具有控制晶粒生长和结晶取向的种子层的结构的制作方法_3

文档序号:8923607阅读:来源:国知局
区112和非成核区114之间的化学对比仍可以在第一和/或第二底层104、106的任何暴露区域没有氧化的情况下实现。例如,这可以是在第一和/或第二底层104、106固有地具有与包括外延种子层108的材料不同的表面自由能的方法中的情形。另外,无论外延种子层的蚀刻终止在外延种子层108、第一底层104和/或第二底层106内,具有与外延种子层材料不同的表面自由能的附加材料可被沉积到非成核区114中。沉积在非成核区114上且深度小于外延种子层108的厚度的附加材料120的图示被示于图1C的结构123中。在一些方法中,在非成核区114的该附加材料的厚度可以约等于成核区112的厚度,使得其间没有形貌对比。然而,在优选的方法中,在非成核区114中的附加材料的厚度可以小于成核区112的厚度,使得其间存在化学对比和形貌对比。
[0068]此外,同样重要的是注意,在一些方法中,成核区112和非成核区114之间可能没有化学对比。因此,当成核区112和非成核区114之间仅存在形貌对比时,形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核;然而,所述层可以为低程度的结晶取向(例如,由6度或更大的摇摆曲线宽度测量)。相反,当形貌对比和化学对比二者都存在于成核区112和非成核区114之间时,形成在外延种子层108上方的附加层可以在目的性地/有意地定位的成核区112处成核,并具有高度的结晶取向(例如,由小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0069]愈合层(healinglayer)
[0070]外延种子层108的蚀刻可以导致对其表面的损伤。因此,在一个实施例中,在蚀刻工艺之后和/或在外延种子层108上方形成任意层之前,方法100可以可选地包括清洁/抛光工艺。该可选的清洁/抛光工艺可以包括等离子体清洁工艺、热工艺或诸如本领域已知的其它适当的工艺。该可选的清洁/抛光工艺可有助于减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。此外,该可选的清洁/抛光工艺可有助于去除存在于外延种子层108、第二底层106和/或第一底层108的暴露表面上的任何不希望的氧化。
[0071]在一个实施方式中,愈合层122可直接在外延种子层108的上表面上形成,以帮助减少与外延种子层108和/或通过蚀刻工艺产生的底层(例如104、106)的暴露区相关联的缺陷。分别见图1A、1B和IC的结构109、117和125。此愈合层122可以有助于提高附加层可以形成在其上的表面的结晶度。此愈合层122可以覆盖成核区112的顶部并填充其间的间隙(即,填充非成核区114)。愈合层122的材料也可以在每个成核区112上方成核,使得在成核区112上的愈合层122的厚度可以不同于(例如,优选地大于)在非成核区114上的愈合层122的厚度。
[0072]愈合层122可以通过溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术沉积而沉积在结构化外延种子层108上方。在另外的方法中,愈合层122可在升高的/高的沉积温度被沉积,以改善愈合层122的形成/生长和/或结晶取向。
[0073]在一些方法中,在直接于外延种子层108的上表面上形成愈合层122之前,外延种子层108的上表面可以或可以不被清洗。例如,在外延种子层108和/或第一和第二底层104、106的暴露表面被充分清洁以允许外延生长的方法中,愈合层122可被省略。备选地,在整个方法100在真空下进行的其它方法中,方法100可以不包括可选的清洁/抛光工艺和/或愈合层122直接在外延种子层108的上表面上的可选形成。
[0074]在一些方法中,愈合层122可以包括选自由Pt、Pd、Au、Ru、RuAl、RuRh、NiW、MgO、Cr、TiN, Rh、Ir和其组合组成的组的材料。在具体的方法中,愈合层122可包括防腐材料,例如不氧化的材料。
[0075]在具体的方法中,愈合层122可以包含具有期望的且特定的结晶取向的物理特征。在优选的方法中,愈合层122可以具有基本上沿着垂直于衬底上表面的轴线的结晶取向。
[0076]在更优选的方法,愈合层122包括一种或多种材料,该一种或多种材料与外延种子层108的所述一种或多种材料相同和/或具有与其相同的晶体织构/结晶取向。其中愈合层122包括与外延种子层108相同的材料的方法是优选的,因为这样的愈合层将引入零界面能,并有助于使成核区112自蚀刻损伤恢复。不管通过蚀刻工艺产生的任何杂质和/或缺陷,在其中愈合层122和外延种子层108 二者均包括具有相同结晶取向的材料的情形下,愈合层122直接形成在外延种子层108上仍然可能导致在愈合层122上方形成的附加层的窄摆动角度(例如,小于6度,优选地小于3度)的织构生长。
[0077]在各种方法中,愈合层122可以具有与形成在其上的任何附加层的适当的或期望的晶格匹配。因此,在优选的方法中,愈合层122可以具有可促进沉积在其上的任何附加层的外延生长和晶体织构的自然生长取向。例如,愈合层122的(111)晶体织构可以促进NiAl (110)、Ru (002)和/或CoCrPt (002)附加层的生长。此外,愈合层122的(002)结晶织构可以促进FePtLlO (001)附加层的生长。因此,在另外的方法中,外延种子层108的材料及其晶体织构/结晶取向可以被选择,以促进在其上形成的附加层的生长和所需结晶织构/结晶取向(例如,具有恰当的晶格匹配的织构/取向)。
[0078]附加层
[0079]方法100还包括在外延种子层108和/或愈合层122 (如果存在)上方形成一个或多个附加层124。分别见图1A、1B和IC的结构111、119和127。这些附加层124的每个可以是非磁性的或磁性的、结晶的或非结晶的。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果,所述一个或多个附加层124相对于成核区112的生长被启动。此外,在所述一个或多个附加层124的生长期间,当表面形貌持续,例如经由阴影效应,其中的晶面的外延对准随着生长继续也可以向上传播。因此,所得到的一个或多个附加层124可表现出高度的结晶取向(由例如小于6度的摇摆曲线宽度测量)。
[0080]在各种方法中,所述一个或多个附加层124中的至少一个可以是磁记录层。作为成核区112和非成核区114之间的形貌对比和/或化学对比的结果,一个或多个磁性晶粒可以在成核区112处成核,从而导致磁性晶粒或磁岛生长在期望的且目的性定位的位置处。除了成核区112与磁性晶粒或磁岛之间的配准之外,磁记录层也可以具有高度的结晶取向(如由小于6度的摇摆曲线宽度测量的),其中每个磁性晶粒可以基本上沿着衬底法线取向。在优选的方法中,磁记录层可具有约2nm至约30nm之间的晶粒间距。在另外的优选方法中,磁记录层可以包括已知的隔离(segregant)材料,以帮助隔离磁性晶粒或磁岛。
[0081]所述一个或多个附加层124可以经由溅射沉积、离子束沉积、化学气相沉积、蒸发工艺、或诸如本领域技术人员通过阅读本公开可以理解的其它技术而被沉积在外延种子层108或愈合层122上方。在另外的方法中,所述一个或多个附加层124可在升高的/高的沉积温度被沉积,以改善所述层的柱状生长和/或结晶取向。
[0082]应用/用途
[0083]在具体的方法中,此处公开的结构,如通过方法100形成的那些结构,对磁记录介质可以是特别有用的。磁记录介质自20世纪50年代被推出后已经得到发展。正在不断进行努力以增加磁介质的面记录密度(即,位密度(bit density))。为了提高记录密度,垂直记录介质(PMR)已经被开发并被发现优于纵向记录介质。在PMR中,位磁化在膜平面外取向,而在纵向记录介质中,位磁化基本上在膜平面内取向。
[0084]磁介质的面记录密度也可以通过改善磁性晶粒的磁行为(例如晶粒之间磁交换的分布)和结构分布(如晶粒间距分布)得以提高。因此,一种用于改善磁性晶粒的磁行为和结构分布的方法可以包括改善被写入的位(bit)的形状和位置。例如,磁记录介质可以包括包含成核区以引导磁性晶粒的生长的种子层。通常,在常规磁记录介质中的磁性晶粒可以在由衬底(例如磁盘表面)上的种子层的生长的统计性质决定的成核点处开始生长。这样的生长可能导致若干不期望的结果,诸如:(I)晶粒的中心至中心间隔(即间距)的宽分布,这可能导致过于接近的晶粒之间的不希望的交换耦合;(2)晶粒尺寸的宽分布,其中具有较大尺寸的晶粒更难写入并增加写入抖动(write jitter),并且具有较小尺寸的晶粒的热稳定性更差;以及(3)晶界并因而磁位边缘的增加的粗糙度,从而进一步导致写入抖动。
[0085]控制晶粒尺寸和/或位置的分布并由此防止和/或减轻这些不期望后果的一种方法包括故意/目的性地在种子层中定位成核点从而生长用于磁性介质的柱结构以及控制晶粒尺寸和/或位置的分布。该方法,也被称为模板生长,可以允许晶粒间距和/或晶粒尺寸较好的均匀性,对于晶粒到晶粒交换耦合的较好控制等。在种子层中故意/目的性地定位成核点的系统和/或相关方法的实例可以在均通过整体引用结合于此的美国专利N0.8,048,546和美国专利申请N0.13/772,110中找到。
[0086]然而,目的性地将成核点定位在种子层的特定位置处可能不会导致形成于其上的磁记录层(多个)的精确结晶取向。在磁记录层中精确的结晶取向,如由窄摇摆曲线宽度测量的,被需要来获得窄的开关场分布、较高的矫顽力、介质噪声的降低以及高密度记录所需的其它磁特性。在优选的方法中,磁记录层可以具有小于等于3度的摇摆曲线宽度。然而,仅包含模板生长对准(而没有实现精确结晶取向的装置)的磁记录层可以具有约6至7度的摇动曲线宽度。
[0087]在磁记录介质中实现较高表面密度的一种备选方法包括使用图案化的记录介质。在图案化的记录介质中,在PMR中形成位(bit)的磁性晶粒的全体被替换为先验性地放置在磁盘上在写传感器期望找到该位从而写入信息以及在回读传感器期望检测存储于其上的信息的位置处的单个岛。换句话说,在图案化的记录介质中,在盘上的磁记录层被图案化成在同心数据磁道中的隔离磁区。为了减少隔离的磁性区或岛之间的磁矩以便形成图案,磁性材料被破坏、除去或其磁矩大量减少或被消除,在其间留下非磁性区。
[0088]存在两种类型的图案化磁记录介质:分离磁道介质(DTM)和位图案化介质(BPM)。对于DTM,隔离的磁性区形成磁性材料的同心数据磁道,其中所述数据磁道通过非磁性材料的同心凹槽而彼此径向分隔。在BPM中,隔离的磁性区形成通过非磁性材料彼此隔离的单独的位或数据岛。在BPM中的每个位或数据岛包括单一磁畴,它可以由单个磁性晶粒或几个强親合的晶粒组成,这些强親合的晶粒如同单个磁积(magnetic volume) 一样一致地切换磁态。
[0089]用于生成BPM的一种方法可包括在衬底上沉积磁性材料(具有适当的底层)的整个连续膜,随后利用掩模(例如光刻掩模)通过蚀刻超过磁性层来限定磁岛的周边。然而,随着面密度增大,以该方式限定磁岛日益具有挑战性。另外新出现的问题是随着磁岛尺寸减小,蚀刻宽度(并因此蚀刻深度)也必须减小,以便维持在每个磁岛中的磁性材料的大填充系数。这可以将磁性层限制为越来越小的总厚度。因此,需要一种改进的手段来产生被目的性定位的磁岛。此外,类似于PMR介质,BPM也必然由于高结晶取向而实现充分的磁特性,诸如低的固有开关场分布。
[0090]此处公开的各种实施例描述了在磁记录介质中使用的结构,以及制作其的方法,它实现了目的性地定位具有高结晶取向的磁岛、在每个岛中的磁性材料的大填充系数、明确限定的磁岛、窄的晶粒分布、以及对磁记录层没有蚀刻损伤的理想磁特性。在优选的实施方
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