JP2012102399A - スパッタターゲットおよびスパッタターゲットから形成されるハードディスクの記録材 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品位および高記録密度の記録層を形成する多重酸化物を含有するスパッタターゲット、およびハードディスクの記録材を提供する。
【解決手段】コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)または、コバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)の合金を基本とし、スパッタリングプロセスの間に酸素欠損に対して酸素を提供する酸素供給剤として、シリカ酸化物(SiO2)およびCr2O3を付加したスパッタターゲットで、シリカ酸化物(SiO2)の量は4からの8原子%の範囲であり、酸化クロム(Cr2O3)の量は0.8原子%から5原子%の範囲である。
【選択図】なし
【解決手段】コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)または、コバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)の合金を基本とし、スパッタリングプロセスの間に酸素欠損に対して酸素を提供する酸素供給剤として、シリカ酸化物(SiO2)およびCr2O3を付加したスパッタターゲットで、シリカ酸化物(SiO2)の量は4からの8原子%の範囲であり、酸化クロム(Cr2O3)の量は0.8原子%から5原子%の範囲である。
【選択図】なし
Description
本発明は、記憶媒体、詳しくはスパッタターゲット、およびハードディスクの記録材へのその適用に関する。
ハードディスクの従来からの磁気記録技法は、磁化の配向によって、水平磁気記録および垂直磁気記録という2つの範疇に分類される。水平磁気記録において、磁束はディスクの面に沿って配列するが、垂直磁気記録では、磁束はディスクの面に垂直に配列する。図1に示されたように、現在の垂直磁気記録媒体は、基板(ガラスまたはアルミニウム)、接着剤層、柔らかい下層、シード層、中間層、記録層、被覆層および潤滑層からなるが、最も重要な技法は記録層の製造にある。
図2に示されたように、IEEE Trans.Magn.,38(2002)1976において、非常に薄いCo−Pt系磁気記録層に酸化物を添加すると、六方最密充填(HCP)およびc軸配向を含むCo系磁気粒子の粒状組織を破壊せずに、粒界で酸化物を有効に分離させ、それによって、粒度は10nm未満に減少し、シグナル対ノイズ比を上げることができることが開示された。
上述のように、良好な磁気特性、高い熱安定性および記録性能を有する顆粒状磁性薄膜を有する微細構造は、酸化物の添加によって得ることができ、高密度垂直記録媒体が達成可能になる。図1に示されたように、ハードディスクの従来の記録層は多重層からなり、中間層の直ぐ上の第1の層はMag.1と呼ばれ、順に、続いて上の層は第2の層(Mag.2)、第3の層(Mag.3)などである。Mag.1は強磁性粒子が酸化物内で一様に分布する構造を有し、その結果、非磁性酸化物は磁性結晶粒子の磁気的分離を十分に引き起こし、記録媒体のノイズを減少させることができる。
ハードディスクの記録層に使用される現在の材料に関して、特開第2007−031808号明細書は、スパッタリングプロセスで使用されるスパッタターゲットに0.01から0.5%の酸化クロムを添加すると、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)系合金に対する二酸化ケイ素(SiO2)の接着を高め、またスパッタリングプロセスの間に形成される粒子を縮小することを開示している。
台湾特許第270060号明細書(米国特許公開第20080062575号明細書に対応する)は、ディスク用の基板として非磁性シリカ(Si)を、および、酸化シリコン(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)、酸化クロム(Cr2O3)、酸化チタン(TiO)および酸化タンタル(Ta2O5)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を粒界(G.B.)層に使用することを開示している。
米国特許公開第20020187368号明細書は、スパッタターゲットに第2の酸化物を添加すると、スパッタリングプロセスの間にその酸素の枯渇に対して酸化シリコン(SiO2)に酸素を供給し、モノシリカの形成を回避することができることを開示している。
上記特許の開示によると、第2の酸化物として使用される酸化クロム(Cr2O3)の量は1原子%である。
上記特許の開示によると、第2の酸化物として使用される酸化クロム(Cr2O3)の量は1原子%である。
米国特許公開第20070042227号明細書は、金属の酸化物生成の標準自由エネルギー(△Go)の差が大きい相異なる酸化物を添加すると、酸化物間のレドックス反応の発生を容易にし、原子の分散を加速することを開示している。表1に示されたように、上記特許は、2モル%の量のA、BおよびC型酸化物、および0または2モル%の量のDまたはE型酸化物を含む酸化物を含有する複合体を開示している。
米国特許公開第20060121319号明細書は、二元系酸化物の密度が2種の金属酸化物の平均密度より大きいことを開示している。それにより、記録層材料が中間層上に堆積する間、多孔質組織の形成が低減される。米国特許公開第20090257144号明細書は、第1の酸化物としてSiO2および第2の酸化物としてTiO2、Ta2O5、Nb2O5を使用することと組み合わせて、CoCrPt系ターゲットのCrの濃度を適切に調節すると粒界のCo濃度を低下させ、それによりシグナル対ノイズ比(SNR)を改善することを開示している。
IEEE Trans.Magn.,38(2002)1976
引用された参考文献は記録層の前述の材料が記録機能を提供することを開示しているが、それでもなお、下記のようないくつかの欠点がある。
1.酸化物を含有する複合ターゲットは、スパッタリングプロセスの間に成分の酸化物の一部から酸素原子が弾き出される場合がある。酸素原子が真空装置によってスパッタ室から容易に排出される間に、酸素原子の欠如のために、記録媒体に堆積する酸化物が非化学量論になる。したがって、非化学量論的酸化物は、磁気粒子の分離を十分に達成することができない。
2.上記の欠点を解決するためには、スパッタリングプロセスの間に化学量論的酸化物を獲得し、スパッタリングプロセスの間に酸素をガスに補充することが必要である。しかしながら、ガスの流量を正確に制御することは困難であり、またスパッタターゲットの面にとって有害となりやすい。
1.酸化物を含有する複合ターゲットは、スパッタリングプロセスの間に成分の酸化物の一部から酸素原子が弾き出される場合がある。酸素原子が真空装置によってスパッタ室から容易に排出される間に、酸素原子の欠如のために、記録媒体に堆積する酸化物が非化学量論になる。したがって、非化学量論的酸化物は、磁気粒子の分離を十分に達成することができない。
2.上記の欠点を解決するためには、スパッタリングプロセスの間に化学量論的酸化物を獲得し、スパッタリングプロセスの間に酸素をガスに補充することが必要である。しかしながら、ガスの流量を正確に制御することは困難であり、またスパッタターゲットの面にとって有害となりやすい。
ハードディスクの従来の記録材の前述の問題を解決するために、必要とする酸素は、ガスに添加される代わりにスパッタターゲットに直接添加される。酸素を供給する一般的な酸化物はCr2O3およびCoOである。したがって、本発明は、多重酸化物から本質的になるスパッタターゲットが、高品位および高記録密度を有する記録層を形成するために使用されるスパッタターゲット、およびハードディスクの記録材への適用を提供する。
本発明は、コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)またはコバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)系材料および酸化物の組み合わせから本質的になるスパッタターゲットを提供する。酸化物組成物は、4から8原子%の量のシリカ酸化物(SiO2)および0.8から5原子%の量の酸化クロム(Cr2O3)を含む。
酸化物の組み合わせを含むスパッタターゲットは、好ましくは、二酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2O3)および酸化ハフニウム(HfO2)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物を含む。
酸化物の組み合わせを含有するスパッタターゲットは、好ましくは、Cu、CuOおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される物質を含む。
本発明は、スパッタにより前記スパッタターゲットから形成されるハードディスクの記録材を提供する。
磁気記録媒体(すなわちハードディスク)用の記録材は、イオンビームスパッタリング、電子スパッタリング堆積などを包含するが、これらに限定されない公知のスパッタリング法によって形成することができる。
本発明の好ましい実施形態は、基板(ガラスまたはアルミニウムなどの)に従来の垂直磁気記録媒体におけるような堆積層を与えるステップ、および層の上面に10mTorrアルゴン(Ar)ガスの気圧で本発明によるスパッタターゲットをスパッタするステップによって製造され、本発明によるハードディスクの記録材を形成する。
本発明は、コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)またはコバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)系合金および酸化物の組み合わせから本質的になるハードディスクの記録材を提供し、ここで、酸化物の組み合わせは、4から8原子%の量のシリカ酸化物(SiO2)および0.8から5原子%の量の酸化クロム(Cr2O3)を含む。
酸化物の組み合わせは、好ましくは、二酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2O3)および酸化ハフニウム(HfO2)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物をさらに包含する。
酸化物の組み合わせは、好ましくは、Cu、CuOおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される物質をさらに包含する。
酸化物の組み合わせの量は、好ましくは、全材料に対して体積百分率で25から31体積%の範囲である。
本発明はスパッタターゲット、およびハードディスクの記録材への適用を提供する。その改善は次を含む。
1.スパッタターゲットの中核原料は複合酸化物を含み、ここで、CoOまたはCr2O3はスパッタリングプロセスにおいて酸素の枯渇に対して酸素を提供するための酸素供給剤として働く。さらに、前記スパッタターゲットから形成された磁気記録層は、記録媒体の面積記録密度を改善するために磁気記録媒体ハードディスクに広く使用することができる。
2.酸化物の組み合わせのCoOまたはCr2O3が、磁気粒子と酸化物粒界層との間のCr−OまたはCo−Oの結合形態として存在する場合、各磁気粒子を、酸化物によって、より完全に一様に取り囲むことができる。さらに、CrOの反強磁性の性質は、各磁気粒子内の磁気的減結合を有効に達成し、それによって、薄膜のシグナル対ノイズ比(SNR)および保磁度(Hc)を効率的に改善する。
1.スパッタターゲットの中核原料は複合酸化物を含み、ここで、CoOまたはCr2O3はスパッタリングプロセスにおいて酸素の枯渇に対して酸素を提供するための酸素供給剤として働く。さらに、前記スパッタターゲットから形成された磁気記録層は、記録媒体の面積記録密度を改善するために磁気記録媒体ハードディスクに広く使用することができる。
2.酸化物の組み合わせのCoOまたはCr2O3が、磁気粒子と酸化物粒界層との間のCr−OまたはCo−Oの結合形態として存在する場合、各磁気粒子を、酸化物によって、より完全に一様に取り囲むことができる。さらに、CrOの反強磁性の性質は、各磁気粒子内の磁気的減結合を有効に達成し、それによって、薄膜のシグナル対ノイズ比(SNR)および保磁度(Hc)を効率的に改善する。
好ましい実施形態の以下の記載において、その一部分を形成する添付図面が参照されるが、これは本発明が実施することができる特定の実施形態の例証として示されるものである。本発明の範囲から離れずに、他の実施形態が利用され変更され得ることは理解されるはずである。
本発明およびその効果の技術的特徴に関してよりよく理解するために、また本明細書の開示による実施のために、好ましい実施形態、詳細および図を以下にさらに示す。
本発明は、ハードディスクの記録層中の磁気粒子の相互作用を有効に抑制するための多重酸化物を含むスパッタターゲットの中核原料を提供し、ここで、多重酸化物は
(1)第1の酸化物としてのSiO2、
(2)第2の酸化物としてTiO2、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、Y2O3、HfO2およびCuOから選択される物質、および
(3)第3の酸化物としてのCr2O3またはCoOを含む。
(1)第1の酸化物としてのSiO2、
(2)第2の酸化物としてTiO2、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2、Y2O3、HfO2およびCuOから選択される物質、および
(3)第3の酸化物としてのCr2O3またはCoOを含む。
本発明の主な技術的特徴は第3の酸化物にあり、下記の特徴を有する。
(1)スパッタリングプロセスで追加の酸素をガスに添加する必要がなく、スパッタリングプロセスにおいて第1の酸化物および第2の酸化物を化学量論にし得る酸素供給剤であること、
(2)磁気粒子と酸化物粒界層との間でCr−OまたはCo−Oの結合形態で存在し、濡れ性を改善し、酸化物粒界層によって磁気粒子をより完全に一様に包囲すること、
(3)磁気粒子と酸化物粒界層との間にCr−OまたはCo−Oの結合形態が存在するので、Cr−Oの反強磁性の性質により磁気粒子と酸化物粒界層との間の磁気的減結合を達成するのに効果的であること。
(1)スパッタリングプロセスで追加の酸素をガスに添加する必要がなく、スパッタリングプロセスにおいて第1の酸化物および第2の酸化物を化学量論にし得る酸素供給剤であること、
(2)磁気粒子と酸化物粒界層との間でCr−OまたはCo−Oの結合形態で存在し、濡れ性を改善し、酸化物粒界層によって磁気粒子をより完全に一様に包囲すること、
(3)磁気粒子と酸化物粒界層との間にCr−OまたはCo−Oの結合形態が存在するので、Cr−Oの反強磁性の性質により磁気粒子と酸化物粒界層との間の磁気的減結合を達成するのに効果的であること。
第1の酸化物に、SiO2がガラス形成剤として使用され、これは、平滑な表面を有する緊密な粒界層を形成することができる。第2の酸化物には、高融解温度を有する酸化物が使用され、これは薄膜形成中に最初の核を形成し、スパッタリングプロセスの間に磁気粒子を改良することができる。第3の酸化物には、第1および第2の酸化物のギブス自由エネルギーより高いそれを有する酸化物が使用され、前記第3の酸化物の金属元素はCoおよびPtより酸化されやすい。
本発明はコバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)またはコバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)系合金および酸化物の組み合わせから本質的になるスパッタターゲットを提供する。酸化物の組み合わせはシリカ酸化物(SiO2)および酸化クロム(Cr2O3)を包含し、ここで、シリカ酸化物の量は4から8原子%の範囲であり、酸化クロムの量は0.8%から5%の範囲である。
スパッタターゲットの酸化物の組み合わせは、二酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2O3)および酸化ハフニウム(HfO2)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物をさらに包含する。
スパッタターゲットの酸化物の組み合わせは、Cu、CuOおよびこれらの組み合わせから選択される物質をさらに包含する。
本発明はスパッタターゲットをスパッタリングすることにより形成される高品位および高面積記録密度を有するハードディスク用記録材を提供する。磁気記録媒体(すなわちハードディスク)用の記録材は、イオンビームスパッタリング、電子スパッタリング堆積などを包含するが、これらに限定されない従来のスパッタリング法のいずれかによって形成される。本発明の好ましい実施形態は、基板(ガラスまたはアルミニウムなどの)に従来の垂直磁気記録媒体におけるような堆積層を与えるステップおよび層の上面に10mTorrアルゴン(Ar)ガスの気圧で本発明によるスパッタターゲットをスパッタするステップによって得られ、本発明によるハードディスクの記録材を形成する。
本発明は、コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)またはコバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)系合金および酸化物の組み合わせから本質的になるハードディスクの記録材を提供し、ここで酸化物の組み合わせは、4から8原子%の量のシリカ酸化物(SiO2)および0.8から5原子%の量の酸化クロム(Cr2O3)を含む。
ハードディスクの記録材の酸化物の組み合わせは、二酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2O3)および酸化ハフニウム(HfO2)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物をさらに包含する。
ハードディスクの記録材の酸化物の組み合わせは、Cu、CuOおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される物質をさらに包含する。
ハードディスクの記録材の酸化物の組み合わせの量は、全材料に対して体積百分率で25から31体積%の範囲である。
CoCrPt−x(SiO2)−y(第2の酸化物)−z(Cr2O3)で構成されるスパッタターゲットAおよびCoCrPt−x(SiO2)−y(第2の酸化物)−z(ZrO2)で構成されるスパッタターゲットBをそれぞれ調製した。ただし、x、yおよびzは対応する酸化物の原子%を表し、「z」は0.8から5原子%(0.8%≦z≦5%)の範囲であり、「x+y」は6から11原子%(6%≦x+y≦11%)の範囲であった。多重層を有する基板は、垂直磁気記録媒体の製造のための従来法におけるように、基板に順番に層を積層することにより調製した。10mTorrのアルゴン(Ar)ガス圧力で本発明によるスパッタターゲットを用いてスパッタすることにより、続けてCoCrPtB層をその上にスパッタすることにより記録層を形成した。次いで、その保磁度(Hc)および核形成磁場(Hn)を振動試料型磁力計(VSM)で測定し、そのシグナル対ノイズ比(SNR)はGuzik試験システムによって測定した。
スパッタターゲットAおよびBを比較する表2を参照すると、Cr2O3を含むスパッタターゲットは、Cr2O3を含まないそれより、優れたSNRおよびHcを有していた。特に、2原子%を超える量のCr2O3を含有するスパッタターゲットについては、そのSNRおよびHcは明らかに改善された。要約すると、実験結果は、ハードディスクで使用されるターゲットにCr2O3を包含させるとSNRおよびHcを有効に高めることを示した。さらに、ハードディスクの好ましい実施形態において、そのCoCrPt層はホウ素(B)をさらに包含した。
本発明は、Cr2O3の量が0.8原子%を超える磁気記録材料へ適用される酸化物の種類および量を明確にかつ簡潔に特徴づけた。本発明の技術的特徴は、第1の酸化物および第2の酸化物に加えてスパッタリングプロセスの間に酸素を供給するための第3の酸化物を使用し、磁気粒子に対して酸化物の接着を高めてCr−Oの反強磁性の性質による磁気粒子間のカップリング効果を弱めて磁気粒子の分離を十分に達成することである。磁気記録媒体/ハードディスクの記録層に適用される磁気記録材料を形成する本発明によるスパッタターゲットの使用によって、磁気記録媒体の面積記録密度は大幅に増加させることができる。
たとえ本発明の多数の特徴および利点が、本発明の構成および機能の詳細とともに前述の記載において示されたとしても、本開示は単なる例示であり、添付の特許請求の範囲が表される用語の広範囲の全体的な意味によって示される十分な程度に、詳細に、特に本発明の原理内の部分の形状、寸法および配置に関して、変更することができる。
Claims (4)
- コバルト−白金(CoPt)、コバルト−クロム−白金(CoCrPt)またはコバルト−クロム−白金−ホウ素(CoCrPtB)系合金および酸化物の組み合わせから本質的になり、酸化物の組み合わせは、4から8原子%の量の範囲のシリカ酸化物(SiO2)および0.8から5原子%以下の量の範囲の酸化クロム(Cr2O3)を含むスパッタターゲット。
- 酸化物の組み合わせが二酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化イットリウム(Y2O3)および酸化ハフニウム(HfO2)からなる群から選択される少なくとも1種の酸化物をさらに含む、請求項1に記載のスパッタターゲット。
- 酸化物の組み合わせがCu、CuOおよびこれらの組み合わせから選択される物質をさらに含む、請求項1に記載のスパッタターゲット。
- 請求項1から3のいずれかに記載のスパッタターゲットを基板にスパッタすることにより形成されるハードディスクの記録材。
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