注入记录层中以使记录层形成图案，从而选择性地改变记录层的磁特性。
通过上述方法形成的记录层的磁特性通常次于按照传统的连续法通过溅射形成的记录层的磁特性。遗憾的是，在将记录层沉积在纳米孔洞或者纳米柱上期间或者在后续操作(例如，蚀刻、提离(lifting-off)或者离子注入)期间，由于包含通过溅射产生的记录层的记录介质的磁特性可能变差或者记录层可能受到污染，所以溅射也存在缺点。
发明内容
本发明提供一种包括记录层的磁记录介质以及制造该磁记录介质的方法，在所述记录层上形成规则的粒状结构，而不需要另外的处理。
根据本发明的一方面，提供一种磁记录介质，该磁记录介质包括按顺序堆叠在基底上的软磁下层、纹理层和记录层，其中，纹理层包括规则的图案，记录层包括与纹理层的规则的图案对应地形成的磁性颗粒。
根据本发明的另一方面，提供一种制造磁记录介质的方法，该磁记录介质包括按顺序层叠在基底上的软磁下层、纹理层和记录层，所述方法包括以下步骤：在纹理层上形成规则的图案，其中，规则的图案形成为隔离的突出部分和围绕隔离的突出部分的沟槽；形成记录层，以具有规则的粒状结构，所述粒状结构由磁性颗粒和非磁区域形成，磁性颗粒与纹理层的各个隔离的突出部分对应地形成，非磁区域与所述沟槽对应地形成。
附图说明
通过参照附图对本发明的实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1A是示出根据本发明实施例的磁记录介质的示意性剖视图；
图1B是示出根据本发明实施例的图1A的磁记录介质的记录层的粒状结构的示图；
图2是示出根据本发明另一实施例的磁记录介质的示意性剖视图；
图3A至图3F示出了用于解释根据本发明实施例的制造与图1A的磁记录介质相似的磁记录介质的方法的示图；
图4A至图4E示出了用于解释根据本发明另一实施例的制造与图1A的磁记录介质相似的磁记录介质的方法的示图；
图5A至图5F示出了用于解释根据本发明另一实施例的制造磁记录介质的方法的示图。
具体实施方式
现在将参照示出了本发明的示例性实施例的附图对磁记录介质以及制造该磁记录介质的方法进行更加充分的描述。
图1A是示出根据本发明实施例的磁记录介质的示意性剖视图，图1B是示出根据本发明示例性实施例的图1A的磁记录介质的记录层160的粒状结构的示图。
参照图1A和图1B，根据本发明当前实施例的磁记录介质具有形成在基底100上的层压结构。层压结构或者按顺序堆叠的结构包括软磁下层110、中间层120、纹理(texturing)层140和包含磁性颗粒161的记录层160。本发明的当前实施例的特征在于：通过在中间层120上形成的图案来调节记录层160的磁性颗粒161的大小和排列。钝化层(未示出)可形成在记录层160上以保护记录层160。此外，润滑层(未示出)可形成在钝化层上，从而当磁头与钝化层碰撞或者在钝化层上滑动时，减小磁头和钝化层的磨损。
基底100由玻璃基底、铝合金基底或者硅基底形成。通常，基底100可呈盘形。
软磁下层110促使来自磁头(未示出)的磁束通过磁记录介质中的磁性回路，从而记录层160可被有效地磁化。为此，软磁下层110由具有高导磁率和低矫顽磁力的软磁材料形成。此外，软磁下层110可形成为多个子层。
中间层120由非磁性金属、氧化物、氮化物或者聚合物混合物形成。
中间层120形成在软磁下层110上。与记录层160的规则的粒状结构对应的原始图案形成在中间层120的顶表面上。可通过纳米压印方法(稍后将描述)形成中间层120的图案。中间层120的图案包括与记录层160的磁性颗粒161对应的突出部分120a和在突出部分120a之间形成的沟槽120b。突出部分120a按照约几纳米至几十纳米的间距布置。突出部分120a的间距可根据记录密度而变化。沟槽120b的深度约为几纳米或者几十纳米。
形成纹理层140以促使记录层160的粒状结构的形成。纹理层140堆叠在中间层120上，使得纹理层140与形成在中间层120上的突出部分120a和沟槽120b对应地被图案化。因此，由于纹理层140与中间层120的图案对应地被图案化，所以当记录层160形成在纹理层140上时，记录层160可被图案化成粒状结构。在纹理层140上形成的沟槽的深度为几十纳米，与中间层120的沟槽120b的深度相似。可使用Ru、MgO和Pt中的至少一种形成纹理层140。例如，当记录层160的磁性颗粒161由钴(Co)基磁材料，例如CoPt、CoPd或者CoCrPt形成时，纹理层140可由Ru或者Ru合金形成。这是因为Ru或者Ru合金的结晶性质。也就是说，Ru是晶格常量最接近CoCrPt的晶格常量的非磁性单元素金属。当记录层160的磁性颗粒161由铁基磁合金(例如，FePt或者FePd)形成时，纹理层140可由MgO、Pt或者Pt合金形成。
记录层160具有包括磁性颗粒161的粒状结构和非磁边界区域162。记录层160的磁性颗粒161和非磁边界区域162通过生长方法(growth method)同时形成约几纳米至几十纳米的高度。
记录层160的磁性颗粒161生长在与纹理层140的突出部分对应的区域上，以形成规则的图案结构。磁性颗粒161表现出垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy)。磁性颗粒161可由钴基磁合金或者铁基磁合金形成。例如，磁性颗粒161可由从由Copt、FePt、CoPd、FePd和CoCrPt组成的组中选择的至少一种材料形成。
记录层160的非磁边界区域162围绕磁性颗粒161，以使磁性颗粒161互相隔离。非磁边界区域162可由从由SiO2、TiO2、ZrO2和SiN组成的组中选择的至少一种材料形成。
例如，当纹理层140由Ru形成时，记录层160由生长在纹理层140的突出部分(具有Ru晶体结构)上的CoCrPt-SiO2晶体、CoCrPt晶体形成以形成CoCrPt磁性颗粒161，由与CoCrPt晶体分离的SiO2生长在纹理层140的沟槽上以形成SiO2非磁边界区域162。按照这种方法，形成记录层160的粒状结构。因此，当CoCrPt磁性颗粒161生长在纹理层140的Ru晶体结构上时，钴(CoCrPt磁性颗粒161的主要成分)沿着c轴方向生长。因此，CoCrPt磁性颗粒161具有垂直磁各向异性。结果，如图1B所示，记录层160可具有规则的结构，在所述结构中，磁性颗粒161规则地布置，非磁边界区域162介于磁性颗粒161之间。
由于被非磁边界区域162隔离的磁性颗粒161均匀地布置并具有基本相同的大小，所以使用磁性颗粒161中的至少一个可记录1比特。因此，本发明的磁记录介质可以是比特图案化(bit patterned)介质。
下面的表1示出了磁记录介质的记录密度与磁性颗粒161的尺寸和非磁边界区域162的尺寸之间的示例性关系。
表1
| 记录密度 | 间距 | L1 | L2 |
| 500Gb/in2 | 37nm | 24nm | 13nm |
| 1Tb/in2 | 25nm | 16nm | 9nm |
在表1中，L1指示磁性颗粒161的直径，L2指示在磁性颗粒161之间测量的非磁边界区域162的宽度(参照图1A)。参照表1，当磁性颗粒161的间距约为37nm时，磁记录介质的记录密度达到500Gb/in2。当磁性颗粒161的间距约为25nm时，磁记录介质的记录密度达到1Tb/in2。磁性颗粒161的直径(L1)和非磁边界区域162的宽度(L2)可根据磁性颗粒161的间距适当地选择，从而确保记录层160的磁特性的稳定性。例如，如表1所示，L1∶L2的比率可设置成约2∶1。可在宽的范围内调节L1∶L2的比率，从而获得期望的记录层160的磁特性。
图2是示出根据本发明另一实施例的磁记录介质的示意性剖视图。
参照图2，根据本发明当前实施例的磁记录介质具有形成在基底200上的按顺序堆叠的结构。磁记录介质的按顺序堆叠的结构包括软磁下层210、纹理层240和包含磁性颗粒261的记录层260。本发明的当前实施例的特征在于：通过在软磁下层210的顶表面上形成的图案来调节记录层260的磁性颗粒261的大小和排列。也就是说，与图1A的包含设置有图案的中间层的磁记录介质不同，图案直接形成在软磁下层210上，并且通过在所述下层210和记录层260之间的纹理层240将图案转印到记录层260上。形成在根据本发明当前实施例的所述下层210上的图案基本上与形成在根据图1A的本发明的实施例的中间层120上的图案相同。此外，形成在所述下层210的图案上的纹理层240和记录层260基本上与图1A的磁记录介质的纹理层140和记录层160相同。因此，将省略对纹理层240和记录层260的详细描述。
图3A至图3F示出了根据本发明的示例性实施例的制造与图1A的磁记录介质相似的磁记录介质的方法的示图。通过利用压印树脂形成图案，并通过蚀刻操作将图案转印到中间层和纹理层上来执行制造磁记录介质的方法。
参照图3A，与制造具有垂直各向异性的磁记录介质的传统方法相同，软磁下层310和中间层320按顺序堆叠在基底300上。在本实施例中，通过将非磁性金属、氧化物、氮化物或者聚合物混合物在软磁下层310上沉积几纳米至几十纳米的厚度而形成中间层320。可通过在半导体制造方法中使用的传统的沉积方法(例如溅射)来沉积中间层320。因此，将省略对中间层320的沉积的详细描述。
参照图3B，鉴于在中间层320上将要执行的蚀刻方法，将厚度为几纳米至几十纳米的压印树脂330施加到中间层320上，如图1B所示的规则的图案被转印到树脂330上。在本实施例中，可利用纳米压印方法将规则的图案转印到树脂330上，从而获得具有几纳米至几十纳米的范围内的间距或者其它尺寸的图案。纳米压印方法的示例包括利用热的热压印工艺和利用紫外线的UV压印方法，但不限于此。在图案被转印到压印树脂330上之后，通过图案化的树脂330形成的纳米柱均匀地布置在中间层320上。
参照图3C，利用图案化的树脂330作为掩膜对中间层320蚀刻几纳米至几十纳米的深度。在本实施例中，可利用等离子体或者离子束对中间层320进行蚀刻(干蚀刻)。然而，对中间层320的蚀刻不限于干蚀刻。也就是说，可对中间层320进行湿蚀刻。在对中间层320进行蚀刻之后，在中间层320上形成沟槽(即，中间层320被图案化)。
参照图3D，去除用作掩膜的树脂330。
参照图3E，在图案化的中间层320上沉积厚度为几纳米至几十纳米的Ru，从而形成纹理层340。在本实施例中，中间层320的图案被直接转印到纹理层340上，从而在纹理层340上形成突出部分和沟槽。在本实施例中，由于当在随后的操作中使用CoCrPt-SiO2形成记录层360时，Ru是用于纹理层340的合适材料，所以Ru是可用于形成纹理层340的示例性材料。可用于形成纹理层340的材料的其它示例包括Ru合金、MgO、Pt以及它们的合金。
参照图3F，CoCrPt-SiO2选择性地生长，以形成包括磁性颗粒361和非磁边界区域362的记录层360。利用传统的溅射方法形成记录层360，磁性颗粒361和非磁边界区域362同时形成。在本实施例中，由于纹理层340的突出部分具有Ru晶体结构，所以CoCrPt-SiO2的CoCrPt生长在纹理层340的Ru晶体结构上，作为磁性颗粒361。此时，SiO2从记录层360的CoCrPt-SiO2分离，并在纹理层340的沟槽上生长，作为非磁边界区域362。CoCrPt-SiO2是可用于形成记录层360的示例性材料。然而，磁材料，例如钴基磁合金或者铁基磁合金(例如，CoPt、FePt、CoPd、FePd或CoCrPt)和非磁材料，例如非磁氧化物或者非磁氮化物(例如，SiO2、TiO2、ZrO2或者SiN)也可用于形成记录层360。
在当前的实施例中，CoCrPt-SiO2沉积在图案化的纹理层340上，从而CoCrPt-SiO2被分开生长成CoCrPt磁性颗粒361和SiO2非磁边界区域362。因此，与通过自然分离(natural segregate)按照传统的磁记录介质的粒状结构形成的磁性颗粒相比，记录层360的磁性颗粒361可更加规则地布置。结果，每个磁性颗粒361可用来存储1比特，因此，可显著提高磁记录介质的记录密度。
此外，在当前实施例中，同时形成磁性颗粒361和围绕磁性颗粒361的非磁边界区域362。因此，记录层360可具有相当平坦的表面。
在当前的实施例中，利用传统的蚀刻方法将中间层320图案化。然而，也可利用其它公知的方法(例如，提离方法或者传统的形成图案的方法)将中间层图案化。例如，当使用提离方法在中间层320上形成图案时，在通过沉积形成中间层320之前，将压印树脂施加到软磁下层310上，然后，利用纳米压印方法将图案转印到压印树脂上。此后，中间层材料沉积在包括图案化的压印树脂的软磁下层310上，接着，通过提离图案化的压印树脂和在图案化的压印树脂上形成的那部分中间层材料，去除图案化压印树脂和在图案化压印树脂上形成的那部分中间层材料，从而形成具有图案的中间层320。然后，纹理层340和记录层360按照与如上所述相同的方法形成。
图4A至图4E是用于解释根据本发明另一实施例的制造与图1A和图1B的磁记录介质相似的磁记录介质的方法的示图。制造磁记录介质的方法使用压印树脂作为中间层。
参照图4A，与制造具有垂直各向异性的磁记录介质的传统方法相同，软磁下层410形成在基底400上，厚度为几十纳米的压印树脂420施加到软磁下层410上。由于压印树脂420被硬化以形成中间层，所以合适的聚合物材料用作压印树脂420。例如，有机硅基聚合物混合物可用于形成压印树脂420。
参照图4B，如图1B所示，将规则的图案转印到压印树脂420上。在当前的实施例中，可利用纳米压印方法将规则的图案转印到压印树脂420上，从而使图案具有几纳米至几十纳米范围内的间距和其它尺寸。纳米压印方法的示例包括利用热的热压印方法和利用紫外线的UV压印方法，但不限于此。参照图4C，在进行了纳米压印之后，图案化的压印树脂420(参照图4B)被硬化，以形成图案化的中间层425。
参照图4D至图4E，Ru生长在图案化的中间层425上，以形成纹理层440。接着，CoCrPt-SiO2选择性地生长在纹理层440上，成为磁性颗粒461和非磁边界区域462，从而形成具有粒状结构的记录层460。纹理层440和记录层460按照与图3E和图3F所述的相同的方法形成。因此，将省略对形成纹理层440和记录层460的详细描述。
图5A至图5F是用于解释根据本发明另一示例性实施例的制造与图2的磁记录介质相似的磁记录介质的方法的示图。通过将图案形成在软磁下层上，并将软磁下层的图案转印到纹理层上来执行制造磁记录介质的方法，而不需要中间层。
参照图5A，与制造具有垂直各向异性的磁记录介质的传统方法相同，软磁下层510形成在基底500上，将厚度为几十纳米至几百纳米的压印树脂530施加到软磁下层510上。
参照图5B，如图1B所示，利用纳米压印方法将图案转印到压印树脂530上。
参照图5C，利用图案化的压印树脂530作为掩膜对软磁下层510蚀刻几纳米至几十纳米的深度，从而在软磁下层510上形成图案(以下，利用标号515指示图案化的软磁层)。
参照图5D至图5F，去除用作掩膜的压印树脂530，Ru生长在图案化的软磁下层515上，以形成纹理层540。接着，CoCrPt-SiO2选择性地生长在纹理层540上，成为磁性颗粒561和非磁边界区域562，从而形成具有粒状结构的记录层560。纹理层540和记录层560按照与图3E和图3F所述的相同的方法形成。因此，将省略对形成纹理层540和记录层560的详细描述。
如上所述，本发明的制造磁记录介质的方法不需要对记录介质进行另外的形成图案的操作，从而可防止磁记录介质的记录层磁性损坏，并可防止磁记录介质的基底受到污染。具体地讲，根据本发明的制造磁记录介质的方法，可通过形成规则的图案结构，并在所述结构上沉积材料而简单地制造磁记录介质，而不需要使得到的介质经受另外的处理，例如，形成均匀布置的孔洞，并在沉积之后通过电镀或者提离方法填充所述孔洞。因此，本发明的制造磁记录介质的方法简单，并可被便利地使用。
此外，根据本发明的制造磁记录介质的方法，除在Ru生长操作(纹理层形成操作)之前添加图案形成操作以外，可使用传统的制造磁记录介质的方法制造粒状记录介质。也就是说，本发明的制造磁记录介质的方法与传统的制造磁记录介质的方法高度相容。
如上所述，本发明的磁记录介质以及制造该磁记录介质的方法的优点如下：
第一，通过使记录层形成为图案化的粒状结构，磁记录介质可具有显著提高的记录密度。
第二，由于记录层不需要另外的形成图案的操作，所以可防止记录层磁性损坏，并可防止基底受到污染。
第三，同时形成磁性颗粒和非磁边界区域，以提供记录层。因此，记录层可具有相当平坦的表面。
第四，除在记录层沉积之前添加规则的图案形成操作以外，可使用传统的制造方法制造磁记录介质。因此，本发明的制造磁记录介质的方法与传统的制造磁记录介质的方法高度相容。从而可便利地使用本发明的制造磁记录介质的方法。
虽然已参照本发明的示例性实施例具体表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。
Claims (26)
1.一种磁记录介质，包括：
基底；
软磁下层，形成在基底上；
纹理层，形成在软磁下层上，并包括规则的图案；
记录层，包括磁性颗粒和将磁性颗粒隔离的非磁边界区域，磁性颗粒和非磁边界区域与纹理层的规则的图案对应地形成。
2.如权利要求1所述的磁记录介质，其中，软磁下层包括规则的图案，所述规则的图案由突出部分和在所述突出部分之间形成的沟槽形成；
纹理层的规则的图案包括突出部分和沟槽，纹理层的突出部分和沟槽与软磁下层的各个沟槽和突出部分对应。
3.如权利要求1所述的磁记录介质，还包括设置在软磁下层和纹理层之间的中间层，所述中间层包括由突出部分和在所述突出部分之间形成的沟槽形成的规则的图案，
其中，纹理层的规则的图案包括突出部分和沟槽，纹理层的突出部分和沟槽与中间层的各个沟槽和突出部分对应。
4.如权利要求3所述的磁记录介质，其中，中间层由非磁性金属、氧化物、氮化物或者聚合物混合物形成。
5.如权利要求2至4中任一项所述的磁记录介质，其中，记录层的磁性颗粒形成在纹理层的突出部分上，记录层的非磁边界区域围绕磁性颗粒形成在纹理层的沟槽上，磁性颗粒和非磁边界区域通过晶体生长形成。
6.如权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，其中，纹理层包括Ru、MgO和Pt中的至少一种。
7.如权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，其中，记录层的磁性颗粒具有垂直磁各向异性。
8.如权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，其中，记录层的磁性颗粒由钴基磁合金或者铁基磁合金形成。
9.如权利要求8所述的磁记录介质，其中，记录层的磁性颗粒由从由CoPt、FePt、CoPd、FePd和CoCrPt组成的组中选择的至少一种材料形成。
10.如权利要求1至4中任一项所述的磁记录介质，其中，记录层的非磁边界区域由非磁氧化物或者非磁氮化物形成。
11.如权利要求10所述的磁记录介质，其中，记录层的非磁边界区域由从由SiO2、TiO2、ZrO2和SiN组成的组中选择的至少一种材料形成。
12.一种制造磁记录介质的方法，所述磁记录介质包括按顺序层叠在基底上的软磁下层、纹理层和记录层，所述方法包括以下步骤：
在纹理层上形成规则的图案，其中，规则的图案由隔离的突出部分和围绕隔离的突出部分的沟槽形成；
形成记录层，以具有规则的粒状结构，所述粒状结构由磁性颗粒和非磁区域形成，磁性颗粒与纹理层的各个隔离的突出部分对应地形成，非磁区域与所述沟槽对应地形成。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在纹理层上形成规则的图案的步骤包括：
在软磁下层上形成中间层；
在中间层上形成图案；
在中间层上生长纹理层，从而在纹理层上形成与中间层的图案对应的图案。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在中间层上形成图案的步骤包括：
将压印树脂施加到中间层上；
将图案转印到压印树脂上，以在中间层上形成图案化的压印树脂；
使用图案化的压印树脂作为掩膜对中间层进行蚀刻；
去除压印树脂。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在中间层上形成图案的步骤包括：
将压印树脂施加到软磁下层上；
将图案转印到压印树脂上，以在软磁下层上形成图案化的压印树脂；
在图案化的压印树脂上沉积中间层；
利用提离方法在中间层上形成图案。
16.如权利要求14或者15所述的方法，其中，中间层由非磁性金属、氧化物、氮化物或者聚合物混合物中的一种形成。
17.如权利要求13所述的方法，其中，在中间层上形成图案的步骤包括：
将压印树脂施加到软磁下层上；
将图案转印到压印树脂上，以在软磁下层上形成图案化的压印树脂；
通过使图案化的压印树脂硬化而形成中间层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，压印树脂包括有机硅基聚合物混合物。
19.如权利要求12所述的方法，其中，在纹理层上形成均匀的图案的步骤包括：
在软磁下层上形成图案；
在软磁下层上生长纹理层，从而在纹理层上形成图案，在纹理层上的图案与软磁下层的图案对应。
20.如权利要求19所述的方法，其中，在软磁下层上形成图案的步骤包括：
将压印树脂施加到软磁下层上；
将图案转印到压印树脂上，以在软磁下层上形成图案化的压印树脂；
使用图案化的压印树脂作为掩膜对软磁下层进行蚀刻；
去除压印树脂。
21.如权利要求14、15、17和20中任一项所述的方法，其中，通过热压印或者紫外线压印将图案转印到压印树脂上。
22.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，纹理层包括Ru、MgO和Pt中的至少一种。
23.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，记录层的磁性颗粒包括钴基磁合金或者铁基磁合金。
24.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，记录层的磁性颗粒包括从由CoPt、FePt、CoPd、FePd和CoCrPt组成的组中选择的至少一种材料。
25.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，记录层的非磁区域包括非磁氧化物或者非磁氮化物。
26.如权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，记录层的非磁区域包括从由SiO2、TiO2、ZrO2和SiN组成的组中选择的至少一种材料。
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