JP2004014013A - 情報記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン（Ｓｉ）基板上にＬ１_０結晶構造を作り、（００１）軸を膜面垂直方向に制御し、さらに、結晶粒径を小さくし、記録された磁区と隣接する磁区との相互作用を小さくする。
【解決手段】表面に酸化膜１２が形成されたシリコン（Ｓｉ）基板１１と、上記シリコン（Ｓｉ）基板１１の酸化膜１２上に鉄（Ｆｅ）を下地層として形成された結晶粒径が４０ｎｍ以下の孤立した鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３にて情報記録媒体１０を構成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度記録及び再生が可能な情報記録媒体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハードディスク装置等に使用される情報記録媒体における記録密度を高めるための技術開発が進められている。記録密度を向上するには、１ビットの記録サイズを小さくする必要がある。例えば、磁気記録媒体において、６４Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２の記録密度を実現するには、直径が約１００ｎｍの磁区を記録し再生する必要があり、また、１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２程度の記録密度を実現するには、直径が約２５ｎｍの磁区を記録し再生する必要がある。しかし、記録ビットサイズを小さくすると、記録情報を保持している磁化状態が、熱エネルギーによって不安定になり、熱揺らぎにより、記録情報が消えてしまうので、安定に記録することができなくなる。
【０００３】
記録ビットサイズを小さくして、情報を安定に記録するためには、磁気異方性の大きな材料を記録膜として用いる必要がある。
【０００４】
磁気異方性の大きな材料として、ＦｅＰｄ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＭｎＡｌ、ＳｍＣｏ_５などが知られている。なかでも鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）合金は、図１２に示すようなＬ１_０構造をとることで６．６〜１０×１０^７（ｅｒｇ／ｃｃ）という高い結晶磁気異方性を持つことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）合金の磁気異方性はＬ１_０構造の（００１）軸方向に異方性軸を持っているが、鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）合金は（１１１）軸方向に成長する膜面の斜め方向に容易軸を持つので、鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）合金による記録膜を形成するには、Ｌ１_０結晶構造を作ることと、（００１）軸を膜面垂直方向に制御することが大切である。さらに、記録された磁区と隣接する磁区との相互作用を小さくするために、結晶粒径を小さくすることも重要である。
【０００６】
従来より、この３つの条件を同時に成立させるために多くの研究開発が進められているが、主に、ＭｇＯ（００１）基板上にＦｅＰｔをエピタキシャル成長させることで、ＦｅＰｔを膜面垂直方向に異方性軸を揃えるなど、ＭｇＯ等の単結晶基板を用いてその結晶構造、異方性軸制御、結晶粒径制御が行われているのが現状である。
【０００７】
しかしながら、実際に磁気ディスクや光磁気ディスクなどにおける記録膜としてＦｅＰｔ合金薄膜を用いるために、ＭｇＯ等の単結晶基板を用いることは、基板の価格、サイズ制限などを考慮すると、現実的ではない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、半導体プロセスなどで広く使用されているシリコン基板を用い、上記３つの条件を同時に成立させてシリコン基板上にＦｅＰｔ合金による情報記録膜を形成した情報記録媒体及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る情報記録媒体は、表面に酸化膜が形成された非磁性基板と、結晶粒径が４０ｎｍ以下の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含み、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層として形成された鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る情報記録媒体は、例えば、上記非磁性基板としてシリコン（Ｓｉ）基板あるいはガラス基板を用い、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を備える。
【００１１】
本発明に係る情報記録媒体の製造方法は、非磁性基板の表面に酸化膜を形成する酸化処理工程と、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）の多層膜を形成する多層膜形成工程と、上記多層膜が形成された非磁性基板に真空中で急速加熱処理を施して、上記多層膜を鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金化する急速加熱処理工程とを有し、上記急速加熱処理により結晶粒径が４０ｎｍ以下の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を上記非磁性基板の酸化膜上に形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る情報記録媒体の製造方法では、例えば、上記多層膜形成工程において、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）からなる多層膜を形成する。
【００１３】
また、本発明に係る情報記録媒体の製造方法では、例えば、非磁性基板としてシリコン（Ｓｉ）基板を用い、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を形成する。
【００１４】
さらに、本発明に係る情報記録媒体の製造方法では、例えば、上記多層膜形成工程において、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）からなる４周期の多層膜を形成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
本発明は、例えば図１に示すような構造の情報記録媒体１０に適用される。
【００１７】
この情報記録媒体１０は、表面に酸化膜１２が形成された非磁性基板１１と、上記非磁性基板１１の酸化膜１２上に鉄（Ｆｅ）を下地層として形成された結晶粒径が４０ｎｍ以下の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３とからなる。具体的には、上記非磁性基板１１としてシリコン（Ｓｉ）基板を用い、その酸化膜１２すなわち酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３が形成されている。
【００１８】
上記情報記録媒体１０は、その製造工程を図２のフローチャートに示してあるように、酸化処理工程Ｐ１、多層膜形成工程Ｐ２及び急速加熱処理工程Ｐ３により製造される。上記非磁性基板１１としてガラス基板等を用いる場合には、上記酸化処理工程Ｐ１は不要である。
【００１９】
酸化処理工程Ｐ１では、酸化処理工程Ｐ１では、図３の（Ａ）に示すように、非磁性基板１１の表面に酸化膜１２を形成する。具体的には、シリコン（Ｓｉ）基板１１の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１２を形成した。
【００２０】
次の多層膜形成工程Ｐ２では、図３の（Ｂ）に示すように、上記非磁性基板１１の酸化膜１２上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）の多層膜１３Ａを形成する。具体的には、シリコン（Ｓｉ）基板１１の表面の酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１２上に下地層として鉄（Ｆｅ）を厚さ２．０２ｎｍスパッタし、その上にプラチナ（Ｐｔ）を厚さ１．７３ｎｍスパッタし、さらに鉄（Ｆｅ）を厚さ２．０２ｎｍスパッタし、その上にプラチナ（Ｐｔ）を厚さ１．７３ｎｍスパッタする処理を繰り返し行うことにより４周期の多層膜１３Ａを形成した。
【００２１】
なお、積層周期Ｘの多層膜１３Ａを形成したシリコン（Ｓｉ）基板１１を（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_ｘ／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板という。
そして、急速加熱処理工程Ｐ３では、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ／Ｓｉ基板１１に真空中で急速加熱処理を施すことにより上記多層膜１３Ａを鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金化して、結晶粒径が４０ｎｍ以下の孤立した鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３を上記非磁性基板１１の酸化膜１２上に形成する。すなわち、熱処理前の多層膜１３Ａは、図４の（Ａ）に示すように、気相冷却効果により不規則ｆｃｃ構造を持ち軟磁気特性を呈するが、熱処理により安定相である規則相ｆｃｔ構造（Ｌ１_０）を形成し、高い保持力を呈する鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３を形成する。この急速加熱処理工程Ｐ３における急速加熱処理では、例えば真空チェンバ内でハロゲンランプによる光を放物面鏡により集光して被加熱部材すなわち上記多層膜１３Ａが形成された非磁性基板１１に照射することにより、１分間で５００°Ｃまで急速加熱して、５００°Ｃで５分間熱処理を施したところ、図４の（Ｂ）に示すように、結晶粒径が４０ｎｍ以下の孤立した鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３を上記非磁性基板１１の酸化膜１２上に形成することができた。
【００２２】
このように（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板１１に対して１分間で５００°Ｃまで急速加熱して、５００°Ｃで５分間熱処理する急速加熱処理を真空中で施すことにより鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜１３を形成した情報記録媒体１０について、室温における垂直方向の磁化特性及び面内方向の磁化特性を測定した結果として得られたヒステリシス特性を図５及び図６に示す。
【００２３】
上記情報記録膜１３は、垂直方向の磁化特性が大きな保持力及び残留磁化を示すヒステリシス特性を有し、垂直記録に好適なものとなっている。
【００２４】
ここで、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を試料として、急速加熱処理の加熱時間に対するＸ線回折パターンの積分強度や規則化度の依存性、昇温速度に対する規則相ｆｃｔ構造の依存性について測定を行った。
【００２５】
急速加熱処理の加熱時間に対するＸ線回折パターンの積分強度（００１）、積分強度（１１１）及び積分強度（００２）の依存性について測定した結果を図７に強度比［（００１）／（１１１）］とともに示す。この図７から明らかなように、急速加熱処理では３分〜１７分の加熱時間で強度比［（００１）／（１１１）］が３０以上となる。
【００２６】
また、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板について、急速加熱処理の加熱時間に対するＸ線回折パターンの積分強度（００１）と規則化度の依存性について測定した結果を図８に示す。この図８から明らかなように、急速加熱処理では１分以上の加熱時間で規則化度が０．６以上に上昇する。
【００２７】
また、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を０．１４°Ｃ／秒（５００°Ｃ／時）と８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の２種類の昇温速度で１５分間加熱した各試料ついて、Ｘ線回折パターンを測定した結果を図９に示す。この図９から明らかなように、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を０．１４°Ｃ／秒（５００°Ｃ／時）の昇温速度で１５分間加熱した試料では、規則相ｆｃｔ（１１１）構造の生成が僅かに見られるに過ぎないが、（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を８．３４°Ｃ／秒（５００°Ｃ／時）の昇温速度で１５分間加熱した試料では、規則相ｆｃｔ（００１）構造及び規則相ｆｃｔ（００２）構造が生成される。
【００２８】
また、積層周期Ｘ＝４、Ｘ＝８、Ｘ＝１２、Ｘ＝１４とした（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_ｘ／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の昇温速度で１５分間加熱した各試料について、Ｘ線回折パターンを測定した結果を図１０に示す。
【００２９】
この図１０から明らかなように、Ｘ＝８やＸ＝１２の試料では、規則相ｆｃｔ（００１）構造及び規則相ｆｃｔ（００２）構造とともに規則相ｆｃｔ（１１１）構造が生成される。また、Ｘ＝１６の試料では、規則相ｆｃｔ（００１）構造及び規則相ｆｃｔ（００２）構造は生成されずに規則相ｆｃｔ（１１１）構造が生成される。
【００３０】
これに対し、Ｘ＝４の試料すなわち４周期の（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板では、急速加熱処理により規則相ｆｃｔ（００１）構造及び規則相ｆｃｔ（００２）構造が多く生成され、特に規則相ｆｃｔ（００１）構造がより多く生成される。
【００３１】
さらに、非磁性基板の酸化膜上に形成する多層膜の下地層をプラチナ（Ｐｔ）としたＰｔ（２．００）／（Ｆｅ（２．０２）／Ｐｔ（１．２３））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板と、下地層を鉄（Ｆｅ）とした（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板に対して８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の昇温速度で１５分間加熱した各試料について、Ｘ線回折パターンの積分強度（００１）、積分強度（１１１）及び積分強度（００２）を測定した結果を図１１に強度比［（００１）／（１１１）］とともに示す。この図１１から明らかなように、下地層を鉄（Ｆｅ）とした（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板では、下地層をプラチナ（Ｐｔ）としたＰｔ（２．００）／（Ｆｅ（２．０２）／Ｐｔ（１．２３））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板と比較して約７倍の強度比［（００１）／（１１１）］が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、非磁性基板の表面に酸化膜を形成し、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）の多層膜を形成し、上記多層膜が形成された非磁性基板に真空中で急速加熱処理を施すことにより、上記多層膜を鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金化して、結晶粒径が４０ｎｍ以下の孤立した鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を上記非磁性基板の酸化膜上に形成することができる。
【００３３】
また、上記非磁性基板としてシリコン（Ｓｉ）基板を用い、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を形成することができる。
【００３４】
さらに、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）からなる４周期の多層膜を形成することにより、規則相ｆｃｔ（００１）構造を多く生成することができる。
【００３５】
したがって、本発明によれば、シリコン（Ｓｉ）基板上にＬ１_０結晶構造を作り、（００１）軸を膜面垂直方向に制御し、さらに、結晶粒径を小さくして記録された磁区と隣接する磁区との相互作用を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した情報記録媒体の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】上記情報記録媒体の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】上記情報記録媒体の製造工程における各処理工程での処理結果を模式的に示す図である。
【図４】熱処理前及び急速加熱処理後の多層膜の表面を拡大して示す図である。
【図５】上記情報記録媒体について、室温における垂直方向の磁化特性を測定した結果として得られたヒステリシス特性を示す図である。
【図６】上記情報記録媒体について、室温における面内方向の磁化特性を測定した結果として得られたヒステリシス特性を示す図である。
【図７】（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板について、急速加熱処理の加熱時間に対する上記多層膜のＸ線回折パターンの積分強度の依存性を測定した結果を示す図である。
【図８】（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板について、急速加熱処理の加熱時間に対するＸ線回折パターンの積分強度と規則化度の依存性を測定した結果を示す図である。
【図９】（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を０．１４°Ｃ／秒（５００°Ｃ／時）と８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の２種類の昇温速度で１５分間加熱した各試料ついて、Ｘ線回折パターンを測定した結果を示す図である。
【図１０】Ｘ＝４、Ｘ＝８、Ｘ＝１２、Ｘ＝１４とした（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_ｘ／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板を８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の昇温速度で１５分間加熱した各試料について、Ｘ線回折パターンを測定した結果を示す図である。
【図１１】多層膜の下地層をプラチナ（Ｐｔ）としたＰｔ（２．００）／（Ｆｅ（２．０２）／Ｐｔ（１．２３））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板と、下地層を鉄（Ｆｅ）とした（Ｐｔ（１．７３）／Ｆｅ（２．０２））_４／ＳｉＯ_２／Ｓｉ基板に対して８．３°Ｃ／秒（５００°Ｃ／分）の昇温速度で１５分間加熱した各試料について、Ｘ線回折パターンの積分強度を測定した結果を示す図である。
【図１２】鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）合金のＬ１_０構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０　情報記録媒体、１２　酸化膜、１１　非磁性基板、１３　情報記録膜

Claims (6)

1. 表面に酸化膜が形成された非磁性基板と、
   結晶粒径が４０ｎｍ以下の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含み、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層として形成された鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜と
   からなることを特徴とする情報記録媒体。
2. 上記非磁性基板としてシリコン（Ｓｉ）基板あるいはガラス基板を用い、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を備えることを特徴とする請求項１記載の情報記録媒体。
3. 非磁性基板の表面に酸化膜を形成する酸化処理工程と、
   上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）の多層膜を形成する多層膜形成工程と、
   上記多層膜が形成された非磁性基板に真空中で急速加熱処理を施して、上記多層膜を鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金化する急速加熱処理工程とを有し、
   上記急速加熱処理により結晶粒径が４０ｎｍ以下の鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金粒子を含む鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を上記非磁性基板の酸化膜上に形成することを特徴とする情報記録媒体の製造方法。
4. 上記多層膜形成工程において、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）からなる多層膜を形成することを特徴とする請求項３記載の情報記録媒体の製造方法。
5. 非磁性基板としてシリコン（Ｓｉ）基板を用い、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）表面上に鉄プラチナ（ＦｅＰｔ）規則合金による情報記録膜を形成することを特徴とする請求項３記載の情報記録媒体の製造方法。
6. 上記多層膜形成工程において、上記非磁性基板の酸化膜上に鉄（Ｆｅ）を下地層とした鉄（Ｆｅ）とプラチナ（Ｐｔ）からなる４周期の多層膜を形成することを特徴とする請求項５記載の情報記録媒体の製造方法。

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