專利名稱：垂直磁記錄盤以及制造該盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及垂直磁記錄介質(zhì)，更特別地，涉及用于磁記錄硬盤驅(qū)動器中的具有垂直磁記錄層的盤。
背景技術(shù)：
在垂直磁記錄中，記錄的位以垂直的或離面取向存儲在記錄層中，其是磁記錄硬盤驅(qū)動器中實現(xiàn)超高記錄密度的有前途的方式。垂直磁記錄系統(tǒng)的一種常見的類型是使用“雙層”介質(zhì)的系統(tǒng)。這種類型的系統(tǒng)如圖1所示，具有單個寫極類型的記錄頭。雙層介質(zhì)包括形成在“軟”或相對低的矯頑力的導磁襯層(SUL)上的垂直磁數(shù)據(jù)記錄層(RL)。SUL用作從記錄頭的寫極到返回極的場的磁通返回路徑。圖1中，RL示出為具有垂直記錄或磁化的區(qū)域，相鄰區(qū)域具有相反的磁化方向，如箭頭所示。相鄰的相反方向磁化區(qū)域之間的磁轉(zhuǎn)變(magnetic transition)作為所記錄的位被讀元件或讀頭所檢測。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄盤的示意性剖面圖，顯示了作用在記錄層RL上的寫入場Hw。該盤還包括硬盤襯底、用于生長SUL的籽或起始(onsetOL)層、在SUL與RL之間的中間層(IL)、以及保護覆層(OC)。IL是非磁層或多層結(jié)構(gòu)，也稱作“交換中斷層”或EBL，其中斷SUL與RL的磁導膜之間的交換耦合，并促進RL的外延生長。盡管圖2沒有顯示，但是通常直接在SUL上沉積籽層，以促進IL的生長。如圖2所示，RL位于“表象(apparent)”記錄頭(ARH)間隙內(nèi)，與縱向或平面內(nèi)記錄相比其允許明顯較高的寫入場。ARH包括盤上方的作為實際寫入頭(RWH)的寫極(圖1)以及在RL底下的有效的次級寫極(secondary write poleSWP)。SUL促進了SWP，在寫入期間，SUL通過IL與RL去耦，并由于其高的磁導率產(chǎn)生RWH的磁鏡像。這有效地將RL帶入ARH的間隙，并允許在RL內(nèi)的大的寫入場Hw。
用于RL的一種類型的材料是顆粒鐵磁鈷合金，例如CoPtCr合金，具有基本上離面或垂直于RL定向的c軸的六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)。顆粒鈷合金RL還應(yīng)當具有良好隔離的精細晶粒結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生高矯頑力(Hc)介質(zhì)，并減小顆粒間交換耦合，顆粒間交換耦合是高本征介質(zhì)噪聲的根源。通過添加氧化物，包括Si、Ta、Ti和Nb的氧化物，實現(xiàn)了鈷合金RL中晶粒分離的提高。這些氧化物趨向于沉淀到晶粒邊界，并與鈷合金的元素一起形成非磁的晶粒間材料。H.Uwazumi等人的“CoPtCr-SiO2Granular Media forHigh-Density Perpendicular Recording”，IEEE Transactions on Magnetics，Vol.39，No.4，2003年七月，PP.1914-1918，公開了具有添加了SiO2的CoPtCr顆粒合金的RL的垂直磁記錄介質(zhì)。T.Chiba等人的“Structure and magneticproperties of Co-Pt-Ta2O5film for perpendicular magnetic recording media”，Journal of Magnetism and Magnetic Material，Vol.287，2005年二月，PP.167-171，公開了具有添加了Ta2O5的CoPt顆粒合金的RL的垂直磁記錄介質(zhì)。
鈷合金RL具有基本上離面或垂直磁各向異性，這是由于其hcp晶體結(jié)構(gòu)的c軸被誘導為在沉積期間基本上垂直于層的平面生長。為了誘導hcp RL的生長，其上形成RL的IL也是hcp材料。釕(Ru)和某些Ru合金例如RuCr是用于IL的非磁hcp材料。
通過添加的氧化物增強RL中的磁晶粒的分離對于實現(xiàn)高的面密度和記錄性能是重要的。顆粒間材料不僅有效地去耦晶粒間交換，而且也對RL中磁晶粒的尺寸和分布施加控制。目前的盤制造方法通過在IL上生長RL獲得了該分離RL，IL表現(xiàn)出其顆粒的柱狀生長。通過以相對高的濺射壓力濺射沉積IL實現(xiàn)了IL的柱狀生長。但是，在這種類型的IL上的RL的生長導致RL中產(chǎn)生了明顯的粗糙和不連續(xù)，并因此降低了保護性O(shè)C的機械完整性。較差的OC覆蓋、RL中的粗糙度以及IL的柱狀生長為水和腐蝕劑通過這些層遷移并與SUL互相作用提供了相對容易的路徑。在較低的濺射壓力下形成IL能夠降低RL粗糙度并提高盤的抗腐蝕性。但是，具有以較低濺射壓力形成的IL的盤表現(xiàn)出明顯降低的矯頑力以及因此的較差的記錄性能。
需要的是一種垂直磁記錄盤，其具有添加的氧化物的顆粒鈷合金RL，并且表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性而不會危害記錄性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種垂直磁記錄盤，具有包含添加的氧化物或多種氧化物的顆粒鈷合金記錄層(RL)、在SUL上作為交換中斷層的中間層(IL)、以及在IL與RL之間的超薄的成核膜(NF)。在制造該盤的方法中，在實質(zhì)上上低于現(xiàn)有技術(shù)的濺射壓力下沉積IL，由此降低RL和覆層(OC)的粗糙度，而以實質(zhì)上較高的濺射壓力沉積NF和RL。所獲得的盤與具有以高濺射壓力沉積的IL而沒有NF的類似盤相比，具有良好的記錄特性和增強的抗腐蝕性。
NF是超薄的，小于大約1.5納米，并且優(yōu)選地小于大約1納米。在該厚度情況中，厚度是不連續(xù)膜的“平均”厚度，因此其上沉積了RL的表面包括IL材料以及NF材料的簇(cluster)或區(qū)域。在一個實施例中，NF是Ta、Ti、Nb、Si、Mn或Hf的氧化物。除了氧化物之外，NF也可以包括Co或Co合金。
應(yīng)當結(jié)合附圖參照下面的詳細說明，以對本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點進行更全面的理解。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄系統(tǒng)的示意圖；圖2是按照現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄盤的示意性剖面圖，顯示了寫入場；圖3是按照現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄盤的示意性剖面圖，示出了反鐵磁耦合的SUL；圖4是盤的一部分的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，具有形成在Ru雙層的IL上的CoPtCr-SiO2RL；圖5是按照本發(fā)明的垂直磁記錄盤的示意性剖面圖，顯示了IL與RL之間的成核膜(NF)；圖6是對于按照本發(fā)明在IL與RL之間具有成核膜的盤，作為RL濺射壓力的函數(shù)的RL矯頑力的曲線圖；圖7是對于按照本發(fā)明在IL與RL之間具有成核膜的盤，作為RL沉積或生長速率的函數(shù)的RL矯頑力的曲線圖。
具體實施例方式
圖3是按照現(xiàn)有技術(shù)的垂直磁記錄盤的示意性剖面圖，示出了反鐵磁耦合的SUL。構(gòu)成盤的各種層位于硬盤襯底之上。襯底可以是任何市場上可獲得的玻璃襯底，也可以是傳統(tǒng)的具有NiP或其它已知表面涂層的鋁合金，或者供選擇的襯底，例如硅、硅堿鈣石或碳化硅。SUL位于襯底上，或者直接位于襯底上或者直接位于黏附層或OL上。OL促進SUL的生長，并且可以是厚度大約為2-5納米(nm)的AlTi合金或者類似的材料。在圖3的盤中，SUL是由通過層間膜(例如Ru、Ir和Cr)分開的多個軟磁層(SULa和SULb)形成的層疊或者多層的SUL，所述層間膜用作反鐵磁(AF)耦合膜，以便調(diào)節(jié)SULa與SULb之間的反鐵磁交換耦合。在美國專利6,686,070 B1和6,835,475 B2中描述了這種類型的SUL。但是，代替AF耦合的SUL，SUL可以是單層的SUL或者是由多個軟磁膜形成的非AF耦合的層疊或多層的SUL，所述多個軟磁膜通過非磁膜例如碳或SiN的膜或者Al或CoCr的導電膜分隔開。SUL層或多層由非晶的磁導材料形成，例如合金CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeB和CoZrNb。SUL的厚度通常在大約50-400納米的范圍內(nèi)。形成在RL上的OC可以是非晶的“類金剛石”碳膜或其它已知的保護覆層例如氮化硅(SiN)。
SUL上的非磁IL是具有六角密堆積(hcp)晶體結(jié)構(gòu)的非磁金屬或合金，用于控制顆粒RL中的hcp晶體取向。IL促進了hcp顆粒RL的生長，使其c軸基本上垂直地定向，由此導致垂直磁各向異性。對于IL通常使用的材料是釕(Ru)，但是其它的材料包括選自于Ti、Re和Os的金屬、以及含有至少一種選自于Ti、Re、Ru和Os的元素的合金，包括Ru基合金例如RuCr合金。IL可以形成在籽層(SL)上，SL形成在SUL上。
RL是具有顆粒間材料的顆粒鐵磁Co合金，顆粒間材料包括氧化物或多種氧化物。氧化物通常是Si、Ta、Ti和Nb中的一種或多種的氧化物。RL也可以含有Cr，Cr的一種或多種氧化物也可以作為顆粒間材料存在。
圖4是盤的一部分的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，具有形成在Ru雙層的IL上的CoPtCr-SiO2RL。圖4顯示了RL的分離屬性，即，由主要是SiO2的顆粒間材料分離的磁晶粒。IL是以相對低的壓力(6mTorr)濺射沉積的第一Ru層(5納米)，之后是以相對高的壓力(36mTorr)濺射沉積的第二Ru層(12納米)。IL中柱狀生長的上面Ru層驅(qū)動了RL中的磁晶粒的分離，如圖4所示。據(jù)信柱狀生長是由于濺射顆粒的低的表面遷移率導致的，低的表面遷移率是由于在高壓濺射環(huán)境中經(jīng)歷的大量碰撞而導致動能損失的結(jié)果。IL的高壓濺射沉積能夠使RL中相鄰的顆粒柱具有與OC厚度相當?shù)母叨茸兓?，這能夠在OC中產(chǎn)生層錯(fault)。RL中的顆粒間區(qū)域也表現(xiàn)出高密度的空隙和結(jié)晶層錯，其能夠為濕氣和腐蝕氣體提供路徑從而與下面的SUL相互作用。
在IL的沉積期間降低濺射壓力來提高盤的抗腐蝕性是已知的。例如，對于如上所述具有雙層Ru IL的盤，在沉積上面的Ru層期間，濺射壓力從46mTorr降低到36mTorr提高了盤的抗腐蝕性。但是，濺射壓力降低較大導致RL在矯頑力和成核場方面具有不可接受的值。為了實現(xiàn)超高記錄密度例如大于200Gbits/in2的高性能垂直磁記錄盤，RL應(yīng)當表現(xiàn)出低的固有介質(zhì)噪聲(高的信噪比或SNR)、大于大約5000Oe的矯頑力Hc、以及大于(或更負)大約-1500Oe的成核場Hn。成核場Hn具有幾種含義，但是此處使用的是反向場，優(yōu)選地是在M-H磁滯回線的第二象限，此處磁化強度下降到其飽和值Ms的90％。成核場越負，則剩磁狀態(tài)越穩(wěn)定，因為需要更大的反向場來改變磁化方向。表1顯示了對于盤的Hc和Hn的值，該盤具有CoPtCr-SiO2RL以及在不同濺射壓力下沉積的16納米厚的Ru75Cr25的IL，其中下標表示原子百分比(at.％)。
表1

表1顯示出，當IL的濺射壓力降低時，觀察到Hc和Hn中的明顯損失。據(jù)信，這是由于IL-RL界面處的界面形態(tài)例如粗糙度的改變，其阻礙了RL顆粒的預(yù)期分離并由此阻礙了高Hc和Hn的發(fā)展。
圖5顯示了按照本發(fā)明的垂直磁記錄盤。該結(jié)構(gòu)類似于圖3的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，但是在IL與RL之間包括超薄的成核膜(NF)。該盤具有高Hc和Hn的RL，但是利用不要求在高濺射壓力下沉積的IL的方法制造。以相對低的濺射壓力(小于大約12mTorr)沉積IL。結(jié)果，沒有在RL和OC中引起粗糙，因此未增加腐蝕敏感性。NF控制RL磁晶粒的分離，而不負面影響RL的外延生長，外延生長對于使RL的c軸離面取向是需要的。NF是超薄的，小于大約1.5納米，優(yōu)選地小于大約1.0納米。在該厚度狀態(tài)中，厚度是不連續(xù)膜的“平均”厚度，因此其上沉積了RL的表面包括IL材料以及NF材料的簇或區(qū)域。以相對高的濺射壓力(大于大約30mTorr)沉積NF從而促進在IL上形成簇。此外，當以相對低的沉積或生長速率在NF上沉積RL時，提高了RL中的磁晶粒的分離。
表2顯示了對于盤的Hc和Hn的值，該盤具有CoPtCr-SiO2RL以及在兩種不同的低濺射壓力下沉積的16納米厚的Ru75Cr25的IL，但是在沉積RL之前厚度小于0.3納米的Ta2O5的NF形成在IL上。
表2

如表2所示，矯頑力和成核場比表1中的值明顯增加，表1中RL生長在高壓濺射沉積的Ru75Cr25IL上，而沒有NF。
表2的數(shù)據(jù)是針對由Ta的氧化物形成的NF。然而，相信NF的益處可擴展到其它的氧化物，例如Ti、Nb、Si、Mn和Hf的氧化物。
除了氧化物之外，NF也可以包括Co或Co合金。在一個示例中，NF是通過從Co、Cr56Pt44和Ta2O5靶共同濺射形成的0.3納米厚的CoCrPt-Ta2O5膜。測試此NF的各種成分，Co含量的范圍從大約8至62at.％。對于NF中Co含量小于大約50at.％，RL的矯頑力大于6000Oe。Co的該含量實質(zhì)上小于RL中存在的Co的at.％，RL中Co的at.％通常大于約50at.％。
除了氧化物之外，NF也可以包括Ru。在一個示例中，NF是從單個靶濺射的0.5至1.5nm厚的Ru-Ta2O5膜，所述靶制造為含有范圍從70％至96％的Ru量。測試具有此NF的各種成分的盤，最佳結(jié)果是Ta2O5含量范圍從大約4至15at.％(Ru含量在大約85至96at.％之間)的NF。從單個Ru-Ta2O5靶濺射的NF在記錄性質(zhì)方面產(chǎn)生了可與通過共同濺射Ru和Ta2O5制造的NF相當?shù)母纳啤?br> 對于具有Co或鈷合金的NF，如果以明顯高于IL濺射壓力的濺射壓力并且在相對低的沉積或生長速率下沉積RL，則提高了記錄性能。對于Co81(Ta2O5)19NF及CoPtCr-SiO2RL以及在9.7mTorr沉積的Ru75Cr25IL，圖6顯示了矯頑力與濺射壓力之間的關(guān)系。在大約30和60mTorr之間的濺射壓力獲得了RL的矯頑力的最佳值。對于Co81(Ta2O5)19NF及CoPtCr-SiO2RL以及在9.7mTorr沉積的Ru75Cr25IL，圖7顯示了RL矯頑力與RL生長速率之間的關(guān)系。
NF也可以由兩種或多種元素的合金形成，所述元素包括Co、Cr、Ti、Zr、Mo、V和W。在一個示例中，由Co(Cr56Pt44)形成的NF提供了與含有氧化物的NF類似的結(jié)果。
本發(fā)明的盤與沒有成核膜而制造的類似盤相比也提供了SNR改善。分別對具有在46、9.7和4mTorr生長的單個Ru75Cr25IL的盤以大約750kfci(每英寸的千通量改變)的線密度執(zhí)行的SNR測量分別顯示了當濺射壓力從46下降到9.7和4mTorr時，5.6和8dB的SNR損失。這與對于分別在9.7和4mTorr的濺射沉積記錄噪聲增加3.6倍和6.3倍是一致的。相反，對于在以9.7和4mTorr生長的Ru75Cr25IL上具有CoPtCr-Ta2O5NF的盤，SNR顯示出分別只有1.0和2.7dB的SNR損失。在具有Ta2O5和(Cr56Pt44)(Ta2O5)的NF的結(jié)構(gòu)中測量到了類似的改善。
對抖動和誤碼率(BER)的測量也顯示出本發(fā)明的盤與沒有成核膜而制造的類似盤相比提供了改善。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例特別地顯示和說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下，可以進行形式和細節(jié)上的各種改變。因此，所公開的發(fā)明應(yīng)當僅理解為示意性的，范圍上的限制只由后附的權(quán)利要求指定。
權(quán)利要求
1.一種垂直磁記錄介質(zhì)，包括襯底；所述襯底上的導磁材料的襯層；形成在所述襯層上的非磁中間層；在所述襯層上并包括顆粒鐵磁Co合金的垂直磁記錄層；以及在所述中間層與所述記錄層之間的成核膜，所述成核膜具有小于大約1.5nm的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述成核膜具有小于大約1.0nm的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述成核膜是不連續(xù)膜。
4.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述成核膜包括選自于由Ta、Nb、Ti、Si、Mn和Hf構(gòu)成的組的元素的一種或多種氧化物。
5.如權(quán)利要求4所述的介質(zhì)，其中所述成核膜包括Co，所述成核膜中Co的原子百分比at.％基本上小于所述記錄層中Co的at.％。
6.如權(quán)利要求4所述的介質(zhì)，其中所述成核膜包括Ru和Ta2O5，所述成核膜中Ru的原子百分比在大約85至96之間。
7.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述成核膜包括Co、Cr、Ti、Zr、Mo、V和W中的兩種或更多種的合金。
8.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述中間層包括選自于Ru、Ti、Re和Os的金屬。
9.如權(quán)利要求8所述的介質(zhì)，其中所述中間層包括含有選自于Ru、Ti、Re和Os的至少一種元素的合金。
10.如權(quán)利要求9所述的介質(zhì)，其中所述中間層包括RuCr合金。
11.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述導磁材料的襯層由選自于由合金CoFe、CoNiFe、NiFe、FeCoB、CoCuFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr和CoZrNb構(gòu)成的組的材料形成。
12.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述導磁材料的襯層是由非磁膜隔開的多個導磁膜的層疊。
13.如權(quán)利要求12所述的介質(zhì)，其中所述層疊中的所述非磁膜提供所述層疊中的導磁膜的反鐵磁耦合。
14.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中所述記錄層進一步包括Si、Ta、Ti和Nb中的一個或更多個的一種或更多種氧化物。
15.一種垂直磁記錄盤，包括襯底；所述襯底上的導磁材料的襯層；在所述襯層上且包括選自于Ru和Ru合金的材料的非磁中間層；垂直磁記錄層，包括顆粒鐵磁Co合金以及Si、Ta、Ti和Nb中的一個或多個的一種或多種氧化物；以及在所述中間層與所述記錄層之間的不連續(xù)成核膜，所述成核膜具有小于大約1.0nm的厚度。
16.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述成核膜包括選自于由Ta、Nb、Ti、Si、Mn和Hf構(gòu)成的組的元素的一種或多種氧化物。
17.如權(quán)利要求16所述的盤，其中所述成核膜包括Co，所述成核膜中Co的原子百分比at.％基本上小于所述記錄層中Co的at.％。
18.如權(quán)利要求16所述的盤，其中所述成核膜包括Ru和Ta2O5，所述成核膜中Ru的原子百分比在大約85和96之間。
19.如權(quán)利要求15所述的盤，其中所述成核膜包括Co、Cr、Ti、Zr、Mo、V和W中的兩種或更多種的合金。
20.一種垂直磁記錄系統(tǒng)，包括權(quán)利要求15所述的盤；用于磁化所述盤的記錄層中的區(qū)域的寫入頭；以及用于檢測所述磁化區(qū)域之間的轉(zhuǎn)變的讀取頭。
21.一種用于制造垂直磁記錄盤的方法，所述垂直磁記錄盤具有襯底；所述襯底上的導磁材料的襯層；在所述襯層上包括Ru的非磁中間層；垂直磁記錄層，包括顆粒鐵磁Co合金以及Si、Ta、Ti和Nb中的一個或多個的一種或多種氧化物；以及在所述中間層與所述記錄層之間的成核膜，該方法包括在小于大約12mTorr的濺射壓力下濺射沉積所述中間層；在大于大約30mTorr的濺射壓力下，在所述中間層上濺射沉積所述成核膜至小于大約1.5nm的厚度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中濺射沉積中間層包括濺射沉積Ru合金中間層。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中濺射沉積成核膜包括濺射沉積含有選自于由Ta、Nb、Ti、Si、Mn和Hf構(gòu)成的組的元素的一種或多種氧化物的膜。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中濺射沉積成核膜包括濺射沉積含有Co的膜，所述成核膜中Co的原子百分比at.％基本上小于所述記錄層中Co的at.％。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中濺射沉積成核膜包括濺射沉積含有Ru和Ta2O5的膜，所述成核膜中Ru的原子百分比在大約85和96之間。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，進一步包括在大于大約30mTorr的濺射壓力下，在所述成核膜上濺射沉積所述記錄層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種垂直磁記錄盤，具有包含添加的氧化物或多種氧化物的顆粒鈷合金記錄層(RL)、在“軟”磁底層(SUL)上作為交換中斷層的中間層(IL)、以及在IL與RL之間的超薄成核膜(NF)。在制造該盤的方法中，在相對低的濺射壓力下沉積IL，由此降低RL和保護覆層(OC)的粗糙度，而以顯著較高的濺射壓力沉積NF和RL。所獲得的盤與通過以較高濺射壓力沉積IL而沒有NF的類似盤相比，具有良好的記錄特性和增強的抗腐蝕性。NF可以是平均厚度小于大約1納米的不連續(xù)膜。
文檔編號G11B5/738GK1988005SQ20061017121
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者歐內(nèi)斯特·E·馬林尼羅 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司