CN1697030A - 垂直磁记录介质、其制造方法及磁存储器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括具有柱状颗粒结构的磁性颗粒记录层的垂直磁记录介质，所述柱状颗粒结构具有适当的直径分布和均匀排列。所述垂直磁记录介质包括衬底和依次堆叠在衬底上的软磁辅助层、籽层、底层、记录层、保护膜及润滑层。所述底层包括由Ru或Ru合金形成的粒状晶体和使粒状晶体彼此分开，以至于隔离每个粒状晶体的间隙。在所述底层下面可以提供由Ru或Ru合金形成的连续薄膜。

Description

垂直磁记录介质、其制造方法及磁存储器件
相关申请的交叉引用
本专利申请基于2004年5月13日提交的日本在先专利申请第2004-144011号，该申请全部内容引入本文作参考。
技术领域
本发明涉及垂直磁记录介质、制造所述介质的方法，以及磁存储器件，并且具体地说涉及包括其中磁性颗粒被非磁性材料隔开的磁性层的垂直磁记录介质。
背景技术
最近，磁存储器件，例如硬盘驱动器持续地被广泛用于计算机中，因为它们具有低的每比特价格，并且存储数字信号，从而增加了它们的容量。随着对磁存储器件快速增加的需求，尤其是磁存储器件对数字音频/图像相关应用的应用，需要进一步增加磁存储器件的容量以存储视频信号。
为了同时实现高容量和低价格，试图增加磁存储器件中磁存储介质的记录密度，从而可能减少磁存储器件中的磁存储介质数量。另外，通过增加记录密度，可能减少磁头和其它部件的数量，从而降低磁存储器件的价格。
通过增加记录分辨率并降低噪声而提高信噪比(S/N)，可以增加磁存储介质的记录密度。在相关技术中，为了降低噪声，已经实施构成磁存储介质记录层磁性颗粒的微型化和磁性颗粒的磁性隔离。
在垂直磁记录介质中，在衬底上施用由软磁性材料形成的辅助层，并且在辅助层上堆叠记录层，形成垂直磁记录介质。
记录层通常由CoCr基合金形成，并且在连续加热衬底的同时，通过溅射CoCr基合金到衬底上而被施用到衬底上。在CoCr基合金记录层中，出现富Co的CoCr基合金磁性颗粒，以及绕着磁性颗粒形成边界的非磁性Cr，因而相邻的磁性颗粒被隔离。
另一方面，当从垂直磁记录介质再现数据时，软磁辅助层形成磁回路，磁通流入磁头。如果软磁材料是晶体，在软磁材料中形成磁畴，并且产生尖峰噪声。
为了降低所述噪声，通常由很难形成磁畴的材料，例如无定形材料或微粒状晶体来形成软磁辅助层。此外，为了避免软磁辅助层的结晶，在形成记录层时，限制加热温度。
因此，为了实现磁性颗粒的隔离，已经研究使用不需要高温加热的记录层。举例来说，在记录层中，CoCr基合金磁性颗粒被SiO2非磁性母相隔离。此外，建议了在记录层下面形成Ru薄膜(下面称作底层)，以至于磁性颗粒基本上以等间隔生长。举例来说，日本公开专利申请第2003-217107号和日本公开专利申请第2003-346334号公开了涉及该技术的发明。
但是，如果在记录层下面只形成Ru层，磁性颗粒的晶体在Ru薄膜粒状晶体的表面上生长，并且取决于粒状晶体的大小和排列，磁性颗粒可能彼此结合；结果磁性颗粒间不能实现充分地隔离，磁性颗粒的直径分布变得更宽，并且因此介质中产生的噪声增加。
另一方面，如果相邻的磁性颗粒以规则间隔形成，在Ru薄膜下必需形成籽层来控制Ru薄膜粒状晶体的生长。在此情况下，需要多层籽层的堆叠结构，并且这使籽层变厚。结果，软磁辅助层和记录层间的距离是大的，并且这增加了记录所需的磁头磁场。此外，因为磁头磁场的分布变得更宽，相邻磁道上的数据可能被偶然擦除。
发明内容
本发明的一般目标是解决相关技术中的一个或多个问题。
本发明的更具体目标是提供包括记录层的垂直磁记录介质，记录层具有适当直径分布的柱状颗粒结构，且磁性颗粒均匀排列，制造垂直磁记录介质的方法以及磁存储器件。
根据本发明的第一方面，提供了一种垂直磁记录介质，包括衬底、衬底上的软磁辅助层、软磁辅助层上由无定形材料形成的籽层；籽层上由Ru或Ru合金形成的底层；以及底层上的记录层。
底层包括多个粒状晶体，每个在垂直于衬底表面的方向上生长，以及多个彼此隔离粒状晶体的间隙。
记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相。
根据本发明，底层中的粒状晶体在被间隙彼此隔离的同时生长。因此，底层上记录层中的磁性颗粒也被彼此隔离。结果，改善了磁性颗粒直径的分布，磁性颗粒间的磁性相互作用降低或变得更均匀，垂直磁记录介质中的噪声降低，并且这增加了记录密度。
作为一个实施方案，从底层的底部至底层和记录层间的界面形成间隙。
作为一个实施方案，底层中粒状晶体间的间隔在从1纳米至2纳米的范围内。
作为一个实施方案，底层中粒状晶体的平均直径在从2纳米至10纳米的范围内。
作为一个实施方案，底层的厚度在从2纳米至16纳米的范围内。
作为一个实施方案，垂直磁记录介质进一步在籽层和底层间包括第二底层。第二底层包括多个由Ru或Ru合金形成的粒状晶体和多个多晶膜。每个多晶膜在相邻粒状晶体的边界处形成，并且相邻粒状晶体通过这些边界而被彼此连接。
根据本发明，因为在籽层和底层间提供了包括粒状晶体和多晶膜的第二底层，改善了底层中粒状晶体的晶体取向，并且记录层中磁性颗粒的晶体取向被进一步改善。结果，可能降低两个底层的总厚度，并且排列软磁辅助层来使之接近记录层。因此，可能降低记录的磁头磁场，并且降低记录时磁场的泄漏。
作为一个实施方案，籽层由包括Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、Pt，以及Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg和Pt的合金，或者NiP的至少一种的材料来形成。此外，籽层是单层，并且籽层的厚度从1纳米至10纳米。
作为一个实施方案，记录层中的磁性颗粒由Ni、Fe、Co、Ni基合金、Fe基合金、包括CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M的Co基合金之一来形成，其中M代表包括B、Mo、Nb、Ta、W、Cu，及其合金中至少一种的材料。记录层中的不混溶相由包括Si、Al、Ta、Zr、Y和Mg中至少一种，以及O、C和N中至少一种的化合物来形成。
根据本发明的第二方面，提供了包括含磁头的记录和再现设备，以及垂直磁记录介质的磁存储器件。
垂直磁记录介质包括衬底、衬底上的软磁辅助层、软磁辅助层上由无定形材料形成的籽层；籽层上由Ru或Ru合金形成的底层；以及底层上的记录层。
底层包括多个粒状晶体，每个在垂直于衬底表面的方向上生长，以及多个彼此隔离粒状晶体的间隙。
记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相。
根据本发明，可能降低磁存储器件中垂直磁记录介质的噪声，并且因为软磁辅助层和记录层可以被排列得彼此接近，所以可以降低记录时磁头磁场的泄漏。因此，可以增加线记录密度和磁道密度，并且实现高密度记录。
根据本发明第三方面，提供了制造垂直磁记录介质的方法，所述方法包括步骤：在衬底上形成软磁辅助层；软磁辅助层上由无定形材料形成籽层；籽层上由Ru或Ru合金形成底层；以及在底层上形成记录层。记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相。
在形成底层的步骤中，以从0.1nm/sec至2nm/sec范围内的沉积速率，在设定为从2.66Pa至26.6Pa范围内的气氛压力下，通过溅射在籽层上沉积底层。
根据本发明，通过设置形成底层的沉积速率在预定的范围内，并且设置气氛压力在预定的范围内，可以形成粒状晶体由间隙隔离的底层。结果，改善了磁性颗粒直径的分布，磁性颗粒间的磁性相互作用降低或变得更均匀，并且垂直磁记录介质中的噪声降低。这可能增加记录密度。
作为一个实施方案，制造垂直磁记录介质的方法进一步包括在形成籽层步骤后，并且在形成底层步骤前形成第二底层的步骤。在形成第二底层的步骤中，以从2nm/sec至8nm/sec范围内的沉积速率，在设定为从0.26Pa至2.6Pa范围内的气氛压力下，通过溅射沉积第二底层。
作为一个实施方案，在形成记录层的步骤中，在设置为从2Pa至8Pa范围内的气氛压力下，通过溅射沉积记录层。
作为一个实施方案，在从形成籽层的步骤至形成记录层的步骤期间，衬底的温度被设置为不高于150℃。
本发明的这些和其它目标，特征和优点将从下面参考附图给出的优选实施方案的详细说明中变得明显。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方案的垂直磁记录介质的示意性剖面图。
图2是根据本发明第一实施方案的垂直磁记录介质10部分放大的示意图。
图3是根据本发明第二实施方案的垂直磁记录介质的示意性剖面图。
图4是根据本发明第二实施方案的垂直磁记录介质20部分放大的示意图。
图5表示实施例1和实施例2描述的底层Ru薄膜和记录层CoCrPt磁性颗粒的晶体取向。
图6A和6B表示实施例1和实施例2中Ru薄膜和记录层的晶体性质。
图7是实施例2中形成的垂直磁记录介质记录层的平面TEM图像的示意图，阐述了磁性颗粒和不混溶相。
图8是表示图7阐述的磁性颗粒和不混溶相组成的表格。
图9图示了实施例3、4和5中描述的垂直磁记录介质的垂直矫顽力与底层厚度之间的关系曲线。
图10是根据本发明第三实施方案磁存储器件40主要部分的示意图。
图11是磁头48的示意剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的优选实施方案。
第一实施方案
图1是根据本发明第一实施方案的垂直磁记录介质的示意性剖面图。
如图1所述，垂直磁记录介质10包括衬底11和依次堆叠在衬底11上的软磁辅助层12、籽层13、底层14、记录层15、保护膜16及润滑层18。
在参照图2描述的底层14中，粒状晶体被形成得彼此隔离。
在垂直磁记录介质10中，因为记录层15中的磁性颗粒在底层14中的粒状晶体上生长，所以改善了磁性颗粒的隔离条件，结果降低了垂直磁记录介质10中的噪声，并且垂直磁记录介质10能够高密度地记录。
举例来说，衬底11由塑料、晶形玻璃、强化玻璃、硅，或铝合金形成。当垂直磁记录介质10是磁带时，衬底11可以由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘酸乙二醇酯)，或耐热聚酰胺薄膜形成。在本实施方案中，衬底11可以由这些树脂基材料制备，因为在本实施方案中不需要加热衬底11。
举例来说，软磁辅助层12厚度为50纳米至2微米，并且由包括Fe、Co、Ni、Al、Si、Ta、Ti、Zr、Hf、V、Nb、C和B的至少一种的无定形合金或微晶合金，或者这些合金的堆叠层形成。从集中磁头记录磁场的角度来看，优选使用具有1.0T或更大饱和磁通密度的软磁材料。举例来说，所述材料可以由FeSi、FeAlSi、FeTaC、CoZrNb、CoCrNb和NiFeNb组成。软磁辅助层12可以由电镀、溅射、蒸气沉积，或CVD(化学气相沉积)来形成。
因为软磁辅助层12吸收了几乎所有来自记录头的磁通，所以为了实施饱和记录，优选的是饱和磁通密度Bs和膜厚大。另外，从以高传输速率写入的角度来看，优选的是软磁辅助层12具有大的高频磁导率。
举例来说，籽层13厚度为1.0纳米至10纳米，并且由包括Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、Pt，或任何这些材料的合金，或者NiP的至少之一的材料来形成。
籽层13沿着厚度方向取向底层14粒状晶体的c轴，并且在表面方向上均匀地分布粒状晶体。
从取向底层14的角度来看，优选籽层13由Ta形成。
为了接近软磁辅助层12和记录层15，优选籽层13是由Ta形成的单层，并且优选籽层13的厚度从1纳米至5纳米。当然，籽层13可以是Ta薄膜的堆叠层。
底层14优选地由具有hcp晶体结构的Ru形成，或者Ru作为主要组分并且具有hcp晶体结构的Ru-M合金来形成。此处，M代表包括Co、Cr、Fe、Ni和Mn至少之一的材料。
优选地，底层14的厚度在从2纳米至16纳米的范围内。如果底层14的厚度小于2纳米，底层14的晶体性质降低，并且如果底层14的厚度大于16纳米，粒状晶体的晶体取向降低，并且这会导致记录期间磁头磁场的泄漏。
从隔离粒状晶体角度来看，优选底层14的厚度从3纳米至16纳米。
此外，从空间损失的角度来看，优选底层14的厚度从3纳米至10纳米。
当底层14由具有hcp晶体结构的材料，例如Ru或Ru-M合金来形成时，因为记录层15的磁性颗粒也具有hcp晶体结构，记录层15磁性颗粒的易磁化轴基本上垂直于衬底11表面取向。
从良好晶体生长的角度来看，优选底层14由Ru形成。
下面，描述底层14和底层14上的记录层15。
图2是根据本发明第一实施方案的垂直磁记录介质10部分放大的示意图。
如图2所示，底层14包括粒状晶体14a和彼此隔离粒状晶体14a的间隙14b。
粒状晶体14a由Ru晶体或Ru-M晶体合金形成。粒状晶体14a是柱状，在籽层13厚度方向上籽层13的表面上生长，并且达到底层14和记录层15之间的界面。每个粒状晶体14a包括一个或多个单晶区。
如图2所述，间隙14b从底层14的底部至底层14和记录层15之间的界面来形成，以至于包含粒状晶体14a。可选地，间隙14b在接近底层14的上面部分时被形成得逐渐增大。
从TEM(透射电子显微镜)获得由本发明方法形成的垂直磁记录介质10的剖面图中，本发明人可以观察到粒状晶体14a上部周围比粒状晶体14a下部具有更宽的间隙14b。
通过形成具有上述结构的底层14，底层14的粒状晶体14a表面上的记录层15中磁性颗粒15a被适当地彼此隔离。
如下所述，在设定为预定范围内的Ar或其它惰性气体压力下，并且在设定为预定范围内的底层14的沉积速率下，可以形成具有上述结构的底层14。
优选表面方向上粒状晶体14a的平均直径D1被设置为从2纳米至10纳米，更优选为从5纳米至10纳米。因为这样，容易控制在底层14的粒状晶体14a上生长的记录层15中磁性颗粒15a的直径。
优选间隙14b的平均宽度X1被设置为从1纳米至2纳米。因为这样，容易控制记录层15中磁性颗粒15a间的间距。
举例来说，记录层15厚度为6纳米至20纳米，并且包括大量柱状磁性颗粒15a和物理上彼此隔离相邻的磁性颗粒15a的非磁性不混溶相15b。
磁性颗粒柱15a在记录层15的厚度方向上取向，并且非磁性不混溶相15b填充在记录层15的磁性颗粒15a之间。
磁性颗粒15a可以由Ni、Fe、Co、Ni基合金、Fe基合金、包括CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M的Co基合金之一来形成。此处，M代表包括B、Mo、Nb、Ta、W、Cu和它们任何合金至少之一的材料。
每个磁性颗粒15a具有基本上垂直于记录层15表面，即在记录层15的厚度方向上的易磁化轴。当构成磁性颗粒15a的铁磁性合金具有hcp晶体结构时，(001)面通过厚度方向，即生长方向。
当磁性颗粒15a举例来说由CoCrPt合金形成时，Co的原子含量被设置为50％至80％，Cr的原子合量被设置为5％到20％，并且Pt的原子含量被设置为15％至30％。与相关技术中的垂直磁记录介质相比，Pt的原子含量是高的。因为这样，可以增加垂直方向上磁场的各向异性并获得大的矫顽力。
传统上，已公认Cr基材料底层上很难实现外延生长。通过使用上述用于根据本实施方案磁性颗粒15a的材料，可以形成具有良好晶体性质的磁性颗粒15a。
不混溶相15b由与构成磁性颗粒15a的铁磁性合金不混溶并且不会与之形成化合物的非磁性材料形成。不混溶相15b可以由包括Si、Al、Ta、Zr、Y和Mg至少一种，以及O、C和N至少之一的化合物，例如SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、Y2O3、TiO2、MgO或者其它氧化物，Si3N4、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg3N2或者其它氮化物，或者例如SiC、TaC、ZrC、TiC的碳化物来形成。
由于由非磁性材料形成的不混溶相15b，相邻的磁性颗粒15a被物理隔离，并且降低了磁性颗粒15a间的磁性相互作用，所以降低了垂直磁记录介质10中的噪声。
优选不混溶相15b由绝缘的非磁性材料形成，因此可以降低由于产生铁磁性的电子隧穿效应引起的磁性颗粒15a之间的磁性相互作用。
优选不混溶相15b的体积浓度举例来说被设置在相对于记录层15的体积从2％至40％的范围内。如果不混溶相15b的浓度低于2％，相邻的磁性颗粒15a不会被充分地隔离。如果不混溶相15b的浓度高于40％，记录层的饱和磁化率显著降低，并且再现输出降低。
从隔离磁性颗粒15a和垂直取向分布的角度来看，优选设置不混溶相15b的体积浓度相对于记录层15的体积在从8％至30％的范围内。
返回图1，举例来说，保护膜16厚度在0.5纳米至15纳米，并且可以由无定形碳、氢化碳、氮化碳、氧化铝等来形成。
举例来说，润滑层18厚度在0.5纳米至5纳米，并且通过具有PFPE(全氟烃基聚醚)主链的润滑剂形成。润滑剂举例来说可以是Zdol、Z25(这两种是Monte Fluos Company公司的产品)，或者AM3001。根据保护膜16的材料，可以提供或者省略润滑层18。
在本实施方案的垂直磁记录介质10中，底层14中的粒状晶体14a在彼此被间隙14b隔离的同时生长，并且在粒状晶体14a上，也形成彼此被隔离的记录层15的磁性颗粒15a。因此，磁性颗粒15a的直径被适当分布，磁性颗粒15a之间的磁性相互作用降低，或者变得均匀，因此降低了垂直磁记录介质10中的噪声。
下面，参照图1解释制造根据本实施方案的垂直磁记录介质10的方法。
首先，在清洁并干燥衬底11的表面后，通过无电电镀、电镀、溅射或蒸气沉积在衬底11上沉积软磁辅助层12。
接着，通过溅射由包括Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、Pt，或任何这些金属的合金，或者NiP至少一种材料构成的靶来在软磁辅助层12上形成籽层13。
优选使用可以被抽真空至10-7Pa的超高真空溅射设备。
举例来说，在设置为0.4Pa Ar气气氛压力的Ar气气氛中，通过DC磁控管形成籽层13。在该处理中优选不加热衬底11。在不加热衬底11下，可以阻止软磁辅助层12中微晶的晶化或生长。当然，衬底11可以被加热至不会导致软磁辅助层12中微晶的晶化或生长的温度。举例来说，衬底11可以被加热至不高于150℃的温度。
籽层13可以在冷却衬底11至-100℃，或者甚至更低但不超过制造设备温度不能忍受的极限的温度时来形成。
衬底11的加热或冷却过程按照形成籽层13、底层14和记录层15时的相同方式来实施。
接着，通过溅射由Ru或Ru-M合金构成的靶在籽层13上形成底层14。举例来说，在惰性气体，例如Ar气气氛中，通过使用DC磁控管形成底层14。
在该过程期间，举例来说通过溅射在籽层13上沉积底层14的速率被设置为从0.1纳米/秒至2纳米/秒的范围内，并且气氛压力被设置为从2.66Pa至26.6Pa下。通过如此设置沉积速率和气体压力，可以形成包括粒状晶体14a和间隙14b的底层14。
如果沉积速率低于0.1纳米/秒，产量显著降低，并且如果沉积速率高于2纳米/秒，不能形成间隙14b，而是形成粒状晶体14a和粒状晶体14a的边界的连续结构，如同在第二实施方案中所述。
如果惰性气体的压力被设置为低于2.66Pa，不能形成间隙14b，而是形成粒状晶体14a和粒状晶体14a的边界的连续结构。如果惰性气体的压力被设置为高于26.6Pa，惰性气体吸附到粒状晶体14a上，从而降低了粒状晶体14a的晶体性质。
与形成籽层13相似，优选在形成底层14时，衬底11不加热。溅射功率在此情况下举例来说为50W。
接着，通过溅射由上述材料构成的靶，在底层14上形成记录层15。
举例来说，溅射靶是由磁性颗粒15a的磁性材料和不混溶相15b的非磁性材料构成的复合靶。具体地说，用于磁性颗粒15a的磁性材料可以是Ni、Fe、Co、Ni基合金、Fe基合金、包括CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M(M代表包括B、Mo、Nb、Ta、W、Cu和它们任何的合金的材料)的Co基合金之一，并且用于不混溶相15b的非磁性材料可以是包括Si、Al、Ta、Zr、Y和Mg至少一种，以及O、C和N至少一种的化合物，例如SiO2、Al2O3、Ta2O3、ZrO2、Y2O3、TiO2、MgO，或Si3N4、AlN、TaN、ZrN、TiN、Mg3N2，或SiC、TaC、ZrC、TiC。
在惰性气体或者添加有氧气或氮气的惰性气体气氛中，使用DC磁控管形成记录层15。如上所述，这些组分存在于不混溶相15b中。设置气氛的压力为从2Pa至8Pa的范围内，并且优选地从2Pa至3.99Pa的范围内。
代替上述由磁性材料和非磁性材料构成的复合溅射靶，可以单独提供两个靶，一个由磁性颗粒15a的磁性材料构成，另一个由不混溶相15b的非磁性材料构成。
应当指出从形成籽层12的步骤到形成记录层15的步骤，优选保持衬底11上的各层在真空中或者在它们形成状态下的气氛中，因为这会保持各层表面的清洁。
接着，通过溅射，或CVD，或FCA(过滤阴极电弧放电)在记录层15上形成保护膜16。
接着，通过牵拉，或旋涂，或液体表面抽空(liquid surfacedepression)，在保护膜16上施用润滑层18。
在这种方式下，形成了本实施方案的垂直磁记录介质10。
在本实施方案的垂直磁记录介质10的制造方法中，因为底层14在预定范围内的底层14沉积速率和设置在预定范围内的惰性气体气氛压力下形成，所以容易形成粒状晶体14a由间隙14b隔离的底层14，并且可能实现适当安排粒状晶体14a和粒状晶体14a的隔离。
第二实施方案
在根据第二实施方案的垂直磁记录介质中，在籽层和底层之间进一步提供另一个底层。
图3是根据本发明第二实施方案的垂直磁记录介质20的示意性剖面图。
图4是根据本发明第二实施方案的垂直磁记录介质20部分放大的示意图。
在图3和图4中，使用相同的参考数字表示与前面实施方案相同的元件，并且省略了重复的说明。此外，在图3和图4中，与图1和图2中所示相同的底层14称作“第一底层14”，并且新提供的底层称作“第二底层21”。
如图3和图4所述，垂直磁记录介质20包括衬底11和依次堆叠在衬底11上的软磁辅助层12、籽层13、第二底层21、第一底层14、记录层15、保护膜16及润滑层18。
在垂直磁记录介质20中，在籽层13和第一底层14之间提供了第二底层21。由与第一底层14相同的材料形成的第二底层21是具有良好晶体性质的连续薄膜。由于第二底层21，改善了第一底层14粒状晶体14a的的晶体取向，并且这会进一步改善记录层15中磁性颗粒15a的晶体取向。
第二底层21由与第一底层14相同的材料形成，即第二底层21优选由具有hcp晶体结构的Ru或者具有hcp晶体结构并且Ru作为主要组分的Ru-M(M代表包括Co、Cr、Fe、Ni和Mn至少之一的材料)来形成。
如图4所述，第二底层21包括粒状晶体21a和粒状晶体边界21b。
粒状晶体21a基本上与第一底层14的粒状晶体14a相同。
粒状晶体边界21b是粒状晶体21a的边界，并且每个粒状晶体边界21b由Ru原子或Ru-M合金的原子来形成，并且这些原子可以是无定形的或者形成微晶。
因为第二底层21是相邻粒状晶体21a通过粒状晶体边界21b而彼此连接的连续薄膜，所以第二底层21具有良好的晶体性质。第二底层21的(001)面方向垂直于衬底。此外，第一底层14在接近第二底层21的界面处具有良好的晶体性质，因此改善了第一底层14中粒状晶体14a的晶体性质和晶体取向，并且这进一步改善了记录层15中磁性颗粒15a的晶体性质和晶体取向。
优选第二底层21的厚度从2纳米至14纳米，并且第一底层14和第二底层21的总厚度从4纳米至16纳米，并且从空间损失角度来看，优选第一底层14和第二底层21的总厚度从4纳米至11纳米。
下面，参照图3和图4解释制造根据本实施方案的垂直磁记录介质20的方法。
除了形成第二底层21的附加步骤外，制造本实施方案垂直磁记录介质20的方法与前面所述的实施方案中基本相同。
下面解释第二底层21的形成，适当省略其他步骤的描述。
通过溅射由Ru或Ru-M合金构成的靶在籽层13上形成第二底层21。举例来说，在惰性气体，例如Ar气气氛中，通过使用DC磁控管形成第二底层21。
在该过程期间，举例来说通过溅射在籽层13上沉积第二底层21的速率被设置为从2纳米/秒至8纳米/秒的范围内，并且惰性气体气氛压力被设置为从0.26Pa至2.66Pa，并且优选从0.26Pa至1.33Pa。通过如此设置沉积速率和气体压力，可以形成包括粒状晶体121a和由粒状晶体边界21b形成的多晶的第二底层21。
如果沉积速率设置为低于2纳米/秒，因为气体气氛的压力，形成与第一底层14中的间隙14b相同的间隙，这会导致与第一底层14相同的薄膜结构。如果沉积速率被设置为高于8纳米/秒，在形成第一底层14时很难控制第一底层14的厚度。
如果惰性气体的压力被设置为低于0.26Pa，溅射设备中的等离子体放电变得不稳定，并且在这种条件下形成的第二底层21的晶体性质下降。如果惰性气体的压力被设置为高于2.66Pa，因为沉积速率，形成与第一底层14中相同的间隙，并且这会导致与第一底层14相同的薄膜结构。
出于相同原因，优选在形成第二底层21时，衬底11不加热。在此情况下，溅射功率举例来说为300W。
在垂直磁记录介质20中，在籽层13和第一底层14之间提供了包括粒状晶体21a和粒状晶体边界21b的第二底层21。由于所述第二底层21，改善了第一底层14中粒状晶体14a的晶体取向，并且这进一步改善了记录层15中磁性颗粒15a的晶体取向。结果，可以降低第一底层14和第二底层21的总体厚度，并且使软磁辅助层12和记录层15彼此更加接近。所以，可以降低用于记录的磁头磁场，并且降低了记录时磁头磁场的泄漏。
在垂直磁记录介质20中，第一底层14的厚度可以做得小于第一实施方案中的底层14，因此可以改善第一底层14的表面性质。因为记录层15和保护层16受到第一底层14表面性质的影响，所以可以实现具有良好表面性质的垂直磁记录介质。结果，可以降低磁头和垂直磁记录介质20之间的空间损失，并且增加记录密度。
下文中提供了垂直磁记录介质10和20的实施例。
实施例1
本实施例表示具有与第一实施方案的垂直磁记录介质10相同结构的垂直磁记录介质。
本实施例的垂直磁记录介质从衬底侧依次包括Si衬底、无定形氧化硅薄膜、软磁辅助层、籽层、底层、16纳米的记录层和保护膜。
软磁辅助层由CoZrNb膜形成并且厚度为20纳米。籽层由Ta膜形成并且厚度为3纳米。底层由Ru膜形成并且厚度为13.2纳米。在通过溅射形成记录层时，溅射靶包括88.5％体积的Co67Cr7Pt26和11.5％体积的SiO2。保护膜由碳膜形成并且厚度为3纳米。
CoZrNb薄膜、Ta膜和碳膜在0.399Pa(或3毫托)压力的Ar气气氛中使用DC磁控管形成。Ru膜在5.32Pa压力的Ar气气氛中，以0.55纳米/秒的沉积速率形成。记录层在2.66Pa压力的Ar气气氛中通过使用RF溅射设备来形成。当形成所述薄膜时，Si衬底没有加热。
从通过TEM(透射电子显微镜)获得的本实施例垂直磁记录介质中Ru薄膜的剖面图中，可以看出相邻的粒状晶体由间隙隔开。
实施例2
本实施例表示具有与第二实施方案的垂直磁记录介质20相同结构的垂直磁记录介质。
本实施方案的垂直磁记录介质从衬底侧依次包括Si衬底、无定形氧化硅薄膜、软磁辅助层、籽层、第二底层、第一底层、记录层和保护膜。
除了有两个底层：堆叠在一起的第二底层和第一底层外，本实施例的垂直磁记录介质与第一实施例中相同。
第二底层由Ru膜形成并且厚度为6.6纳米。第一底层也由Ru膜形成并且厚度也为6.6纳米。
当形成第二底层的Ru膜时，Ru膜在5.32Pa压力的Ar气气氛中，以6.6纳米/秒的沉积速率形成。当形成第一底层的Ru膜时，Ru膜在5.32Pa压力的Ar气气氛中，以0.55纳米/秒的沉积速率形成，这与形成第一实施例中的底层的条件相同。
从通过TEM(透射电子显微镜)获得的本实施例垂直磁记录介质中第二底层的Ru膜和第一底层的Ru膜的剖面图中，可以看出第二底层的Ru膜和第一底层的Ru膜形成连续的薄膜，并且在第一底层的Ru膜中，相邻的粒状晶体由间隙隔开。
图5表示实施例1和实施例2描述的Ru薄膜和记录层CoCrPt磁性颗粒的晶体取向。
图5中的图表示实施例1和实施例2中所述的垂直磁记录介质的衍射图，它通过X射线衍射光谱仪在θ-2θ范围中获得。
如图5所示，在实施例1和实施例2中，观察到Ru薄膜的(002)面和(004)面，以及CoCrPta磁性颗粒的(002)面和(004)面的衍射峰，但是没有观察到其它的衍射峰。该事实暗示获得了Ru薄膜(001)面和记录层CoCrPt磁性颗粒(001)面的晶体取向。
图6A和6B表示实施例1和实施例2中Ru薄膜和记录膜的晶体性质。
图6A中表示了Ru薄膜(002)面的锁定曲线(locking curve)，并且图6B中表示了记录层CoCrPt磁性颗粒(002)面的锁定曲线(lockingcurve)。
在图6A中，从实施例1中Ru薄膜(002)面的锁定曲线，获得半峰宽值Δθ50为6.0度，并且从实施例2中Ru薄膜(002)面的锁定曲线，获得半峰宽值Δθ50为4.5度。这表明实施例2中Ru薄膜(001)面处于比实施例1更好的与衬底平行的条件下。换句话说，实施例2中Ru薄膜(001)面具有比实施例1更好的晶体取向性质。
图6B中，在实施例1中，记录层CoCrPt磁性颗粒(002)面锁定曲线的半峰宽值Δθ50为6.3度，并且在实施例2中，CoCrPt磁性颗粒(002)面锁定曲线的半峰宽值Δθ50为5.6度。这表明实施例2中CoCrPt磁性颗粒(001)面处于比实施例1更好的与衬底平行的条件下。换句话说，相对于实施例1中的衬底，实施例2中CoCrPt磁性颗粒的易磁化轴(c轴)在垂直各向异性分布方面具有更好的性质。
图7是实施例2中形成的垂直磁记录介质记录层的平面TEM图像的示意图，阐述了磁性颗粒和不混溶相。
图8是表示图7阐述的磁性颗粒和不混溶相组成的表格。
在图7中，平面TEM图像被放大175倍。图8表示了由EDS(X射线能量分布图谱)获得的图7中点A和点B部分的组成。
参照图7和图8，在点A处，Co的原子含量为64.3％、Pt为17.4％，并且Cr为5.2％。因此，发现点A位置是磁性颗粒，并且围绕点A的线阐述了磁性颗粒的颗粒部分。
在点B处，Si的原子含量为45.1％，并且O为39.6％。因此，发现点B处的部分是不混溶相区。
从图7还可以发现磁性颗粒的平均直径接近4纳米，并且每个磁性颗粒通过不混溶相与其它磁性颗粒隔离，因此获得磁性颗粒的隔离状态。此外，发现磁性颗粒被均匀地分布，并且这可以归因于第一底层Ru薄膜中粒状晶体的均匀分布。
实施例3
除了底层Ru薄膜的厚度被改变为13纳米、20纳米、26纳米和44纳米；溅射靶由90％体积的Co76Cr9Pt15和10％体积的SiO2制成，并且为了便于测量矫顽力，没有形成软磁辅助层(即CoZrNb薄膜)外，本实施例中形成的垂直磁记录介质基本上与实施例1中相同。
实施例4
除了第二底层Ru薄膜的厚度被固定为6.6纳米，而改变第一底层Ru薄膜的厚度，以至于第二底层和第一底层的总厚度为11纳米、14纳米、24纳米、34纳米和44纳米；溅射靶由90％体积的Co76Cr9Pt15和10％体积的SiO2制成，并且为了便于测量矫顽力，没有形成软磁辅助层(即CoZrNb薄膜)外，本实施例中形成的垂直磁记录介质基本上与实施例2中相同。
实施例5
本实施例用于与其它实施例比较。
除了固定底层Ru薄膜的沉积速率为6.6纳米/秒，而改变Ru薄膜厚度为13纳米、20纳米、26纳米和44纳米外，本实施例中形成的垂直磁记录介质基本上与实施例3中相同。
通过观察本实施例垂直磁记录介质中底层Ru薄膜的剖面TEM图象，发现底层的Ru薄膜是连续的薄膜。
图9图示了实施例3、4和5中描述的垂直磁记录介质的垂直矫顽力与底层厚度之间的关系。
通过使用振动样品磁强计在垂直磁记录介质的衬底上施加垂直磁场测量出图9中所示的垂直矫顽力结果。
底层的厚度为Ru薄膜的厚度，或者实施例4中两层Ru薄膜的总厚度。
如图9所述，与使用连续Ru薄膜作为底层的实施例5相比，在实施例3和4中，不管底层的厚度如何，垂直矫顽力增加。此外，发现当底层的厚度薄至10纳米至20纳米时，实施例3和4是特别优越的。
如上所述，在实施例3中，Ru薄膜的粒状晶体被间隙隔开，并且在实施例4中，在这种Ru薄膜下面，进一步提供了连续的Ru薄膜。比较实施例3和实施例4，发现实施例4中的垂直矫顽力大于实施例3。这表明与实施例5相比，实施例3中获得的晶体取向性质被改善，并且在实施例4中获得的晶体取向性质被进一步改善；另外，磁性颗粒被均匀地分布，并且降低了磁性颗粒直径分布的范围。
因此，通过采用实施例3，以及实施例4中所示的结构，可以降低第二底层和第一底层的总厚度，并且这使软磁辅助层和记录层彼此更加接近。所以，可以降低用于记录的磁头磁场，并且降低了记录时磁头磁场的泄漏。
第三实施方案
本实施方案涉及使用前面实施方案的垂直磁记录介质的磁存储器件。
图10是根据本发明第三实施方案磁存储器件40主要部分的示意图。
如图10所述，磁存储器件40包括外壳41，并且在外壳41中，排列了由未阐述的枢轴驱动的连接器(hub)42、旋转固定于连接器42的垂直磁记录介质43、致动器单元44、连接到致动器单元44上并且可以在垂直磁记录介质43径向移动的传动臂45、悬挂组件46，以及由悬挂组件46支载的磁头48。
图11是磁头48的示意剖面图。
如图11所述，磁头48具有再现磁头54，它具有单极记录头52和借助氧化铝绝缘薄膜51而排列在滑块50上的GMR(巨磁电阻)元件53。举例来说，滑块50由例如Al2O3-TiC的陶瓷制成。
单极记录头52包括用来由软磁材料形成的在垂直磁记录介质43上施加记录磁场的主磁极55、磁连接到主磁极55上的返回磁轭56，以及用来将记录磁场引导至主磁极55和返回磁轭56的记录线圈58。
主磁极55用作再现磁头54的下部屏蔽。在再现磁头54中，使用其间的氧化铝绝缘薄膜51在主磁极55上形成GMR元件53，并且使用其间的氧化铝绝缘薄膜51在主磁极55上形成上部屏蔽59。
单极记录头52在垂直方向上从主磁极55向垂直磁记录介质43上施加记录磁场，并且在垂直方向上磁化的垂直磁记录介质43。
主磁极55的端部55-1逐渐变得越来越细，即端部55-1的剖面逐渐变得越来越小。这使记录磁场的磁通量很高，并且在磁化的垂直磁记录介质43中产生高的矫顽力。
优选主磁极55的端部55-1由具有高饱和磁通密度的软磁材料，例如包括原子数量为50％Ni和50％Fe、或者FeCoNi合金，或者FeCoNiB，或者FeCoAlO的材料来形成。使用这些材料阻止磁饱和，并且使高密度的磁通量集中并施用到垂直磁记录介质43中。
再现磁头54检测垂直磁记录介质43磁化的磁场泄漏，并且根据GMR元件53响应于检测磁场方向的电阻变化来获得记录在垂直磁记录介质43中的数据。
在再现磁头54中，还可以使用TMP(铁磁性隧道结磁电阻)元件来代替GMR元件53。
在磁存储器件40中，使用前述实施方案的垂直磁记录介质作为垂直磁记录介质43。
应当指出磁存储器件40的结构没有局限于图10和图11中所示，并且磁头48也没有局限于上述的结构。可以使用任何公知的磁头。此外，垂直磁记录介质43没有局限于磁盘，它还可以是磁带。
根据本实施方案，可以降低磁存储器件40中垂直磁记录介质的噪声，并且因为软磁辅助层和记录层被安排得彼此接近，所以可以降低记录时磁头磁场的泄漏。所以，可以增加线记录密度和磁道密度，并且实现高密度记录。
尽管参照用于阐述目的的具体实施方案在上面说明了本发明，但显然，本发明没有局限于这些实施方案，而是本领域技术人员可以对之做出大量的修改，只要没有背离本发明的基本概念和范围。
根据本发明，在包括具有柱状颗粒结构的记录层的垂直磁记录介质中，因为由Ru或Ru合金形成的底层粒状晶体被彼此隔离，所以可以在垂直磁记录介质中获得磁性颗粒适当的直径分布和均匀排列。

Claims (15)

1、一种垂直磁记录介质，所述介质包含：
衬底；
衬底上的软磁辅助层；
软磁辅助层上由无定形材料形成的籽层；
籽层上由Ru或Ru合金形成的底层，所述底层包括多个粒状晶体，每个在垂直于衬底表面的方向上生长，以及多个彼此隔离粒状晶体的间隙；以及
底层上的记录层，所述记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相。
2、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述间隙从所述底层的底部至所述底层和所述记录层之间的界面形成。
3、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述底层中粒状晶体之间的间隔在从1纳米至2纳米的范围内。
4、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述底层中粒状晶体的平均直径在从2纳米至10纳米的范围内。
5、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中所述底层的厚度在从2纳米至16纳米的范围内。
6、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，在所述籽层和所述底层之间进一步包含第二底层，其中：
所述第二底层包括多个由Ru或Ru合金形成的粒状晶体和多个多晶膜，每个所述多晶膜在相邻粒状晶体的边界处形成，所述粒状晶体通过相邻粒状晶体的边界而被彼此连接。
7、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中籽层由包括Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、Pt，以及Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg和Pt的合金，或者NiP中至少之一的材料来形成。
8、如权利要求7所述的垂直磁记录介质，其中籽层是单层，并且籽层的厚度从1纳米至10纳米。
9、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中记录层中的磁性颗粒由Ni、Fe、Co、Ni基合金、Fe基合金、包括CoCrTa、CoCrPt和CoCrPt-M的Co基合金之一来形成，其中M代表包括B、Mo、Nb、Ta、W、Cu，及其合金中至少之一的材料。
10、如权利要求1所述的垂直磁记录介质，其中记录层中的不混溶相由包括Si、Al、Ta、Zr、Y和Mg中至少一种，以及O、C和N中至少一种的化合物来形成。
11、一种磁存储器件，包含：
包括磁头的记录和再现单元，以及
垂直磁记录介质，其中：
垂直磁记录介质包括：
衬底；
衬底上的软磁辅助层；
软磁辅助层上由无定形材料形成的籽层；
籽层上由Ru或Ru合金形成的底层，所述底层包括多个粒状晶体，每个在垂直于衬底表面的方向上生长，以及多个彼此隔离粒状晶体的间隙；以及
底层上的记录层，所述记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相。
12、一种制造垂直磁记录介质的方法，所述方法包括下列步骤：
在衬底上形成软磁辅助层；
在软磁辅助层上由无定形材料形成籽层；
在籽层上由Ru或Ru合金形成底层；以及
在底层上形成记录层，所述记录层包括多个磁性颗粒，每个具有基本上垂直于衬底表面的易磁化轴，以及多个彼此隔离磁性颗粒的非磁性不混溶相，
其中：
在形成底层的步骤中，以从0.1nm/sec至2nm/sec范围内的沉积速率，在设定为从2.66Pa至26.6Pa范围内的气氛压力下，通过溅射在籽层上沉积底层。
13、如权利要求12所述的方法，进一步包含：
在形成籽层步骤后，并且在形成底层步骤前，形成第二底层的步骤，
其中，
在形成第二底层的步骤中，以从2nm/sec至8nm/sec范围内的沉积速率，在设定为从0.26Pa至2.6Pa范围内的气氛压力下，通过溅射沉积第二底层。
14、如权利要求12所述的方法，其中
在形成记录层的步骤中，在设置为从2Pa至8Pa范围内的气氛压力下，通过溅射沉积记录层。
15、如权利要求12所述的方法，其中
在从形成籽层的步骤至形成记录层的步骤期间，衬底的温度被设置为不高于150℃。
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