JP4499044B2 - 垂直磁気記録媒体及びこれを用いた磁気記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、大容量の情報記録が可能な磁気記録媒体に係り、特に高密度磁気記録に好適な磁気記録媒体及びそれを用いた磁気記憶装置に関するものである。

近年、パーソナルコンピュータのみならず家庭用の電気製品にも小型で大容量の磁気ディスク装置が搭載されるなど、磁気記憶装置の大容量化の要求は強く、記録密度の向上が求められている。これに対応すべく、磁気ヘッドや磁気記録媒体などの開発が精力的に行われている。しかしながら、現在実用化されている面内磁気記録方式を用いて記録密度を向上させることが困難となってきている。そこで面内磁気記録方式に代わる方式として垂直磁気記録が検討されている。垂直磁気記録の場合は隣接する磁化が向き合わないために高密度記録状態が安定であり、本質的に高密度記録に適した方式であると考えられる。また、単磁極型の記録ヘッドと、軟磁性下地層を有する二層垂直磁気記録媒体とを組合せることにより、記録効率を上げることができ、記録膜の保磁力増加に対応することも可能である。ただし、垂直磁気記録方式を用いて高密度記録を実現するためには、低ノイズでかつ熱減磁に強い垂直磁気記録媒体を開発する必要がある。

垂直磁気記録媒体の記録層としては、面内磁気記録媒体で実用化されているＣｏＣｒＰｔ系合金膜が従来から検討されている。ＣｏＣｒＰｔ系合金膜を用いて低ノイズ特性を得るためには、結晶粒界へのＣｒ偏析を利用して磁性結晶粒子間の交換結合を低減して、磁化反転単位を小さくする必要がある。ところが、Ｃｒ量が不十分な場合は記録層の形成過程で粒子が互いに合体して肥大化し、あるいは粒子間の交換結合低減が不十分となり、低ノイズ特性を得ることができない。一方、Ｃｒ量を多くした場合には、粒子内に多くのＣｒが残留することにより磁性粒子の磁気異方性エネルギーが低下し、熱減磁に対する十分な耐性が得られない。

このような問題を克服して低ノイズ特性を得るために、例えば特開２００３−１７８４１３号公報に示されているようにＣｏＣｒＰｔ合金に酸化物を添加したグラニュラ型の記録層の検討が盛んに行われるようになってきた。このグラニュラ型の記録層を用いる場合には、磁性粒子を取り囲むように酸化物の粒界層を形成することにより磁性粒子間の交換結合を低減させるため、ＣｏＣｒＰｔ合金としてはＣｒ濃度に関係なく高い磁気異方性エネルギーを有する材料を用いることができる。また、酸化物の粒界層は磁性粒子とは結晶的に不連続でかつある程度の厚みを有するため、記録層の形成過程での粒子同士の合体は起こり難い。したがって、ＣｏＣｒＰｔ合金に酸化物を添加したグラニュラ型の垂直磁気記録媒体は、低ノイズでかつ熱減磁に強い垂直磁気記録媒体の候補として注目されている。

垂直磁気記録媒体のシード層及び中間層についてはこれまでにも幅広く検討されている。例えば、酸化物グラニュラ型の垂直磁気記録媒体の中間層としてＲｕが適していることが、IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38, No.5, p.1976 (2002)に報告されており、またＴａシード層によってＲｕ中間層の結晶配向性を向上できることがIEEE Transactions on Magnetics, Vol.38, No.5, p.1979 (2002)に報告されている。
IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38, No.5, p.1976 (2002) IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38, No.5, p.1979 (2002)

これまで垂直磁気記録媒体に関してのシード層に関しては中間層であるRuの結晶配向性の向上のみに主眼が置かれており、耐食性については十分な検討が行われてこなかった。そこで、高い媒体Ｓ／Ｎが得られるＴａシード層とＲｕ中間層を用いた酸化物グラニュラ型の垂直磁気記録媒体に関して耐食性試験を行ったところ、数多くの腐食点が観察され耐食性に問題があることがわかった。また、Ｒｕの代わりに、従来の面内磁気記録媒体の中間層としてよく知られている非磁性のＣｏＣｒ合金を中間層に用いた場合には、耐食性は改善されるが媒体Ｓ／Ｎが大幅に低下することが分かった。つまり、従来知られている中間層材料とシード層材料の組み合わせでは、高い媒体Ｓ／Ｎと耐食性、を両立することができないという問題があることが判明した。

本発明の第一の目的は、垂直磁気記録媒体に関して、中間層とシード層の材料や構造の組み合わせを選ぶことよって媒体Ｓ／Ｎが高く、耐食性に優れた媒体を実現することである。

本発明の第二の目的は、この垂直磁気記録媒体の性能を十分活かした磁気記憶装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、基板上に少なくとも軟磁性層、シード層、中間層、磁気記録層、保護層を順次積層した垂直磁気記録媒体において、シード層を二層構造とし、下層はＣｒを含む非晶質合金で構成し、上層はＮｉを主成分とした面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する結晶質合金で構成した。

上記垂直磁気媒体において腐食が一番問題となる層は、軟磁性下地層に使用しているＣｏ合金である。Ｃｏ合金は耐食性に優れていないばかりでなく、水溶液環境中において非常に卑な電位を持つために、近接するＲｕまたはＲｕ合金との間においてガルバニック腐食（異種金属間腐食）を生じる。ＲｕまたはＲｕ合金は貴金属であるために非常に電位が高く、両者の電位差は1.0Ｖ程度にも達するため、Ｃｏ合金の腐食がガルバニック腐食により、単体の腐食よりも非常に加速される。磁気記録層に酸化物グラニュラ型を用いた場合に、その下層の中間層であるＲｕまたはＲｕ合金は、記録層の結晶粒界への酸化物の偏析を促進する意味から、結晶配向が良く表面の凹凸を大きくする必要がある。腐食の観点から見た場合、このような構造は欠陥が多いために、ＲｕまたはＲｕ合金は耐食性が良いにもかかわらず、軟磁性層の腐食抑制のための保護作用は示さない。このような点で、軟磁性下地層の腐食を抑制するためには、シード層の役割が重要となる。

腐食の観点から要求されるシード層の特性としては、（１）シード層に使用する金属、または合金が、水溶液中において不動態化しやすく、酸化物が安定で水溶液中における耐食性が高いこと、（２）金属または合金の電位が、中間層と軟磁性層の中間に位置し、できれば電位的な傾斜を有すること、（３）平滑で緻密な膜が構成されていること、（４）シード層のそれぞれ上層及び下層に位置する中間層及び軟磁性層との剥離エネルギーが高く密着性が良いこと、があげられる。腐食環境としては基本的には水系であるが、潤滑剤の分解による酸性化またはアルカリ化、塩化物の混入等の要素があり、幅広いｐＨ環境での耐食性が要求される。

このような要求を満たすシード層の構成としては、シード層を二層構造とし、その上層をＮｉを主成分とした合金層とし、下層をＣｒを含む非晶質合金層とすることで高耐食性を実現することが可能であり、さらにこの構造により中間層のＲｕの結晶配向性を最適化することが可能であることを見出した。

上記項目（１）に関して、それぞれの不動態化のしやすさ、酸化物の安定性は、Pourbaixダイヤグラムによりおおよそ推定することができる。Ｎｉに関しては、中性からアルカリ領域において酸化物が安定であることから、この領域で耐食性が高くなると考えられる。酸性領域においては安定した酸化物または水酸化物を形成しないために、酸化剤が共存した場合は、腐食する。Ｎｉ層の耐食性をさらに向上させる方法の一つには、合金化が挙げられる。Ｎｉと全率固溶体を作る金属としては、Ｃｏ，Ｃｕ及びＦｅがあり、また３０％以上の固溶度のある金属としては、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｖなどがある。そのなかで、Ｃｒの添加により耐食性を著しく向上させることができると考えられる。Ｃｒの添加により酸化性の酸に対して良く不動態化するためと予想される。Ｃｒ以外には、Ｔａも広いｐＨ領域において不動態化するために、Ｃｒと同様に耐食性向上が予測される。ＷやＭｏは不動態域が狭いながら酸性域から中性域にかけて安定した酸化物を生成すること、ＶはＮｉと同様にアルカリ領域で安定した酸化物を生成するがその電位域はＮｉよりも広いことがPourbaixダイヤグラムから予想されることから、これらの金属を添加しての合金化による耐食性向上の度合いはＣｒ添加に比較すると低いものの、効果が認められると考えられる。

一方、Ｃｒに関しては、弱酸性領域からアルカリ領域の幅広いｐＨ領域において安定した酸化物または水酸化物を生成するために、耐食性が良いことが考えられる。Ｃｒは合金化することにより、さらに不動態域を広げることができる。合金化のための添加元素としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｒｕなどが挙げられる。この中でＴｉ，Ｔａなどは広いｐＨ領域において不動態域を示すことから、その添加によりさらに耐食性が向上することが考えられる。特に添加元素としてのＴａに関しては、Ｔａの比率を５０％以上に高めた場合、非常に耐食性に優れていることを見出した。また添加元素のＴｉは、常温付近では塩化物水溶液中で孔食（局部腐食）を作らないという特性を有する。これは、Ｔｉイオンがクロロ錯体を作らず、直ちに加水分解してＴｉＯ_２になるためである。

垂直磁気記録媒体がさらされるであろうと予測される水溶液中における電位は、高い方から、Ｒｕ，Ｒｕ合金＞Ｎｉ，Ｎｉ合金及び、Ｃｒ，Ｃｒ合金＞Ｃｏ，Ｃｏ合金であることを見出した。また、塩化物が混入した水溶液中においてのＮｉの電位は、Ｃｒの電位より高いことを見出した。従って、Ｎｉ，Ｎｉ合金及び、Ｃｒ，Ｃｒ合金は上記要求項目（２）を満足していることが分かる。

また酸環境中においては、Ｎｉ合金の電位は軟磁性下地層の電位とほぼ同じになり、Ｃｒ合金の電位より低くなる。この場合、Ｎｉ合金は軟磁性下地層を保護するＣｒを含む合金の犠牲陽極として働くために、Ｃｒ合金の耐食性を高めることが可能であり、軟磁性下地層の腐食を防止することが可能になる。以上のことから、Ｎｉ系合金とＣｒ系合金を積層化させることにより、幅広いｐＨ領域において耐食性を有する層を構成させることができ、またＮｉ系合金を上層にＣｒ系合金を下層に配置することにより、中間層及び軟磁性下地層とのガルバニック腐食をも抑制することができると考えられる。

上記項目（３）に関しては、Ｃｒは結晶化し、表面の凹凸が大きくなる。シード層の厚さはわずか数ｎｍであるために被覆率の低下による耐食性劣化が考えられる。それに対し、たとえばＴｉを５０％添加したＣr−Ｔｉ合金では、非晶質構造となり平滑性に優れることを見出した。Ｎｉ系では、Ｖ，Ｃｒ，Ｔａ等を添加した場合に平滑性に優れており、表面が均一に被覆される。

上記項目（４）に関して、分子動力学シミュレーションを用いて、中間層とシード層の界面及びシード層と軟磁性下地層との界面剥離強度を計算した。Ｃｒに関しては、中間層のＲｕ及び軟磁性下地層のＣｏ合金との剥離強度はいずれも低く、密着性は高いものではない。しかし、Ｃｒに、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏ等を添加すると、特に軟磁性層との剥離強度が増加し密着性が高くなる。またＮｉにＴａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ等を添加すると、特にＲｕとの剥離強度が増すことを見出した。密着性の観点からもガルバニック腐食抑制の場合と同等に、シード層を二層に分け、Ｎｉ系合金を上層にＣｒ系合金を下層に配置することにより、密着性の高い垂直磁気記録媒体にすることが可能となる。

ＴａやＺｒの金属単体でもPourbaixダイヤグラム上では、幅広いｐＨ領域において安定な酸化物を生成する。しかし、これらの金属は上記（３）及び（４）の項目を満足することができないために、シード層として使用することはできないと考えられる。

本発明によれば、 Ｃｒを含む非晶質合金の上にＮｉを主成分とするｆｃｃ構造を有する結晶質合金が形成された二層構造からなるシード層を選択することによって、媒体Ｓ／Ｎが高く、耐食性に優れた二層垂直磁気記録媒体を実現できる。

さらに、上記本発明の垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を記録方向に駆動する手段と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に駆動する手段と、前記磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する信号処理手段とを有する磁気記憶装置を構成することで、１平方センチあたり２５ギガビット以上の記録密度を有する磁気記憶装置を達成することができる。

垂直磁気記録媒体を、ANELVA製スパッタ装置（C3010）を用いて作製した。このスパッタ装置は１０個のプロセスチャンバと１個の基板導入チャンバから構成され、それぞれのチャンバは独立に排気されている。全てのチャンバの排気能力は６×１０^−６Ｐａ以下である。

本発明の垂直磁気記録媒体は、基板上に密着層が形成され、密着層上に軟磁性下地層が形成され、軟磁性下地層上にシード層が形成され、シード層上に中間層が形成され、中間層上に垂直記録層が形成されている。

密着層の材料としては、基板との密着性、表面平坦性に優れていれば特に限定するものではないが、Ｎｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｈｆ，Ｓｉ，Ｂの少なくとも二種以上の金属を含む合金で構成することが好ましい。より具体的には、ＮｉＴａ，ＡｌＴｉ，ＡｌＴａ，ＣｒＴｉ，ＣｏＴｉ，ＮｉＴａＺｒ，ＮｉＣｒＺｒ，ＣｒＴｉＡｌ，ＣｒＴｉＴａ，ＣｏＴｉＮｉ，ＣｏＴｉＡｌ等を用いることができる。

軟磁性層下地層は、飽和磁束密度（Ｂｓ）が少なくとも１テスラ以上で、ディスク基板の半径方向に一軸異方性が付与されており、ヘッド走行方向に測定した保磁力が１．６ｋＡ／ｍ以下で、さらに表面平坦性に優れていれば特に材料を限定するものではない。具体的には、ＣｏもしくはＦｅを主成分とし、これにＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂ，Ｃ等を添加した非晶質合金を用いると上記特性が得られやすい。その膜厚は２０ｎｍ以上で用いることにより、保磁力を小さく制御でき、１５０ｎｍ以下で用いることによりスパイクノイズを抑制でき、かつ浮遊磁界耐性を向上することができる。

軟磁性下地層のノイズをより低減するために、軟磁性下地層に非磁性層を挿入し、この非磁性層を介して上下の軟磁性層を反強磁性的に結合させる。非磁性層の上側の軟磁性層と下側の軟磁性層の磁気モーメントを等しくすると両層の間で磁束が還流し、両層の磁区状態がより安定化されるので好ましい。非磁性層の材料としてはＲｕ，Ｃｒ或いはＣｕを用いることが望ましい。

軟磁性下地層に一軸異方性を確実に付与するために、磁界中冷却工程を行うことが望ましい。磁界は基板半径方向に印加することが望ましく、軟磁性層の半径方向の磁化が飽和する必要があり、磁界の大きさは少なくともディスク基板上で４ｋＡ／ｍ以上であれば良い。冷却温度は、理想的には室温まで冷却することが望ましいが、媒体製造プロセス時間の短縮を考慮すると６０〜１００℃程度まで下げるのが現実的である。また、冷却工程の導入箇所は、媒体形成プロセスにより必ずしも軟磁性層形成後である必要はなく、中間層或いは記録層を形成した後であっても良い。

シード層は、基板側から第一のシード層と第二のシード層の二層構造を有する。基板側に形成された第一のシード層は、主に軟磁性下地層の腐食を抑制することを目的として形成されており、Ｃｒを含む非晶質合金を用いることができる。ここで、非晶質とは、Ｘ線回折スペクトラムにおいて、ハローパターン以外の明瞭な回折ピークを示さないことを、もしくは高分解能電子顕微鏡にて撮影した格子像から得られた平均粒径が５ｎｍ以下であることを示す。第一のシード層は、具体的には、ＣｒにＴａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｓｉから選ばれた１種以上の元素を含む合金で構成すること、より具体的にはＣｒＴｉ，ＣｒＴａ，ＣｒＮｂ，ＣｒＴｉＮｂ，ＣｒＴｉＳｉ，ＣｒＴｉＡｌ，ＴａＣｒＮｂ，ＴａＣｒＳｉを用いることが望ましい。記録層側に形成された第二のシード層は、中間層の配向を制御することと中間層の結晶粒径を制御することを目的としており、Ｎｉを主成分とするｆｃｃ構造を有する結晶質合金を用いることができる。具体的には、ＮｉにＴａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｃｕから選ばれた1種以上を含む合金で構成すること、より具体的にはＮｉＷ，ＮｉＣｒ，ＮｉＴａ，ＮｉＴｉ，ＮｉＶ，ＮｉＭｏ，ＮｉＣｕ，ＮｉＣｒＴａ，ＮｉＣｒＮｂ，ＮｉＣｒＷ，ＮｉＴｉＮｂ，ＮｉＣｕＮｂ等を用いることが望ましい。

中間層としては、Ｒｕ単体か、Ｒｕを主成分とした六方稠密格子(ｈｃｐ)構造やｆｃｃ構造の合金、或いはグラニュラ構造を有する合金を用いることができる。また、中間層は単層膜でもよいが、結晶構造の異なる材料を用いた積層膜でもよい。

垂直記録層としては、少なくともＣｏとＰｔを含む合金を用いることができる。またＣｏＣｒＰｔを主成分とし、それに酸化物を添加したグラニュラ構造を有する合金、具体的にはＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２，ＣｏＣｒＰｔ−ＭｇＯ，ＣｏＣｒＰｔ−ＴａＯなどを用いることができる。さらに、 (Ｃｏ／Ｐｄ)多層膜，(ＣｏＢ／Ｐｄ)多層膜，（Ｃｏ／Ｐｔ）多層膜，(ＣｏＢ／Ｐｔ)多層膜等の人工格子膜を用いることができる。

垂直記録層の保護層としては、カーボンを主体とする厚さ２ｎｍ以上、８ｎｍ以下の膜を形成し、さらにパーフルオロアルキルポリエーテル等の潤滑層を用いることが好ましい。これにより信頼性の高い垂直記録媒体が得られる。

基板はガラス基板、ＮｉＰめっき膜をコーティングしたＡｌ合金基板、セラミックス基板、さらにテクスチャ加工により表面に同心円状の溝が形成された基板を用いることができる。

媒体の記録再生特性はスピンスタンドによって評価した。評価に用いたヘッドは、シールドギャップ長５５ｎｍ、トラック幅１２０ｎｍの巨大磁気抵抗効果を利用した再生素子と、トラック幅１７０ｎｍの単磁極書き込み素子からなる複合磁気ヘッドである。周速１０ｍ／ｓ、スキュー角０度、磁気スペーシング約１５ｎｍの条件で再生出力とノイズを測定し、媒体Ｓ／Ｎは線記録密度１９７０ｆｒ／ｍｍの信号を記録したときの孤立波再生出力と線記録密度２３６２０ｆｒ／ｍｍの信号を記録したときの積分ノイズの比として求めた。

耐食性の評価は以下の手順で行った。まず、温度６０℃、相対湿度９０％ＲＨ以上の高温多湿状態の条件下にサンプルを９６時間放置する。次に、Optical Surface Analyzerを用いて半径１４ｍｍから２５ｍｍまでの範囲内における腐食点の数をカウントし、以下のようにランク付けした。カウント数が５０未満のものをＡ、５０以上２００未満のものをＢ、２００以上５００未満のものをＣ、５００以上のものをＤとして評価した。実用的にはＢ以上のランクが望ましい。
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、図面を参照して説明する。

図１に、本実施例の垂直磁気記録媒体の層構成を示す。基板１１には表面に同心円状の溝が形成された厚さ０．６３５ｍｍ、直径６５ｍｍ（２．５インチ型）のガラスディスク基板を用い、スパッタリング法により密着層１２、軟磁性下地層１３、第一シード層１４１、第二シード層１４２、中間層１５、垂直記録層１６、保護層１７を順次形成した。表１に、本実施例で用いたターゲット組成とＡｒガス圧及び膜厚を示す。

まず、基板１１上に密着層１２であるＮｉＴａを１０ｎｍ、その上に第一軟磁性層１３１であるＣｏＴａＺｒ（ａｔ％）を５０ｎｍ、非磁性層１３２であるＲｕを０．８ｎｍ、第二軟磁性層１３３であるＣｏＴａＺｒ（ａｔ％）を５０ｎｍ順に形成し、基板を約８０℃以下まで磁界中冷却した。さらに第一シード層１４１である５０Ｃｒ−５０Ｔｉを２ｎｍ、第二シード層１４２である９４Ｎｉ−６Ｗ（ａｔ％）を５ｎｍ、中間層１５であるＲｕを１６ｎｍ、記録層１６であるＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２を１６ｎｍ、保護層１７であるカーボンを５ｎｍ形成した。その後、パーフルオロアルキルポリエーテル系の材料をフルオルカーボン材で希釈した潤滑剤を塗布し、表面にバニッシュをかけて本実施例である垂直記録媒体１−１を作製した。スパッタガスとしてはＡｒを使用し、磁気記録層を形成する際には酸素を２０ｍＰａの分圧で添加した。保護層１７を形成する時は、製膜時のＡｒ圧力０．６Ｐａに対し窒素を５０ｍＰａの分圧で添加した。

本実施例の媒体１−１の媒体Ｓ／Ｎと耐食性を調べたところ、１８ｄＢ以上の高い媒体Ｓ／ＮとＡランクの優れた耐食性が得られた。

次に第一シード層ＣｒＴｉの膜厚を変化させて、媒体Ｓ／Ｎと耐食性の関係を調べた。図２（ａ）に第一シード層であるＣｒＴｉの膜厚と媒体Ｓ／Ｎの関係を、図２（ｂ）にＣｒＴｉの膜厚と腐食点のカウント数との関係を示す。ここで第二シード層であるＮｉＷの膜厚は５ｎｍと固定している。膜厚が７ｎｍまではいずれも高い媒体Ｓ／Ｎが得られ、膜厚の増加にかかわりなく１８ｄＢ近い特性が得られた。ただし、膜厚が８ｎｍ以上厚くなると媒体Ｓ／Ｎは劣化する。これはシード層の膜厚増加によって記録効率が下がることが原因と考えられる。一方、ＣｒＴｉの膜厚が１ｎｍ以上あればＢランクの優れた耐食性が得られ、膜厚を厚くするほど腐食カウントが減少して耐食性が向上することが分かった。

さらに第二シード層であるＮｉＷの膜厚を変えた媒体を作製し、媒体Ｓ／Ｎと耐食性を評価した。その結果を表２に示す。ここで第一シード層であるＣｒＴｉの膜厚は２ｎｍと固定している。媒体２−１〜２−４はいずれも１８ｄＢ程度の高い媒体Ｓ／Ｎが得られたが、媒体２−５の媒体Ｓ／Ｎは劣化した。これは、第二シード層であるＮｉＷの膜厚が厚くなると表面凹凸が大きくなって記録層の特性が劣化したために、媒体Ｓ／Ｎが低くなったものと考える。耐食性はいずれの媒体もＡランクであった。

次に第一シード層及び第二シード層の組成を変化させて、媒体Ｓ／Ｎと耐食性との関係を調べた。その結果を表３に示す。ここで、第一シード層ＣｒＴｉと第二シード層ＮｉＷの膜厚は、それぞれ２ｎｍ、５ｎｍとした。まず、ＣｒＴｉのＣｒ含有量に着目する。媒体３−１〜３−３はいずれもＣｒの含有量にかかわらず１８ｄＢ以上の高い媒体Ｓ／ＮとＡランクの優れた耐食性が得られた。Ｃｒ含有量が７０ａｔ％である媒体３−４は、腐食カウントが増加し耐食性が劣化する。それぞれの組成についてＸ線回折測定を行い、ＣｒＴｉの結晶構造を調べた。その結果、Ｃｒ含有量が２０〜５５ａｔ％のＣｒＴｉは非晶質構造であり、７０Ｃｒ−３０Ｔｉはｂｃｃが混在した結晶構造であることがわかった。

上記ＣｒＴｉ上に形成されたＮｉＷの結晶構造を調べたところ、いずれもｆｃｃ結晶構造であったが、媒体Ｓ／Ｎが劣化した７０Ｃｒ−３０Ｔｉは他の組成に比較して、ＮｉＷの（１１１）配向が悪いことが分かった。つまり高い媒体Ｓ／Ｎと耐食性に優れた媒体を得るためのＣｒＴｉの組成の比率は、ＣｒＴｉが非晶質構造を有すること、その上に形成されるＮｉＷのｆｃｃ（１１１）配向が良好であることを満たす範囲内で決まる。

次に、第二シード層であるＮｉＷのＷ含有量に着目する。媒体３−５〜３−７はＷ含有量にかかわらずいずれも１８ｄＢ程度の高い媒体Ｓ／Ｎと優れた耐食性が得られた。媒体３−８に見られるように、Ｗ含有量が２０％では媒体Ｓ／Ｎは低下する。上記と同様に結晶構造をＸ線回折で調べたところ、Ｗ含有量が１５ａｔ％以下のＮｉＷはｆｃｃ結晶構造であり、８０Ｎｉ−２０Ｗはｂｃｃが混在した結晶構造であることがわかった。つまり、ＮｉＷ合金がｆｃｃ結晶構造を有する場合に高い媒体Ｓ／Ｎが得られることがわかった。これらのことから、高い媒体Ｓ／Ｎと優れた耐食性を両立させるためには、基板側の第一シード層には非晶質合金を形成し、その上の第二シード層にはｆｃｃ構造を有する結晶質合金を形成することが望ましいことがわかった。

本実施例では、第一シード層であるＣｒＴｉの膜厚は１ｎｍ以上７ｎｍ以下で、Ｃｒの含有量が７０ａｔ％より少ないこと、第二シード層であるＮｉＷの膜厚は２０ｎｍよりも薄く、Ｗの含有量は２０ａｔ％よりも少ないところが最適であった。しかし、上記に示す最適な膜厚や組成は、記録層や中間層の材料や膜厚、或いは評価に用いるヘッドとの組み合わせによって異なってくる。

実施例１の媒体１−１と同じ層構成で、シード層の異なる媒体を作製し、実施例１と同じ手法で媒体Ｓ／Ｎと耐食性を評価した。シード層以外の各層の組成、膜厚及び成膜プロセスは媒体１−１と同じである。ここで、第一シード層に用いた材料はいずれも非晶質合金であり、第二シード層に用いた材料はいずれもｆｃｃ構造を有する結晶質合金である。膜厚はそれぞれ２ｎｍ、５ｎｍとした。

媒体４−１〜４−８は、第一シード層をＣｒＴｉに固定して、第二シード層の材料を変えている。また媒体４−９〜４−１５は、第二シード層をＮｉＷに固定して、第一シード層の材料を変えている。表４に示すように、いずれの媒体も１８ｄＢ以上の高い媒体Ｓ／ＮとＡランクの優れた耐食性を示すことがわかる。また、本実施例で示した組み合わせ以外でも、第一シード層がＣｒを含む非晶質合金であること、第二シード層がＮｉを主成分とするｆｃｃ構造を有する結晶質合金であるという条件を満たしていれば、同様な効果が見られるし、本実施例で示した以外の組成でも上記条件を満たしていれば同様な結果が得られる。

実施例１の媒体１−１と同じ層構成で、記録層の異なる媒体を作製し、実施例１と同じ手法で媒体Ｓ／Ｎと耐食性を評価した。記録層以外の各層の組成、膜厚及び成膜プロセスは媒体１−１と同じである。媒体５−１はＣｏＣｒＰｔにＴａ酸化物を添加したグラニュラ構造の記録層からなり、媒体５−２、媒体５−３の記録層はおのおのＣｏとＰｄ、ＣｏとＰｔの多層膜からなる。

表５に示すように、耐食性はいずれもＡランクと良好であったが、媒体Ｓ／Ｎは媒体５−１が最も良好であった。このように本発明のシード層は記録層にＣｏ／Ｐｄ，Ｃｏ／Ｐｔ多層膜を用いても良好な媒体Ｓ／Ｎが得られるが、ＣｏＣｒＰｔ系に酸化物を添加したグラニュラ構造を有する記録層に対し、最も効果が現れることがわかった。

本発明の一実施例である磁気記憶装置の断面模式図を図３に示す。磁気記録媒体３０は本実験例の媒体１−１と同じ層構成である。この磁気記録媒体３０を駆動する駆動部３１と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド３２と、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動させる手段３３と、磁気ヘッドへの信号の入出力を行うための手段３４で構成した。磁気ヘッド３２は磁気的な浮上量を１５ｎｍとし、再生部は磁気抵抗効果を利用しており、記録部の主磁極は単磁極型ヘッドとした。この装置構成とすることによって、１ｃｍ当たりの線記録密度を３５４６００ビット、１ｃｍ当たりのトラック密度を７８７４０トラックとすることによって１平方センチあたり２７．９ギガビットでの動作を確認できた。

本発明の一実施例である磁気記憶装置の断面模式図を図３に示す。磁気記録媒体３０は本実験例の媒体１−１と同じ層構成である。この磁気記録媒体３０を駆動する駆動部３１と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド３２と、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動させる手段３３と、磁気ヘッドへの信号の入出力を行うための手段３４で構成した。磁気ヘッド３２と磁気記録媒体３０の関係を図４に示す。磁気ヘッドの磁気的な浮上量を１５ｎｍとし、再生部４０の再生素子４１には巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）を使用しており、記録部４２の主磁極４３の周りにはラップアラウンドシールド４４が形成されたヘッドとした。このように、記録部の主磁極の周りにシールドを形成した磁気ヘッドを用いることで記録磁界の勾配を急峻にし、かつ第三の記録層を形成した磁気記録媒体を用いることで高い媒体Ｓ／Ｎを維持しつつオーバーライト特性を改善でき、１ｃｍ当たりの線記録密度を３７４１００ビット、１ｃｍ当たりのトラック密度を８６６２０トラックとすることによって１平方センチあたり３２．４ギガビットでの動作を確認できた。

また、図４に示す再生素子４１は巨大磁気抵抗効果素子の他にトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ、ＣＰＰ）を用いても同様の効果が得られる。

比較例

比較例として、シード層１４を第一シード層１４１であるＣｒＴｉのみを２ｎｍ形成した媒体６−１と第二シード層１４２であるＮｉＷのみを５ｎｍ形成した媒体６−２を用意した。さらに、軟磁性下地層１３上にＮｉＷを５ｎｍ形成し、その上にＣｒＴｉを２ｎｍ形成した媒体６−３と、軟磁性下地層１３上にｂｃｃ構造を持つＣｒを２ｎｍ形成し、その上にＮｉＷを５ｎｍ形成した媒体６−４と、ＣｒＴｉ（２ｎｍ）の上に、非晶質合金であるＮｉＴａを５ｎｍ形成した媒体６−５を用意した。さらに第一シード層にＣｒを含まない非晶質合金であるＮｉＴａを２ｎｍ形成した媒体６−６と、第二シード層にｆｃｃ結晶構造を持つＰｔを５ｎｍ形成した媒体６−７、ＰｔＮｉを５ｎｍ形成した媒体６−８を用意した。媒体６−６は第二シード層にＮｉＷを５ｎｍ、媒体６−７及び６−８は第一シード層にＣｒＴｉを２ｎｍ形成している。その他の層構成は、実施例の媒体１−１と同じである。

表６に、実施例の媒体１−１と比較例の媒体６−１〜６−８の耐食性ランクと媒体Ｓ／Ｎ、Ｒｕ（０００２）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ_５０の結果を合わせて示す。

まず、耐食性の結果に着目する。実施例の媒体１−１と、比較例の媒体６−５に見られるように、第一シード層にＣｒを含む非晶質の材料を、第二シード層にＮｉを含む材料を用いることによって、Ａランクの良好な耐食性を示す。しかし、媒体６−２にみられるように、ＮｉＷを単独で形成した場合や、媒体６−３に見られるように、媒体１−１の層構成を逆にした場合（Ｎｉを含む材料の上にＣｒを含む材料を形成した場合）には、Ｃランク以下の悪い結果が得られている。ＣｒＴｉを単独で形成した媒体６−１もまた、Ｂランクではあるが媒体１−１に比較すると耐食性が若干悪くなっている。媒体６−４は第一シード層にＣｒを、第二シード層にＮｉを含む合金を用いているにもかかわらず耐食性に差異が見られた。また、媒体６−６も第一シード層に非晶質合金を用いているにもかかわらず、耐食性はＣランク以下であった。

これは次のように説明することができる。Ｎｉ系の合金は、酸性溶液中においては保護作用の酸化物、水酸化物を形成しない。またｆｃｃの結晶構造をとるために薄膜では欠陥が多く、したがって耐食性が悪い。それに対しＣｒ系の合金は、酸性領域において安定な酸化物または水酸化物を形成し、また非晶質合金であるために欠陥も少ない。そのため耐食性に優れている。腐食が媒体表面から進行し、第二シード層表面に達した場合、第二シード層のＮｉ合金は媒体６−２に見られるように耐食性があまり良くないために、そのまま第一シード層側に腐食が進行する。腐食が第一シードに達すると、第一シード層に使用しているＣｒ合金は媒体６−１に示すようにある程度の耐食性を有することから腐食の進行はやや低下する。しかし、この腐食ポイントの周りにはＮｉ合金が存在する。Ｎｉ合金はＣｒ合金と比較して電位が低いために、Ｃｒ合金と接触している部分ではＮｉ合金が溶解し、Ｃｒ合金の腐食を大幅に低減するカソード防食の状態になる。このため腐食の進行は、Ｃｒ合金のところでほぼ停止し、その下の軟磁性下地層まで達しない。

媒体６−６にみられるように第一シード層にＣｒ合金が形成されていないと、腐食の進行を抑えることができないし、媒体６−３にみられるようにＮｉ合金とＣｒ合金の順が入れ替わると、Ｎｉ合金のカソード防食機能が発揮されないために、耐食性を向上させることはできない。すなわち、Ｃｒ合金は耐食性をある程度有するもののそれだけでは十分でなく、Ｃｒ合金の上層にＮｉ合金を積層させた場合にのみ、非常に優れた耐食性を有することができるのである。媒体６−４は、第一シード層のＣｒが結晶構造を有するため欠陥が多く、従って耐食性が劣化したのである。

媒体６−７や媒体６−８は、第二シード層にＰｔ或いはＰｔ合金を用いている。Ｐｔ合金それ自身は耐食性の優れた金属である。しかし、媒体６−７及び媒体６−８に見られるようにシード層に使用した場合に、耐食性ランクはＣと芳しくない。Ｐｔは貴金属であり電位が非常に高く、しかも結晶構造であるため欠陥が多い。前述したようにＲｕが軟磁性下地層の腐食抑制のための保護作用を示さないと同様に、Ｐｔ合金も耐食性向上を期待できない。媒体６−８に見られるようにＰｔにＮｉを添加した場合も、その含有量が少量の場合にはＮｉの効果がほとんど見られないことがわかった。

次に、媒体Ｓ／Ｎに着目する。実施例の媒体１−１と媒体６−２、６−６、６−７、６−８は１８ｄＢ以上の高い媒体Ｓ／Ｎが得られているが、それ以外の媒体はいずれも１６ｄＢ以下と低かった。それぞれの媒体について、Ｘ線回折装置を用いてＲｕ（０００２）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ_５０を測定した。その結果、媒体Ｓ／Ｎが低いサンプルはいずれもΔθ_５０が大きく、Ｒｕの結晶配向が悪いことが分かった。媒体６−４に見られるように、第一シード層が結晶構造を有する材料で形成された場合に、特に結晶配向が悪くなることがわかる。媒体６−５は、第一シード層にＣｒＴｉ、第二シード層にＮｉＴａを形成しており、実施例２の媒体４−４とほぼ同じ層構成であるにもかかわらず媒体Ｓ／Ｎに差異が見られた。媒体４−４の第二シード層はＴａ含有量が１０ａｔ％と少なく結晶構造を有しているのに対し、媒体６−５はＴａ含有量が多く非晶質構造を有している。また媒体６−５のＲｕ（０００２）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ_５０は媒体１−１に比較して僅かに大きく、Ｒｕの結晶配向が悪いことが分かった。このように、ＣｏＣｒＰｔ合金に酸化物を添加したグラニュラ型の磁気記録層を有する垂直磁気記録媒体において、高い媒体Ｓ／Ｎ（例えば１８ｄＢ以上）を得るためには、Ｒｕの結晶配向をよくすることがより好ましく、これを実現するためには第二シード層としてＮｉを主成分とする結晶質合金が適していることが分かる。

以上のことから、高い媒体Ｓ／Ｎと優れた耐食性を両立させるためには、基板側の第一シード層にＣｒを含む非晶質合金を形成し、その上の第二シード層にＮｉを主成分とするｆｃｃ構造を有する結晶質合金を形成することが望ましいことがわかった。

本発明の垂直磁気記録媒体の構造例を示す図。 本発明の垂直磁気記録媒体の第一シード層の膜厚と媒体Ｓ／Ｎ及び腐食点の数の関係を示す図。 本発明の一実施例である磁気記憶装置を示す断面模式図。 磁気ヘッドと磁気記録媒体の関係を示す模式図。

符号の説明

１１…基板、１２…密着層、１３…軟磁性下地層、１４…シード層、１５…中間層、１６…記録層、１７…保護層、１３１…第一軟磁性層、１３２…非磁性層、１３３…第二軟磁性層、１４１…第一シード層、１４２…第二シード層、３０…磁気記録媒体、３１…磁気記録媒体駆動部、３２…磁気ヘッド、３３…磁気ヘッド駆動部、３４…信号処理系、４０…再生部、４１…再生素子、４２…記録部、４３…主磁極、４４…ラップアラウンドシールド

Claims (11)

1. 基板上に軟磁性層、シード層、中間層、磁気記録層及び保護層が順次積層され、
   前記軟磁性層はＣｏ合金を有し、
   前記シード層は前記軟磁性層側の第一シード層と前記中間層側の第二シード層を有し、前記第一シード層はＣｒを含む非晶質合金からなり、前記第二シード層はＮｉを主成分とする結晶質合金からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第一シード層は、ＣｒにＴａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ａｌから選ばれた１種以上の元素を含む非晶質合金であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
3. 請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第二シード層は面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する結晶質合金からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
4. 請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記第二シード層は、ＮｉにＣｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕから選ばれた１種以上の元素を含む面心立方格子構造を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
5. 請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記中間層はＲｕ或いはＲｕ合金からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
6. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を記録方向に駆動する手段と、記録部と再生部からなる磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対的に駆動する手段と、前記磁気ヘッドに対する入力信号及び出力信号を波形処理する信号処理手段とを有する磁気記憶装置において、
   前記磁気記録媒体は、基板上に軟磁性層、シード層、中間層、磁気記録層及び保護層が順次積層され、前記軟磁性層はＣｏ合金を有し、前記シード層は前記軟磁性層側の第一シード層と前記中間層側の第二シード層を有し、前記第一シード層はＣｒを含む非晶質合金からなり、前記第二シード層はＮｉを主成分とする結晶質合金からなる垂磁気記録媒体であることを特徴とする磁気記憶装置。
7. 請求項６記載の磁気記憶装置において、前記第一シード層は、ＣｒにＴａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ａｌから選ばれた１種以上の元素を含む非晶質合金であることを特徴とする磁気記憶装置。
8. 請求項６記載の磁気記憶装置において、前記第二シード層は面心立方格子（ｆｃｃ）構造を有する結晶質合金からなることを特徴とする磁気記憶装置。
9. 請求項６記載の磁気記憶装置において、前記第二シード層は、ＮｉにＣｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕから選ばれた１種以上の元素を含む面心立方格子構造を有することを特徴とする磁気記憶装置。
10. 請求項６記載の磁気記憶装置において、前記中間層はＲｕ或いはＲｕ合金からなることを特徴とする磁気記憶装置。
11. 請求項６記載の磁気記憶装置において、前記磁気ヘッドは記録部が単磁極型であり、前記単磁極部の周囲はシールドによって囲まれた構造を有することを特徴とする磁気記憶装置。

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