CN1303587C - 垂直磁记录介质、磁记录器和垂直磁记录介质的制备方法 - Google Patents

垂直磁记录介质、磁记录器和垂直磁记录介质的制备方法 Download PDF

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CN1303587C CNB2004100831463A CN200410083146A CN1303587C CN 1303587 C CN1303587 C CN 1303587C CN B2004100831463 A CNB2004100831463 A CN B2004100831463A CN 200410083146 A CN200410083146 A CN 200410083146A CN 1303587 C CN1303587 C CN 1303587C
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Abstract

本发明提供一种垂直磁记录介质，包括衬底、形成在该衬底上的软磁性衬层、形成在该软磁性衬层上的磁通限制层、形成在该磁通限制层上的中间层，以及形成在该中间层上的垂直磁化膜的记录层，其中，该磁通限制层部分由多个软磁部分和形成于相邻磁道区之间的非磁性部分组成，每个软磁部分沿多个磁道区的一个磁道区形成，该中间层由非磁性材料形成，并形成为能够覆盖该软磁部分和该非磁性部分的表面。

Description

垂直磁记录介质、磁记录器和垂直磁记录介质的制备方法
技术领域
本发明基本上涉及垂直磁记录介质、磁存储器和垂直磁记录介质的制备方法，特别涉及在衬底和记录层之间具有限制磁通的层的垂直磁记录介质。
背景技术
最近几年，由于记录电影的需要，用在个人计算机或家用影片记录器中的磁存储器一般具有100GB或更大的存储容量。此外，预计将来对大的存储容量和磁盘存储器的降低成本的需求将变得更为强劲。
对于目前市场上的磁盘存储器所使用的面内磁记录技术，一般认为表面记录密度200GB/inch2是使用该传统技术可实现的最大记录密度。
作为可以突破该技术限制的磁记录技术，由于垂直磁记录技术可以减小磁记录层的磁化形成的退磁场的影响的特性，垂直磁记录技术再次受到关注。使用垂直磁记录技术，预计可以达到1TB/inch2或者更高的记录密度。
然而，使用垂直磁记录技术具有下面给出的需要注意的几个问题。
首先，随着磁道宽度的减小，磁头磁极上的磁心宽度减小，从而磁头产生的记录磁场也随之减弱。
其次，在磁记录时，磁通有横向波及位于磁头磁极下方的磁记录介质的趋势，从而产生所谓侧边抹去或侧边写入的问题，其中，附近磁道的信息被抹去。
第三、随着线记录密度的增大，记录层的介质噪声也随之增大，其中介质噪声的增大是磁化过度区形成噪声(过度噪声)的主要原因。
第四、难以控制磁心宽度以及记录头和重放头(reproducing head)的磁极的位置。
特别是，上述第二个问题在所谓的双层垂直磁记录介质上尤其明显，这种双层垂直磁记录介质在衬底和记录层之间具有一个软磁性衬层(softmagnetic backing layer)。应当关注的是，这种双层垂直磁记录介质被认为是能够实现高密度存储的理想记录介质。
更明确地说，当从小型化单极磁头的终端出来的磁通向覆盖整个磁盘表面的软磁性衬层延伸时，作为磁通传播的结果，在这种双层垂直磁记录介质中的记录磁场减弱，从而使沿磁道方向的记录层的侧边抹去现象增强，或者说，使磁过度区的长度增加。
鉴于上述原因，已有在记录层中磁性地形成位于磁道下面区域，以将磁通向软磁性衬层引导，以及抑制上述记录时磁通的传播(参见专利参考1和2)。
图1示出了上述专利参考2中描述的垂直磁记录介质100。
参见图1，垂直磁记录介质100包括在衬底101和记录层103之间的软磁性衬层102，其中沿磁道区103a在软磁性衬层102上制备软磁部分102a，信息的磁记录沿磁道区103a在记录层103中进行，从而使磁通沿这种软磁部分102a优先被引向软磁性衬层102。此外，沿形成于一对相邻的磁道区103a之间的内磁道区103b形成非磁性部分102c，从而使透入这种内磁道区103b的磁通减弱。因此，磁头磁极的磁通在穿过记录层103后，集中在软磁性衬层102的软磁部分102a上，从而可抑制磁通的横向传播和相关联的信息的侧边抹去问题。
专利参考1：日本公开专利申请2003-16621官方公告。
专利参考2：日本公开专利申请2003-16622官方公告。
发明内容
应当注意的是，垂直磁记录介质的记录层是由多晶材料形成，其中，晶粒被周围的非磁性颗粒物理性地相互隔开。例如，在记录层由钴铬(CoCr)合金组成的情况下，晶粒的生长受记录层的下表面的影响，换句话说，受软磁性衬层表面部分的晶体结构的影响，这样，CoCr合金的C轴基本上沿与衬底垂直的方向排列。
对于图1的垂直磁记录介质，为了控制形成于晶向控制层102b上的记录层103(特别是磁道区103a)的晶体排列，专利参考2在软磁部分102a上制备晶体排列控制层102b，从而实现了优秀的磁特性。此外，专利参考2还指出，形成于非磁性部分102c(内磁道区103b)上的记录层103可能具有不好的磁特性。
换句话说，当记录层103形成于包括不同材料或不同晶体结构的区域的下表面上时，存在使记录层103上的晶粒不均匀生长或使晶粒形成裂缝的趋势，而这会造成晶粒差异程度的增加，或造成记录层103的内部应力的不均匀性增加。应当注意的是，这种问题尤其会发生在磁层103的磁道区103a和内磁道区103b之间的界面附近。当记录层103的不均匀性增加或应力增加时，将导致重放信息时的介质噪声，从而信号噪声比(S/N)恶化。
本发明正是鉴于上述问题而提出，其目的是提供一种能够实现高的记录密度的垂直磁记录介质，其中，通过抑制从磁头出来的磁通的传播，来抑制侧边抹去并提高信号噪声比介质，和使用这种垂直磁记录介质的磁存储器。此外，本发明还提供这种垂直磁记录介质的制备方法。
依照本发明的第一方案，提供一种垂直磁记录介质，其具有记录层，该记录层包括通过磁头记录信息的磁道区，和分隔所述磁道区和相邻磁道区的内磁道区，其中，该相邻磁道区的位置在所述磁道区的宽度方向上偏离于所述磁道区，所述磁道区和所述内磁道区磁性地形成在所述磁记录层中，所述磁记录介质包括：
衬底；
形成在所述衬底上的软磁性衬层；
形成在所述软磁性衬层上的磁通限制层；
形成在所述磁通限制层上的中间层；以及
形成在所述中间层上的垂直磁化膜的记录层；
其中，所述磁通限制部分由多个软磁部分和非磁性部分组成，其中每个该软磁部分沿所述多个磁道区的一个磁道区形成，该非磁性部分形成于所述磁道区和相邻磁道区之间；
所述中间层由非磁性材料组成，并形成为覆盖所述软磁部分和所述非磁性部分的表面。
依照本发明，在记录时，可通过所述软磁部分限制来自记录头的磁极的磁通，并且抑制磁通在记录层中的传播。因此，磁通被集中，并且能增强记录磁场，从而能有效抑制侧边抹去或侧边写入问题。
进一步地，作为形成覆盖磁性限制层的中间层的结果，能够在中间层的均匀表面上均匀生长记录层，并且改善形成记录层的晶粒的晶向和晶体质量。因此，这样形成的记录层可提供不受由软磁部分和非磁性部分形成的磁性限制层的细微结构的影响的优秀的磁特性，从而抑制重放信息时的介质噪声。结果是，侧边抹去问题被成功抑制，并提高了信号噪声比。因此，可提供能进行高密度记录的垂直磁记录介质。
在磁性限制层上，应该被注意的是，非磁性部分可以由树脂材料形成。这样，可以更容易地形成具有高精密度的非磁性部分图案。
进一步地，软磁部分可以形成为其横向长度在表面部分小于在底面部分。因此，就可以进一步限制记录层的磁通，从而进一步提高抑制侧边抹去的效果。
在本发明的另一方案中，提供一种磁存储器，包括：
具有磁头的记录重放部分；以及
任何上述提到的垂直磁记录介质。
依照本发明，可实现高性能磁存储器，其能够抑制侧边抹去和侧边写入问题，并且可通过降低介质噪声而同时提高信号噪声比。
在本发明的另一方案中，提供一种制备垂直磁记录介质的方法，其具有磁性层，该磁性层包括通过磁头记录信息的磁道区，和分隔所述磁道区和另一个磁道区的内磁道区，其中，该另一个磁道区在所述磁道区的宽度方向上偏离于所述磁道区，所述磁道区和所述内磁道区磁性地形成在所述记录层中，所述方法包括以下步骤：
在衬底上形成软磁性衬层；
在所述软磁层上形成磁性限制层；
形成中间层，以覆盖所述磁性限制层；以及
在所述中间层上形成记录层；
所述形成所述磁通限制层的步骤包括：
形成非磁性层以使所述非磁性层覆盖所述软磁层的第一处理步骤；
在所述非磁性层上形成窗口的第二处理步骤；以及
使用软磁材料填充所述窗口以形成所述软磁材料的第三处理步骤。
依照本发明，首先制备磁通限制层的非磁性部分，然后在软磁性衬层上沉积软磁部分。因此，与通过刻蚀处理在软磁材料连续膜上形成的软磁部分相比，该软磁部分的损伤很小，从而，可形成具有低矫顽力、高磁导率、以及高饱和磁通密度的软磁部分。因此，能抑制软磁部分的磁性饱和，并有效抑制侧边抹去或侧边写入问题。
依照本发明，提供一种垂直磁记录介质，其中，通过抑制来自磁头的磁通的传播，抑制侧边抹去问题，并提高信号噪声比。此外，依照本发明，可获得使用这种垂直磁记录介质制备的磁记录器，和该垂直磁记录介质的制备方法。
参照附图和下文的详细说明，本发明的其它目标和特点是显而易见的。
附图说明
图1是传统垂直磁记录介质的结构的剖面图；
图2是本发明第一实施例的垂直磁记录介质的局部图解；
图3是第一实施例的垂直磁记录介质的结构的剖面图；
图4A-4D图解了第一实施例的垂直磁记录介质的制备过程；
图5A-5B图解了第一实施例的垂直磁记录介质的进一步制备过程；
图6是依照第一实施例的第一改型的垂直磁记录介质的剖面图；
图7是依照第一实施例的第二改型的垂直磁记录介质的剖面图；
图8A-8D图解了依照该第二改型的垂直磁记录介质的制备过程；
图9是依照本发明第二实施例的磁存储器的局部图解；
图10是磁头的示范性结构的剖面图；
图11是该记录过程的图解。
具体实施方式
在下文中将参照附图对本发明的实施例进行说明。
(第一实施例)
图2是本发明第一实施例的垂直磁记录介质的局部图解。此外，图3是图2所示垂直磁记录介质的剖面图。在图2中应当注意的是，为便于说明而略掉了保护膜和润滑膜18。图3示出了沿磁道方向的剖面。
参见图2和图3，本实施例的垂直磁记录介质10构成在衬底1 1上，其中，在衬底11上支撑依次为软磁性衬层12、磁性限制层13、中间层14和记录层15的层状结构，并且在其上继续形成保护层16和润滑层18。此外，磁通限制层13由软磁部分13a和非磁性部分13b组成。
在垂直磁记录层10中，应当注意的是，磁通限制层13被制备在软磁性衬层12和记录层15之间，在磁性层15中形成磁道区15a，用于磁性地记录信息。因此，在记录层15之下的磁通限制层13中形成软磁部分13a，以便沿磁道15a延伸。并且，相邻的两个软磁部分13a被中间的非磁性部分13b相互隔开。
因而，如图3所示，通过记录头的磁极20和软磁部分13a，可限制磁通MF，并抑制磁通MF在记录层15中的横向传播。从而，作为磁通在这种磁道集中的结果，记录磁场得以增强。
进一步地，在图3中应当注意的是，由于在磁性限制层13和记录层15之间中间层14的形成，使记录层15在中间层14的均匀表面上得以均匀生长，并且改善了记录层15中晶粒的晶向排列和晶体质量。因此，能够形成这种记录层15，其在消除由软磁部分13a和非磁性部分13b组成的磁通限制层13的细微结构的影响的同时，具有优秀的磁特性。
在下文中，将对垂直磁记录介质10进行更具体地说明。
衬底11可以为玻璃陶瓷衬底、回火玻璃衬底、硅衬底、铝合金衬底等任何一种，当垂直磁记录介质为带状时，衬底11也可以使用膜，如聚酯(PET)、聚萘二酸二乙酯(PEN)和耐热聚酰亚胺(PI)等。
例如，软磁性衬层12具有50nm到2μm之间的厚度，可以由至少包含选自Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B组中的一种元素的无定形的或微晶的合金，或这些合金的层状薄膜形成。主要考虑来自磁极20的磁通MF时，应该优先使用饱和磁通密度Bs为1.0T或更小的软磁材料作为软磁性衬层12。并且，应该优先使用矫顽力为790kA/m或更低的软磁性衬层12。
进一步地，软磁性衬层12还可以使用FeSi、FeAlSi、FeTaC、CoNbZr、CoCrNb、NiFeNb和NiP等。软磁性衬层12可以使用电镀工艺、溅射工艺、气相沉积工艺和CVD(化学气相沉积)工艺等形成，其中，考虑到电镀工艺大批量生产的高效率，以及能够利用现有的用于现有的面内磁记录介质的衬底的生产的电镀设备的可能性，应该优先使用电镀工艺形成软磁性衬层12。
应当注意的是，由于软磁性衬层12被用于吸收几乎所有来自磁头20的磁通MF，因此，应该优选使用饱和磁通密度与膜厚度的乘积值较大的软磁性衬层12，以完成记录层15的饱和记录。此外，考虑到高传输率的写入问题，优选的软磁性衬层12应该具有大的高频磁导率。
软磁限制层13由使用软磁材料的软磁部分13a和使用非磁性材料的非磁性部分13b组成。因此，在磁道区15a下面形成同心图案形式的软磁部分13a，其中，磁道区15a磁性地形成在记录层15中，每个软磁部分13a形成相对于同心磁道区15a基本上为同心的图案。
应当注意的是，非磁性区域13b将与其相邻的软磁部分13a和与第一次提到的软磁部分13a通过非磁性部分13b相邻的另一相邻的软磁部分13a分隔开，其中，沿记录层15的内磁道区15b形成非磁性部分13b。虽然并没有强制性要求，但软磁部分13a可以连续地形成一个完整的圆。
此外，应当注意的是，假设衬底11形成磁盘，虽然对软磁部分13a和非磁性部分13b相对于磁性地形成在记录层1 5中的磁道区15a的位置作了说明，但不需说明软磁部分13a和非磁性部分13b形成在具有与磁盘中心重合的中心的同心圆上。
根据软磁部分13a的磁导率，适当地选择磁通限制层13的厚度，从而也选择了软磁部分13a的厚度，例如厚度在20nm-200nm之间。
根据磁道区15a的宽度和磁道密度，适当地选择软磁部分13a和非磁性部分13b的宽度(在径向的长度)。例如，当非磁性部分13b的宽度为90nm时，软磁部分13a的宽度可以是130nm。
软磁部分13a的软磁材料可以使用以Co、Fe、和Ni中的一种或多种元素为主要成分的材料，例如Co合金、Fe合金和Ni合金等。此外，软磁部分13a可以含有Al、Ta、Ag、Cu、Pb、Si、B、Zr、Cr、Ru、Re、Nb和C等元素中的一种为辅助成分。例如，CoNbZr、CoZrTa、FeC、FeC、NiFe、FeTaC、FeCoAl、CoFeNiB等合金就很适合用作软磁材料，其中应该特别优先使用矫顽力为790kA/m或更低的软磁材料。
构成软磁部分13a的软磁材料可以是形成软磁性衬层12的同一种材料。然而优选的情况是，形成软磁部分13a的软磁材料的饱和磁通密度Bs2最好大于形成软磁性衬层12的软磁材料的饱和磁通密度Bs1。因此，当进行记录时不会导致软磁部分13a磁饱和，从而极大地提高了覆写性能或NLTS(非线性转换移位)性能。
在假设Bs1＜Bs2关系成立的前提下，设软磁性衬层12的厚度为t1，软磁部分13a的厚度为t2时，应该优先满足以下关系式：
Bsl×t1＞Bs2×t2，或
Bs1×t1≈Bs2×t2。
此外，为便于使磁通集中，软磁部分13a的磁导率μ2最好大于软磁性衬层12的磁导率μl。
关于构成软磁部分13b的软磁材料的电阻，应该注意的是，当使用NiFe时，一般能获得约20μΩ/cm2的值。然而，当进行高频记录时，由于涡流电流的产生，可能会使磁导率下降。因此，对于构成软磁部分13a的软磁材料的电阻率，应该优选使用20μΩ或更高的软磁材料，从抑制涡流电流的角度考虑，更优选使用40μΩ或更高的软磁材料。
对于软磁材料的电阻，电阻越高越好。另一方面，考虑到绝缘材料形成的非磁性部分时感生的电荷，电阻不超过10mΩ·cm为优选。对于这样的软磁材料，可以使用CoNbZr、CoZrTa、FeC、FeC、NiFe、FeTaC、FeCoAl、CoFeNiB和FeCoMO等任何一种(在上述合金中应该至少含有Al、B、Ga、Si、Ge、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Rh、Ru、Ni、Pd和Pt等元素中的一种)。
非磁性部分13b由非磁性材料形成。当不特别指出非磁性材料时，可以使用无机材料，如SiO2、Al2O3、TiO2、TiC、C和氢化碳等。此外，如Co、Cr、Ru、Re、Ri、Hf和它们的合金的非磁性材料也都可以作为非磁性部分的非磁性材料。
此外，也可以使用树脂材料，如热塑树脂或感光树脂材料作为非磁性部分13b的材料。更确切的说，聚乙烯(polyethylene)、聚亚安酯(polyurethane)、聚酰胺(polyamide)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、甲基丙烯聚碳酸酯(metacrylpolycarbonate)、环氧树脂(epoxy)和聚烯烃(polyolefin)等树脂可以被用作热塑树脂。因此，可以通过加压和加热形成有图案的压模的方法(将在下文解释)，轻易形成非磁性部分13b的图案。此外，感光树脂材料可以使用丙烯酸酯脂(acrylate)如环氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)、聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、聚酯丙烯酸酯(Polyester acrylate)、和聚醚丙烯酸酯(polyether acrylate)，或紫外光固化或X射线固化或电子束固化树脂如环脂族环氧树脂(cycloaliphatic epoxy resin)或环氧醚(glycidylether)。通过使用感光树脂，可以借助光刻法工艺形成高精确度的非磁性部分13b的图案。
当垂直磁记录介质为带状如蛇形带(图略)时，应当注意的是，磁道被形成以沿带子的长度方向延伸，并且磁道区和内磁道区在带子的宽度方向上相互平行排列。此时，软磁部分和非磁性部分以与磁道区相同的形式和排列方式形成。
为覆盖磁通限制层13，中间层14形成为厚度在1-40nm之间，并且可以由SiO2、Al2O3、TiO2、TiC、C和氢化碳等非磁性材料形成。优选的是，这些非磁性材料是无定形材料或微晶材料。由此，可以阻止由于软磁部分13a和非磁性部分13b的存在而导致的磁通限制层13的表面的不同区域的存在的影响到达中间层14，从而获得具有均匀表面的中间层14。结果，磁通限制层13的表面结构的影响不会到达记录层15，并且构成记录层的晶粒被形成为具有不受磁通限制层13的表面的影响的晶粒尺寸和晶向。
应当注意是，中间层14并不局限于上述非磁性材料的单层，而是可以形成为具有多层的层状结构(图略)。例如，每层厚度在2-30nm之间，并由Co、Cr、Ru、Re、Ri、Hf的任一种或它们的合金组成的层状非磁性金属中间层。优选地，非磁性金属中间层可以由Ru膜、RuCo膜和CoCr膜等形成，并可以是hcp(六方紧密堆积)结构。当记录层15为hcp结构时，可以使用外延生长工艺制备晶体层15。从而可以提高记录层15的晶体质量。
此外，应当注意的是，中间层14可以具有包括种子层(seed layer)和底层(ground layer)的层状结构(图略)，从而上述的非磁性金属中间层形成在底层上。因此，种子层由厚度为1.0-10nm的无定形材料形成，也可以选自Ta、C、Mo、Ti、W、Re、Os、Hf和Mg或它们的合金。因为种子层由无定形材料形成，所以可以提高在其上制备的底层的晶化程度，并阻断磁通限制层13和记录层15之间的晶向或晶体生长的关联性。
对于底层，该层可以使用厚度在0.5-20nm之间的软磁材料，并主要由Co、Fe、Ni、Co合金、Fe合金和Ni合金的任一种形成，如NiFe合金(高磁导率铁镍合金，即permalloy)。此外，底层可以含有选自Mo、Cr、Cu、V、Nb、Al、Si、B、C和Zr组元素中的一种为附加成分。因此，所形成的底层有助于形成在其上的非磁性金属中间层的初始晶体生长，从而可以提高中间层14的晶体质量。通过以如上所述的方式构成中间层14，可以提高记录层15的晶体质量。
记录层15就是所谓的垂直磁介质膜，其具有在膜的厚度方向上的易磁化轴。典型地，记录层15形成为厚度在3-30nm之间，并由选自Ni、Ge、Co、Ni合金、Fe合金、和Co合金包括CoCrTa、CoCrPt、CoCrPt-M中的任意一种形成，其中M选自B、Mo、Nb、Ta、W、Cu和它们的合金中的任意一种。
应当注意的是，这种形成记录层15的铁磁合金为柱状微结构。在铁磁合金是hcp结构的情况下，记录层15的生长方向或厚度方向与该表面(001)相同，并且易磁化轴排列在磁性膜的厚度方向上。例如，如CoCrPtB、CoCrPtTa和CoCrPtTaNb材料中的任意一种可以用于记录层15。
此外，记录层15可以包含非磁性材料的非磁性相，如选自Si、Al、Ta、Zr、Y和Mg中的元素与选自O、C、和N中的元素的化合物，从而使非磁性相把铁磁合金的柱状晶粒相互隔开。对于这种记录层，可以使用(CoPt)-(SiO2)、(CoCrPt)-(SiO2)和(CoCrPtB)-(MgO)系等。因为磁性微粒形成柱状结构，在这种构造中，形成非磁性相以环绕磁性微粒，所以磁性微粒被相互隔开，并且可有效抑制磁性微粒之间的相互作用。从而，介质噪声被降低。
此外，应当注意的是，记录层15可以由人造超晶格Co/Pd、CoB/Pd、Co/Pt和CoB/Pt中的任意一种形成。人造超晶格可以通过将各为5到30层的CoB(厚度为0.3nm)和Pd(厚度为0.8nm)交替层叠形成。这种人造超晶格薄膜具有大的垂直磁各向异性和极好的热稳定性等优秀特性。
保护膜可以通过溅射工艺、CVD工艺和FCA(过滤阴极电弧)工艺等形成，并可以制备为氢化碳、氮化碳、氧化铝和氧化锆等的形式。
润滑层18可以通过浸渍工艺、旋涂工艺等涂覆，并可以通过使用润滑材料如具有过氟聚醚(perfluoropolyether)的主链的润滑剂，形成为厚度在0.5-5nm之间。根据润滑层与保护层的组合或与磁头的组合，可以略去该润滑层18。
在本实施例的垂直磁记录介质10中，磁通限制层13以软磁部分13a沿磁性地形成于记录层15中的磁道延伸的方式，被制备在软磁性衬层12上，从而该磁通限制层13包括软磁部分13a和将该软磁部分13a与相邻软磁部分13a分隔开的非磁性部分13b。此外，因为覆盖磁通限制层13的中间层14形成为记录层15的底层，所以构成记录层15的铁磁材料的晶粒能够均匀生长，并通过将来自磁头的磁通MF集中到记录层15，抑制侧边抹去或侧边写入的问题。因此，能在重放时成功地抑制介质噪声，并获得能够在高密度记录时维持高信号噪声比的垂直磁记录介质。
因为软磁部分13a形成于软磁性衬层12上，所以通过软磁部分13a，来自记录头的磁通被导入到软磁性衬层12，同时抑制了软磁部分13a的磁性饱和。
下面将参照图4A-4D以及图5A和5B，进行说明依照本发明的垂直磁记录介质的制造方法。
如图4A所示，通过溅射工艺、电镀工艺和非电解电镀工艺等任意一种，在衬底11上形成软磁性衬层12，该衬底11可以是玻璃衬底。当使用非电解电镀工艺时，必需对衬底11的表面进行激活处理。
在图4A的步骤中，用于磁通限制层13的非磁性部分13b的非磁性层13-1进一步形成于软磁性衬层12上。此处，非磁性层形成为：通过浸渍工艺的旋涂工艺，将包含热塑树脂如聚亚安酯(polyurethane)或聚氯乙烯(polyvinyl chloride)的有机溶剂的溶液涂在软磁性衬层12上，然后为通过加热的有机溶剂的蒸发过程，从而在干燥后形成厚度在20-200nm之间的非磁性层13-1。
接下来，在图4B的步骤中，在加热图4中衬底11的同时，施加压强约为7.84×106Pa(80kgf/cm2)的压力把模压件21压制在非磁性层13-1上，该模压件21的凸起图案与图3的软磁部分13a对应。因此，应该注意的是，模压件21包括与图2所示的记录层的磁道区的图案相似的、同心形式的凸起21a。
结果是，如图4C所示，非磁性部分13b和窗口13c形成于软磁性衬层12上。因此，应当注意的是，在图4B的步骤中，衬底11的加热温度应该根据弹性常数如热塑树脂的软化点的变化适当地选择。当软磁性衬层12是无定形层时，为避免晶化，优选使用280℃或更低的加热温度。当软磁层12是微晶材料时，为便于微晶的生长，优选使用450℃或更低的加热温度。对于更低限制的上述加热温度，考虑到垂直磁记录介质10的保持特性，应适当地选择上述热塑树脂材料。一般地，应该优选使用80℃或更高的加热温度。
当窗口13c上残余部分非磁性层13-1，并且软磁性衬层12a的表面没有被完全暴露在窗口13c处时，可以对图4C的结构表面使用干法刻蚀工艺，如离子铣削工艺，或湿法刻蚀工艺，以进行将软磁性衬层12的表面12a完全暴露在窗口13c处的处理。
当垂直磁记录介质是磁盘时，在进行该步骤的同时，优选在磁盘的两个表面(前表面和后表面)形成该窗口。由此，通过校准用于前表面的模压件和用于后表面的模压件的各自的中心，可在磁盘的前表面和后表面同时形成软磁部分13b。从而，可实现使磁头同时到达两个磁盘表面。
此外，对于上述非磁性层13-1使用感光材料替代热塑树脂时，可以使用光刻工艺形成上述非磁性部分13b和窗口13c。
更具体地说，使用正感光材料形成前述非磁性层13-1，如丙烯酸酯脂(acrylate)或环氧(epoxy)树脂，窗口13c的图案则使用紫外线辐射、电子束或X射线曝光，并通过随后的显影形成。此外，也可以使用负感光树脂材料。这时，通过将非磁性部分13b的图案曝光，并通过实现显影去掉未曝光部分，形成窗口13c。
接下来，在图4D的步骤中，使用非电解电镀工艺在图4C的窗口13c中填充非磁性材料，从而形成软磁部分13a。
更详细地说，制备温度在40-95℃之间的电镀槽(PH值在2-10之间)，该电解槽包含Co离子、Fe离子、Ni离子、络合物(complexes)和含硼的还原剂，接着，把图4C的结构浸入所准备的电解槽中，进行非电解电镀并不断搅拌。因此，根据电镀率和电镀膜的厚度，适当地选择电镀工艺的持续时间。调整电镀膜的厚度，也就是由此形成的软磁部分13a的厚度，以使软磁部分13a超过非磁性部分13b。
应当注意的是，为获得具有高饱和磁通密度和高磁导率的软磁材料，应该优选采用非电解电镀工艺。
例如，采用非电解电镀工艺制备的Co1-x-y-zFexNiyBz(x＝15-23原子百分比、y＝13-15原子百分比、z＝0.5-5原子百分比)型软磁部分13a，能够获得如Bs为1.7-1.9T之间饱和磁通密度在、约为200A/m的矫顽力和约为500的磁导率的磁特性。
当形成合成物Co65Fe19Ni15B1(下标代表各元素的原子浓度)的软磁部分13a时，可以使用这种电镀槽，其包含有：0.07mol/L的CoSO4·7H2O、0.03mol/L的FeSO4·7H2O、0.004mol/L的NiSO4·6H2O、0.2mol/L的硫酸铵(ammonium)、0.02mol/L的柠檬酸钠酸(sodium citrate acid)、0.35mol/L的酒石酸钠(sodium tartrate)、0.06mol/L的磷酸(phosphoric acid)和0.1mol/L的二甲胺基硼烷(dimethylamineborane)，以及PH值为9和电镀槽温度为70℃。
此外，考虑到与使用真空工艺如溅射工艺或真空气相沉积工艺相比的低的产品成本和低的设备成本，应该优选使用非电解电镀工艺。进一步地，在使用非电解电镀工艺的情况下，当非磁性部分13b由热塑树脂或感光材料构成时，由于软磁性衬层12a和非磁性层13b的表面的催化活度不同，在非磁性部分13b的表面上电镀膜的形成受到抑制，因此通过非电解电镀工艺可以有选择地在窗口13c上形成电镀膜。结果是，有利于电镀工艺之后的平坦化步骤的进行。
此外，也可以使用电解电镀工艺或溅射工艺代替非电解电镀工艺。在使用电解电镀工艺的情况下，以软磁性衬层12为阴极，在窗口13c中填充软磁材料。此时，软磁材料不在非磁性部分13b上沉积，有利于后序平坦化工艺的进行。
接下来，在图5A的步骤中，使用CMP(化学机械抛光)工艺或离子铣削工艺对图4D的结构体的表面进行平坦化处理。在平坦化工艺之后，考虑到在磁通限制层13上形成的中间层14的表面平坦度，磁通限制层13的平均表面粗糙度Ra为1nm或更低是优选的。更具体地说，磁通限制层13的平均表面粗糙度在0.2-0.4nm之间是优选的。
此外，由于所使用的CMP工艺是湿法工艺，可以在电镀工艺之后直接进行平坦化工艺，而略去电镀工艺之后的清洗工艺。此外，使用CMP工艺可以获得大批量处理能力。
接下来，在图5A的步骤中，使用溅射工艺或真空气相沉积工艺，在经过平坦化处理的磁通限制层13上形成中间层14，该中间层使用前文介绍过的材料。在形成包括种子层、底层和非磁性金属中间层的层状中间层14的情况下，也使用相同的工艺。
接下来，在图5B的步骤中，使用前文介绍过的材料进行的溅射工艺或真空气相沉积工艺，在中间层14上形成记录层15。以及使用前文介绍过的材料进行的溅射工艺、CVD工艺或FCA工艺，在记录层15上形成保护层16。
此外，在图5B的步骤中，使用旋涂工艺、液面下移法和牵拉法等，在保护层16的表面上施加润滑剂而形成润滑层18。由此，获得如图5B所示的垂直磁记录介质。
依照本实施例的垂直磁记录介质10，在软磁性衬层12上首先形成磁通限制层13的非磁性部分13b，然后再沉积软磁部分13a，从而与通过刻蚀进行软磁材料的连续膜的制版相比，软磁材料中发生的损伤减少。从而可形成具有高矫顽力、高磁导率和高饱和磁通密度的软磁部分13a。
接下来，将对本实施例的垂直磁记录介质的第一改型进行说明。
图6是依照本实施例第一改型的垂直磁记录介质30的剖面图。与图3相似，图6示出了在能跨过磁道区域的方向上截取的垂直磁记录介质的剖面。在图中，那些对应于前文说明过的部分由相同附图标记表示，此处略去其说明。
参见图6，垂直磁记录介质30包括衬底30，并且在衬底11上依次形成软磁性衬层12、磁通限制层13、中间层14、记录层15、保护层16和润滑层18，其中，另一中间层31被放置在软磁性衬层12和磁通限制层13之间。因此，除在软磁性衬层12和磁通限制层13之间引入的第一中间层31以外，垂直磁记录介质30的结构与前文介绍过的第一实施例的垂直磁记录介质的结构相似。此外，第二中间层14的结构与图3所示第一实施例的中间层14的结构相似，从而使用同一附图标记表示。
第一中间层31的厚度在1.0-10nm之间，并由选自SiO2、Al2O3、TiO2、TiC、C、氢化碳、Ta、C、Mo、Ti、W、Re、Os、Hf、Mg和它们的合金的非磁性无定形材料形成。
通过提供第一中间层，软磁性衬层12和磁通限制层13的软磁部分13a之间微晶的晶向和尺寸的联系被阻断，从而构成软磁部分13a的软磁材料可以通过自组织方式获得。因此，可以获得具有优秀磁特性的软磁部分13a。并且，第一中间层31可阻断软磁性衬层12和磁通限制层13的软磁部分13a之间的磁相互作用。
通过提供第一中间层31，可避免在去除非磁性层13-1时对软磁性衬层12的损伤问题，如通过刻蚀去除残余在窗口13c中的热塑树脂，从而可以抑制由这种缺陷造成的尖峰噪声。
因此，依照本发明，通过在软磁性衬层12和磁通限制层13之间提供第一中间层31，除了能获得第一实施例的效果以外，还可以获得具有磁通限制层13的具有优秀磁特性的软磁部分13a。因此，可阻断软磁性衬层12和磁通限制层13的软磁部分13a之间的磁相互作用，并抑制由软磁性衬层造成的尖峰噪声。
接下来，将对第二改型的垂直磁记录介质进行说明。
图7是依照本实施例第二改型的垂直磁记录介质40的结构剖面图。其中应当注意的是，与图3的情况相似，图7示出了能跨过多个磁道区域所截取的剖面。在图7中，那些与前文已介绍的部分对应的部分使用同一附图标记表示。
参见图7，在衬底上制备垂直磁记录介质40，除使用磁通限制层43代替磁通限制层13以外，该垂直磁记录介质40具有与图3的垂直磁记录介质相似的层状结构。从而，该层状结构包括在衬底11上依次形成的软磁性衬层12、磁通限制层43、中间层14、记录层15、保护层16和润滑层18。
参见图7，值得注意的是，磁通限制层43包括梯形的软磁部分43a和倒梯形的非磁性部分43b。另外，磁通限制层43的结构与图3所示的磁通限制层13的结构相似。
更具体地说，除软磁部分43a的截面形状与软磁部分13a不同以外，磁通限制层43由和图3中磁通限制层13相似的材料构成，从而，与中间层14毗连的上底边43a-1比与软磁性衬层12毗连的下底边43a-2短。因此，软磁部分43a的上底面的表面积比下底面的表面积小。软磁部分43a的这种结构的结果是，可进一步抑制来自记录头的磁通，并且进一步排除记录时的侧边抹去问题。
进一步地，应当注意的是，可增加与软磁性衬层12接触的软磁部分43a的底面积，从而进一步减小软磁部分43a的磁性饱和问题。为更有效地抑制软磁部分43a的磁性饱和，软磁部分43a更优选使用具有高饱和磁通密度的材料，因此，软磁部分43a更优选使用CoNiFeB、CoNiFeP、CoFeB、CoFeP、CoFe和FeCoC中任何一种。在图7的结构中，应当注意的是，软磁部分43a的底面43a-2可以和相邻的软磁部分43a的底面43a-2接触。
图8A-8D图解了图7中垂直磁记录介质40的制备过程。
如图所示，软磁性衬层12和非磁性层43-1在衬底11上的形成与前文图4A已介绍的步骤相似。通过溅射工艺或CVD工艺，非磁性层43-1可以由SiO2、Al2O3、TiO2、TiC、C和氢化碳等形成。
在图8A的步骤中，例如在非磁性层43-1上形成厚度为50nm的氮化硅薄膜43-2，接着例如，在氮化硅薄膜43-2上形成厚度为200nm的感光薄膜41。
接下来，在图8B的步骤中，使用光刻工艺在感光薄膜41上制版，形成和即将形成的软磁部分43a对应的感光树脂窗口(resist openings)41a。并且，通过使用这种制版的感光树脂薄膜41，采用干法刻蚀工艺如离子铣削工艺继续对氮化硅薄膜43-2进行制版。从而，在氮化硅薄膜43-2上形成窗口43-2a。
接下来，在图8C的步骤中，去除感光薄膜41，并且当以氮化硅薄膜43-2为掩模时，相对于氮化硅薄膜43-2对非磁性层43-1选择性地施加选区刻蚀处理，其中，在一定的刻蚀条件下进行刻蚀，以在深度方向上各向同性刻蚀超过各向异性刻蚀。结果是，在非磁性层43-1上形成窗口43c。
对于刻蚀工艺，可以使用RIE(反应离子刻蚀)工艺，该反应离子刻蚀可以通过浮点工艺或阳极耦合工艺实现，其中，在浮点工艺中把衬底11放置在距离电极一定的位置处，在阳极耦合工艺中把衬底11放置在阳极侧。
在使用SiO2薄膜作为非磁性层43-1的情况下，使用CF4和H2的混和气体或C3H8气体进行RIE工艺。通过使用这种刻蚀工艺，随着从氮化硅薄膜43-2的刻蚀距离(深度)的增加，非磁性层43-1的横向刻蚀也不断增加，从而形成在基本上为梯形的窗口43c。
接下来，在图8D的步骤中，通过与图4D步骤相似的非电解电镀工艺，在图8C的结构的窗口43c上填充软磁材料，从而形成软磁部分43a。软磁部分43a的高度基本持平或略高于氮化硅薄膜43-2的表面。
进一步地，通过与前述图5A和图5B相似的工艺，执行平坦化处理和包括中间层14到润滑层18在内的后序各层的制备步骤(图略)，从而获得第二改型的垂直磁记录介质40。
在该平坦化处理中，通过使用可使软磁部分43a的抛光度比氮化硅薄膜43-2的更高的膏剂，对软磁部分43a和氮化硅薄膜43-2的表面进行平坦化处理。该平坦化处理的结果是，软磁部分43a具有基本上与非磁性部分43b的上表面持平的上表面。作为平坦化处理的结果，可以完全去掉氮化硅薄膜43-2，或者保留一部分。
因此，依照本改型的制备过程，在以氮化硅薄膜43-2为掩模，且各向同性刻蚀为主的条件下时，通过刻蚀非磁性层43-1获得在基本上为梯形的窗口43c，并通过该梯形窗口43c形成基本上为梯形的软磁部分43a。
这里，应当注意的是，氮化硅薄膜43-2可以使用其它薄膜代替，只要该薄膜是显示为在刻蚀非磁性层43-1时，仅选择性地刻蚀非磁性层43-1的非磁性材料。
此外，使用本改型的非磁性层的工艺和材料，也可以获得如图3所示的基本上为矩形的软磁部分13a。此时，在图8C的步骤中使用各向异性的RIE工艺。
(第二实施例)
下面，将对本发明第二实施例的磁存储器进行说明，该磁存储器使用上述实施例的垂直磁记录介质。
图9是依照本发明第二实施例的磁存储器60的局部图解。
参见本发明，磁存储器60具有外壳61，在该外壳中含有由主轴马达(图中未显示)驱动的毂盘62，与主轴马达连接并随之旋转的垂直磁记录介质63，激励部件64，附着在激励部件64上以在垂直磁记录介质63的径向移动的臂65、悬架66，和悬架66支撑的磁头68。
图10是磁头68的剖面示意图。
参见图10，磁头68包括一个由AlTiC构成的滑触头70，并通过氧化铝绝缘层71，支撑单磁极记录头72和使用GMR(巨磁阻)元件73的重放头(reproducing head)74。
单磁极记录头73包括向垂直磁记录介质63施加记录磁场的由软磁材料构成的主磁极75、和主磁极75进行磁关联的往返磁头组76、以及用以在主磁极75和往返磁头组76中感生记录磁场的记录线圈78。换言之，作为底部磁场屏蔽器的重放头74形成在主磁极75上，并经氧化铝绝缘层71包括GMR元件73，其中，经氧化铝绝缘层71在GMR元件73上形成上部磁场屏蔽器79。因此，单磁极记录头72从主磁极75施加垂直于垂直磁记录介质63上的记录磁场，并在垂直磁记录介质63上感生磁点。
应当注意的是，主磁极75具有其横截面在向末端部分75-1的方向上减小的形状，从而，通过增加记录磁场的磁通，可以磁化具有大的矫顽力的垂直磁记录介质63。对于构成主磁极75末端部分75-1的软磁材料，应该优选使用具有高饱和磁通密度的材料，如，原子百分比都为50％的NiFe、FeCoNi合金、FeCoNIB、和FeCoAlO等。
另一方面，重放头74通过检测GMR元件73的电阻的变化，感测垂直磁记录介质63形成的磁化的漏磁场，从而获得垂直磁记录介质63上所记录的信息。也可以使用TMR(铁磁隧道结磁阻)元件替代GMR元件73。
应当注意的是，本发明的磁存储器60具有在垂直磁记录介质63中的特点。更具体地说，磁存储器60使用第一实施例或第二实施例的任意一种垂直磁记录介质作为该记录器的垂直磁记录介质63。
图11是本实施例的磁存储器的信息的重放过程的图解，其中应当注意的是，图11示出了垂直磁记录介质63以及跨过磁道截取的磁头的剖面。
在下文的详细说明中，为便于说明，使用第一实施例的垂直磁记录介质10作为磁记录器的垂直磁记录介质63。在下文的详细说明中，还应注意仅对磁通从记录头流入软磁性衬层时的情况进行介绍。同时，对于相反磁通流向的情况，将忽略其说明。
参见图11，当磁记录时，从记录头74的主磁极75的末端部分75-1发出记录磁场的磁通，其中，所发出的磁通流入软磁部分13a，并进而通过记录层15进入软磁性衬层12。因此，记录层15被磁化，并形成如图11所示的磁道区15a。因此，应当注意的是，记录磁场的磁通被软磁部分13a引入软磁性衬层12，从而，即使在磁记录时主磁极75的末端部分75-1发生横向偏移，磁道区15a也总是在软磁部分13a之上。此外，因为记录层15均匀地形成在垂直磁记录介质63上，所以即使当磁道区15a稍稍偏移，使磁化磁通涌入内磁道区15b时，也不会在重放信息时改变所复制的输出信号。因此，不会增加介质噪声，并能避免信号噪声比的下降。
此外，即使由于上述相同原因使主磁极75的末端部分75-1的磁极宽度Whd超过预设的宽度，也不会增加介质噪声。因此，能提高磁头74关于磁极宽度Whd的制备容差，并提高磁存储器60产生的磁场。
此外，应当注意的是，本实施例的磁存储器60的基本结构并不局限于图9和图10所示的结构。此外，磁头68并不局限于上述已说明的例子，而可以使用任何已知磁头。此外，本发明的磁记录介质63并不局限于磁盘，也可以是磁带。
依照本实施例，磁存储器60使用垂直磁记录介质63，该垂直磁记录介质63包括磁通限制层13，用以通过限制记录磁场的磁通增加记录磁场。此外，记录层15均匀形成在覆盖磁通限制层13的中间层14上。因此，可抑制侧边抹去或侧边写入问题，并降低介质噪声。结果是，可获得能够高密度记录的磁存储器。
进一步地，本发明绝不局限于上述说明的实施例，而可以不能被视为偏离本发明的范畴的多种改动和变型。
例如，本发明并不局限于磁盘。磁盘仅被作为垂直磁记录介质的一个例子进行说明，即使在垂直磁记录介质以磁带的形式形成于聚酰亚胺带的带状磁带的情况下，本发明也可以获得如上述实施例所述的相似结果。
此外，在垂直磁记录介质中可以结合第一实施例的第一改型和第二改型。

Claims (15)

1.一种垂直磁记录介质，其具有记录层，该记录层包括通过磁头记录信息的磁道区，和分隔所述磁道区和相邻磁道区的内磁道区，其中，该相邻磁道区的位置在所述磁道区的宽度方向上偏离于所述磁道区，所述磁道区和所述内磁道区磁性地形成在所述磁记录层中，所述磁记录介质包括：
衬底；
形成在所述衬底上的软磁性衬层；
形成在所述软磁性衬层上的磁通限制层；
形成在所述磁通限制层上的中间层；以及
形成在所述中间层上的垂直磁化膜的记录层；
其中，所述磁通限制部分由多个软磁部分和非磁性部分组成，其中每个该软磁部分沿所述多个磁道区的一个磁道区形成，该非磁性部分形成于所述磁道区和相邻磁道区之间；
所述中间层由非磁性材料组成，并形成为覆盖所述软磁部分和所述非磁性部分的表面。
2.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述垂直磁记录介质是磁盘，以及
其中，所述软磁部分和所述非磁性部分分别形成为同心的图案，该同心的图案具有基本上与所述磁盘的中心重合的中心，所述软磁部分和所述非磁性部分交替分布在所述磁盘的径向上。
3.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层由选自由SiO2、Al2O3、TiO2、TiC、C和氢化碳组成的组中的材料形成。
4.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述中间层由无定形材料的种子层、软磁材料的底层和非磁性金属中间层组成，其中，该非磁性金属中间层由选自由Co、Cr、Ru、Re、Ri、Hf和它们的合金组成的组中的材料形成。
5.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述磁通限制层的所述非磁性部分由树脂材料组成。
6.如权利要求5所述的垂直磁记录介质，其中，所述树脂材料由任何热塑树脂材料和感光树脂材料形成。
7.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述磁通限制层的所述软磁部分由软磁材料组成，其中，该软磁材料具有比形成所述软磁性衬层的软磁材料更高的磁导率。
8.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中，所述软磁部分具有在能跨过多个磁道的方向上截取的横向尺寸，以使在所述软磁部分的下表面的所述横向尺寸小于所述软磁部分的上表面的所述横向尺寸。
9.如权利要求1所述的垂直磁记录介质，还包括在所述软磁性衬层和所述磁通限制层之间的由非磁性材料形成的另一个中间层。
10.一种磁存储器，包括：
具有磁头的记录和重放部分；以及
垂直磁记录介质，其具有记录层，该记录层包括通过磁头记录信息的磁道区，和分隔所述磁道区和相邻磁道区的内磁道区，其中，该相邻磁道区的位置在所述磁道区的宽度方向上偏离于所述磁道区，所述磁道区和所述内磁道区磁性地形成在所述磁记录层中，所述磁记录介质包括：
衬底；
形成在所述衬底上的软磁性衬层；
形成在所述软磁性衬层上的磁通限制层；
形成在所述磁通限制层上的中间层；以及
形成在所述中间层上的垂直磁化膜的记录层；
其中，所述磁通限制部分由多个软磁部分和非磁性部分组成，其中每个该软磁部分沿所述多个磁道区的一个磁道区形成，该非磁性部分形成于所述磁道区和相邻磁道区之间；
所述中间层由非磁性材料组成，并形成为覆盖所述软磁部分和所述非磁性部分的表面。
11.一种制备垂直磁记录介质的方法，该垂直磁记录介质具有磁性层，该磁性层包括通过磁头记录信息的磁道区，和分隔所述磁道区和另一个磁道区的内磁道区，其中，该另一个磁道区在所述磁道区的宽度方向上偏离于所述磁道区，所述磁道区和所述内磁道区磁性地形成在所述记录层中，所述方法包括以下步骤：
在衬底上形成软磁性衬层；
在所述软磁层上形成磁性限制层；
形成中间层，以覆盖所述磁性限制层；以及
在所述中间层上形成记录层；
所述形成所述磁通限制层的步骤包括：
形成非磁性层以使所述非磁性层覆盖所述软磁层的第一处理步骤；
在所述非磁性层上形成窗口的第二处理步骤；以及
使用软磁材料填充所述窗口以形成所述软磁材料的第三处理步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在所述第二处理步骤，当加热所述衬底时，在所述热塑树脂材料的所述非磁性层上，通过压制模压件形成所述窗口，其中，该模压件形成为具有与所述磁道之间的区域对应的凸起。
13.如权利要求11所述的方法，其中，在所述第二处理步骤，使用用于所述非磁性层的感光材料形成所述窗口，并使用紫外线辐射、电子束辐射、或X射线辐射的任意一种对所述非磁性层进行曝光和显影。
14.如权利要求11所述的方法，其中，在所述第三处理步骤，使用电镀工艺向所述窗口中填充所述软磁材料。
15.如权利要求11所述的方法，在所述第三处理步骤之后，还包括平坦化所述非磁性层和所述软磁部分的表面的平坦化步骤。
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