JP4673735B2 - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体及びその製造方法に関する。

近年の高度情報化社会の進展に対応して、情報記録装置の大容量化、高密度化に対するニーズは高まる一方である。現在、情報記録装置の主力を担う磁気記録装置においても、その大容量化に対応し、面記録密度の向上が進められている。記録ビットを微細に記録する方式として、記録磁化方向を膜面に垂直にして記録する、いわゆる垂直磁気記録方式が知られている。垂直磁気記録膜の材料としては従来、Ｃｏ−Ｃｒ系合金膜が用いられてきた。しかし今後、更なる面記録密度の向上を実現するためには、媒体ノイズを低減させる必要があり、そのためには、磁化反転単位の微細化が必須である。しかし、過度に微細化を進めると、熱揺らぎにより磁化状態が変化する現象いわゆる熱減磁が生じることが知られている。そこで、より一層低ノイズで高密度記録可能な磁気記録媒体を得るためには、磁化の熱安定性をさらに高める必要があり、そのためには記録層にＣｏＣｒ系合金よりもさらに高い磁気異方性を有する材料を用いる必要がある。

その材料としてたとえば、ＦｅＰｔ合金が検討されている。この合金は規則相（Ｌ₁₀相）を有する場合において、上述したＣｏ−Ｃｒ系合金に比べて１桁以上高い磁気異方性エネルギーを有する。規則相のＦｅＰｔ合金を得るには、ＦｅＰｔ合金を蒸着法又はスパッタ法などによって薄膜状に作製した後、６００℃程度の温度で熱処理することが必要である。さらにその規則化と同時に、ＦｅＰｔ膜を垂直磁気記録媒体として適用するためには、ＦｅＰｔ規則相合金結晶の磁化容易軸であるｃ軸を、膜面垂直方向に優先配向させなければならない。またそれと同時に、ＦｅＰｔ結晶粒サイズを微細化し、結晶粒間を磁気的に分離することによって、磁化反転単位を微細化させることも、記録媒体として用いるために重要な条件となる。

また近年、熱アシスト磁気記録あるいはハイブリッド記録と呼ばれる記録方式が提案されている。熱揺らぎに対する耐性を上げるために媒体の磁気異方性を高めると、それに伴い保磁力も高くなる。しかし記録に用いる磁気ヘッドが発生する磁界の大きさには限界があるため、あまりに保磁力が高い媒体では記録が困難になる。この問題を解決するために熱アシスト記録では、記録時に媒体を高温に加熱することによって保磁力を低下させた状態で記録する。記録後は瞬時に室温に戻すので、保磁力と磁気異方性は高い状態に戻り、記録情報は安定に保持される。ＦｅＰｔ膜はこの熱アシスト記録用の媒体としても有望である。熱アシスト記録用媒体として用いる場合にも、ＦｅＰｔ規則相合金結晶のｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させ、ＦｅＰｔ結晶粒サイズを微細化し、結晶粒間を磁気的に分離することは重要な要件となる。

ＦｅＰｔ規則相合金結晶の磁化容易軸であるｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させる方法としては、結晶配向したＭｇＯ層などを下地として用いる方法が取られてきた。また、ＦｅＰｔ結晶粒サイズを微細化し結晶粒間を磁気的に分離する方法として、特許第３５０７８９２号公報には、Ｆｅ微粒子を含む遷移元素グラニュラー薄膜とＰｔ微粒子を含む白金族元素グラニュラー薄膜とを積層させた積層膜を加熱処理することによって、ＦｅとＰｔを合金化させる方法が提案されている。

特許第３５０７８９２号公報

ＦｅＰｔ規則相合金結晶の配向と同時に、結晶粒サイズ及び結晶粒間の磁気的分離を有効に制御する方法に関しては、これまで、有力なものが報告されていない。特許第３５０７８９２号公報に記載の方法では、ＦｅＰｔ結晶粒のｃ軸配向が制御されていない。

本発明の目的は、ＦｅＰｔ結晶を規則化し、かつ磁化容易軸であるｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させることに加え、このＦｅＰｔ結晶粒を微細化し、さらに結晶粒間を磁気的に分離する膜構造及びそれを製造する方法を提供することにある。それによって、熱安定性に優れ、かつ低ノイズで高密度記録が可能な垂直磁気記録媒体あるいは熱アシスト磁気記録媒体が提供される。

上記目的を達成するため、本発明においては、基板と磁性層との間に、鉄と酸素を主成分とする粒子からなる凹部と、凹部を取り囲む非晶質酸化物を主成分とする凸部とから構成される下地層を設ける。更に、この下地層の上に、鉄と白金を主成分とする合金の磁性層を設け、合金磁性層の結晶粒子を、下地層の凹部の鉄と酸素を主成分とする粒子の上に優先的に形成する。その後、アニール処理することによって、鉄と白金を主成分とする合金を規則合金化し、磁化容易軸であるｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させる。

本発明によると、ＦｅＰｔ結晶を規則化し、かつ磁化容易軸であるｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させることに加え、このＦｅＰｔ結晶粒を微細化し、さらに結晶粒間を磁気的に分離することができるので、熱安定性に優れ、かつ低ノイズの高密度磁気記録媒体が得られる。

以下、図面を参照して、本発明による磁気記録媒体の膜構造と作製工程について説明する。図１は、本発明による磁気記録媒体の製造工程の概略を示す断面摸式図である。

本発明ではまず、基板上に下地層として、Ｆｅと、Ｓｉ酸化物，Ａｌ酸化物，Ｔｉ酸化物，Ｔａ酸化物及びＺｎ酸化物の内の少なくとも１つの酸化物とを含む混合物層を設ける。これらの酸化物はＦｅとの親和性が低いために、Ｆｅと相分離する。すなわち、図１（ａ）に断面図を、図２に平面図を示すように、基板１１上に設けられた混合物層中でＦｅ粒子１３が分離析出し、そのＦｅ粒子１３を非晶質酸化物１４からなる非晶質粒界相が取り囲む形態の下地層１２となる。次に、この下地層１２をＲＦプラズマに曝してスパッタエッチング処理する。Ｆｅのような金属はスパッタ率が高いのに対し、酸化物はスパッタ率が低いために、Ｆｅが選択的にエッチング除去される。その結果、エッチング後の下地層１２は、図１（ｂ）に示すように、Ｆｅ粒子１３の部分が非晶質酸化物１４からなる粒界相に比べて凹みとなる。

次に、Ｆｅ粒子１３の酸化処理を行う。Ｆｅ粒子の酸化処理を行うのは、Ｆｅ酸化物により、その上に形成されるＦｅとＰｔの結晶配向を制御し、アニール処理した後にＦｅＰｔ規則合金粒子のｃ軸を膜面垂直方向に配向させるためである。エッチング処理後の下地層を、Ｏ₂もしくはＡｒとＯ₂の混合ガス雰囲気に曝すことによってＦｅを酸化処理する。ここでＦｅ粒子の酸化処理は、粒子表面近傍のみでも良く、あるいは粒子全体を酸化しても良い。粒子全体を酸化するには、加熱を併用すると効率的である。この処理によって下地層１２は、図１（ｃ）に示すように、凹んだＦｅ酸化物粒子１５をそれより高い非晶質酸化物１４が取り囲んだ形態となる。こうして処理した下地層の上に、図1 （ｄ）に示すように、Ｆｅ層とＰｔ層を順次この順番で積層する。この積層順は結晶配向関係を維持するために必要であり、逆順にするとアニール処理した後のＦｅＰｔ規則合金膜のｃ軸の垂直配向性が悪化する。

次に、ＦｅとＰｔを規則合金化するために、下地層／Ｆｅ層／Ｐｔ層の積層膜を加熱処理（アニール処理）する。図３はアニ−ル処理後の磁気記録媒体の模式図であり、図３（ａ）は断面模式図、図３（ｂ）は平面模式図である。このアニールによってＦｅとＰｔを層間で相互に原子拡散させてＦｅＰｔ規則合金化させる。この時、ＦｅとＰｔは膜平面方向にも原子拡散する。その際、ＦｅＰｔは、非晶質酸化物１４とは親和性が低く、Ｆｅ酸化物１５とは親和性が高い。また微細粒子は、表面エネルギーを小さくするためにできるだけ表面積を小さくした方が安定である。これらの二つの理由から、ＦｅＰｔ粒子は凹んだＦｅ酸化物粒子１５の上に選択的に凝集する。その結果、２次元平面的に、ＦｅＰｔ粒子はお互いに磁気的に分離した状態となる。また同時に、積層時のＦｅ酸化物とＦｅ及びＰｔの結晶配向関係によって、アニール後にはＦｅＰｔ規則合金粒子１６のｃ軸は膜面垂直方向に優先配向する。

このようにして本発明によれば、ＦｅＰｔ結晶を規則化し、かつ磁化容易軸であるｃ軸を膜面垂直方向に優先配向させることに加え、このＦｅＰｔ結晶粒が磁気的に分離した膜構造が得られる。下地層に用いる酸化物としては、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｔｉ酸化物、Ｔａ酸化物もしくはＺｎ酸化物が適している。これらの酸化物はＦｅとの親和性が低く、混ざりにくい。また、酸化物自体は非晶質化しやすい。そのため下地層は、Ｆｅ粒子と、そのＦｅ粒子を取り囲む非晶質酸化物とに相分離した形態の膜となる。さらに、これらの酸化物はＦｅに比べてスパッタエッチングされにくい。そのため、スパッタエッチング処理においてＦｅの選択的エッチングが生じ、Ｆｅ粒子部を凹みとすることができる。

ＦｅＰｔ結晶粒子の粒子サイズは３〜８ｎｍが望ましい。３ｎｍより小になると熱揺らぎにより記録が不安定になり、８ｎｍより大になるとＦｅＰｔ結晶粒同士が互いに繋がって磁気的に結合し、磁化反転単位が大きくなるためである。ＦｅＰｔ結晶粒の大きさは、下地層を形成する際のＦｅ粒子と非晶質酸化物の体積比、その時のＦｅ粒子の大きさ、及びＦｅ／Ｐｔ積層膜を形成する際のＦｅ層とＰｔ層の厚さを調整することによって制御できる。下地層形成時のＦｅ：酸化物の体積比を、１０：９０から７５：２５の範囲で調整し、Ｆｅ粒子の大きさを２〜６ｎｍの大きさに調整し、Ｆｅ／Ｐｔ積層膜形成時のＦｅ層とＰｔ層の厚さを、各々０．５ｎｍより厚く、４ｎｍより薄くすることによって、ＦｅＰｔ結晶粒の大きさを３〜８ｎｍに制御できる。Ｆｅ粒子と酸化物の体積比は、Ｆｅターゲットと酸化物ターゲットの２元同時スパッタ法で形成する場合にはＦｅと酸化物の堆積速度を調整することにより、Ｆｅと酸化物の複合ターゲットを用いる場合にはターゲット組成の調整で制御できる。Ｆｅ粒子の大きさは、成膜時の基板温度やガス圧などの成膜パラメーターの調整によって制御できる。Ｆｅ／Ｐｔ積層膜の各層の厚さは、各々の堆積速度に応じて成膜時間を調整すれば良い。

以下、具体例に基づいて説明する。結晶化ガラス基板上に下地層として、ＦｅとＳｉＯ₂とからなる膜を形成した。下地層の成膜には、ＦｅターゲットとＳｉＯ₂ターゲットの２元同時スパッタ法を用い、膜中のＦｅとＳｉＯ₂の体積比が５０：５０になるよう各々のスパッタ電力を調整した。ＦｅのスパッタにはＤＣスパッタ法を、ＳｉＯ₂のスパッタにはＲＦスパッタ法を用いた。スパッタガスにはＡｒを用い、圧力は０．５Ｐａとし、基板温度は２００℃とした。下地層の層厚は１０ｎｍとした。下地層は、析出したＦｅ粒子と、それを取り囲むＳｉＯ₂非晶質粒界部とに相分離した形態となる。

次に、下地層の形態加工処理及び酸化処理を行った。まずＲＦスパッタエッチング法により下地層のエッチングを行った。エッチングガスにはＡｒを用い、１．５Ｐａの圧力下で、基板側にＲＦ電力を印加した。このとき自己バイアス電圧は−２００Ｖであった。このエッチングによって、Ｆｅ粒子部が優先的にエッチングされて凹みとなる。エッチングは凹みの深さが３ｎｍになるまで行った。次に下地層の酸化処理を行った。真空槽中にＡｒ−１０％Ｏ₂の混合ガスを導入しながら、赤外線ランプヒーターを用いて下地層を加熱した。ガス圧力は０．９Ｐａ、ヒータ電力は５００Ｗ、加熱時間は３０秒とした。この処理によってＦｅ粒子がＦｅ酸化物に変化する。

次に磁性層の成膜とアニール処理を行った。エッチング処理と酸化処理を行った下地層の上にＦｅ層を形成し、さらにその上にＰｔ層を形成した。Ｆｅ層とＰｔ層は、Ａｒガス中でＦｅ又はＰｔターゲットを各々ＤＣスパッタすることによって形成した。Ｆｅ層とＰｔ層の厚さは各々２ｎｍとした。Ｆｅ層及びＰｔ層スパッタ時のガス圧はいずれも０．５Ｐａとした。次に磁性層のアニール処理を行った。下地層上に形成したＦｅとＰｔの積層膜を、真空中で加熱処理し、Ｆｅ層とＰｔ層の間に相互原子拡散を起こさせてＦｅＰｔ規則合金化し、それと同時に膜面方向にも原子拡散を生じさせて、ＦｅＰｔ結晶粒をＦｅ酸化物粒子の上に凝集させた。加熱処理には赤外線ランプヒーターを用い、投入電力は１８００Ｗ、加熱時間は３０秒とした。加熱時の膜の到達最高温度は約６５０℃であった。最後に、このＦｅＰｔ規則合金薄膜の上に、保護層として５ｎｍの厚さのＣ膜をスパッタ成膜して、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を得た。

作製したＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体の垂直方向及び膜面内方向の磁気特性を、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。垂直方向の保磁力と角型比は各々１８．４ｋＯｅと０．９６であったのに対し、面内方向の保磁力と角型比は０．６ｋＯｅと０．０３であった。この結果から、本発明のＦｅＰｔ媒体は非常に高い垂直磁気異方性を有することがわかった。また、Ｘ線回折装置を用いて作製したＦｅＰｔ媒体の結晶系と結晶配向を調べたところ、図４に示すように、ＦｅＰｔの規則相であるＬ₁₀相の（００１）と（００２）からの回折のみが観測された。この結果は、ＦｅＰｔ結晶粒がＬ₁₀相に規則合金化しており、そのｃ軸が垂直方向に優先配向していることを示す。

次に、本実施例のＰｅＰｔ媒体の平面及び断面の構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した。平面ＴＥＭ観察から、本実施例のＦｅＰｔ媒体では、磁性層の結晶粒子が膜面上でお互いに孤立した状態で存在し、その結晶粒子の周りを非晶質の粒界が囲んだ構造であることがわかった。また断面ＴＥＭ観察から、下地層には凹凸が形成されており、磁性層の結晶粒子は下地層の凹部の上に優先的に形成されていた。結晶粒子と粒界部を組成分析したところ、結晶粒子はＦｅＰｔであり、粒界部は酸化シリコンであることがわかった。またＦｅＰｔ結晶粒子の平均粒子径は約６ｎｍであった。

以上に述べた構造の膜においては、ＦｅＰｔ規則合金磁性結晶粒が非磁性の非晶質酸化物で囲まれているため、個々のＦｅＰｔ磁性結晶粒は磁気的に分離している。またＦｅＰｔ磁性結晶粒が微細であり、そのｃ軸が膜面垂直方向に優先配向しているため、磁気記録あるいは熱アシスト記録を行った場合に、微細な記録パターンが形成でき、高密度記録が可能となる。

なお上述の実施の形態では、下地層における非晶質酸化物を酸化シリコンとした場合について説明したが、非晶質酸化物を酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタルもしくは酸化亜鉛とした場合にも同様の膜微細構造のＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体が得られることを確認している。

本発明による磁気記録媒体の製造工程の概略を示す断面摸式図。 本発明による下地層の摸式図。 本発明による磁気記録媒体の摸式図。 本発明のＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体のＸ線回折パターンを示す図。

符号の説明

１１：基板、１２：下地層、１３：Ｆｅ粒子、１４：非晶質酸化物、１５：Ｆｅ酸化物粒子、１６：ＦｅＰｔ規則合金粒子

Claims (3)

1. 基板上に下地層と前記下地層の上に形成された鉄と白金を主成分とする合金磁性層を備え、
   前記下地層は、鉄と酸素を主成分とする粒子からなる凹部と、前記凹部を取り囲む非晶質酸化物を主成分とする凸部とを有し、
   前記合金磁性層の結晶粒子は前記下地層の凹部の上に優先的に形成されている磁気記録媒体であって、
   前記下地層における非晶質酸化物は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも１種類の酸化物から構成されており、
   前記合金磁性層の結晶粒子はＬ ₁₀ 相に規則合金化しており、そのｃ軸が垂直方向に優先配向していることを特徴とする磁気記録媒体。
2. 請求項１に記載の磁気記録媒体において、前記磁性層の結晶粒子の平均粒径が３ｎｍ以上、８ｎｍ以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
3. 基板上に直接あるいは他の層を形成した上に、鉄と、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル及び酸化亜鉛からなる群から選ばれた少なくとも１種類の酸化物とを含む下地層を形成し、前記下地層をスパッタエッチング処理することによって鉄粒子を選択的にエッチングして凹部を形成し、次に前記下地層を酸化処理することによって鉄粒子の表面又は全体を酸化し、その上に鉄を主成分とする層と白金を主成分とする層をこの順に積層した後に、前記積層膜を所定温度に加熱して、鉄を主成分とする層及び白金を主成分とする層の間で相互拡散を生じさせて鉄と白金を合金化させると同時に、前記凹部の鉄と白金の合金結晶粒子を鉄酸化物を主成分とする粒子の上にＬ ₁₀ 相に規則合金化しｃ軸が垂直方向に優先配向した結晶粒子として優先的に凝集させることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

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