JP2005038495A - Perpendicular magnetic recording medium and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気記録媒体およびその製造方法に関し、より詳細には、高記録密度で記録再生特性に優れる垂直磁気記録媒体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のパーソナル・コンピュータやワークステーションには、記憶装置として、大容量で小型の磁気記録装置が搭載されるようになってきている。このような背景から、磁気ディスクにはさらなる高記録密度化が要求されている。
現在実用化されている磁気記録方式は、磁化容易軸が磁気記録媒体面に平行となる「面内(長手)磁気記録方式」である。この面内磁気記録方式において記録密度を向上させるためには、記録媒体が備える磁性膜の残留磁化(Br)と磁性層膜厚(t)との積を小さくする必要があることに加え、保磁力(Hc)も増大させる必要がある。このため、磁性膜の膜厚を薄くして結晶粒径を制御するための試みがなされている。
【0003】
しかしながら、面内磁気記録方式においては、ビット長の短縮化に伴って反磁界が増加し残留磁束密度が減少するために再生出力が低下するという問題があり、さらに、結晶粒の微細化や磁性膜の薄膜化に伴って顕在化してくる「熱揺らぎ問題」もある。このような理由から、現在では、面内磁気記録方式によって磁気ディスクをさらに高密度化することは技術的に困難であると予想されている。
一方、これらの問題を解決しつつ面記録密度を向上させるために「垂直磁気記録方式」が検討されている。垂直磁気記録方式では、磁性膜の磁化容易軸が基板面に対し垂直方向に配向するように磁気記録媒体を設計するため、磁化遷移領域において隣接する磁化同士が相互に向き合うことがなく、ビット長が短くなっても磁化が安定で、かつ、磁束の減少もなく、高密度磁気記録媒体の磁気記録方法として適している。
【0004】
このような利点の反面、垂直磁気記録媒体には、磁性層中の磁性粒間の領域への非磁性物質の偏析が充分に行なわれず、その結果、磁性粒間の磁気的相互作用が大きくなり、媒体ノイズが高くなり易いという問題がある。したがって、非磁性物質の粒界偏析を促進可能な材料制御技術を開発することにより、媒体ノイズを低減させ、SN比を向上させた上で高密度記録化を達成することが求められている。
このための公知の垂直磁気記録媒体の構成としては、例えば、アルミやガラス等の非磁性基板上に軟磁性の裏打ち層を形成し、その上に磁性層を垂直に配向させるための下地層を形成し、さらに、その上に垂直磁気記録層と保護層を形成するという「2層垂直磁気記録媒体」が知られており(例えば、特許文献1参照)、この垂直磁気記録層として、Co‐Cr、Co‐Cr‐Ta、Co‐Cr‐PtなどのCo基合金からなる垂直磁化膜、Pt/CoやPd/Coなどの多層積層垂直磁化膜、Tb‐CoやTb‐Fe‐Coなどの非晶質垂直磁化膜、などの多くの膜構成が検討されており、なかでも、Pt/CoやPd/Coなどの多層積層垂直磁化膜は垂直磁気異方性が大きく、熱安定性が高く、保磁力が大きく、さらに、角型比も容易に1.0近傍の値が得られることなどの理由により、将来の高記録密度媒体として盛んに研究されている(例えば、特許文献2および3参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−203306号公報
【特許文献2】
特開2002−025032号公報
【特許文献3】
特開2001−155329号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の多層膜構成の垂直磁気記録媒体の媒体ノイズ低減のレベルは未だ不充分であり、媒体ノイズをより低いものとすることで更なる記録再生特性の向上を図る必要がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、媒体ノイズの低減を図り、高記録密度で記録再生特性に優れる垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、非磁性の基板上に磁性層を備えている垂直磁気記録媒体であって、前記磁性層は、第1の磁性層であるCo層と第2の磁性層であるPt層またはPd層とを交互に多層積層して構成され、当該第1の磁性層または第2の磁性層の少なくとも一方の磁性層には、Ru、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Si、Niのうちの少なくとも1種類の元素または酸化物が添加されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の垂直磁気記録媒体において、前記添加の量は、1〜15mol%の濃度範囲にあることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第2の磁性層はPt層であり、前記第1および第2の磁性層中にはともにSi酸化物が添加され、前記第1の磁性層であるCo層中のSi酸化物添加量が5〜11mol%、前記第2の磁性層であるPt層中のSi酸化物添加量が1〜8mol%であることを特徴とする。
【0008】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の垂直磁気記録媒体において、前記第1の磁性層および第2の磁性層の各々は、0.2〜0.8nmおよび0.05〜1.2nmの厚みを有していることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の垂直磁気記録媒体において、前記磁性層と前記基板との間に下地層を備え、前記磁性層は当該下地層の直上に設けられていることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の垂直磁気記録媒体において、前記下地層は、Pt膜、Pd膜またはRu膜もしくはPt/Pd積層膜の何れかであることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の垂直磁気記録媒体において、前記下地層の厚みは、1〜20nmであることを特徴とする。
【0009】
請求項8に記載の発明は、請求項5乃至7の何れかに記載の垂直磁気記録媒体において、前記基板と前記下地層との間に当該下地層の結晶配向を制御するための配向制御層を備えていることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の垂直磁気記録媒体において、前記配向制御層は、第1の配向制御層と第2の配向制御層とを積層して構成されており、当該第2の配向制御層の組成が、前記下地層をc軸結晶配向するように設定されていることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第1の配向制御層はTa層であり、前記第2の配向制御層はNiFeCr層、NiFeNbB層またはNiFeSi層のうちの何れかであることを特徴とする。
【0010】
請求項11に記載の発明は、請求項9または10に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第1の配向制御層の厚みは1〜10nm、前記第2の配向制御層の厚みは5〜20nmの範囲に設定されていることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項9乃至11の何れかに記載の垂直磁気記録媒体において、前記非磁性基板と前記第1の配向制御層との間に、軟磁性の裏打ち層が設けられていることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の垂直磁気記録媒体において、前記裏打ち層は、CoZrNbまたはCoZrTa合金組成を有し、50〜400nmの膜厚であることを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、垂直磁気記録媒体の製造方法であって、非磁性の基板上に、第1の磁性層であるCo層と第2の磁性層であるPt層またはPd層を交互に多層積層して磁性層を成膜するステップを備え、当該磁性層の成膜は、Ru、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Si、Niのうちの少なくとも1種類の元素または酸化物が1〜15mol%の濃度範囲で添加されているターゲットを用いてスパッタ法により実行されることを特徴とする。
【0011】
請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、前記磁性層成膜のステップは、酸素ガスを質量流量比0.05〜0.5%の濃度範囲で添加したスパッタガスを用いて実行されることを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項14または15に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、前記磁性層成膜に先立ち、前記基板上にPt膜、Pd膜またはRu膜もしくはPt/Pd積層膜のうちの何れかの下地層をスパッタ成膜するステップを備えていることを特徴とする。
請求項17に記載の発明は、請求項16に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、前記磁性層のスパッタ成膜および前記下地層のスパッタ成膜を、Kr,Xe,KrとArの混合ガスまたはXeとArの混合ガスのうちのいずれかのガスをスパッタガスとして用いて行うことを特徴とする。
【0012】
請求項18に記載の発明は、請求項16に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、前記下地層の成膜後、前記磁性層の成膜前に、前記下地層の表面を、質量流量比1〜10%の酸素を混合したガス圧0.1〜10PaのArガス中に1〜20秒間曝して前記下地層の表面に酸素を吸着させるステップを備えていることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の垂直磁気記録媒体の基本的な構成例を説明するための概念図で、Alやガラスなどの非磁性の基板1上に、裏打ち層2と配向制御層(3および4)と下地層5と垂直配向した磁性層6とが順次積層され、磁性層6の上には保護層7が設けられている。
本発明の垂直磁気記録媒体の基本的特徴は、磁性層6をCo層とPt層とを多層に積層させた多層積層膜で基本構成し、かつ、これらCo層とPt層の双方もしくは何れか一方にSiなどの元素の酸化物を添加し、かかる構成の磁性層6を、磁性層6を構成する磁性粒相互間の磁気的相互作用を小さくするために設けられた下地層5上に形成するようにした点である。ここで、下地層5は好ましくは、Pt膜、Ru膜、Pd膜、Pt/Pd積層膜などで構成される。また、磁性層6に添加される酸化物の組成は好ましくは化学量論比を満足するものとされ、例えばSi酸化物を添加する場合にはSiOx(0<x≦2)の組成を有するが好ましくはSiO2である。図1に示されている裏打ち層2と配向制御層(3および4)は、垂直磁気記録媒体の特性向上のために下地層5と基板1との間に付加することが好ましい層であり、これらの層を備えない構成の垂直磁気記録媒体とすることも可能である。
【0014】
より具体的に説明すると、下地層5はPtやRuなどの膜からなり、その厚さは例えば1〜20nmの範囲とされる。なお、下地層5の表面に酸素吸着処理を施した後に磁性層6を形成することとすると、磁性層6の磁気特性を更に高めることが可能となる。すなわち、下地層5の表面に酸素吸着させると、この下地層5の上に形成される磁性層6の磁性粒間の磁気的相互作用が抑制され、Hc付近での磁化曲線の傾きが緩やかとなり、記録再生が容易化するという利点がある。
磁性層6は、Co/Ptの多層積層膜で基本構成されており、この多層積層膜を構成する第1の磁性層6aであるCo層と第2の磁性層6bであるPt層の双方には、Si酸化物(SiOx)が添加されて、Co−SiO2/Pt−SiO2などの組成を有する多層積層膜とされる。Si酸化物は1〜15mol%の濃度範囲で添加されることが好ましく、例えば、Co層へのSi酸化物添加量を5〜11mol%、Pt層へのSi酸化物添加量を1〜8mol%とする。
【0015】
なお、上記説明ではCo層とPt層の双方にSi酸化物を添加することとしたが、既に説明したように、Co層またはPt層の何れかにのみSi酸化物を添加するようにしてもよい。また、磁性層6をCo/Ptの多層積層膜で構成するかわりにCo/Pdの多層積層膜で構成するようにしてもよい。Co/Pd多層積層構成とする場合も、Co層とPd層の双方にSi酸化物を添加してもよく、Co層またはPd層の何れかにのみSi酸化物を添加するようにしてもよい。さらに、Si酸化物にかえて(あるいはSi酸化物とともに)、Ru、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Niのうちの少なくとも1つの元素または酸化物を添加するようにしてもよい。
本発明の垂直磁気記録媒体において、表面に酸素吸着させた下地層5を設けるのは、この下地層5上に形成される磁性層6の保磁力(Hc)付近の磁化曲線の傾きを制御するためであり、磁性層6にCo/Ptの多層積層膜を用いるのは、Co‐Cr合金などの磁性層に比較してHcが大きく角形比が容易に1となり、界面磁気異方性を利用して大きな結晶磁気異方性が得られるからである。また、これらの多層積層膜を構成するCo層とPt層の双方もしくは一方にSi酸化物を添加するのは、媒体のHcの更なる向上と記録再生特性を向上させるためである。すなわち、Si酸化物を添加することでCo層および/またはPt層を構成する磁性粒間に非磁性のSi酸化物を偏析させて個々の磁性粒の微細化・孤立化を図っている。このようにすることで、Si酸化物を添加しないCo/Ptなどの磁性層に比べてHcを大きくすることができ、高記録密度化を可能としている。
【0016】
磁性層6を構成する各層の厚みは、目的とする磁気特性に応じて変更可能であるが、例えば、Co層の膜厚は0.2〜0.8nm、Pt層の膜厚は0.05〜1.2nmであり、好ましくは、Co層の膜厚を0.2〜0.5nm、Pt層の膜厚を0.05〜0.25nmの範囲に設定する。なお、この磁性層6はAr、Kr、Xeまたはこれらの混合ガスなどをスパッタガスとして用いてスパッタリング法で成膜される。スパッタガスは、酸素ガスを質量流量比0.05〜0.5%の範囲で添加するようにしてもよい。
配向制御層(3および4)は、下地層5の結晶配向性(c軸配向性)を高めるために設けられるもので、好ましくは、第1の配向制御層3であるTa層と第2の配向制御層4であるNiFeCr層とを積層させた2層構造として構成される。なお、第2の配向制御層はNiFeNbB層やNiFeSi層であってもよい。下地層5のc軸配向性を高めることで、この下地層5の上に設けられる磁性層6の結晶配向性も向上し磁気特性を更に高めることが可能となる。例えば、Ta層とNiFeCr層の2層構造として構成する場合には、Ta層およびNiFeCr層の膜厚は各々、1〜10nmおよび5〜20nmとすることが好ましく、NiFeCr層の組成をNiが50〜70at%、Feが10〜20at%、Crが20〜30at%の範囲として下地層5であるRu膜などの結晶性と配向性とを低下させないように適正に設定される。
【0017】
裏打ち層2は、記録ヘッドでの書き込み能力を増大させるために設けられるもので、例えば、50〜400nmの厚みの軟磁性膜であり、その組成は例えばCoZrNbやCoZrTaの組成とすることができる。
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
(実施例1)
本実施例では、基板1をガラス基板、裏打ち層2をCoZrNb膜、下地層5をPt膜、保護層7をカーボン膜とし、磁性層6を、CoNi−SiO2組成の第1の磁性層6aであるCo層とPt組成の第2の磁性層6bであるPt層6bとを多層積層して構成した例について説明する。
この垂直磁気記録媒体の製造方法は以下のとおりである。基板1は厚み1mmで直径3.5インチのガラス基板であるが、その径や厚さは本質的ではなく、基板1としてNi−Pメッキされ適切なテクスチャーが形成されたAl基板などでもよい。
【0018】
基板1を充分に洗浄したのちに、CoZrNb膜を成膜して裏打ち層2をスパッタリング法により形成する。本実施例で用いたスパッタターゲットは、87at%Co‐5at%Zr‐8at%Nb組成である。スパッタガスとしてはArガスを用い、Arガス圧約1Paで室温にて約200nmの厚さに成膜した。なお、CoZrNb膜は、室温成膜した非晶質状態でも充分な軟磁気特性を有する。
このCoZrNb膜の上に連続して、Ptの下地層5をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Ptである。Krガスに質量流量比4%のArガスと質量流量比0.2%のO2ガスを混合した混合ガスでスパッタを行い、膜厚約10nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約5Paである。
【0019】
次に、このPtの下地層5の上に、CoNi−SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層6をスパッタリングにより形成する。用いたターゲット組成は、Co層については95at%Co−5at%Ni組成の合金に10mol%のSiO2を添加したものであり、Pt層については純Ptである。これら2つのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転することで、CoNi−SiO2層とPt層とを交互に積層させる。具体的には、KrまたはXeガスに質量流量比4%のArガスと質量流量比0.2%のO2ガスを混合した混合ガスでスパッタを行い、膜厚はCoNi−SiO2層が0.45nm、Pt層が0.4nmである。成膜されるCoNi−SiO2層の組成は、用いたターゲットの組成を反映して、90mol%(95at%Co−5at%Ni)−10mol%SiO2となる。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。
【0020】
最後に、磁性層6の最表面に保護層7としてカーボン膜をスパッタリング法により形成する。ターゲットをカーボン、スパッタガスをArガスとし、膜厚約7nmで成膜した。なお、成膜温度は室温、Arガス圧は約1Paである。
図2〜4は、磁性層6の成膜時のスパッタガスが磁性層6の特性に与える影響を調べた結果を説明するための図で、図2は、純Co層(すなわち、NiおよびSiO2は添加していない)と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた膜の、Pt層膜厚と保磁力との関係を示す図で、この図において、縦軸が保磁力Hc、横軸がPt膜厚である。
Arガスを用いてスパッタ成膜するとPt膜厚0.2nmのときに最大保磁力約4000Oeを示すが、Krガスを用いるとPt膜厚0.75nmで最大保磁力約4800Oeが得られ、Xeガスを用いるとPt膜厚1.0nmで最大保磁力約6000Oeが得られる。このように、スパッタガスの種類により最大保磁力を与えるPt膜厚が異なり、スパッタガスとしてKrやXeを用いることとすれば、Arガスを用いる場合よりも高い保磁力を有する垂直磁気記録媒体が作製可能であることが分る。
【0021】
図3は、純Co層と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた磁性層6を備えた媒体の、磁化曲線のHc付近の傾き(α)のPt層膜厚依存性を説明するための図で、この図において、縦軸が傾きα、横軸がPt膜厚である。磁化曲線の傾きαは、磁性層6を構成する磁性粒相互間の磁気的な相互作用の大きさを示す指標であり、この値が小さい方が好ましいとされる。
Arガスでスパッタ成膜したものはα値が3以上であるのに対して、KrやXeガスを用いてスパッタ成膜するとα値は略1となり、磁性粒間の磁気的相互作用が低減されているのがわかる。すなわち、KrやXeガスを用いて磁性層6をスパッタ成膜すると、磁性粒相互間の磁気的相互作用を抑制することができ、その結果、媒体ノイズが低減されることを意味している。
【0022】
図4は、純Co層と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた膜の、保磁力Hcのスパッタガス圧依存性を説明するための図で、この図において、縦軸が保磁力、横軸がガス圧である。これらのCo層とPt層の各厚みは、各ガス種の最大保磁力が得られる膜厚の近傍とし、具体的には、Arの場合はCo層を0.44nm、Pt層を0.26nmとし、Xeの場合はCo層を0.43nm、Pt層を0.87nmとし、Krの場合はCo層を0.44nm、Pt層を0.72nmの膜厚とした。
Arガスの場合は、10Paまでの圧力範囲ではガス圧が高いほどHcも高くなる。これに対して、Krガスの場合は最大保磁力を示す圧力が6.5Paとなり、Xeガスでは5Paのガス圧で最大保磁力が得られる。また、KrガスとXeガスの場合には、最大保磁力そのものの値もArガスの場合よりも高くなることがわかる。
【0023】
表1は、Ar、Kr、Xeの各スパッタガスを用いて成膜した磁性層6を備える垂直磁気記録媒体の結晶磁気異方性を評価した結果を纏めたものである。結晶磁気異方性定数(Ku)が大きいほどその媒体は熱安定性が高く優れたものとなる。
【0024】
【表1】
【0025】
この表に示すように、Arガスに比較して、KrガスやXeガスを用いてスパッタ成膜した磁性層6を備える媒体は高い結晶磁気異方性を示すことがわかる。
表2は、磁気力顕微鏡(MFM)を用いて測定した、各媒体の磁性層6の磁気クラスタサイズを纏めた結果であり、磁気クラスタサイズが小さいほど高記録密度に有利になる。
【0026】
【表2】
【0027】
この表から分るように、Arガスに比べてKrガスやXeガスをスパッタガスとして用いることで磁気クラスタサイズを小さくすることができ、記録密度の向上に有利である。すなわち、磁性層6の成膜に際しては、KrガスやXeガスをスパッタガスとして用いることにより、垂直磁気記録媒体の磁気特性の向上を図ることが可能となる。
以上説明した結果をもとに、スパッタガスとしてKrガスを選び、Co層に上述した種々の元素を添加させて記録再生特性の向上を図ることとした。
図5は、磁性層6の成膜時のスパッタガス中に酸素ガスを添加する効果を説明するための図で、磁性層を構成するCo層に、Ni、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Siの各元素を添加するとともに、スパッタガスであるKrガスに質量流量比0〜0.2%の酸素ガスを添加してスパッタを行って作製した垂直磁気記録媒体の保磁力の酸素添加量依存性で、この図において、縦軸が保磁力、横軸が酸素添加量である。
【0028】
保磁力の酸素添加量依存性は添加元素の種類によって異なるものの、酸素添加により保磁力が向上することが確認される。これは、添加元素が雰囲気中の酸素により酸化されて酸化物を形成してCo粒子間に析出する結果、Co粒子相互間の磁気的相互作用が低減されたものと考えられ、この事実は後述する記録再生特性の向上にも寄与し得るものである。
図6は、Co層に5at%Niを添加した層(95at%Co−5at%Ni層)をPt層と多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体A)、および、95at%Co−5at%Ni層にSiO2を10mol%添加した層(90mol%(95at%Co−5at%Ni)−10mol%SiO2)をPt層と多層積層した磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体B)の記録再生特性(SN特性)を説明するための図で、この図の縦軸はSN比(SNR)、横軸は線記録密度である。また、比較のため、純Co層とPt層を多層積層した磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体C)の記録再生特性(SN特性)も同時に示している。なお、これらの媒体の磁性層はすべて、Krガスに質量流量比0.2%の酸素ガスを添加してスパッタ成膜したものであり、記録再生特性の評価は面内媒体用のリングヘッドを用いて実行した。
【0029】
媒体Cでは400kFCI程度の記録密度までしか記録再生できないが、媒体Aでは媒体Cに比べて200kFCI以上の領域でSNRが顕著に向上しており、550kFCIまでは充分に記録再生が行えることが確認された。また、媒体Bでは媒体AよりもさらにSNRが改善されている。このように、Co層にNiやSiO2などの金属や酸化物を添加することで記録再生特性が向上し、記録密度の向上に効果的であることが確認された。
(実施例2)
本実施例では、磁性層6をCoRu/Pt多層積層構造とし、裏打ち層2としてCoZrNb膜を用いた垂直磁気記録媒体を作製した。
この垂直磁気記録媒体の製造方法は以下のとおりである。基板1は厚み1mmで直径3.5インチのガラス基板としたが、その径や厚さは本質的ではなく、基板1としてNi−Pメッキされ適切なテクスチャーが形成されたAl基板などでもよい。
【0030】
基板1を充分に洗浄したのちに、CoZrNb膜を成膜して裏打ち層2をスパッタリング法により形成する。本実施例で用いたスパッタターゲットは、87at%Co−5at%Zr−8at%Nbの組成である。スパッタガスとしてArガスを用い、Arガス圧約1Paで室温にて約200nmの厚さに成膜した。なお、CoZrNb膜は、室温成膜した非晶質状態でも充分な軟磁気特性を有する。
このCoZrNb膜の上に連続して、Ptの下地層5をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Ptである。Krガスに質量流量比4%のArガスおよび質量流量比0.2%のO2ガスを混合させた混合ガスでスパッタを行い、膜厚約10nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約5Paである。
【0031】
次に、このPtの下地層5の上に、CoRu/Pt多層積層膜からなる磁性層6をスパッタリングにより形成する。用いたターゲット組成は、Co層について95at%Co−5at%Ru、Pt層について純Ptであり、これらのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転することでCoRu層とPt層とを交互に積層させる。Krガスに質量流量比4%のArガスと質量流量比0.2%のO2ガスを混合した混合ガスでスパッタを行い、膜厚はCoRu層が0.45nm、Pt層が0.8nmである。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。
最後に、磁性層6の最表面に保護層7としてカーボン膜をスパッタリング法により形成する。ターゲットをカーボン、スパッタガスをArガスとし、膜厚約7nmで成膜した。なお、成膜温度は室温、Arガス圧は約1Paである。
【0032】
図7は、Co層に5at%のRuを添加した層(95at%Co−5at%Ru層)をPt層と多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体D)、および、95at%Co−5at%Ru層にO2を0.2mol%添加した層(99.8mol%(95at%Co−5at%Ru)−0.2mol%O2)層)をPt層と多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体E)の記録再生特性(SN特性)を説明するための図で、この図の縦軸はSNR、横軸は線記録密度である。また、比較のため、純Co層とPt層を多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(媒体F)の記録再生特性(SN特性)も同時に示している。なお、これらの媒体の磁性層はすべて、Krガスに質量流量比0〜0.2%の酸素ガスを添加してスパッタ成膜したものであり、記録再生特性の評価は面内媒体用のリングヘッドを用いて実行した。
【0033】
媒体Fでは500kFCI程度の記録密度までしか記録再生できていないが、媒体Dでは媒体Fに比べてSNRが向上しており、500kFCIまでは充分に記録再生が行えることが確認された。また、媒体Eでは媒体DよりもさらにSNRが改善されている。
このように、Co層にRuを添加すること、または、同時にO2を添加することで記録再生特性が向上し、記録密度の向上に効果的であることが確認された。
(実施例3)
本実施例の垂直磁気記録媒体は、図1に示したとおり、Alなどの非磁性の基板1上に、軟磁性の裏打ち層2と、第1の配向制御層3と、第2の配向制御層4と、下地層5と、多層積層構造の磁性層6と、カーボンの保護層7とが順次積層されて構成されている。
【0034】
磁性層6として第1の磁性層6aであるCo‐SiO2層と第2の磁性層6bであるPt層とを交互に多層積層されたCo‐SiO2/Ptを用いることとし、CoにSiO2を添加することでCo粒子間に非磁性のSiO2を偏析させてCo粒子の微細化・孤立化を図っている。このCo‐SiO2層中のSiO2添加量は、好ましくは2〜15mol%、更に好ましくは5〜11mol%と設定される。
また、下地層5として、表面に酸素吸着させたRu下地層を用いることにより、Hc付近での磁化曲線の傾きを緩やかにして垂直磁性層の粒子間の磁気的相互作用を小さくし、記録再生を容易化している。
さらに、Ruの下地層5の結晶をc軸配向させて保磁力を向上させることを目的として、結晶配向制御用に第1の配向制御層3としてTa層、第2の配向制御層4としてNiFeCr層を用いる。この場合のNiFeCr層の組成は、NiFeCr層上に設けられるRuの下地層5の結晶性向上と結晶配向制御性を低下させない範囲で適宜選択され、例えば、50〜70at%Ni−10〜20at%Fe−20〜30at%Crの範囲で設定される。
【0035】
また、各層の厚みは、好ましくは、第1の配向制御層3の膜厚は1〜10nm、第2の配向制御層4の膜厚は5〜15nm、下地層5の膜厚は10〜20nm、Co‐SiO2層の膜厚は0.2〜0.8nm、そして、Pt層の膜厚は0.1〜1nmの範囲で設定される。
これらの層に加え、非磁性の基板1と第1の配向制御層3との間に軟磁性のCoZrTaの裏打ち層2を膜厚50〜400nmの範囲で設けることで記録ヘッドでの書込能力を増大させることを可能としている。
以下に、上記構成の垂直磁気記録媒体の製造方法について説明する。用いる非磁性の基板は3.5インチ径の厚み1mmのAl基板であるがその径や厚さは本質的ではなく、基板としてガラス基板を用いてもよい。
【0036】
基板を充分に洗浄したのちに、軟磁性のCoZrTaをスパッタ成膜して裏打ち層とする。ここで用いたターゲットは92at%Co‐5at%Zr‐3at%Taの組成である。スパッタガスとしてArガスを用い、約1Paのガス圧下で室温にて約200nmの厚さに成膜した。なお、CoZrTaは室温成膜した非晶質状態でも充分な軟磁気特性を有する。
このCoZrTa膜の上に、連続して、Taの第1の配向制御層3をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Taである。Arガスでスパッタを行い膜厚約5nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。
このTa膜の上に、連続して、NiFeCrの第2の配向制御層4をスパッタ成膜する。用いたターゲットの組成は60at%Ni−15at%Fe−25at%Crである。Arガスでスパッタを行い膜厚約10nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。
【0037】
このNiFeCr膜の上に、下地層5であるRu膜をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Ruである。Arガスでスパッタを行い膜厚約20nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約4Paである。このようにして成膜したRu下地層の表面を、0.1〜10Paの圧力下でArガスに質量流量比1〜10%のO2ガスを混合させた雰囲気中に1〜20秒程度曝してRu表面に適度な量の酸素を吸着させた。
次に、このRuの下地層5の上に、Co−SiO2/Pt多層積層膜からなる垂直配向した磁性層6をスパッタリングにより形成する。用いたターゲットは、Coに9mol%のSiO2を添加させた組成(91mol%Co−9mol%SiO2)のターゲット、および、純Ptである。これらの2つのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転させることで、Co−SiO2層とPt層とを交互に積層させる。なお、成膜されたCo−SiO2層の組成は、用いたターゲットの組成を反映して91mol%Co−9mol%SiO2である。Arガスでスパッタを行い、膜厚はCo−SiO2層が0.3nm、Pt層が0.1nmである。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。
【0038】
最後に、磁性層6の最表面に保護層7として窒素ドープのカーボン(C:N)膜をスパッタリング法により膜厚約7nmで成膜した。なお、成膜温度は室温、Arガス圧は約1Paである。
図8は、本発明の垂直磁気記録媒体が備える結晶配向制御層の効果を説明するための図で、第1および第2の配向制御層であるTa層およびNiFeCr層を順次成膜した上にRuの下地層5を成膜し、さらにCo−SiO2/Pt多層積層構造の磁性層6を成膜した試料から得られたX線回折パターンである。この図から、Ruの下地層5からは(002)面からのみの回折が認められ、配向制御層(3および4)がRuの下地層5をc軸配向させるのに有効に作用していることが分る。
【0039】
図9は、Ruの下地層5表面に酸素を吸着させる効果を説明するための図で、上述した方法で作製された本発明の垂直磁気記録媒体・BR>ゥら得られた磁化曲線である。横軸の単位はOe、縦軸の単位はemuである。この図において、保磁力Hc付近の磁化曲線の傾きは小さく、磁性層を構成する磁性粒間の磁気的相互作用が小さくなっていることを示している。すなわち、Ru下地層5の表面に酸素を吸着させることにより、記録再生が容易化されるという効果を奏する。
表3は、本実施例のCo‐SiO2/Pt磁性層を備える媒体の保磁力(Hc)、角形比(S)、飽和磁化(Ms)、逆磁区核形成磁界(Hn)、磁化曲線の傾き(α)を、Coにボロン(B)を添加したCo−B層とPt層を積層したCo−B/Pt磁性層(従来品)を備える媒体の保磁力と比較した結果を纏めたものである。なお、Co−B/Pt磁性層の下地層としてはPt層を用いた。
【0040】
【表3】
【0041】
Co‐SiO2/Pt磁性層の保磁力は、Co−B/Pt磁性層の保磁力に比較して1000Oe以上高く、また、磁化曲線の傾き(α)も8.5から1.8へと大きく低下している。すなわち、Ru下地層5の上にCo‐SiO2層とPt層とを交互に多層積層させることで、高い保磁力と緩やかな磁化曲線の傾きとを同時に可能とする垂直磁気記録媒体を得ることができる。
表4は、これらの2つの垂直磁気記録媒体の結晶磁気異方性を評価した結果を纏めたもので、結晶磁気異方性定数(Ku)が大きいほど媒体の熱安定性が高いことを意味する。
【0042】
【表4】
【0043】
この表から分るように、Co‐SiO2/Pt磁性層のKuは、Co−B/Pt磁性層のKuに比較して僅かながらではあるが高く、熱安定性が向上していることが分る。このように、本発明の垂直磁気記録媒体は、従来の垂直磁気記録媒体に比較して優れた磁気特性を示すことが理解できる。
図10は、従来品と上記本発明品の各々の記録再生特性である再生出力を説明するための図で、このグラフの横軸は線記録密度であり、縦軸はTAA(Track Average Amplitude)である。この評価には、面内媒体用のリングヘッドを用いている。Pt下地層の上にCo−B層とPt層とを積層させた従来品では、400kFCI程度の記録密度までしか再生できていないのに対して、Ru下地層の上にCo−SiO2層とPt層とを積層させた磁性層を備える媒体では、540kFCI以上でも再生信号が検出されており、高い線記録密度まで再生可能なことが分る。
【0044】
図11は、従来品と上記本発明品の記録再生特性である媒体ノイズを説明するための図で、このグラフの横軸は線記録密度であり、縦軸はノイズである。この評価にも面内媒体用のリングヘッドを用いている。Pt下地層の上にCo−B層とPt層とを積層させた従来品では、200kFCI以上になるとノイズ出力が低下しており、充分な記録再生が行われていないことを示しておりノイズ自体も大きい。これに対して、Ru下地層の上にCo−SiO2層とPt層とを積層させた本発明品では、すべての線記録密度で従来品より低ノイズであることに加え、540kFCIまでノイズの増加が確認できており充分な記録再生特性が得られている。
図12は、従来品と上記本発明品の記録再生特性であるSNRを説明するための図で、このグラフの横軸は線記録密度であり、縦軸はSNRである。この評価にも面内媒体用のリングヘッドを用いている。Co−B層とPt層とを積層させた従来品に比較して、Co−SiO2層とPt層とを積層させた本発明品では、すべての線記録密度で圧倒的に高いSNRを示し540kFCIまで記録再生が充分に行われている。
【0045】
このように、本発明の垂直磁気記録媒体の構成は記録再生特性の向上に効果的であり、記録密度の向上にも寄与することが分る。
(実施例4)
本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板1としてAl基板を用い、この上にCoZrNb軟磁性の裏打ち層2と2層構造の配向制御層(3および4)とRuの下地層5を順次積層し、さらに、Co‐SiO2層とPt層とを多数積層させた磁性層6が設けられている。なお、本実施例の配向制御層は第1の層としてTa層3を用い、第2の層としてはNiFeNbB層4を用いている。また、ここで用いたAl基板は3.5インチ径で厚みが1mmであるが、その径や厚さは本質的ではなく、Al基板にかえてガラス基板を用いてもよい。
【0046】
以下にこの垂直磁気記録媒体の製造プロセスについて説明する。
基板を充分に洗浄したのちに、軟磁性のCoZrNbをスパッタ成膜して裏打層2とする。ここで用いたターゲットは87at%Co‐5at%Zr‐8at%Nbの組成である。スパッタガスとしてArガスを用い、約1Paのガス圧下で室温にて約200nmの厚さに成膜した。なお、CoZrNbは室温成膜した非晶質状態でも充分な軟磁気特性を有する。
このCoZrNb軟磁性膜の上に、連続して、第1の配向制御層3であるTa層をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Taである。Arガスでスパッタを行い、膜厚約5nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。
【0047】
このTa膜の上に連続して、第2の配向制御層4であるNiFeNbB層をスパッタ成膜する。用いたターゲットは79at%Ni−12at%Fe−3at%Nb−6at%Bの組成である。Arガスでスパッタを行い、膜厚約30nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。
このNiFeNbB層の上に、下地層5であるRu膜をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Ruである。Arガスでスパッタを行い、膜厚約20nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約4Paである。このようにして成膜したRuの下地層5の表面を、1Paの圧力下で、Arガスに質量流量比2%のO2ガスを混合した雰囲気に10秒程度曝してRu表面に適度な量の酸素を吸着させる。
【0048】
次に、このRuの下地層5の上に、Co−SiO2/Pt多層積層膜からなる垂直配向した磁性層6をスパッタリングにより形成する。用いたターゲットは、Co−SiO2層成膜用として91mol%Co−9mol%SiO2の組成もしくは94mol%Co−6mol%SiO2の組成、Pt層成膜用として純Ptのターゲットである。これら2つのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転させることで、Co−SiO2層とPt層とを交互に積層する。Arガスでスパッタを行い、膜厚はCo−SiO2層が0.3nm、Pt層が0.1nmである。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。このようにして得られるCo−SiO2層の組成はターゲットの組成を反映して、91mol%Co−9mol%SiO2または94mol%Co−6mol%SiO2である。
【0049】
最後に、磁性層6の最表面に保護層7として窒素ドープのカーボン(C:N)膜をスパッタリング法により形成する。ターゲットをカーボンとし、スパッタガスをArガスに質量流量比4%のN2ガスを混合させた混合ガスとし、膜厚約7nmで成膜した。なお、成膜温度は室温、Arガス圧は約1Paである。
図13は、磁性層6を構成するCo−SiO2層内での磁性粒子径と非磁性の粒界幅の様子を説明するための平面TEM像であり、図13(a)はSiO2添加量が6mol%の試料、図13(b)はSiO2添加量が9mol%の試料である。このTEM像を解析すると、SiO2添加量が6mol%の試料(図13(a))では平均磁性粒子径7.1nm、平均粒界幅1.5nmであるのに対し、SiO2添加量が9mol%の試料(図13(b))では平均磁性粒子径5.6nm、平均粒界幅1.6nmであることがわかる。すなわち、添加SiO2量が多いほど、磁性粒子の平均粒径が小さく、かつ、平均粒界幅が大きくなる傾向があることがわかる。一般に、磁性結晶粒径が小さくなると粒子同士の磁気的相互作用が弱まり、個々の磁性粒の孤立化の程度が高くなり、高記録密度を目指すうえで適している。
【0050】
図14は、第2の磁性層6bであるPt層の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図で、図14(a)は保磁力Hc、図14(b)は磁化曲線の傾きαの、Pt膜厚依存性である。Pt膜厚がゼロ(Pt膜を設けない場合)はHcがゼロであるのに対し、膜厚0.12nmで約6000OeのHc値を示す。Hcの値はPt膜厚0.25nmで約1200Oeまで低下し、さらに膜厚の増大に伴ってHc値は徐々に低下する。一方、α値は、Pt膜厚0.12nmでα=1.5を示し、Pt膜厚が厚くなると増加する傾向を示す。このように、Pt層の膜厚は薄い方が望ましく、本実施例の場合には0.12nmが最適である。
図15は、NiFeNbB層4の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図で、図15(a)は記録再生特性の400kFCIでのノイズであり、図15(b)は同じく400kFCIでのSNRである。なお、比較のために、NiFeNbB層の代わりに膜厚10nmのNiFeCr層を設けた場合の磁気特性も示してある。
【0051】
図15(a)に示すように、NiFeNbBの膜厚を10nmから30nmに厚くするに従いノイズが低減する傾向を示し、NiFeNbB膜厚を30nmにすると膜厚10nmのNiFeCr層を設けた場合よりもノイズレベルが低くなる。また、図15(b)に示すように、NiFeNbB膜を設けた場合のSNR値は、その膜厚に関わらず、膜厚10nmのNiFeCr膜を用いた場合よりも高い値となっている。
このように、Co層へのSiO2添加量を制御することで磁性粒径や非磁性粒界層の幅を制御でき、Pt層の膜厚を最適化することで高いHcが得られ、さらに、Ru層の直下に設けられることとなる層を実施例3のNiFeCr層から10〜30nmのNiFeNbB層とすることでノイズおよびSNRを改善することができる。このようにして、さらに高い記録密度を達成可能な垂直磁気記録媒体を作製可能となる。
(実施例5)
本実施例の垂直磁気記録媒体は、実施例4で説明した媒体と略同じ構成の媒体であるが、Ruの下地層5の上に設けられる磁性層6をCo−SiO2/Pd多層積層構造としている点が異なる。磁性層6の成膜に用いたターゲット組成は、91mol%Co−9mol%SiO2組成ものと純Pdのものであり、これらのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転させることで、Co−SiO2層とPd層とを交互に積層させる。Arガスでスパッタを行い、膜厚はCo−SiO2層が0.3nm、Pd層が0.72nmである。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。
【0052】
図16は、第2の磁性層6bであるPd層の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図で、図16(a)は保磁力Hc、図16(b)は磁化曲線の傾きαの、Pd膜厚依存性である。Pd膜が厚くなるのに伴ってHc値が高くなり、Pd膜厚0.72nmでほぼ一定の値(約5500Oe)に落ち着く。一方、α値はPd膜厚に殆ど依存せず、2前後の値を示しており、磁性粒子相互間の磁気的相互作用は充分に小さいことを示している。
図17は、Co‐SiO2/Pd多層積層構造の磁性層6の磁気特性に及ぼすRu下地層5の効果について説明するための図で、図17(a)は記録再生特性のノイズであり、図17(b)はSNRである。なお、比較のため、下地層としてPt膜およびPd膜を用いた場合についても示している。図17(a)に示すように、Pt膜やPd膜を下地層として用いた場合にはノイズが大きく、かつ、高い線記録密度では充分な記録再生が行えていないが、下地層としてRu膜を用いた場合にはノイズも小さく、かつ、高い線記録密度まで充分な記録再生がなされていることがわかる。また、図17(b)に示したSNR値も、Ru膜を用いた場合に格段に良好な結果が得られている。
【0053】
図18は、実施例4で説明した本発明のCo‐SiO2/Pt多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体と、本実施例5のCo‐SiO2/Pd多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体との記録再生特性を説明するための図で、図18(a)は再生出力(TAA)特性、図18(b)はノイズ特性、図18(c)はSNR特性である。再生出力およびノイズともにCo‐SiO2/Pd多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体の方が小さいが、SNRはCoSiO2/Pt多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体とほぼ同等である。このように、磁性層としてCoSiO2/Pd多層積層構造を採用しても、Ru膜を下地層として設けることで、優れた垂直磁気記録媒体が作製可能である。
(実施例6)
本実施例では、基板1をAl基板、裏打ち層2をCoZrNb膜、Ta層3とNiFeCr層4の2層構造の配向制御層、下地層5をRu膜、磁性層6をCo−SiO2組成のCo層とPt−SiO2組成のPt層とを多層積層させて構成した例について説明する。なお保護層7にはカーボン膜を用いている。
【0054】
この垂直磁気記録媒体の製造方法は、以下のとおりである。基板1は厚み1mmで直径3.5インチのAl基板であるが、その径や厚さは本質的ではなく、ガラス基板でもよい。
基板1を充分に洗浄したのちに、CoZrNb膜を成膜して裏打ち層2をスパッタリング法により形成する。本実施例で用いたスパッタターゲットは、87at%Co‐5at%Zr‐8at%Nbの組成である。スパッタガスとしてArガスを用い、Arガス圧約1Paで、室温にて、約200nmの厚さに成膜した。なお、CoZrNb膜は、室温成膜した非晶質状態でも充分な軟磁気特性を有する。
このCoZrNb膜の上に、連続して、第1の配向制御層3であるTa層をスパッタ成膜する。用いたターゲットは純Taである。Arガスでスパッタを行い、膜厚約3nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。このTa層の上に連続して、第2の配向制御層4であるNiFeCr層をスパッタ成膜する。用いたターゲットは60at%Ni−15at%Fe−25at%Crの組成である。Arガスでスパッタを行い、膜厚約10nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約1Paである。これらのTa層とNiFeCr層の2層で配向制御層を構成し、この上に成膜される下地層5たるRu膜をc軸配向させる。
【0055】
NiFeCr層上にRu膜をスパッタ成膜して下地層5とする。用いたターゲットは純Ruである。Arガスでスパッタを行い膜厚約20nmの厚さに成膜した。成膜温度は室温、ガス圧は約4Paである。このようにして成膜した下地層5の表面を、1Paの圧力下でArガスに質量流量比2%のO2ガスを混合させた混合ガス雰囲気に10秒程度曝してRu膜の表面に適度な量の酸素を吸着させる。下地層5の表面に酸素を吸着させることにより、磁性層6のHc付近での磁化曲線の傾きを緩やかにして磁性層を構成する磁性粒相互間の磁気的相互作用を低減させている。
次に、このRu膜の下地層5の上に、Co−SiO2/Pt−SiO2多層積層膜からなる垂直配向した磁性層をスパッタリングにより形成する。成膜に用いたターゲットは各々、91〜94mol%Co−6〜9mol%SiO2および95mol%Pt−5mol%SiO2の組成の2つのターゲットであり、これらのターゲットを同時に放電してスパッタさせながら回転させることで、Co−SiO2層とPt−SiO2層とを交互に積層させる。Arガスでスパッタを行い、膜厚はCo−SiO2層が0.3nm、Pt−SiO2層が0.07〜0.25nmである。なお、この成膜は室温で行っており、ガス圧は5Paである。
【0056】
最後に、磁性層6の最表面に保護層7として窒素ドープのカーボン(C:N)膜をスパッタリング法により形成する。ターゲットをカーボン、スパッタガスをArガスに質量流量比4%のN2ガスを混合させた混合ガスとし、膜厚約7nmで成膜した。なお、成膜温度は室温、Arガス圧は約1Paである。
図19は、91mol%Co−9mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層、および、94mol%Co−6mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層、ならびに、91mol%Co−9mol%SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える垂直磁気記録媒体の各々のHcの、第2の磁性層6bの膜厚に対する依存性を説明するための図である。第1の磁性層であるCo層へのSiO2の添加量が9mol%の場合、Pt層へSiO2を5mol%添加した媒体のHcはSiO2無添加の媒体に比較して300〜500Oe程度低い値を示すが、Co層へのSiO2添加量を6mol%とした媒体は極めて高いHcを示すことがわかる。
【0057】
図20は、上記3種の垂直磁気記録媒体の各々の磁化曲線のHc付近の傾きαの、第2の磁性層6bの膜厚に対する依存性を説明するための図である。何れの媒体においてもα値を最小とする最適な第2の磁性層の膜厚が存在することが読み取れる。また、91mol%Co−9mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層を備える媒体と、91mol%Co−9mol%SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える媒体とを比較すると、Pt層にSiO2を添加した媒体では何れの第2の磁性層膜厚においても0.15〜0.4程度低いα値を示している。αは磁性粒相互間の磁気的相互作用の大きさの目安であることを考慮すると、Pt層にSiO2を添加したことにより磁性粒同士の磁気的相互作用の程度が低くなり、ノイズが低減されることを意味している。
【0058】
図21は、91mol%Co−9mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層を備える媒体と、91mol%Co−9mol%SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える垂直磁気記録媒体の、各々の磁気異方性定数Kuの、第2の磁性層6bの膜厚に対する依存性を説明するための図である。何れの媒体においても略同じKu値を示しており、Pt層中へのSiO2の添加によるKuの低下はないことを意味している。
図22は、HcのCo層中SiO2添加量依存性を調べるために、Co層に18〜38体積%のSiO2を添加したCo−SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える媒体を作製し、各々の媒体のHcを測定した結果を纏めたものである。以下、mol%と体積%の換算は次の式で行なっている。
【0059】
Co中のSiO2の体積%は、[(SiO2のmol%/100)*SiO21モルでの体積*100]/[(SiO2のmol%/100)*SiO21モルでの体積+{1−(SiO2のmol%/100)}*Co1モルでの体積]。Pt中のSiO2の体積%は、[(SiO2のmol%/100)*SiO21モルでの体積*100]/[(SiO2のmol%/100)*SiO21モルでの体積+{1−(SiO2のmol%/100)}*Pt1モルでの体積]。ここで、SiO2、Co、Ptの1モルでの体積(cm3)はそれぞれ、23.11、6.58、9.09とした。
図22に示すように、媒体のHcは、Co層へのSiO2添加量の増大に伴って急激に低下する。このことは、磁性粒同士の粒界にSiO2を多く偏析させて個々の磁性粒の孤立性を高めてノイズを低減しようとすると、高いHcは得られなくなることを意味している。
【0060】
図23は、HcのPt層中へのSiO2添加効果を説明するための図で、Co層に18〜38体積%のSiO2を添加するとともにPt層中にもSiO2を添加し、Co−SiO2/Pt−SiO2多層積層膜磁性層を備える媒体を作製し、これらの媒体のHcを、Pt層中にはSiO2の添加のないCo−SiO2/Pt多層積層膜磁性層を備える媒体のHcと比較した結果を纏めたものである。
既に図22を用いて説明したように、Pt層にSiO2を添加せず、Co層にのみSiO2を添加した媒体の場合には、Co層中へのSiO2添加量が増加するとHcは急激に低下するが、Co層へのSiO2添加に加えPt層にもSiO2を添加すると、Hcの減少傾向は緩和されることがわかる。すなわち、Co層のみならずPt層中へもSiO2添加することとすれば、同じHcを与える媒体においてより多くのSiO2添加が可能となる。その結果、磁性粒同士の粒界にSiO2を多く偏析させて個々の磁性粒の孤立性を高めてノイズを低減させやすくなる。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の垂直磁気記録媒体は、その磁性層をCo層とPt層(またはPd層)とを多層に積層させた多層積層膜で基本構成し、かつ、これらCo層とPt層(またはPd層)の双方もしくは何れか一方にSiなどの元素の酸化物を添加し、かかる構成の磁性層を、磁性層を構成する磁性粒相互間の磁気的相互作用を小さくするために設けられたRu膜などの下地層上に形成するようにした。また、磁性層の成膜に先立って下地層の表面に酸素吸着処理を施して、磁性層の磁性粒間の磁気的相互作用を抑制するようにした。これにより、高記録密度で記録再生特性に優れる垂直磁気記録媒体を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を説明するための図である。
【図2】純Co層と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた膜の、Pt層膜厚と保磁力との関係を示す図である。
【図3】純Co層と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた膜の、磁化曲線のHc付近の傾きのPt層膜厚依存性を説明するための図である。
【図4】純Co層と純Pt層とを、Ar、Kr、または、Xeガスをスパッタガスとして多層積層させた膜の、保磁力Hcのスパッタガス圧依存性を説明するための図である。
【図5】磁性層成膜時のスパッタガス中に酸素ガスを添加する効果を説明するための図である。
【図6】95at%Co−5at%Ni層とPt層を多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(CoNi/Pt媒体)、および、{90mol%(95at%Co−5at%Ni)−10mol%SiO2}層とPt層を多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(CoNi−SiO2/Pt媒体)の記録再生特性(SN特性)を説明するための図である。
【図7】95at%Co−5%Ru層とPt層を多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(CoRu/Pt媒体)、および、{99.8mol%(95at%Co−5at%Ru)−0.2mol%O2}層とPt層を多層積層させた磁性層を備える垂直磁気記録媒体(CoRuO2/Pt媒体)の記録再生特性(SN特性)を説明するための図である。
【図8】本発明の垂直磁気記録媒体が備える結晶配向制御層の効果を説明するための図である。
【図9】下地層の表面に酸素を吸着させる効果を説明するための図である。
【図10】従来品と本発明品の記録再生特性である再生出力を説明するための図である。
【図11】従来品と本発明品の記録再生特性である媒体ノイズを説明するための図である。
【図12】従来品と本発明品の記録再生特性であるSNRを説明するための図である。
【図13】磁性層を構成するCo−SiO2層内での磁性粒子径と非磁性の粒界幅の様子を説明するための平面TEM像である。
【図14】Pt層の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図である。
【図15】NiFeNbB層の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図である。
【図16】Pd層の膜厚を変化させた場合の磁気特性の変化を説明するための図である。
【図17】Co‐SiO2/Pd多層積層構造の磁性層の磁気特性に及ぼすRu下地層の効果について説明するための図である。
【図18】実施例4で説明した本発明のCo‐SiO2/Pt多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体と、実施例5のCo‐SiO2/Pd多層積層構造の磁性層を備える垂直磁気記録媒体との記録再生特性を説明するための図である。
【図19】91mol%Co−9mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層、および、94mol%Co−6mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層、ならびに、91mol%Co−9mol%SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える垂直磁気記録媒体の各々のHcの、第2の磁性層の膜厚に対する依存性を説明するための図である。
【図20】図19で説明した3種の垂直磁気記録媒体の各々の磁化曲線のHc付近の傾きαの、第2の磁性層の膜厚に対する依存性を説明するための図である。
【図21】91mol%Co−9mol%SiO2/95mol%Pt−5mol%SiO2多層積層膜からなる磁性層を備える媒体と、91mol%Co−9mol%SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える垂直磁気記録媒体各々の、磁気異方性定数Kuの第2の磁性層の膜厚に対する依存性を説明するための図である。
【図22】Co層に18〜38体積%のSiO2を添加しCo−SiO2/Pt多層積層膜からなる磁性層を備える媒体のHcを測定した結果を纏めた図である。
【図23】HcのPt層中へのSiO2添加効果を説明するための図である。
【符号の説明】
1 基板
2 裏打ち層
3 第1の配向制御層
4 第2の配向制御層
5 下地層
6 磁性層
6a 第1の磁性層
6b 第2の磁性層
7 保護層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a perpendicular magnetic recording medium and a manufacturing method thereof, and more particularly to a perpendicular magnetic recording medium having a high recording density and excellent recording / reproducing characteristics and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent personal computers and workstations, a large-capacity and small-sized magnetic recording device is mounted as a storage device. Against this background, magnetic disks are required to have higher recording density.
The magnetic recording system currently in practical use is the “in-plane (longitudinal) magnetic recording system” in which the easy axis of magnetization is parallel to the surface of the magnetic recording medium. In order to improve the recording density in this in-plane magnetic recording method, it is necessary to reduce the product of the residual magnetization (Br) and the magnetic layer thickness (t) of the magnetic film included in the recording medium. It is also necessary to increase the magnetic force (Hc). For this reason, attempts have been made to control the crystal grain size by reducing the thickness of the magnetic film.
[0003]
However, in the in-plane magnetic recording system, there is a problem that the demagnetizing field increases with the shortening of the bit length and the residual magnetic flux density decreases, so that the reproduction output decreases. There is also a “thermal fluctuation problem” that becomes apparent as the film becomes thinner. For these reasons, it is currently expected that it will be technically difficult to increase the density of the magnetic disk by the in-plane magnetic recording method.
On the other hand, a “perpendicular magnetic recording method” has been studied in order to improve the surface recording density while solving these problems. In the perpendicular magnetic recording system, the magnetic recording medium is designed so that the easy axis of magnetization of the magnetic film is oriented in the direction perpendicular to the substrate surface, so that adjacent magnetizations in the magnetization transition region do not face each other, and the bit length Is suitable as a magnetic recording method for a high-density magnetic recording medium because the magnetization is stable even when the magnetic field becomes shorter and the magnetic flux does not decrease.
[0004]
On the other hand, the perpendicular magnetic recording medium does not sufficiently segregate nonmagnetic materials into the region between the magnetic grains in the magnetic layer, resulting in a large magnetic interaction between the magnetic grains. There is a problem that medium noise tends to be high. Therefore, it is required to achieve high-density recording while reducing medium noise and improving the S / N ratio by developing a material control technique that can promote grain boundary segregation of nonmagnetic substances.
As a configuration of a known perpendicular magnetic recording medium for this purpose, for example, a soft magnetic backing layer is formed on a nonmagnetic substrate such as aluminum or glass, and an underlayer for orienting the magnetic layer vertically is formed thereon. A “two-layer perpendicular magnetic recording medium” is known in which a perpendicular magnetic recording layer and a protective layer are further formed thereon (see, for example, Patent Document 1). Perpendicular magnetization films made of Co-based alloys such as Cr, Co-Cr-Ta, Co-Cr-Pt, multilayer laminated perpendicular magnetization films such as Pt / Co and Pd / Co, Tb-Co, Tb-Fe-Co, etc. Many film configurations such as an amorphous perpendicular magnetization film have been studied. Among them, a multilayer laminated perpendicular magnetization film such as Pt / Co or Pd / Co has a large perpendicular magnetic anisotropy and a high thermal stability. Large coercive force and easy squareness ratio 1.0 reasons such as that the value near to obtain, have been actively studied as a future high density recording medium (e.g., see
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-203306 A
[Patent Document 2]
JP 2002-025032 A
[Patent Document 3]
JP 2001-155329 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the level of medium noise reduction in such a conventional multi-layered perpendicular magnetic recording medium is still insufficient, and it is necessary to further improve the recording / reproducing characteristics by lowering the medium noise. .
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a perpendicular magnetic recording medium having a high recording density and excellent recording / reproducing characteristics, and a method for manufacturing the same, which can reduce medium noise. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a perpendicular magnetic recording medium comprising a magnetic layer on a nonmagnetic substrate, wherein the magnetic layer is a first layer. The Co layer, which is the magnetic layer, and the Pt layer or Pd layer, which is the second magnetic layer, are alternately stacked, and is formed on at least one of the first magnetic layer and the second magnetic layer. Is characterized in that at least one element or oxide of Ru, Ta, Nb, Mo, Mn, Cr, Si, and Ni is added.
According to a second aspect of the present invention, in the perpendicular magnetic recording medium according to the first aspect, the addition amount is in a concentration range of 1 to 15 mol%.
According to a third aspect of the present invention, in the perpendicular magnetic recording medium according to the second aspect, the second magnetic layer is a Pt layer, and both the first and second magnetic layers contain Si oxide. The added amount of Si oxide in the Co layer as the first magnetic layer is 5 to 11 mol%, and the added amount of Si oxide in the Pt layer as the second magnetic layer is 1 to 8 mol%. It is characterized by that.
[0008]
The invention according to
According to a fifth aspect of the present invention, in the perpendicular magnetic recording medium according to any one of the first to fourth aspects, an underlayer is provided between the magnetic layer and the substrate, and the magnetic layer is directly above the underlayer. It is provided in.
The invention according to
The invention according to claim 7 is the perpendicular magnetic recording medium according to
[0009]
According to an eighth aspect of the present invention, in the perpendicular magnetic recording medium according to any one of the fifth to seventh aspects, the orientation control layer for controlling the crystal orientation of the underlayer between the substrate and the underlayer. It is characterized by having.
The invention according to claim 9 is the perpendicular magnetic recording medium according to
According to a tenth aspect of the present invention, in the perpendicular magnetic recording medium according to the ninth aspect, the first orientation control layer is a Ta layer, and the second orientation control layer is a NiFeCr layer, a NiFeNbB layer, or a NiFeSi layer. It is any one of these.
[0010]
The invention according to claim 11 is the perpendicular magnetic recording medium according to
A twelfth aspect of the present invention is the perpendicular magnetic recording medium according to any one of the ninth to eleventh aspects, wherein a soft magnetic backing layer is provided between the nonmagnetic substrate and the first orientation control layer. It is characterized by being.
The invention according to claim 13 is the perpendicular magnetic recording medium according to
The invention according to claim 14 is a method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium, wherein a Co layer as a first magnetic layer and a Pt layer or a Pd layer as a second magnetic layer are formed on a nonmagnetic substrate. A step of forming a magnetic layer by alternately laminating multiple layers, wherein the magnetic layer is formed by at least one element or oxide of Ru, Ta, Nb, Mo, Mn, Cr, Si, Ni Is performed by a sputtering method using a target to which is added in a concentration range of 1 to 15 mol%.
[0011]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the fourteenth aspect, the step of forming the magnetic layer comprises oxygen gas in a concentration range of 0.05 to 0.5% by mass flow ratio. The process is performed using the sputtering gas added in step (b).
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the fourteenth or fifteenth aspect, prior to the formation of the magnetic layer, a Pt film, a Pd film, a Ru film, or a Pt / Pd is formed on the substrate. A step of sputter-depositing any underlayer of the laminated film is provided.
The invention according to claim 17 is the method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to claim 16, wherein the sputter film formation of the magnetic layer and the sputter film formation of the underlayer are performed by mixing Kr, Xe, Kr and Ar. One of the gases or a mixed gas of Xe and Ar is used as a sputtering gas.
[0012]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the sixteenth aspect, the surface of the underlayer is formed at a mass flow rate after the underlayer is formed and before the magnetic layer is formed. It is characterized by comprising a step of exposing the surface of the underlayer to oxygen by exposing it to Ar gas having a gas pressure of 0.1 to 10 Pa mixed with oxygen at a ratio of 1 to 10% for 1 to 20 seconds.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration example of a perpendicular magnetic recording medium of the present invention. A
The basic feature of the perpendicular magnetic recording medium of the present invention is that the
[0014]
More specifically, the
The
[0015]
In the above description, Si oxide is added to both the Co layer and the Pt layer. However, as already described, Si oxide may be added only to either the Co layer or the Pt layer. Good. Further, the
In the perpendicular magnetic recording medium of the present invention, the provision of the
[0016]
The thickness of each layer constituting the
The orientation control layers (3 and 4) are provided to increase the crystal orientation (c-axis orientation) of the
[0017]
The
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Example 1)
In this embodiment, the
The manufacturing method of this perpendicular magnetic recording medium is as follows. The
[0018]
After the
A
[0019]
Next, CoNi—
[0020]
Finally, a carbon film is formed as a protective layer 7 on the outermost surface of the
2 to 4 are diagrams for explaining the results of investigating the influence of sputtering gas on the characteristics of the
Sputter deposition using Ar gas shows a maximum coercivity of about 4000 Oe when the Pt film thickness is 0.2 nm, but when Kr gas is used, a maximum coercivity of about 4800 Oe is obtained at a Pt film thickness of 0.75 nm. Is used, a maximum coercive force of about 6000 Oe is obtained with a Pt film thickness of 1.0 nm. Thus, if the Pt film thickness that gives the maximum coercive force differs depending on the type of sputtering gas, and Kr or Xe is used as the sputtering gas, a perpendicular magnetic recording medium having a higher coercive force than when Ar gas is used. It can be seen that it can be produced.
[0021]
FIG. 3 shows an inclination (α) of a magnetization curve near Hc of a medium having a
The sputtered film formed with Ar gas has an α value of 3 or more, whereas when sputtered using Kr or Xe gas, the α value is approximately 1, reducing the magnetic interaction between the magnetic grains. I can see that That is, when the
[0022]
FIG. 4 is a diagram for explaining the dependency of the coercive force Hc on the sputtering gas pressure of a film in which a pure Co layer and a pure Pt layer are multilayered using Ar, Kr, or Xe gas as a sputtering gas. In this figure, the vertical axis represents the coercive force and the horizontal axis represents the gas pressure. The thicknesses of the Co layer and the Pt layer are set in the vicinity of the film thickness at which the maximum coercive force of each gas type can be obtained. In the case of Xe, the Co layer was 0.43 nm and the Pt layer was 0.87 nm. In the case of Kr, the Co layer was 0.44 nm and the Pt layer was 0.72 nm.
In the case of Ar gas, in the pressure range up to 10 Pa, the higher the gas pressure, the higher the Hc. On the other hand, in the case of Kr gas, the pressure indicating the maximum coercive force is 6.5 Pa, and in the case of Xe gas, the maximum coercive force is obtained at a gas pressure of 5 Pa. It can also be seen that the maximum coercive force itself is higher in the case of Kr gas and Xe gas than in the case of Ar gas.
[0023]
Table 1 summarizes the results of evaluating the magnetocrystalline anisotropy of a perpendicular magnetic recording medium having a
[0024]
[Table 1]
[0025]
As shown in this table, it can be seen that a medium including the
Table 2 summarizes the magnetic cluster size of the
[0026]
[Table 2]
[0027]
As can be seen from this table, the magnetic cluster size can be reduced by using Kr gas or Xe gas as the sputtering gas compared to Ar gas, which is advantageous in improving the recording density. That is, when the
Based on the results described above, Kr gas was selected as the sputtering gas, and various elements described above were added to the Co layer to improve the recording / reproducing characteristics.
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of adding oxygen gas to the sputtering gas at the time of forming the
[0028]
Although the dependency of the coercive force on the amount of oxygen added varies depending on the type of additive element, it is confirmed that the coercive force is improved by the addition of oxygen. This is because the additive elements are oxidized by oxygen in the atmosphere to form oxides and precipitate between the Co particles, so that the magnetic interaction between the Co particles is reduced. This can also contribute to the improvement of recording / reproducing characteristics.
FIG. 6 shows a perpendicular magnetic recording medium (medium A) including a magnetic layer in which a layer obtained by adding 5 at% Ni to a Co layer (95 at% Co-5 at% Ni layer) and a Pt layer is laminated, and 95 at% Co -5at% Ni layer with
[0029]
In medium C, recording / reproduction can only be performed up to a recording density of about 400 kFCI, but in medium A, the SNR is remarkably improved in the region of 200 kFCI or higher compared to medium C, and it is confirmed that sufficient recording / reproduction can be performed up to 550 kFCI. It was. In addition, the SNR is further improved in the medium B than in the medium A. Thus, Ni or SiO is formed on the Co layer. 2 It has been confirmed that the recording / reproducing characteristics are improved by adding a metal or an oxide such as the above, which is effective in improving the recording density.
(Example 2)
In this example, a perpendicular magnetic recording medium in which the
The manufacturing method of this perpendicular magnetic recording medium is as follows. The
[0030]
After the
A
[0031]
Next, a
Finally, a carbon film is formed as a protective layer 7 on the outermost surface of the
[0032]
FIG. 7 shows a perpendicular magnetic recording medium (medium D) including a magnetic layer in which a Co layer is added with 5 at% Ru (95 at% Co-5 at% Ru layer) and a Pt layer, and 95 at% O in Co-5at% Ru layer 2 0.2 mol% added layer (99.8 mol% (95 at% Co-5 at% Ru) -0.2 mol% O 2 ) Is a diagram for explaining the recording / reproducing characteristics (SN characteristics) of a perpendicular magnetic recording medium (medium E) having a magnetic layer in which a layer is laminated with a Pt layer. Linear recording density. For comparison, the recording / reproduction characteristics (SN characteristics) of a perpendicular magnetic recording medium (medium F) including a magnetic layer in which a pure Co layer and a Pt layer are laminated are also shown. The magnetic layers of these media are all formed by sputtering with Kr gas added with oxygen gas having a mass flow rate ratio of 0 to 0.2%. Run with the head.
[0033]
The medium F was able to record / reproduce only up to a recording density of about 500 kFCI, but the medium D had an improved SNR compared to the medium F, and it was confirmed that sufficient recording / reproduction was possible up to 500 kFCI. Further, the SNR is further improved in the medium E than in the medium D.
Thus, Ru is added to the Co layer, or at the same time O 2 It was confirmed that the recording / reproduction characteristics were improved by adding, which was effective in improving the recording density.
(Example 3)
As shown in FIG. 1, the perpendicular magnetic recording medium of this example has a soft
[0034]
Co—SiO which is the first magnetic layer 6a as the
Further, by using a Ru underlayer having oxygen adsorbed on the surface as the
Further, for the purpose of improving the coercive force by orienting the crystals of the
[0035]
The thickness of each layer is preferably 1 to 10 nm for the first
In addition to these layers, a soft magnetic
A method for manufacturing the perpendicular magnetic recording medium having the above configuration will be described below. The nonmagnetic substrate to be used is an Al substrate having a diameter of 3.5 mm and a thickness of 1 mm. However, the diameter and thickness are not essential, and a glass substrate may be used as the substrate.
[0036]
After thoroughly cleaning the substrate, a soft magnetic CoZrTa is formed by sputtering to form a backing layer. The target used here has a composition of 92 at% Co-5 at% Zr-3 at% Ta. Ar gas was used as the sputtering gas, and the film was formed to a thickness of about 200 nm at room temperature under a gas pressure of about 1 Pa. CoZrTa has sufficient soft magnetic properties even in an amorphous state formed at room temperature.
On the CoZrTa film, the first
On the Ta film, the second
[0037]
On this NiFeCr film, a Ru film as the
Next, Co—
[0038]
Finally, a nitrogen-doped carbon (C: N) film was formed as a protective layer 7 on the outermost surface of the
FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the crystal orientation control layer provided in the perpendicular magnetic recording medium of the present invention, in which a Ta layer and a NiFeCr layer which are first and second orientation control layers are sequentially formed.
[0039]
FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of adsorbing oxygen on the surface of the
Table 3 shows the Co-SiO of this example. 2 The coercive force (Hc), squareness ratio (S), saturation magnetization (Ms), reverse domain nucleation magnetic field (Hn), and slope of the magnetization curve (α) of the medium including the / Pt magnetic layer, and boron (B) in Co The results of comparison with the coercive force of a medium including a Co—B / Pt magnetic layer (conventional product) in which a Co—B layer to which Pt is added and a Pt layer are laminated are summarized. Note that a Pt layer was used as a base layer of the Co—B / Pt magnetic layer.
[0040]
[Table 3]
[0041]
Co-SiO 2 The coercive force of the / Pt magnetic layer is 1000 Oe or more higher than that of the Co—B / Pt magnetic layer, and the slope (α) of the magnetization curve is greatly reduced from 8.5 to 1.8. Yes. That is, Co—
Table 4 summarizes the results of evaluation of the magnetocrystalline anisotropy of these two perpendicular magnetic recording media. The larger the magnetocrystalline anisotropy constant (Ku), the higher the thermal stability of the media. To do.
[0042]
[Table 4]
[0043]
As can be seen from this table, Co-SiO 2 The Ku of the / Pt magnetic layer is slightly higher than the Ku of the Co—B / Pt magnetic layer, indicating that the thermal stability is improved. Thus, it can be understood that the perpendicular magnetic recording medium of the present invention exhibits excellent magnetic characteristics as compared with the conventional perpendicular magnetic recording medium.
FIG. 10 is a diagram for explaining the reproduction output as the recording / reproduction characteristics of the conventional product and the product of the present invention. The horizontal axis of this graph is the linear recording density, and the vertical axis is the TAA (Track Average Amplitude). It is. For this evaluation, a ring head for an in-plane medium is used. The conventional product in which the Co—B layer and the Pt layer are stacked on the Pt underlayer can reproduce only the recording density of about 400 kFCI, whereas the Co—SiO layer is formed on the Ru underlayer. 2 In a medium having a magnetic layer in which a layer and a Pt layer are laminated, a reproduction signal is detected even at 540 kFCI or more, and it can be seen that reproduction is possible up to a high linear recording density.
[0044]
FIG. 11 is a diagram for explaining medium noise which is a recording / reproducing characteristic of the conventional product and the product of the present invention. The horizontal axis of this graph is the linear recording density, and the vertical axis is the noise. A ring head for in-plane media is also used for this evaluation. In the conventional product in which the Co—B layer and the Pt layer are laminated on the Pt underlayer, the noise output is reduced at 200 kFCI or more, indicating that the recording / reproduction is not sufficiently performed, and the noise itself. Is also big. On the other hand, Co—
FIG. 12 is a diagram for explaining the SNR, which is the recording / reproducing characteristic of the conventional product and the product of the present invention. The horizontal axis of this graph is the linear recording density, and the vertical axis is the SNR. A ring head for in-plane media is also used for this evaluation. Compared to the conventional product in which a Co-B layer and a Pt layer are laminated, Co-SiO 2 In the product of the present invention in which the layer and the Pt layer are laminated, the recording / reproduction is sufficiently performed up to 540 kFCI with an overwhelmingly high SNR at all linear recording densities.
[0045]
Thus, it can be seen that the configuration of the perpendicular magnetic recording medium of the present invention is effective in improving the recording / reproducing characteristics and contributes to the improvement of the recording density.
(Example 4)
The perpendicular magnetic recording medium of this example uses an Al substrate as the
[0046]
The manufacturing process of this perpendicular magnetic recording medium will be described below.
After thoroughly cleaning the substrate, soft magnetic CoZrNb is formed by sputtering to form the
On the CoZrNb soft magnetic film, a Ta layer which is the first
[0047]
A NiFeNbB layer that is the second
On this NiFeNbB layer, a Ru film as the
[0048]
Next, Co—
[0049]
Finally, a nitrogen-doped carbon (C: N) film is formed as a protective layer 7 on the outermost surface of the
FIG. 13 shows the Co—SiO constituting the
[0050]
FIG. 14 is a diagram for explaining the change in magnetic characteristics when the thickness of the Pt layer, which is the second magnetic layer 6b, is changed. FIG. 14 (a) shows the coercive force Hc, and FIG. 14 (b). Is the Pt film thickness dependence of the slope α of the magnetization curve. When the Pt film thickness is zero (when no Pt film is provided), the Hc value is zero, whereas the Hc value is about 6000 Oe at a film thickness of 0.12 nm. The Hc value decreases to about 1200 Oe at a Pt film thickness of 0.25 nm, and the Hc value gradually decreases as the film thickness increases. On the other hand, the α value shows α = 1.5 at a Pt film thickness of 0.12 nm, and shows a tendency to increase as the Pt film thickness increases. Thus, it is desirable that the thickness of the Pt layer is small. In this embodiment, 0.12 nm is optimal.
FIG. 15 is a diagram for explaining a change in magnetic characteristics when the film thickness of the
[0051]
As shown in FIG. 15 (a), the noise tends to decrease as the NiFeNbB film thickness is increased from 10 nm to 30 nm. When the NiFeNbB film thickness is 30 nm, the noise is higher than when a 10 nm thick NiFeCr layer is provided. The level is lowered. Further, as shown in FIG. 15B, the SNR value when the NiFeNbB film is provided is higher than that when the NiFeCr film having a thickness of 10 nm is used regardless of the film thickness.
Thus, SiO into the Co layer 2 By controlling the addition amount, the magnetic grain size and the width of the non-magnetic grain boundary layer can be controlled, and by optimizing the film thickness of the Pt layer, high Hc can be obtained, and further provided immediately below the Ru layer. The layer and the NiFeCr layer of Example 3 are changed to a NiFeNbB layer of 10 to 30 nm to improve noise and SNR. In this way, a perpendicular magnetic recording medium capable of achieving a higher recording density can be produced.
(Example 5)
The perpendicular magnetic recording medium of this example is a medium having substantially the same configuration as that described in Example 4, but the
[0052]
FIG. 16 is a diagram for explaining changes in magnetic characteristics when the thickness of the Pd layer, which is the second magnetic layer 6b, is changed. FIG. 16A shows the coercive force Hc, and FIG. Is the Pd film thickness dependence of the slope α of the magnetization curve. As the Pd film becomes thicker, the Hc value becomes higher and settles to a substantially constant value (about 5500 Oe) at a Pd film thickness of 0.72 nm. On the other hand, the α value hardly depends on the Pd film thickness, and shows a value of around 2, indicating that the magnetic interaction between the magnetic particles is sufficiently small.
FIG. 17 shows Co-SiO 2 FIG. 17A is noise for recording / reproduction characteristics, and FIG. 17B is SNR for explaining the effect of the
[0053]
FIG. 18 shows the Co—SiO of the present invention described in Example 4. 2 / Pt multilayer magnetic structure perpendicular magnetic recording medium comprising a magnetic layer, and Co-SiO2 of Example 5 2 FIG. 18A is a diagram for explaining recording / reproduction characteristics with a perpendicular magnetic recording medium having a magnetic layer having a / Pd multi-layer structure, FIG. 18A is a reproduction output (TAA) characteristic, FIG. 18B is a noise characteristic, and FIG. 18 (c) is the SNR characteristic. Co-SiO for both reproduction output and noise 2 The perpendicular magnetic recording medium having a magnetic layer of / Pd multilayer structure is smaller, but the SNR is CoSiO 2 / Pt is almost equivalent to a perpendicular magnetic recording medium having a magnetic layer having a multilayer structure. Thus, as the magnetic layer, CoSiO 2 Even if the / Pd multilayer structure is adopted, an excellent perpendicular magnetic recording medium can be manufactured by providing the Ru film as the underlayer.
(Example 6)
In this example, the
[0054]
The manufacturing method of this perpendicular magnetic recording medium is as follows. The
After the
On the CoZrNb film, a Ta layer as the first
[0055]
A Ru film is formed by sputtering on the NiFeCr layer to form the
Next, Co—
[0056]
Finally, a nitrogen-doped carbon (C: N) film is formed as a protective layer 7 on the outermost surface of the
FIG. 19 shows 91 mol% Co-9 mol% SiO. 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 Magnetic layer composed of multilayer laminated film, and 94 mol% Co-6 mol% SiO 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 Magnetic layer composed of multilayer laminated film, and 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 FIG. 6 is a diagram for explaining the dependency of each Hc of a perpendicular magnetic recording medium including a magnetic layer formed of a / Pt multilayer film on the film thickness of a second magnetic layer 6b. SiO to the Co layer which is the first magnetic layer 2 When the addition amount of 9 mol%, SiO is added to the Pt layer. 2 Hc of the medium with 5 mol% added is SiO 2 The value is about 300 to 500 Oe lower than that of the additive-free medium, but the SiO layer to the Co layer 2 It can be seen that the medium with an addition amount of 6 mol% shows extremely high Hc.
[0057]
FIG. 20 is a diagram for explaining the dependence of the inclination α around the Hc of each of the three types of perpendicular magnetic recording media on the film thickness of the second magnetic layer 6b. It can be seen that there is an optimum film thickness of the second magnetic layer that minimizes the α value in any medium. Further, 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 A medium having a magnetic layer composed of a multilayer film, and 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 As compared with a medium having a magnetic layer composed of a / Pt multilayer laminated film, the Pt layer has
[0058]
FIG. 21 shows 91 mol% Co-9 mol% SiO. 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 A medium having a magnetic layer composed of a multilayer film, and 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 FIG. 6 is a diagram for explaining the dependence of each magnetic anisotropy constant Ku on the thickness of a second magnetic layer 6b of a perpendicular magnetic recording medium including a magnetic layer formed of a / Pt multilayer laminated film. Both media show substantially the same Ku value, and SiO into the Pt layer 2 This means that there is no decrease in Ku due to the addition of.
FIG. 22 shows SiO in the Hc Co layer. 2 In order to examine the dependency on the amount of addition, 18 to 38% by volume of SiO is added to the Co layer. 2 Co-SiO added with 2 This is a summary of the results of measuring the Hc of each medium produced by preparing a medium having a magnetic layer comprising a / Pt multilayer laminated film. Hereinafter, conversion of mol% and volume% is performed by the following formula.
[0059]
SiO in Co 2 The volume% of [(SiO 2 Mol% / 100) * SiO 2 Volume at 1 mole * 100] / [(SiO 2 Mol% / 100) * SiO 2 Volume at 1 mole + {1- (SiO 2 Mol% / 100)} * volume in mol of Co]. SiO in Pt 2 The volume% of [(SiO 2 Mol% / 100) * SiO 2 Volume at 1 mole * 100] / [(SiO 2 Mol% / 100) * SiO 2 Volume at 1 mole + {1- (SiO 2 Mol% / 100)} * volume in mol of Pt]. Where SiO 2 , Co, Pt volume in 1 mole (cm 3 ) Were 23.11, 6.58, and 9.09, respectively.
As shown in FIG. 22, the Hc of the medium is SiO to the Co layer. 2 It decreases rapidly as the amount added increases. This is because SiO is present at the grain boundary between magnetic grains. 2 This means that if H is segregated to increase the isolation of individual magnetic grains to reduce noise, high Hc cannot be obtained.
[0060]
FIG. 23 shows SiO into the Pt layer of Hc. 2 It is a figure for demonstrating the addition effect, and is 18-38 volume% SiO in Co layer. 2 In addition to SiO in the Pt layer 2 To add Co-SiO 2 / Pt-SiO 2 Media having multilayer laminated magnetic layers were prepared, and Hc of these media was changed to SiO in the Pt layer. 2 Co-SiO without the addition of 2 FIG. 4 summarizes the results of comparison with Hc of a medium including a / Pt multilayer laminated film magnetic layer.
As already explained with reference to FIG. 22, the Pt layer is made of SiO. 2 SiO is added only to the Co layer. 2 In the case of a medium to which is added, SiO into the Co layer 2 When the amount of addition increases, Hc decreases rapidly, but SiO to the Co layer increases. 2 In addition to the addition, the Pt layer also has SiO 2 It can be seen that when H is added, the decreasing tendency of Hc is alleviated. That is, not only the Co layer but also the Pt layer is made of SiO. 2 If added, more SiO in the medium giving the same Hc 2 Addition becomes possible. As a result, at the grain boundary between magnetic grains, SiO 2 It is easy to reduce noise by increasing the segregation of individual magnetic grains and increasing the isolation of individual magnetic grains.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, the perpendicular magnetic recording medium of the present invention is basically composed of a multilayer film in which the magnetic layer is formed by laminating a Co layer and a Pt layer (or Pd layer), and the Co layer In order to reduce the magnetic interaction between the magnetic grains constituting the magnetic layer by adding an oxide of an element such as Si to both or either of the Pt layers (or Pd layers). It was formed on a base layer such as a Ru film provided on the substrate. Prior to the formation of the magnetic layer, the surface of the underlayer was subjected to an oxygen adsorption treatment to suppress the magnetic interaction between the magnetic grains of the magnetic layer. This makes it possible to provide a perpendicular magnetic recording medium having a high recording density and excellent recording / reproducing characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a perpendicular magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the Pt layer thickness and the coercive force of a film in which a pure Co layer and a pure Pt layer are multilayered using Ar, Kr, or Xe gas as a sputtering gas.
FIG. 3 explains the dependency of the slope of the magnetization curve near Hc on the Pt layer thickness of a film in which a pure Co layer and a pure Pt layer are multilayered using Ar, Kr, or Xe gas as a sputtering gas. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the dependency of the coercive force Hc on the sputtering gas pressure of a film in which a pure Co layer and a pure Pt layer are multilayered using Ar, Kr, or Xe gas as a sputtering gas. .
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of adding an oxygen gas to a sputtering gas when forming a magnetic layer.
FIG. 6 shows a perpendicular magnetic recording medium (CoNi / Pt medium) including a magnetic layer in which a 95 at% Co-5 at% Ni layer and a Pt layer are laminated, and {90 mol% (95 at% Co-5 at% Ni)- 10 mol% SiO 2 } A perpendicular magnetic recording medium (CoNi-SiO) comprising a magnetic layer in which a multilayer of a Pt layer and a Pt layer is laminated 2 FIG. 6 is a diagram for explaining recording / reproduction characteristics (SN characteristics) of a (/ Pt medium).
FIG. 7 shows a perpendicular magnetic recording medium (CoRu / Pt medium) having a magnetic layer in which a 95 at% Co-5% Ru layer and a Pt layer are laminated, and {99.8 mol% (95 at% Co-5 at% Ru). ) -0.2 mol% O 2 } Perpendicular magnetic recording medium (CoRuO) comprising a magnetic layer in which multiple layers and Pt layers are laminated 2 FIG. 6 is a diagram for explaining recording / reproduction characteristics (SN characteristics) of a (/ Pt medium).
FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the crystal orientation control layer provided in the perpendicular magnetic recording medium of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of adsorbing oxygen on the surface of the underlayer.
FIG. 10 is a diagram for explaining reproduction output which is a recording / reproduction characteristic of a conventional product and a product of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining medium noise which is a recording / reproducing characteristic of a conventional product and a product of the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining SNR which is a recording / reproducing characteristic of a conventional product and a product of the present invention.
FIG. 13 shows Co—SiO constituting a magnetic layer. 2 It is a plane TEM image for demonstrating the mode of the magnetic particle diameter in a layer, and the nonmagnetic grain boundary width.
FIG. 14 is a diagram for explaining a change in magnetic characteristics when the thickness of a Pt layer is changed.
FIG. 15 is a diagram for explaining changes in magnetic characteristics when the film thickness of a NiFeNbB layer is changed.
FIG. 16 is a diagram for explaining changes in magnetic characteristics when the thickness of a Pd layer is changed.
FIG. 17: Co-SiO 2 It is a figure for demonstrating the effect of the Ru base layer on the magnetic characteristic of the magnetic layer of a / Pd multilayer laminated structure.
18 shows the Co—SiO of the present invention described in Example 4. FIG. 2 / Pt multilayer magnetic layered perpendicular magnetic recording medium and Co-SiO2 of Example 5 2 FIG. 5 is a diagram for explaining recording / reproduction characteristics with a perpendicular magnetic recording medium including a magnetic layer having a / Pd multilayer stack structure.
FIG. 19 shows 91 mol% Co-9 mol% SiO. 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 Magnetic layer composed of multilayer laminated film, and 94 mol% Co-6 mol% SiO 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 Magnetic layer composed of multilayer laminated film, and 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 FIG. 6 is a diagram for explaining the dependence of each Hc of a perpendicular magnetic recording medium including a magnetic layer formed of a / Pt multilayer film on the film thickness of a second magnetic layer.
FIG. 20 is a diagram for explaining the dependency of the inclination α near the Hc of each of the three types of perpendicular magnetic recording media described in FIG. 19 on the thickness of the second magnetic layer.
FIG. 21: 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 / 95 mol% Pt-5 mol% SiO 2 A medium having a magnetic layer composed of a multilayer film, and 91 mol% Co-9 mol% SiO 2 FIG. 6 is a diagram for explaining the dependence of the magnetic anisotropy constant Ku on the thickness of the second magnetic layer in each of the perpendicular magnetic recording media including the magnetic layer formed of the / Pt multilayer laminated film.
FIG. 22 shows 18 to 38% by volume of SiO in the Co layer. 2 Add Co-SiO 2 FIG. 5 is a diagram summarizing results of measuring Hc of a medium including a magnetic layer made of a / Pt multilayer laminated film.
FIG. 23 shows SiO into a Pt layer of Hc. 2 It is a figure for demonstrating the addition effect.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
2 backing layer
3 First orientation control layer
4 Second orientation control layer
5 Underlayer
6 Magnetic layer
6a First magnetic layer
6b Second magnetic layer
7 Protective layer
Claims (18)
前記磁性層は、第1の磁性層であるCo層と第2の磁性層であるPt層またはPd層とを交互に多層積層して構成され、当該第1の磁性層または第2の磁性層の少なくとも一方の磁性層には、Ru、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Si、Niのうちの少なくとも1種類の元素または酸化物が添加されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。A perpendicular magnetic recording medium comprising a magnetic layer on a nonmagnetic substrate,
The magnetic layer is formed by alternately laminating a Co layer as a first magnetic layer and a Pt layer or a Pd layer as a second magnetic layer, and the first magnetic layer or the second magnetic layer. A perpendicular magnetic recording medium, wherein at least one of Ru, Ta, Nb, Mo, Mn, Cr, Si, and Ni is added to at least one of the magnetic layers.
非磁性の基板上に、第1の磁性層であるCo層と第2の磁性層であるPt層またはPd層を交互に多層積層して磁性層を成膜するステップを備え、
当該磁性層の成膜は、Ru、Ta、Nb、Mo、Mn、Cr、Si、Niのうちの少なくとも1種類の元素または酸化物が1〜15mol%の濃度範囲で添加されているターゲットを用いてスパッタ法により実行されることを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。A method for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium, comprising:
A step of forming a magnetic layer by alternately laminating a Co layer as a first magnetic layer and a Pt layer or a Pd layer as a second magnetic layer on a nonmagnetic substrate;
The magnetic layer is formed using a target to which at least one element or oxide of Ru, Ta, Nb, Mo, Mn, Cr, Si, and Ni is added in a concentration range of 1 to 15 mol%. A method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium, which is performed by sputtering.
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