JP4993296B2 - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体に関する。この垂直磁気記録媒体は高密度磁気記録に適する。

Ｃｏを主成分とする磁性層を用いた垂直磁気記録媒体では、その磁気特性および記録再生特性をきらに改善するために、従来から、磁性層の下地層として様々な材料を用いて磁性層の結晶配向、結晶粒径や偏析構造などを制御する試みがなされてきた。

例えば、Ｃｏ系の磁性層の下地層にＲｕ、Ｃｒなどの１種以上の材料を用いる提案がある（例えば、特許文献１，２参照。）。これらの特許文献に開示されているＲｕやＣｒを用いた下地層は、磁性層の結晶方向を垂直配向へとある程度高めることは可能である。しかし、これらに記載の方法では、磁性層の低ノイズ化を図ることは難しかった。

即ち、Ｒｕは、Ｃｏ系磁性層と同じく六方最密構造であり、スパッタ法や真空蒸着法等により薄膜を作成した場合には結晶配向は＜００．１＞方向となることから、Ｒｕ単独の下地層でも磁性層の垂直配向をある程度高めることができるが、磁性層の主成分であるＣｏのａ軸の格子定数は０．２５１ｎｍであるのに対し、下地層の主成分であるＲｕのａ軸の格子度数は０．２７１ｎｍであることから、磁性層と下地層の組成材料間の格子ミスマッチは７．２％となり、Ｒｕ単独の下地層では磁性層の初期成長時の結晶配向の乱れを抑制するのに必ずしも十分ではなかった。そのため、Ｒｕ単独の下地層では磁性層の十分な低ノイズ化が実現できなかった。

このような磁性層と下地層との組成材料間の格子ミスマッチを小さくするためには、ＲｕにＣｒなどを混ぜた合金を下地層に用いる方法が提案されている。例えば、特許文献３には、Ｃｏ系の磁性層の下地層にＣｒの組成が３０ｗｔ．％以上となるＲｕＣｒ合金を用いることが開示されている。

体心立方構造をとる材料の一つであるＣｒは、Ｒｕと合金を形成しかつ原子半径も小さいことから、ＲｕにＣｒを多く混ぜるほど磁性層との格子ミスマッチを小さくすることができる。このため上記特許文献３では、下地膚のＣｒの組成を３０ｗｔ．％以上と規定しており、従って、Ｒｕの組成は７０ｗｔ．％以下（即ち、約５５ａｔ．％以下に相当）とすると規定している。

また、特許文献４では、Ｃｒを４０ａｔ．％以下で添加することにより媒体ノイズを低減する技術が公開されている。これは、Ｒｕ膜がｈｃｐ構造を保つことのできる範囲でＣｒを添加することで、格子ミスマッチを低減できるとともに、体心立方構造であるＣｒの添加が結晶粒の微細化や均一性の向上に効果があることが述べられている。

また、特許文献５には、ＲｕまたはＲｕを主成分とするＲｕ合金からなる第一下地層と記録層の間にＲｕまたはＲｕを主成分とするＲｕ合金からなる第二下地層を設け、Ｒｕ合金はｈｃｐ構造を有し、Ｒｕを主成分とするＲｕ−Ｍ１合金（Ｍ１はＣｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎからなる群のうち少なくとも１種である）垂直磁気記録媒体が提案されている。この第二下地層は、結晶成長が良好な点で、Ｒｕが好ましいことも記載されている。

また、特許文献６にはＲｕまたはＲｕ合金を含有する２層以上の下地層を有する垂直磁気記録媒体が記載されており、この下地層に含まれるＲｕ（０００２）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ_５０を５度以下にすることで、下地層と磁気記録層の格子定数のミスマッチを低減し、これにより結晶粒が小さくて、磁気的に分離した磁気記録層が得られ、高いＳＮＲを得ることができるとしている。

特開平２-７３５１１号公報 特開平５−７３８７７号公報 特開平４−７０４号公報 特開２００１−２８３４２８号公報 特開２００６−３０９９１９号公報 特開２００５−１０８２６８号公報

しかし、特許文献３，４、６に記載の垂直磁気記録媒体のように格子ミスマッチを低減しても媒体の性能のひとつであるＳＮＲ（ＳＮ比）が低いという問題があった。この原因について鋭意検討した結果、磁性層との格子ミスマッチは小さくなるものの、磁性層の粒界幅が狭くなり磁性層の磁気分離性が低下することが原因である事を突き止めた。

特許文献５に記載の垂直磁気記録媒体は第二下地層として空隙部の多いＲｕまたはＲｕ合金膜を用いることで媒体ノイズを低減し、ＳＮＲを向上させることができることが開示されているが、空隙部の存在により耐食性に劣り、信頼性を確保できないという問題を抱えていた。

このような状況に鑑み、本発明者らによる検討の結果、本発明に到達した。
即ち、本発明の垂直磁気記録媒体は、非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成された第一下地層と、前記第一下地層上に形成された第二下地層と、前記第二下地層上に形成された磁性層と、前記磁性層上に形成された保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、前記磁性層がＣｏを主成分とする合金からなり、前記第一下地層がＲｕと体心立方構造を形成する金属を主成分とし、Ｒｕを６０ａｔ．％以上含む合金または化合物からなり、前記第二下地層がＲｕであり、前記第一下地層の膜厚が２ｎｍ以上９ｎｍ以下であり、前記第二下地層の膜厚が４ｎｍ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、媒体のＳＮＲを改善できる。これは、格子ミスマッチの低減効果を維持したまま磁性層の粒界幅を従来どおりに保てるため、磁性層の磁気分離性を損なうことなく格子ミスマッチの低減による結晶性向上の効果が得られるので、結果として媒体のＳＮＲを改善できたものと考えられる。
さらには、第二下地層には空隙部のない連続膜を用いているため、耐食性も確保できているという効果も有する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の垂直磁気記録媒体の１実施形態の断面構成を示す図である。
本発明の垂直磁気記録媒体は、非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成された第一下地層と、前記第一下地層上に形成された第二下地層と、前記第二下地層上に形成された磁性層と、前記磁性層上に形成された保護層を有する。
図１には、非磁性基板の上に軟磁性裏打ち層及びシード層をこの順に設け、その上に第一下地層を設けた例を示しているが、軟磁性裏打ち層及びシード層は必ずしも設ける必要は無く、どちらか一方のみを設けて他方を省略してもよく、両方を省略してもよい。

本発明において、非磁性基板としては、ガラス基板、Ａｌ合金、シリコン、各種プラスチックなどさまざまの材料からなる基板を用いることができる。

軟磁性裏打ち層としては、特に限定されるものではないが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔａ、およびＺｒのうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。たとえば、Ｃｏ−Ｚｒ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｂ系、フェライトなど各種の軟磁性材料を用いることができる。軟磁性裏打ち層は、特定の組成を有する単層膜として構成することもできるが、記録媒体のノイズ低減を目的として単一磁区とするため、複数の磁性膜を強磁性的または反強磁性的に結合させた積層膜とすることもできる。

シード層は、下地層の結晶粒の微細化や粒径の均一性の向上を目的に適宜設けられる層であり、磁性層と同じ構造である六方最密構造、あるいは面心立方構造をもった材料が好適であるが、これにこだわる必要はなく、たとえばＣｏ−Ｎｉ系合金、Ｔｉなど各種材料を用いることができる。

本発明において、第一下地層はＲｕと体心立方構造を形成する金属を主成分とし、Ｒｕを６０ａｔ．％以上含む合金または化合物からなる。この体心立方構造を形成する金属としては、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗなどを挙げることができ、これらの金属の中では、Ｃｒを用いることが好ましい。Ｒｕとこれらの金属のいずれかとの二元合金はＲｕを６０ａｔ．％以上含む合金であれば、二元合金状態図から室温においては六方最密構造を維持できることがわかる。このようなＲｕ濃度領域の合金を用いることにより、結晶構造の異なる材料を析出させることなく、結晶粒の微細化や粒径の均一性を向上できるため媒体のＳＮＲを改善することができる。この二元合金がＲｕを６０ａｔ．％以上含むＲｕＣｒ合金であれば、媒体のＳＮＲ改善効果がより顕著となる。

第一下地層の上に設ける第二下地層としては、Ｒｕが好ましい。このような構成とすることにより、第一下地層に起因した格子ミスマッチの低減効果を維持しつつ、磁性層をRu膜の粒界幅と同程度とすることができる。さらに、これら下地層は通常の連続膜を用いているために、耐食性を犠牲にすることもない。

第二下地層の上に形成される磁性層は、Ｃｏを主成分とする合金からなる垂直磁性膜であればよく、ＣｏＰｔ系、ＣｏＴａ系などの合金膜のほか、これを用いたグラニュラー膜なども適用可能である。なお、磁性層としては、Ｃｏのほか、Ｐｔ、Ｃｒ及びＯをさらに含んでいることが好ましい。このような構成とすることで、下地層の結晶粒径や粒界構造を引き継いで、結晶性がよく、かつ、磁気分離性も良い磁性層を実現できる。
第二下地層の膜厚は４ｎｍ以上であることが好ましく、１４ｎｍ以下であることが好ましい。第二下地層の膜厚は４ｎｍ以上ないと、第二下地層の結晶性が劣り、逆に１４ｎｍより厚いと（軟磁性裏打ち層との距離が広がるため）書き滲みが大きくなり、高記録密度を確保することが困難となる。

この磁性層は単一の層からなるものでもよいが、磁性層が第一磁性層と第二磁性層とからなり、第一磁性層と第二磁性層との間に介在する中間層を有することが好ましい。第一磁性層と第二磁性層はいずれも上述の磁性層に用いられるものをそのまま用いることができる。
これは、磁性層を二層構造とすることで下地層により制御した結晶粒径と粒界層厚を磁性層上部まで維持することが可能となり、磁気分離性の良い磁性層を作製することができるからである。
さらに、第一磁性層では下地層の表面状態を引き継いだ磁気分離性の良い構造を作製し、第二磁性層で耐食性などの諸特性を補うといった機能分離が可能となるため、耐食性も改善することができる。

中間層は、第一磁性層と第二磁性層との交換結合を調整するために設けられた層であり、これにより磁性層の磁気特性制御がさらに容易になるとともに、電磁変換特性を最適に保つことができる。
これに用いる材料は、磁性層と同じ六方最密構造をもった非磁性金属であればいずれも使用可能であるが、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｏｓ、もしくはこれらを主成分とする合金を用いることが好適である。

第二磁性層の上にはＣ（カーボン）保護層などの保護層を設けることが好ましい。

これら各層の製膜方法については、スパッタリング法のほか、蒸着法、塗布法なども使用可能であるが、制御性などの観点から、直流マグネトロンスパッタリング法を用いることが好適である。

＜実施例１〜４、比較例１〜３＞
図１に示されているように、ガラスからなる非磁性基板上に、ＣｏＺｒＮｂからなる軟磁性裏打ち層、ＣｏＦｅＮｉからなるシード層、ＲｕＣｒからなる第一下地層、Ｒｕからなる第二下地層、ＣｏＰｔＣｒＳｉＯからなる第一磁性層、Ｒｕからなる中間層、ＣｏＰｔＣｒからなる第二磁性層、カーボンからなる保護層を、順次積層して垂直磁気記録媒体を作製した。

即ち、非磁性基板としては、２．５インチ磁気ディスクの標準仕様を満たすガラス基板を用い、この非磁性基板の上に、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより各層のすべての成膜を行なった。先ず、非磁性基板に、ＣｏＺｒＮｂ合金ターゲット、およびＲｕターゲットをスパッタすることにより厚さ１ｎｍのＲｕを挟んで上下に厚さ１０ｎｍ程度のＣｏＺｒＮｂの層を有する３層膜を作製し、軟磁性裏打ち層とした。

次に、シード層としてＣｏＮｉＦｅ合金ターゲットを用いてＣｏＮｉＦｅ膜を５ｎｍ作製した。
この後、第一下地層としてＣｒを２０ａｔ．％含有するＲｕＣｒ合金ターゲットを用いてＲｕＣｒ膜を０〜１４ｎｍ形成し、次いで、成膜速度はいずれも４ｎｍ／秒と連続膜となる条件を用いており、第二下地層としてＲｕターゲットを用いてＲｕ膜を０〜１４ｎｍ作製した。このとき、第一下地層と第二下地層との和は、合計で１４ｎｍとなるように調整した。また、ターゲットと膜との間に組成のずれはないことを組成分析により確認している。実施例１〜４、および比較例１〜３の第一下地層と第二下地層の膜厚を第１表に示す。

次いで、微量のＯ_２を含んだＡｒ雰囲気中で、第二下地層の上に、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２混合ターゲットを用いてスパッタリングを行ない、ＣｏＰｔＣｒＳｉＯからなる第一磁性層を形成した。この上に、スパッタリングによりＲｕからなる中間層を形成した後、更にこの中間層の上に、ＣｏＰｔＣｒ合金ターゲットを用いてスパッタリングを行い、ＣｏＰｔＣｒからなる第二磁性層を形成した。このようにして、ＣｏＰｔＣｒＳｉＯからなる第一磁性層とＲｕＣｒからなる中間層とＣｏＰｔＣｒＯからなる第二磁性層との積層構造の垂直磁気記録層を形成した。その後、第二磁性層の上にＣターゲットを用いてスパッタリングを行い、厚さ５ｎｍ程度のＣ保護層を形成して、実施例１〜４、および比較例１〜３の垂直磁気記録媒体を得た。

これらの垂直磁気記録媒体について、媒体特性評価としてＳＮＲを評価した結果を図２に示す。従来から用いられているＲｕのみからなる下地層の場合（比較例１）と比較して、実施例１〜４ではＳＮＲが平均０．４ｄＢ改善できていることがわかる。さらに、第二下地層が２ｎｍと薄い比較例２、第二下地層を用いていない比較例３の媒体は、実施例１〜４よりもＳＮＲが低いのみならず、比較例１と比べてもＳＮＲが低下しており、ＳＮＲの改善効果を得るためには第二下地層の膜厚は、少なくとも４ｎｍ以上必要であることがわかる。

また、ＳＮＲ改善の原因を探るため、実施例３、比較例１，３について、Ｘ線回折を用いて下地層の結晶性、また磁性層についてＴＥＭを用いて粒径と粒界幅を評価した結果を表２に示す。

表２から、下地層としてＲｕのみを用いた比較例１と比較してＲｕＣｒを使った条件では格子間隔が短く、また半値幅も小さいことから、ＲｕＣｒを用いることで下地層の結晶性が改善できていることがわかる。しかしながらＲｕＣｒのみを用いた比較例３の場合、粒界幅が狭くなっており、このため粒子の磁気的分離性が劣り、ＳＮＲ悪化の原因になっていることが判明した。これに比べて、下地層として、第一下地層としてＲｕＣｒを用い、第二下地層としてＲｕを用いた実施例３では、結晶性が改善され、粒界幅も狭くなっていないことがわかる。

本発明の垂直磁気記録媒体の１実施形態の断面構成を示す図である。 媒体のＳＮＲと第一下地層膜厚との関係を示す図である。

Claims (6)

1. 非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成された第一下地層と、前記第一下地層上に形成された第二下地層と、前記第二下地層上に形成された磁性層と、前記磁性層上に形成された保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、前記磁性層がＣｏを主成分とする合金からなり、前記第一下地層がＲｕと体心立方構造を形成する金属を主成分とし、Ｒｕを６０ａｔ．％以上含む合金または化合物からなり、前記第二下地層がＲｕであり、前記第一下地層の膜厚が２ｎｍ以上９ｎｍ以下であり、前記第二下地層の膜厚が４ｎｍ以上であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記第一下地層における体心立方構造を有する金属が、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ及びＷからなる群のうちの少なくとも１種の元素からなるものであることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記第一下地層における体心立方構造を有する金属が、Ｃｒであることを特徴とする請求項２記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記磁性層が第一磁性層と第二磁性層とからなり、前記第一磁性層と前記第二磁性層との間に介在する中間層を有し、前記中間層がＲｕ、Ｒｅ、Ｏｓから選ばれる１種以上からなる金属または合金であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記磁性層が、Ｐｔ、Ｃｒ及びＯをさらに含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記第一下地層と前記非磁性基板との間に、軟磁性裏打ち層、シード層のいずれか／もしくは両方をさらに設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。

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