JPH11283235A

JPH11283235A - 磁気記録媒体および磁気記憶装置

Info

Publication number: JPH11283235A
Application number: JP8198198A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishikawa; 石川　　晃; Shinan Yaku; 四男屋久; Yoshifumi Matsuda; 好文松田; Hiroyuki Suzuki; 博之鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: JP3869550B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気記録媒体の保磁力Ｈｃ、出力分解能の向
上と、ノイズの低減を図り、併せて、高記録密度の磁気
記憶装置を実現すること。【解決手段】磁性層４の下地層３が、Ｃｒを主成分と
し、Ｔｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉの
グループ選ばれる少なくとも１つの元素と、酸素と、窒
素とを含有する磁気記録媒体、ならびに、この磁気記録
媒体を駆動する駆動部と、記録ヘッドおよび磁気抵抗効
果型磁気ヘッドで構成された磁気ヘッドと、上記磁気ヘ
ッドを上記磁気記録媒体に対して相対運動させる手段
と、上記磁気ヘッドへの記録信号入力手段と、上記磁気
ヘッドからの再生信号出力を行うための記録再生信号処
理手段を有する磁気記憶装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量の情報記録
が可能な磁気記録媒体および磁気記憶装置、特に、高密
度磁気記録に好適な、高保磁力で低ノイズの薄膜磁気記
録媒体および１平方インチ当り３ギガビット以上の記録
密度を有する磁気記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子計算機の小型化および高速化に伴
い、磁気ディスク装置に代表される磁気記憶装置に対す
る大容量化および高速アクセス化の要求は、ますます高
まりつつある。

【０００３】磁気記憶装置の記録密度を高めると記録ビ
ットの面積が小さくなるため、磁気ヘッドで再生した時
の出力が低下する問題がある。この問題を解決するた
め、従来は１つの電磁誘導型ヘッドで記録と再生の両方
を行なっていたのに対し、記録ヘッドと再生ヘッドとを
分離して、記録用には電磁誘導型ヘッド、再生用には磁
気抵抗効果（ＭＲ効果）を用いた高感度再生ヘッド（以
後、ＭＲヘッドと略記する）を用いた構造のヘッドが開
発された。

【０００４】また、近年、１平方インチあたり４ギガビ
ット以上の高密度の磁気記録を実現するために、巨大磁
気抵抗効果あるいはスピン・バルブ効果を用いた超高感
度の再生ヘッド（ＧＭＲヘッドと略記する）の開発も進
められている。

【０００５】一方、磁気ディスクに代表される磁気記録
媒体としては、金属磁性体の薄膜をスパッタリングによ
り基板上に形成した薄膜型の磁気記録媒体が用いられ
る。記録磁性層の材料には飽和磁束密度Ｂｓや、記録時
における磁気記録媒体に対する磁気ヘッドの相対的な走
行方向に磁界を印加して測定した保磁力Ｈｃの高い、Ｃ
ｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ
等、Ｃｏを主成分とする合金が用いられる。

【０００６】これらのＣｏ合金は、ｃ軸を磁化容易方向
とする六方細密充填構造（ｈｃｐ構造）を有する。した
がって、面内磁気記録方式の磁性層においては、各結晶
粒のｃ軸が基板面内の方向に配向して結晶成長すること
が望ましい。

【０００７】そこで、体心立方構造（ｂｃｃ構造）を有
するＣｒの結晶格子面が、Ｃｏの格子面と位置の整合性
が良いことを利用して、まず、基板上にＣｒあるいはＣ
ｒを主成分とする下地層を形成し、その上に磁性層を直
接成膜して（エピタキシャル成長）、磁性層のｃ軸を基
板面内方向に配向させる。これにより、媒体の保持力保
持力Ｈｃや保磁力角形比Ｓ＊を向上できる。

【０００８】また、磁気記録媒体に対する要求として、
耐衝撃性の向上が挙げられる。特に、近年、ノートパソ
コン等の携帯型情報機器に磁気ディスク装置が搭載され
るようになり、信頼性向上の観点から耐衝撃性向上が重
要な課題となっている。これに対して、従来のＮｉ−Ｐ
メッキを施したＡｌ合金基板に代えて、表面を強化処理
したガラス基板、あるいは結晶化ガラス基板を用いるこ
とにより、磁気ディスクの耐衝撃性を向上できることが
報告されている。

【０００９】上述のＭＲヘッドやＧＭＲヘッドを用いて
高い信号Ｓ／Ｎを得るためには、磁気記録媒体の保持力
Ｈｃを高めるとともに、媒体ノイズを従来より減少させ
る必要がある。

【００１０】保磁力Ｈｃを高めるには、例えば、エイチ
・エヌ・バートラム（Ｈ．Ｎ．Ｂｅｒｔｒａｍ）著、
ケンブリッジ・ユニバーシティー・プレス（Ｃａｍｂｒ
ｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒＳｉｔｙＰｒｅｓｓ）、１９
９４年発行、「セオリー・オブ・マグネティック・レコ
ーディング」（Ｔｈｅｏｒｙｏｆｍａｇｎｅｔｉｃ
ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）の第２１６頁に記載されている
ように、記録したビット間の磁化遷移幅ａを減少して、
出力分解能を向上し、高い線記録密度でも再生出力を確
保する技術が知られている。

【００１１】ここで、出力分解能とは、磁気記憶装置に
用いる磁気記録媒体に対して想定した線記録密度で記録
した信号の再生出力に対する、孤立再生波の出力の割合
を示す指標である。また、媒体ノイズを減少するのは、
ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドでは再生感度が極めて高いた
め、磁気記録媒体からの再生信号だけでなくノイズに対
する感度も同時に高くなるためで、磁気記録媒体には従
来以上に低ノイズ化が求められる。

【００１２】また、保磁力Ｈｃや媒体ノイズ等の磁気特
性を制御する目的で、従来、磁性層を直接その上に形成
するための下地層として、Ｃｒを主成分とし、特定の元
素を添加する技術が提案されている。以下この技術の従
来例を、網羅的に説明する。

【００１３】まず、特開平１−２９０１１８号公報に記
載されている技術は、非磁性基板上に、実質的にＣｒか
らなる第１層、およびＣｏ−Ｎｉ系もしくはＣｏ系磁気
記録媒体膜である第２層が形成されてなる磁気ディスク
において、上記第１層中に酸素を含有せしめている。こ
れにより磁性層の結晶配向性が向上して保磁力Ｈｃ、周
方向および径方向の保磁力比ＳおよびＳ＊、ならびに、
磁気異方性定数が向上して、Ｓ／Ｎを改善することがで
きる。

【００１４】この従来技術による方法では、保磁力Ｈｃ
の改善により出力分解能が増加してＳ／Ｎは向上する
が、媒体ノイズの減少に関しては効果がないため、１平
方インチ当り３ギガビット以上の高記録密度で高感度の
ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドを用いた場合に、十分に高い
電磁変換特性は得られなかった。

【００１５】また、特開平４−６４９１４号公報に記載
されている技術は、非磁性基体上に、記録層として強磁
性金属からなる薄膜が、この薄膜を面内異方性とするた
めの下地膜を介して積層形成されている面内記録用磁気
記録媒体において、前記下地膜が、Ｃｒ−Ｎ合金からな
り、そのＮ含有量は、下地層の下部において２〜１０原
子％で、上方に向かって漸減し、表面は１原子％以下で
ある膜厚方向の濃度勾配を有するものである。これによ
り下地膜の結晶粒の微細化、柱状晶の明瞭化が図られ記
録再生ノイズ特性が改善される。

【００１６】しかし、この方法では保磁力Ｈｃが低下す
るため、出力分解能が低下し、十分な電磁変換特性が得
られないばかりでなく、下地膜の膜厚方向に、Ｎの濃度
勾配を形成するためには、成膜時にＮガスの流量を経時
的に変化させる必要があり、磁気記録媒体を再現性良く
量産することが困難であった。

【００１７】さらに、１９８８年発行の雑誌、「ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス」（Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙＳｉｃｓ）、第６
３巻、第３２６９頁に記載されている技術は、Ｃｒ下地
膜にＮを添加することにより格子定数や結晶配向性を制
御するものである。この技術によれば、下地膜や磁性膜
の結晶粒が微細化されるが、前記特開平４−６４９１４
号公報に記載されている技術と同様に、保磁力Ｈｃが低
下して、結晶配向性も悪化するため、１平方インチ当り
３ギガビット以上の高記録密度において十分な電磁変換
特性が得られない問題があった。

【００１８】さらに、また、特開平５−１０１３７８号
公報に記載されている技術は、薄膜磁気記録層の磁気特
性を制御する方法において、酸素、窒素または炭素、お
よびそのいずれかの混合物を含むプロセスと共用し得る
ドーパント気体でドープされたクロム基材下地層を用い
るものである。しかし、この方法では保磁力Ｈｃが低下
するため、出力分解能が低下して１平方インチ当り３ギ
ガビット以上の高記録密度で十分な電磁変換特性は得ら
れなかった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】その上、ＭＲヘッドや
ＧＭＲヘッドと組み合わせて３ギガビット以上の高記録
密度の磁気ディスク装置を実現するためには、上述し
た、保磁力Ｈｃや出力分解能の向上とともに、さらに、
媒体ノイズの低減も要求される。これら３つの要求に対
して、ｂｃｃ−Ｃｒを主成分とする下地層に特定の元素
を添加し、その上に直接磁性層を形成する、上記従来の
技術は、磁性層自体の材料やプロセスを変更せずにその
磁気特性を制御できるので、磁気記録媒体の設計範囲が
広がり、特性制御は容易になる。しかし、上記従来の技
術では、高保磁力Ｈｃと、低媒体ノイズの要求を同時に
満たすことができない。

【００２０】したがって、本発明の第１の目的は、上記
従来の技術の欠点を克服し、１平方インチ当たり３ギガ
ビット以上の記録密度を達成する磁気記憶装置を実現す
るために、高保磁力Ｈｃ、高出力分解能で媒体ノイズの
少ない、電磁変換特性に優れた薄膜磁気記録媒体を提供
することである。

【００２１】本発明の第２の目的は、上記のような磁気
記録媒体を用いるのに適した磁気記憶装置を提供するこ
とである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の磁気記録媒体は、基板と、この基板
上の下地層と、この下地層上の磁性層とからなる磁気記
録媒体において、上記下地層が、Ｃｒを主成分とし、Ｔ
ｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグルー
プから選ばれる少なくとも１つの元素と、酸素と、窒素
とを含有している。

【００２３】上記下地層の構成元素として、Ｔｉと、
Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグループの内
の少なくとも一種の元素とを選択することにより、下地
層に酸素および窒素を添加したときに保磁力Ｈｃの低下
を防ぐことができる。

【００２４】そして、これら元素の添加濃度は１原子％
以上、３０原子％以下が望ましい。その理由は、添加濃
度が１原子％未満では保磁力Ｈｃの低下を防止する効果
が小さく、３０原子％を超えると磁性膜の結晶配向性が
劣下して保磁力Ｈｃが低下するからである。特に高い保
磁力Ｈｃを得るために好ましい添加濃度は、３原子％以
上、１０原子％以下である。

【００２５】また、下地層中に酸素および窒素を添加す
る理由は、保磁力Ｈｃの低下を防ぎながら結晶粒を微細
化でき、媒体ノイズを低減できるからである。酸素およ
び窒素の合計添加濃度は３原子％以上、３０原子％以下
が好ましい。これは、添加濃度が３原子％未満では結晶
粒を微細化する効果が小さく、３０原子％を超えると磁
性膜の結晶配向性が劣下し保磁力Ｈｃが低下するからで
ある。特に高保磁力Ｈｃと低ノイズを実現するために好
ましい添加濃度は５原子％以上、２０原子％以下であ
る。

【００２６】また、下地層の厚さは、２ｎｍ以上、５０
０ｎｍ以下とする。これは、下地層の厚さが２ｎｍ未満
では量産時に膜厚を制御することが困難であり、均一な
膜厚を得ることが困難であり、５００ｎｍを超えると量
産時の薄膜形成効率が下がるためである。

【００２７】また、ｂｃｃ構造のＣｒを主成分とするこ
とで、この上に磁性層を直接にエピタキシャル成長で
き、磁性層の磁化容易軸であるｃ軸を実質的に基板面内
に配向させることができる。これは高い保磁力Ｈｃを得
るために必要な条件である。また、下地層の主成分とし
てｂｃｃ構造のＭｏ、Ｗを用いた場合でも本発明と同様
の効果が期待できる。

【００２８】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の磁気記憶装置は、上記いずれかの磁気記録媒体
と、この磁気記録媒体を駆動する駆動部と、記録部と再
生部からなる磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを、前記磁
気記録媒体に対して相対運動させる手段と、前記磁気ヘ
ッドへの信号入力および前記磁気ヘッドからの出力信号
再生を行うための記録再生信号処理手段とを有する磁気
記憶装置において、上記磁気ヘッドの再生部が磁気抵抗
効果型磁気ヘッドで構成される。

【００２９】これによって、高保磁力Ｈｃ、高出力分解
能で低ノイズの本発明の磁気記録媒体の特徴が活かさ
れ、高いＳ／Ｎが得られる。

【００３０】また、上記磁気抵抗効果型ヘッドは、互い
の磁化方向が外部磁界によって相対的に変化することに
よって抵抗変化を生じる複数の導電性磁性層と、これら
複数の導電性磁性層の間に配置された導電性非磁性層と
を含む磁気抵抗センサで構成することが好ましい。この
構成によって、信号強度をさらに高めることができ、１
平方インチ当たり３ギガビット以上、１インチ当たり２
４０キロ磁化反転密度（以後、ｋＦＣＩと略記する）以
上の線記録密度を持った信頼性の高い磁気記憶装置の実
現が可能となる。

【００３１】さらに、磁気ヘッドの再生部が、互いに
０．２０μｍ以下の距離だけ隔てられた軟磁性体からな
る２枚のシールド層の間に形成されており、かつ、磁気
記録媒体の磁性層の厚さｔと、記録時における該磁気記
録媒体に対する該磁気ヘッドの相対的な走行方向に磁界
を印加して測定した残留磁束密度Ｂｒとの積Ｂｒ×ｔが
４ｍＡ以上、１０ｍＡ以下であることが望ましい。これ
により、出力分解能が向上してＳ／Ｎが向上し、また、
１平方インチ当たり３ギガビット以上の記録密度でもエ
ラーレートが低く、信頼性の高い磁気記憶装置を実現で
きる。

【００３２】なお、シールド間隔が０．２０μｍ以上に
なると出力分解能が低下し、信号の位相ジッターが大き
くなるので好ましくない。また、Ｂｒ×ｔが１０ｍＡよ
り大きくなると出力分解能が低下し、また、４ｍＡより
も小さくなると再生出力の絶対値が小さくなり、Ｓ／Ｎ
が低下するので好ましくない。

【００３３】磁性層には、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃ
ｒ−Ｐｔ−Ｔａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔｉ等、Ｃｏを主
成分とする合金を用いることができるが、高い保磁力Ｈ
ｃを得るためには、Ｐｔを含むＣｏ合金が特に好まし
い。また、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｍ−Ｎ等の希土類元素
を含む磁性合金薄膜を用いることもできる。さらに、磁
性層を単層、あるいは非磁性中間層を介した複数の層で
構成することもできる。

【００３４】磁性層の磁気特性としては、記録方向に磁
界を印加して測定した保磁力Ｈｃを２ｋＯｅ以上とする
と出力分解能が向上し、１平方インチ当たり３ギガビッ
ト以上の高記録密度領域においても高い出力が得られる
ので好ましい。保磁力Ｈｃが２ｋＯｅより小さくなる
と、出力分解能が小さくなるので好ましくない。また、
良好な重ね書き（オーバーライト）特性を保証するため
には保磁力Ｈｃは５ｋＯｅ以下とすることが好ましい。

【００３５】基板と下地層の間に非磁性のＣｒ、Ｃｒ基
合金、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｚｒ等のＣｏ基合金、あるいはＮｉ
−Ｔｉ等のＮｉ基合金からなる中間層を形成すると、基
板と下地層との密着性が改善されるとともに、下地層お
よび磁性層の結晶配向性が向上するので好ましい。特
に、ガラス等のセラミック基板の上に非晶質の中間層を
形成すると、その上に形成するｂｃｃ構造の下地層が
（１００）面配向し、その上にエピタキシャル成長した
磁性層が（１１．０）面配向する。その結果、磁化容易
軸であるｃ軸が基板面内に配向して、高い保磁力Ｈｃが
実現できるので好ましい。また、中間層の表面を酸化し
た後に下地層を形成すると、下地層や磁性層の粒径が減
少して媒体ノイズが減少するので特に好ましい。

【００３６】さらに、媒体の保護層として、カーボンを
厚さ５ｎｍ〜２０ｎｍ形成し、さらに、吸着性のパーフ
ルオロアルキルポリエーテル等の潤滑層を厚さ１ｎｍ〜
５ｎｍ設けることにより信頼性が高く、高密度記録が可
能な磁気記録媒体が得られる。また、保護層として水素
を添加したカーボン膜、あるいは、炭化シリコン、炭化
タングステン、（Ｗ−Ｍｏ）−Ｃ、（Ｚｒ−Ｎｂ）−Ｎ
等の化合物からなる薄膜、あるいは、これらの化合物と
カーボンの混合膜を用いると耐摺動性や耐食性を向上で
きるので好ましい。

【００３７】また、これらの保護層を形成した後、微細
マスク等を介してプラズマエッチングすることで表面に
微細な凹凸を形成したり、化合物、混合物のターゲット
を用いて保護層表面に異相突起を生じせしめたり、ある
いは熱処理によって表面に凹凸を形成すると、ヘッドと
媒体との接触面積を低減でき、ＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ
ＳｔａｒｔＳｔｏｐ）動作時にヘッドが媒体表面に
粘着する問題を回避できるので好ましい。

【００３８】さらに、媒体の表面に凹凸形状を形成して
ＣＳＳ特性やヘッドの粘着特性を向上させるためには、
Ａｌ、Ａｇ等の低融点金属、合金層、あるいは、金属間
化合物層を基板と上記下地層、あるいは上記中間層と上
記下地層との間に形成することが好ましい。

【００３９】上記磁気記憶装置において、上記磁気ヘッ
ドを、浮上量が０．０１μｍ以上、０．０５μｍ未満
と、従来より低い高さで浮上させると、出力分解能が向
上して高い装置Ｓ／Ｎが得られ、大容量で高信頼性の磁
気記憶装置を提供することができる。

【００４０】また、最尤復号法による信号処理回路を組
み合わせるとさらに記録密度を向上でき、例えば、トラ
ック密度１３ｋＴＰＩ以上、線記録密度２４０ｋＦＣＩ
以上、１平方インチ当たり３Ｇビット以上の記録密度で
記録・再生する場合にも十分なＳ／Ｎが得られる。

【００４１】さらに、上記再生ヘッドを、互いの磁化方
向が外部磁界によって相対的に変化することによって大
きな抵抗変化を生じる複数の導電性磁性層と、その複数
の導電性磁性層の間に配置された導電性非磁性層とから
なるＧＭＲヘッド、あるいは、スピン・バルブ効果を利
用したＧＭＲヘッドとすることにより、信号強度をさら
に高めることができ、１平方インチ当たり４ギガビット
以上、２５０ｋＦＣＩ以上の線記録密度を持った信頼性
の高い磁気記憶装置の実現が可能となる。

【００４２】以下、本発明を実施の形態について、図面
を参照し詳細に説明する。

【００４３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による磁気記録媒
体の実施の形態を示す層構成の断面摸式図である。非磁
性の基板１の上に中間層２、下地層３が積層被着され、
その上に直接、磁性層４が被着され、さらに保護膜５が
形成されている。

【００４４】非磁性の基板１としては、Ａｌ−Ｍｇ合金
円板上にＮｉ−Ｐめっきした金属系基板の他、化学強化
ガラス、結晶化ガラス等のガラス系基板、有機樹脂系基
板、Ｔｉ、Ｓｉ、カーボン、あるいはＴｉＯ２、ＳｉＣ
等のセラミックス系基板等が用いられる。非磁性の基板
１の外径は２．５インチの他、３インチ、３．５イン
チ、１．８インチ、１．３インチ等とした場合でも本発
明の効果は同様である。

【００４５】中間層２は、Ｃｒ、Ｃｒ基合金、Ｃｏ−Ｃ
ｒ−Ｚｒ等のＣｏ基合金、あるいはＮｉ−Ｔｉ等のＮｉ
基合金等が用いられ、基板１からの不純物の拡散の抑制
や、膜の剥離の抑制の効果を得るために、その厚さを１
０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。な
お、基板１からの不純物の拡散の影響がない場合や、膜
の剥離が起こらない場合には、中間層２を省略すること
もできる。

【００４６】また、中間層２は、非磁性であるか、ある
いは、飽和磁化が８ｋＡ／ｍ以下がであることが好まし
く、さらに非晶質あるいは微結晶体であることが好まし
い。

【００４７】中間層２の表面上に下地層３が形成され
る。下地層３を形成する前に、中間層２の表面を酸化す
ることも可能である。

【００４８】下地層３は、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの３元
素、または、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれかの元素を、主た
る成分とし、Ｔｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌおよ
びＳｉのグループから選ばれる少なくとも１つの元素
と、酸素と、窒素とを含有している。

【００４９】磁性層４の組成としては、Ｃｏ−Ｓｍ、Ｃ
ｏ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔ
ａ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ、Ｃｏ−Ｃｒ−
Ｔａ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ−Ｔｉ等、特に一般的に
面内磁気記録に用いられているＣｏ系の合金を用いるこ
とができる。

【００５０】磁気記録媒体は、物理的蒸着法、特にＤＣ
スパッタ法を用いて製造する場合に量産効果が期待され
る。ただし、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法
等、上記ＤＣスパッタ法以外のスパッタ法を用いた場合
でも本発明と同様の効果が得られる。例えば、Ｃｒ、Ｍ
ｏおよびＷの３元素、または、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのいずれ
かの元素を主たる成分とし、Ｔｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉのグループ選ばれる少なくとも１つの
元素とを含む金属からなるターゲットを、窒素と酸素を
含有したガス雰囲気中で反応スパッタすることにより、
酸素および窒素を含有した下地層３を形成できる。

【００５１】図２は、本発明の磁気記憶装置に用いる磁
気ヘッドの記録再生部の摸式図である。この磁気ヘッド
は、基体２１上に形成された記録用の電磁誘導型磁気ヘ
ッドと再生用のＭＲヘッドとを併せ持つ複合型ヘッドで
ある。

【００５２】記録用電磁誘導型磁気ヘッドは、コイル２
２を挟む上部記録磁極２３と、下部記録磁極兼上部シー
ルド層２４とからなり、記録磁極２３、２４間のギャッ
プ層厚は０．２μｍである。また、コイル２２は、厚さ
３μｍのＣｕにより形成されている。

【００５３】再生用ＭＲヘッドは、磁気抵抗センサ２５
とその両端の電極パターン２６を有し、磁気抵抗センサ
２５は、ともに１μｍ厚の下部記録磁極兼上部シールド
層２４と下部シールド層２７とで挟まれている。両シー
ルド層２４、２７の層間距離は０．１５−０．２μｍで
ある。なお、図２では記録磁極２３、２４間のギャップ
層、および、下部記録磁極兼上部シールド層２４と磁気
抵抗センサ２５とのギャップ層は省略してある。

【００５４】磁気センサ２５の信号検出領域は、酸化Ａ
ｌのギャップ層２８上に、横バイアス層２９、分離層２
０１および磁気抵抗強磁性層２５が順次形成された構造
を有する。信号検出領域の両端には、磁気抵抗強磁性層
を単磁区化するための永久磁石層２０２と、その上に形
成された信号を取り出すための一対の電極２６が積層さ
れる。

【００５５】図３は、本発明による磁気記憶装置の実施
の形態の模式図である。この装置は、磁気ヘッド３１
と、この磁気ヘッド３１の駆動部３２と、磁気ヘッド３
１の記録再生信号処理手段３３と、磁気記録媒体３４
と、この磁気記録媒体３４を回転させる駆動部３５とか
ら構成される磁気記憶装置である。

【００５６】以下、いくつかの実施例により、本発明を
さらに具体的に説明する。

【００５７】＜実施例１＞まず、実施例１の磁気記録媒
体の製造方法を説明する。

【００５８】外径６５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ０．６
３５ｍｍの化学強化されたソーダライムガラスからなる
ディスク基板を洗浄および乾燥し、枚葉式のＤＣ（直
流）マグネトロンスパッタ装置の基板仕込み室に装填し
て真空に排気する。

【００５９】当該基板を中間層形成室、加熱室、下地層
形成室、磁性層形成室、保護層形成室、および取り出し
室の順に、真空度５×１０のマイナス６乗Ｐａ以下の主
排気槽を介しながら搬送し、それぞれの室でそれぞれの
膜を形成する。

【００６０】まず、ガラス基板上に、０．７Ｐａのアル
ゴン圧のもとで、Ｃｏ−３０原子％Ｃｒ−１０原子％Ｚ
ｒのターゲットに、４ｋＷの電力を加えて、膜厚２５ｎ
ｍのＣｏ−３０原子％Ｃｒ−１０原子％Ｚｒの合金から
なる中間層を形成する。

【００６１】次いで、基板を３００℃まで加熱した後、
０．７Ｐａの酸素ガスを通じ、中間層の表面を酸化す
る。その後、窒素を５体積％含有するアルゴン圧０．７
Ｐａの条件のもとで、Ｃｒ−２０原子％Ｔｉ−３分子％
ＺｒＯ２ターゲットに４ｋＷの電力を加えて、膜厚３０
ｎｍのＣｒ−２０原子％Ｔｉ−３分子％ＺｒＯ２の下地
層を積層する。

【００６２】この下地層の上に、０．７Ｐａのアルゴン
圧のもとで、Ｃｏ−２０原子％Ｃｒ−１０原子％Ｐｔタ
ーゲットに、１ｋＷの電力を加えて、膜厚１５ｎｍのＣ
ｏ−２０原子％Ｃｒ−１０原子％Ｐｔの合金からなる磁
性層を形成する。

【００６３】さらに、０．８Ｐａのアルゴン圧のもとで
カーボンターゲットに１．５ｋＷの電力を加えて、膜厚
１５ｎｍのカーボン保護層を形成する。

【００６４】保護層を形成した後、テフロン粒子等の微
細マスクを介して、上記保護膜を酸素やアルゴンプラズ
マによりエッチングすることにより、表面に微細な凹凸
を形成し、当該保護膜上に吸着性のパーフルオロアルキ
ルポリエーテル等の潤滑層を形成して、本発明によるガ
ラス磁気ディスクを完成する。

【００６５】比較例として、アルゴン圧０．７Ｐａの条
件のもとでＣｒ−２０原子％Ｔｉのターゲットに４ｋＷ
の電力を加えて、膜厚３０ｎｍのＣｒ−２０原子％Ｔｉ
の下地層を積層したガラス磁気ディスクを、下地層の組
成以外上記と同一条件で作製した。

【００６６】こうして形成した磁気ディスクの静磁気特
性（保磁力Ｈｃ）や電磁変換特性（媒体ノイズ、出力分
解能）を以下に述べる方法により評価した。

【００６７】すなわち、静磁気特性は、上記磁気ディス
クを、半径１７ｎｍの位置で８ｍｍ×８ｍｍの略正方形
状に切り出し、片面の磁性膜を削り落とし、振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）を用いて最大印加磁界１３ｋＯｅで、
記録時における磁気記録媒体に対する磁気ヘッドの相対
的な走行方向に磁界を印加して保磁力Ｈｃを求めた。

【００６８】また、電磁変換特性の評価には、記録用に
ギャップ長０．４μｍ、トラック幅１．６μｍの薄膜型
ヘッド、再生用にシールド間隔０．２μｍ、トラック幅
１．４μｍのＭＲヘッドを有する記録再生分離型（複合
型）ヘッドを用い、孤立波（５ｋＦＣＩ）の出力および
高周波（２４０ｋＦＣＩ、２５０ｋＦＣＩ）の出力はス
ペクトラムアナライザを用いて測定して、１平方インチ
当たり３ギガビット、線記録密度２４０ｋＦＣＩの時の
媒体ノイズおよび出力分解能の値を求めた。

【００６９】上記した、Ｃｒ−２０原子％Ｔｉに３分子
％ＺｒＯ₂および窒素を添加した下地層を用いた、本発
明の実施例１による媒体は、保磁力Ｈｃが２．３ｋＯｅ
であり、Ｃｒ−２０原子％Ｔｉの下地層を用いた比較例
の媒体よりも約０．１ｋＯｅ程度高く、また、残留磁束
密度と磁性層厚との積Ｂｒ×ｔの値は６ｍＡであった。
実施例１の媒体を、図３の磁気記憶装置に組み込んで電
磁変換特性を評価したところ、媒体ノイズは、比較例に
比べて約２０％低減した。

【００７０】実施例１の媒体および比較例の媒体のＸ線
回折分析を行った結果、いずれの場合も、Ｃｒ（２０
０）面およびＣｏ（１１．０）面の回折パターンが認め
られ、磁性層の磁化容易軸（ｃ軸）が実質的に面内方向
に配向した結晶成長が確認された。

【００７１】さらに、磁性層の透過電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）観察を行ったところ、Ｃｒ−２０原子％Ｔｉに３分
子％ＺｒＯ₂および窒素を添加した下地層を用いた実施
例１のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金層の平均結晶粒経は約１１
ｎｍであり、比較例に比べて約１０％微細化された。ま
た、粒径の標準偏差も約１０％低下した。

【００７２】このような磁性膜の粒径微細化、均一化の
効果により、実施例１の媒体では、比較例に比べて媒体
ノイズが低下している。また、実施例の媒体をオージェ
電子分光分析して、深さ方向の薄膜の濃度プロファイル
を測定した結果、下地膜中の酸素濃度は２〜８原子％、
窒素濃度は３〜１２原子％の範囲であり、下地膜の膜厚
方向に著しい濃度分布は認められなかった。

【００７３】＜実施例２＞Ｃｒを主成分とし、Ｔｉと、
Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグループから
選ばれた１つの元素Ｘと、酸素と、窒素とを含有する下
地層の例として、（８０−ａ−ｂ−ｃ）Ｃｒ−２０原子
％Ｔｉ−ａＸ−ｂＯ−ｃＮ（ａ、ｂおよびｃは、それ
ぞれ元素Ｘ、酸素および窒素の原子％単位の濃度値を示
す）の下地層において、図４の表に示すように、添加元
素Ｘの元素（Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ）およ
び添加量を変えて、下地層の組成以外は実施例１と同様
の方法により、１２種類の下地層を用いた磁気記録媒体
（１）〜（１２）を作製した。ここで、Ｙ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、Ａｌ、ＳＩのグループ選ばれる元素Ｘの添加
濃度は，１原子％以上、３０原子％以下であり、下地層
中の酸素と窒素の合計濃度は３原子％以上、３０原子％
以下である。下地層中の酸素および窒素濃度は成膜中の
Ａｒガス中の酸素および窒素添加量により制御した。

【００７４】また、比較のために、Ｃｒ下地層を用いた
媒体を下地層の組成以外は上記と同一条件で作製し、こ
れを比較例とした。

【００７５】実施例１と同様の方法により、磁気記録媒
体の静磁気特性および線記録密度２４０ｋＦＣＩの時の
媒体ノイズＮｄを求めた。その結果を、媒体の保磁力Ｈ
ｃおよび媒体ノイズとの関係として、図４の表の右２欄
に示す。

【００７６】実施例２の１２種類の下地層を用いた磁気
記録媒体（１）〜（１２）の保磁力Ｈｃは２．３〜２．
５ｋＯｅであり、Ｃｒ下地層を用いた比較例よりも約
０．５〜０．７ｋＯｅ高い。さらに、媒体のノイズは、
比較例に比べて２０〜４０％低減した。

【００７７】また、残留磁束密度と磁性層厚の積Ｂｒ×
ｔは４ｍＡ〜１０ｍＡであった。

【００７８】一方、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ
のグループから選ばれる元素Ｘの添加濃度が１原子％未
満では保磁力Ｈｃは１．９ｋＯｅ以下となり、３０原子
％を超えた場合も、磁性膜の結晶配向性が劣下して、保
磁力Ｈｃが１．９ｋＯｅ以下となった。

【００７９】また、酸素および窒素の合計添加濃度が、
３原子％未満では結晶粒を微細化する効果が小さく、媒
体ノイズの低下は認められなかった。逆に、酸素および
窒素の合計添加濃度が、３０原子％を超えると、磁性膜
の結晶配向性が劣下して、保磁力Ｈｃが１．９ｋＯｅ以
下となった。

【００８０】さらに、下地層の主成分としてｂｃｃ構造
のＭｏ、Ｗを用いた場合には下地層中の酸素と窒素の合
計濃度は５原子％以上、２０原子％以下の範囲におい
て、ノイズが１０〜３０％低減した。また、このとき保
磁力Ｈｃは２．０〜２．３ｋＯｅであった。

【００８１】＜実施例３＞図５は、実施例３による薄膜
磁気記録媒体（磁気ディスク）の断面構造を模式的に示
したものである。

【００８２】まず、製造方法を説明する。実施例１と同
様のガラス基板４１を、基板加熱温度１５０℃、アルゴ
ン圧０．７Ｐａの条件のもとでＡｌ−１５原子％Ｃｒタ
ーゲットに０．５ｋＷの電力を加えて、膜厚約１０ｎｍ
のＡｌ−Ｃｒの合金突起形成層４２を形成する。

【００８３】次に、０．７Ｐａのアルゴン圧のもとで、
Ｎｉ−２０原子％Ｚｒのターゲットに４ｋＷの電力を加
えて、膜厚３０ｎｍのＮｉ−２０原子％Ｚｒの中間層４
３を積層する。

【００８４】さらに、０．７Ｐａのアルゴン圧のもとで
Ｃｒ−２０原子％Ｔｉ−５分子％ＳｉＯ₂のターゲット
に４ｋＷの電力を加えて、各種膜厚のＣｒ−２０原子％
Ｔｉ−５分子％ＳｉＯ₂の下地層４４を積層する。

【００８５】この下地層４４の上に、０．７Ｐａのアル
ゴン圧のもとで、Ｃｏ−２３原子％Ｃｒ−１０原子％Ｐ
ｔのターゲットに１ｋＷの電力を加えて、膜厚１３ｎｍ
のＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔの合金からなる磁性層４５を形成す
る。

【００８６】さらに、０．８Ｐａのアルゴンと水素混合
ガス圧のもとでカーボンターゲットに１．５ｋＷの電力
を加えて、膜厚１０ｎｍの、水素を１０原子％添加した
カーボン保護層４６を形成し、当該保護膜上に吸着性の
パーフルオロアルキルポリエーテル等の潤滑層を形成し
てガラス磁気ディスクとした。

【００８７】この実施例３の磁気ディスクを、実施例１
と同様の磁気記憶装置であって、再生用磁気ヘッドとし
て、図６に示すＧＭＲセンサを用いて電磁変換特性を測
定した。

【００８８】図５に示すように、このＧＭＲセンサは、
ギャップ層５１上に、膜厚５ｎｍのＴａバッファ層５
２、膜厚６ｎｍの第１の磁性層５３、膜厚２．５ｎｍの
Ｃｕ中間層５４、膜厚１ｎｍの第２の磁性層５５、およ
び、膜厚３０ｎｍのＣｒ−Ｍｎ−Ｐｔ反強磁性合金層５
６が順次形成された構造である。

【００８９】上記第１の磁性層にはＮｉ−ＦｅまたはＣ
ｏ−Ｆｅ合金積層膜を使用し、第２の磁性層にはＣｏ−
Ｆｅ合金膜を使用した．反強磁性層からの交換磁界によ
り、第２の磁性層の磁化は一方向に固定されている．こ
れに対して、第２の磁性層と非磁性層を介して接する第
１の磁性層の磁化の方向は、磁気記録媒体からの漏洩磁
界により変化するため、抵抗変化が生じる。このような
二つの磁性層の磁化の相対的方向の変化に伴う抵抗変化
はスピンバルブ効果と呼ばれる。

【００９０】再生用ヘッドとして、図６のスピンバルブ
型ＧＭＲヘッド用いた実施例３における磁気ヘッドの諸
元を以下に示す。

【００９１】シールド間隔は０．１８μｍ、トラック幅
は１．１μｍ、記録用ヘッドのギャップ長は０．３５μ
ｍ、トラック幅は１．２μｍである。なお、テーパー部
は実施例１で用いたＭＲヘッドと同一構成である。

【００９２】上記磁気ヘッドと、上記磁気記録媒体を用
いて、１平方インチ当たり３ギガビット、線記録密度２
５０ｋＦＣＩの時の出力分解能の値を求めた結果を図６
に示す。比較例にはＣｒ−２０原子％Ｔｉの下地層を有
する媒体を用いた。

【００９３】図７は、下地層の膜厚と、線記録密度２５
０ｋＦＣＩの時の出力分解能との関係を示す。図７に示
すように、膜厚が２ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の範囲に
おいて、本発明の実施例３による、Ｃｒ−２０原子％Ｔ
ｉ−５分子％ＳｉＯ₂―Ｎの下地層の出力分解能が、Ｃ
ｒ−２０原子％Ｔｉの下地層の比較例の出力分解能を上
回ることが確認できた。

【００９４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の磁気記録媒
体は、Ｃｒを主成分とし、Ｔｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ａｌ、Ｓｉのグループ選ばれる少なくとも１つの元
素と、酸素と、窒素とを含有した下地層を用いることに
より、高い保磁力Ｈｃと低い媒体ノイズを両立して実現
することができ、高い出力分解能が得られた。

【００９５】さらに、本発明の磁気記憶装置は、上記の
ような高Ｓ／Ｎの磁気記録媒体とＭＲまたはＧＭＲ効果
ヘッドとを組み合わせて用いることにより、１平方イン
チ当たり３ギガビット以上と極めて高い面記録密度を有
する磁気ディスク装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による磁気記録媒体の断面
構造を示す模式図。

【図２】本発明の実施例１に用いる磁気記憶装置におけ
る磁気ヘッドの斜視図。

【図３】本発明の磁気記憶装置の模式図。

【図４】本発明の実施例２として下地層の組成と媒体の
保磁力および媒体ノイズとの関係を示す図表。

【図５】本発明の実施例３における磁気記録媒体の断面
構造を示す模式図。

【図６】本発明の実施例３における磁気記憶装置のＧＭ
Ｒヘッドセンサ部の断面図。

【図７】本発明の実施例３における磁気記録媒体の下地
層の膜厚と出力分解能との関係を示す図。

【符号の説明】

１…基板、２…中間層、３…下地層、４…磁性層、５…
保護膜、２１…基体、２２…コイル、２３…上部記録磁
極、２４…下部記録磁極兼上部シールド層、２５…磁気
抵抗センサ、２６…導体層、２７…下部シールド層、２
８…シールド層と磁気抵抗センサの間のギャップ層、２
９…横バイアス層、２０１…分離層、２０２…永久磁石
層、３１…磁気ヘッド、３２…磁気ヘッド駆動部、３３
…記録再生信号処理系、３４…磁気記録媒体、３５…磁
気記録媒体駆動部、４１…基板、４２…突起形成層、４
３…中間層、４４…下地層、４５…磁性層、４６…保護
膜、５１…ギャップ層、５２…バッファ層、５３…第１
の磁性層、５４…中間層、５５…第２の磁性層、５６…
反強磁性合金層

フロントページの続き (72)発明者鈴木博之神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に形成された下地層
と、この下地層上に形成された磁性層とからなる磁気記
録媒体において、前記下地層が、Ｃｒを主成分とし、Ｔ
ｉと、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグルー
プから選ばれる少なくとも１つの元素と、酸素と、窒素
とを含有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】下地層中の、Ｔｉの添加濃度と、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグループから選ばれ
る元素の添加濃度とが、いずれも、１原子％以上、３０
原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気
記録媒体。
【請求項３】下地層中の、Ｔｉの添加濃度と、Ｙ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＡｌおよびＳｉのグループから選ばれ
る元素の添加濃度とが、いずれも、３原子％以上、１０
原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気
記録媒体。
【請求項４】下地層中の酸素と窒素の合計添加濃度が、
３原子％以上、３０原子％以下であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の記載の磁気
記録媒体。
【請求項５】下地層中の酸素と窒素の合計添加濃度が、
５原子％以上、２０原子％以下であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気記録媒
体。
【請求項６】下地層の膜厚が２ｎｍ以上、５００ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれかに記載の磁気記録媒体。
【請求項７】磁性層のｃ軸が実質的に基板面内に配向し
ていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいず
れかに記載の磁気記録媒体。
【請求項８】磁気記録媒体と、この磁気記録媒体を駆動
する駆動部と、記録部および再生部からなる磁気ヘッド
と、この磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対運
動させる手段と、前記磁気ヘッドへの信号入力および前
記磁気ヘッドからの出力信号再生を行うための記録再生
信号処理手段を有する磁気記憶装置において、前記磁気
ヘッドの再生部が磁気抵抗効果型磁気ヘッドで構成さ
れ、かつ、前記磁気記録媒体が請求項１ないし請求項７
のいずれかに記載の磁気記録媒体であることを特徴とす
る磁気記憶装置。
【請求項９】磁気抵抗効果型ヘッドが、互いの磁化方向
が外部磁界によって相対的に変化することによって抵抗
変化を生じる複数の導電性磁性層と、この複数の導電性
磁性層の層間に配置された導電性非磁性層とを含む磁気
抵抗センサで構成されることを特徴とする請求項８記載
の磁気記憶装置。
【請求項１０】磁気抵抗効果型ヘッドの再生部が、互い
に０．２μｍ以下の距離だけ隔てられた軟磁性体からな
る２枚のシールド層の間に形成されており、かつ、磁気
記録媒体の磁性層の厚さｔと、記録時における磁気記録
媒体に対する磁気抵抗効果型ヘッドの相対的な走行方向
に磁界を印加して測定した残留磁束密度Ｂｒとの積Ｂｒ
×ｔが、４ｍＡ以上、１０ｍＡ以下であることを特徴と
する請求項８または請求項９記載の磁気記憶装置。