JPH0416853B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は金属性磁気記録媒体に関し、具体的に
は改良された接着性及び耐摩耗性の被覆を金属性
磁気記録層上に設けたかかる媒体およびその方法
に関するものである。

Ｂ 従来技術 磁気記録媒体は、当分野では周知であり、テー
プ、デイスク、ドラムおよび情報記録用に使われ
るその他の形式のものを含む。これらの記録媒体
は、一般に耐久性基板上に付着された磁性被覆材
料から成る。磁性被覆材料は、通常強磁性体を含
むバインダ、または磁性体を含む金属層から成
る。金属性磁性層から成る磁気記録媒体の一例に
は、アルミニウムまたはリコンの基板とその上の
磁性金属被覆層を有するハード・デイスクがあ
り、この磁性金属被覆層としては、GdCo、
CoPtCr、CrV−CoPtCrなどの合金を用いること
ができる。

これらの種々の形態の磁気記録媒体を、記録ヘ
ツドまたはトランジユーサと共に使つて、読み取
り、書込み及び消去機能を果たしている。技術の
発展につれて、磁性金属層の厚さが減少し、磁気
記録媒体上に記憶できる合計ビツト数を増大させ
るためにより高密度の記録を目指することが一般
的になつてきた。しかし、より高密度の記録を目
指すこの傾向は、また記録ヘツドが金属性磁気記
録層と物理的に接触する位増々近接することが必
要である。その結果、磁気記録媒体への磁気ヘツ
ドの「衝突（crashing）」非常にしばしば生じる。
この衝突の結果、磁気金属層および磁気記録ヘツ
ドの摩耗を生じる。そのような衝突によつて生じ
た破片が、しばしば記録ヘツドに付着してその空
気力学的特性および電気的特性に影響を与える。
さらに、金属性磁性層がヘツドが衝突した個所で
物理的に変位した場合、その場所に記憶されてい
た情報は破壊される。

これらの問題を防止するため、磁気記録層に保
護被覆層を設けたり、または磁気記録層に硬い粒
子を混ぜることによつて磁気記録層を耐摩耗性に
することが当分野では知られている。例えば、
IBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブルテン、
Vol.21、No.４、P.1634、1978年９月所載のブルー
ス（Bruce）等の技術論文は、磁気記録層上の保
護被覆層について記載しており、記録層がバイン
ダ中に強磁性粉末を拡散するがまたは磁性金属膜
を用いるのかいずれかで構成できることを示して
いる。この保護被覆層は、有機バインダ中に拡散
されたアルミナ、炭化シリコン、ダイヤモンドな
どの耐摩耗性の非磁性粒子から成る。

上述のブルース等の論文は、また磁気記録層の
保護をもたらす他の手法についても記述してい
る。すなわち、それは磁気記録層に粒子を混入し
て耐摩耗性を増すことである。これらの粒子はほ
ぼ100オングストロームの直径の硬い非磁性粒子
で、記録媒体の最上層に現われる。

摩耗に対する保護のため磁気記録層に添加物を
用いることについて記載している他の２つの参考
文献は、米国特許第4275115およびRE.28866であ
る。これらの特許はどちらもバンイダ中に微粒子
を含む磁気記録層について記載し、これらの微粒
子は磁性粒子と非磁性粒子の両方を含む。バンイ
ダ中の非磁性粒子は、摩耗およびヘツドの衝突の
際の記録ヘツドの損傷を防ぐため、特定の直径お
よび硬度を有する。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 技術的には磁気記録層の保護の問題を取り扱つ
てきたが、これまでにもたらされた解決策の効果
は不十分である。磁気記録密度が増大し、また磁
気記録層の厚さが減少するにつれて、保護に関す
る制約は厳しくなる。特に、記録層として金属磁
性層を用いるとき、この問題は一層はつきりす
る。これらの磁性合金は、その中に非磁性粒子が
混入されることを許容しないので、金属性磁性層
によく接着する非常に硬くて非常に薄い保護層を
設けることは非常に難かしい。さらに、微粒子を
有機バインダに付加したとき生じる。不均一で粗
い表面の保護層ではなく極めて滑らかな保護層を
設けることは難かしい。当業者には明らかなよう
に、非常に薄い保護層上に極めて滑らかな表面を
を設けることにより、記録ヘツドを金属性磁気記
録層に非常に近接した位置に置くことが可能にな
り、ヘツドの衝突の可能性が最小限に抑えられ
る。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の目的は、改良された非常に薄くかつ非
常に硬い、金属性磁気記録層上の保護層を提供す
ることにある。

本発明により、金属性磁気記録層用の改良され
た耐摩耗性被覆保護層が提供される。この保護層
は金属性磁性層に非常によく接着する硬質炭素か
らなる。この硬質炭素の保護層と金属性磁性層の
間の接着を確実にするため、シリコン単体（シリ
コン元素）からなる中間層を使用する。シリコン
層はその下側にある金属性磁性層に非常によく接
着し、この磁性層と金属ケイ化物を形成すること
ができる。硬質炭素層は、シリコン層によく接着
し、シリコン−炭素接合の界面層を形成する。本
発明の意図は、炭化シリコン（耐摩耗性材料とし
て知られる）を形成することではなく、シリコン
層のおかげで磁性基板によく接着する硬質炭素層
を提供することである。

一般に、シリコン層は厚さが500オングストロ
ームのほぼ単層である。シリコンが金属層に接着
した後で、上側にある硬質炭素層に接着するため
にシリコンの連続層が利用できることだけが重要
である。シリコンと炭素は、室温でSi−Ｃ接合を
形成できるので、連続したシリコンの単層のみが
この目的に必要である。すなわち、シリコン層は
非常に薄くすることが可能であり、しかも下側の
金属層と上側の硬質炭素保護層の両方に強力に接
着する。このことは、高密度磁気記録システムで
要求されるように、記録ヘツドを金属性磁気記録
層に非常に接近させることができることを意味す
る。

複合保護層は、シリコン−Si／Ｃ結合−硬質炭
素からなるが、下側の金属性磁気層とのケイ化物
の形成および上側の硬質炭素層とのSi／Ｃ接合の
形成にシリコンの全てを使用することが可能であ
る。

この保護層は、その頂部表面が極めて滑らかで
あり、摩耗に対するすぐれた保護特性をもたら
す。

硬い炭素膜は、保護層として知られているが
｛K.エンケ（Enke）、固体膜（Thin Solid
Eilms）、80、P.227、1981年｝、これらの炭素膜
は金属性磁気記録層には接着しない。しかし、本
発明を実施する際には、下側の磁気記録層と上側
の硬質炭素保護層の間に必要な接着力をもたらす
ためにシリコンの中間層を使用した場合、機械的
特性の点で非常に好ましい硬質炭素層を、金属性
磁気記録層用の保護層として使用できることがわ
かつている。

好ましい実施例では、シリコンの中間層および
硬質炭素層は、共に単一のチエンバ中でのプラズ
マ付着によつて生成され、したがつて製造が容易
でありかつ製造の信頼性がもたらされる。

Ｅ 実施例 図は磁気記録デイスク、テープ、カードなどに
用いられる形式の記録構造体を示す。一般に、構
造体１０は、基板１２、金属性磁気記録層１４、
シリコンの中間層１６、および硬質炭素層１８か
らなる。硬質炭素層１８と中間層１６は、記録ヘ
ツド２０と金属性磁気記録層１４の間の分離を過
度に増大させずに、強力な接着力を有す耐摩耗性
被覆をもたらす。

基板１２および金属性磁気記録層１４に使用さ
れる組成物は様々であり、これらの用途用の通常
知られている種類の材料を含む。たとえば、ハー
ド磁気記録デイスクを形成する場合、基板１２
は、ふつうはガラス、ポリマ、エポキシ、セラミ
ツク、アルミニウムまたはシリコンである。金属
性磁気記録層１４は、GdCo、CoPtCrおよびCrV
−CoPtCrなどの磁気材料または合金の薄い膜で
ある。基板１２と金属磁気記録層１４の性質は、
本発明にとつて重要ではなく、磁気記録層１４が
金属膜からなる限り他の材料を使うこともでき
る。

本発明を実施するに当たつて、硬質炭素層１８
は、金属性磁性層１４を覆う保護層として用いら
れ、中間層１６の使用によつて記録層１４に強力
に接着される。この中間層はシリコン単体（シリ
コン元素）からなつており、下側の金属性磁性層
１４および上側の硬質炭素層１６と強力な結合を
形成する。シリコン層１６は、核形成層として働
き、その厚さは下側の金属層に対する充分な結合
を形成し、かつ上側の硬質炭素層に結合するため
の連続するシリコン膜が残るだけの厚さである。
硬質炭素層１８に結合するためには、薄いシリコ
ン膜が連続している限り、数層の単層（すなわ
ち、原子数個の厚さの層）しか必要でない。その
後で炭素層１８を付着すると、非常に強力なSi−
Ｃ結合が生じ、さらにシリコン層１６と炭素層１
８の間の界面２２に炭化シリコンが形成されるこ
とがある。同様に、シリコン層１６と金属性磁性
層１４の間の界面２４は、PtSiやCrSiなどの金
属ケイ化物から構成することができ、形成される
金属ケイ化物の相は付着温度（基板温度）に依存
する。たとえば、Ptシリサイドは280℃で、一方
Crシリサイドは500℃で形成することができる。

シリコンの中間層１６は、蒸着、スパツタリン
グまたはプラズマ付着など既知の任意の技術によ
つて付着することができる。そのうちで、プラズ
マ付着が最も好ましい。この技術を用いると、同
じ処理装置および処理ステツプを使つて、上側の
硬質炭素層１８を形成することができる。このよ
うにして、システムの真空を中断する必要なく、
シリコン層１６と炭素の層１８の両方を、プラズ
マ付着によつて形成することができる。ソース・
ガスをたとえばシランからアセチレン（C₂H₂）
に切り換えるステツプを実行するだけでよい。プ
ラズマは水素からなり、RFプラズマの使用によ
つて、アセチレンと水素の混合物の分解が生じ
る。硬質炭素膜がその無定形の性質を保持し、黒
鉛（すなわち、軟く）ならないようにするため、
炭素層１８のプラズマ付着のための基板温度は
325℃より低くなければならない。シリコン層１
６に対するプラズマ付着温度は重要なものではな
く、室温からたとえば350℃の範囲内の値をとる。

１つの例では、非晶質シリコン膜ａ−Siが、流
速25sccm（毎分当りの標準立方センチメータ）、
全圧125ミクロン、およびRF電力5Wで、アルゴ
ン中にシラン（SiH₄）１％を混入したガス混合
物からプラズマ付着によつて付着された。基板
は、ａ−Siの付着の間−150VDCのバスアスに保
つた。

蒸着されたシリコン層１６は核形成層または中
間層として用いられるので、その厚さは重要では
ないことがわかつている。ふつうは、シリコンを
約10〜50オングストロームの厚さに蒸着するが、
単層の厚さから約500オングストロームまでの範
囲が可能である。

シリコン層１６が厚すぎる場合、書込み操作お
よび読取り操作が充分に実施されるため、金属性
磁性層１４の記録密度を減少させなければならな
い。これは技術の望ましい方向に反するものであ
り、受け入れ難い。しかし、シリコン層の厚さが
必要最小値より大きい場合でも、本発明の原理、
すなわち接着力が強く保護力の大きな層を提供す
ることが、依然として存在することは無論であ
る。シリコン層が厚すぎる場合、シリコン層の下
側20オングストロームほどが、下側の金属性磁性
層に強力に接着し、一方、シリコン層の最上部20
オングストロームほどは上側の炭素数１８とSi−
Ｃ結合を形成する。

前述したように、硬質炭素層１８は好ましくは
ガス混合物のプラズマ分解によつて付着する。な
ぜならば、これはシリコン層１６のプラズマ分解
と同じ真空系で行なうことができるからである。
しかし、硬質炭素層は、スパツタリングなど他の
方法によつて付着することもできる。硬質炭素層
１８の厚さは、通常は約250オングストロームで
あるが、約25オングストロームから約１ミクロン
の範囲にすることができる。硬質炭素膜１８の厚
さが約１ミクロンを越える場合は、通常有害な応
力発生する。さらに、高記録密度をもたらすため
には、必要な耐摩耗性、極度の滑らかさ、製造の
容易さ、および再現性を保ちながら、炭素の層１
８をできるだけ薄く保つことが好ましい。炭素層
１８は、無定形の膜であり、必要な保護特性をも
たらすためには連続していなければならない。

次の例は、強力な接着力を有する耐摩耗性の保
護層をもたらすための本発明の実施を例示したも
のである。最初に、アルゴン中にシラン１％を混
入したガス混合物から非晶質シリコンの膜を付着
した。全圧125ミクロンを使用し、rf電力5Wを印
加した。金属性磁性層からなる基板に非晶質シリ
コンの付着する間、基板に−150Vdcのバイアス
をかけた。金属性磁性層はCoPtCrおよびCrV−
CoPtCrの磁性合金であつた。ほぼ５〜25オング
ストロームのシリコンをこの方法で付着した。

同じ真空系で、ソース・ガスをアルゴン中にシ
ランを混入したものからアセチレン（C₂H₂）に
切り換えた。13.56MHzのrfプラズマを使用し、
このプラズマは、電極間隔１インチで直径３イン
チの２枚の平行な電極間で容量性放電を行なつて
発生させた。炭素の付着に先立つて、表面酸化物
層を除去するため、シリコン基板を10％HF溶液
中で30秒間エツチングした。成長表面の反応性ク
リーニングおよびスパツタリング・クリーニング
を施し、またシリコン基板上の固有酸化物層をさ
らに減少させるため、次に基板１に45分間水素プ
ラズマを当てた。

rf電力は５ワツトであつた（110mw・cm^-2の表
面電力密度に相当する）。全圧力は30ミクロンの
一定値に保ち、全ガス流量は6sccmに設定した。
基板電極は、付着の間150VDCの負の直流バイア
スに保つた。初期の付着は、−70VDCの低い基板
バイアスで実施したが、基板に対する炭素膜の接
着力は、バイアス値が高いときの方がよくなるこ
とがわかつた。基板バイアスをそれよりも高くす
ると、反応装置中でアークが発生し、それが不安
定なプラズマを発生する。

基板温度が約325℃を越えるとき、炭素膜は黒
鉛状になり相当軟化する。このため、硬質炭素層
を付着するために基板温度を325℃以下に保つ。
このことは下側の金属層の必要な保護をもたらす
ために必要である。

付着された硬質炭素膜で、接着力試験および摩
耗試験を行なつた。これらの試験から、シリコン
の中間層上に付着されるとき硬質炭素層がすぐれ
た保護価値をもつことがわかつた。シリコンの中
間層がない場合、硬質炭素層の接着力は不十分で
あり、保護炭素層の価値は失なわれた。

硬質炭素層の性質を研究するため、透過電子顕
微鏡検査法（TEM）を用いた。これらの検査か
ら晶子サイズが50オングストローム以下の非晶質
の微小結晶構造が示された。これらの膜にはそれ
よりわずかに高い結晶度のものが存在したかもし
れないが、平均晶子サイズは50オングストローム
以下であつた。この検査で、またＣ軸が膜平面に
対して垂直になつている微小結晶の若干の優先的
な配位方向が明らかになつたが、この配位効果は
絶対的なものではなかつた。Si（111）およびSi
（100）上に形成された硬質炭素膜に対する微小回
折パターン解析では異なる微小回折パターンは示
されず、基板の結晶配向が硬質炭素膜の微小構造
に影響を与えないことを示した。

シリコン基板を予備清浄化すると硬質炭素層の
プラズマ付着と同様、シリコン層１６と炭素層１
８の間の接着力が向上する。研究の結果、HF内
で予めエツチングしなかつたシリコン基板上に付
着した炭素膜で炭素／シリコン界面にSiO₂が存
在することがわかつた。すなわち、水素プラズマ
による予備浄化だけでは、シリコン基板から固有
酸化物を完全には除去できない。

前述したように、あるわずかな微小結晶が
TEM解析によつて示された。しかし、Ｘ線回折
法（XRD）、Ｘ線光電子放出分光法（XPS）およ
びTEMは、いずれも炭素膜がわずかな微小結晶
を含み実質的に無定形であることを示している。
基板バイアスを約2kvまで上げると、結晶度が高
くなる。この例では、基板バイアスは70〜180V
であり、高度に無定形の炭素膜をもたらした。基
板バイアスがそれより高いと、バイアスされた基
板に衝突する加速イオンのエネルギーが高くなる
ため、炭素膜を付着する際に局部的結晶化を引き
起こす。

前述の例では水素プラズマを使つて炭素膜を得
たので、炭素膜に水素が幾分か混入する。実験の
結果、炭素層１８の付着開始時に、すなわち炭素
膜／基板界面から水素含有量が徐々に増加するこ
とがわかつている。約300オングストローム以後
に始めてバルク濃度が得られる。一般に、炭素膜
の厚さが増加すると、成長する誘電性炭素膜上の
表面バイアスはゆるやかに低下する。このため、
それに応じて水素濃度が増加し、バイアスが低下
する。もちろん、アセチレンの分解から反応装置
内で水素のゆるやかな蓄積が起こりうる。実験に
よれば、基板温度が上がると、炭素膜中の水素含
有量が減少することが示された。これらの炭素膜
はすべては非常に良好な保護層をもたらした。

前述したように、本発明にもとづいて非常に接
着力の強い膜が作られた。実験の結果、シリコン
基板上に蒸着された炭素膜は、蒸着中の基板温度
とは無関係に、非常に良好な接着力をもつことが
示された。硬質炭素層１８とシリコン層１６の間
の接着力は、下側の金属性磁性層１４に対するシ
リコンの粘着力よりも大きい。引張り試験中に生
じた破砕は、シリコン基板中で生じた。シリコン
の中間層がない場合、硬質炭素膜は下側の金属性
磁性層に全く接着せず、この状況は付着温度とは
無関係である。中間層１６を使用しない実験で
は、炭素膜は充分な接着力をもたず、高い内部応
力を生じた。これらの炭素膜は亀裂が入り、陶器
様の外観を呈し、下側の磁性層から容易にこすり
落とせる膜であつた。

別の接着力試験では、室温で金属性磁性基板上
に付着した非晶質シリコン層は、シリコン−金属
界面で破壊した。しかし、250℃の基板温度で付
着した非晶質シリコンの膜では、シリコン基板中
で破砕が生じ、この場合非晶質シリコンと磁性金
属層の接着結合がシリコン基板の粘着力よりも強
いことを示した。このため、硬質炭素層１８と金
属層１４の間に接着層として250℃で付着した非
晶質シリコンについてさらに試験を行なつた。１
つの試験では、厚さ400オングストロームの硬質
炭素層１８を厚さ約50オングストロームの非晶質
シリコン層に付着した。この試験では、接着力試
験中にシリコン基板中または、金属層とシリコン
基板の間、または金属層中で破砕が生じ、硬質炭
素／非晶質シリコン／金属性磁性層の接着結合
が、系内のその他の結合よりも強いことを示し
た。

別の試験では、わずか数原子の厚さに付着した
シリコン層１６が、金属層１４の表面に対する硬
質炭素膜１８の非常に良好な接着性をもたらすこ
とができることが示された。接着力試験では、も
つと厚いシリコンの中間層をもつ場合と対照的
に、わずか数原子の厚さのシリコン層に対する接
着性の方がすぐれていることが示されている。わ
ずか数オングストロームの厚さの非晶質シリコン
層を中間接着層として蒸着するために、炭素膜１
８の付着に先立つてシラン・プラズマをほぼ５〜
10秒間した。厚いシリコン中間層を使用すると接
着力が変化する主な理由は、おそらく付着された
シリコン層と下側の金属性磁性層の間に形成され
るケイ化物の量が多くなることである。

Ｆ 発明の効果 本発明の原理にもとづいて保護された金属性磁
気記録媒体について摩耗挙動を研究した。この保
護層はヘツドの衝突の際に変形することもあり得
るが、下側の金属性磁性層は損傷を受けず、また
記録ヘツドに対する損傷もないことがわかつた。

本発明を実施することにより、金属性磁気記録
層上のすぐれた保護被覆層が提供される。この改
良された保護被覆層は、シリコン層の上に付着し
た硬質炭素層から成り、そのシリコン層は、下側
の金属性磁性層の上に設けられる。この保護力が
大きく接着力の強い保護層を作るための好ましい
技術は、プラズマ蒸着である。

本発明により、非常に薄く、硬い保護層が金属
性磁気記録層上に設けられ、この保護層と金属性
磁性層の間の接着がすぐれている、改良された磁
気記録構造およびそれを製造するための方法が提
供される。

また、本発明により、磁気記録ヘツドと接触し
ても磁気記録ヘツドの摩耗を生じない、改良され
た金属性磁気記録層上の保護層が提供される。

さらに、本発明により、製造が容易で、組成お
よび厚さが非常に均一な、改良された金属性記録
層上の保護層が提供される。

そして、本発明により、すぐれた摩耗特性を有
し、任意の組成の金属性磁気記録媒体を保護する
ために使用できる、改良された金属性磁気記録層
用の保護層が提供される。

その上、本発明により、極めて滑らかな表面を
もつように製造できる、改良された金属性磁気記
録層上の保護層が提供される。

【図面の簡単な説明】

図は基板上に設けられた金属性磁気記録層と、
シリコンの中間層および上側の硬質炭素層からな
る複合保護層とを備えた磁気記録媒体の構造図で
ある。 １０…構造、１２…基板、１４…金属性磁気記
録層、１６…インターフエース層、１８…硬質炭
素保護層、２０…記録ヘツド、２２，２４…イン
ターフエース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板と、 その中に情報を記憶することができる前記基板
   上の金属性磁気記録層と、 前記金属性磁気記録層上に付着されたシリコン
   単体から成る実質的に非晶質のシリコン層および
   前記シリコン層上に付着された硬質炭素層からな
   る保護被覆層と、 を含む磁気記録媒体。 ２ 前記硬質炭素層が、実質的に無定形の炭素か
   らなる特許請求の範囲第１項に記載の磁気記録媒
   体。 ３ 前記金属性磁気記録層が、磁性金属元素を含
   む合金である特許請求の範囲第１項に記載の磁気
   記録媒体。