DE3805787A1 - Magnetisches aufzeichnungsmedium zur senkrechten (vertikalen) datenspeicherung und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Aufzeichnungs­ medium zur senkrechten (vertikalen) Datenspeicherung mit einer Trägerstruktur, auf deren Flachseite mindestens eine Speicher­ schicht aus einer CoCr zumindest enthaltenden Legierung mit senkrechter magneto-kristalliner Anisotropie bezüglich der Oberfläche des Mediums und mit vorbestimmter senkrechter Koerzitivfeldstärke aufgebracht ist. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung eines solchen Aufzeich­ nungsmediums. Ein derartiges Aufzeichnungsmedium und ein Ver­ fahren zu dessen Herstellung gehen aus der EP-A-01 20 413 her­ vor.

Das Prinzip einer senkrechten Magnetisierung zur Speicherung von Daten in entsprechenden Aufzeichnungsmedien ist allgemein bekannt (vgl. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-16, No. 1, Jan. 1980, Seiten 71 bis 76, oder Vol. MAG-20, No. 5, Sept. 1984, Seiten 657 bis 662 und 675 bis 680). Die für dieses vielfach auch als vertikale Magnetisierung bzw. Datenspeiche­ rung bezeichnete Prinzip vorzusehenden Aufzeichnungsmedien können z.B. in Form von starren Magnetspeicherplatten vorlie­ gen. Ein derartiges Aufzeichnungsmedium weist auf einer plattenförmigen Trägerstruktur zumindest eine entsprechend zu magnetisierende Speicherschicht vorbestimmter Dicke aus einem Material mit senkrechter magneto-kristalliner Anisotropie auf, wobei die Achse der sogenannten leichten Magnetisierung dieser Schicht senkrecht bezüglich der Oberfläche des Aufzeichnungs­ mediums ausgerichtet ist. Bevorzugt wird als entsprechendes Speichermaterial CoCr (vgl. z.B. "IEEE Transactions on Magnetics" Vol. MAG-14 No. 5 Sept. 1978, Seiten 849 bis 851). Mittels besonderer Magnetköpfe können dann längs einer Spur die einzelnen Informationen als Bits in aufeinanderfol­ genden Abschnitten durch entsprechende Ummagnetisierung der Speicherschicht in Form von Flußwechseln eingeschrieben werden. Die Bits bzw. Flußwechsel haben dabei eine vorbestimmte, auch als Wellenlänge bezeichnete Ausdehnung in Längsrichtung der Spur. Diese Ausdehnung kann bei einer vertikalen Magnetisierung wesentlich kleiner sein als bei einer Speicherung nach dem be­ kannten Prinzip einer longitudinalen (horizontalen) Magnetisie­ rung, bei der einer Verringerung der Aufzeichnungswellenlänge wegen der Entmagnetisierung des Materials Grenzen gesetzt sind. D.h., durch eine senkrechte Magnetisierung läßt sich die Daten­ dichte gegenüber einer longitudinalen Magnetisierung ver­ größern.

Für eine Datenspeicherung nach dem Prinzip einer vertikalen Magnetisierung sind jedoch im allgemeinen verhältnismäßig dicke Schichten in der Größenordnung von einigen 100 nm erforderlich, um ausreichende Signalstärken zu erhalten. Dies hat zur Folge, daß dem Profil des Schreibfeldes eines entsprechenden Schreib-/ Lese-Magnetkopfes eine besondere Bedeutung zukommt. Dabei muß die Vertikalkomponente H _y dieses Schreibfeldes bekanntlich größer als die entsprechende Komponente H _c der Koerzitivfeld­ stärke der Speicherschicht sein, um eine Ummagnetisierung dieser Schicht bewirken zu können. Betrachtet man die Vertikal­ komponente H dieses Feldes, so zeigt sich, daß die Feldlinien konstanter Feldstärke mit H _y = H _c in Abhängigkeit vom Abstand vom Kopf gekrümmt sind. Dies bedeutet, daß der Magnetisierungs­ übergang innerhalb der Speicherschicht diesem gekrümmten Ver­ lauf entspricht, also stark von einem ideal vertikalen Über­ gang abweicht. Die Folge davon sind eine Reduzierung der an sich möglichen hohen Speicherdichte sowie eine Reduzierung der Signalhöhe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das magne­ tische Aufzeichnungsmedium der eingangs genannten Art dahin­ gehend auszugestalten, daß der erwähnte Effekt einer Reduzie­ rung der möglichen Speicherdichte zumindest teilweise unter­ drückt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Speicherschicht einen senkrecht zur Oberfläche des Aufzeich­ nungsmediums zu messenden Gradienten der in diese Richtung wei­ senden Komponente der Koerzitivfeldstärke aufweist, wobei diese Koerzitivfeldstärkekomponente an der Oberseite der Speicher­ schicht einen größeren Wert als an deren der Trägerstruktur zugewandten Unterseite hat.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmedium läßt sich also eine Speicherschicht in Schichtdickenrichtung mit einem H _c -Pro­ fil aufbauen, das zumindest weitgehend dem von dem Magnetkopf erzeugten vertikalen Schreibfeld H _y entspricht, welches nahezu parallel zur Normalen auf der Speicherschicht bzw. dem Auf­ zeichnungsmedium verläuft. Es kann dann vorteilhaft ein schma­ ler vertikaler Magnetisierungsübergang geschrieben werden, der auch hohe Signale erzeugt. Außerdem lassen sich dann auch dickere Speicherschichten voll durchschreiben, womit eine wei­ tere Signalerhöhung erreicht werden kann.

Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Aufzeichnungs­ mediums ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung des Gradienten der Koerzitivfeldstärkekomponente in der Speicherschicht während des Abscheidesprozesses der Schicht die Temperatur der Trägerstruktur erhöht wird. Mit einer Tempe­ ratursteuerung ist nämlich eine entsprechende Änderung der Koerzitivfeldstärke zu erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn aus einem Target aufgesputtert wird, das einen Cr-Gehalt zwischen 20 und 26 Gew.-% aufweist. Bei dieser Cr-Konzentration sind nämlich Schichten mit guter kristallographischer Struktur zu erhalten.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmediums ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Aufsputtern des CoCr-Materials der Speicherschicht die Sputter­ leistung mit zunehmender Schichtdicke gesteigert wird. Auf diese Weise kann man sehr einfach die Koerzitivfeldstärke des Materials in gewissen Grenzen ändern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Aufzeichnungsmediums nach der Erfindung bzw. der Verfahren zu seiner Herstellung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 und 2 jeweils die von einem Magnetkopf erzeugten Feldverhältnisse beim Schreiben ange­ deutet sind. In Fig. 3 ist das von einem Schreibfeld in einem Aufzeichnungsmedium ausgebildete Feld veranschaulicht, während Fig. 4 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Auf­ zeichnungsmediums zeigt. In den Figuren sind übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Aus Fig. 1 sind die nur schematisch angedeuteten Feldver­ hältnisse eines bekannten, vertikal schreibenden Magnetkopfes ersichtlich. Der Magnetkopf 2 ist dabei lediglich mit seinen beiden einem Aufzeichnungsmedium zugewandten Polstücken 3 und 4 veranschaulicht, die Magnetpole P 1 bzw. P 2 ausbilden. Das eben­ falls bekannte Aufzeichnungsmedium ist in der Figur nur durch seine Speicherschicht 5 veranschaulicht, die aus einer CoCr- Legierung besteht. In bekannter Weise hat die Legierung eine über die gesamte Schichtdicke d ₀ gesehen konstante Vertikal­ komponente H _c der Koerzitivfeldstärke. Der nur angedeutete Magnetkopf soll etwa ringkopfähnliche Gestalt seines den magnetischen Fluß führenden Leitkörpers haben und quasi als sogenannter Einzel-Pol-Kopf schreiben. Gemäß der Ausführungs­ form nach Fig. 1 soll deshalb das durch die Speicherschicht 5 greifende Schreibfeld H _y praktisch nur mit dem in relativer Bewegungsrichtung v bezüglich des Aufzeichnungsmediums gesehen nachlaufenden Magnetschenkel 4 erzeugt werden. Ein entspre­ chender Magnetkopf ist z.B. aus der EP-A-01 66 818 bekannt. In der Figur ist die vertikale Komponente des aus dem Pol P 2 aus­ tretenden Schreibfeldes durch drei nur teilweise ausgeführte Feldlinien H _{y 1} bis H _{y 3} veranschaulicht. Jede dieser Feldlinien stellt dabei eine Linie konstanter Feldstärke in Normalen-(y-)- Richtung dar, wobei gilt: H _{y 1} <H _{y 2} <H _{y 3}. Die y-Richtung eines x-y-Koordinatensystems sei dabei die Normalenrichtung senkrecht zur Oberfläche des Aufzeichnungsmediums, während die x-Richtung die Ausdehnungsrichtung des Magnetkopfes in der relativen Bewe­ gungsrichtung v ist. Wie aus der Figur deutlich ersichtlich ist, nimmt das Feld mit zunehmendem Abstand von der Fläche des Pols P 2 ab; d.h., es wird mit zunehmendem Abstand kleiner. Dann besteht aber die Gefahr, daß in weiter vom Kopf 2 entfernt lie­ genden Zonen der Speicherschicht 5 die Grundvoraussetzung für ein Ummagnetisieren, nämlich daß H _y = const < H _c ist, nicht mehr erfüllt ist. Diese Gefahr besteht insbesondere bei dickeren Speicherschichten in deren von dem Magnetkopf weiter entfernt liegenden Bereichen.

In Fig. 2 sind die entsprechenden Feldverhältnisse für einen Magnetkopf 6 mit Magnetschenkeln 3′ und 4′ angegeben, der mit seinem vorlaufenden Magnetschenkel 3′ quasi als Einzel-Pol-Kopf die Schreibfunktion ausübt. Die beiden Pole sind mit P 1′ und P 2′ bezeichnet. Ein entsprechender Magnetkopf ist z.B. aus der EP-A-02 32 505 zu entnehmen. Auch aus dieser Figur ist er­ sichtlich, daß mit zunehmendem Abstand des aus der Fläche des schreibenden Poles P 1′ austretenden Schreibfeldes dessen vertikale Komponente H _y ′ vom Betrag immer kleiner wird. Das Schreibfeld ist wie gemäß Fig. 1 durch drei angedeutete Feld­ linien H′ _{y 1} bis H′ _{y 3} jeweils konstanter Feldstärke veranschau­ licht, wobei entsprechend gilt: H′ _{y 1} <H′ _{y 2} <H′ _{y 3}. Auch hier besteht dann wie bei dem Magnetkopf nach Fig. 1 die Gefahr, daß bei für eine vertikale Magnetisierung im allgemein gefor­ derten größeren Schichtdicken das von dem Magnetkopf 6 er­ zeugte Schreibfeld nicht mit seiner vertikalen Komponente H _y ′ die von dem Kopf weiter entfernt liegenden Zonen der Speicher­ schicht 5 mit konstanter vertikaler Koerzitivfeldstärke H _c um­ magnetisieren kann, da dann H _y ′ < H _c ist.

Dieser Sachverhalt ist für einen Magnetkopf gemäß Fig. 1 in Fig. 3 verdeutlicht. Dem Magnetkopf 2 sind dabei wiederum drei Feldstärkekurven zugeordnet, deren Vertikalkomponenten H _{y 1} bis H _{y 3} in Abhängigkeit von der Entfernung drei verschiedene kon­ stante Werte haben. Wie aus der Figur ersichtlich ist, magneti­ siert die kleinste Vertikalkomponente H _{y 3} bis zu einer Tiefe d ₃ der Speicherschicht 5 eines bekannten Aufzeichnungsmediums M um. Setzt man diesen Wert H _{y 3} gleich dem Wert der Vertikalkompo­ nente H _c der Koerzitivfeldstärke des für die Speicherschicht 5 gewählten Materials, so wird klar, daß die Speicherschicht 5 nur bis zu der Dicke d ₃ ummagnetisiert werden kann. In ent­ sprechender Weise ist bei einem großen H _c -Wert lediglich mit einem entsprechend großen Feld H _y1 = H _c eine Ummagnetisierung einer Schicht der Dicke d ₁ möglich. D.h. in diesem Fall: In einer Speicherschicht 5 der Dicke d ₀, die homogen aus einem Material der Koerzitivfeldstärke H _c besteht, verbleibt an der dem Magnetkopf 2 abgewandten Unterseite eine Zone 5′ der Dicke d ₀-d ₃, die von dem Schreibfeld des Magnetkopfes nicht umzu­ magnetisieren ist und somit zur Signalerzeugung nicht beitragen kann.

Weiterhin geht aus Fig. 3 hervor, daß ein mit nur einer ver­ hältnismäßig geringen vertikalen Feldstärke H _y3 < H _c geschrie­ bener Übergang relativ breit (in x-Richtung gesehen) ist.

Gemäß der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß die Speicher­ schicht des Aufzeichnungsmediums aus mehreren Zonen mit unter­ schiedlicher Koerzitivfeldstärke aufgebaut ist, wobei die höheren Werte der Koerzitivfeldstärke an der dem Magnetkopf zu­ gewandten Oberseite und die niedrigeren an der Unterseite vor­ gesehen sind. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Speicherschicht ist in dem Schnitt der Fig. 4 schematisch ver­ anschaulicht. Das mit A bezeichnete Aufzeichnungsmedium enthält in seiner Speicherschicht 10 beispielsweise drei schichtartige Zonen 10 a bis 10 c, in denen die Vertikalkomponente der Koerzi­ tivfeldstärke H _c jeweils eine unterschiedliche Größe H _{c 1} bis H _{c 3} haben soll. Dabei soll H _{c 1} <H _{c 2} <H _{c 3} gelten. Es ist vor­ teilhaft, den H _c -Gradienten so einzustellen, daß ein möglichst steiler Übergang geschrieben werden kann. Dies ist in der Fig. 3 durch eine gestrichelte, mit H _y ^s bezeichnete Kurve angedeutet, da in dieser Figur der Bezug zu H _{y 1} bis H _{y 3} deutlicher wird und man deshalb anhand dieser Figur leichter erkennt, daß mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen der Übergang schmäler wird. Der Verlauf der Kurve H _y ^s entspricht dabei dem Verlauf des H _c - Gradienten. Die Beträge der für das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zu wählenden Größen von H _{c 1} bis H _{c 3} hängen natürlich von dem jeweils eingesetzten Magnetkopf ab und können z. B. im Bereich 100 kA/m an der Oberseite 11 der Speicher­ schicht 10 bis 30 kA/m an der Unterseite 12 dieser Schicht schwanken. Diese Unterseite stellt dabei die Grenzfläche zu einer nicht näher ausgeführten, an sich bekannten Träger­ struktur 13 dar. Bei dieser Trägerstruktur kann es sich z.B. um ein plattenförmiges Substrat aus einem speziellen Glas, aus Si- oder einer Al-Legierung handeln. Gegebenenfalls kann sich zwi­ schen einem solchen Substrat und der Speicherschicht 10 auch noch mindestens eine weitere Zwischenschicht 13 a befinden. So sind insbesondere weichmagnetische Zwischenschichten als Unter­ lage für CoCr-Speicherschichten bekannt (vgl. z.B. "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. MAG-15, No. 6, Nov. 1979, Seiten 1456 bis 1458). Solche z.B. aus speziellen NiFe-Legie­ rungen bestehenden Unterlagen werden auch als "Keeper" be­ zeichnet. Eine CoCr-Speicherschicht mit einem derartigen Keeper kann nämlich zu steileren Feldgradienten des Schreib­ feldes H _y , damit auch zu steileren Magnetisierungsübergängen und zu wesentlich höheren Lesespannungen als eine Einfach­ schicht aus CoCr ohne weichmagnetische Unterlage führen. Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmedium A wird also unter einer Trägerstruktur 13 der gesamte Aufbau unterhalb der Speicherschicht 10 mit der CoCr zumindest enthaltenden Legierung verstanden.

Eine Speicherschicht 10 gemäß der Darstellung nach Fig. 4 mit einem H _c -Gradienten läßt sich z.B. durch Änderung der Tempe­ ratur der Trägerstruktur 13 während des Abscheideprozesses der Schicht ausbilden. Aus der Veröffentlichung "IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan", Vol. TJMJ-2, No. 1, Jan. 1987, Seiten 24 bis 34, ist es nämlich bekannt, daß bei einer Schicht­ herstellung z.B. durch Sputtern hohe Substrattemperaturen zu hohen H _c -Werten führen und umgekehrt. Erfindungsgemäß kann somit ein H _c -Gradient dadurch erhalten werden, daß man während des Sputterns die Temperatur der Trägerstruktur erhöht bzw. nachfährt. Im allgemeinen basieren entsprechende Produktions­ verfahren auf dem schnellen und damit wirtschaftlichen Magne­ tron-Sputtern. Hierbei ist gegebenenfalls eine Nachheizung, die vor allem unter Vakuum bzw. Sputterbedingungen mit Drücken von einigen mTorr verhältnismäßig träge verläuft, schwer zu reali­ sieren, zumal Temperaturhübe von 100 bis 200°C zu realisieren sind. Nimmt man deshalb eine Verlangsamung des Prozesses in Kauf, so ergibt sich jedoch eine Verschlechterung der kristallo­ graphischen Struktur bei CoCr-Schichten mit hexagonaler Achse senkrecht zur Schichtebene (vgl. z.B. "J.Appl.Phys.", Vol. 61, No. 8, 15. 4. 1987, Seiten 3503 bis 3508).

Es wurde nun erkannt, daß eine derartige Verschlechterung mit abnehmender Schichtwachstumsgeschwindigkeit bzw., was gleich­ bedeutend ist, mit abnehmender Sputterleistung dann nicht auf­ tritt, wenn eine Cr-Konzentration im Sputtertarget von 20 bis 26 Gew.-%, vorzugsweise 21 bis 24 Gew.-% vorgesehen wird. Be­ sonders vorteilhaft ist es deshalb, wenn mit vorbestimmter, verminderter Sputterleistung ein entsprechendes Sputtertarget verwendet wird und dann die Temperatur der Trägerstruktur mit zunehmender Schichtdicke gemäß dem gewünschten Profil des H _c -Gradienten erhöht wird.

Ferner wurde erkannt, daß in einem Bereich von 1,0 bis 6 W/cm² Sputterleistung, insbesondere in einem Bereich von 1,5 bis 5 W/cm² (bezogen auf die zu beschichtende Trägerstrukturober­ fläche) ein Anstieg des H _c -Wertes um etwa den Faktor 2 zu er­ reichen ist. Gemäß einem weiteren Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmediums startet man deshalb beim Aufsputtern der Speicherschicht mit kleiner Leistung und erhöht während des Schichtaufbaus die Leistung bis auf den genannten Endwert. Dies ist eine besonders einfache und deshalb vorteilhafte Methode. Darüber hinaus ist es gegebenen­ falls auch möglich, diese Methode mit der erwähnten Tempera­ turvariation zu kombinieren.

Durch eine Kombination von Temperatur- und/oder Sputterlei­ stungssteuerung können also Anfangs- und Endwerte sowie der Kurvenverlauf des H _c -Profiles sehr individuell und wirkungsvoll an bestimmte Feldprofile eines vertikal schreibenden Magnet­ kopfes angepaßt werden.

Claims (8)

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium zur senkrechten (vertika­ len) Datenspeicherung mit einer Trägerstruktur, auf deren Flachseite mindestens eine Speicherschicht aus einer CoCr zu­ mindest enthaltenden Legierung mit senkrechter magneto-kri­ stalliner Anisotropie bezüglich der Oberfläche des Mediums und mit vorbestimmter senkrechter Koerzitivfeldstärke aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) einen senkrecht zur Oberfläche des Auf­ zeichnungsmediums (A) zu messenden Gradienten der in diese Richtung weisenden Komponente der Koerzitivfeldstärke (H _{c 1} bis H _{c 3}) aufweist, wobei diese Koerzitivfeldstärkekomponente an der Oberseite (11) der Speicherschicht (10) einen größeren Wert (H _{c 1}) als an deren der Trägerstruktur (13) zugewandten Unter­ seite (12) hat.

2. Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trägerstruktur (13) an ihrer Oberseite eine weichmagnetische Zwischenschicht (13 a) enthält, auf der die Speicherschicht (10) abgeschieden ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungsmediums nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ausbildung des Gradienten der Koerzitiv­ feldstärkekomponente (H _{c 1} bis H _{c 3}) in der Speicherschicht (10) während des Abscheideprozesses der Schicht die Temperatur in der Schicht erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur während des Abscheide­ prozesses um mindestens 100°C erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das CoCr-Material der Speicher­ schicht (10) auf die Trägerstruktur (13) aus einem Target auf­ gesputtert wird, wobei ein Cr-Gehalt des Targets zwischen 20 und 26 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 21 und 24 Gew.-% vorge­ sehen wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Aufzeichnungsmediums nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das CoCr-Material der Speicherschicht (10) auf die Trägerstruktur (13) aufgesputtert wird und daß dabei zur Ausbildung des Gradienten der Koerzitivfeldstärkekomponente (H _{c 1} bis H _{c 3}) die auf die Oberfläche der Schicht bezogene Sputterleistung mit zunehmender Schichtdicke gesteigert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sputterleistung in einem Leistungs­ bereich zwischen 1,0 und 6,0 W/cm², vorzugsweise zwischen 1,5 und 5,0 W/cm² geändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während des Aufsputterns der Schicht (10) die Temperatur der Schicht erhöht wird.