JP2008090917A

JP2008090917A - 磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット、及び垂直磁気記録媒体の製造方法並びに垂直磁気記録媒体

Info

Publication number: JP2008090917A
Application number: JP2006270168A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kamimura; 正樹上村
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2006-09-30
Filing date: 2006-09-30
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】グラニュラー磁性層内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することで、高密度化に対応可能な垂直磁気記録媒体、このような垂直磁気記録媒体を製造するのに好適なスパッタリングターゲットを提供する。
【解決手段】基板１上に少なくとも磁気記録層６を備えた垂直磁気記録媒体の前記磁気記録層を成膜する際に使用するスパッタリングターゲットであって、このスパッタリングターゲットは強磁性材料と金属酸化物とからなり、その金属酸化物はその金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さくなるようにした。また、このような磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により上記磁気記録層を成膜することにより垂直磁気記録媒体を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット、及びそれを用いた垂直磁気記録媒体の製造方法並びに垂直磁気記録媒体に関するものである。

近年、磁気記録の高密度化を実現する技術として、従来の長手（面内）磁気記録方式に代えて、垂直磁気記録方式が注目されつつある。
この垂直磁気記録媒体は、硬質磁性材料の磁気記録層と、軟磁性裏打ち層（あるいは軟磁性層とも呼ぶ。以下同じ。）の二つの磁性層を構成要素としてもつ。このうち、従来の長手磁気記録方式の媒体では用いられていない軟磁性層は、垂直記録用ヘッドの書き込み磁界を収束させる役割を持ち、媒体性能を上げる効果がある。ただし、この軟磁性層が無くても記録は可能なため、軟磁性層を除いた構成となる場合もある。

ところで、垂直磁気記録媒体においても、従来の長手磁気記録媒体と同様、高記録密度化の為には、高熱安定性と低ノイズの両立が必須である。現在、垂直磁気記録媒体の磁性層には、長手磁気記録媒体の磁性層に用いられるＣｏPt系の合金結晶材料を用いて広く研究・開発が行われているが、垂直磁気記録媒体においても、熱安定性を高めるためには結晶磁気異方性定数Ｋｕを増加させること、低ノイズ化のためには、磁性層結晶粒径の微細化と共に磁気的な粒間相互作用を小さくすることが重要である。このために、磁性層の組成を工夫することや、磁性層の直下に用いる下地層の工夫が行われている。

なかでも、一般にグラニュラー型の磁性層と呼ばれる、強磁性結晶粒子の周囲を酸化物あるいは窒化物からなる非磁性非金属物質で囲んだ構造をもつ磁性層は、高密度化に適した磁性層として注目され、盛んに研究が行われている。非磁性非金属の粒界が強磁性結晶粒子を物理的に分離するため、強磁性結晶粒子間の磁気的な相互作用が低減し、記録ビットの遷移領域に生じるジグザグ磁壁の形成を抑制するので、低ノイズ特性が得られると考えられている。

特許文献１には、グラニュラー磁性層を成膜するときに生じる異常放電、それに伴う磁気記録媒体上への異物発生を抑制するためのスパッタリングターゲットが記載されている。また、特許文献２には、グラニュラー磁気記録層において強磁性結晶粒子の粒径を一定に保ったまま柱状に成長させることを可能にする垂直磁気記録媒体が記載されている。

特開２００１−２３６６４３号公報特開２００６−１６４４４０号公報

ところが、本発明者らは垂直磁気記録媒体について研究を進めるうち、従来の技術では所望の特性が得られないことを突き止めた。
すなわち、磁性層内の強磁性微粒子が酸化していることが判明した。これは、グラニュラー磁性層の平面ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）にてスポット元素分析を行ったところ、強磁性微粒子部から酸素原子が検出されたことからわかった。すなわちこれは、一般的に、グラニュラー記録層は、CoCrPt系合金と酸化物とのコンポジットタイプのターゲットを用いてスパッタリング法によって成膜されているが、スパッタリング中に一部の酸素原子が解離し、強磁性微粒子を酸化してしまうものと推察される。面内磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体に限らず、CoPt系強磁性微粒子が酸化すると磁気特性が劣化することは一般的に知られている。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、グラニュラー磁性層内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することで、高密度化に対応可能な垂直磁気記録媒体、このような垂直磁気記録媒体を製造するのに好適なスパッタリングターゲットを提供することにある。

本発明者らは、上述の課題を解決すべく研究を進めた結果、以下の方法を用いれば、グラニュラー磁性層（磁気記録層）内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することができ、良好な記録再生特性が得られることを見い出した。
すなわち、グラニュラー磁気記録層を成膜するためのスパッタリングターゲットは、通常は例えばCoPt系合金と酸化物から成るが、そのうち酸化物を化学量論比から酸素欠乏した状態にしてスパッタリングターゲットを形成し、このスパッタリングターゲットを用いて磁気記録層を成膜する方法である。

そこで、本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体の前記磁気記録層を成膜する際に使用するスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットは、強磁性材料と金属酸化物とからなり、前記金属酸化物は、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さいことを特徴とする磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットである。
（構成２）前記金属酸化物は、ＭＯｘ（Ｍは金属原子）であらわしたときのｘが、最も安定な酸化物において金属１原子に対する酸素原子の組成比（＝酸素原子数／金属原子数）の３/４以上であることを特徴とする構成１に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットである。
（構成３）前記金属酸化物は、その標準生成ギブス自由エネルギーの値が、ＣｏＯの標準生成ギブス自由エネルギーの値よりも小さな材料であることを特徴とする構成１又は２に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットである。
（構成４）前記金属酸化物は、ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＭｎＯ_２，ＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする構成１乃至３の何れか一に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットである。

（構成５）基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体の製造方法であって、構成１乃至４の何れか一に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により前記磁気記録層を成膜する工程を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法である。
（構成６）基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は、粒界相により分離された強磁性結晶粒からなるグラニュラー構造を有し、前記粒界相は金属酸化物からなり、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さいことを特徴とする垂直磁気記録媒体である。

本発明によれば、グラニュラー磁気記録層内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することができる垂直磁気記録媒体を製造するのに好適なスパッタリングターゲットを提供することができる。
また、このようなスパッタリングターゲットを用いて磁気記録層を形成することにより、グラニュラー磁性層内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することで、良好な記録再生特性が得られ、高密度化に対応可能な垂直磁気記録媒体を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明に係る垂直磁気記録媒体の一実施の形態を説明するための断面模式図である。図１によると、基板１上に、付着層２、軟磁性裏打ち層３、シード層４、下地層（中間層）５、垂直磁気記録層６、垂直磁気記録層のキャップ層７、保護層８、潤滑層９を順次形成して成ることを示している。図１に示す層構成はあくまでも本発明を説明するための好適な一例であって、本発明を何ら限定するものではない。

本発明において、基板１としては、通常の磁気記録媒体用に用いられる、ＮｉＰメッキを施したＡｌ合金や強化ガラス、結晶化ガラス等を用いることができる。

付着層２は、軟磁性裏打ち層３と基板１との密着層としての役目を果たすもので、例えばＣｒ，Ｔｉおよびそれらの合金等の非磁性体を用いることができる。

また、軟磁性裏打ち層３としては、ＮｉＦｅ系合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、飽和磁束密度の大きなＦｅＣｏ合金等を用いることができるが、非晶質のＣｏ合金、例えば、ＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＴａＺｒなどを用いることにより良好な電磁変換特性を得ることができる。軟磁性裏打ち層３の膜厚は、記録に使用する磁気ヘッドの構造や特性によって最適値が変化するが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが、生産性との兼ね合いから望ましい。

また、軟磁性裏打ち層３の磁壁の形成を抑制するためには、軟磁性裏打ち層の下層にＣｏ合金等の強磁性層を形成し、これを所望の方向に磁化させるように着磁する方法や、反強磁性薄膜を形成し、交換結合を利用して磁化をピン止めする方法、軟磁性裏打ち層と非磁性層を多数回積層することにより磁壁の形成を抑制する方法等が挙げられる。磁壁制御の目的で軟磁性裏打ち層と非磁性層を多数回積層する場合には、例えば、非磁性層としてRuなどを用いることができる。

また、シード層４は、下地層５の配向ならびに結晶性を制御するために用いられる。全層を連続成膜する場合には、特に必要ない場合もあるが、軟磁性裏打ち層と下地層の相性如何によっては、結晶成長性が悪くなることがある。そのためシード層を用いることにより、この下地層の劣化を防ぐことができる。なお、シード層４の膜厚は、下地層の結晶成長を制御するのに必要最小限の膜厚とすることが望ましい。厚すぎる場合には、下地層の場合と同様に、信号の書込み能力を低下させてしまう原因となる。

また、下地層５は、垂直磁気記録層６の結晶配向性、結晶粒径及び粒界偏析を好適に制御するために用いられる。材料としては、面心立方（ｆｃｃ）構造あるいは六方最密充填（ｈｃｐ）構造を有する単金属膜あるいは合金膜が好ましく、Ｔｉ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｐｔやそれらを含む合金膜が挙げられるが、それらに限定されない。下地層５の膜厚としては、垂直磁気記録層の構造制御を行なうのに必要最小限の膜厚とすることが、記録の面からは必要である。
なお、以上の付着層２、軟磁性裏打ち層３、シード層４、下地層５に用いられる材料、積層構造は、垂直磁気記録層の特性を損わない限りにおいて適宜変更しても何ら差し支えない。

また、垂直磁気記録層６としては、例えばＣｏＰｔＣｒ系合金、Ｃｏ／Ｐｄ等の積層膜、希土類−遷移金属合金等の非晶質膜、ＦｅＰｔ規則合金膜等による磁性粒部と、ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２等の非磁性金属酸化物（金属窒化物を用いてもよい）による粒界部とからなるグラニュラー構造を有する膜を用いることが好適である。また本実施の形態のように、さらに、この垂直磁気記録層６のキャップ層７を付加することもでき、このキャップ層７としては、例えば、CoBとPdの多層膜を用いることができる。

ところで、本発明においては、上記グラニュラー構造の垂直磁気記録層６をスパッタリング法により成膜するためのスパッタリングターゲットは、例えば上記CoPt系合金と金属酸化物から成るが、そのうち金属酸化物を化学量論比から酸素欠乏した状態にしてスパッタリングターゲットを形成し、このスパッタリングターゲットを用いて垂直磁気記録層６をスパッタ成膜することが特徴である。

つまり、本発明のスパッタリングターゲットは、強磁性合金材料と金属酸化物とからなり、その金属酸化物は、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さくなるように形成されたものである。
このようなスパッタリングターゲットを用いて垂直磁気記録層を形成することにより、グラニュラー磁気記録層内の強磁性微粒子の酸化を低減し、磁気特性の劣化を抑制することができるので、その結果、良好な記録再生特性が得られ、高情報記録密度化に好適な垂直磁気記録媒体が得られる。

上記金属酸化物は、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さくなるようにするが、ＭＯｘ（Ｍは金属原子）であらわしたときのｘが、化学量論比の３／４以上、つまり最も安定な酸化物において金属１原子に対する酸素原子の組成比（＝酸素原子数／金属原子数）の３/４以上であることが好ましい。最も安定な酸化物とは、ＭＯｘが一番安定するエネルギー状態での酸化物であって、その状態は金属原子Ｍに応じて定まるものである。例えばＴｉＯ_２のように安定な組成については化学量論的組成となる。上記ｘが上記組成比の３／４よりも小さいと、金属酸化物が化学量論比から大きく酸素欠乏した状態となり、磁気特性が劣化し、エラーレートが不足する場合が生じる。

本発明において、上記金属酸化物としては、その標準生成ギブス自由エネルギーの値が、例えばＣｏＯの標準生成ギブス自由エネルギーの値（−４２８．４kJ/mol。文献「改訂３版化学便覧基礎編II ｐ．305（丸善刊）」参照。）よりも小さな、すなわち−４３０kJ/mol以下の材料を用いることが好ましい。このような酸化物は、標準生成ギブス自由エネルギーが小さく酸化物として安定であるため、グラニュラー磁気記録層において、強磁性結晶粒を磁気的に分離する粒界相を好適に形成できる。

このような本発明に好適な標準生成ギブス自由エネルギーの小さな金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＭｎＯ_２，ＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
本発明では、例えば上記のような種類の金属酸化物であって、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数を化学量論比未満とした金属酸化物を１種類で、あるいは２種類以上を組み合わせて適用してもよい。

また、保護層８は、従来から使用されている保護膜を用いることができる。例えば、カーボンを主体とする保護膜を用いることができる。保護層８の膜厚等の条件は、通常の磁気記録媒体で用いられる諸条件をそのまま用いることができる。

また、潤滑層９も従来から使用されている材料を用いることができる。例えば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いることができる。潤滑層９の膜厚等の条件は、通常の磁気記録媒体で用いられる諸条件をそのまま用いることができる。

以下に本発明の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例は、本発明の好適に説明する代表例に過ぎず、本発明をなんら限定するものではない。また、本発明の実施例に対する比較例についても説明する。

［実施例１］
基板としアルミノシリケート系アモルファス強化ガラス基板を用い、これを洗浄後、静止対向スパッタ装置内に導入し、付着層としてCｒTiを10 ｎｍ、軟磁性裏打ち層として、CoTaZrを30 nm、Ru層0.8 nm、CoTaZrを30 ｎｍ、シード層としてTaを3nm、下地層としてRuを25 nm、垂直磁気記録層としてArガスを用いて91(Co-10Cr-20Pt)-9TiOxを15 nm、さらに記録層のキャップ層としてPdとCoBの多層膜5nmを順次成膜し、最後にカーボンからなる保護層を5 ｎｍ成膜後、真空装置から取り出した。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑剤層1 nmをディップ法により形成し、垂直磁気記録媒体とした。

ここで、上記垂直磁気記録層形成用のスパッタリングターゲットの組成に含まれる酸化物については、モル比でTiO₂を90 %、TiOを10 %とすることでTiOx(x=1.9)として、Tiの最大価数の酸化物TiO₂に対してｘが化学量論比(x=2)よりも小さくなるようにした。
さらに成膜された垂直磁気記録層に含まれるTi酸化物の化学量論比の確認のため、ESCA（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）を用いて垂直磁気記録層のTi：O原子数比率を算出した。結果は後記の表１に示した。

次に、このようにして作製した本実施例の垂直磁気記録媒体の磁気特性、及び記録再生特性を以下のようにして評価した。
すなわち、静磁気特性の評価は、Ｋｅｒｒ効果測定器を用いて、保磁力（Ｈｃ）、及び逆磁区核形成磁界（−Ｈｎ）を測定した。

また、記録再生特性は、記録側がSPT素子、再生側がGMR素子を備える垂直磁気記録方式用磁気ヘッドを備えたスピンスタンドテスターを用いて、線記録密度1220ｋＦＣＩ（ＫｉｌｏＦｌｕｘＣｈａｎｇｅｐｅｒｉｎｃｈ）にてエラーレートを測定した。以上の結果は後記の表１に示した。

［実施例２］
垂直磁気記録層形成用のターゲットの組成に含まれる酸化物について、実施例1とターゲット中のCoCrPtの組成及び体積(Vol%)が同一で、残りの酸化物部分を、モル比でTiO₂を95 %、Tiを5%とすることでTiOx(x=1.9)とした以外は、実施例１に記載される方法で垂直磁気記録媒体を作成した。
得られた垂直磁気記録媒体について実施例１と同様の評価を行い、結果は後記の表１に示した。

［実施例３］
垂直磁気記録層形成用のターゲットの組成に含まれる酸化物について、実施例1とターゲット中のCoCrPtの組成及び体積(Vol%)が同一で、残りの酸化物部分を、モル比でSiO₂を95 %、Siを5%とすることでSiOx(x=1.9)とした以外は、実施例１に記載される方法で垂直磁気記録媒体を作成した。
得られた垂直磁気記録媒体について実施例１と同様の評価を行い、結果は後記の表１に示した。

［実施例４］
垂直磁気記録層形成用のターゲットの組成に含まれる酸化物について、実施例1とターゲット中のCoCrPtの組成及び体積(Vol%)が同一で、残りの酸化物部分を、モル比でTa₂O₅を92.3%、Taを7.7 %とすることでTaOx(x=2.4)とした以外は、実施例１に記載される方法で垂直磁気記録媒体を作成した。
得られた垂直磁気記録媒体について実施例１と同様の評価を行い、結果は後記の表１に示した。

［比較例１］
垂直磁気記録層形成用のターゲットの組成に含まれる酸化物について、実施例1とターゲット中のCoCrPtの組成及び体積(Vol%)が同一で、残りの酸化物部分を、TiO₂を100 %とすることでTiOx(x=2.0)とした以外は、実施例１に記載される方法で垂直磁気記録媒体を作成した。
得られた垂直磁気記録媒体について実施例１と同様の評価を行い、結果は後記の表１に示した。

［比較例2］
垂直磁気記録層形成用のターゲットの組成に含まれる酸化物について、実施例1とターゲット中のCoCrPtの組成及び体積(Vol%)が同一で、残りの酸化物部分を、モル比でTiO₂を70 % 、Tiを30%とすることでTiOx(x=1.4)とした以外は、実施例１に記載される方法で垂直磁気記録媒体を作成した。
得られた垂直磁気記録媒体について実施例１と同様の評価を行い、結果は後記の表１に示した。
上記実施例ならびに比較例において作製した垂直磁気記録媒体のHc、Hn、エラーレートを以下の表１にまとめて示した。

表1の結果から、実施例１〜４については、いずれもHc、Hnが良好な値であり、しかも−（マイナス）６乗台以上のエラーレートが得られており、非常に良好な特性が得られることがわかる。他方、比較例１，２については、エラーレートが−（マイナス）６乗以下となり、不足してしまう。

本発明に係る垂直磁気記録媒体の一実施の形態を説明するための断面模式図である。

符号の説明

１基板
２付着層
３軟磁性裏打ち層
４シード層
５下地層
６垂直磁気記録層
７垂直磁気記録層のキャップ層
８保護層
９潤滑層

Claims

基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体の前記磁気記録層を成膜する際に使用するスパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、強磁性材料と金属酸化物とからなり、前記金属酸化物は、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さいことを特徴とする磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット。
前記金属酸化物は、ＭＯｘ（Ｍは金属原子）であらわしたときのｘが、最も安定な酸化物において金属１原子に対する酸素原子の組成比（＝酸素原子数／金属原子数）の３/４以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット。
前記金属酸化物は、その標準生成ギブス自由エネルギーの値が、ＣｏＯの標準生成ギブス自由エネルギーの値よりも小さな材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット。
前記金属酸化物は、ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｃｒ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＭｎＯ_２，ＺｒＯ_２から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲット。
基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
請求項１乃至４の何れか一に記載の磁気記録媒体製造用スパッタリングターゲットを用いてスパッタリング法により前記磁気記録層を成膜する工程を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
基板上に少なくとも磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体であって、
前記磁気記録層は、粒界相により分離された強磁性結晶粒からなるグラニュラー構造を有し、
前記粒界相は金属酸化物からなり、その金属酸化物中に含まれる酸素の原子数が化学量論比よりも小さいことを特徴とする垂直磁気記録媒体。