DE10297491T5

DE10297491T5 - Pseudolaminierte weiche Unterschichten für Vertikalmagnetaufzeichungsmedien

Info

Publication number: DE10297491T5
Application number: DE10297491T
Authority: DE
Inventors: Chung-Hee Fremont Chang; Charles F. Pleasanton Brucker; Rajiv Yadav San Jose Ranjan
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-11-18
Also published as: WO2003054862A1; KR20040054818A; GB0409932D0; GB2396954B; US20030108776A1; JP2005513702A; GB2396954A

Abstract

Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen, das umfasst:
(a) ein nichtmagnetisches Substrat mit einer Oberfläche; und
(b) einen über der Substratoberfläche ausgebildeten Schichtstapel, wobei der Schichtstapel in von der Substratoberfläche ausgehend aufeinanderliegender Reihenfolge umfasst:
(i) eine magnetisch weiche Unterschicht;
(ii) mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht; und
(iii) eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht; wobei die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) dicker als die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) ist und eine aus einer aufeinandergestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials bestehende pseudolaminierte Struktur ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Patent Applications mit den Aktenzeichen 60/338 372 und 60/338 447, jeweils eingereicht am 6. Dezember 2001, deren gesamte Offenbarungen hier durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verbesserter Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien mit verringertem DC-Rauschen und dadurch erhaltene Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien. Die vorliegende Erfindung ist von besonderem Nutzen bei der Herstellung und Verwendung von Daten/Informationsspeicher- und -Wiedergabemedien, beispielsweise Festplatten, mit ultrahohen Flächenaufzeichnungsdichten und sehr niedrigen Rauscheigenschaften.
Magnetmedien werden in weitem Umfang in verschiedenen Anwendungen, insbesondere in der Computerindustrie, verwendet, und es werden fortlaufend Anstrengungen mit dem Ziel unternommen, die Flächenaufzeichnungsdichte, d.h. die Bitdichte der Magnetmedien, zu erhöhen. Im Hinblick darauf erwiesen sich sogenannte "Vertikal"aufzeichnungsmedien als den üblicheren "Longitudinal"medien hinsichtlich des Erreichens sehr hoher Bitdichten überlegen. In Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien wird die bleibende Magnetisierung in einer zur Oberfläche des Magnetmediums senkrechten Richtung, typischerweise einer Schicht eines magnetischen Materials auf einem geeigneten Substrat gebildet. Sehr hohe Linearaufzeichnungsdichten sind durch die Verwendung eines "Einzelpol"-Magnetwandlers oder "Kopfs" mit derartigen Vertikalaufzeichnungsmedien erhältlich.
Es ist bekannt, dass eine effiziente Aufzeichnung mit hoher Bitdichte unter Verwendung eines Vertikalmagnetmediums die Einfügung einer relativ dicken (d.h. im Vergleich zur Magnetaufzeichnungsschicht) magnetisch "weichen" Unterschicht ("SUL"), d.h. eine magnetische Schicht mit relativ niedriger Koerzitivkraft, beispielsweise aus einer NiFe-Legierung (Permalloy), zwischen dem nichtmagnetischen Substrat, beispielsweise aus Glas, Aluminium (Al) oder einer Legierung auf Al-Basis, und der "harten" magnetischen Aufzeichnungsschicht, beispielsweise aus einer Legierung auf Cobaltbasis (beispielsweise eine Co-Cr-Legierung) mit vertikaler Anisotropie oder einer mehrlagigen Übergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, erfordert. Die magnetisch weiche Unterschicht dient zum Führen des aus dem Kopf austretenden magnetischen Flusses durch die magnetisch harte Vertikalmagnetaufzeichnungsschicht. Außerdem verringert die magnetisch weiche Unterschicht die Empfindlichkeit des Mediums gegenüber einer thermisch aktivierten Magnetisierungsumkehr durch Verringerung der Entmagnetisierungsfelder, die die Energiebarriere, die den laufenden Magnetisierungszustand aufrechterhält, erniedrigen.
Ein typisches Vertikalaufzeichnungssystem 10, das ein vertikal ausgerichtetes Magnetmedium 1 mit einer relativ dicken weich-magnetischen Unterschicht, einer relativ dünnen hart-magnetischen Aufzeichnungsschicht und einem Einzelpolkopf verwendet, ist in 1 erläutert, wobei die Bezugsziffern 2, 3, 4 bzw. 5 das Substrat, die weichmagnetische Unterschicht, mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht und die vertikal ausgerichtete hartmagnetische Aufzeichnungsschicht des Vertikalmagnetmediums 1 angeben, und die Bezugsziffern 7 bzw. 8 den Einzelpol bzw. die Hilfspole des Einzelpol-Magnetwandlerkopfs 6 angeben. Die relativ dünne Zwischenschicht 4 (auch als "dazwischenliegende" Schicht bezeichnet), die aus einer oder mehreren Schichten aus nichtmagnetischen Materialien, zur Erläuterung einem Schichtenpaar 4_A und 4_B , besteht, wird in einer Dicke bereitgestellt, die ausreicht, dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen der weichen Unterschicht 3 und der harten Aufzeichnungsschicht 5 verhindert (d. h. entkoppelt) wird, sie sollte jedoch möglichst dünn sein, um den Abstand HSS zwischen der Unterkante des Wandlerkopfs 6 und dem oberen Rand der magnetisch weichen Unterschicht 3 zu minimieren. Der Abstand HMS zwischen der Unterkante des Wandlerkopfs 6 und dem oberen Rand der hartmagnetischen Aufzeichnungsschicht 5 wird während des Betriebs des Systems 10 ebenfalls minimiert. Zusätzlich zu dem obigen dient die Zwischenschicht 4 auch dazu, gewünschte mikrostrukturelle und magnetische Eigenschaften der harten Aufzeichnungsschicht 5 zu fördern.
Wie durch die Pfeile in der Figur, die den Weg des magnetischen Flusses Φ angeben, gezeigt wird, tritt der Fluss Φ aus dem Einzelpol 7 des Einzelpol-Magnetwandlerkopfs 6 aus, er tritt in die vertikal ausgerichtete hart-magnetische Aufzeichnungsschicht 5 in dem Bereich über dem Einzelpol 7 ein und durchläuft diese, er tritt in die weich-magnetische Unterschicht 3 ein und läuft diese eine Strecke entlang und tritt dann in dem Bereich über dem Hilfspol 8 des Einzelpol-Magnetwandlerkopfs 6 aus dieser aus und durchläuft die vertikal ausgerichtete hart-magnetische Aufzeichnungsschicht 5. Die Richtung der Bewegung des Vertikalmagnetmediums 1 am Wandlerkopf 6 vorbei ist in der Figur durch den Pfeil über dem Medium 1 angegeben.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 bezeichnen die senkrechten Linien 9 Korngrenzen jeder polykristallinen (d.h. körnigen) Schicht des das Medium 1 bildenden Schichtstapels. Aus der Figur ist klar, dass die (in horizontaler Richtung gemessene) Breite der Körner der einzelnen den Schichtstapel des Mediums bildenden polykristallinen Schichten im wesentlichen die gleiche ist, d. h. dass jede aufliegende Schicht die Korngröße der darunterliegenden Schicht wiederholt. Das Medium 1 wird durch eine Schutzüberzugsschicht 11, beispielsweise eine Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC), die über der hartmagnetischen Schicht 5 gebildet wird, und eine Gleitmitteldeckschicht 12, beispielsweise eine Schicht aus einem Perfluorpolyethylenmaterial, die über der Schutzüberzugsschicht 11 gebildet wird, vervollständigt. Das Substrat 2 ist typischerweise plattenförmig und besteht aus einem nichtmagnetischen Metall oder einer nichtmagnetischen Legierung, beispielsweise Al oder einer Legierung auf Al-Basis, beispielsweise Al-Mg mit einer Ni-P-Plattierungsschicht auf der Abscheidungsoberfläche derselben, oder das Substrat 2 besteht aus einem Glas, einer Keramik, Glaskeramik, einem polymeren Material, die geeignet sind, oder einem Verbundstoff oder Laminat aus diesen Materialien und es kann eine Haftschicht 2_A auf der oberen Oberfläche desselben, die typischerweise aus einer etwa 10 bis etwa 50 Å dicken Schicht Cr besteht, umfassen; die weich-magnetische Unterschicht 3 besteht typischerweise aus einer etwa 2000 bis etwa 4000 A dicken Schicht eines weich-magnetischen Materials, das aus der aus Ni, NiFe (Permalloy), Co, CoFe, Fe, FeN, FeSiAl, FeSiAlN und dgl. bestehenden Gruppe ausgewählt ist; die mindestens eine Zwischenschicht 4 umfasst typischerweise eine Schicht oder ein Paar von bis zu etwa 10 Å dicken Schichten 4_A , 4_B aus mindestens einem nichtmagnetischen Material, wie Pt, Pd, Ta, Ru, Ti, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis; und die hart-magnetische Schicht 5 besteht typischerweise aus einer etwa 100 bis etwa 300 Å dicken Schicht aus einer Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählte Elemente umfasst, Eisenoxiden, wie Fe₃O₄ oder δ-Fe₂O₃, oder einer mehrlagigen Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten einer magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen nichtmagnetischen Schichten von Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist. Jede Art eines hart-magnetischen Aufzeichnungsschichtmaterials weist vertikale Anisotropie ausgehend von magnetokristalliner Anisotropie (1. Typ) und/oder Grenzflächenanisotropie (2. Typ) auf.
Sogenannte "doppellagige" vertikale Medien, wie die im vorhergehenden beschriebenen und in 1 erläuterten, umfassen eine relativ dicke weich-magnetische Unterschicht ("SUL") 3 eines Materials mit hoher Magnetisierung (M_S) (wie die oben aufgezählten), das eine durch Formanisotropie 4πM₈ dominierte Anisotropie in der Ebene zeigt. Da die SUL 3 jedoch relativ dick, d.h. typischerweise etwa 2000 bis etwa 4000 Å dick ist, wird es schwierig, die Magnetisierungen in einer Richtung in der Ebene aufgrund einer vertikalen Anisotropiekomponente, die verschiedenen Faktoren, d.h. magnetokristalliner Anisotropie und magnetoelastischer Anisotropie, zuzuschreiben ist, aufrechtzuerhalten. (Siehe E. E. Huber et al., J. Appl. Phys. (Suppl.) 30, 2675 (1959) und S. K. Wang et al., IEEE Trans. Magn. 35, 782 (1999)). Durch die vertikale Anisotropiekomponente verursachte vertikale Komponenten der Magnetisierungen bilden "streifen"- oder "rippen"-förmige Domänen (siehe K. Sin et al., IEEE Trans. Magn. 33, 2833 (1997) und N. Saito et al., J. Phys. Soc. Japan 19, 1116 (1964)), was zu einer signifikanten Menge DC-Rauschen führt. Gemäß der üblichen Praxis kann die vertikale Anisotropiekomponente in weich-magnetischen Dünnschichten, die einem Faktor magnetoelastischer Anisotropie zuzuschreiben ist, durch thermisches Anlassen gemildert werden (siehe Jun Yu et al., MMM 2001 Conference).
Ein anderer Weg, durch den die vertikale Anisotropiekomponente der SUL unterdrückt werden kann, ist die Bildung einer laminierten SUL-Struktur, beispielsweise durch Abscheidung eines Schichtstapels oder Laminats, das aus abwechselnden Schichten unterschiedlicher Materialien besteht (siehe F. Nakamura et al., 5th Perpendicular Magnetic Recording Conference (PMRC 2000), Sendai, Japan, 23.-26. Oktober 2000, Artikel 23pA-13). Unter Bezugnahme auf 2 besteht eine derartige laminierte SUL-Struktur 3_L aus einer gestapelten Mehrzahl von im Wechsel vorhandenen relativ dickeren weich-magnetischen Schichten 3_M und relativ dünneren Abstandsschichten 3_S , die über der Oberfläche eines geeigneten Substrats 2 gebildet wurden. Wie zuvor kann eine Haftschicht 2_A auf der oberen Oberfläche des Substrats 2, an der Grenzfläche zur untersten weich-magnetischen Schicht 3_M bereitgestellt werden, wobei die Haftschicht 2_A aus dem gleichen Material wie dem der Abstandsschichten 3_S gebildet sein kann. Es wird angenommen, dass die durch die Bildung der laminierten SUL-Struktur 3_L erreichte vorteilhafte Wirkung durch die Verringerung der vertikalen Anisotropiekomponente in polykristallinen weich-magnetischen Dünnschichten, die dem Faktor magnetokristalliner Anisotropie zuzuschreiben ist, wobei letzterer aufgrund der Zerstörung des Säulenwachstums in den Dünnschichten entsteht, erhalten wird.
Das Ausmaß, in dem die vertikale Anisotropiekomponente unterdrückt wird, sollte proportional der Zahl der Laminationszyklen 3_M /3_S sein; infolgedessen sollte eine größere Zahl von Laminationszyklen im Hinblick auf das Maß der Unterdrückung der vertikalen Anisotropiekomponente besser sein. In nachteiliger Weise ist jedoch die Zahl der Lami nationszyklen 3_M /3_S , die in der automatisierten kontinuierlichen Herstellungspraxis möglich ist, durch die Zahl der Prozessstationen, die bei einer herkömmlicherweise verwendeten Produktionsvorrichtung (typischerweise einer Sputtervorrichtung mit vielen Stationen) zur Bildung der laminierten SUL-Struktur 3_L zur Verfügung stehen, stark beschränkt. Ferner erfordert die Bildung der im vorhergehenden beschriebenen laminierten SUL-Strukuren weitere Prozessstationen zur Bildung der einzelnen Abstandsschichten 3_S sowie speziell gestaltete Sputterquellen oder eine atypische Betriebsweise der Sputtervorrichtung, beispielsweise mehrere Durchläufe der Substrate durch die Vorrichtung.
Im Hinblick auf das im vorhergehenden Genannte besteht ein klarer Bedarf an einem/einer durchführbaren kostengünstigen alternativen Verfahren/Methodik zur Bildung von laminierten SUL-Strukturen oder deren funktionalen Äquivalenten, wobei das/die alternative Verfahren/Methodik effektiv die im vorhergehenden beschriebenen Nachteile, die mit der herkömmlichen Herstellungsmethodik/technologie verbunden sind, vermeidet. Ferner besteht ein klarer Bedarf an einer wirtschaftlich durchführbaren Methodik zur Bildung von Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien ultrahoher Flächendichte, die sehr niedrige DC-Rauschpegel zeigen, die gemäß herkömmlicher Herstellungsverfahren nicht erhältlich sind.
Die vorliegende Erfindung befasst sich daher mit Problemen, die mit der Herstellung von Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien ultrahoher Flächendichte, die laminierte weichmagnetische Unterschichtstrukturen zur Verringerung des DC-Rauschens umfassen und/oder deren funktionalen Äquivalenten, zusammenhängen, und sie löst diese, während gleichzeitig volle Kompatibilität mit den wirtschaftlichen Anforderungen automatisierter Herstellungsverfahren im großen Maßstab beibehalten wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte pseudolaminierte magnetisch weiche Unterschichtstruktur zur Verwendung bei der Fertigung eines verbesserten Vertikalmagnetaufzeichnungsmediums hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen nu11 DC-Rauschen.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Vertikalmagnetaufzeichnungsmediums hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Plattenlaufwerk, das ein eine pseudolaminierte weiche Unterschichtstruktur umfassendes Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium mit niedrigem DC-Rauschen umfasst.
Weitere Vorteile und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung angegeben und werden teilweise einem Fachmann auf dem Gebiet bei Prüfung des folgenden klar oder können bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung gelernt werden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie insbesondere in den beigefügten Ansprüchen angegeben realisiert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die im vorhergehenden genannten und andere Vorteile zum Teil durch ein Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenauf zeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen erhalten, wobei dieses umfasst:

(a) ein nichtmagnetisches Substrat mit einer Oberfläche; und
(b) einen über der Substratoberfläche ausgebildeten Schichtstapel, wobei der Schichtstapel in von der Substratoberfläche ausgehend aufeinanderliegender Reihenfolge umfasst: (i) eine magnetisch weiche Unterschicht; (ii) mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht; und (iii) eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht;

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst der Schichtstapel (b) ferner eine Haftschicht zwischen der Substratoberfläche und der magnetisch weichen Unterschicht (b)(i), wobei die Haftschicht eine etwa 10 bis etwa 50 A dicke Schicht eines Materials umfasst, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials, das aus der aus FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFeZr und FeTaC bestehenden Gruppe ausgewählt ist, besteht.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten einer FeCoB-Legierung, beispielsweise besteht die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus 2-6 gestapelten Unterschichten von (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂, beispielsweise 3 Teilschichten, die jeweils eine Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm aufweisen.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht (b)(ii) eine Schicht bzw. Schichten von bis zu etwa 10 A Dicke aus mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und die magnetische harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) ist etwa 100 bis etwa 300 Å dick und sie umfasst eine Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder ein Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder eine mehrlagige Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von nichtmagnetischem Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist.
Gemäß speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) eine CoCrPt-Legierung; das nichtmagnetische Substrat (a) ein Material, das aus der aus Al, NiPplattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten dersel ben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und das Medium umfasst ferner eine Schutzüberzugsschicht (c) über der magnetisch harten Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) und eine Gleitmitteldeckschicht (d) über der Schutzüberzugsschicht (c).
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das nichtmagnetische Substrat (a) ein Material, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und der Schichtstapel (b) umfasst: eine Haftschicht zwischen der Substratoberfläche und der magnetisch weichen Unterschicht (b)(i), wobei die Haftschicht eine etwa 10 bis etwa 50 Å dicke Schicht eines Materials umfasst, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; eine magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) in der Form einer pseudolaminierten Struktur, die aus 2-6 gestapelten Teilschichten einer FeCoB-Legierung, beispielsweise 3 Teilschichten mit jeweils einer Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm besteht; mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht (b)(ii) in der Form von einer Schicht bzw. Schichten einer Dicke bis zu etwa 10 Å von mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) in der Form einer etwa 100 bis etwa 300 Å dicken Schicht, die aus einer Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder einem Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder einer mehrlagigen Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen nichtmagnetischen Schichten von Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist, besteht.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Vertikalmagnetaufzeichnungsmediums hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen, das die folgenden Stufen umfasst:

(a) Bereitstellen eines nichtmagnetischen Substrats mit einer Oberfläche; und
(b) Bilden eines Schichtstapels auf der Substratoberfläche, das die Stufen zur Ausbildung – in ausgehend von der Substratoberfläche aufeinanderliegender Folge – von: (i) einer magnetisch weichen Unterschicht; (ii) mindestens einer nichtmagnetischen Zwischenschicht; und (iii) einer magnetisch harten Vertikalaufzeichnungsschicht umfasst;

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials, das aus der aus FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFeZr und FeTaC bestehenden Gruppe ausgewählt ist, besteht.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten einer FeCoB-Legierung besteht; beispielsweise umfasst die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur, die aus 2-6 gestapelten Teilschichten von (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂ beispielsweise 3 Teilschichten, die jeweils eine Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm besitzen, besteht.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur durch eine Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD), vorzugsweise ein Sputterverfahren; und gemäß alternativen Durchführungsarten der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines weich-magnetischen Materials besteht, durch Abscheidung jeder Teilschicht in einer unterschiedlichen Kammer; oder die Stufe (b)(i) umfasst die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines weichmagnetischen Materials besteht, durch diskontinuierliche aufeinanderfolgende Abscheidung jeder Teilschicht in der gleichen Kammer.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Stufe (a) das Bereitstellen eines nichtmagnetischen Substrats, das aus einem Material besteht, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; die Stufe (b) ferner die Ausbildung einer Haftschicht über der Substratoberfläche vor der Durchführung der Stufe (b)(i), beispielsweise einer etwa 10 bis etwa 50 Å dicken Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; die Stufe (b)(ii) die Ausbildung einer Schicht bzw. Schichten einer Dicke von bis zu etwa 10 Å aus mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und die Stufe (b)(iii) die Ausbildung einer etwa 100 bis etwa 300 Å dicken Schicht, die aus einer Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder einem Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder einer mehrlagigen Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einen magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnere Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 A dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von nichtmagnetischem Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist, besteht.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC- Rauschen, das umfasst:

(a) eine Vertikalmagnetaufzeichnungsschicht; und
s(b) Mittel zur Verringerung oder im wesentlichen Eliminierung von DC-Rauschen des Mediums.

Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Plattenlaufwerk, das ein eine pseudolaminierte weiche Unterschichtstruktur umfassendes Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium mit geringem DC-Rauschen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Weitere Vorteile und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann auf dem Gebiet aus der im folgenden angegebenen detaillierten Beschreibung, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angegeben und beschrieben sind, indem einfach die als am besten angesehene Art und Weise zur Durchführung der vorliegenden Erfindung erläutert wird, klar. Wie beschrieben, sind andere und unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich und deren verschiedene Einzelheiten einer Modifizierung in verschiedenen deutlichen Belangen ohne Abweichen von der Idee der vorliegenden Erfindung zugänglich. Daher sollen die Zeichnungen und die Beschreibung als Erläuterung und nicht als Beschränkung betrachtet werden.
Die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann am besten bei Lesen im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen verstanden werden, wobei die gleichen Bezugszahlen durchgängig zur Bezeichnung ähnlicher Merkmale verwendet werden und die verschiedenen Merkmale nicht zwangsläufig maßstabsgetreu, sondern zur bestmöglichen Erläuterung der betreffenden Merkmale gezeichnet sind, wobei:
1 schematisch in vereinfachter Querschnittsdarstellung einen Teil eines Magnetaufzeichnungs-, -Speicher- und -wiedergabesystems erläutert, das aus einem eine herkömmlich strukturierte magnetisch weiche Unterschicht (SUL) und einen Einzelpol-Wandlerkopf umfassenden herkömmlichen Magnetaufzeichnungsmedium des Vertikaltyps besteht;
2 in schematischer Weise in vereinfachter Querschnittsdarstellung einen Teil einer laminierten SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur gemäß dem Stand der Technik zur Verwendung bei der Ausbildung eines Magnetaufzeichnungsmediums des Vertikaltyps im allgemeinen, wie in 1 angegeben, erläutert;
3 in schematischer Weise in vereinfachter Querschnittsdarstellung einen Teil einer pseudolaminierten SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Ausbildung eines Magnetaufzeichnungsmediums des Vertikaltyps im allgemeinen, wie in 1 angegeben, erläutert;
4 schematisch in vereinfachter Querschnittsdarstellung einen Teil eines Magnetaufzeichnungsmediums des Vertikaltyps gemäß der vorliegenden Erfindung, das die pseudolaminierte SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur von 3 umfasst, erläutert;
5 ein Diagramm ist, das das DC-Rauschspektrum einer herkömmlichen nichtlaminierten 200 nm dicken FeCoB-SUL erläutert;
6 ein Diagramm ist, das das DC-Rauschspektrum einer 3-lagigen pseudolaminierten 200 nm dicken FeCoB-SUL gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert; und
7 Röntgenbeugungsdiagramme erläutert, die für nichtla minierte zweilagige und dreilagige FeCoB-SUL-Strukturen erhalten wurden.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Problemen, die aufgrund der Erzeugung von DC-Rauschen in Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien entstehen, die, wenn sie mit einem Einzelpol-Wandlerkopf verwendet werden, eine relativ dicke magnetisch weiche Unterschicht (SUL) zum Führen des aus dem Wandlerkopf austretenden magnetischen Flusses derart, dass der magnetische Fluss in die relativ dünne magnetisch harte Aufzeichnungsschicht entlang einem vorgeschriebenen Pfad eintritt und aus dieser austritt, umfassen, und sie löst diese. Genauer gesagt beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass die Nachteile, die mit herkömmlichen nichtlaminierten SULs und mit laminierten SULs, die eine aufeinandergestapelte Mehrzahl magnetisch weicher Schichten, die durch Abstandsschichten getrennt sind, umfassen, verbunden sind, wobei diese Nachteile die Bildung von DC-Rauschen und die Schwierigkeit der Implementierung in kostengünstiger Weise bei Verwendung in einem automatisierten Herstellungsverfahren umfassen, ohne weiteres durch ein einfaches und kostengünstiges alternatives Verfahren zur Bildung "pseudolaminierter" SULs, bei denen die Notwendigkeit von Abstandsschichten zur Abtrennung von vertikal angrenzenden magnetisch weichen Schichten des laminierten Stapels oder der laminierten Struktur beseitigt ist, überwunden werden, wodurch eine beträchtliche Verfahrensvereinfachung und eine einfache Implementierung bei Verwendung mit herkömmlichen Anlagen/Vorrichtungen zur kontinuierlichen automatisierten Herstellung von Magnetaufzeichnungsmedien erhalten werden.
Ein Schlüsselmerkmal der vorliegenden Erfindung ist daher die Bildung "pseudolaminierter" SUL-Strukturen, die aus einer vertikal gestapelten Mehrzahl magnetisch weicher Schichten identischer Zusammensetzung ohne das Vorhandensein dazwischenliegender Abstandsschichten bestehen, wobei diese "pseudolaminierten" SUL-Strukturen durch ein diskontinuierliches Abscheidungsverfahren, typischerweise ein Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD), wie Sputtern, erhalten werden. Gemäß der Erfindung führt die diskontinuierliche Abscheidung aufeinanderfolgender Schichten des gleichen magnetisch weichen Materials ohne die Bildung dazwischenliegender Abstandsschichten zur Bildung von "pseudolaminierten" SUL-Strukturen, die zu den herkömmlichen laminierten SUL-Strukturen im Hinblick auf die Verringerung der Bildung von DC-Rauschen zumindest funktionsmäßig äquivalent sind. Anders gesagt, reicht der Abstand oder die Verzögerung zwischen der Ablagerung aufeinanderfolgender Schichten, ungeachtet dessen, ob sie in aufeinanderfolgenden Abscheidungskammern oder in der gleichen Kammer durchgeführt wurden, aus, um eine Laminationswirkung ähnlich der, die von herkömmlichen laminierten SUL-Strukturen gezeigt wird (beispielsweise die in 2 erläuterte laminierte SUL-Struktur), zu erzeugen.
Unter Bezugnahme auf 3 ist dort schematisch in vereinfachter Querschnittsdarstellung ein Teil einer pseudolaminierten SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur 30_L gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Bildung eines Magnetaufzeichnungsmediums des Vertikaltyps wie allgemein in 1 angegeben, erläutert. Die pseudolaminierte SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur 30_L umfasst eine Mehrzahl n (zur Erläuterung 3) von vertikal gestapelten magnetisch weichen Teilschichten 3_M , die auf der Oberfläche eines geeigneten nichtmagnetischen Substrats 2 ohne dazwischenliegende Abstandsschichten 3_S , wie sie beispielsweise in der herkömmlichen laminierten SUL-Struktur 3_L von 2 vorhanden sind, gebildet sind. Gemäß der Erfindung hängen die (ganze) Zahl n und die Dicke der einzelnen magnetisch weichen Teilschichten 3_M vom speziellen Material derselben ab; und sie liegen im Bereich von 2 bis 6 bzw. etwa 50 bis etwa 130 nm.
Zur Verwendung als die einzelnen magnetisch weichen Teilschichten 3_M geeignete Materialien umfassen FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFeZr und FeTaC. Wie bei der in 2 gezeigten herkömmlichen laminierten SUL-Struktur kann die pseudolaminierte SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur 30_L eine auf der oberen Oberfläche des Substrats 2 an der Grenzfläche zur untersten magnetisch weichen Unterschicht 3_M gebildete Haftschicht 2_A umfassen, wobei die Haftschicht 2_A eine etwa 10 bis etwa 50 Å dicke Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfassen kann.
Wie im vorhergehenden angegeben, kann die pseudolaminierte Struktur 30_L gemäß der Erfindung ohne weiteres und bequem durch Sputtern gebildet werden. Als Folge der Beseitigung der Notwendigkeit von unterschiedlichen Sputtertargetmaterialien zur Abscheidung der magnetisch weichen Schichten 3_M und der Abstandsschichten 3_S bietet die erfindungsgemäße Methodik mehrere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Stand der Technik, wie eine erhöhte Flexibilität der Anlagengestaltung/Konfiguration und der Arbeitsweise sowie einen geringeren Energieverbrauch, der zum Sputtern einer Mehrzahl von Teilschichten aus weich-magnetischem Material statt einer einzigen dicken Schicht einer weichmagnetischen Schicht erforderlich ist. Beispielsweise können pseudolaminierte SUL-Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung durch diskontinuierliche Abscheidungsverfahren unter Verwendung herkömmlicher Inline- oder kreisförmig konfigurierter, kontinuierlich arbeitender Sputtervorrichtungen, die mit mehrfachen Prozess (d. h. Sputter)stationen, die mit den gleichen Targetmaterialien versorgt werden, zur Ausbildung der jeweiligen magnetisch weichen Schichten der SUL-Strukturen ausgestattet sind, oder durch Verwendung von Sputtervorrichtungen, bei denen die einzelnen magnetisch weichen Schichten der SUL-Strukturen in der gleichen Kammer, beispielsweise durch mehrfache Durchläufe des gleichen Targets, abgeschieden werden, ausgebildet werden.
Im Hinblick auf 4 ist dort schematisch in vereinfachter Querschnittsdarstellung ein Teil eines Magnetaufzeichnungsmediums 40 des Vertikaltyps gemäß der vorliegenden Erfindung, das die pseudolaminierte SUL/Haftschicht/Substrat-Struktur 30_L von 3 umfasst, erläutert, wobei das Substrat 2 typischerweise plattenförmig ist und ein Material umfasst, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; die Haftschicht 2_A auf der oberen Oberfläche des Substrats 2 eine etwa 10 bis etwa 50 Å dicke Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst, und n magnetisch weiche Teilschichten 3_M (wobei n eine ganze Zahl im Bereich von 2 bis 6 ist; zur Erläuterung n = 3) jeweils etwa 50 bis etwa 130 nm dick sind und aus einem magnetisch weichen Material bestehen, das aus Ni, NiFe (Permalloy), Co, FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFe, CoFeZr, Fe, FeN, FeSiAl, FeSiAlN, FeTaC, FeAlN und FeTaN ausgewählt ist. Beispielsweise kann die pseudolaminierte SUL-Struktur 30_L aus 3 gestapelten Teilschichten einer FeCoB-Legierung, beispielsweise (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂ die jeweils eine Dicke von etwa 650 bis etwa 1300 Å aufweisen, bestehen.
Auf der oberen Oberfläche der obersten magnetisch weichen Unterschicht 3_M befindet sich eine relativ dünne Zwischenschicht 4 (auch als "dazwischenliegende" Schicht bezeichnet), die aus einer oder mehreren Schichten eines nichtmagnetischen Materials, zur Erläuterung einem Schichtenpaar 4_A und 4_B , besteht, die in einer Dicke bereitgestellt wird, die ausreicht, dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen der pseudolaminierten SUL-Struktur 30_L und der aufliegenden harten Aufzeichnungsschicht 5 verhindert (d. h. entkoppelt) wird, jedoch möglichst dünn sein sollte, um den Abstand zwischen der Unterkante eines Wandlerkopfs, der zum Lesen und/oder Beschreiben des Mediums 40 verwendet wird, und dem oberen Rand der obersten magnetisch weichen Unterschicht 3_M zu minimieren. Die Zwischenschicht 4 kann daher eine Schicht bzw. Schichten einer Dicke von bis zu etwa 10 A aus mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis ausgewählt ist, umfassen. Eine relativ dünne magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht 5 wird auf der Zwischenschicht bzw. den Zwischenschichten 4 ausgebildet und sie ist etwa 100 bis etwa 300 Å dick und umfasst eine Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere der aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählten Elemente umfasst, oder ein Eisenoxid, das aus Fe₃O₉ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder eine mehrlagige Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und von nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten einer magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von nichtmagnetischem Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist.
Zur Fertigstellung des Mediums 40 sind über der hartmagnetischen Schicht 5 eine Schutzüberzugsschicht 11, beispielsweise eine Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC), und eine Gleitmitteldeckschicht 12, beispielsweise eine Schicht aus einem Perfluorpolyethermaterial, über der Schutzüberzugsschicht 11 ausgebildet.
Die einzelnen Schichten 2-5 und die Schutzüberzugsschicht 11 können unter Verwendung von mindestens einem Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD), das aus Sputtern, Vakuumverdampfen, Ionenplattierung, Ionenstrahlabscheidung und Plasmaabscheidung ausgewählt ist, oder von mindestens einem chemischen Abscheidungsverfahren, das aus chemischer Abscheidung aus der Gasphase (CVD), metallorganisch-chemischer Abscheidung aus der Gasphase (MOCVD) und plasmaverstärkter chemischer Abscheidung aus der Gasphase (PECVD) ausgewählt ist, gebildet werden; und die Gleitmitteldeckschicht 12 kann durch mindestens ein Verfahren, das aus Tauchen, Sprühen und Gasphasenabscheidung ausgewählt ist, ausgebildet werden.
Die vorteilhaften Eigenschaften, die durch die vorliegende Erfindung erhältlich sind, insbesondere in Bezug auf die Verringerung oder Beseitigung von DC-Rauschen, sind im folgenden Beispiel erläutert.
Beispiel
Magnetisch weiche Unterschichten (SULs) für Vertikalaufzeichnungsmedien umfassen häufig FeCoB-Legierungsdünnschichten. Derartige Dünnschichten sind jedoch im Zustand der Abscheidung typischerweise amorph oder sie umfassen in eine amorphe Matrix eingebettete Nanokristallite, was vom B-Gehalt abhängt. Beispielsweise sind FeCoB-Filme im abgeschiedenen Zustand amorph, wenn der B-Gehalt etwa 10 % oder mehr beträgt (siehe C. L. Platt et al., IEEE Trans. Magn. Juli 2001). Da die Dünnschichten im abgeschiedenen Zustand nicht so weich wie wärmebehandelte Dünnschichten sind, ist eine passende Wärmebehandlung erforderlich, um zur Verwendung als weiche Unterschichten geeignete Dünnschichten zu erhalten (siehe Jun Yu et al., MMM 2001 Conference). Die Wärmebehandlung modifiziert die belastungsinduzierte vertikale Anisotropie der Dünnschichten, sie fördert die Anisotropie in der Ebene und sie macht die Dünnschichten in der Richtung in der Ebene sehr weich. Obwohl die Dünnschichten nach einer milden (sanften) Wärmebehandlung im amorphen Zustand verbleiben, führt eine relativ strenge Wärmebehandlung zu lokaler Kristallisation. Wenn die Dünnschichten kristallisiert sind, bildet eine von magnetokristalliner Anisotropie stammende vertikale Anisotropie Riffeldomänen und sie verursacht in der SUL DC-Rauschen. Daher wurden die folgenden Experimente mit dem Ziel durchgeführt, zu bestimmen, ob eine Kristallisation, damit Riffeldomänenbildung, die zur Erzeugung von DC-Rauschen in der SUL führt, durch eine Pseudolamination verhindert oder zumindest minimiert werden könnte.
(Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂-Legierungsdünnschichten zur Verwendung als SULs wurden unter Verwendung einer Mehrfachvakuumkammer-Einzelplattensputtervorrichtung gefertigt. Die Dünnschichten wurden auf nichterhitzte Glassubstrate mittels DC-Magnetron-Sputtern mit einer Abscheidungsrate von etwa 5,5-11 nm/s in einer Atmosphäre mit niedrigem Ar-Druck von etwa 3 mTorr und mit etwa 2-4 kW Targetleistung gesputtert. Der Targetdurchmesser betrug 7 Zoll und der Target-Substrat-Abstand betrug etwa 2 Zoll. Nichtlaminierte (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂-Legierungsdünnschichten wurden auf platten förmigen Substraten durch kontinuierliche Abscheidung an einer einzigen Abscheidungsstation abgeschieden; während zweilagigen und dreilagige pseudolaminierte Dünnschichten bzw. Filme unter Verwendung von zwei bzw. drei aufeinanderfolgend angeordneten Prozessstationen abgeschieden wurden. Die Gesamtdünnschichtdicke wurde in jedem Fall konstant bei etwa 200 nm gehalten, und die Filme wurden etwa 8 s in einer der Vakuumkammern bei etwa 300-340 °C wärmebehandelt, wobei diese Bedingungen für die Abscheidung einer magnetisch harten Aufzeichnungsschicht einer CoCr-Legierung erforderlich sind.
Messungen der nichtlaminierten, zweilagigen und dreilagigen SULs wurden auf einem Guzik Modell 2585A/1701A-Test-Spin-Stand durchgeführt, um quantitativ den Grad des Rückleserauschens der SULs zu ermitteln. Das SUL-Rückleserauschen wurde auf die folgende Weise erhalten: Ein breites Band von jedem der Filme auf dem plattenförmigen Substrat, d.h. ein Band einer Breite von etwa 4000 μin, wurde gleichstromgelöscht. Die Rücklesesignale des Zeitbereichs wurden 0,5 ms mit einer Samplingrate von 1 Gs/s aufgenommen, wobei die Zeitbereicuhsignale in den Frequenzbereich und weiter in den Raumfrequenzbereich umgewandelt wurden. Das Rückleserauschen wurden dann durch Integrieren des Rauschens in dem Raumfrequenzbereich erhalten und anschließend auf ein 600-kfci-Signal normiert. Das überschüssige SUL-Rückleserauschen wurden durch Subtrahieren des integrierten elektronischen Rauschens von dem integrierten SUL-Rückleserauschen bestimmt.
Die Spin-Stand-Messungen zeigten, dass die bei unterschiedlichen Sputterleistungen hergestellten pseudolaminierten SULs ein niedrigeres DC-Rauschen als die bei ähnlichen Sputterleistungen hergestellten nichtlaminierten SULs zeigten. Unter Bezugnahme auf 5 bzw. 6 erläutern die dort angegebenen Diagramme das DC-Rauschen-Spektrum eines herkömmlichen nichtlaminierten 200 nm dicken FeCoB-SUL-Films und das DC-Rauschen-Spektrum eines dreilagigen pseudolaminierten, 200 nm dicken FeCoB-SUL-Films gemäß der vorliegenden Erfindung. Daraus ist klar ersichtlich, dass mit der nichtlaminierten SUL signifikantes DC-Rauschen beobachtet wird (5), während für die dreilagige pseudolaminierte SUL im wesentlichen kein Rauschen beobachtet wird (6), d. h. die Leistungshöhe des Rauschens der letzteren bleibt über den gesamten Frequenzbereich der Messung konstant auf der Höhe des elektronischen Rauschens. Im Gegensatz dazu liegt die Leistungshöhe des Rauschens der nichtlaminierten SUL im Frequenzbereich unter etwa 150 kfci über der Höhe des elektronischen Rauschens. Das überschüssige Rückleserauschen der nichtlaminierten SUL wurde quantitativ als etwa 6,6 dB bestimmt, wobei dieses Rauschen niedriger Frequenz den aus Riffeldomänen austretenden magnetischen Feldern zuzuschreiben ist. Ferner korrelierte das durch den Spin-Stand-Test ermittelte überschüssige SUL-Rückleserauschen der nichtlaminierten SULs gut mit der Menge an darin vorhandenen Riffeldomänen, was durch Magnetic Force Microscopy (MFM) beobachtet wurde.
Genauer gesagt zeigten MFM-Bilder der nichtlaminierten und zweilagigen pseudolaminierten SULs helle und dunkle kontrastierende Bereiche, während die MFM-Bilder der dreilagigen pseudolaminierten SULs keine Merkmale zeigten. Die hellen und dunklen kontrastierenden Bereiche sind Magnetisierungen, die gegen die Filmebene nach oben oder unten geneigt sind, zuzuschreiben, wobei diese Bereiche in dem SUL-Film Riffeldomänen sind. Derartige Riffeldomänen sind das Ergebnis einer durch das thermische Anlassen verursachten partiellen Kristallisation der Filme, wobei der Kristallisationsprozess zu einer hinsichtlich Richtung und Größe variierenden lokalen magnetokristallinen Anisotropie führt.
Unter Bezugnahme auf 7 sind dort Röntgenbeugungsdiagramme von drei Arten von SUL-Filmen, d.h. nichtlaminierten, zweilagigen pseudolaminierten und dreilagigen pseudolaminierten FeCoB-Filmen, gezeigt. Aus 7 ist klar ersichtlich, dass die Intensität des α-Fe-(110)-Peaks für den nichtlaminierten SUL-Film am höchsten, für den zweilagigen pseudolaminierten SUL-Film schwächer und für den dreilagigen pseudolaminierten SUL-Film am schwächsten ist. Die relativen Mengen der mittels MFM beobachteten Riffeldomänen korrelieren gut mit den relativen Intensitäten der α-Fe(110)-Peaks.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass der "Pseudolamination"-Effekt effektiv zur Verringerung des DC-Rauschens der SUL von Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien durch die Verringerung einer Riffeldomänenbildung über die verringerte Kristallisation von wärmebehandelten amorphen SUL-Filmen genutzt werden kann. Für (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂-Legierungen als auf Glassubstraten gebildeten SUL-Filmen kann die Dicke jeder Teilschicht der pseudolaminierten SUL-Strukturen in Abhängigkeit von den Wärmebehandlungsbedingungen im Bereich von etwa 50 bis etwa 130 nm liegen, wobei ungeachtet der Wärmebehandlungsbedingungen dünnere Teilschichten bevorzugt sind.
Daher stellt die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise verbesserte Vertikalmedien zur Aufzeichnung, Speicherung und Rückgewinnung von magnetischen Daten/Information auf der Basis einer magnetischen Legierung mit hoher Flächenaufzeichnungsdichte und niedrigem Rauschen bereit, die eine verbesserte pseudolaminierte magnetisch weiche Unterschicht (SUL)-Struktur mit verringertem Auftreten oder der Beseitigung von Riffeldomänen in diesen umfassen, wodurch in vorteilhafter Weise eine entsprechende Verringe rung oder Beseitigung von DC-Rauschen bereitgestellt wird, während die mit der Herstellung herkömmlicher laminierter SUL-Strukturen, die weich-magnetische und Abstandsschichten im Wechsel umfassen, im gewerblichen Maßstab verbundenen Nachteile vermieden werden. Infolgedessen erreicht das erfindungsgemäße Verfahren eine effektive Beseitigung oder zumindest Verminderung der Erzeugung von DC-Rauschen, das mit weichen Unterschichten von Vertikalmagnetaufzeichnungsmedien hoher Bitdichte verbunden ist.
Die Medien der vorliegenden Erfindung sind besonders günstig bei einer Verwendung in Verbindung mit Einzelpol-Aufzeichnungs/Wiedergabe-Wandlerköpfen und sie erfreuen sich besonderer Verwendbarkeit bei Medien hoher Aufzeichnungsdichte für computerbezogene Anwendungen. Ferner können die erfindungsgemäßen Medien ohne weiteres mittels herkömmlicher Verfahren, beispielsweise Sputterverfahren, gefertigt werden.
In der vorhergehenden Beschreibung sind zahlreiche spezielle Details, beispielsweise spezielle Materialien, Strukturen, Verfahren und dgl., angegeben, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bieten. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ohne Zurückgreifen auf die speziell angegebenen Einzelheiten durchgeführt werden. In anderen Fällen wurden bekannte Behandlungsmaterialien und -techniken nicht detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig undeutlich zu machen.
Nur die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und nur einige wenige Beispiele von dessen vielseitiger Verwendbarkeit sind in der vorliegenden Offenbarung drangegeben und beschrieben. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen anderen Kombinationen und Umgebungen verwendet werden kann und Änderungen und/oder Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der erfinderischen Idee, die hier angegeben ist, zugänglich sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen, das umfasst: (a) ein nichtmagnetisches Substrat mit einer Oberfläche; und (b) einen über der Substratoberfläche ausgebildeten Schichtstapel, der in von der Substratoberfläche ausgehend aufeinanderliegender Reihenfolge umfasst: (i) eine magnetisch weiche Unterschicht; (ii) mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht; und (iii) eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht; wobei die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) dicker als die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) ist und eine aus einer aufeinandergestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials bestehende pseudolaminierte Struktur ist.

Claims

Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen, das umfasst: (a) ein nichtmagnetisches Substrat mit einer Oberfläche; und (b) einen über der Substratoberfläche ausgebildeten Schichtstapel, wobei der Schichtstapel in von der Substratoberfläche ausgehend aufeinanderliegender Reihenfolge umfasst: (i) eine magnetisch weiche Unterschicht; (ii) mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht; und (iii) eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht; wobei die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) dicker als die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) ist und eine aus einer aufeinandergestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials bestehende pseudolaminierte Struktur ist.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: der Schichtstapel (b) ferner eine Haftschicht zwischen der Substratoberfläche und der magnetisch weichen Unterschicht (b)(i) umfasst.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 2, wobei: die Haftschicht eine etwa 10 bis etwa 50 Å dicke Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials, das aus der aus FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFeZr und FeTaC bestehenden Gruppe ausgewählt ist, besteht.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 4, wobei: die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten einer FeCoB-Legierung besteht.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 5, wobei: die magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) aus 2-6 gestapelten Teilschichten von (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂ besteht, die jeweils eine Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm aufweisen.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: die mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht (b)(ii) eine Schicht bzw. Schichten von bis zu etwa 10 A Dicke von mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) etwa 100 bis etwa 300 Å dick ist und eine Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder ein Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder eine mehrlagige Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von nichtmagnetischem Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist, umfasst.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 8, wobei: die magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) eine CoCrPt-Legierung umfasst.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: das nichtmagnetische Substrat (a) ein Material umfasst, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, das ferner umfasst: (c) eine Schutzüberzugsschicht über der magnetisch harten Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii); und (d) eine Gleitmitteldeckschicht über der Schutzüberzugsschicht (c).
Magnetaufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, wobei: das nichtmagnetische Substrat (a) ein Material umfasst, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und der Schichtstapel (b): eine Haftschicht zwischen der Substratoberfläche und der magnetisch weichen Unterschicht (b)(i), wobei die Haftschicht eine etwa 10 bis etwa 50 Å dicke Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst; eine magnetisch weiche Unterschicht (b)(i) in der Form einer pseudolaminierten Struktur, die aus 2-6 gestapelten Teilschichten einer FeCoB-Legierung mit jeweils einer Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm besteht; mindestens eine nichtmagnetische Zwischenschicht (b)(ii) in der Form von einer Schicht bzw. Schichten einer Dicke bis zu etwa 10 Å von mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist; und eine magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht (b)(iii) in der Form einer etwa 100 bis etwa 300 Å dicken Schicht, die aus einer Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder einem Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder einer mehrlagigen Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt be stehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen nichtmagnetischen Schichten von Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist, umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Vertikalmagnetaufzeichnungsmediums hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen null DC-Rauschen, das die folgenden Stufen umfasst: (a) Bereitstellen eines nichtmagnetischen Substrats mit einer Oberfläche; und (b) Bilden eines Schichtstapels auf der Substratoberfläche, das die Stufen zur Ausbildung – in ausgehend von der Substratoberfläche aufeinanderliegender Folge – von: (i) einer magnetisch weichen Unterschicht; (ii) mindestens einer nichtmagnetischen Zwischenschicht; und (iii) einer magnetisch harten Vertikalaufzeichnungsschicht umfasst; wobei die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur, die eine größere Dicke als die in Stufe (b)(iii) gebildete magnetisch harte Vertikalaufzeichnungsschicht besitzt und aus einer Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials besteht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur umfasst, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines magnetisch weichen Materials, das aus der aus FeCoB, CoZr, CoZrCr, CoZrNb, CoTaZr, CoFeZr und FeTaC bestehenden Gruppe ausgewählt ist, besteht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur umfasst, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten einer FeCoB-Legierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung einer pseudolaminierten Struktur umfasst, die aus 2-6 gestapelten Teilschichten von (Fe₆₅Co₃₅)₈₈B₁₂ die jeweils eine Dicke von etwa 50 bis etwa 130 nm besitzen, besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur durch eine Verfahren der physikalischen Abscheidung aus der Gasphase (PVD) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur durch ein Sputterverfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines weich-magnetischen Materials besteht, durch Abscheidung jeder Teilschicht in einer unterschiedlichen Kammer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: die Stufe (b)(i) die Ausbildung der pseudolaminierten Struktur, die aus einer gestapelten Mehrzahl von Teilschichten eines weich-magnetischen Materials besteht, durch diskontinuierliche aufeinanderfolgende Abscheidung jeder Teilschicht in der gleichen Kammer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (b) ferner die Ausbildung einer Haftschicht über der Substratoberfläche vor der Durchführung der Stufe (b) (i) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei: die Stufe (b) die Ausbildung der Haftschicht aus einer etwa 10 bis etwa 50 Å dicken Schicht eines Materials, das aus der aus Ti, Cr, Ta, Zr, Nb, Fe, Co, Ni und Legierungen derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (b)(ii) die Ausbildung von einer Schicht bzw. Schichten einer Dicke von bis zu etwa 10 Å aus mindestens einem nichtmagnetischen Material, das aus der aus Pt, Pd, Ta, Re, Ru, Hf, Legierungen derselben, Ti-Cr und Legierungen auf Co-Basis bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (b)(iii) die Ausbildung einer etwa 100 bis etwa 300 Å dicken Schicht, die aus einer Legierung auf Co-Basis, die ein oder mehrere Elemente, die aus der aus Cr, Fe, Ta, Ni, Mo, Pt, V, Nb, Ge und B bestehenden Gruppe ausgewählt sind, umfasst, oder einem Eisenoxid, das aus Fe₃O₄ und 6-Fe₂O₃ ausgewählt ist, oder einer mehrlagigen Magnetübergitterstruktur (CoX/Pd oder Pt)_n, die aus im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von einer magnetischen Legierung auf Co-Basis und nichtmagnetischem Pd oder Pt besteht, wobei n eine ganze Zahl von etwa 10 bis etwa 25 bedeutet, jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten der magnetischen Legierung auf Co-Basis etwa 2 bis etwa 3,5 Å dick ist, X ein aus der aus Cr, Ta, B, Mo und Pt bestehenden Gruppe ausgewähltes Element bedeutet und jede der im Wechsel vorhandenen dünnen Schichten von nichtmagnetischem Pd oder Pt etwa 10 Å dick ist, besteht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: die Stufe (a) das Bereitstellen eines nichtmagnetischen Substrats, das aus einem Material besteht, das aus der aus Al, NiP-plattiertem Al, Al-Mg-Legierungen, anderen Legierungen auf Al-Basis, anderen nichtmagnetischen Metallen, anderen nichtmagnetischen Legierungen, Glas, Keramiken, Polymeren, Glaskeramiken und Verbundstoffen und/oder Laminaten derselben bestehenden Gruppe ausgewählt ist, umfasst.
Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium hoher Flächenaufzeichnungsdichte mit verringertem oder im wesentlichen nu11 DC-Rauschen, das umfasst: (a) eine Vertikalmagnetaufzeichnungsschicht; und (b) Mittel zur Verringerung oder im wesentlichen Eliminierung von DC-Rauschen des Mediums.
Plattenlaufwerk, das ein eine pseudolaminierte weiche Unterschichtstruktur umfassendes Vertikalmagnetaufzeichnungsmedium mit geringem DC-Rauschen nach Anspruch 1 umfasst.