JP2005109431A

JP2005109431A - Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法

Info

Publication number: JP2005109431A
Application number: JP2004085370A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Aisaka; 哲彌逢坂; Toru Asahi; 透朝日; Junichi Sayama; 淳一佐山; Hiroshi Sakai; 浩志酒井
Original assignee: Showa Denko KK; Waseda University
Current assignee: Waseda University; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP4614046B2

Abstract

【解決手段】膜面に対して垂直方向に磁化容易軸が配向した垂直磁気異方性を有する薄膜であって、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなることを特徴とするＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法。
【効果】本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系の垂直磁気異方性薄膜は、高い垂直磁気異方性を有するものである。また、保磁力等の磁気特性にも優れたものであり、本発明によれば、高密度磁気記録媒体用等の垂直磁化膜として有効な垂直磁気異方性薄膜を提供することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、高密度磁気記録媒体材料等として有用なＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法に関し、特に、高い垂直磁気異方性を有するＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法に関する。

高い磁気異方性を有する薄膜は、電子材料分野において磁気デバイスやＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ）用微小磁石等への応用が期待されており、その開発は極めて重要である。特に、膜面に対して垂直方向に磁化容易軸をもつ垂直磁気異方性薄膜は、高密度磁気記録媒体としての応用が期待されている。このような垂直磁気異方性を有する薄膜としては、これまでＣｏ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｐｔ系のものが種々報告されている（例えば、特許文献１：特開昭６０−２１４４１７号公報、特許文献２：特開昭６３−２１１１１７号公報）が、最近の更なる高密度記録への要求に対応するために、保磁力等の磁気特性に更に優れた垂直磁気異方性薄膜が求められている。

一方、永久磁石として有名なＳｍ−Ｃｏ合金、特にＳｍＣｏ₅合金は、極めて高い一軸性の結晶磁気異方性を示し、バルク合金の場合、その磁気異方性定数が１．１〜２．０×１０⁸ｅｒｇ／ｃｍ³にも達するものである。これは、従来、垂直磁気異方性薄膜として報告されているＣｏ−Ｃｒ系の合金のバルクでの磁気異方性定数の数十から百倍程度も大きい値である。それ故、このＳｍ−Ｃｏ合金を薄膜が磁気記録媒体材料に適応し得るものであると考えられてきた。しかし、Ｓｍ−Ｃｏ合金を薄膜にしさえすれば、磁化容易軸が薄膜面に対して垂直方向に直ちに配向するというものではない。

Ｓｍ−Ｃｏ合金薄膜の磁気異方性については過去に多数報告されている。しかしながら、その多くは面内磁気異方性を示す薄膜に関するものであり、Ｓｍ−Ｃｏ合金薄膜の垂直磁気異方性についてはほとんど報告がないが、例えば、Ｃｈｅｎらは、高Ａｒ圧力条件下においてスパッタリング成膜したＳｍ−Ｃｏ合金膜を高温でポストアニールすることにより、垂直磁気異方性が発現すると報告している（非特許文献１参照）。しかし、このＳｍ−Ｃｏ合金膜の垂直磁気異方性は極めて小さく、この程度の垂直磁気異方性では高密度磁気記録媒体材料として有効なものとはいえない。

また、Ｎｅｕらは、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりＡｒ雰囲気下にてＳｍ−Ｃｏ合金薄膜を成膜すれば、垂直磁気異方性を付与することが可能であると報告している（非特許文献２参照）。しかし、この薄膜の面内方向と垂直方向の保磁力は等価であり、膜全体としては等方性の磁気特性を有するものであり、高密度磁気記録媒体用としては不十分である。

一方、特開２０００−７６６３６号公報（特許文献３）には、垂直磁化膜と共に用いる高垂直配向性膜としてＳｍＣｏ合金系膜が記載されているが、磁気記録媒体の垂直方向の保磁力は、実質的にＳｍＣｏ合金系膜と共に用いられる垂直磁化膜が担っているものであり、この場合のＳｍＣｏ合金系膜は、垂直方向に高い保磁力を有するものとはなっていない。このように、これまで高い垂直磁気異方性を有するＳｍ−Ｃｏ合金薄膜は報告されておらず、垂直磁気記録媒体の記録層として有効に用い得る垂直磁気異方性を有するＳｍ−Ｃｏ合金薄膜は得られていなかった。

特開昭６０−２１４４１７号公報特開昭６３−２１１１１７号公報特開２０００−７６６３６号公報ＣｈｅｎＫ．、他３名，「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」，第７３巻，ｐ．５９２３−５９２５ＮｅｕＶ．、他４名，「Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．」，第２４２−２４５巻，ｐ．１２９０−１２９３

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高密度磁気記録媒体用等として有効に用い得る垂直磁気異方性を示し、保磁力等の磁気特性に優れたＳｍ−Ｃｏ合金系の垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ね、膜面に対して垂直方向に磁化容易軸が配向した垂直磁気異方性を有する薄膜であって、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなる薄膜について検討した結果、スパッタリング等の気相めっき法にて２００〜６００℃の温度下で、好ましくはＣｕ又はＣｕ合金からなる下地上、又はＴｉ又はＴｉ合金からなる層と、該層上に積層されたＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成された下地層上に形成すること、この場合、好ましくは、基板上にＴｉ又はＴｉ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜し、次いで、上記Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層上にＣｕ又はＣｕ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜して両層を下地層とし、特に、ターゲットとしてＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより形成すること、又はターゲットとしてＳｍターゲット及びＣｏターゲットを用い、各々のターゲットで交互にスパッタリングしてＳｍ層及びＣｏ層を交互に複数回に亘って積層して形成することにより得られた薄膜が、高い垂直磁気異方性を有し、また、保磁力等の磁気特性にも優れていることから、垂直磁気記録媒体の記録層として有効に用いることができるものであることを見出し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、以下のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜及びその形成方法を提供する。
（１）膜面に対して垂直方向に磁化容易軸が配向した垂直磁気異方性を有する薄膜であって、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなることを特徴とするＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（２）Ｃｕ又はＣｕ合金からなる下地上に形成されてなることを特徴とする（１）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（３）上記下地が１〜１０００ｎｍの薄層状の下地層であることを特徴とする（２）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（４）Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層と、該層上に積層されたＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成された下地層上に形成されてなることを特徴とする（１）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（５）上記下地層が１〜１００ｎｍのＴｉ又はＴｉ合金からなる層と、該層上に積層された１〜１０００ｎｍのＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成されていることを特徴とする（４）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（６）面内方向の保磁力に対する垂直方向の保磁力の比が１．２以上であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（７）磁気記録媒体用であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
（８）２００〜６００℃の温度下で気相めっき法により成膜することを特徴とする（１）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
（９）基板上にＴｉ又はＴｉ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜し、次いで、上記Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層上にＣｕ又はＣｕ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜して両層を下地層とし、次いで、この下地層上にＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を成膜することを特徴とする（８）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
（１０）上記気相めっき法がスパッタリングであることを特徴とする（９）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
（１１）ターゲットとしてＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより形成することを特徴とする（１０）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
（１２）ターゲットとしてＳｍターゲット及びＣｏターゲットを用い、各々のターゲットで交互にスパッタリングしてＳｍ層及びＣｏ層を交互に複数回に亘って積層することにより形成することを特徴とする（１０）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
（１３）Ｓｍターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＳｍ層の平均の厚さが０．０５〜５ｎｍであり、かつＣｏターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＣｏ層の平均の厚さが０．０５〜５ｎｍであることを特徴とする（１２）記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。

本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系の垂直磁気異方性薄膜は、高い垂直磁気異方性を有するものである。また、保磁力等の磁気特性にも優れたものであり、本発明によれば、高密度磁気記録媒体用等の垂直磁化膜として有効な垂直磁気異方性薄膜を提供することができる。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなる膜であり、膜面に対して垂直方向に磁化容易軸が配向した垂直磁気異方性を有しているものである。本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、垂直磁化膜として有効な垂直磁気異方性を有していることから、高密度磁気記録媒体等の磁気記録媒体用等として有用である。その膜厚は特に限定されるものではないが、１〜３００ｎｍ、特に５〜１００ｎｍであることが好適である。

また、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、Ｓｍ及びＣｏからなる結晶相を含んでいるものが好ましく、特に、ＳｍＣｏ₅で表される結晶相を含んでいるものが好ましい。Ｓｍ及びＣｏからなる結晶相、特に、ＳｍＣｏ₅で表される結晶相を含んでいるものは、磁気異方性のより高い薄膜となる点から好ましい。

更に、本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特にＣｕ又はＣｕ合金からなる下地上に形成されていることが好ましい。この場合、面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる金属板を下地として形成されたものであってもよいし、ガラス基板、Ｓｉ基板、熱酸化Ｓｉ基板、Ａｌ₂Ｏ₃基板、ＭｇＯ基板、ＮｉＰ／Ａｌ基板等の基板上に、厚さ１〜１０００ｎｍ、特に２５〜５００ｎｍの薄層状の面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる金属からなる下地層を形成し、これを下地として形成されたものであってもよい。なお、本発明において、面心立方格子の結晶構造を取り得る金属とは、その金属が結晶構造として面心立方格子を取り得るものを意味し、これは、下地が面心立方格子の結晶構造を有しているものに限られるものではない。

また、本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、厚さ１〜１００ｎｍ、特に３〜３０ｎｍのＴｉ又はＴｉ合金からなる層と、この層上に積層された厚さ１〜１０００ｎｍ、特に２５〜５００ｎｍのＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成された下地層上に形成されているものも好適である。下地層として、Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層上にＣｕ又はＣｕ合金からなる層を積層したものを用いることにより、この下地層上に形成されるＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の垂直異方性を向上させることができると共に、その角形比を大きくすることが可能となる。

本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、磁気記録媒体用等として有用であるが、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、通常、基体上に成膜して用いられる。この基体上に成膜して用いる場合について、以下に図を参照して説明する。

図１は、基体上に本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を形成した磁気記録媒体の一例を示す図である。図１（Ａ）は、基板３上に形成された下地層２上に本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜１が設けられた磁気記録媒体を示す図である。また、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を用いた磁気記録媒体としては、図１（Ｂ）に示されるように、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜１上に、保護膜４を設けたもの、図１（Ｃ）に示されるように、保護層４には、更に潤滑膜５を設けたものを挙げることができる。

なお、この場合、保護層４は、垂直磁化膜の腐食を防ぐと共に、ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぎ、かつヘッドと媒体の間の潤滑特性を確保するためのもので、従来公知の材料を使用でき、例えばＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂の単一組成、又はこれらを主成分とし他元素を含むものが使用可能である。保護層４の厚さは１〜１０ｎｍが望ましい。一方、潤滑膜５には、パーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などの潤滑剤を使用できる。

このような基板上にＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を形成する場合、この基板としては、ガラス基板、Ｓｉ基板、熱酸化Ｓｉ基板、Ａｌ₂Ｏ₃基板、ＭｇＯ基板、ＮｉＰ／Ａｌ基板、Ｃｕ基板、Ｃｕ合金基板等の基板を用いることができる。また、図１（Ｄ）に示されるように、基板３上に、軟磁性裏打ち層６を設けたものを挙げることもでき、この場合は、基板３上に、例えば、厚さ５０〜１０００ｎｍ程度のＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＴａＺｒ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＴａＣ、ＦｅＣ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＳｉ等からなる軟磁性裏打ち層６を設けることが可能である。なお、軟磁性裏打ち層６を設ける場合も、上述の保護層４、更には潤滑膜５を設けることができる。

次に、本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法について説明する。
本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、２００〜６００℃、好ましくは２８０〜４２０℃の温度下で気相めっき法により成膜することにより形成することができる。これは、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなる薄膜の形成時に上記所定温度とすることにより、Ｓｍ及びＣｏからなる結晶相、特にＳｍＣｏ₅で表される結晶相を含む薄膜の形成が促進されるものと推定されるが、特に、この機構に限定されるものではない

Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の膜厚は特に限定されるものではないが、１〜３００ｎｍ、特に５〜１００ｎｍであることが好適である。Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜は、スパッタリング、蒸着、分子線エピタキシー、ＰＬＤ等の気相めっき法により成膜することが可能であるが、特に、スパッタリングにより形成することが好ましい。

Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜をスパッタリングにより形成する場合、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下においてスパッタリングすることが好ましい。なお、雰囲気ガスのＡｒの圧力は装置により異なるためその都度適宜決定されるが、１〜３００ｍＴｏｒｒ程度が好ましい。１Ｔｏｒｒは約１３３Ｐａである。また、スパッタリング方式としては、例えばＤＣマグネトロンスパッタリング方式を用いることが可能である。

また、本発明の形成方法においては、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を、面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特にＣｕ又はＣｕ合金からなる厚さが好ましくは１〜１０００ｎｍ、特に好ましくは２５〜５００ｎｍの下地上に成膜することが好ましい。面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特にＣｕ及びＣｕ合金からなる下地上に、Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を成膜することにより、垂直方向に高い磁気異方性を有する薄膜を形成することができる。Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなる薄膜を面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特にＣｕ又はＣｕ合金からなる下地上に成膜すれば、上述したような、Ｓｍ及びＣｏからなる結晶相、特にＳｍＣｏ₅で表される結晶相を含む薄膜を容易に形成することができ、この点からも好適である。

この場合、上記基板として面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる金属板を用いれば、これをそのまま下地としてＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を形成することができる。また、上述したようなガラス基板、Ｓｉ基板、熱酸化Ｓｉ基板、Ａｌ₂Ｏ₃基板、ＭｇＯ基板、ＮｉＰ／Ａｌ基板等の基板上に、必要に応じて軟磁性裏打ち層を形成して厚さ１０〜１０００ｎｍ、特に２５〜５００ｎｍの薄層状の面心立方格子の結晶構造を取り得る金属、特に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる金属からなる下地層を形成し、これを下地としてＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を形成することも可能である。

また、上述した基板上に、Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層と、この層上に積層されたＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成された下地層を形成してＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を形成する場合、下地層を０〜１００℃、好ましくは１０〜５０℃、特に好ましくは室温程度で成膜することが好ましく、これにより、この下地層上に形成されるＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の垂直異方性を、更に向上させることができると共に、その角形比を更に大きくすることができる。また、形成された下地層表面、更にはこの下地層上に形成されたＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜表面のラフネスを特に小さくすることができる。なお、下地層はスパッタリング、蒸着、分子線エピタキシー、ＰＬＤ等の気相めっき法により成膜することが可能であるが、特に、スパッタリングにより形成することが好ましい。

下地層をスパッタリングにより形成する場合、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下において、Ｃｕターゲット又はＣｕ合金ターゲットに電力を印加することによりスパッタリングすることが好ましい。なお、雰囲気ガスのＡｒの圧力は装置により異なるためその都度適宜決定されるが、１〜３００ｍＴｏｒｒ程度が好ましい。また、スパッタリング方式としては、例えばＤＣマグネトロンスパッタリング方式を用いることが可能である。

Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を、スパッタリングにより形成する場合、（Ａ）ターゲットとしてＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより形成する方法と、（Ｂ）ターゲットとしてＳｍターゲット及びＣｏターゲットを用い、各々のターゲットで交互にスパッタリングしてＳｍ層及びＣｏ層を交互に複数回に亘って積層することにより形成する方法の２つの方法が好適に採用し得る。

（Ａ）のターゲットとしてＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより形成する場合は、例えばＳｍ₁₈Ｃｏ₈₂合金等のＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットに電力を印加することにより可能である。この場合、成膜時の温度は２００〜６００℃、特に３００〜４２０℃、とりわけ３４０〜４００℃であることが好ましい。

一方、（Ｂ）のターゲットとしてＳｍターゲット及びＣｏターゲットを用い、各々のターゲットで交互にスパッタリングしてＳｍ層及びＣｏ層を交互に複数回に亘って積層することにより形成する場合は、チャンバー内にＳｍターゲット及びＣｏターゲットを設け、これらに交互に電力を印加することにより可能である。この場合、成膜時の温度は２００〜６００℃、特に２８０〜４００℃、とりわけ３２０〜３８０℃であることが好ましい。

この場合、各々のターゲットに印加する電力量や各々のターゲットのスパッタリング時間を適宜調整することにより、Ｓｍ層及びＣｏ層の厚さを調整することができるが、特に、Ｓｍターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＳｍ層の平均の厚さを０．０５〜５ｎｍ、特に０．１〜１ｎｍ、Ｃｏターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＣｏ層の平均の厚さを０．０５〜５ｎｍ、特に０．１〜１ｎｍとすることが好ましい。また、Ｓｍ層及びＣｏ層の積層数（Ｓｍ層及びＣｏ層の積層サイクル（Ｓｍ層及びＣｏ層の積層数の合計の１／２が積層サイクルに相当する））は、形成する膜厚に合わせて適宜選定することができ、Ｓｍ層及びＣｏ層の合計として４〜６００層、特に２０〜３００層とすることができる。

本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法によれば、面内方向の保磁力に対する垂直方向の保磁力の比が１．２以上、特に１．５以上、とりわけ２以上である垂直磁気異方性に極めて優れたＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を得ることができる。また、その垂直方向の保磁力、例えば、超伝導磁石を用いて７０ｋＯｅの外部磁界を印加するという条件下で磁化したときの垂直方向の保磁力が４．０ｋＯｅ以上、特に７．０ｋＯｅ以上という高い値を有するものを得ることができる。なお、１Ｏｅは約７９Ａ／ｍである。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
チャンバー内でガラス基板を３８５℃に加熱し、この加熱されたガラス基板上に表１に示す条件で、Ｃｕターゲットを用いてスパッタリングにより下地層としてＣｕ層を成膜し、次いで、Ｓｍ₁₈Ｃｏ₈₂ターゲットを用いてスパッタリングによりＳｍＣｏ層を成膜し、成膜終了後、加熱を止めて放冷して、Ｃｕ（膜厚２００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成した。

この薄膜の磁気特性について、ＶＳＭ（振動試料型磁力計理研電子株式会社製最大印加磁界１５ｋＯｅ）で測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図２に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．４ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が２．１ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。

［実施例２］
下地層のＣｕ層の膜厚を５００ｎｍとした以外は実施例１と同様の方法で、Ｃｕ（膜厚５００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図３に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．６ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が３．８ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。また、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉磁力計ＱｕａｎｔｕｍＤｅｓｉｇｎ製最大印加電界７０ｋＯｅ）により測定された垂直方向の保磁力は４．５ｋＯｅであった。

［実施例３］
チャンバー内でガラス基板を３４５℃に加熱し、この加熱されたガラス基板上に表２に示す条件で、Ｃｕターゲットを用いてスパッタリングにより下地層としてＣｕ層を成膜し、次いで、ＣｏターゲットとＳｍターゲットを用い、ＣｏターゲットとＳｍターゲットに交互に電力を印加することにより、Ｃｏ０．４１ｎｍ、Ｓｍ０．３１ｎｍの厚さで交互にスパッタリングして積層するサイクルを３５サイクル（Ｃｏ層とＳｍ層の合計が７０層）繰り返すことによりＳｍ−Ｃｏを成膜し、成膜終了時に加熱を止めて放冷して、Ｃｕ（膜厚１００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成した。

このＳｍＣｏ層の平均組成はほぼＳｍＣｏ₄である。また、この薄膜の磁気特性について、ＶＳＭ（振動試料型磁力計理研電子株式会社製最大印加磁界１５ｋＯｅ）で測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図４に示す。また、Ｘ線回折測定（Ｃｕ−Ｋα 管電圧５０ｋＶ管電流２００ｍＡ）の結果を図５に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．５ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が５．２ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。また、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉磁力計ＱｕａｎｔｕｍＤｅｓｉｇｎ製最大印加電界７０ｋＯｅ）により測定された垂直方向の保磁力は７．６ｋＯｅであった。更に、Ｘ線回折パターンから、この薄膜がＳｍＣｏ₅結晶相を有するものであることが確認された。

［実施例４］
基板の加熱温度を３８５℃とした以外は実施例３と同様の方法で、Ｃｕ（膜厚１００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図６に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．１ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が３．８ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。

［実施例５］
基板の加熱温度を３８５℃とし、下地層のＣｕ層の膜厚を２５ｎｍとした以外は実施例３と同様の方法で、Ｃｕ（膜厚２５ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図７に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が２．３ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が３．０ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。

［比較例１］
下地層をＣｕ層の代わりに膜厚５０ｎｍのＴｉ層とした以外は実施例１と同様の方法で、Ｔｉ（膜厚５０ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図８に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．１ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．２ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例２］
下地層をＣｕ層の代わりに膜厚２５ｎｍのＣｏＣｒ₄₀層とした以外は実施例１と同様の方法で、ＣｏＣｒ₄₀（膜厚２５ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図９に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．１ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．４ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例３］
下地層をＣｕ層の代わりに膜厚５００ｎｍのＣｏＣｒ₄₀層とした以外は実施例１と同様の方法で、ＣｏＣｒ₄₀（膜厚５００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１０に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．３ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．３ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例４］
下地層をＣｕ層の代わりに膜厚２５ｎｍのＣｒ層とした以外は実施例１と同様の方法で、Ｃｒ（膜厚２５ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１１に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が５．１ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．５ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例５］
下地層をＣｕ層の代わりに膜厚２５ｎｍのＴａ層とした以外は実施例１と同様の方法で、Ｔａ（膜厚２５ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１２に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．７ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．４ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例６］
下地層を成膜しないでＳｍＣｏ層を形成した以外は実施例１と同様の方法で、ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１３に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が０．２ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．２ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例７］
ガラス基板の代わりにＡｌ₂Ｏ₃単結晶（００１）基板を用いた以外は比較例６と同様の方法で、Ａｌ₂Ｏ₃単結晶（００１）基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１４に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が０．９ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．２ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［比較例８］
ガラス基板の代わりにＭｇＯ単結晶（１００）基板を用いた以外は比較例６と同様の方法で、ＭｇＯ単結晶（１００）基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１５に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．２ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が０．２ｋＯｅで、垂直磁気異方性に乏しいものであり、実質的に垂直磁気異方性を示さないものであった。

［実施例６］
チャンバー内で室温のガラス基板上に、表３に示す条件で、ＴｉターゲットとＣｕターゲットとを用いて順にスパッタリングすることにより下地層としてＴｉ層とその上にＣｕ層を成膜し、次いで、下地層を成膜したガラス基板を３２５℃に加熱し、この加熱された下地層を成膜したガラス基板上に、ＣｏターゲットとＳｍターゲットを用い、ＣｏターゲットとＳｍターゲットに交互に電力を印加することにより、Ｃｏ０．４１ｎｍ、Ｓｍ０．３１ｎｍの厚さで交互にスパッタリングして積層するサイクルを３５サイクル（Ｃｏ層とＳｍ層の合計が７０層）繰り返すことによりＳｍ−Ｃｏを成膜し、成膜終了時に加熱を止めて放冷して、Ｃｕ（膜厚１００ｎｍ）／Ｔｉ（膜厚２５ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成した。

このＳｍＣｏ層の平均組成はほぼＳｍＣｏ₄である。また、この薄膜の磁気特性について、ＶＳＭ（振動試料型磁力計理研電子株式会社製最大印加磁界１５ｋＯｅ）で測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１６に示す。また、Ｘ線回折測定（Ｃｕ−Ｋα 管電圧５０ｋＶ管電流２００ｍＡ）の結果を図１７に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が１．９ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が９．２ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。また、この薄膜が示す角形比はほぼ１であり、垂直磁気記録媒体の記録層として極めて優れた特性を有していることがわかった。更に、Ｘ線回折パターンから、この薄膜がＳｍＣｏ₅結晶相を有し、特に（１１０）面の膜面垂直方向の配向性が高いものであることが確認された。

［実施例７］
下地層としてＴｉ層を成膜せず、Ｃｕ層のみを成膜した以外は実施例６と同様の方法で、Ｃｕ（膜厚１００ｎｍ）／ガラス基板上に積層されたＳｍＣｏ（膜厚２５ｎｍ）薄膜を形成し、その磁気特性を測定した。Ｍ−Ｈヒステリシスループを図１８に示す。また、Ｘ線回折測定（Ｃｕ−Ｋα 管電圧５０ｋＶ管電流２００ｍＡ）の結果を図１７に示す。その結果、この薄膜は、面内方向の保磁力が２．０ｋＯｅに対し、垂直方向の保磁力が８．２ｋＯｅである、垂直磁気異方性に優れ、高い保磁力を有する薄膜であった。また、この薄膜が示す角形比は０．８５であり、垂直磁気記録媒体の記録層として優れた特性を有していることがわかった。更に、Ｘ線回折パターンから、この薄膜がＳｍＣｏ₅結晶相を有するものであることが確認された。

本発明のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜が基板上に形成されている磁気記録媒体を示す断面図である。実施例１で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例２で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例３で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例３で得られた薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。実施例４で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例５で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例１で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例２で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例３で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例４で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例５で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例６で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例７で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。比較例８で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例６で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。実施例６及び７で得られた薄膜のＸ線回折パターンを示す図である。実施例７で得られた薄膜のＭ−Ｈヒステリシスループを示す図である。

符号の説明

１Ｓｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜
２下地層
３基板
４保護層
５潤滑層
６軟磁性裏打ち層

Claims

膜面に対して垂直方向に磁化容易軸が配向した垂直磁気異方性を有する薄膜であって、Ｓｍ及びＣｏを含む合金からなることを特徴とするＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
Ｃｕ又はＣｕ合金からなる下地上に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
上記下地が１〜１０００ｎｍの薄層状の下地層であることを特徴とする請求項２記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層と、該層上に積層されたＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成された下地層上に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
上記下地層が１〜１００ｎｍのＴｉ又はＴｉ合金からなる層と、該層上に積層された１〜１０００ｎｍのＣｕ又はＣｕ合金からなる層で構成されていることを特徴とする請求項４記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
面内方向の保磁力に対する垂直方向の保磁力の比が１．２以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
磁気記録媒体用であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜。
２００〜６００℃の温度下で気相めっき法により成膜することを特徴とする請求項１記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
基板上にＴｉ又はＴｉ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜し、次いで、上記Ｔｉ又はＴｉ合金からなる層上にＣｕ又はＣｕ合金からなる層を室温で気相めっき法により成膜して両層を下地層とし、次いで、この下地層上にＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜を成膜することを特徴とする請求項８記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
上記気相めっき法がスパッタリングであることを特徴とする請求項９記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
ターゲットとしてＳｍ−Ｃｏ合金ターゲットを用いたスパッタリングにより形成することを特徴とする請求項１０記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
ターゲットとしてＳｍターゲット及びＣｏターゲットを用い、各々のターゲットで交互にスパッタリングしてＳｍ層及びＣｏ層を交互に複数回に亘って積層することにより形成することを特徴とする請求項１０記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。
Ｓｍターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＳｍ層の平均の厚さが０．０５〜５ｎｍであり、かつＣｏターゲットでスパッタリングしたときに積層されるＣｏ層の平均の厚さが０．０５〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１２記載のＳｍ−Ｃｏ合金系垂直磁気異方性薄膜の形成方法。