JP6192066B2 - ガラス基板上に（００１）配向のＦｅＰｔグラニュラ媒体を成長させる導電性下地層 - Google Patents

ガラス基板上に（００１）配向のＦｅＰｔグラニュラ媒体を成長させる導電性下地層 Download PDF

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Description

発明の分野
本発明は、一般に、磁気抵抗読取装置に関し、とりわけ、ガラス基板上に(001)配向のFePtグラニュラ媒体を成長させる導電性の下地層に関する。
発明の背景
FePtグラニュラ薄膜は、L10-FePt相(~7×107 erg/cc)という高い結晶磁気異方性のため、1 Tbits/in2を超える超高密度垂直記録媒体に好適な候補と考えられる。高Ku媒体は、高Hc（現在流通しているヘッド磁場より大きい）を有するため、熱アシスト磁気記録（HAMR）は、次世代の磁気記録技術として提案されている。FePtは、そのKuにより、HAMR媒体の候補の一つである。FePtをHAMR媒体として利用するには、FePtナノ粒子は(001)の配向を有するべきである。現在、FePtを(001)方向に成長させるために、MgO(001)下地層が広く利用されている。MgO(001)下地層は、好適な下地層としての役割を果たしているが、それでもなお、積層速度の低さ、熱伝導性の乏しさ、高絶縁、およびMgOダストの発生といったいくつかの欠点を有する。
開示する様々な実施形態は、MgOに代わりMgTiOx下地層を特徴とする垂直磁気記録媒体を提供することにより、上記の制限を克服する。MgTiOxは、導電性（すなわち、低抵抗）であるため、ＤＣスパッタリングを利用することが可能で、スパッタリング速度の増大を実現する。一方、MgOは、高抵抗を有するため、ＲＦスパッタリングが必要である。加えて、MgTiOx下地層は、MgO下地層よりも安価で、かつ、高温に耐えることができる。
いくつかの実施形態によれば、垂直磁気記録媒体は、基板と、基板の上に第一の配向で積層されたバッファ層と、バッファ層の上に第二の配向で積層された下地層であって導電性酸化物を含む下地層と、下地層の上に積層され、その表面に対して実質的に垂直な磁気異方性の軸を有する磁気記録層とを含む。いくつかの構成において、酸化物は、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物である。ある実施形態において、酸化物は、Mgを５〜３５at%含む。他の実施形態において、酸化物は、Mgを１５〜２５at%含む。実施例により、酸化物は、MgTiOx、MgTiO2、MgZrO3、もしくはMgHfOを含んでよい。
更なる実施形態によれば、上記の垂直記録媒体は、基板の上に積層された第二のバッファ層も含んでよい。第二のバッファ層は、NiTaを含む。NiTaは、DCスパッタリングによって基板の上に積層できる。ある実施例において、バッファ層はCrを含んでよい。Crは、(200)配向で積層される。例えば、CrはDCスパッタリングによって積層できる。下地層は、例えばDCスパッタリングによって、(001)配向でバッファ層の上に積層されてよい。磁気記録層は、FePtAgCを含むことができ、DCコスパッタリングによって下地層の上に積層されてよい。
更なる実施形態は、垂直磁気記録媒体の製造方法に関し、基板の上にバッファ層を積層し、バッファ層の上に下地層を積層し（下地層は、導電性酸化物を含む）、基板および積層された複数の層を加熱し、下地層の上に磁気記録層を積層することを含む。酸化物は、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物であることができる。いくつかの実施形態において、酸化物は、Mgを５〜３５at%含んでよい。他の実施形態において、酸化物は、Mgを１５〜２５at%含んでよい。当該方法は、基板の上に第二のバッファ層を積層することと、バッファ層を積層するより前に、第二のバッファ層の表面を調整することとを更に含んでよい。例えば、表面の調整には、あらかじめ定められた時間酸素を添加することと、表面に(200)配向でCrを成長させることとを含んでよい。
いくつかの実施形態によれば、上記垂直磁気記録媒体の製造方法において、酸化物は、MgTiOxを含んでよい。例えば、酸化物は、MgTiO2であることができる。他の実施形態において、酸化物はMgZrO3を含む。更なる実施形態において、酸化物はMgHfOである。いくつかの実施形態によれば、バッファ層を積層する工程は、(200)配向で第二のバッファ層の上にCrを積層することを含む。さらに、磁気記録層を積層する工程は、DCコスパッタリングによって、下地層の上にFePtAgCを積層することを含んでよい。
前述の発明の概要および後述の発明の詳細な説明はいずれも、典型的および説明的なものであり、請求項に係る発明の更なる説明を提供しようとするものであることを理解されたい。
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれ、また、本明細書の一部を具現化し構成するものであり、本発明の実施形態、明細書とともに提供されて、本発明の原理を説明する。
図１（先行技術）は、MgO下地層を有する(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%のXRDパターンを示す図である。
図２は、NiTa/Cr/MgTiOx下地層のXRDパターンを示す図である。
図３は、Cr中間層のXRDパターンを示す図である。
図４は、NiTa/酸化/Crを積層したサンプルのXRDパターンを示す図である。
図５は、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%のXRDパターンを示す図である。
図６は、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%の面内（赤）および面直（黒）の磁化曲線を示す図である。
図７および図８は、それぞれ、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%の、面直および面内TEM像である。
図９および図１０は、それぞれ、MgTiOx下地層上のFe50Pt50の、XRDパターンおよび磁化曲線である。
図１１は、MgTiOx下地層上のFe50Pt50の面直TEM像である。
図１２は、読み書きヘッドを含む代表的なディスクドライブを示す図である。
発明の詳細な説明
下記詳細な説明における様々な具体的説明により、本発明の十分な理解を提供する。しかしながら、本発明がこれら具体的な詳細のいくつかがなくても実施可能であることは、通常の知識を有する当業者にとって明らかである。他の例において、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるため、周知の構造および技術は詳細に示されていない。
図１（先行技術）は、MgO下地層を有する(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%のXRDパターンを示す図である。(001)MgOおよび、(001)FePt、(002)FePtからの回折ピークが明確に確認されるように、FePtは、(001)方向に成長している。MgO酸化物は、メガオームの抵抗を有し、RFスパッタリングを用いなければならない。一方MgTiOxは、400mΩ/μmの抵抗を有し、直流（DC）スパッタリングを用いることができる。
図２−図１１は、MgTiOx下地層を特徴とする垂直磁気記録媒体の実施例を示す図を含む。特に、薄膜は、初めにガラス基板上に積層された。次に、100nm厚のNiTaを室温で積層し、1.8×10-3 Paで６０秒間酸素を添加して、Crを(200)配向で成長させるよう界面を調整した。これは、(001)方向でMgTiOxを成長させるために要求される。MgTiOxの最適なスパッタリング・コンディションは、Ar圧力-3.5m torr、電力-直流40W、ターゲットから基板までの距離-100mm、室温での積層である。下地層の積層後、基板は600℃まで加熱され、(FePt)90Ag10-CVol33%が積層された。次に構造的特性分析がXRDを用いて実行された。磁化曲線は、SQUID VSMを用いて計測された。
図２は、NiTa/Cr/MgTiOx下地層のXRDパターンを示す図である。酸素の添加に伴い、MgTiOxは(001)配向で成長する。Cr層も(001)配向を示すため、NiTa積層後の酸素添加は、Cr配向(111)から(200)への変更に効果的である。
図３は、Cr中間層のXRDパターンを示す図である。この層は、MgTiOxの(001)成長に必要である。
図４は、NiTa/酸化/Crを積層したサンプルのXRDパターンを示す図である。酸化の時間が２０秒から６０秒に変更された。全ての薄膜が(001)成長を示す。Cr(200)のピーク強度が、酸化時間６０秒の薄膜で最も高いため、これが最適条件として選択されてよい。
図５は、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%のXRDパターンを示す図である。FePt(001)およびFePt(002)のピークが確認される。
図６は、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%の面内（赤）および面直（黒）の磁化曲線を示す図である。強い垂直異方性を示し、Hcは約15kOeである。
図７および図８は、それぞれ、MgTiOx下地層上の(Fe50Pt50)90Ag10-CVol33%の、面直および面内TEM像である。面直を見ると、層が平滑であることと、CrとMgTiOxの粒子が１対１の関係にあることがわかる。
図９および図１０は、それぞれ、MgTiOx下地層上のFe50Pt50の、XRDパターンおよび磁化曲線である。
図１１は、MgTiOx下地層上のFe50Pt50の面直TEM像である。これは、FePtおよびMgTiOx間の良好な濡れ性により密着したFePt粒子を示す。従って、MgTiOxは、HAMR媒体に好適な下地層である。
上記実施例の媒体は、導電性のMgTiOx下地層が、(001)配向したFePtを成長させるために用いられてよいことを示す。MgTiOxは導電性であるため、DCスパッタリングを採用することができる。さらに、MgTiOx下地層を用いると、良好な垂直異方性が認められた。
いくつかの実施形態によれば、垂直磁気記録媒体は、基板と、基板の上に第一の配向で積層されたバッファ層と、バッファ層の上に第二の配向で積層された下地層と、下地層の上に積層され、その表面に対して実質的に垂直な磁気異方性の軸を有する磁気記録層、とを含む。下地層は、例えば、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物といった、導電性酸化物を含む。ある実施形態において、酸化物は、Mgを５〜３５at%含む。他の実施形態において、酸化物は、Mgを１５〜２５at%含む。様々な実施形態において、酸化物は、MgTiOx、MgTiO2、MgZrO3、もしくはMgHfOを含んでよい。
更なる実施形態によれば、上記の垂直記録媒体は、更に、基板の上に積層された第二のバッファ層を含んでよい。第二のバッファ層は、NiTaを含む。NiTaは、DCスパッタリングによって基板の上に積層できる。ある実施例において、バッファ層はCrを含んでよい。Crは、(200)配向で積層される。例えば、CrはDCスパッタリングによって積層できる。下地層は、例えばDCスパッタリングによって、(001)配向でバッファ層の上に積層されてよい。磁気記録層は、FePtAgCを含むことができ、DCコスパッタリングによって下地層の上に積層されてよい。
更なる実施形態は、垂直磁気記録媒体の製造方法に関し、(i)基板の上にバッファ層を積層することと、(ii)バッファ層の上に下地層を積層することと（下地層は、導電性酸化物を含む）、(iii)基板および積層された複数の層を加熱することと、(iv)下地層の上に磁気記録層を積層することとを含む。酸化物は、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物であることができる。いくつかの実施形態において、酸化物は、Mgを５〜３５at%含んでよい。他の実施形態において、酸化物は、Mgを１５〜２５at%含んでよい。更なる実施形態において、当該方法は、基板の上に第二のバッファ層を積層することと、バッファ層を積層するより前に、第二のバッファ層の表面を調整することとを更に含んでよい。表面の調整には、あらかじめ定められた時間酸素を添加することと、表面に(200)配向でCrを成長させることとを含んでよい。
上記垂直磁気記録媒体の製造方法に関する更なる実施形態によれば、酸化物は、MgTiOxを含んでよい。いくつかの実施例において、酸化物は、MgTiO2であることができる。他の実施形態において、酸化物はMgZrO3を含んでよい。更なる実施形態において、酸化物はMgHfOであることができる。いくつかの実施形態によれば、バッファ層を積層する工程は、(200)配向で第二のバッファ層の上にCrを積層することを含む。さらに、磁気記録層を積層する工程は、DCコスパッタリングによって、下地層の上にFePtAgCを積層することを含んでよい。

更なる実施形態において、ここに説明する導電性酸化物の下地層を、トンネル効果磁気抵抗を特徴とするスピントロニクス装置用スペーサとして採用することができる。
図１２は、いくつかの実施形態に従って作成可能な読み書きヘッド204を含む代表的なディスクドライブ200を示す図である。ディスクドライブ200は、データを記憶するための１もしくはそれ以上のディスクを含んでよい。ディスク210は、スピンドル・アセンブリ208に属する。スピンドル・アセンブリ208は、ドライブの筐体212に備えられる。データは、複数のディスク210のうちの１つの磁気記録層のトラックに沿って記憶されてよい。読み書き両方の要素を有するヘッド204により、データの読み書きを実現する。書き込み要素は、ディスク210の垂直磁気記録層のプロパティを変更するために用いられる。いくつかの実施形態において、ヘッド204は、図1Gに示される構造のうちの１つを有してよい。さらに、いくつかの実施形態のために、ヘッド204は、磁気抵抗(MR)もしくは巨大磁気抵抗(GMR)要素を有してよい。更なる実施形態において、ヘッド204は、別タイプのヘッドであってよく、たとえば、誘導性の読み書きヘッドもしくは、ホール効果ヘッドであってよい。様々な実施形態において、ディスクドライブ200は、垂直磁気記録(PMR)ドライブであってよく、ヘッド204は、垂直磁気記録(PMR)に適してよい。スピンドルモータ（図示せず）は、スピンドル・アセンブリ208を回転させ、ディスク210は、ヘッド204を望ましいディスク・トラックに沿った特定の場所に位置づける。ディスク210を基準としたヘッド204の位置は、位置制御回路206により制御されてよい。
本発明の明細書が提供されて、当業者がここに記述された様々な実施形態を実行することが可能になる。本発明は、とりわけ様々な図面および実施形態を基準として説明されてきた一方で、これらは説明の目的のためだけであり、本発明の範囲を制限するものではないことを理解されたい。
本発明を実行する他の多くの方法があってよい。ここに説明される様々な機能および要素は、本発明の精神および範囲から離れることなく、様々に分割されてよい。これら実施形態に対してなされる様々な修正は、当業者にとって容易に明白であり、ここに定義される一般的な原理は、他の実施形態に適用されてよい。したがって、当該技術分野に通常の知識を有するものによって、本発明の精神および範囲から離れることなく、多くの変更および修正が本発明になされてよい。
単数形での要素への言及は、特に言明されない限り、“１および、たった１つ”ではなく、むしろ“１もしくはそれ以上”を意味する。“いくつかの”という用語は、１もしくはそれ以上に関する。下線を引いた、さらに／あるいはイタリック体の見出しおよび小見出しは、便宜上のためだけに用いられ、本発明を制限するものではなく、また、本発明の記述の解釈に関して言及されるものではない。通常の知識を有する当業者に周知の、あるいは、いずれ周知となる本開示全体にわたって記載された本発明に関する様々な実施形態の要素に対応する、全ての構造上および機能上の相当語句は、言及することによりここに明確に採用され、本発明に包含されることを意図するものである。さらに、ここに開示したいかなることも、上述において当該開示が明確に説明されているか否かに関わらず、公共に捧げることを意図するものではない。

Claims (24)

  1. 基板と、
    前記基板の上に第一の配向で積層されたバッファ層と、
    前記バッファ層の上に第二の配向で積層された下地層であって、導電性酸化物を含む前記下地層と、
    前記下地層の上に積層され、その表面に対して実質的に垂直な磁気異方性の軸を有する磁気記録層とを含み、前記酸化物はMgHfOであることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
  2. 前記酸化物は、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  3. 前記酸化物は、Mgを５〜３５at%含むことを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  4. 前記酸化物は、Mgを１５〜２５at%含むことを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  5. 前記基板の上に積層された第二のバッファ層を更に含み、前記第二のバッファ層はNiTaを含むことを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  6. 前記NiTaは、DCスパッタリングによって前記基板の上に積層されることを特徴とする請求項５に記載の前記記録媒体。
  7. 前記バッファ層は、Crを含むことを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  8. 前記Crは(200)配向で積層されることを特徴とする請求項７に記載の記録前記媒体。
  9. 前記Crは、DCスパッタリングによって積層されることを特徴とする請求項７に記載の前記記録媒体。
  10. 前記下地層は、(001)配向で前記バッファ層の上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  11. 前記下地層は、DCスパッタリングによって前記バッファ層の上に積層されることを特徴とする請求項１０に記載の前記記録媒体。
  12. 前記磁気記録層は、FePtAgCを含むことを特徴とする請求項１に記載の前記記録媒体。
  13. 前記磁気記録層は、DCコスパッタリングによって前記下地層の上に積層されることを特徴とする請求項１２に記載の前記記録媒体。
  14. 基板の上にバッファ層を積層し、
    前記バッファ層の上に、下地層であって、導電性酸化物を含む前記下地層を積層し、
    前記基板および積層された複数の層を加熱し、
    前記下地層の上に磁気記録層を積層することを含み、
    さらに、前記基板上に第二のバッファ層を積層することと、前記バッファ層を積層するより前に、前記第二のバッファ層の表面を調整することを含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
  15. 前記酸化物は、Mgおよび、Ti、Zr、Hfから成るグループより選択される１もしくはそれ以上の要素を含む合金酸化物であることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  16. 前記酸化物は、Mgを５〜３５at%含むことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  17. 前記酸化物は、Mgを１５〜２５at%含むことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  18. 前記表面の調整には、あらかじめ定められた時間酸素を添加することと、前記表面に(200)配向でCrを成長させることとを含むことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  19. 前記酸化物は、MgTiOxであることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  20. 前記酸化物は、MgTiO2であることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  21. 前記酸化物は、MgZrO3であることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  22. 前記酸化物は、MgHfOであることを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  23. 前記バッファ層の積層には、(200)配向で前記第二のバッファ層の上にCrを積層することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
  24. 前記磁気記録層の積層には、DCコスパッタリングによって前記下地層の上にFePtAgCを積層することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の前記方法。
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