JP2005327361A - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、かつ磁気特性と記録再生特性に優れ、さらなる高記録密度化が可能な垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。
【解決手段】 基体上に、少なくとも、六方最密充填結晶構造（又は面心立方構造）の金属又は合金からなる非磁性下地層と、六方最密充填結晶構造の磁性結晶粒と非磁性の結晶粒界とからなる磁性層（又は面心立方結晶構造の多層膜からなる磁性層）と、保護層とが順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性下地層がＮｉＣｒ合金からなるシード層上に形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は垂直磁気記録媒体に係り、特に磁気特性に優れた、高記録密度の垂直磁気記録媒体に関する。

磁気記録媒体のさらなる高記録密度化を達成すべく、面内磁気記録方式に代わり、垂直磁気記録方式が注目されている。垂直磁気記録方式は、記録層として、例えば六方最密充填（ｈｃｐ）構造を有するＣｏ系薄膜や面心立方（ｆ ｃ ｃ）構造を有するＣｏ／Ｐｄ等の多層膜が主に用いられる。

六方最密充填（ｈｃｐ）構造を有するＣｏ系薄膜の場合で、さらなる高記録密度化及び磁気特性の向上を達成するには、例えば磁気記録層の強磁性体結晶粒の粒界に非磁性酸化物等を偏析させ、結晶粒径の微細化及び結晶粒間の磁気的相互作用を低減するととともに、結晶粒の垂直配向性の改善が不可欠である。そのための方策として、磁性層の下地層として例えば４０ｎｍ程度のＲｕやＴｉ膜を設けた媒体構成が開示されている。

一方、垂直磁気記録媒体では、磁気記録層の下方に軟磁性裏打ち層を設ける構造（即ち二層垂直媒体構造）とするのが一般的であるが、この場合、記録ヘッドの書込み磁界の急峻性（書込み能力に対応）をさらに高めるために、磁気記録層と軟磁性裏打ち層との間隔は、例えば２０ｎｍ以下にするのが好ましい。
そこで、強磁性体結晶粒の配向性の向上と書込み能力の向上との両者を実現するために、下地層の下に、ＮｉＦｅ，Ｃｒ，Ｔｉ等のシード層を設けた構成が提案されている。

なお、面心立方（ｆ ｃ ｃ）構造を有するＣｏ／Ｐｄ系等の多層膜を用いた垂直記録媒体の場合も同様に、強磁性体結晶粒の結晶配向性を向上させる方策として、３０ｎｍ程度の厚さのＰｄ等の下地層が設けられる。
特開２００３−７７１２２ 特開２００１−６１５８ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５９，２８９８（１９９１）．

以上述べたように、下地層の下にさらにシード層を設けることにより、強磁性体結晶粒の配向性は改善されたものの、より高密度で高性能の次世代磁気媒体にはさらなる結晶粒配向性の向上とともに、下地層及びシード層の薄層化が求められている。
かかる状況において、本発明者は、磁性層、下地層及びシード層の組み合わせについて種々の検討を行い、媒体構成及び形成方法と結晶配向性及び磁気特性との関係を調べたところ、シード層にＮｉＣｒ合金を用い、さらに磁性層と同じ結晶構造の下地層を用いることにより、磁性層がｈｃｐ結晶構造及びｆｃｃ結晶構造のいずれの場合についても、強磁性体結晶粒の配向性及び磁気特性が向上することを見出し、また下地層及びシード層の薄層化が可能であることが分かった。

本発明は、かかる知見を基にさらに検討を加えて完成したものであり、低コストで、かつ磁気特性と記録再生特性に優れ、さらなる高記録密度化が可能な垂直磁気記録媒体を提供することを目的とする。

本発明の垂直磁気記録媒体は、基体上に、少なくとも、六方最密充填結晶構造の金属又は合金からなる非磁性下地層と、六方最密充填結晶構造の磁性体結晶粒と非磁性の結晶粒界とからなる磁性層と、保護層とが順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性下地層がＮｉＣｒ合金からなるシード層上に形成されていることを特徴とする。ここで、前記金属又は合金はＲｕ、Ｔｉ、Ｒｈ若しくはＺｒ又はこれらのいずれかを含む合金が好適に用いられる。

また、本発明の垂直磁気記録媒体は、基体上に、少なくとも、面心立方結晶構造の金属又は合金からなる非磁性下地層と、面心立方結晶構造の多層膜からなる磁性層と、保護層と、が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性下地層は、ＮｉＣｒ合金からなるシード層上に形成されていることを特徴とする。ここで、前記金属又は合金はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ若しくはＡｇ又はこれらのいずれかを含む合金が好適に用いられる。なお、前記多層膜からなる磁性層は、例えば、Ｃｏ膜又はＣｏを含む合金膜とＰｔ膜又はＰｄ膜との２層構造が複数回積層されたものである。

なお、本発明において、前記シード層のＣｒ原子含有率は３０〜４２ａｔ．％とするのが好ましい。

本発明により、即ち、シード層にＮｉＣｒ合金を用い、シード層上に六方最密充填構造の下地層及び磁性層を積層する構成、または、シード層上に面心立方結晶構造の下地層及び多層膜からなる磁性層を積層する構成とすることにより、下地膜結晶粒の結晶配向性を向上させることができ、その結果として磁性層の結晶粒配向性が向上して、媒体の磁気特性が大きく向上する。
さらに、シード層及び下地層の薄層化が可能となり、記録密度の増大を可能とすると共に、書き込み能力が改善され記録再生特性に優れた垂直磁気媒体を実現することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。

本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を図１Ａに示す
図１Ａに示すように、本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板１上に、軟磁性裏打ち層６、ＮｉＣｒシード層２、非磁性下地層３、磁性層４及び保護膜５が順次積層された構造を有している。なお、本実施例では、軟磁性裏打ち層を設ける構成としたが、省略しても良いことは言うまでもない。

ここで、ＮｉＣｒシード層２には、ＮｉＣｒ合金が用いられ、厚さを１〜１０ｎｍとするのが好ましい。このように薄い層をスパッタ法により膜厚均一性よく形成するには、基板近傍の圧力をできるだけ低くするのが好ましく、例えば図６に示した低圧スパッタ装置が用いられる。
このスパッタ装置１０においては、図に示すように、真空室１１の内部に、ターゲット１３，バッキングプレート１４及び磁石ユニット１５からなるマグネトロンカソード１２と、基板１７を保持する基板ホルダ１８とが対向して配置される。真空室１１のターゲット側にはターゲット１３の表面近傍にスパッタガスを吹き出すガス導入配管１９が取り付けられ、一方基板ホルダ側には排気口２７が設けられ、バルブ２０を介して第１の排気装置（例えば、ターボ分子ポンプ）２１が取り付けられている。なお、マグネトロンカソード１２は絶縁部材１６を介して真空室１１に固定され、直流又は高周波電源（不図示）に接続されている。またガス導入配管１９はガス供給系（不図示）に連結されている。

さらに、真空室内に圧力差を形成するために第１及び第２の圧力調整手段が配置される。図の場合、第１の圧力調整手段２３として、先細りのノズル形状部材が用いられ、ターゲット１３を囲んで配置される。その外側に配置される第２の圧力調整手段２４としては、先細りノズル形状に加え先端部に同一径の円筒を取り付けた形状の部材が用いられている。
さらに、第１及び第２の圧力調整手段の間の空間（中間空間）と連通する排気口２７’がマグネトロンカソード１２の後方に設けられ、この排気口２７’には第２の排気装置（例えば、ターボ分子ポンプ）２２がバルブ２０’を介して取り付けられている。

スパッタガスはガス供給系からガス導入配管１９を通ってターゲット表面に放出され、第１の圧力調整手段２３及び第２の圧力調整手段２４の内側を通って、排気装置２１から外部に排気されるとともに、第１の調整手段２３と第２の調整手段２４の間を通って第２の排気装置２２から外部に排出される。

このように、第１及び第２の圧力調整手段を設けて、ターゲット近傍空間、基板近傍空間、及びこれらの中間空間とで圧力差を生じさせる構成とし、さらに中間空間を排気する第２の排気装置を設けることにより、基板方向に向かうスパッタガスは低減し、その結果、ターゲット近傍空間と基板近傍空間との圧力差をさらに大きくすることが可能となり、安定なスパッタ放電を維持しながら、基板周辺のより一層の低圧力化が可能となる。このようにして、例えばターゲット近傍の圧力が１．０ｘ１０^−２Ｐａとき、基板周辺で１．０ｘ１０^−４Ｐａを達成することが可能となる。

ＮｉＣｒシード層は、所望の組成のＮｉＣｒ合金ターゲット又はＣｒターゲット及びＮｉターゲットの２元ターゲットを用い、基板近傍の圧力を３．０ｘ１０^−２Ｐａ以下として、所望の膜厚を形成する。圧力を３．０ｘ１０^−２Ｐａ以下とすることにより、ＮｉＣｒシード層の平坦性がさらに向上し、その上に形成される非磁性下地層の結晶粒成長を促進して、全面にわたりｃ軸配向性に優れた非磁性下地層を形成することができる。なお、圧力は低い方が好ましいが、スパッタ装置の構成により定められる。

非磁性下地層３は、六方最密充填構造を有する非磁性の金属又は合金からなり、ｃ軸が基板面に対して垂直となるように形成される。このような金属・合金としては、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ若しくはＺｒ又はこれらのいずれかを含む合金が好適に用いられ、層厚としては３〜１５ｎｍが好適であり、シード層と非磁性下地層を合わせた厚さとしては５〜２０ｎｍとするのが好ましい。

磁性層は、六方最密充填結晶構造の強磁性結晶粒と非磁性の結晶粒界とから構成される。具体的には、例えばＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＢ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２、ＣｏＣｒＰｔ−Ｎｂ_２Ｏ_５及びＣｏＣｒＰｔＯ等が例示される。この磁性層の厚さとしては、通常５〜２５ｎｍである。

以上のように、シード層にＮｉＣｒ合金を用いることにより、例えば１ｎｍと非常に薄い場合であっても、その上にｃ軸が基板に対し垂直方向に揃った結晶粒からなる下地層を形成することができる。さらに、下地層を３〜１５ｎｍと極めて薄くすることが可能となり、このように薄い場合であってもその上に形成される磁性層の結晶粒は均一なｃ軸配向性を有し、結果として高い保磁力が得られ、高密度で信頼性の高い磁気記録媒体を得ることができる。なお、Ｃｒ含有量が３０〜４２ａｔ．％のＮｉＣｒ合金を用いることにより、以上の効果を一層向上させることができる。
また、磁性層４と軟磁性裏打ち層６の間隔を５〜２０ｎｍと極めて小さくすることができ、書き込み特性に優れ、より記録密度の高い垂直磁気媒体が可能となる。

本実施例の軟磁性裏打ち層としては、ＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＦｅＴａＮ，ＦｅＳｉＡｌＮ及びＮｉＦｅ等が用いられるが、特にＣｏＴａＺｒ，ＣｏＮｂＺｒ，ＦｅＴａＮ及びＦｅＳｉＡｌＮが好ましく、表面平坦性に優れた裏打ち層を形成することができる。なお、軟磁性裏打ち層の厚さは通常１００〜５００ｎｍ程度である。また、基板は、例えば、ガラス基板、アルミニウム基板、プラスチック基板が用いられ、保護層としては、例えば、Ｃ、ＳｉＮ，ＢＣ等が用いられ、通常２〜１０ｎｍ程度形成される。

（実験例１）
次に、シード層としてＮｉＣｒ合金を用いた場合と、他の金属又は合金を用いた場合とを比較した実験を以下に説明する。
ガラス基板（２．５インチディスク）１７をＮｉＣｒターゲット（Ｃｒ含有量；４０ａｔ．％）１３を備えた真空室１１内に取り付けた。ガス導入配管１９を通してＡｒガスを導入して放電を起こし、基板近傍の圧力が３．０ｘ１０^−２Ｐａとなるように排気装置２１，２２のメインバルブ２０，２０’を調整した。このようにして基板上に１〜５ｎｍの範囲のＮｉＣｒシード層を成膜した。
続いて、ＮｉＣｒシード層上に、２０ｎｍのＲｕ非磁性下地層をＡｒガス圧６．７ｘ１０^−１Ｐａで成膜した。さらに、５ｎｍのＣ保護層を成膜した。一方、比較のため、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＣｕ、ＮｉＦｅ、Ｔｉ、Ａｕ及びＣｕについても、種々の膜厚のシード層を同様にして形成し、続いてＲｕ下地層及びＣ保護膜を形成した。

これらの試料をＸ線回折法で評価し、Ｒｕ下地層のｈｃｐ（００２）面の回折強度とシード層厚との関係を図２にまとめた。図２から明らかなように、Ｒｕ−ｈｃｐ（００２）の回折強度は、ＮｉＣｒシード層を用いた試料で最も大きく、ＮｉＣｒシード層が１ｎｍと極めて薄い場合であっても、従来の厚いシード層に比べても十分大きな回折強度が得られることが分かった。
また、同試料のロッキングカーブをＸ線回折法で評価し、Ｒｕ−ｈｃｐ（００２）ピークの半値幅△θ_５０をシード層の層厚に対して図３にプロットした。ＮｉＣｒシード層を用いた試料の半値幅△θ_５０は他のシード層に比べて極めて小さく、結晶粒子のｃ軸配向性が高いことが分かる。即ち、結晶粒ｃ軸の垂直配向性が高く、しかも各結晶粒間でバラツキが小さいことが分かった。

（実験例２）
次に、ＮｉＣｒシード層のＣｒ含有量とＲｕ下地層の結晶配向性及び垂直磁気媒体の保磁力との関係について調べた実験結果を図４〜６を参照して説明する。
まず、種々の組成のＣｒＮｉターゲットを用いてＮｉＣｒシード層を４ｎｍ形成し、続いて上記実験と同様にしてＲｕ下地層を５ｎｍ、Ｃ保護膜を５ｎｍ形成してＸ線回折測定用試料を作製した。同様に、シード層４ｎｍ、Ｒｕ下地層５ｎｍ、ＣｏＣｒＰｔ磁性層１０ｎｍ、Ｃ保護膜５ｎｍを形成し、保磁力測定用試料を作製した。これらの試料についての測定結果を図４及び図５に示す。

図４はＲｕ−ｈｃｐ（００２）回折強度とＮｉＣｒ組成との関係をプロットしたグラフである。また、図５は、保磁力とＮｉＣｒ組成との関係をプロットしたグラフである。
これらの図から明らかなように、ＮｉＣｒシード層中のＣｒ原子の含有量を３０〜４２ａｔ．％とすることにより、Ｒｕ下地層結晶粒のｃ軸配向性は急激に増大した。また、Ｒｕ下地層のｃ軸配向性に対応して、記録媒体の保磁力が変化することが分かる。なお、ＮｉＣｒシード層を設けない場合の媒体の保磁力は２．０ＫＯｅであった。

以上述べてきたように、シード層として、ＮｉＣｒ合金を用い、これを低圧スパッタ法により形成することにより、膜厚均一性及び平坦性に優れたシード層を形成することができ、六方最密充填構造の下地層の結晶粒を増大させ、しかもｃ軸配向性を向上させることが可能となり、その上に形成される六方最密充填構造の強磁性体結晶粒の微細化とｃ軸配向性の向上を同時に達成することが可能となった。この結果として、より高記録密度化が可能で磁気特性に優れた垂直記録媒体が実現可能となった。

本発明の垂直磁気記録媒体の他の構成例を図１Ｂに示す
図１Ｂに示すように、本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板１上に、ＮｉＣｒシード層２、非磁性下地層３、強磁性体層と非磁性層の２層構造が複数回繰り返し形成された磁性層４、及び保護膜５が順次積層された構造を有している。なお、ＮｉＣｒシード層の下に軟磁性裏打ち層を形成しても良い。

ここで、非磁性下地層３は、面心立方構造を有する非磁性の金属又は合金からなり、（１１１）面が基板面に対して平行となるように形成されている。このような金属としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ、Ｃｕ若しくはＡｇ又はこれらいずれかを含む合金が好適に用いられる。また、磁性層は、例えば０．１５〜０．５ｎｍ厚のＣｏ、ＣｏＢ、ＣｏＣｒＴａ等の強磁性体膜と０．６〜１．４ｎｍ厚のＰｄやＰｔ等の非磁性膜からなる２層構造膜が５〜２０回程度積層された面心立方結晶構造を有するものである。

以上のように、シード層にＮｉＣｒ合金を用いることにより、六方最密充填構造の金属等と同様に、結晶粒の配向性及び均一性に優れた面心立方構造の非磁性下地層を形成することが可能となる。その結果、多層膜構造の磁性体層の場合であっても、結晶配向性に優れた磁性層を形成することが可能となり、高密度で信頼性の高い磁気記録媒体を得ることができる。
さらに、シード層と非磁性下地層を合わせた厚さを２０ｎｍ以下とすることができ、より一層の高記録密度化が可能となる。

本発明の垂直磁気媒体の構成例を示す模式図である。 Ｒｕ下地層の（００２）回折強度とシード層の膜厚との関係を示すグラフである。 Ｒｕ下地層の（００２）回折ピークの半値幅とシード層の膜厚との関係を示すグラフである。 Ｒｕ（００２）回折強度とシード層のＮｉＣｒ組成との関係を示すグラフである。 媒体の保磁力とシード層のＮｉＣｒ組成との関係を示すグラフである。 低圧スパッタ装置の一例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 基板、
２ ＮｉＣｒシード層、
３ 下地層、
４ 磁性層、
５ 保護膜、
６ 軟磁性裏打ち層。
１０ スパッタ装置、
１１ 真空室、
１２ マグネトロンカソード、
１３ ターゲット、
１４ バッキングプレート、
１５ 磁石ユニット、
１６ 絶縁部材、
１７ 基板、
１８ 基板ホルダ、
１９ ガス導入配管、
２０，２０’ バルブ、
２１ 第１の排気装置（例えば、ターボ分子ポンプ）、
２２ 第２の排気装置、
２３ 第１の圧力調整手段２３、
２４ 第２の圧力調整手段２４、
２７、２７’ 排気口。

Claims (6)

1. 基体上に、少なくとも、六方最密充填結晶構造の金属又は合金からなる非磁性下地層と、六方最密充填結晶構造の磁性体結晶粒と非磁性の結晶粒界とからなる磁性層と、保護層とが順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性下地層がＮｉＣｒ合金からなるシード層上に形成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記金属又は合金は、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｒｈ若しくはＺｒ又はこれらのいずれかを含む合金であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 基体上に、少なくとも、面心立方結晶構造の金属又は合金からなる非磁性下地層と、面心立方結晶構造の多層膜からなる磁性層と、保護層と、が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性下地層は、ＮｉＣｒ合金からなるシード層上に形成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
4. 前記金属又は合金は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ若しくはＡｇ又はこれらのいずれかを含む合金であることを特徴とする請求項３に記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記多層膜構造の磁性層は、Ｃｏ膜又はＣｏを含む合金膜とＰｔ膜又はＰｄ膜との２層構造が複数回積層されたものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記シード層のＣｒ原子含有率は３０〜４２ａｔ．％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。

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