JP7388246B2

JP7388246B2 - 磁気記録媒体およびその製造方法ならびに磁気記憶装置

Info

Publication number: JP7388246B2
Application number: JP2020038097A
Authority: JP
Inventors: 隆之福島; 磊張; 晨徐; 寿人柴田; 健洋山口; 浩小柳; 裕二梅本
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: JP2021106068A

Description

本発明は、磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法および磁気記憶装置に関する。

磁気記録媒体に近接場光等を照射して表面を局所的に加熱することにより、磁気記録媒体の保磁力を低下させて、磁気情報を記録する熱アシスト記録方式は、１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２クラスの面記録密度を実現することができる次世代記録方式として注目されている。熱アシスト記録方式を用いると、室温における保磁力が数十ｋＯｅである磁気記録媒体に、磁気ヘッドの記録磁界により、磁気情報を容易に記録することができる。このため、結晶磁気異方性定数（Ｋｕ）が１０^６Ｊ／ｍ^３台の高い材料（高Ｋｕ材料）を磁性層に適用することができ、その結果、熱安定性を維持したまま、磁性層を構成する磁性粒子を粒径が６ｎｍ以下になるまで微細化することができる。

高Ｋｕ材料としては、ＦｅＰｔ合金（Ｋｕ～７×１０^６Ｊ／ｍ^３）、ＣｏＰｔ合金（Ｋｕ～５×１０^６Ｊ／ｍ^３）等のＬ１_０構造を有する合金が知られている。

熱アシスト磁気記録媒体の面記録密度を向上させるためには、磁性層の結晶配向性を向上させ、磁性層を構成する磁性粒子を微細化し、磁性粒子間の交換結合を低減することで、熱アシスト磁気記録媒体の電磁変換特性を向上させる必要がある。

例えば、磁性層として、ＦｅＰｔ合金膜を用いる場合、磁性層の結晶配向性を向上させるためには、ＦｅＰｔ合金膜は、（００１）配向している必要がある。このため、下地層として、（１００）配向しているＭｇＯ層を用いることが望ましい。ここで、ＭｇＯの（１００）面は、Ｌ１_０構造を有するＦｅＰｔ合金の（００１）面と格子整合性が高いため、ＭｇＯ層上に、ＦｅＰｔ合金膜を成膜することにより、ＦｅＰｔ合金膜を（００１）配向させることができる。

特許文献１には、一般式：｛（Ｆｅ_ｘＰｔ_{１００－ｘ}）_{（１００－ｙ）}Ｂ_ｙ｝_{（１００－ｚ）}Ｃ_ｚであり、原子比により３０≦ｘ≦８０、１≦ｙ≦２０、３≦ｚ≦６５で表される組成を有した焼結体からなる磁気記録媒体膜形成用スパッタリングターゲットが開示されている。

特開２０１４－４１６８２号公報

磁気記録媒体の面記録密度を向上させる要求は、止まることがなく、磁気記録媒体の電磁変換特性を向上させることが求められている。このためには、磁性膜の規則度を向上させて、磁性層の配向性を向上させる必要がある。

そこで、磁性層として、ＦｅＰｔＢ合金膜を用いることが考えられる。

しかしながら、ＭｇＯ層上にＦｅＰｔＢ合金膜を成膜すると、ＦｅＰｔＢ合金中のＢと、ＭｇＯ中の酸素が相互拡散して、酸化ホウ素が生成し、その結果、ＦｅＰｔＢ合金膜の（００１）配向性が低下する。

本発明の一態様は、磁性層の（００１）配向性を向上させることが可能な磁気記録媒体を提供することを目的とする。

（１）基板と、下地層と、磁性層をこの順で有し、前記下地層は、一般式
ＭｇＯ_{（１－Ｘ）}
（式中、Ｘは、０．０７～０．２５の範囲内である。）
で表される化合物を含む第１の下地層を有し、前記磁性層は、Ｌ１_０構造を有する合金を含み、前記Ｌ１_０構造を有する合金がＢを含む第１の磁性層を有し、前記第１の下地層は、前記第１の磁性層と接している、磁気記録媒体。
（２）（１）に記載の磁気記録媒体を製造する方法であって、ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットと、不活性ガスに水素が１体積％～２０体積％の範囲内で添加されているスパッタガスを用いて、前記第１の下地層を成膜する工程を含む、磁気記録媒体の製造方法。
（３）（１）に記載の磁気記録媒体を製造する方法であって、ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットを用い、１Ｐａ以上のスパッタガス圧で０．５秒以下の時間放電した後、０．５Ｐａ以下のスパッタガス圧で放電して、前記第１の下地層を成膜する工程を含む、磁気記録媒体の製造方法。
（４）（１）に記載の磁気記録媒体を有する、磁気記憶装置。

本発明の一態様によれば、磁性層の（００１）配向性を向上させることが可能な磁気記録媒体を提供することができる。

本実施形態の磁気記録媒体の層構成の一例を示す断面図である。本実施形態の磁気記憶装置の一例を示す傾視図である。図２の磁気ヘッドの一例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が同一であるとは限らない。

［磁気記録媒体］
図１に、本実施形態の磁気記録媒体の層構成の一例を示す。

磁気記録媒体１００は、基板１と、下地層２と、Ｌ１_０構造を有する合金を含む磁性層３をこの順で有する。

ここで、下地層２は、第２の下地層２２および第１の下地層２１が順次積層されており、磁性層３は、第１の磁性層３１および第２の磁性層３３が順次積層されている。

なお、下地層２および磁性層３の積層数は、特に限定されず、それぞれ３以上であってもよい。

第１の下地層２１は、下地層２の最上層（基板１から最も遠い層）であるが、一般式
ＭｇＯ_{（１－Ｘ）}・・・（Ａ）
（式中、Ｘは、０．０７～０．２５の範囲内である。）
で表される化合物を含む。

第１の磁性層３１は、磁性層３の最下層（基板１に最も近い層）であるが、Ｌ１_０構造を有する合金を含み、Ｌ１_０構造を有する合金がＢ（ホウ素）を含む。

第１の下地層２１は、第１の磁性層３１と接しているため、第１の下地層２１中の酸素と、第１の磁性層３１中のＢとの相互拡散が低減され、磁性層３の（００１）配向性が向上する。これは、第１の下地層２１は、ＭｇＯのストイキオメトリ（化学量論的組成）に対して、酸素が欠乏した状態であるため、第１の磁性層３１に対して酸素を供給することが抑制され、第１の磁性層３１に含まれるＬ１_０構造を有する合金を構成するＢの酸化が低減されるためである。

一般式（Ａ）で表される化合物において、酸素欠乏量Ｘは、０．０７～０．２５の範囲内であるが、０．１０～０．２０の範囲内であることが好ましい。酸素欠乏量Ｘが０．０７よりも小さいと、第１の磁性層３１に含まれるＬ１_０構造を有する合金を構成するＢが部分的に酸化されて酸化ホウ素が生成し、酸化ホウ素が粒界部に移動するため、磁性層３の（００１）配向性が低下する。一方、酸素欠乏量Ｘが０．２５より大きいと、第１の下地層２１に含まれる一般式（Ａ）で表される化合物の格子定数が小さくなり、第１の磁性層３１に含まれるＬ１_０構造を有する合金のｃ軸選択配向に支障を来すため、磁性層３の（００１）配向性が低下する。

なお、酸素欠乏量Ｘは、例えば、Ｘ線回折によるＭｇＯの格子定数の伸縮、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）などの公知の方法により、測定することができる。

第１の下地層２１は、スパッタ法により成膜することができる。

第１の下地層２１を成膜する際に、ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットと、不活性ガスに水素が１体積％～２０体積％の範囲内で添加されているスパッタガスを用いて、第１の下地層２１を成膜することが好ましい。これにより、ＭｇＯを還元し、酸素が欠乏した酸化マグネシウム、即ち、一般式（Ａ）で表される化合物を含む膜を成膜することができる。

第１の下地層２１を成膜する際に、ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットを用い、１Ｐａ以上のスパッタガス圧で０．５秒以下の時間放電した後、０．５Ｐａ以下のスパッタガス圧で放電することが好ましい。

ＭｇＯは、絶縁性であるため、第１の下地層２１を成膜する際に、ＲＦスパッタ法が用いられるが、１Ｐａ以上のスパッタガス圧で０．５秒以下の時間放電することにより、０．５Ｐａ以下のスパッタガス圧で安定して放電させることが可能となり、結晶性が高い、酸素が欠乏した酸化マグネシウムを含む膜を成膜することができる。

また、０．５Ｐａ以下のスパッタガス圧で放電することにより、安定して酸素が欠乏した酸化マグネシウムを含む膜を成膜することができる。安定して酸素が欠乏した酸化マグネシウムを含む膜を成膜することができる理由は、以下の通りである。放電に伴って、Ｍｇから分離した酸素原子が酸素原子と再結合して、酸素分子も発生するが、酸素分子の一部は、通常、チャンバ壁に吸着する。ここで、スパッタガス圧が０．５Ｐａ以下であると、チャンバ壁から放出される酸素分子が少ないため、酸化マグネシウムを酸素が欠乏した状態とすることができる。

第１の磁性層３１を構成するＬ１_０構造を有する合金は、ＦｅまたはＣｏと、Ｐｔとをさらに含むことが好ましい。

Ｌ１_０構造を有する合金中のＢの含有量は、２ｍｏｌ％～２０ｍｏｌ％の範囲であることが好ましく、２．５ｍｏｌ％～１０ｍｏｌ％の範囲であることがより好ましい。Ｌ１_０構造を有する合金中のＢの含有量が２ｍｏｌ％以上であると、磁性層３の（００１）配向性が向上し、２０ｍｏｌ％以下であると、第１の磁性層３１を構成する磁性粒子の磁化が向上し、その結果、磁気記録媒体１００の磁気記録信号強度が向上する。

第１の磁性層３１は、粒界偏析材料をさらに含み、グラニュラー構造を有していてもよい。これにより、第１の磁性層３１が（００１）配向しやすくなり、（１００）配向している第１の下地層２１との格子整合性が向上する。

第１の磁性層３１に含まれる粒界偏析材料としては、例えば、ＶＮ、ＢＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ等の窒化物、Ｃ、ＶＣ等の炭化物、ＢＮ等のホウ化物等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。

第２の下地層２２を構成する材料としては、第１の磁性層３１を（００１）配向させることが可能であれば、特に限定されないが、例えば、（１００）配向しているＷ；Ｃｒ、ＢＣＣ構造を有するＣｒ合金、Ｂ２構造を有する合金等が挙げられる。

ＢＣＣ構造を有するＣｒ合金としては、例えば、ＣｒＭｎ合金、ＣｒＭｏ合金、ＣｒＷ合金、ＣｒＶ合金、ＣｒＴｉ合金、ＣｒＲｕ合金等が挙げられる。

Ｂ２構造を有する合金としては、例えば、ＲｕＡｌ合金、ＮｉＡｌ合金等が挙げられる。

なお、下地層２の積層数が３層以上である場合、第１の下地層２１以外の下地層は、第２の下地層２２と同様である。

第２の磁性層３２は、Ｌ１_０構造を有する合金を含むことが好ましい。これにより、磁性層３の（００１）配向性が向上する。即ち、第２の磁性層３２としては、第１の磁性層３１の配向に沿ってエピタキシャル成長した磁性膜を成膜することができる。

第２の磁性層３２に含まれるＬ１_０構造を有する合金は、Ｂを含んでもいてもよいし、含んでいなくてもよい。

第２の磁性層３２を構成するＬ１_０構造を有する合金は、ＦｅまたはＣｏと、Ｐｔとを含むことが好ましい。

第２の磁性層３２は、粒界偏析材料をさらに含み、グラニュラー構造を有していてもよい。

第２の磁性層３２に含まれる粒界偏析材料ＶＮ、ＢＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ等の窒化物、Ｃ、ＶＣ等の炭化物、ＢＮ等のホウ化物、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＭｎＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ等の酸化物等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。

なお、磁性層３の積層数が３層以上である場合、第１の磁性層３１以外の磁性層は、第２の磁性層３２と同様である。

磁気記録媒体１００は、磁性層３上に、保護層が成膜されていることが好ましい。

保護層の成膜方法としては、特に限定されないが、例えば、炭化水素からなる原料ガスを高周波プラズマで分解して成膜するＲＦ－ＣＶＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ－ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、フィラメントから放出された電子で原料ガスをイオン化して成膜するＩＢＤ（ＩｏｎＢｅａｍＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原料ガスを用いずに、固体炭素ターゲットを用いて成膜するＦＣＶＡ（ＦｉｌｔｅｒｅｄＣａｔｈｏｄｉｃＶａｃｕｕｍＡｒｃ）法等が挙げられる。

保護層の厚さは、１ｎｍ～６ｎｍであることが好ましい。保護層の厚さが１ｎｍ以上であると、磁気ヘッドの浮上特性が良好となり、６ｎｍ以下であると、磁気スペーシングが小さくなり、磁気記録媒体１００のＳＮＲが向上する。

磁気記録媒体１００は、保護層上に、潤滑剤層が形成されていてもよい。

潤滑剤層を構成する材料としては、例えば、パーフルオロポリエーテル等のフッ素樹脂等が挙げられる。

［磁気記憶装置］
本実施形態の磁気記憶装置は、本実施形態の磁気記録媒体を有していれば、特に限定されない。

本実施形態の磁気記憶装置は、例えば、本実施形態の磁気記録媒体を回転させるための磁気記録媒体駆動部と、先端部に近接場光発生素子が設けられている磁気ヘッドと、磁気ヘッドを移動させるための磁気ヘッド駆動部と、記録再生信号処理系を有する。

また、磁気ヘッドは、例えば、本実施形態の磁気記録媒体を加熱するためのレーザー光発生部と、レーザー光発生部から発生したレーザー光を近接場光発生素子まで導く導波路を有する。

図２に、本実施形態の磁気記憶装置の一例を示す。

図２の磁気記憶装置は、磁気記録媒体１００と、磁気記録媒体１００を回転させるための磁気記録媒体駆動部１０１と、磁気ヘッド１０２と、磁気ヘッドを移動させるための磁気ヘッド駆動部１０３と、記録再生信号処理系１０４を有する。

図３に、磁気ヘッド１０２の一例を示す。

磁気ヘッド１０２は、記録ヘッド２０８と、再生ヘッド２１１を有する。

記録ヘッド２０８は、主磁極２０１と、補助磁極２０２と、磁界を発生させるコイル２０３と、レーザー光発生部としての、レーザーダイオード（ＬＤ）２０４と、ＬＤ２０４から発生したレーザー光２０５を近接場光発生素子２０６まで伝送する導波路２０７を有する。

再生ヘッド２１１は、シールド２０９で挟まれている再生素子２１０を有する。

以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で、適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
耐熱ガラス基板上に、厚さ５０ｎｍの５０原子％Ｃｒ－５０原子％Ｔｉ合金膜（第３の下地層）と、厚さ２５ｎｍの７５原子％Ｃｏ－２０原子％Ｔａ－５原子％Ｂ合金膜（軟磁性下地層）をこの順で成膜した。次に、基板を２５０℃まで加熱した後、厚さ１０ｎｍのＣｒ膜（第２の下地層）を成膜した。このとき、第３の下地層、軟磁性下地層、第２の下地層の成膜には、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いた。

次に、ＲＦスパッタ装置を用いて、第１の下地層を成膜した。具体的には、スパッタガス圧を３Ｐａとして１２秒間放電し、厚さ２ｎｍのＭｇＯ_{（１－ｘ）}膜を成膜した。このとき、スパッタリングターゲットとして、ＭｇＯを用い、スパッタガスとして、水素を１０体積％含むアルゴンを用いた。

なお、第１の下地層を成膜した後、酸素欠乏量ＸをＸＰＳにより測定した。

次に、基板を５２０℃まで加熱した後、厚さ３ｎｍの６０ｍｏｌ％（４７．５ａｔ％Ｆｅ－４７．５ａｔ％Ｐｔ－５ａｔ％Ｂ）－４０ｍｏｌ％Ｃ膜（第１の磁性層）と、厚さ５ｎｍの８２ｍｏｌ％（５２ａｔ％Ｆｅ－４８ａｔ％Ｐｔ）－１８ｍｏｌ％ＳｉＯ_２膜（第２の磁性層）をこの順で成膜した。このとき、第１の磁性層、第２の磁性層の成膜には、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いた。

次に、イオンビーム法を用いて、厚さ３ｎｍのカーボン膜（保護層）を成膜した後、塗布法により、パーフルオロポリエーテル膜（潤滑剤層）を形成し、磁気記録媒体を得た。

（実施例２）
ＲＦスパッタ装置を用いて、第１の下地層を以下のように成膜した以外は、実施例１と同様にして、磁気記録媒体を作製した。

具体的には、スパッタガス圧を３Ｐａとして０．３秒間放電した後、スパッタガス圧を０．１Ｐａとして１２秒間放電し、厚さ２ｎｍのＭｇＯ_{（１－ｘ）}膜を成膜した。このとき、スパッタリングターゲットとして、ＭｇＯを用い、スパッタガスとして、水素を１０体積％含むアルゴンを用いた。

（実施例３～７、比較例１～４）
第１の下地層、第１の磁性層の成膜条件を変更した以外は（表１参照）、実施例１と同様にして、磁気記録媒体を作製した。

（実施例８～１０）
第１の下地層、第１の磁性層の成膜条件を変更した以外は（表１参照）、実施例２と同様にして、磁気記録媒体を作製した。

なお、表１に記載されている、実施例２、８～１０におけるスパッタガス圧は、３Ｐａで０．３秒間放電した後に１２秒間放電する時のスパッタガス圧である。

（磁性層の（００１）配向性）
Ｘ線回折装置（Ｐｈｉｌｉｐｓ製）を用いて、第２の磁性層を成膜した後の基板のＸ線回折スペクトルを測定し、ＦｅＰｔ合金の（２００）ピークの半値幅を求めた。

なお、磁性層の（００１）配向性は、磁性層に含まれるＬ１_０構造を有するＦｅＰｔ合金の（２００）ピークの半値幅を用いて評価した。ここで、ＦｅＰｔ合金の（００１）ピークは、出現角度２θが十分に大きくない。このため、ロッキングカーブを測定する時に低角度側を測定限界まで広げても、ＦｅＰｔ合金の（００１）ピークの強度が、ピークが存在していない場合に対して安定しておらず、半値幅を解析するのが困難である。このような測定上の理由により、ＦｅＰｔ合金の（００１）ピークの半値幅を用いて、磁性層の（００１）配向性を評価するのが困難である。一方、ＦｅＰｔ合金の（２００）ピークは、ＦｅＰｔ合金が（００１）配向する際に現れるが、出現角度２θが十分に大きいため、磁性層の（００１）配向性を評価するのに適している。

表１に、磁気記録媒体の磁性層の（００１）配向性の評価結果を示す。

表１から、実施例１～１０の磁気記録媒体は、ＦｅＰｔ合金の（２００）ピークの半値幅が小さく、磁性層の（００１）配向性が高いことがわかる。

これに対して、比較例１、２の磁気記録媒体は、第１の下地層のｘが０～０．０５であるため、ＦｅＰｔ合金の（２００）ピークの半値幅が大きく、磁性層の（００１）配向性が低い。

また、比較例３、４の磁気記録媒体は、第１の下地層のｘが０～０．０５であると共に、第１の磁性層がＢを含まないため、ＦｅＰｔ合金の（２００）ピークの半値幅が大きく、磁性層の（００１）配向性が低い。

１基板
２下地層
２１第１の下地層
２２第２の下地層
３磁性層
３１第１の磁性層
３２第２の磁性層
１００磁気記録媒体

Claims

基板と、下地層と、磁性層をこの順で有し、
前記下地層は、一般式
ＭｇＯ_{（１－Ｘ）}
（式中、Ｘは、０．０７～０．２５の範囲内である。）
で表される化合物を含む第１の下地層を有し、
前記磁性層は、Ｌ１_０構造を有する合金を含み、前記Ｌ１_０構造を有する合金がＢを含む第１の磁性層を有し、
前記第１の下地層は、前記第１の磁性層と接している、磁気記録媒体。
請求項１に記載の磁気記録媒体を製造する方法であって、
ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットと、不活性ガスに水素が１体積％～２０体積％の範囲内で添加されているスパッタガスを用いて、前記第１の下地層を成膜する工程を含む、磁気記録媒体の製造方法。
請求項１に記載の磁気記録媒体を製造する方法であって、
ＭｇＯを含むスパッタリングターゲットを用い、１Ｐａ以上のスパッタガス圧で０．５秒以下の時間放電した後、０．５Ｐａ以下のスパッタガス圧で放電して、前記第１の下地層を成膜する工程を含む、磁気記録媒体の製造方法。
請求項１に記載の磁気記録媒体を有する、磁気記憶装置。