DE19851062C1 - Verfahren zum Beschichten von Magnetspeicherplatten und danach hergestellte Magnetspeicherplatte - Google Patents

Abstract

Die bekannten Verfahren, mit denen auf das Substrat eine Unterschicht, darauf das Magnetschichtsystem und abschließend eine Deckschicht aufgebracht wird, haben den Nachteil, dass die Korrosionsbeständigkeit nicht ausreichend ist. Es treten Fehlstellen auf. Es wird nicht ausgeschlossen, dass die Diffusion von Wasser zum Substrat möglich ist. DOLLAR A Erfindungsgemäss wird zwischen dem Substrat und der Unterschicht eine Barriereschicht durch Mittelfrequenzpulssputtern bei einer Frequenz von 10 bis 200 kHz und einem Verhältnis von Pulslänge zu Pulspause von 5 : 1 bis 1 : 10 aufgebracht. DOLLAR A Die Erfindung findet vorzugsweise für magnetische Festspeicherplatten hoher Speicherdichte Anwendung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Magnetspeicherplatten mit hoher Speicherdichte für den Einsatz in magnetischen Festplattenspeichern durch Aufstäuben im Vakuum mittels Magnetron, auch Sputtern genannt, und eine Magnetspeicherplatte, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Es ist bekannt, Magnetspeicherplatten in vertikalen Durchlaufsputteranlagen für eine große Zahl von Substraten, die gleichzeitig beschichtet werden, oder in Einzelscheiben­ sputteranlagen herzustellen. Die Substrate für die Herstellung von Magnetspeicherplatten bestehen aus hochpolierten Aluminiumscheiben, welche galvanisch mit einer Nickel­ phosphorschicht beschichtet werden, oder aus Glas. In der Zukunft sollen verschiedene alternative Materialien wie Aluminiumborcarbid zum Einsatz kommen.

Unabhängig vom Substratmaterial werden mehrere dünne Schichten durch physikalische und/oder chemische Schichtabscheidung aufgetragen. Das sind Unterschichten, meist aus Chrom, magnetische Speicherschichten, meist aus Mehrstofflegierungen mit Cobalt, Chrom und anderen Metallen, und eine Deckschicht, meist aus Kohlenstoff. Das Gleichstrom- Magnetronsputtern ist das am häufigsten genutzte Beschichtungsverfahren bei der Herstellung von Magnetspeicherplatten (US 4,816,127; US 5,512,150). Nachteilig ist jedoch, dass dieses Beschichtungsverfahren nur auf elektrisch leitfähigen Materialien anzuwenden ist.

Für qualitativ hochwertige Magnetspeicherplatten werden Anforderungen nach einer Speicherdichte von größer als 3 Gbit/in² gestellt. Die daraus resultierenden Flughöhen der Magnetköpfe liegen im Bereich unter 40 nm. Die Reduzierung des Rauschpegels, die Verringerung von Fehlstellen auf der Speicherfläche und eine gute Anpassung an die Magnetköpfe sind Voraussetzungen für die Verwirklichung der genannten Speicherdichte.

Es ist bekannt, die geringen Flughöhen durch eine verbesserte Topographie der Oberfläche der fertigen Magnetspeicherplatten und eine Reduzierung der Schichtdicken, vor allem von Magnetschicht und Deckschicht, zu erreichen.

Es ist bekannt, die Topografie der Oberfläche dadurch zu verbessern, dass durch Gleichstromsputtern Haftvermittlungs- und Grundschichten aufgebracht werden, deren Topografie durch optimierte Prozessparameter wesentlich besser als die des Substrates ist, was letztlich auch zu einer verbesserten Topografie der Oberfläche der Magnetschicht führt (US 5,626,920). Nachteilig sind bei diesem Verfahren die großen erforderlichen Schichtdicken zur Erzielung des Glättungseffekts.

Durch die Verwendung von neuen Legierungen für die magnetische Speicherschicht und angepasste Untergrundstrukturen werden Magnetspeicherplatten mit Koerzitivfeldstärken von ≧ 2500 Oe bei magnetischen Remanenzschichtdicken (Mrt) von ≦ 0,5 mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt.

Hauptsächlich durch die Forderung nach Erhöhung der Speicherdichte und Verringerung der Schichtdicken treten neue, bisher nicht gekannte Probleme auf.

Ein entscheidender Mangel ist, dass bei der Verwendung von Aluminiumsubstraten eine verstärkte Korrosion auftritt. Diese Korrosion verursacht Ausblühungen und Aufwerfungen auf der Oberfläche der Magnetplatte. Als Folge entstehen Bereiche, die nicht mehr beschrieben und gelesen werden können. Es besteht die Gefahr der Berührung der Magnet­ köpfe, da die Flughöhe im Bereich der Höhe der Ausblühungen ist. Die Korrosion wird beeinflusst durch zwei Effekte. Einerseits sind Fehler in der Politur der Substrate und Rückstände von Nassprozessen Auslöser für die Korrosion. Andererseits sind die abgeschiedenen Schichten nur bedingt dicht und porenfrei. Es wirkt sich unter anderem die Verringerung der Deckschichtdicke von 30 nm auf 10 nm auf eine Verschlechterung des Korrosionsverhaltens aus. Es ist bekannt, dass durch gepulstes Magnetronsputtern dünne Kohlenstoffschichten als Deckschichten aufgebracht werden, die eine sehr gute Oberflächen­ topografie und damit sehr gute mechanische und tribologische Eigenschaften aufweisen (DE 196 51 615 C1). Auch dieses Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass die Schichten nicht ausreichend dicht sind, um eine Korrosion der Substrate wirksam zu verhindern. Die Deckschicht kann nur noch die Funktion des mechanischen Schutzes der magnetischen Schicht vor Berührung der Magnetköpfe erfüllen und sichert im Zusammen­ wirken mit dem Lubrikanten die Gleiteigenschaften für die Magnetköpfe. (Die Problematik der Korrosion wird ausführlich beschrieben von Chia, Wang, Tang und Lee in "Overview of accelerated corrosion tests on thin film magnetic media" in The Minerals, Metals & Materials Society, 1998, S. 311-319.) Trotz hochpolierter Substrate weisen die fertigen Magnetplatten eine vom Idealzustand abweichende Topographie auf. Es sind Mikrokratzer und -löcher zu detektieren. Diese Fehler auf der Oberfläche der Substrate behindern beim Waschprozess eine optimale Reinigung. Dies führt zu einer Verschlechterung der Gleichmäßigkeit der Schichtabscheidung und zu einer schlechteren Kantenbedeckung. Die Korrosion kann bekanntermaßen verringert werden durch eine Erhöhung der Dicke der Unterschicht und das Anlegen einer negativen Gleichspannung an das Substrat während der Abscheidung der Unterschicht.

Beide Maßnahmen lösen das Problem nicht. Es tritt nur eine Verringerung der Anzahl der Korrosionsstellen auf, die in Säuretests mit HCl oder HNO₃ sichtbar gemacht werden. Die Maßnahmen sind nicht uneingeschränkt nutzbar. Die Erhöhung der Schichtdicke der Unterschicht steht im Widerspruch zu den magnetischen Anforderungen. Das Anlegen einer negativen Gleichspannung an das Substrat kann nur für elektrisch leitfähige Substrate angewandt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten von Magnet­ speicherplatten zu schaffen, indem die Herstellung von Magnetspeicherplatten derart verbessert wird, dass deren Korrosionsbeständigkeit auf metallischen Substraten wesentlich erhöht und bei nichtmetallischen Substraten die Diffusion von Wasser zum Substrat und von leicht beweglichen Ionen aus dem Substrat sehr stark vermindert wird. Das Verfahren soll für alle - elektrisch leitfähige und elektrisch nicht leitfähige - Substratmaterialien anwendbar sein. Das Verfahren soll auf im industriellen Einsatz üblichen Beschichtungsanlagen ausführ­ bar sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Magnetspeicherplatte mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den Merkmalen des Anspruches 1 und 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.

Es wurde gefunden, zwischen dem Substrat und dem magnetischen Schichtsystem eine Barriereschicht derart aufzubringen, dass die magnetischen Werte, wie Koerzitivfeldstärke und magnetische Remanenzschichtdicke, unbeeinflusst bleiben. Dabei wird die Korrosions­ beständigkeit so weit verbessert, dass mit bekannten Prüfverfahren praktisch keine durch Korrosion bedingte Fehlstellen auf den Magnetplatten festgestellt werden. Das entspricht einer Verbesserung um ein bis zwei Größenordnungen.

Überraschenderweise wird der Effekt schon bei Schichtdicken von wenigen nm erzielt. Gemäß dem Verfahren werden vorzugsweise Aluminium- oder Chromschichten als Barriere­ schicht aufgebracht.

Sehr gute Eigenschaften werden erzielt, wenn das Prozessgas Anteile von Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält. Der bei der gepulsten Abscheidung der Unterschicht zu verzeichnende Anstieg der Koerzitivfeldstärke wird bei Verwendung der erfindungsgemäßen Barriereschicht nicht wirksam.

Das Aufstäuben von Chrom für die Barriereschicht ist sehr vorteilhaft, da das Kristall­ wachstum der folgenden Schichten nicht gestört wird.

Besonders vorteilhaft ist, dass die Wirkung der Barriereschicht durch die Wahl des abzuscheidenden Materials, die Variation der Schichtdicke und die Auswahl von Frequenz und Pulsverhältnis für den Sputterprozess auf das jeweils vorliegende Substratmaterial angepasst werden kann. Als besonders geeignet hat sich eine Frequenz von 50 kHz heraus­ gestellt. Diese Frequenz bewirkt offenbar ein günstiges Verhältnis von Abscheiderate zu Plasmaanregung, um mit einer hohen Ausbeute an angeregten gesputterten Teilchen sehr dichte defektfreie Schichten abzuscheiden. Die Defektfreiheit bezieht sich hier auf Schichten ohne Löcher (pinholes) und ohne Stengelstruktur.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit jeder Magnetplatten-Sputteranlage ausgeführt werden. Diese Integrationsfähigkeit in Produktionsanlagen stellt einen großen Vorteil für das Verfahren dar.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.

Eine an sich bekannte Einzelscheibensputteranlage (single disk coater) dient zur Abscheidung eines magnetischen Schichtsystems und einer Barriereschicht auf einem Aluminiumsubstrat, das mit einer galvanisch aufgebrachten Schutzschicht aus Nickelphosphor versehen ist, zur Herstellung von Magnetspeicherplatten. Zum Nachweis der Wirksamkeit des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird ein Standardprozess herangezogen. Für die beschichteten Magnetspeicherplatten werden die magnetischen Eigenschaften und die Eigenschaften der Barriereschicht bestimmt. Diese Werte müssen innerhalb der spezifizierten Toleranzbereiche liegen. Eine Auswahl von beschichteten Magnetplatten wird einem Säuretest mit HNO₃ unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit zu beurteilen.

Nach der Erstellung der Referenzproben werden die Magnetspeicherplatten erfindungs­ gemäß hergestellt. Dazu wird zusätzlich zu den bisher verwendeten Prozessschritten Heizen, Abscheidung der Unterschicht, Abscheidung der Magnetschichten, Abscheidung der Schutzschicht ein Prozessschritt, das Aufbringen der Barriereschicht nach dem Heizen eingeführt. Dazu werden die Substrate auf 220°C geheizt, und vor dem Abscheiden der Unterschicht wird eine Barriereschicht abgeschieden.

Die Prozesszeit für die Abscheidung der Barriereschicht beträgt 4 Sekunden bei einem Druck von 0,8 Pa. Dem inerten Trägergas ist Sauerstoff mit einem Partialdruck von 0,1 Pa beigemischt. Es wird ein Aluminiumtarget mit einer Standard-Magnetronanordnung benutzt. Die Energie wird pulsförmig in das Plasma eingespeist. Die Pulsfrequenz beträgt 50 kHz, wobei das Verhältnis von Pulslänge zu Pulspause 1 : 1 eingestellt wird. Damit ergibt sich eine Einschaltzeit des Plasmas von 10 µs und eine Pausenzeit von ebenfalls 10 µs. Die Primär­ leistung, das heißt die in die Pulseinrichtung eingespeiste Leistung, beträgt 150 W im Zeitmittel.

Es hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch gezeigt, dass bei einer Pulslänge von 14 µsec und Zyklusdauer von 20 µsec der positive Effekt wieder abnimmt. D. h. die Korrosionsfehlstellen nehmen wieder erheblich zu.

In der Tabelle sind Messwerte für magnetische Eigenschaften und gemessene Korrosions­ werte aufgezeigt. Die Einführung der sehr dichten, pinholefreien, durch Mittelfrequenz- Pulsmagnetronsputtern abgeschiedenen Barriereschicht verbessert das Korrosionsverhalten um ein bis zwei Größenordnungen. Die Abscheidung der Barriereschicht bei Anlegen einer negativen Gleichspannung am Substrat verbessert die Korrosionsbeständigkeit zusätzlich. Die magnetischen Werte von Koerzitivfeldstärke und magnetischer Remanenzschichtdicke ver­ ändern sich nicht, wenn das Verfahren mit den angegebenen Parametern durchgeführt wird.

(Siehe hierzu folgende Tabelle:)

Der größte Effekt wird durch die Einführung der erfindungsgemäßen Barriereschicht an sich erzielt. In Variante 1 ist gezeigt, dass die Anzahl der Korrosionsstellen, welche durch einen HNO₃-Test ermittelt werden, gegenüber dem Standardprozess sehr klein ist. In Variante 2 wird gezeigt, dass die Abscheidung der Barriereschicht mit einer negativen Gleichspannung am Substrat eine nochmalige Verbesserung herbeiführt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Beschichten von Magnetspeicherplatten durch Magnetronsputtern, bestehend aus einem Substrat, auf welches ein Schichtsystem, bestehend aus Unterschichten, Magnetschichten, Zwischenschichten - bei Vorhandensein mehrerer Magnetschichten - und einer Deckschicht, aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der ersten Unterschicht des Schichtsystems eine Barriereschicht durch gepulstes Mittelfrequenzsputtern bei einer Frequenz zwischen 10 und 200 kHz, vorzugsweise 50 kHz, und einem Verhältnis von Pulslänge zu Pulspause im Bereich 5 : 1 bis 1 : 10 aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht durch Zerstäuben eines Chromtargets abgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck beim Abscheiden der Barriereschicht auf 0,1 bis 1,5 Pa, vorzugsweise auf 0,5 Pa, eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der Barriereschicht zum inerten Trägergas andere Gase, vorzugsweise reaktive Gase wie Sauerstoff und/oder Stickstoff, gemischt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf das zu beschichtende Substrat vor der Abscheidung der Barriereschicht bereits eine dünne Schicht aufgetragen wurde.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der Barriereschicht an das Substrat eine Gleichspannung von -50 bis -500 V, vorzugsweise -200 V, gelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der Barriereschicht an das Substrat eine pulsförmige Spannung, vorzugsweise mit einer Frequenz von 50 kHz, gelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abscheidung der Barriereschicht an das Substrat eine hochfrequente Wechsel­ spannung mit einer Frequenz von vorzugsweise 13,56 MHz angelegt wird.

9. Magnetspeicherplatte, bestehend aus einem Substrat, auf welches ein Schichtsystem, bestehend aus Unterschichten, Magnetschichten, Zwischenschichten und einer Deckschicht, aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat und der ersten Unterschicht eine Barriereschicht durch gepulstes Mittelfrequenz­ sputtern aufgebracht ist.