JP2009146558A - 磁気薄膜構造体、磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気薄膜構造体、磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に遷移金属窒化物で下地層を形成し、下地層上に磁気異方性エネルギーが１０６ないし１０８ｅｒｇ／ｃｃである磁性物質からなり、単位記録領域である複数の磁性ドットを備える磁気記録媒体及びその製造方法である。ドットをなす磁性物質は、Ｌ１０構造を有する。下地層は、磁気記録層と対向する結晶面が（００１）面である。下地層は、磁気記録層と５ないし１５％の格子不整合を有する。
【選択図】図１
【解決手段】基板上に遷移金属窒化物で下地層を形成し、下地層上に磁気異方性エネルギーが１０６ないし１０８ｅｒｇ／ｃｃである磁性物質からなり、単位記録領域である複数の磁性ドットを備える磁気記録媒体及びその製造方法である。ドットをなす磁性物質は、Ｌ１０構造を有する。下地層は、磁気記録層と対向する結晶面が（００１）面である。下地層は、磁気記録層と５ないし１５％の格子不整合を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、磁気薄膜構造体、磁気記録媒体及びその製造方法に係り、特に磁気異方性エネルギーの高い物質からなる磁気薄膜構造体、かかる磁気薄膜構造体を利用して形成された単位記録領域である複数の磁性ドットを備えた磁気記録媒体及びその製造方法に関する。
最近、情報量の急増によりさらに高密度にデータを記録／再生できる情報記憶装置が要請されている。特に、記録媒体を利用する磁気記録装置は、大容量であり、かつ高速アクセスが可能であるという特性により、コンピュータだけでなく、各種のデジタル機器の情報記憶装置として注目されている。
磁気記録媒体は、基板上に連続的な結晶構造を有する磁性層で形成されており、それぞれの結晶を一定な方向の磁性を有するように磁化させて‘０’及び‘１’のビット信号を付与することによって、情報を保存する。かかる方式の磁気記録媒体では、限定された空間に多量の情報を保存するために結晶サイズを縮める方法を使用する。しかし、結晶サイズがある限界以上に縮まれば、超常磁性の限界による不安定性により、情報記録媒体としての安定性を確保できないだけでなく、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が減少する。磁気記録媒体から放出する信号磁場が小さくなれば、所望の情報を感知できない。
パターンされた磁気記録媒体は、既存の連続的な磁性層を利用した方式から逸脱して、ナノサイズの磁性ドットをあらかじめ物理的にパターニングして、記録ビットを小さい結晶粒の集合体ではない個別的な一つ一つのドットパターンで製作したものである。パターニングしたそれぞれのドットに一定な方向に磁化することによって、‘０’及び‘１’のビット信号を有させる情報記録媒体である。パターンされた磁気記録媒体は、既存の超常磁性の限界及び低いＳＮＲについての問題点を克服し、保存容量を増大できるという長所がある。
一方、磁気記録媒体の記録密度が増加するにつれて、最小単位の情報が記録される領域、すなわちビットサイズが縮小してドットパターンを数十ナノスケールで形成する。前記ドットサイズが小さくなり、高記録密度に形成する場合、熱的安定性に問題が発生するので、前記ドットを磁気異方性エネルギーの高い物質で形成できる技術が必要である。
本発明の目的は、高い磁気異方性エネルギーを確保できる磁気薄膜構造体、サイズが小さく、熱的に安定したドットを具現するために磁気異方性エネルギーの高い物質でドットを形成する磁気記録媒体及びその製造方法を提供するところにある。
前記目的を達成するために、本発明の一側面によって、遷移金属窒化物で形成された下地層と、前記下地層上に形成されるＬ１０構造の磁性層と、を備える磁気薄膜構造体が提供される。
本発明の他の側面によって、基板と、前記基板上に遷移金属窒化物で形成された下地層；前記下地層上に、磁性物質からなる複数のドットと、前記ドットを隔離させる前記磁性物質と異なる異種物質からなる非磁性領域とを備える磁気記録層；を備える磁気記録媒体が提供される。
また、本発明のさらに他の側面によって、基板上に遷移金属窒化物で下地層を形成する工程と、前記下地層上に鋳型層を形成する工程と、前記鋳型層をパターニングしてパターンの間に前記下地層を露出させる工程と、前記パターンの間への下地層上に磁性物質を満たしてドットを形成する工程と、前記ドットを熱処理してＬ１０構造に形成する工程と、を含む磁気記録媒体の製造方法が提供される。
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、下記に例示される実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で、同じ参照符号は同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素のサイズは、説明の明瞭性及び便宜上誇張されていることがある。
図１は、本発明の一実施形態による磁気記録媒体２５の概略的な構造を示す断面図である。図１に示した磁気記録媒体２５は、磁気薄膜構造体の一例であって、磁気記録に使われる媒体である。
図１に示すように、前記磁気記録媒体２５は、非磁性体からなる基板１０と、複数のドット２２及びそれらの間の非磁性領域１８を有する磁気記録層２４と、を備える。前記基板１０と磁気記録層２４との間には、軟磁性層１２、中間層１４及び下地層１６が設けられる。また、前記磁気記録層２４上には、記録層を外部から保護する保護層（図示せず）と、磁気ヘッドとの衝突及び摺動などによる磁気ヘッド及び保護層の磨耗を減少させるための潤滑層（図示せず）とがさらに設けられる。
前記基板１０は、ガラス基板、アルミニウム合金基板またはシリコン基板で形成され、通常的にディスク状に製造する。
前記軟磁性層１２は、記録動作時に磁気ヘッド（図示せず）から放出された磁束が磁気記録媒体２５内で円滑に磁気回路を形成可能にして、記録層を効果的に磁化させる。前記軟磁性層１２は、ＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＦｅＺｒＮｂ，ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＭｏ及びＣｏＦｅＮｉのうちいずれか一つからなり、厚さは、１０ｎｍないし２００ｎｍでありうる。前記軟磁性層１２の結晶状態は、結晶質であってもよく、非晶質であってもよい。前記軟磁性層１２は、複数層に形成されることもある。
前記中間層１４は、前記軟磁性層１２の結晶性が前記磁気記録層２４の結晶性に影響を及ぼすことを遮断するものであって、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，Ａｌ２Ｏ３などの絶縁物質からなる。前記中間層の結晶性は、非晶質でありうる。
前記磁気記録層２４は、単位記録領域である複数のドット２２、及び前記ドット２２を隔離させる非磁性領域１８からなる。前記磁気記録層２４内のドットは、高記録密度を具現するために数十ｎｍサイズで形成するが、そのサイズが小さくて熱的に不安定になるので、磁気異方性エネルギーの高い磁性物質で形成する。前記ドット２２の磁気異方性エネルギーは、１０６ないし１０８ｅｒｇ／ｃｃでありうる。前記ドット２２をなす磁性物質は、Ｌ１０構造の規則相で形成され、これによって前記のような高い磁気異方性エネルギーを有する。また、前記ドット２２は、Ｆｅ，Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む磁性物質からなりうる。前記ドットは、ＦｅＰｔまたはＣｏＰｔからなる。前記ドット２２は、Ｌ１０構造を有するＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ及びＣｏＰｄのうちいずれか一つの磁性物質からなる。前記非磁性領域１８は、前記磁性物質と異なる異種物質からなる。前記非磁性領域１８は、絶縁物質からなるが、詳しくは、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，Ａｌ２Ｏ３及びレジンのうちいずれか一つからなることもある。
前記磁気記録層２４と中間層１４との間には、下地層１６が設けられる。前記下地層１６は、遷移金属窒化物の非磁性物質からなる。前記下地層１６は、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＳｃＮ，Ｍｏ２Ｎ及びＷ２Ｎのうちいずれか一つからなる。
遷移金属窒化物は、高い電気伝導度を有するので、前記下地層１６は、前記磁気記録層２４の形成時にシード層の役割を行える。また、前記下地層１６は、後述するように前記磁気記録層２４内のドット２２をなす物質の結晶性に影響を与える。遷移金属窒化物は、拡散バリヤーの特性を有するので、前記磁気記録層の熱処理時、前記下地層１６は、ドットの元素と軟磁性層の元素とが相互拡散することを防止する。
遷移金属窒化物は、高い電気伝導度を有するので、前記下地層１６は、前記磁気記録層２４の形成時にシード層の役割を行える。また、前記下地層１６は、後述するように前記磁気記録層２４内のドット２２をなす物質の結晶性に影響を与える。遷移金属窒化物は、拡散バリヤーの特性を有するので、前記磁気記録層の熱処理時、前記下地層１６は、ドットの元素と軟磁性層の元素とが相互拡散することを防止する。
前記下地層１６の上部結晶面は、垂直方向に（００１）方向性を有する。前記下地層１６の結晶面は、前記磁気記録層２４、特にドット２２の結晶面と格子不整合があり、このとき、格子不整合は、５ないし１５％でありうる。ドット２２の（００１）面は、ドット２２にＬ１０相のｃ軸ストレインを誘発する。このように、格子不整合によりストレインエネルギーがオーダーリングの駆動力として作用し、ドット２２をなす磁性物質のオーダーリング温度を低めることができる。
表１は、遷移金属窒化物の格子定数及び前記記録層のドットがＬ１０相のＦｅＰｔまたはＣｏＰｔで形成される場合に、前記遷移金属窒化物との格子不整合数値を表で整理したものである。
図２Ａないし図２Ｇは、本発明の他の実施形態による磁気記録媒体の製造工程を示す断面図である。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、まず、基板５０を準備し、次いで、基板５０上にＣｏＺｒＮｂからなる軟磁性層５２、ＳｉＯ２からなる中間層５４、ＴｉＮからなる下地層５６及びインプリント用レジンからなる鋳型層５８ａを順次に形成する。
次いで、前記鋳型層５８ａにパターンを形成する。図２Ｃないし図２Ｅは、マスタを利用するナノインプリント法で鋳型層をパターニングする工程を示す。まず、図２Ｃに示すように、逆像の凹凸パターンを有するマスタ６０を鋳型層５８ａの上部に位置させた後で圧着して、前記鋳型層５８ａ上にマスタ６０のパターンを転写する。次いで、マスタ６０が鋳型層５８ｂを圧着した状態で、ＵＶや熱を利用してパターンされた鋳型層５８ｂをなすレジンを硬化させる。次いで、マスタ６０を除去する。前記鋳型層５８ｂの厚さは、数十ｎｍないし数百ｎｍでありうる。前記パターンは、数ｎｍないし数十ｎｍのサイズを有する。例えば、前記パターンの間の距離は、４ｎｍないし１０ｎｍでありうる。前記マスタ６０は、電子ビームリソグラフィ、近接場光リソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、レーザー干渉リソグラフィなどナノパターニングに適用される色々な方法を使用して形成できる。前記マスタ６０は、ディスク上に形成しようとする同心円上パターンに対して逆像となる凹凸表面を有するように製作する。
図２Ｃないし図２Ｅは、鋳型層をパターニングする工程としてナノインプリント法を例として説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、前記鋳型層（図２Ｅの５８ｂ）は、リソグラフィ法または陽極酸化法（Ａｎｏｄｉｃ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ：ＡＡＯ）を利用してパターニングすることもできる。前記リソグラフィ法を利用して鋳型層をパターニングする場合、前記非磁性領域は、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４及びＡｌ２Ｏ３のうちいずれか一つでありうる。また、前記ＡＡＯ法を利用する場合、前記非磁性領域は、アルミニウムからなる。
図２Ｆに示すように、前記パターン５８ｂの間に露出された下地層５６上にドット６２ａを形成する。前記ドット６２ａは、電気メッキ法を利用して、ＦｅＬ１とＰｔＬ２とを複数層に積層して形成する。前記ＦｅとＰｔとの積層順序は互いに変わることもある。前記電気メッキ法に使用した電解液は、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．１２ｍｏｌ／ｌ、Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ ０．０１ｍｏｌ／ｌ、Ｎａ４Ｐ２Ｏ７・１０Ｈ２Ｏ ０．４５ｍｏｌ／ｌ及びＮａＨ２ＰＯ２・Ｈ２Ｏ ０．０５ｍｏｌ／ｌを混合して形成され、ｐＨ８．４及び温度４０℃である。前記電気メッキ法は、パルス電気メッキ法であって、Ｆｅ及びＰｔそれぞれの単金属を交互に析出させてＦｅ／Ｐｔ複数層を形成する。この時に印加する電圧−時間（Ｖ−ｔ）の関係は図３に示す。図３において、Ｅ１は、Ｐｔの析出のための分解電圧を表し、Ｅ２は、Ｆｅの析出のための分解電圧を表す。図３に示すように、ＰｔとＦｅとの析出のための分解電圧Ｅ１，Ｅ２は互いに差があるので、パルス電気メッキ時に印加電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ異なって設定して、ＦｅまたはＰｔのいずれか一つの金属のみを析出させることができる。また、パルス電圧を加える時間ｔ１，ｔ２をそれぞれ調節すれば、各単金属層の厚さを調節できる。
再び図２Ｆに示すように、前記ドット６２ａは、電気メッキ法を利用してＦｅとＰｔとを複数層積層して形成したが、スパッタリング法または化学気相蒸着法を利用して形成することもでき、Ｆｅ、Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む物質を二つ以上交互に複数層積層して形成することもできる。
次いで、図２Ｇに示すように、前記Ｆｅ／Ｐｔ複数層構造のドット（図２Ｆの６２ａ）を熱処理してＬ１０構造のＦｅＰｔの単一層ドット６２ｂを形成する。このときの熱処理温度は、２００℃ないし４００℃でありうる。前記ＦｅＰｔをＬ１０構造で結晶化するためには、７００℃以上の温度で長時間熱処理せねばならないが、前記Ｆｅ／Ｐｔ複数層構造は、結晶化のためのＦｅとＰｔとの相互拡散距離が短くなることによって拡散のための駆動力が減少して、熱処理温度を低めることができる。このように熱処理温度を低めることによって、Ｆｅ／Ｐｔ複数層以外の他の層の相互拡散などによる層構造の破壊や、ドット６２ｂのパターン破壊などの危険を減らすことができる。前述した実施形態の磁気記録媒体及びその製造方法は、磁気薄膜構造体及びそれを製造する方法の一例である。すなわち、前述した実施形態の軟磁性層や中間層は、磁気記録媒体の磁気記録／再生の特性を向上させるための層として本発明を限定するものではない。本発明の磁気薄膜構造体は、下地層として遷移金属窒化物を利用することによって、下地層上に高い磁気異方性を有する磁性層が形成される構造を有し、磁気記録媒体以外にも高い磁気異方性の磁気薄膜構造体を利用するＭＥＭＳ／ＮＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ／Ｎａｎｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）装置に適用される。
かかる本発明である磁気薄膜構造体、磁気記録媒体及びその製造方法は、理解を助けるために図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
本発明は、記録媒体関連の技術分野に適用可能である。
１０ 基板
１２ 軟磁性層
１４ 中間層
１６ 下地層
１８ 非磁性領域
２２ ドット
２４ 磁気記録層
２５ 磁気記録媒体
１２ 軟磁性層
１４ 中間層
１６ 下地層
１８ 非磁性領域
２２ ドット
２４ 磁気記録層
２５ 磁気記録媒体
Claims (25)
- 基板と、
前記基板上に遷移金属窒化物で形成された下地層と、
前記下地層上に、磁気異方性を有する磁性物質からなる複数のドットと、前記ドットを隔離させる前記磁性物質と異なる異種物質からなる非磁性領域とを備える磁気記録層と、を備えることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記ドットをなす磁性物質は、Ｌ１０構造を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
- 前記下地層は、前記磁気記録層と対向する結晶面が（００１）面であることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
- 前記下地層は、前記磁気記録層と５ないし１５％の格子不整合を有することを特徴とする請求項３に記載の磁気記録媒体。
- 前記遷移金属窒化物は、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＳｃＮ，Ｍｏ２Ｎ及びＷ２Ｎからなる群から選択したいずれか一つ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。
- 前記ドットをなす磁性物質は、磁気異方性エネルギーが１０６ないし１０８ｅｒｇ／ｃｃ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。
- 前記ドットは、Ｆｅ，Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む磁性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
- 前記基板と下地層との間に介在される軟磁性層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
- 前記軟磁性層と下地層との間に介在される中間層をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の磁気記録媒体。
- 前記中間層は、絶縁物質からなることを特徴とする請求項９に記載の磁気記録媒体。
- 前記中間層は、レジン、ＳｉＯ２、ＳｉＮ及びＡｌ２Ｏ３のうちいずれか一つからなることを特徴とする請求項９に記載の磁気記録媒体。
- 基板上に遷移金属窒化物で下地層を形成する工程と、
前記下地層上に鋳型層を形成する工程と、
前記鋳型層をパターニングして、パターンの間に前記下地層を露出させる工程と、
前記パターンの間への下地層上に磁性物質を満たしてドットを形成する工程と、
前記ドットを熱処理してＬ１０構造に形成する工程と、を含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 - 前記下地層は、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＳｃＮ，Ｍｏ２Ｎ及びＷ２Ｎからなる群から選択したいずれか一つで形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記下地層の上部結晶面を（００１）面で形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記下地層を形成する前に、基板上に軟磁性層と中間層とを順次に形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記パターンの間の距離は、４ｎｍないし１０ｎｍであることを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記鋳型層をパターニングしてパターンの間に前記下地層を露出させる工程は、ナノインプリント法、リソグラフィ法、または陽極酸化法を利用して形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記パターンの間への下地層上に磁性物質を満たしてドットを形成する工程は、電気メッキ法を利用して、Ｆｅ、Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む物質を積層して複数層に形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記パターンの間への下地層上に磁性物質を満たしてドットを形成する工程は、電気メッキ法を利用して、Ｆｅ、Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む物質を二つ以上交互に積層して複数層に形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記パターンの間への下地層上に磁性物質を満たしてドットを形成する工程は、電気メッキ法を利用して、Ｆｅ／Ｐｔを複数層に形成することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記ドットを熱処理してＬ１０構造に形成する工程は、前記ドットを２００℃ないし４００℃で熱処理することを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 遷移金属窒化物で形成された下地層と、
前記下地層上に形成されるＬ１０構造の磁性層と、を備えることを特徴とする磁気薄膜構造体。 - 前記下地層は、前記磁性層と対向する結晶面が（００１）面であり、前記磁性層と５ないし１５％の格子不整合を有することを特徴とする請求項２２に記載の磁気薄膜構造体。
- 前記遷移金属窒化物は、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，ＶＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＳｃＮ，Ｍｏ２Ｎ及びＷ２Ｎからなる群から選択したいずれか一つであることを特徴とする請求項２２に記載の磁気薄膜構造体。
- 前記磁性層は、Ｆｅ，Ｃｏ及びＰｔのうち少なくとも一つを含む磁性物質からなることを特徴とする請求項２２に記載の磁気薄膜構造体。
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