JP4254643B2

JP4254643B2 - 垂直磁気記録媒体および磁気記憶装置

Info

Publication number: JP4254643B2
Application number: JP2004215094A
Authority: JP
Inventors: 富生岩▲崎▼; 譲細江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: US20060019124A1; JP2006040329A; CN101159140A; CN1734568A; CN100356451C

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体および磁気記憶装置に関する。

磁気ディスクの分野では，従来の面内記録方式を用いた場合，面記録密度が高まるとともに記録したデータが熱の影響により消失してしまうという問題がある。これに対して，垂直記録方式の場合，例えば公開特許公報の特開2004-39152号公報に記載されているように，記録密度の増加とともに隣接ビット間の反磁界が減少して記録データが安定に保持される。

特開2004-39152

しかし，基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜に接触して形成された非磁性膜と、前記非磁性膜に接触して形成された中間膜と、前記中間膜に接触して形成された垂直記録層とを備えた垂直磁気記録媒体において，中間膜がRu膜である場合には，前記Ru膜を形成した際の表面平坦性が十分でないという問題があることを見出した。そこで，この中間膜の上に垂直記録層を形成した際に，中間膜と垂直記録層の界面が荒れた状態となり，製品の信頼性や機能の低下が懸念される。

本発明の第一の課題は、信頼性の高い垂直磁気記録媒体を提供することである。本発明の第二の課題は、機能の高い垂直磁気記録媒体を提供することである。また、本発明の第三の課題は、信頼性の高い磁気記憶装置を提供することである。本発明の第四の課題は、機能の高い磁気記憶装置を提供することである。

発明者らは、基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜に接触して形成された非磁性膜と、前記非磁性膜に接触して形成された中間膜と、前記中間膜に接触して形成された垂直記録層とを備えた垂直磁気記録媒体において、中間膜がRu膜である場合には、粒界拡散と表面拡散のバランスが悪く、粒界溝が形成されることを見出した。この粒界溝により、表面平坦性が悪くなる。そこで、発明者らは、表面平坦性を向上させる手段を得るために鋭意研究を行った結果、Ru膜にTiを添加することが有効であることを見出した。さらに、発明者らは、中間膜がCu膜である場合には、Cu膜にAlを添加することが有効であることを見出した。

本願発明の課題は例えば、下記の構成を備えた垂直磁気記録媒体と磁気記憶装置により解決される。
（１）基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜の上に形成された非磁性膜と、前記非磁性膜の上に形成された中間膜と、前記中間膜の上に形成された垂直記録層とを備え、前記垂直記録層は、CoとCrとPtを構成元素とし、前記Crの濃度が15at.%以上25at.%以下の濃度であり、前記Ptの濃度が10at.%以上20at.%以下であり、且つ、前記中間膜はCuを主構成元素とし、前記中間膜がAlを添加元素として8at.％以上22at.％以下の濃度で含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体である。

なお具体的には、基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜に接触して形成された非磁性膜と、前記非磁性膜に接触して形成された中間膜と、前記中間膜に接触して形成された垂直記録層とを備えている状態であることが望ましい。ここで、接触するとは実質的に両膜が界面を介して隣接して位置している状態である。

（２）基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜に接触して形成された非磁性膜と、前記非磁性膜に接触して形成された中間膜と、前記中間膜に接触して形成された垂直記録層とを備えた垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部と、記録部と再生部を備えた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記垂直磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、前記磁気ヘッドの信号入力と前記磁気ヘッドからの出力信号再生を行うための記録再生処理手段を有する磁気記憶装置において、前記垂直記録層は、CoとCrとPtを構成元素とし，前記Crの濃度が15at.%以上25at.%以下の濃度であり，前記Ptの濃度が10at.%以上20at.%以下であり、且つ、前記中間膜はCuを主構成元素とし、前記中間膜がAlを添加元素として8at.％以上22at.％以下の濃度で含有することを特徴とする磁気記憶装置である。

なお、主構成元素とは、一番多くの原子パーセント濃度を含む元素のことを意味する。

本発明によれば、信頼性の高い垂直磁気記録媒体を提供できる。また、機能の高い垂直磁気記録媒体を提供できる。また、信頼性の高い磁気記憶装置を提供できる。さらに、機能の高い磁気記憶装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図に示した実施例により詳細に説明する。

まず、次に、本発明における第一の実施例である垂直磁気記録媒体の断面構造を図１に示す。本実施例の垂直磁気記録媒体は、図１に示すように、基板１の上にプリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、中間層６、垂直記録層７および保護層８が例えばDCマグネトロンスパッタリング法により形成され、さらにこの上に潤滑層９が形成された構成となっている。前記各層の具体例としては、次のようなものが考えられる。例えば、CoTi膜やNiTi膜やNiTaZr膜からなるプリコート層２、CoZr膜やCoZrTa膜やFeTaCからなる軟磁性層３、Ta膜やPd膜やRu膜からなる非磁性層４、CoZr膜やCoZrTa膜やFeTaCからなる軟磁性層５などが考えられる。また、ここで、垂直記録層は、磁化の向きが基板１に対して垂直になる垂直磁化材料からなる。例えば、Coを主構成元素とし、Crの添加濃度が15at.%以上25at.%以下であり、Ptの添加濃度が10at.%以上20at.%以下である材料が例としてあげられる。この材料の下地の平坦性が高いほうが、磁化の向きのばらつきが小さく、信頼性が高い。図１の構造の代わりに、中間層６に例えばTaなどからなる下地膜１０６を形成した図２のような構造であってもよい。発明者らは、これらの構造において、中間層６がRu膜である場合には、粒界拡散と表面拡散のバランスが悪く、粒界溝が形成されることを見出した。この粒界溝により、表面平坦性が悪くなる。そこで、発明者らは、表面平坦性を向上させる手段を得るために鋭意研究を行った結果、Ru膜にTiを添加することが有効であることを見出した。したがって、本実施例の特徴は、中間層６がRuを主構成元素とし、Tiを添加元素として含むことである。例えば、中間層６がRuを主構成元素とする膜厚20 nmのRu膜である場合について、Tiの添加濃度とRu膜の粒界溝深さの関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を図３に示す。図３より、Ti添加濃度が0.14at.%以上になると急激に粒界溝の深さが浅くなり、平坦性が向上することがわかる。また、図４には、このRu膜を剥離させるために必要なエネルギー、すなわち、剥離エネルギーの分子動力学計算結果とTi添加濃度の関係を示した。図４より、Ti添加濃度が10at.%以上になると急激に剥離エネルギーが大きくなり、密着性が向上することがわかる。

さらに、図５には、このRu膜の上に形成した垂直記録層の結晶粒サイズとTi添加濃度の関係を示した。図５は、垂直記録層として、Coを主構成元素とし、Crの添加濃度が15at.%以上25at.%以下であり，Ptの添加濃度が10at.%以上20at.%以下である材料を用いた場合について示した。界面ひずみを発生させて結晶粒界を狭い間隔（狭ピッチ）で形成することができる。
この材料の場合、図５より、Ti添加濃度を6at.%以上にすると結晶粒サイズを小さくする効果が出始める。そして9at.%以上にすると結晶粒サイズを十分小さく(図５の例では2 nm程度に)できることがわかる。なお、Tiの濃度が25at.%を超えると、Ru膜の原子配列が乱れてしまうので，25at.%以下が好ましい。

次に、中間層６がCuを主構成元素とする膜厚20 nmのCu膜である場合について、Alの添加濃度とCu膜の粒界溝深さの関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を図６に示す。図６より、Al添加濃度が0.11at.%以上になると急激に粒界溝の深さが浅くなり、平坦性が向上することがわかる。また、図７には、このCu膜を剥離させるために必要なエネルギー、すなわち、剥離エネルギーの分子動力学計算結果とAl添加濃度の関係を示した。図７より、Al添加濃度が8at.%以上になると急激に剥離エネルギーが大きくなり、密着性が向上することがわかる。さらに、図８には、このCu膜の上に形成した垂直記録層の結晶粒サイズとAl添加濃度の関係を示した。図８は、垂直記録層として、Coを主構成元素とし、Crの添加濃度が15at.%以上25at.%以下であり，Ptの添加濃度が8at.%以上20at.%以下である材料を用いた場合について示した。この材料の場合、図８より、Al添加濃度を3at.%以上にすると結晶粒をサイズを小さくする効果が出始める。そして、5at.%以上にすると結晶粒サイズを十分小さく（図８の例では2 nm程度）できることがわかる。なお、Alの濃度が22at.%を超えると、Ｃu膜の原子配列が乱れてしまうので，22at.%以下が好ましい。

図2の構造の軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５の代わりに、軟磁性層１０３を用いた図9のような構造であってもよい。なお、非磁性層４を挟むほうが磁化の向きを制御しやすく好ましい。また、３，５と１０３とは同じ材料を用いることができる。

以上において示した効果は、分子動力学シミュレーションの計算条件を変えても同様に示すことができる。

次に、本発明における第二の実施例である磁気記憶装置の概要図を図１０、図１１に示す。本実施例の磁気記憶装置は、垂直磁気記録媒体２０１と、これを回転駆動する駆動部２０２と、磁気ヘッド２０３と、その駆動手段２０４と、磁気ヘッドの記録再生信号処理手段２０５を備えた構成となっている。ここで、垂直磁気記録媒体２０１は実施例１で説明したような媒体である。すなわち、垂直磁気記録媒体２０１は、膜表面の平坦性が良いものである。表面の平坦性が良いと、ヘッド浮上量が10 nm以下になった場合でも、垂直磁気記録媒体とヘッドとの間の磁界状態を均一な状態にすることができるので、磁気記憶装置として安定した特性が得られるという利点がある。

本発明における第一の実施例である垂直磁気記録媒体の断面図である。本発明における第一の実施例である垂直磁気記録媒体において、中間層に下地膜を設けた構造の断面図である。 Tiの添加濃度とRu膜の粒界溝深さの関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を示す図である。 Ru膜の剥離エネルギーとTi添加濃度の関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を示す図である。 Ru膜の上に形成した垂直記録層の結晶粒サイズとTi添加濃度の関係を示す図である。 Alの添加濃度とCu膜の粒界溝深さの関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を示す図である。 Cu膜の剥離エネルギーとAl添加濃度の関係を分子動力学シミュレーションにより計算した結果を示す図である。 Cu膜の上に形成した垂直記録層の結晶粒サイズとAl添加濃度の関係を示す図である。本発明における第一の実施例である垂直磁気記録媒体において、軟磁性層を一層構造にした場合の断面図である。本発明における第二の実施例である磁気記憶装置の断面図である。本発明における第二の実施例である磁気記憶装置を上からみた概略図である。

符号の説明

１…基板、２…プリコート層層、３…軟磁性層、４…非磁性層５…軟磁性層、６…中間層、７…垂直記録層、８…保護層、９…潤滑層、１０３…軟磁性層、１０６…下地膜、２０１…垂直磁気記録媒体、２０２…駆動部、２０３…磁気ヘッド、２０４…駆動手段、２０５…記録再生信号処理手段。

Claims

基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜の上に形成された非磁性膜と、前記非磁性膜の上に形成された中間膜と、前記中間膜の上に形成された垂直記録層とを備え、
前記垂直記録層は、CoとCrとPtを構成元素とし，前記Crの濃度が15at.%以上25at.%以下の濃度であり、前記Ptの濃度が10at.%以上20at.%以下であり、且つ
前記中間膜はCuを主構成元素とし、前記中間膜がAlを添加元素として8at.％以上22at.％以下の濃度で含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
基板と、前記基板の一主面側に形成された軟磁性下地膜と、前記軟磁性下地膜に接触して形成された非磁性膜と、前記非磁性膜に接触して形成された中間膜と、前記中間膜に接触して形成された垂直記録層とを備えた垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体を記録方向に駆動する駆動部と、記録部と再生部を備えた磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記垂直磁気記録媒体に対して相対運動させる手段と、前記磁気ヘッドの信号入力と前記磁気ヘッドからの出力信号再生を行うための記録再生処理手段を有する磁気記憶装置において、
前記垂直記録層は、CoとCrとPtを構成元素とし，前記Crの濃度が15at.%以上25at.%以下の濃度であり，前記Ptの濃度が10at.%以上20at.%以下であり、且つ
前記中間膜はCuを主構成元素とし、前記中間膜がAlを添加元素として8at.％以上22at.％以下の濃度で含有することを特徴とする磁気記憶装置。